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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 10 2016 210 790 A1 beschreibt eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, die ein erstes Dämpfventil umfasst, das in einem ersten Betriebsbereich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums in eine Durchlassbetriebsstellung übergeht. Das erste Dämpfventil wird beispielsweise von einem Kolbenventil oder einem Bodenventil des Schwingungsdämpfers gebildet. Ein zweiter Betriebsbereich mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik des Schwingungsdämpfers wird von einer Drosselstelle in Verbindung mit einem Ventilkörper beeinflusst, der unabhängig von der Hublage einer Kolbenstange des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstellung ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich Ventilkörper mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung bewegt. Damit wird eine Zusatzdämpfkraft erzeugt, die den Einsatz eines konventionellen Zug- oder Druckanschlags erübrigt, der nur in einer Endlage der Kolbenstange wirksam ist.
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Die Drosselstelle und das Dämpfventil sind hydraulisch in Reihe angeordnet, wobei der Ventilkörper als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement ausgeführt ist, das eine radiale Schließbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche ausführt, bei der ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt eingehalten wird.
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In der
DE 10 2019 212 966 A1 wird vorgeschlagen, dass das im Durchmesser veränderbare Ringelement zusätzlich von einer Druckkraft innerhalb eines von einer Ringnut gebildetem Druckraum unterstützt wird.
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Die
DE 10 2022 204 988 A1 beschreibt eine Weiterentwicklung der Dämpfventileinrichtung, die in diesem Fall verstellbar ausgeführt ist. Die Verstellfunktion ist primär auf eine statische Verstellung ausgelegt, um z. B. einen bestimmten Auslösepunkt des im Durchmesser veränderbaren Ringelements zu erreichen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verstellbare Dämpfventileinrichtung im Hinblick auf einen einfachen Aufbau und einer dynamischen Verstellbarkeit weiterzuentwickeln.
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Die Aufgabe wird bei einer ersten Variante dadurch gelöst, indem das durch die Drosselstelle verdrängte Dämpfmedium als ein rheologisches Medium und die Strömungsleitfläche als ein Kraftfelderzeugungselement für eine Viskositätsänderung des Dämpfmediums ausgeführt sind.
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Eine elektrorheologisches oder magnetorheologisches Dämpfmedium bietet die Möglichkeit, das durch die veränderbare Viskositätsveränderung auch eine Veränderung der Dämpfkraftcharakteristik eintritt. Dafür sind keine zusätzlichen beweglichen Komponenten innerhalb der Dämpfventileinrichtung notwendig. Einfache Kraftfelderzeugungselemente genügen für diese Funktion.
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Bei einer bevorzugten Ausführung ist ein Zylinderrohr eines Arbeitszylinders des Schwingungsdämpfers als das Kraftfelderzeugungselement ausgeführt. Das Zylinderrohr ist als Bauteil innerhalb des Schwingungsdämpfers für eine elektrische Kontaktierung sehr gut zugänglich.
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Man kann vorsehen, dass das Ventilelement als das Kraftfelderzeugungselement ausgeführt ist. Bei dieser Bauform greift man direkt in das Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung ein.
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Für eine gesicherte Energieversorgung des Ventilelements im Hinblick auf die Funktion des Kraftfelderzeugungselements umfasst der Ventilträger zwei die Ringnut bildende Deckel, die beide als leitende Elemente für die Kraftfeldkrafterzeug ausgeführt sind. Das in der Ringnut spielbehaftete Ventilelement ist somit stets an der Energieversorgung angeschlossen.
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Alternativ oder auch zusätzlich kann der Ventilträger als ein Kraftfelderzeugungselement ausgeführt ist. Wenn der Ventilträger und das Ventilelement als Kraftfelderzeugungselemente vorgesehen sind, dann liegen zwei Drosselstellen in einer hydraulischen Reihenschaltung vor, wobei die von dem Ventilelement gebildete Drosselstelle zwei Verstellparametern unterliegt, nämlich der Strömungsgeschwindigkeit und der Feldstärke.
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Für die einfache Umsetzung der Erfindung ist der Ventilträger mehrteilig mit mindestens einem eingelegten Isolationselement ausgeführt. Dadurch ist es auch mit einfachen Mitteln möglich, dass das Ventilelement mittels der Isolierung außerhalb der Feldkrafterzeug fungiert, also eine Reihenschaltung von zwei Drosselstellen einfach realisierbar ist.
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Eine weitere Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mantelfläche des Ventilelements und zumindest Anteile der die Ringnut des Ventilträgers bilden Flächen als Kraftfelderzeugungselemente ausgeführt sind. Bei dieser Lösung wird die im Druckraum der Dämpfventileinrichtung herrschende Strömungssituation verändert.
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Damit keine undefinierten Feldkräfte auf das Ventilelement einwirken, ist ein einen Nutgrund der Ringnut bildender Zwischenring des Ventilträgers als Felderzeugungselement ausgeführt. Die Feldlinien kann damit exakt radial und damit in der Bewegungsrichtung des Ventilelements verlaufen.
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Bei einer dritten Lösung weist die Dämpfventileinrichtung eine Magnetspule auf, die auf das Ventilelement eine radial wirkende Verstellkraft ausübt. Diese Bauform funktioniert auch mit konventionellem Dämpfmedium.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Prinzipdarstellung des Schwingungsdämpfers mit Dämpfventileinrichtung
- 2 Detaildarstellung zur 1
- 3 Alternativvariante zur 2
- 4 Dämpfventileinrichtung mit Viskositätssteuerung im Druckraum
- 5 Dämpfventileinrichtung mit einer Magnetspule
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Die 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 in der Ausführung eines Zweirohrdämpfers mit einem Arbeitszylinder 3, in dem eine axial bewegliche Kolbenstange 5 mit einem Kolben 7 den Arbeitszylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9; 11 unterteilt. Der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 9 wird von einer Kolbenstangenführung 13 abgeschlossen. Bodenseitig ist ein Bodenventilkörper 15 angeordnet, der den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 von einem Ausgleichsraum 17 räumlich abtrennt. Der Ausgleichsraum 17 wird in diesem Ausführungsbeispiel von einer Innenwandung eines äußeren Behälterrohres 19 und einer Außenwandung des Arbeitszylinders 3 gebildet. Der Bodenventilkörper 15 umfasst ein in Strömungsrichtung in den Ausgleichsraum 17 wirksames Dämpfventil und ein in Strömungsrichtung vom Ausgleichsraum 17 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 sich öffnendes Rückschlagventil. Die konstruktive Ausgestaltung dieser Ventile ist für die vorliegende Erfindung nicht relevant und deshalb auch nicht dargestellt.
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Der an der Kolbenstange 5 befestigte Kolben 7 verfügt über erste Drosselkanäle 21 in Verbindung mit mindestens einer Ventilscheibe 23 für eine Zugdämpfung und zweite Drosselkanäle 25 mit mindestens einer Ventilscheibe 27 für eine bei einer Einfahrrichtung der Kolbenstange 5 erzeugten Druckdämpfung.
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Innerhalb des kolbenstangenseitigen oder des kolbenstangenfernen oder in beiden Arbeitsräumen 9; 11 ist an der Kolbenstange 5 eine Dämpfventileinrichtung 29 angeordnet, die in der 2 vergrößert dargestellt ist. Die Dämpfventileinrichtung 29 umfasst eine Drosselstelle 31 in Verbindung mit einem ringförmigen Ventilelement 33 und einer Strömungsleitfläche 35. Das Ventilelement 33 geht in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle 31 ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung über. Es ist als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement innerhalb einer Ringnut 37 eines Ventilträgers 39 angeordnet ist. Das Ringelement kann als radial elastischer Ring, oder auch als mehrteiliger, ggf. über Gelenke geschlitzter Ring ausgeführt sein. Unterhalb einer definierten Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 31, also unterhalb einer definierten Schwingungsfrequenz, erzeugen nur das Druck- und/oder das Zugventil 25; 27/21; 23 eine hydraulische Dämpfkraft. Bei einer Anregung oberhalb der definierten Schwingungsfrequenz steigt die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 31 soweit an, dass innerhalb der Drosselstelle 31 ein Minderdruck auftritt, der als eine Radialkraft auf das Ventilelement 33 in Richtung der Strömungsleitfläche 35 der Drosselstelle 31 wirksam wird. Der Querschnitt der Drosselstelle 31 sinkt mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit bis zu einem minimalen Drosselquerschnitt, der dann bezogen auf die Anregung die maximale Dämpfkraft erzeugt.
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Die Dämpfkraftcharakteristik der Dämpfventileinrichtung 29 ist durch Zufuhr von Fremdenergie aktiv verstellbar, indem die Viskosität des in dem Arbeitszylinder 3 befindlichen rheologischen Dämpfmedium veränderbar ist. Dafür verfügt der Schwingungsdämpfer 1 über eine Anschlusslasche 40 für eine Stromversorgung, die über die elektrisch leitende Kolbenstangenführung 13 mit dem Arbeitszylinder 3 verbunden ist.
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Die Kolbenstange 5 ist hohl ausgeführt und bietet dadurch Raum für eine in 2 symbolisch dargestellte Leitung 41 zum Ventilträger 39. In dieser Ausführungsform ist ein Zylinderrohr 43 des Arbeitszylinders 3 des Schwingungsdämpfers 1 als das Kraftfelderzeugungselement ausgeführt. Durch eine Bestromung der Strömungsleitfläche 35 am Zylinderrohr 34 des durch die Drosselstelle 31 verdrängten rheologisches Medium als Dämpfmedium wird eine Viskositätsänderung des Dämpfmediums herbeigeführt, wodurch die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers 1 bei konstanter Anregung gesteigert wird.
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In der 2 ist erkennbar, dass das Ventilelement 33 als das zweite Kraftfelderzeugungselement ausgeführt ist. Die Stromversorgung erfolgt über die hohle Kolbenstange 5 auf den Ventilträger 39, der zwei die Ringnut 37 bildenden Deckel 45; 47 umfasst, die bevorzugt beide als leitende Elemente für die Kraftfeldkrafterzeug ausgeführt sind. Grundsätzlich würde auch die Verwendung eines einzelnen Deckels mit einer Leiterfunktion genügen. Dafür kann der gesamte Deckel aus einem Werkstoff mit geringem Leitungswiderstand bestehen oder der Deckel verfügt über mindestens eine Leiterbahn 49, die den Leitungskontakt zum Ventilelement 33 herstellt.
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In der Ausführung nach 3 der Dämpfventileinrichtung 29 ist der Ventilträger 39 als ein Kraftfelderzeugungselement ausgeführt. Damit umfasst die Dämpfventileinrichtung 29 zwei hydraulisch in Reihe geschaltete Drosselstellen 31; 51, wobei die im Querschnitt variable Drosselstelle 31 von dem Ventilelement 33 und der Strömungsleitfläche 35 und die zweite Drosselstelle 51 von einer äußeren umlaufenden Mantelfläche 53 des Ventilträgers 39, in diesem Fall dem oberen Deckel 45, und der Strömungsleitfläche 35 gebildet werden. Der Übertritt der Feldkräfte erfolgt zwischen dem Zylinderrohr 43 und dem Deckel 45. Dafür ist der Ventilträger 39 mehrteilig mit mindestens einem eingelegten Isolationselement 55; 57 ausgeführt und das Ventilelement 33 fungiert mittels der Isolierung außerhalb der Kraftfelderzeug.
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Die Ausführung der Dämpfventileinrichtung 29 für einen Schwingungsdämpfer 1 setzt voraus, dass die Ringnut 37 zusammen mit einer innenseitigen Mantelfläche 59 des Ventilelements 33 einen vom Dämpfmedium durchströmten Druckraum 61 bilden. Der Druckraum 61 wird über mindestens eine Zuström- und mindestens eine Abströmöffnung 63; 65 von dem rheologischen Dämpfmedium durchströmt. Auch hier ist die Dämpfkraftcharakteristik der Dämpfventileinrichtung 1 durch Zufuhr von Fremdenergie aktiv verstellbar ist, indem die Mantelfläche 59 des Ventilelements 33 und zumindest Anteile der die Ringnut 37 des Ventilträgers 39 bilden Flächen als Kraftfelderzeugungselemente ausgeführt sind. Ein einen Nutgrund 67 der Ringnut 37 bildender Zwischenring 69 des Ventilträgers 39 ist als Kraftfelderzeugungselement ausgeführt. Bei Anlegen einer Spannung zwischen dem Ventilträger 39 und dem Ventilelement 33 verändert sich aufgrund der Viskositätsänderung auch die Strömung durch den Druckraum 61 und damit die radiale Druckkraft auf das Ventilelement 33. Der Vorteil dieser Lösung im Vergleich zu den Ausführung nach den 1 bis 3 besteht darin, dass die Kraftfelderzeugungselemente innerhalb der Dämpfventileinrichtung 1 vorliegen und das Zylinderrohr 43 davon unabhängig ist. Es bildet zwar weiterhin die Strömungsleitfläche 35, benötigt aber keine Energieversorgung.
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Die Bauform der Dämpfventileinrichtung 29 nach 5 basiert auf demselben Prinzip, bei dem die Drosselstelle 31 in Verbindung mit einem Ventilelement 33 und der Strömungsleitfläche 35 in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle 31 ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist. Auch hier ist das Ventilelement 33 als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement innerhalb der Ringnut 37 des Ventilträgers 39 angeordnet ist, wobei die Dämpfkraftcharakteristik der Dämpfventileinrichtung durch Zufuhr von Fremdenergie aktiv verstellbar ist. Abweichend weist die Dämpfventileinrichtung 29 eine Magnetspule 71 auf, die auf das Ventilelement 33 eine radial wirkende Verstellkraft ausübt. Die Magnetspule 71 ist außerhalb des Zylinderrohres 43, ggf. im Ausgleichsraum 17, parallel zur Strömungsleitfläche 35 angeordnet. Das Ventilelement 33 ist magnetisch leitend ausgeführt, sodass bei Anlage eines Magnetfelds ausgehend von der Magnetspule 71 eine zusätzliche Radialkraft auf das Ventilelement 33 wirksam wird. Damit wirkt die Magnetkraft bezogen auf eine definierte Anregung des Schwingungsdämpfers 1 dämpfkraftsteigernd, da die Magnetkraft das Ventilelement 33 tendenziell in Richtung der Strömungsleitfläche 35 und damit in Richtung einer maximalen Drosselstellung beaufschlagt. Bei dieser Variante kann ein herkömmliches Dämpfmedium verwendet werden.
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Bezugszeichen
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Arbeitszylinder
- 5
- Kolbenstange
- 7
- Kolben
- 9
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 11
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 13
- Kolbenstangenführung
- 15
- Bodenventilkörper
- 17
- Ausgleichsraum
- 19
- Behälterrohr
- 21
- erster Drosselkanal
- 23
- Ventilscheibe
- 25
- zweiter Drosselkanal
- 27
- Ventilscheibe
- 29
- Dämpfventileinrichtung
- 31
- Drosselstelle
- 33
- Ventilelement
- 35
- Strömungsleitfläche
- 37
- Ringnut
- 39
- Ventilträger
- 40
- Anschlusslasche
- 41
- Leitung
- 43
- Zylinderrohr
- 45
- Deckel
- 47
- Deckel
- 49
- Leiterbahn
- 51
- zweite Drosselstelle
- 53
- Mantelfläche
- 55
- Isolationselement
- 57
- Isolationselement
- 59
- Mantelfläche des Ventilelements
- 61
- Druckraum
- 63
- Zuströmöffnung
- 65
- Abströmöffnung
- 67
- Nutgrund
- 69
- Zwischenring
- 71
- Magnetspule
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2016 210 790 A1 [0002]
- DE 10 2019 212 966 A1 [0004]
- DE 10 2022 204 988 A1 [0005]