Verstellbare Dämpfventileinrichtung

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Dämpfventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE102012019321DE 10 2012 019 321 A1A1 ist eine verstellbare Dämpfventileinrichtung bekannt, deren Hauptstufenventil in zwei Richtungen durchströmt wird. Auch bei einer derartigen Dämpfventileinrichtung wird häufiger ein sogenannter Voröffnungsquerschnitt eingesetzt, der bei einem geringen Druckniveau des Dämpfmediums auf das Hauptstufenventil eine Dämpfkraft erzeugt, die einer fest eingestellten Dämpfkraftkennlinie folgt, da das Hauptstufenventil noch eine geschlossene Position einnimmt.

In der DE102012019321DE 10 2012 019 321 A1A1 wird der Voröffnungsquerschnitt von einer kleinen Aussparung (s. 1) in einer elastischen Scheibe 59 zwischen einer Ventilsitzfläche 39 und einer Abstützfläche 65 gebildet (s. 2). Der Voröffnungsquerschnitt wird ebenfalls zweiseitig durchströmt. Für eine optimale Anpassung des Betriebsverhaltens der Dämpfventileinrichtung wäre jedoch ein strömungsrichtungsabhängiger Voröffnungsquerschnitt eine deutliche Verbesserung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Problem des richtungsabhängigen Voröffnungsquerschnitts zu lösen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, indem der Ventilsitzring eine Aufnahme für ein Voröffnungsventil aufweist, das strömungsrichtungsabhängig einen Voröffnungsquerschnitt freigibt.

Der große Vorteil besteht darin, dass die Komponenten des Hauptstufenventils keinen Einfluss auf das Öffnungsverhalten des Voröffnungsquerschnitts ausüben.

Bei einer Ausführungsform sind das Voröffnungsventil und der Voröffnungsquerschnitt hydraulisch in Reihe angeordnet sind. Diese Bauform bietet sich z. B. dann an, wenn der Voröffnungsquerschnitt nur in einer Richtung wirksam sein soll und in der anderen Strömungsrichtung kein Voröffnungsquerschnitt vorliegen soll.

Im Hinblick auf einen einfachen Gesamtaufbau ist dann das Voröffnungsventil bevorzugt als ein Rückschlagventil ausgeführt.

Alternativ kann das Voröffnungsventil dem Voröffnungsquerschnitt hydraulisch parallelgeschaltet sein.

Im Hinblick auf einen einfach und kompakten Gesamtaufbau bildet das Hauptstufenventil eine Schließfläche für das Voröffnungsventil.

Ein Strömungsweg als Teil des Voröffnungsventil kann dadurch gestaltet werden, indem der Ventilring eine Ventilsitzfläche das Hauptstufenventil aufweist, wobei die Stützfläche mindestens eine Aussparung aufweist, die den Voröffnungsquerschnitt bildet.

Man kann auch vorsehen, dass der Ventilkörper des Voröffnungsventils mindestens eine den Voröffnungsquerschnitt bildende Aussparung aufweist. Dann kann der Ventilring entsprechend einfacher ausgestaltet sein.

Eine besonders kompakte Bauform des Voröffnungsventil zeichnet sich dadurch aus, dass dessen Ventilkörper von einem radial elastischen Ventilkörper gebildet wird.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

• 1 Verstellbare Dämpfventileinrichtung in einer Gesamtdarstellung.
• 2 Voröffnungsventil als ein Rückschlagventil
• 3 Alternativvariante zur Ausführung nach 2
• 4 Voröffnungsventil mit einem elastischen Ventilkörper

Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen Schwingungsdämpfer beliebiger Bauform. Die Dämpfventileinrichtung 1 kann sowohl innerhalb eines Zylinders 3 des Schwingungsdämpfers zwischen zwei Arbeitsräumen 5; 7 wie auch außerhalb des Zylinders 3 in einer Bypassleitung angeordnet sein. In einem Dämpfventilgehäuse 9 ist ein Aktuator 11 angeordnet, der in diesem Beispiel eine Magnetspule 13 umfasst, die auf einen axial beweglichen Vorstufenventilkörper 15 eines Vorstufenventils 17 eine axiale Betätigungskraft ausübt. Über das Vorstufenventil 17 lässt sich die Schließkraft auf ein Hauptstufenventil 19 beeinflussen. Die Schließkraft wird bestimmt durch die Kraft mindestens einer Ventilfeder 21 und einer der Ventilfederkraft entgegenwirkenden Stellkraft des Aktuators 11 sowie einer hydraulischen Schließkraft, die durch den Druck auf mindestens eine druckbeaufschlagte Fläche 23; 25 an einem starren Hauptstufenventilkörper 27 erzeugt wird.

Der Hauptstufenventilkörper 27 wird zusätzlich von einer Hauptstufenventilfeder 29 auf einen zum Dämpfventilgehäuse 9 axial ortsfesten Ventilsitzring 31 vorgespannt. Der Ventilsitzring 31 verfügt über eine erste Anströmöffnung 35 für eine erste Anströmrichtung des Dämpfmediums, die in einer Ventilsitzfläche 39 für den Hauptstufenventilkörper 27 endet. Der Ventilsitzring 31 ist in seiner axialen Position zum Dämpfventilgehäuse einstellbar. Darüber kann die Dämpfventileinrichtung in ihrer Grundeinstellung justiert werden, z. B. im Hinblick auf einen definierten Öffnungsquerschnitt am Vorstufenventil 17 bei einer definierten Betätigungskraft des Aktuators 11, die auch Null sein kann.

Für die Ausnutzung des hydraulischen Drucks innerhalb der Dämpfventileinrichtung 1 zur Erzeugung einer Schließkraft auf den Hauptstufenventilkörper 27 weist der Hauptstufenventilkörper 27 ausgehend von der ersten Anströmöffnung 35 mindestens einen Einlasskanal 41 zu einem Steuerraum 43 auf. Ein Rückschlagventil 45 am Ende des Einlasskanals 41 gibt die Strömungsrichtung in Richtung des Steuerraums vor. Ein zweiter Einlasskanal 47 führt hydraulisch parallel zu mindesten einer zweiten Anströmöffnung 49 für eine zweite Anströmrichtung der Dämpfventileinrichtung 1 ebenfalls zum Steuerraum 43. Ein Abflussquerschnitt 51 des Steuerraums 43 zu einem Rückraum 53 wird von dem Vorstufenventilkörper 15 bestimmt und bildet damit das Vorstufenventil 17. Ein zweites Rückschlagventil 55 verbindet den Rückraum 53 des Vorstufenventils 17 mit dem Steuerraum 43, um den hydraulischen Widerstand bei dieser Öffnungsbewegung des Hauptstufenventils 19 bei sich verkleinerndem Volumen des Rückraums 53 zu minimieren. Das Rückschlagventil 45 kann auch als Dämpfventil ausgeführt sein, um die Öffnungsgeschwindigkeit des Hauptstufenventils 19 zu beeinflussen.

Neben dem Vorstufen- und dem Hauptstufenventil 17; 19 verfügt die verstellbare Dämpfventileinrichtung 1 über ein Voröffnungsventil 59, das in Abhängigkeit der Anströmung der Dämpfventileinrichtung 1 einen Voröffnungsquerschnitt 61 (2) freigibt. Dafür weist der Ventilsitzring 31 eine Aufnahme 63 für das Voröffnungsventil 59 auf, das strömungsrichtungsabhängig den Voröffnungsquerschnitt 61 freigibt. Der Ventilsitzring 31 bildet in dieser Ausführungsform nicht nur eine Aufnahme 63, sondern auch das Gehäuse für das Voröffnungsventil 59. Bei einer einfachen Aufnahme 63 müsste der Ventilsitzring 31 nur den Bauraum für ein Gehäuse des Voröffnungsventils 59 bereitstellen.

In der Ausführung nach 2 ist eine Ausführungsform des Voröffnungsventils 59 vergrößert dargestellt. In dem Ventilringsitzring 31 ist ein ringförmiger Ventilkörper 65 axial beweglich in einem Ringgraben 67 des Ventilsitzrings 31 geführt. Eine Schließfeder 69 spannt den Ventilkörper 65 gegen das Hauptstufenventil 19 vor.

Der Ventilkörper 65 verfügt über einen radial abgesetzten Steg 71, so dass eine axial mit Dämpfmedium beaufschlagbare Druckfläche 73 vorliegt, die eine Druckkraft auf den Ventilkörper 65 gegen die Kraft der Schließfeder 69 erzeugt. In diesem Fall zeigt die Druckfläche 73 nach radial außen bezogen auf den Steg 71, so dass das Voröffnungsventil 59 öffnet, wenn es über die zweite Abströmöffnung 49 angeströmt wird.

Innerhalb des Ventilkörpers 65 des Voröffnungsventils 59 ist stirnseitig der Voröffnungsquerschnitt 61 ausgeführt. Dieser Voröffnungsquerschnitt 61 ist kleiner als ein Übertrittsquerschnitt 75 in Form mindestens einer Aussparung innerhalb der Ventilsitzfläche 39 für das Hauptstufenventil 19.

Der Ventilkörper 65 des Voröffnungsventils 59 stützt sich an einer Schließfläche 77 ab, die das Hauptstufenventil 19 bildet. In dieser Ausführungsform verfügt das Hauptstufenventil 19 über eine Stützscheibe 79, die auf der Ventilsitzfläche 39 aufliegt.

Bei einer Anströmung des Voröffnungsventils 59 über die erste Anströmöffnung 35 passiert das Dämpfmedium zuerst den Übertrittsquerschnitt 75 innerhalb der Ventilsitzfläche 39 und anschließend den Voröffnungsquerschnitt 61 im Ventilkörper 65 des Voröffnungsventils 59. Aufgrund des kleineren Querschnitts wird die Dämpfkraft von dem Voröffnungsquerschnitt 61 innerhalb des Ventilkörpers 65 bestimmt. Der Ventilkörper verbleibt aufgrund der Vorlast durch die Schließfeder 69 stets in Kontakt mit der Schließfläche 77 am Hauptstufenventil 19.

Bei einer Anströmung des Hauptstufenventils 19 über die Abströmöffnung 49 trifft das Dämpfmedium auf das in Schließstellung befindliche Voröffnungsventil 59. Der Betriebsdruck vor dem Ventilkörper 65 bewirkt eine Axialbewegung gegen die Schließfeder 69 des Voröffnungsventils 59. Die Kraft der Schließfeder 69 ist bewusst sehr schwach dimensioniert, so dass schon ein geringes Druckniveau auf die Druckfläche 73 für die Auslösung der Verschiebebewegung genügt.

Wenn der Ventilkörper 65 von der Schließfläche 77 des Hauptstufenventils 19 abhebt, dann wird der Übertrittsquerschnitt 75 freigegeben, der dann als Voröffnungsquerschnitt die Dämpfkraft am Voröffnungsventil 59 bestimmt. Für diese Anströmrichtung sind das Voröffnungsventil 59 und der Voröffnungsquerschnitt hydraulisch in Reihe angeordnet.

Mit der Ausführung nach 3 soll gezeigt werden, dass der Hauptstufenventilkörper 27 grundsätzlich auch ohne eine Stützscheibe 79 realisierbar ist. Des Weiteren kann der Ventilkörper 65 auch ohne einen Voröffnungsquerschnitt 61 ausgeführt sein, so dass bei einer Anströmung über die Anströmöffnung 35 zwar der Übertrittsquerschnitt 75 passierbar ist, aber die Weiterleitung in die Abströmöffnung 49 von dem Voröffnungsventil 59 blockiert bleibt. Bei einer Anströmung über die Abströmöffnung 49 bildet wiederum der Übertrittsquerschnitt 75 auch den Voröffnungsquerschnitt, der die Dämpfkraft der Dämpfventileinrichtung 1 bestimmt.

Die 4 zeigt eine Variante der Dämpfventileinrichtung 1, bei der das Voröffnungsventil 59 dem Voröffnungsquerschnitt 61 hydraulisch parallelgeschaltet ist. In dem Ventilsitzring 31 ist eine Ringkammer 81 eingearbeitet, die einen radial elastischen Ventilkörper 65 aufnimmt. Dieser Ventilkörper 65 kann beispielsweise von einem O-Ring gebildet werden. Die Ringkammer 81 ist an einen Axialkanal 83 in Richtung der Abströmöffnung 49 und einen Radialkanal 85 in Richtung der Anströmöffnung 35 angeschlossen. Bedingt durch ihre Eigenelastizität liegt der Ventilkörper 65 an einer Seitenwand 87 der Ringkammer 81 an, in der auch der Radialkanal 85 mündet, der von dem Ventilkörper 65 in seiner Ausgangslage abgeschlossen ist. Zwischen dem Radialkanal 85 und dem Axialkanal 83 besteht jedoch ein Bypasskanal 89, der stets geöffnet ist und auch nicht mittels des Ventilkörpers 65 schaltbar ist.

Bei einer Anströmung des Ventilkörpers 65 über die Anströmöffnung 35 und dem Radialkanal 85 hebt der Ventilkörper von der Seitenwand 87 der Ringkammer 81 ab und damit steht ein Gesamtvoröffnungsquerschnitt zur Verfügung, der von dem Bypasskanal 89 und dem geöffneten Radialkanal 89 gebildet wird.

Bei einer entgegengesetzten Anströmung des Voröffnungsventils 59 über den Axialkanal 83 verschließt der Ventilkörper 65 die Eintrittsöffnung der Ringkammer 81 in den Radialkanal 85. Als Voröffnungsquerschnitt verbleibt dann der Bypasskanal 89. Die Schließbewegung des Ventilkörpers resultiert aus der Eigenelastizität des Ventilkörpers 65.

Allen Ausführungen des Voröffnungsventils ist gemein, dass das Voröffnungsventil als ein Rückschlagventil ausgeführt ist, das sich wie die 2 bis 4 zeigen, platzsparend innerhalb der Dämpfventileinrichtung 1 platzieren lässt.

1

Dämpfventileinrichtung

3

Zylinder

5

Arbeitsraum

7

Arbeitsraum

9

Dämpfventilgehäuse

11

Aktuator

13

Magnetspule

15

Vorstufenventilkörper

17

Vorstufenventil

19

Hauptstufenventil

21

Ventil

23

Druckbeaufschlagte Fläche

25

Druckbeaufschlagte Fläche

27

Hauptstufenventilkörper

29

Hauptstufenventilfeder

31

Ventilsitzring

35

erste Anströmöffnung

39

Ventilsitzfläche

41

Einlasskanal

43

Steuerraum

45

Rückschlagventil

47

Einlasskanal

49

zweite Anströmöffnung

51

Abflussquerschnitt

53

Rückraum

55

zweites Rückschlagventil

59

Voröffnungsventil

61

Voröffnungsquerschnitt

63

Aufnahme

65

Ventilkörper

67

Ringgraben

69

Schließfeder

71

Steg

73

Druckfläche

75

Übertrittsquerschnitt

77

Schließfläche

79

Stützscheibe

81

Ringkammer

83

Axialkanal

85

Radialkanal

87

Seitenwand

89

Bypasskanal

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• DE 102012019321 A1 [0002, 0003]