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Die Erfindung bezieht sich auf ein Dämpferventil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Schwingungsdämpfer mit einem solchen Dämpferventil.
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Dämpferventile der eingangs genannten Art werden in der Regel in Schwingungsdämpfer eingebaut, die ihrerseits wiederum in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen aber auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden.
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Um das Dämpfungsverhalten eines solchen Schwingungsdämpfers zu beeinflussen, sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt, mit denen beispielsweise ein progressiver oder degressiver und gegebenenfalls gestufter Dämpferkraftverlauf realisierbar ist.
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Unter anderem ist aus
DE 43 15 457 A1 ein Kolbenventil für einen Schwingungsdämpfer bekannt, das als Verschlussorgan ein Paket aus mehreren, übereinander gestapelten Ventilscheiben aufweist. Damit die Ventilscheiben nicht unkontrolliert aufgeschirmt werden, ist auf der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite eine Stützscheibe angeordnet, deren Durchmesser im Wesentlichen demjenigen der Ventilscheiben entspricht. An der dem Ventilscheibenpaket zugewandten Seite der Stützscheibe befindet sich eine Abwälzkontur aus zwei verbundenen Kegelflächen, gegen welche das Ventilscheibenpaket beim Öffnen des Ventils sukzessive zur Anlage kommt, so dass die Schirmung einen gewünschten Verlauf nimmt.
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Ein Dämpferventil der eingangs genannten Art ist aus
DE 18 13 038 A bekannt. Dieses benötigt allerdings, wie das aus
DE 43 15 457 A1 bekannte Ventil, eine Stützscheibe mit Abwälzkontur. Im Unterschied zu
DE 43 15 457 A1 ist die Abwälzkontur gegenüber der Einspannung der in diesem Fall einzigen Ventilscheibe abgesetzt, um einen Voröffnungsbereich zu ermöglichen, der bereits bei kleinen Druckdifferenzen anspricht.
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Bei der Abstimmung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs besteht ein großes Interesse daran, die Kennung eines Schwingungsdämpfers möglichst einfach verändern zu können, um zu vermeiden, dass für jeden Anwendungsfall ein eigener Schwingungsdämpfer bereitgehalten oder konstruiert werden muss.
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Vor diesem Hintergrund zielt die Erfindung darauf ab, die Variationsmöglichkeiten der Kennungseinstellung von Dämpferventilen für Schwingungsdämpfer unter besonderer Berücksichtigung einer einfachen Anpassung an unterschiedliche Abstimmungsgegebenheiten zu erhöhen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Dämpferventil mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie einen Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 7 vor.
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Die Variation der Kennungseinstellung erfolgt vorwiegend durch die radiale Lage der Druckkante, welche das Verformungsverhalten des Verschlussorgans über die Einspannlänge an dessen radial innenliegendem Abschnitt beeinflusst. Eine vollständige, flächenhafte Anlage des gesamten Verschlussorgans bzw. der Ventilscheiben gegen eine Stützscheibe ist dabei nicht erwünscht.
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Da die Druckkante an dem Befestigungsorgan vorgesehen wird, kann die Anpassung des Dämpferventils bzw. die Abstimmung der Kennung auf ein Kraftfahrzeug-Fahrwerk durch Verwendung eines entsprechend konfigurierten Befestigungsorgans erzielt werden, ohne dass hierzu weitere Komponenten des Dämpferventils oder eines zugehörigen Schwingungsdämpfers verändert werden müssten.
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Durch den Absatzabschnitt des Befestigungsorgans wird zuverlässig vermieden, dass sich das Verschlussorgan bzw. die Ventilscheiben bei einem Öffnen des Ventils an einen radial unmittelbar an die Druckkante anschließenden Bereich anlegen.
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Zur Unterstützung des Öffnungsverhaltens ist der Anlageabschnitt des Grundkörpers zu dem zugörigen Ventilsitz hin geneigt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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Insbesondere kann auch der Anlageabschnitt des Befestigungsorgans zum Ventilsitz hin geneigt sein, wobei vorzugsweise der Anlageabschnitt des Grundkörpers und der Anlageabschnitt des Befestigungsorgans gleichsinnig geneigt sind. Ferner kann die Neigung an dem Anlageabschnitt des Grundkörpers etwas geringer sein, um das Auffächern des Ventilscheibenpakets zu begünstigen.
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Im Rahmen eines Baukastensystems für Dämpferventile können zwei oder mehr unterschiedliche Befestigungsorgane vorgesehen werden, die sich durch den Radialabstand ihrer Druckkanten von der Längsachse unterscheiden.
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Erfindungsgemäß ist die zu dem Verschlussorgan weisende Seite des Befestigungsorgans mit zwei Absätzen stufenförmig ausgebildet. Die beiden Absätze sind durch den geneigten Abschnitt miteinander verbunden, wobei der radial innenliegende Absatz den Anlageabschnitt für das Verschlussorgan bildet. Dabei kann der zweite, radial außenliegende Absatz als Anschlag für das Verschlussorgan dienen, um den maximalen Öffnungsweg des Ventils zu begrenzen. Vorzugsweise verlaufen die Flächen der Absätze im Wesentlichen parallel zueinander.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist die radiale Einspannlänge des Verschlussorgans zwischen den Anlageflächen des Grundkörpers und des Befestigungsorgans kleiner als die axiale Einspannlänge zwischen diesen Anlageflächen. Damit wird ein gutes Schwenkverhalten des Verschlussorgans insbesondere auch bei verhältnismäßig dicken Ventilscheiben bzw. Ventilscheibenpaketen gewährleistet.
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Weiterhin können an dem Grundkörper für die gleiche Funktion mehrere Ventilsitze ausgebildet sein. Das Verschlussorgan wird dann über einen radial außenliegenden Abschnitt gegen genau einen von mindestens zwei an dem Grundkörper befindlichen Ventilsitzen unterschiedlichen Durchmessers vorgespannt. Hierdurch wird eine weitere Möglichkeit zur Kennlinienvariation erhalten. Wie oben bereits angedeutet kann das erfindungsgemäße Baukastensystem zwei oder mehr unterschiedliche Verschlussorgane aufweisen, die sich in ihrem Außendurchmesser unterscheiden können.
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Je nach Bedarf kann so die Dämpfungskraft bzw. das Dämpfungsverhalten eines Dämpferventils bzw. eines Schwingungsdämpfers durch die Auswahl des Durchmessers des Verschlussorgans in Abstimmung mit dem gewünschten Ventilsitz erfolgen. Die Ventilfunktion resultiert dabei stets aus dem Zusammenwirken lediglich eines einzigen Ventilsitzes mit dem Verschlussorgan. In sämtlichen Fällen ist dabei der gleiche Grundkörper verwendbar, so dass auf dieser Seite kein erhöhter Aufwand hinsichtlich der Bauteilanzahl entsteht.
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Auf Seiten des Verschlussorgans können weitere Maßnahmen zur Variation des Dämpfungsverhaltens eingesetzt werden, beispielsweise durch eine Durchmesserstufung der Ventilscheiben oder durch die Anbringung von Überströmöffnungen an diesen oder im Bereich des Ventilsitzes. Durch die Nutzung von zwei Steuerkanten in Verbindung mit unterschiedlichen Außendurchmessern des Verschlussorgans ist eine flexible Einstellung des Ansprechverhaltens und somit eine Beeinflussung des charakteristischen Verhaltens eines Schwingungsdämpfers in einem Fahrzeug möglich.
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Bevorzugt ist das Ventilscheibenpaket an einem zapfenförmigen Abschnitt des Befestigungsorgans, der in den Grundkörper hineinragt, radial festgelegt. Neben einer weitergehenden Montageerleichterung - die Ventilscheiben werden dabei einfach auf den zapfenförmigen Abschnitt aufgesteckt - lässt sich dadurch gleichzeitig eine radiale Zentrierung des Verschlussorgans vornehmen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ein Ausführungsbeispiel für ein Dämpferventil nach der Erfindung in einer Schnittansicht,
- 2 eine Detailansicht in Schnittdarstellung mit einem ersten Befestigungsorgan, und in
- 3 eine Detailansicht in Schnittdarstellung mit einem weiteren Befestigungsorgan eines Baukastensystems.
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Das in den 1 bis 3 abgebildete Ausführungsbeispiel zeigt ein Dämpferventil 1 in Form eines Bodenventils für einen Schwingungsdämpfer einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung. Das Dämpferventil 1 trennt zwei nicht näher dargestellte Arbeitskammern des Schwingungsdämpfers, die über weitere Verschlusseinrichtungen 2 und Überströmkanäle miteinander verbunden sein können. Es ist hier als Einrichtungsventil ausgebildet, um bei einer Druckbeaufschlagung in einer Richtung zu öffnen, in Gegenrichtung jedoch bis auf einen gegebenenfalls vorhandenen Voröffnungsquerschnitt zu sperren.
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Das Dämpferventil 1 weist einen Grundkörper 3 und ein an diesem vorgesehenes, federelastisches Verschlussorgan 4 auf, das im hier dargestellten Ruhezustand einen Strömungsweg 5 durch den Grundkörper 3 absperrt. Als Verschlussorgan 4 ist ein kompaktes Paket aus einer Vielzahl von dünnwandigen Ventilscheiben 6 vorgesehen, die in der Art von Tellerfedern ohne Zwischenräume flach aufeinander liegen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen sämtliche Ventilscheiben 6 die gleichen Abmessungen auf. Möglich ist es jedoch auch, unter den Ventilscheiben 6 eine Abstufung des Außendurchmessers und/oder der Materialdicke vorzunehmen. Weiterhin können an den Ventilscheiben 6 zusätzliche Öffnungen vorgesehen werden, welche bei einem Auffächern des Verschlussorgans 4 infolge einer Öffnungsbewegung eine zusätzliche Vergrößerung des Überströmquerschnitts bewirken.
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Das Verschlussorgan 4 bzw. Ventilscheibenpaket stützt sich mit einem radial innenliegenden Abschnitt 7 axial an einem Anlageabschnitt 9 des Grundkörpers 3 ab, der dazu einen Absatz 8 ausbildet. Zudem ist ein Befestigungsorgan 10 vorgesehen, mit dem der radial innenliegende Abschnitt 7 gegen den Anlageabschnitt 9 des Grundkörpers 3 verspannt wird. Das Befestigungsorgan 10 weist hierzu ebenfalls einen ersten Absatz 11 mit einem Anlageabschnitt 12 auf.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Verschlussorgan 4 und dem Grundkörper 3 ein Distanzstück 13 vorgesehen, über dessen Axiallänge bzw. Dicke die Vorspannkraft des Verschlussorgans 4 und damit das Druckniveau, bei dem das Dämpferventil 1 öffnet, beeinflusst werden kann.
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Das Verschlussorgan 4 bzw. die in den 1 und 3 am weitesten oben liegende Ventilscheibe 6 ist mit einem radial außenliegenden Abschnitt 14 gegen einen von hier zwei an dem Grundkörper 3 angeformten Ventilsitzen 15 und 16 vorgespannt, die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Wesentlich ist dabei, dass das Verschlussorgan 4 in seiner Ruhestellung gegen lediglich genau einen der Ventilsitze 15 oder 16 anliegt und dabei gegen diesen bis auf einen gegebenenfalls vorhandenen Voröffnungsquerschnitt abdichtet. Je nach Durchmesser der Ventilscheiben 6 schließt das Verschlussorgan 4 also entweder gegen den ersten Ventilsitz 15 mit kleinerem Durchmesser oder gegen den zweiten Ventilsitz 16 mit größerem Durchmesser.
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Die beiden Ventilsitze 15 und 16 sind jeweils so ausgebildet, dass diese sich in Durchströmrichtung erweitern, das heißt, dass ein Strömungsmedium über den maximalen Ruhezustandsaußendurchmesser des Verschlussorgans 4 hinaus radial abströmen kann. Weder für den außenliegenden Ventilsitz 16 noch für den innenliegenden, in Bezug auf die Längsachse A des Dämpferventils 1 axial versetzten Ventilsitz 15 wird das Öffnungs- und Umströmungsverhalten durch radiale Wände im Bereich des Außenumfangs des Verschlussorgans 4 beeinträchtigt.
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Zwischen dem ersten, innenliegenden Ventilsitz 15 und dem konzentrisch dazu angeordneten zweiten, außenliegenden Ventilsitz 16 ist eine umlaufende Einsattelung 17 oder Nut vorgesehen. Dabei sind bei Betrachtung im Querschnitt die Konturen des ersten Ventilsitzes 15, der Einsattelung 17 und des zweiten Ventilsitzes 16 bogenförmig ausgebildet. Überdies gehen die Konturen weich gekrümmt ineinander über, um das Strömungsverhalten bei geöffnetem Ventil günstig zu gestalten.
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Zur Ausbildung einer schmalen, kreisringförmigen Steuerkante ist der erste Ventilsitz 15 im Querschnittsprofil bogenförmig nach außen vorgewölbt. Die Steuerkante wird dabei durch den axialen Bogenscheitel der Vorwölbung gebildet. Der zweite Ventilsitz 16 kann in gleicher Art und Weise mit einer bogenförmig nach außen gerichteten Vorwölbung ausgebildet sein.
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Die Anordnung der Ventilsitze 15 und 16 erfolgt in Abstimmung mit dem Absatz 8 des Grundkörpers 3. Wie die 1 bis 3 zeigen, liegen die Ventilsitze 15 und 16 axial weiter außen als die Anlagefläche des Absatzes 8. Über den axialen Versatz wird die axiale Vorspannung bzw. Vorverformung des Verschlussorgans 4 mit bestimmt. Zur Unterstützung des Öffnungsverhaltens ist so außerdem die ventilsitzseitige Oberfläche des Verschlussorgans 4 von dem Absatz 8 zu den Ventilsitzen 15 bzw. 16 hin geneigt. Dabei ist die Anlagefläche des Absatzes 8 dieser Neigung angepasst. Außerdem stützt hierzu der dem Absatz 8 gegenüberliegende Kopf 18 des Befestigungsorgans 10 den radial innenliegenden Abschnitt 7 des Verschlussorgans 4 gelenkig ab.
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In Abwandlung des Ausführungsbeispiels können an dem Grundkörper 3 zwei sowohl radial als auch axial voneinander beabstandete Ventilsitze durch stufenförmige Absätze gebildet sein, ohne dass zwischen diesen eine Einsenkung vorgesehen wäre. Zudem ist ein Grundkörper verwendbar, der zwischen seinen stufenförmigen Ventilsitzen eine Ringnut aufweist, so dass die Ventilsitze gewissermaßen umlaufende, konzentrische Ringvorsprünge bilden, auf denen das jeweilige Verschlussorgan aufliegen kann.
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Das Befestigungsorgan 10 weist einen zapfenförmigen Abschnitt 19 auf, der an den Kopf 18 anschließt und der in den Grundkörper 3 zum Zweck der Befestigung hineinragt. Auf den zapfenförmigen Abschnitt 19 sind die Ventilscheiben 6 aufgesteckt und an diesem radial geführt. Bei der Montage des Dämpferventils 1 sind daher lediglich die Ventilscheiben 6 des Verschlussorgans 4 sowie das gegebenenfalls vorhandene Distanzstück 13 an dem zapfenförmigen Abschnitt 19 des Befestigungsorgans 10 aufeinander zu stapeln. Anschließend wird das Befestigungsorgan 10 mit dem zapfenförmigen Abschnitt 19 in eine Zentralöffnung 20 des Grundkörpers 3 eingeführt und fixiert. Dies kann über eine axiale Verschraubung erfolgen. Möglich ist weiterhin die hier dargestellte Ausbildung als Niet, wobei die wesentliche plastische Verformung zur axialen Fixierung auf der von dem Kopf 18 abgewandten Seite erfolgt.
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Eine weitere Variation des Kennungsverlaufs des Dämpferventils 1 wird über die nachfolgend näher erläuterte Einspannung des Verschlussorgans 4 erzielt. Dazu ist der radial innenliegende Abschnitt 7 des Verschlussorgans 4 zwischen dem Anlageabschnitt 9 des Grundkörpers 3 und dem Anlageabschnitt 12 des zentrisch an dem Grundkörper 3 festgelegten Befestigungsorgans 10 eingespannt. Der Anlageabschnitt 12 des Befestigungsorgans 10 weist dabei eine Druckkante 21 auf, an die radial ein zur Längsachse A des Dämpferventils 1 geneigter Absatzabschnitt 22 anschließt. Dieser geneigte Abschnitt 22 liegt bei bestimmungsgemäßem Gebrauch außerhalb des Verformungsbereichs des Verschlussorgans 4. Wie die Figuren zeigen, schließt der geneigte Abschnitt 22 mit der Längsachse A des Dämpferventils 1 einen Absatz ein, um eine Anlage des Verschlussorgans 4 zu vermeiden.
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Über den Radialabstand der Druckkante 21 von der Längsachse A wird das Öffnungsverhalten des Ventils 1 und der Kennungsverlauf merklich beeinflusst, da sich dadurch die Hebelverhältnisse und der benetzte Bereich an dem Verschlussorgan 4 ändern. Die 2 und 3 zeigen beispielhaft unterschiedlich von der Längsachse A beabstandete Druckkanten 21 und 21'.
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Der Kopf 18 des Befestigungsorgans 10 weist einen kleineren Durchmesser als die Ventilscheiben 6 auf. Er erstreckt sich radial nicht bis zu den Ventilssitzen 15 und 16. Seine zu dem Verschlussorgan 4 weisende Seite ist mit zwei Absätzen 11 und 23 stufenförmig ausgebildet. Die beiden Absätze 11 und 23 sind durch den geneigten Absatzabschnitt 22 miteinander verbunden. Dabei bildet der radial innenliegende Absatz 11 den Anlageabschnitt 12 für das Verschlussorgan 4. Die Flächen der Absätze 11 und 23 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Außerdem sind der Anlageabschnitt 9 des Grundkörpers 3 und der Anlageabschnitt 12 des Befestigungsorgans 10, d.h. die Fläche des Absatzes 11 gleichsinnig geneigt, wobei die Neigung an dem Anlageabschnitt 12 etwas geringer ist, um das Auffächern des Ventilscheibenpakets zu begünstigen. Der Absatz 23 kann mit seiner radialen Außenkante als Anschlag für einen maximalen Öffnungsweg des Verschlussorgans dienen.
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Des Weiteren ist die wirksame radiale Einspannlänge I1 des Verschlussorgans 4 zwischen den Anlageflächen 9 und 12 des Grundkörpers 3 und des Befestigungsorgans 10 kleiner als die axiale Einspannlänge I2 zwischen diesen Anlageflächen 9 und 12.
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Das beschriebene Dämpferventil 1 kann durch geringfügige Veränderungen an besonders ausgewählten Komponenten sehr einfach als Baukastensystem gestaltet werden, das mit wenig Aufwand einen großen Variationsspielraum für die Dämpferkennung ermöglicht.
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Das Baukastensystem umfasst hier beispielhaft zumindest zwei oder mehr unterschiedliche Befestigungsorgane 10, die sich durch den Radialabstand ihrer Druckkanten 21 bzw. 21' von der Längsachse A unterscheiden. Eine weitere Variation wird durch zwei oder mehr unterschiedliche Verschlussorgane 4 erzielt, die sich im Hinblick auf die Ventilsitze 15 und 16 in ihrem Außendurchmesser unterscheiden. Eine weitere Variation besteht durch die Einbindung unterschiedlich dicker Distanzstücke bzw. -scheiben 13.
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Das Dämpferventil 1 wurde hier als Bodenventil beschrieben, kann jedoch auch als Kolbenventil eingesetzt werden. Eine Kombination mit einem in Gegenrichtung wirkenden, gegebenenfalls gleichartig ausgebildeten Dämpferventil ist vorteilhaft, jedoch nicht zwingend. In dem Ausführungsbeispiel sind dem in Gegenrichtung wirkenden Dämpferventil 30 als eine weitere Ventileinrichtung 2 eigene Durchgangsöffnungen 31 in dem Grundkörper 3 zugeordnet, die ihrerseits in ihrer Ruhestellung durch Ventilscheiben 32 verschlossen sind. Diese Ventilscheiben 32 sind durch eine konische Schraubenfeder 33 mit einer definierten Vorspannkraft belastet, welche sich gegen einen Ventilteller 34 abstützt. Der Ventilteller 34 ist über das Befestigungsorgan 10 gegen den Grundkörper 3 verspannt.
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Das vorstehend erläuterte Dämpferventil 1 ermöglicht gegenüber herkömmlichen Dämpferventilen eine flexiblere Einstellung des Ansprechverhaltens und Dämpfungsverhaltens eines Schwingungsdämpfers und erlaubt durch Systembildung auf kostengünstige Weise vielfältige Variationsmöglichkeiten der Kennungseinstellung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpferventil
- 2
- weitere Ventileinrichtung
- 3
- Grundkörper
- 4
- Verschlussorgan
- 5
- Strömungsweg durch den Grundkörper 3
- 6
- Ventilscheibe(n)
- 7
- radial innenliegender Abschnitt des Verschlussorgans 4
- 8
- Absatz
- 9
- Anlageabschnitt des Grundkörpers 3
- 10
- Befestigungsorgan
- 11
- erster Absatz des Befestigungsorgans 10
- 12
- Anlageabschnitt des Befestigungsorgans 10
- 13
- Distanzstück
- 14
- außenliegender Abschnitt des Verschlussorgans 4
- 15
- erster Ventilsitz
- 16
- zweiter Ventilsitz
- 17
- Einsattelung
- 18
- Kopf des Befestigungsorgans 10
- 19
- zapfenförmiger Abschnitt des Befestigungsorgans 10
- 20
- Zentralöffnung
- 21, 21'
- Druckkante
- 22
- Absatzabschnitt
- 23
- zweiter Absatz des Befestigungsorgans 10
- 30
- weiteres Dämpferventil
- 31
- Durchgangsöffnung
- 32
- Ventilscheibe(n)
- 33
- konische Druckfeder
- 34
- Ventilteller
- A
- Längsachse
