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Dokumentenidentifikation DE102005046276B3 14.06.2007
Titel Dämpfventileinrichtung mit progressivem Dämpfkraftverlauf
Anmelder ThyssenKrupp Bilstein Suspension GmbH, 58256 Ennepetal, DE
Erfinder Schmidt, Klaus, Dipl.-Ing., 51519 Odenthal, DE
DE-Anmeldedatum 27.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005046276
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.06.2007
IPC-Hauptklasse F16F 9/34(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16F 9/508(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwingungsdämpfer mit einer eine Blow-off-Funktion aufweisenden Ventileinrichtung. Um einen konstruktiv einfach aufgebauten Schwingungsdämpfer dieser Art vorzuschlagen, bei dem die den progressiven Dämpfkraftverlauf bewirkende Ventileinrichtung eine geringe axiale Bauhöhe aufweist, wird ein hydraulischer Schwingungsdämpfer
a) mit einem Behälterrohr (2), einer einseitig in das Behälterrohr (2) hineinragenden und in diesem oszillierend bewegbaren Kolbenstange (8), an deren dem Behälterrohr (2) zugewandten Ende ein in Zug- und Druckrichtung wirksame Durchflusskanäle für die Dämpfungsflüssigkeit aufweisender Arbeitskolben (1) angeordnet ist, der den Behälterrohrinnenraum in einen kolbenstangenseitigen Zugraum (40) und einen kolbenstangenfernen Druckraum (30) unterteilt, wobei mindestens ein erster Durchflusskanal (6) zur Bildung eines Dämpfungsventils mit einer ersten federnden oder federbelasteten Ventilscheibe (3) abdeckbar ist, die mit einem ersten Ventilsitz (10) zusammenwirkt,
b) mit einem eine Blow-off-Funktion aufweisenden Druckbegrenzungsventil (4) (Blow-off-Ventil), welches bei Erreichen eines vorgebbaren Druckniveaus öffnet,
c) und mit einer eine mit steigender Kolbengeschwindigkeit progressiv verlaufende Dämpfkraft erzeugenden ersten Drosselstelle (5), deren Drosselquerschnitt in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit des Schwingungsdämpfers variabel ist, vorgeschlagen, wobei
d) das die Blow-off-Funktion ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwingungsdämpfer gemäß Patentanspruch 1.

Ein derartiger Schwingungsdämpfer ist aus der DE 10 2004 050 732 A1 bekannt. Um bei hohen Arbeitskolbengeschwindigkeiten des Schwingungsdämpfers eine hohe Dämpfkraft zu erhalten, ist es wünschenswert, die Ventileinrichtungen des Schwingungsdämpfers so auszulegen, dass bei hohen Arbeitskolbengeschwindigkeiten der Dämpfkraftverlauf mit steigender Arbeitskolbengeschwindigkeit progressiv ansteigt. Die ansteigende Dämpfkraft sorgt dabei dafür, dass die Dämpfergeschwindigkeit vor Erreichen der Endanschläge reduziert wird, um die Anschlagkräfte zu verringern. Mit diesem Anschlagen wären nämlich sowohl mechanischer Verschleiß bzw. Verformungen als auch unerwünschte Geräuschentwicklung während des Fahrbetriebs verbunden.

Um einen mit der Arbeitskolbengeschwindigkeit progressiv ansteigenden Dämpfkraftverlauf zu realisieren, wird in der DE 10 2004 050 732 A1 eine Dämpfventileinrichtung vorgeschlagen, die ein erstes Dämpfventil umfasst, das in einem ersten Betriebsbereich mit steigender Durchströmungsgeschwindigkeit eines Dämpfungsmediums in eine Durchlassbetriebsstellung übergeht, wobei ein zweiter Betriebsbereich mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik von einer Drosselstelle in Verbindung mit einem Steuerschieber beeinflusst wird, der in eine Schließstellung überführbar ist. Der Steuerschieber weist dabei eine druckbeaufschlagte Fläche auf, die in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung auf den Steuerschieber einwirkt. Bei dieser Lösung ist also zusätzlich zu den Dämpfungsventilen des Arbeitskolbens bzw. des Bodenventils ein separater Steuerschieber notwendig. Dieser separate Steuerschieber wirkt entweder mit dem Körper des Arbeitskolbens oder mit dem Körper des Bodenventils zusammen und bildet mit diesem eine Drosselstelle aus. Der Durchströmungsquerschnitt dieser Drosselstelle verringert sich bei steigender Arbeitskolbengeschwindigkeit, sodass die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers progressiv ansteigt. Wird ein bestimmter kritischer Wert des Durchflussquerschnitts der Drosselstelle erreicht, so steigt der Druck im Schwingungsdämpfer auf einen kritischen Wert an, bei dessen Erreichen ein Druckbegrenzungsventil, das eine so genannte Blow-off-Funktion aufweist, öffnet, sodass der progressive Dämpfkraftanstieg abgebrochen wird und die Dämpfkraft nicht weiter ansteigt, sondern auf dem erreichten hohen Niveau verbleibt.

Nachteilig bei diesem bekannten Schwingungsdämpfer ist, dass die konstruktive Ausgestaltung der Ventileinrichtung aufgrund des erforderlichen separaten Ventilschiebers aufwändig ist und daher auch mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden ist. Außerdem erfordert der separate Ventilschieber eine relativ große axiale Bauhöhe für die Ventileinrichtung.

Aus der DE 100 28 114 C2 ist ein Schwingungsdämpfer mit einer eine Blow-off-Funktion aufweisenden Ventileinrichtung bekannt. Bei diesem bekannten Schwingungsdämpfer wird eine variable Drosselstelle, deren Drosselquerschnitt sich in Abhängigkeit von der Kolbenstangengeschwindigkeit verändert, zwischen flexiblen und vorgespannten Ventilscheiben einerseits und dem Arbeitskolbenkörper andererseits ausgebildet. Bei Erreichen eines bestimmten vorgegebenen Druckniveaus legen sich die Ventilscheiben an eine ringförmige Halterscheibe an, welche über eine Feder vorgespannt ist. Bei Erreichen eines bestimmten, durch die auf den Halter einwirkende Feder vorgegebenen Druckniveaus verschiebt sich der Halter entgegen der Federkraft und die Blow-off-Funktion setzt ein. Bei dieser Konstruktion bildet die der Ventilscheibe zugeordnete ringförmige Halterscheibe keine variable Drosselstelle mit der Ventilscheibe aus und die über eine Tellerfeder erfolgende Vorspannung der ringförmigen Halterscheibe ist konstruktiv vergleichsweise aufwändig.

Bei dem aus der DE 197 10 454 B4 bekannten Schwingungsdämpfer ist das die Blow-off-Funktion aufweisende Bauelement als Federfänger ausgebildet, der mit einer flexiblen Scheibe zusammenwirkt. Der Federfänger ist über eine Schraubenfeder federnd abgestützt und vorgespannt. Daher weist die die Blow-off-Funktion aufweisende Ventilanordnung eine große axiale Bauhöhe auf.

Aus der DE 40 25 115 C2 ist ein mehrstufiges Dämpfventil für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer bekannt, welches keine Blow-off-Funktion besitzt. Stattdessen sind mehrere Dämpfungsstufen vorhanden, die unterschiedliche Dämpfungskräfte erzeugen. Der Dämpfungskraftverlauf ist bei hohen Kolbengeschwindigkeiten progressiv, ohne dass dieser bei hohen Kolbenstangengeschwindigkeiten vorliegende progressive Dämpfungskraftverlauf in einen degressiven, flach verlaufenden Bereich übergeht, in dem sich die Dämpfungskraft nicht oder nur noch unwesentlich erhöht. Insbesondere bei hohen Kolbenstangengeschwindigkeiten ist somit eine Begrenzung der Dämpfungskraft nicht erreichbar, sodass die Dämpfungskraft mit steigender Kolbenstangengeschwindigkeit immer weiter ansteigt, wobei der Fahrkomfort entsprechend abnimmt.

Aus der DE 197 55 994 A1 ist ein Kolben für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer bekannt, bei dem mit einfachen Mitteln ein degressives Verhalten sowohl für die Zug- als auch für die Druckstufe erreicht wird. Hierzu ist ein die außen liegenden Kanäle abschließendes Rückschlagventil als federnd nachgiebige, die Ausströmöffnungen der außen liegenden Kanäle verschließende Abdeckscheibe vorgesehen, die sich über einen separaten Ring an der von den Kanälen abgewandten Seite gegen ein weiteres Federelement abstützt. Eine Ventileinrichtung mit einer Blow-off-Funktion ist bei dieser Kolbenanordnung nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer mit einer Ventileinrichtung mit Blow-off-Funktion vorzuschlagen, der konstruktiv einfach aufgebaut ist und bei dem die Ventileinrichtung eine geringe axiale Bauhöhe aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem hydraulischen Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung wird die variable Drosselstelle, die bei zunehmender Arbeitskolbengeschwindigkeit ihren Durchflussquerschnitt für das Dämpfungsmedium verringert und somit für das progressive Ansteigen des Dämpfkraftverlaufes sorgt, unmittelbar zwischen der die Dämpfkraft während des Normalbetriebs bestimmenden Ventilscheibe einerseits und einer mit dieser Ventilscheibe zusammenwirkenden Ringscheibe andererseits ausgebildet. Unter Normalbetrieb wird in diesem Zusammenhang ein Betriebsbereich verstanden, in dem vergleichsweise geringe Arbeitskolbengeschwindigkeiten von bis zu 2 m/sec, jedoch maximal bis zu 4 m/sec vorliegen. Diese Geschwindigkeitsbereiche sind dabei nicht als feststehende Bereiche zu verstehen, sondern sie sind durch Veränderung der Bauteile einstellbar.

Das eine Blow-off-Funktion aufweisende Druckbegrenzungsventil weist erfindungsgemäß eine der Ventilscheibe des Dämpfungsventils zugeordnete Ringscheibe auf, welche ihrerseits eine der Ventilscheibe zugewandte Oberfläche aufweist. Diese Oberfläche bildet mit der Ventilscheibe eine variable Drosselstelle aus, die bei hohen Arbeitskolbengeschwindigkeiten ab etwa 2 m/sec für einen progressiven Anstieg des Dämpfkraftverlaufes des Schwingungsdämpfers sorgt. Da bei herkömmlichen hydraulischen Schwingungsdämpfern die Ventilscheibe des Dämpfungsventils ohnehin erforderlich ist, um die gewünschte Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers einzustellen, ist lediglich die zusätzliche Ringscheibe, die zu dem Blow-off-Ventil des Schwingungsdämpfers gehört, zur Ausbildung der gewünschten variablen Drosselstelle erforderlich. Ein separates Bauteil im Sinne eines Steuerschiebers, der durch das strömende Dämpfungsmedium betätigt wird (vgl. DE 10 2004 050 732 A1), ist nicht erforderlich. Daher baut die erfindungsgemäße Ventileinrichtung in axialer Richtung sehr klein. Außerdem ist der konstruktive Aufwand zur Realisierung der variablen Drosselstelle ausgesprochen gering, sodass die gesamte Ventileinrichtung konstruktiv einfach ausgebildet und damit kostengünstig ist.

Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung, mit der die variable Drosselstelle gebildet wird, kann am Arbeitskolben des Schwingungsdämpfers ausgebildet sein. Handelt es sich um einen Schwingungsdämpfer mit Bodenventil, der nach dem Zweikammer-Wirkprinzip arbeitet, so kann die erfindungsgemäße Ventileinrichtung entweder nur am Arbeitskolben oder nur am Bodenventil oder sowohl am Arbeitskolben als auch am Bodenventil vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung kann vorteilhaft als ausschließlich in der Druckstufe des Schwingungsdämpfers wirksame Ventileinrichtung ausgebildet sein. Es ist allerdings auch denkbar, die erfindungsgemäße Ventileinrichtung als ausschließlich in der Zugstufe des Schwingungsdämpfers wirksame Ventileinrichtung vorzusehen. Ferner ist es auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Ventileinrichtung in beiden Bewegungsrichtungen des Arbeitskolbens (also sowohl in der Zug- als auch in der Druckstufe) wirksam ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ist das Blow-off-Ventil als federbelastetes Druckbegrenzungsventil ausgebildet. Bevorzugt umfasst das Blow-off-Ventil einen zylindrischen Mantel mit einem an seiner Innenwandung angeordneten radialen Absatz, der sich nach innen, d.h. zur Mitte des Schwingungsdämpfers hin erstreckt. Dieser Absatz bildet ein Widerlager für die Ringscheibe, die mit der Ventilscheibe die variable Drosselstelle ausbildet.

Um eine geringe axiale Bauhöhe der Ventileinrichtung zu erreichen, ist vorgesehen, dass innerhalb des Mantels und oberhalb des radialen Absatzes eine Federscheibe angeordnet ist, die das Druckbegrenzungsventil in Schließrichtung mit einer vorgebbaren Federkraft vorspannt. Über die Vorspannung, mit der diese Federscheibe innerhalb des Mantels des Druckbegrenzungsventils eingebaut wird, lässt sich festlegen, bei welchem Druck das Druckbegrenzungsventil öffnet, sodass die Blow-off-Wirkung erreicht wird. Alternativ zu der Federscheibe kann selbstverständlich auch eine Schraubenfeder vorgesehen sein oder auch eine Kombination aus Federscheibe und Schraubenfeder.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die Öffnungsbewegung der Ventilscheibe, die im Normalbetrieb des Schwingungsdämpfers dessen Dämpfungscharakteristik bestimmt, dazu ausgenutzt werden kann, in Wechselwirkung mit einem Bauteil eines Blow-off Ventils eine variable Drosselstelle auszubilden, mit der im Bereich höherer Arbeitskolbengeschwindigkeiten ein progressiver Dämpfkraftverlauf bei ansteigenden Arbeitskolbengeschwindigkeiten erreicht werden kann. Auf zusätzliche Bauteile, wie beispielsweise Steuerschieber zur Ausbildung dieser variablen Drosselstelle, kann daher verzichtet werden, was zu einem konstruktiv einfachen Aufbau der Ventileinrichtung und somit auch zu geringen Herstellungskosten führt. Außerdem wird eine geringe axiale Bauhöhe der Ventileinrichtung erreicht.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen

1 ein Diagramm, in dem der Dämpfkraftverlauf über der Arbeitskolbengeschwindigkeit dargestellt ist;

2a, 2b eine schematische Darstellung des Wirkprinzips der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung;

3 eine erfindungsgemäße Ventileinrichtung am Arbeitskolben in einem ersten Betriebszustand (Normalbetrieb);

4 die Ventileinrichtung gemäß 3 in einem anderen Betriebszustand (Blow-off-Funktion);

5 ein Bodenventil mit einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung in einem ersten Betriebszustand (Normalbetrieb);

6 die Ventileinrichtung gemäß 5 in einem anderen Betriebszustand (Blow-off-Funktion).

In 1 ist der Dämpfkraftverlauf eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers über der Arbeitskolbengeschwindigkeit aufgetragen. Der mit „Bereich 1" gekennzeichnete Bereich des Dämpfkraftverlaufes ist der Bereich, der im Normalbetrieb des Schwingungsdämpfers bei Arbeitskolbengeschwindigkeiten von bis zu etwa 2 m/sec vorliegt. In dliesem Bereich wird die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers durch eine oder mehrere federnde oder federbelastete Ventilscheiben bestimmt. Steigt die Arbeitskolbengeschwindigkeit weiter an, so geht der Dämpfkraftverlauf in gewünschter Weise in einen progressiv ansteigenden Dämpfkraftverlauf über. „Progressiv ansteigender Dämpfkraftverlauf" bedeutet, dass mit ansteigenden Arbeitskolbengeschwindigkeiten auch die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers ansteigt. Auf diese Weise wird die Dämpfergeschwindigkeit vor Erreichen der Endanschläge reduziert, um die Anschlagkräfte zu verringern und die mit einem Anschlagen verbundene Beschädigung und/oder die unerwünschte Geräuschentwicklung zu vermeiden.

Steigt die Arbeitskolbengeschwindigkeit dagegen noch weiter an und erreicht sie einen kritischen Wert, so entfaltet die erfindungsgemäße Ventileinrichtung ihre Blow-off-Funktion, sodass die progressiv ansteigende Kurve des Dämpfkraftverlaufes in den flachen Bereich 2 übergeht, in dem kein nennenswerter Anstieg der Dämpfkraft mehr vorliegt. Auf diese Weise wird die Ausbildung eines zu hohen Druckniveaus innerhalb des Schwingungsdämpfers vermieden, sodass ein Platzen des Schwingungsdämpfers verhindert wird. Gleichzeitig wird ein hohes Dämpfkraftniveau des Schwingungsdämpfers aufrechterhalten.

In 2a ist das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung schematisch während des Normalbetriebs dargestellt. Zu erkennen ist der Arbeitskolben 1, der in einem Behälterrohr 2 eines Schwingungsdämpfers oszillierend bewegbar geführt angeordnet ist. Mit dem Arbeitskolben 1 wirkt eine mit einer Federkraft F2Feder belastete Ventilscheibe 3 zusammen, die mit einem am Körper des Arbeitskolbens 1 ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Diese federbelastete Ventilscheibe 3 bildet das in dem in 2a dargestellten Kompressionshub des Dämpfers in der Druckstufe wirksame Dämpfungsventil.

Ferner ist ein durch eine zweite Federkraft F1Feder belastetes Druckbegrenzungsventil 4 dargestellt, welches ebenfalls mit einer Ventilsitzfläche am Körper des Arbeitskolbens 1 zusammenwirkt und in 2a in geschlossenem Zustand dargestellt ist. Zwischen der Ventilscheibe 3 und dem Druckbegrenzungsventil 4 ist eine variable Drosselstelle 5 ausgebildet, durch die im in 2 dargestellten Normalbetriebszustand das flüssige Dämpfungsmedium hindurchströmt.

Abhängig von der Größe der durchströmbaren Querschnittsfläche der variablen Drosselstelle 5 verändert sich die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers. Einerseits öffnet die Ventilscheibe 3 erst dann, wenn der Druck im Schwingungsdämpfer so groß ist, dass die vom Dämpfungsmedium auf die Ventilscheibe 3 einwirkende Kraft größer ist als die durch die Feder F2 auf die Ventilscheibe einwirkende Federkraft F2Feder. Hat sich aufgrund eines entsprechenden Druckanstieges im Schwingungsdämpfer die Ventilscheibe 3 angehoben, so durchströmt das flüssige Dämpfungsmedium den Durchflusskanal 6 des Arbeitskolbens und die sich daran anschließende variable Drosselstelle 5, die zwischen der Ventilscheibe 3 und dem Druckbegrenzungsventil 4 ausgebildet ist. Steigt die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens weiter an, so steigt auch der Druck im Schwingungsdämpfer weiter an, wodurch die Ventilscheibe 3 weiter gegen ihre Federkraft auf das Blow-off Ventil 4 zu bewegt wird und sich die freie, durchströmbare Querschnittsfläche der Drosselstelle 5 weiter verringert. Auf diese Weise steigt die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers mit zunehmender Verringerung der frei durchströmbaren Querschnittsfläche der Drosselstelle 5 weiter an, so dass der gewünschte progressive Dämpfkraftverlauf erreicht wird.

Sobald der frei durchströmbare Querschnitt der Drosselstelle 5 ein kritisches Maß erreicht, bei dem die Drosselstelle 5 einen bestimmten kritischen Strömungswiderstand aufweist, so erreicht der Druck im Schwingungsdämpfer ebenfalls einen kritischen Wert, bei dem das Druckbegrenzungsventil 4 öffnet, sodass die Blow-off-Funktion dieses Druckbegrenzungsventils 4 einsetzt. In 2b ist dies schematisch dadurch dargestellt, dass die Ventilscheibe 3 sich an das Druckbegrenzungsventil 4 angelegt hat und das Druckbegrenzungsventil 4 sich infolge des Druckanstiegs vom Körper des Arbeitskolbens 1 abgehoben hat, sodass ein Durchflusskanal (Blow-off Kanal) für das flüssige Dämpfungsmedium freigemacht wird. In diesem Betriebszustand steigt der Dämpfkraftverlauf des Schwingungsdämpfers nicht weiter an, sondern er bleibt auf einem hohen Dämpfkraftniveau nahezu konstant. Auf diese Weise wird ein Überschreiten eines kritischen Wertes des Schwingungsdämpferdrucks und damit ein Platzen des Schwingungsdämpfers vermieden.

In 3 ist ein mit einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ausgestatteter Arbeitskolben 1 dargestellt, der an einem im Durchmesser reduzierten Kolbenstangenzapfen 7 einer Kolbenstange 8 angeordnet ist. Der Arbeitskolben 1 ist dabei in ansich bekannter Weise mit einer Mutter 9 auf dem Kolbenstangenzapfen 7 festgeschraubt. Der Arbeitskolben 1 weist einen Durchflusskanal 6 für das flüssige Dämpfungsmedium auf. Der Durchflusskanal 6 ist dabei durch eine Ventilscheibe 3 abdeckbar, die mit einem am Körper des Arbeitskolbens 1 ausgebildeten Ventilsitz 10 zusammenwirkt. Diese Ventilscheibe 3 bestimmt im in der 3 dargestellten Normalbetriebszustand die Dämpfkraft des Arbeitskolbens in der Druckstufe. Die Ventilscheibe 3 ist in ansich bekannter Weise durch ein Federscheibenpaket abgestützt, welches sich in axialer Richtung nach oben zur Kolbenstange hin an dem radialen Absatz der Kolbenstange abstützt. Auf diese Weise ist die Ventilscheibe 3 mit einer vorgebbaren Federkraft vorbelastet, sodass die Ventilscheibe 3 erst bei Erreichen eines bestimmten Drucks sich vom Ventilsitz 10 abhebt und einen Durchflusskanal für das flüssige Dämpfungsmedium freigibt. In 3 ist ein den Strömungspfad des Dämpfungsmediums während eines Kompressionshubes im Normalbetrieb angebender Pfeil eingezeichnet.

In 3 ist ebenfalls zu erkennen, dass die Ventilscheibe 3 mit einer Ringscheibe 11 des Blow-off Ventils 4 zusammenwirkt. Je weiter die Ventilscheibe 3 in Richtung Kolbenstange aufgebogen wird, desto geringer wird der frei durchströmbare Querschnitt der zwischen der Ventilscheibe 3 und der Ringscheibe 11 ausgebildeten Drosselstelle 5. Durch die Veränderung der frei durchströmbaren Querschnittsfläche der Drosselstelle 5 wird eine entsprechende Veränderung des Dämpfkraftverlaufes des Schwingungsdämpfers erreicht. Mit zunehmender Verringerung der frei durchströmbaren Querschnittsfläche der Drosselstelle 5 steigt die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers an. Auf diese Weise wird der gewünschte progressive Dämpfkraftverlauf im Bereich hoher Arbeitskolbengeschwindigkeiten erreicht.

Das Druckbegrenzungsventil 4 mit der Blow-off-Funktion (Blow-off-Ventil) ist in dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel durch mehrere Bauteile gebildet. Zum einen ist ein Mantel 12 vorgesehen, der mit dem Körper des Arbeitskolbens 1 zusammenwirkt. Am Arbeitskolben 1 ist eine umlaufende Dichtfläche ausgebildet, auf der der Mantel 12 des Blow-off-Ventils 4 dichtend aufsetzt.

An der Innenwandung des Mantels 12 ist ein sich in radialer Richtung nach innen erstreckender Absatz 13 vorgesehen. An diesem radialen Absatz 13 stützt sich die Ringscheibe 11 über einen Distanzring 14 in axialer Richtung ab. Durch die gezielte Auswahl der axialen Dicke des Distanzringes 14 lässt sich der Verlauf des progressiven Anstiegs der Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers beeinflussen, da über den Distanzring 14 der maximale Abstand der der Ventilscheibe 3 zugewandten Oberfläche der Ringscheibe 11 von der Ventilscheibe 3 in geschlossenem Zustand vorgebbar ist.

Der Mantel 12 des Blow-off-Ventils 4 wird durch eine von einer Federscheibe 15 erzeugte Federkraft auf dem Arbeitskolben 1 unter Vorspannung gehalten. Diese Federkraft entspricht der in 2a, 2b mit F1Feder bezeichneten Federkraft. Zur Erzeugung dieser Vorspannung ist die Federscheibe 15 an ihrem inneren radialen Umfang im Bereich des Kolbenstangenzapfens 7 fest axial eingespannt, während sie an ihrem äußeren Umfang auf zwei übereinander angeordneten Distanzscheiben 16, 17 aufliegt. Der Auflagepunkt der Federscheibe 15 am äußeren Umfang (d.h. im Bereich des Mantels 12) liegt dabei näher zur Kolbenstange 8 hin als der Punkt, an dem die Federscheibe 15 im Bereich des Kolbenstangenzapfens 7 fixiert gehalten ist. Auf diese Weise ist die Federscheibe 15 durchgebogen, sodass sie eine in Schließrichtung des Blow-off-Ventils 4 wirkende Federkraft über die Distanzscheiben 17, 16, die Ringscheibe 11 und den Distanzring 14 auf den Mantel 12 ausübt. Diese Vorspannung hält das Blow-off-Ventil 4 in einer geschlossenen Position auf dem entsprechenden Ventilsitz des Arbeitskolbens 1 fest. Erst wenn ein bestimmtes, von der Durchbiegung dieser Federscheibe 15 abhängiger Druck im Schwingungsdämpfer erreicht wird, so öffnet das Blow-off-Ventil 4 gegen die Federkraft der Federscheibe 15 und gibt den in 4 mit einem Pfeil dargestellten Strömungspfad für das flüssige Dämpfungsmedium frei. Durch Veränderung der axialen Höhe der übereinander angeordneten Distanzscheiben 16, 17 kann die Vorspannkraft des Blow-off Ventils und damit dessen Öffnungsdruck gezielt eingestellt werden.

In 4 ist eine maximale Durchbiegung der Ventilscheibe 3 dargestellt, in der die Drosselstelle 5 (vgl. 3) auf Null verringert ist. Dies soll schematisch darstellen, dass die Durchbiegung der Ventilscheibe 3 ein kritisches Maß erreicht hat, bei dem der freie Durchflussquerschnitt der Drosselstelle 5 (siehe 3) ein so geringes Maß erreicht hat, dass die Drosselwirkung der Drosselstelle 5 so groß ist, dass im Schwingungsdämpfer ein kritischer Druck erreicht wird, bei dem das Blow-off Ventil 4 öffnet. Dies kann auch schon vor dem physischen Anliegen der Ventilscheibe 3 an der Ringscheibe 11 der Fall sein. Um den Öffnungsdruck des Blow-off Ventils zu erreichen ist es also nicht erforderlich, dass sich die Ventilscheibe 3 an die Ringscheibe 11 anlegt.

Ist dieses kritische Druckniveau im Stoßdämpfer erreicht, so hebt sich der Mantel 12 von seiner Ventilsitzfläche am Arbeitskolben 1 ab und gibt einen Strömungspfad für das flüssige Dämpfungsmedium frei (Blow-off-Funktion).

Wird diese Blow-off-Funktion des Druckbegrenzungsventils 4 ausgelöst, so wird dadurch ein weiterer Anstieg der Dämpfkraft verhindert und das Dämpfkraftniveau des Schwingungsdämpfers bleibt auf hohem Niveau etwa konstant aufrechterhalten, vgl. Bereich 2 in 1.

In 5 ist dasselbe Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung dargestellt, wie dies in 3 am Beispiel einer am Arbeitskolben 1 ausgebildeten Ventileinrichtung dargestellt ist. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass in 5 eine an einem Bodenventil 20 ausgebildete erfindungsgemäße Ventileinrichtung dargestellt ist. Gleiche Bauteile sind daher in 5 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Bei dem in 5 dargestellten Normalbetriebszustand ist ebenfalls, genauso wie in 3, die erfindungsgemäße Ventileinrichtung so angeordnet, dass sie einen Durchflusskanal 6 abdeckt, welcher bei einer Bewegung des Arbeitskolbens 1 in Richtung Druckraum 30 von flüssigem Dämpfungsmedium durchströmt wird (Kompressionshub). Die Ventilscheibe 3 ist entgegen ihrer Vorspannkraft um ein gewisses Maß vom Ventilsitz 10 abgehoben, sodass flüssiges Dämpfungsmedium durch den Kanal 6 an der Ventilscheibe 3 vorbei und durch den frei durchströmbaren Querschnitt der Drosselstelle 5 hindurch strömt. Zwischen der Ventilscheibe 3 und der Ringscheibe 11 ist wiederum die variable Drosselstelle 5 ausgebildet, durch deren Veränderung der gewünschte progressive Dämpfkraftverlauf bei hohen Arbeitskolbengeschwindigkeiten erreicht wird.

In 6 ist das mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung bestückte Bodenventil 20 gemäß 5 in einem anderen Betriebszustand dargestellt. Die Ventilscheibe 3 hat sich soweit durchgebogen, dass der frei durchströmbare Querschnitt der Drosselstelle 5 (5) auf Null abgesunken ist. Der Druck im Schwingungsdämpfer ist dadurch auf ein kritisches Niveau angestiegen, bei dem der Mantel 12 des Blow-off-Ventils 4 von der auf dem Körper des Bodenventils 20 ausgebildeten Ventilsitzfläche abgehoben ist. Dadurch wird ein Strömungsweg für das flüssige Dämpfungsmedium freigegeben, sodass ein weiterer Anstieg der Dämpfkraft bei noch höheren Arbeitskolbengeschwindigkeiten wirksam vermieden wird. Die Dämpfkraft verbleibt in nahezu konstanter Weise auf einem bestimmten hohen Dämpfkraftniveau.

Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung kann ausschließlich am Arbeitskolben 1 des Schwingungsdämpfers ausgebildet sein, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. Genauso kann die erfindungsgemäße Ventileinrichtung aber auch ausschließlich am Bodenventil 20 angeordnet sein, sowie dies in den 5 und 6 dargestellt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Ventileinrichtung sowohl am Arbeitskolben 1 als auch gleichzeitig am Bodenventil 20 vorzusehen.

In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Ventileinrichtung jeweils so angeordnet, dass sie in der Druckstufe des Schwingungsdämpfers wirksam ist. In analoger Weise könnte die erfindungsgemäße Ventileinrichtung jedoch auch so angeordnet sein, dass sie in der Zugstufe des Schwingungsdämpfers wirksam ist. Darüber hinaus wäre es auch denkbar, die erfindungsgemäße Ventileinrichtung jeweils sowohl in der Zugstufe als auch in der Druckstufe anzuordnen.

1.
Arbeitskolben
2.
Behälterrohr
3.
Ventilscheibe
4.
Druckbegrenzungsventil (Blow-off-Ventil)
5.
Drosselstelle
6.
Durchflusskanal
7.
Kolbenstangenzapfen
8.
Kolbenstange
9.
Mutter
10.
Ventilsitz
11.
Ringscheibe
12.
Mantel
13.
Absatz
14.
Distanzring
15.
Federscheibe
16.
Distanzscheibe
17.
Distanzscheibe
20.
Bodenventil
30.
Druckraum
40.
Zugraum
F1Feder
Federkraft
F2Feder
Federkraft


Anspruch[de]
Hydraulischer Schwingungsdämpfer

a) mit einem Behälterrohr (2), einer einseitig in das Behälterrohr (2) hineinragenden und in diesem oszillierend bewegbaren Kolbenstange (8), an deren dem Behälterrohr (2) zugewandten Ende ein in Zug- und Druckrichtung wirksame Durchflusskanäle für die Dämpfungsflüssigkeit aufweisender Arbeitskolben (1) angeordnet ist, der den Behälterrohrinnenraum in einen kolbenstangenseitigen Zugraum (40) und einen kolbenstangenfernen Druckraum (30) unterteilt, wobei mindestens ein erster Durchflusskanal (6) zur Bildung eines Dämpfungsventils mit einer ersten federnden oder federbelasteten Ventilscheibe (3) abdeckbar ist, die mit einem ersten Ventilsitz (10) zusammenwirkt,

b) mit einem eine Blow-off-Funktion aufweisenden Druckbegrenzungsventil (4) (Blow-off-Ventil), welches bei Erreichen eines vorgebbaren Druckniveaus öffnet,

c) und mit einer eine mit steigender Kolbengeschwindigkeit progressiv verlaufende Dämpfkraft erzeugenden ersten Drosselstelle (5), deren Drosselquerschnitt in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit des Schwingungsdämpfers variabel ist, wobei

d) das die Blow-off-Funktion aufweisende Druckbegrenzungsventil (4) eine der ersten Ventilscheibe (3) zugeordnete erste Ringscheibe (11) mit einer der ersten Ventilscheibe (3) zugewandten Oberfläche aufweist, welche mit der ersten Ventilscheibe (3) die variable erste Drosselstelle (5) bildet,

e) und wobei das Blow-off-Ventil (4) einen zylindrischen Mantel (12) mit einem an seiner Innenwandung angeordneten, sich nach innen erstreckenden, radialen Absatz (13) aufweist, der ein Widerlager für die Ringscheibe (11) bildet.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, wobei durch die erste Ventilscheibe (3) mindestens ein Durchflusskanal (6) abdeckbar ist, der bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange (8) in Richtung Druckraum (30) von Dämpfungsflüssigkeit durchströmt wird. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei an dem der Austrittsseite der Kolbenstange (8) gegenüber liegenden Ende des Behälterrohres (2) ein in Zug- und Druckrichtung wirksame Durchflusskanäle (6) für die Dämpfungsflüssigkeit aufweisendes Bodenventil (20) angeordnet ist. Schwingungsdämpfer nach den voranstehenden Ansprüchen, wobei die erste Ventilscheibe (3) und das Blow-off-Ventil (4) am Arbeitskolben ausgebildet sind. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Bodenventil (20) zur Bildung eines Dämpfungsventils eine zweite federnde oder federbelastete Ventilscheibe (3) und ein dieser zweiten Ventilscheibe (3) zugeordnetes, eine zweite Ringscheibe (11) umfassendes Blow-off-Ventil (4) aufweist, wobei die zweite Ventilscheibe (3) mit der ihr zugewandten Oberfläche der zweiten Ringscheibe (11) eine einen progressiven Anstieg der Dämpfkraft bei steigenden Kolbengeschwindigkeiten bewirkende zweite Drosselstelle (5) bildet. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, wobei durch die zweite Ventilscheibe (3) mindestens ein Durchflusskanal (6) abdeckbar ist, der bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange (8) in Richtung Druckraum (30) von Dämpfungsflüssigkeit durchströmt wird. Schwingungsdämpfer nach den voranstehenden Ansprüchen, wobei das Blow-off-Ventil (4) als federbelastetes Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Mantels (12) und oberhalb des Absatzes (13) eine Federscheibe (15) angeordnet ist, die eine zentrale Bohrung aufweist und im Bereich dieser zentralen Bohrung axial fixiert gehalten ist, während sich die Federscheibe (15) an ihrem äußeren Umfang unter Ausbildung einer in Schließrichtung des Blow-off-Ventils (4) wirkenden Federkraft direkt oder indirekt an dem Absatz (13) abstützt. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, wobei die mit der Ventilscheibe (3) zusammenwirkende Ringscheibe (11) zwischen der Ventilscheibe (3) und der Federscheibe (15) angeordnet ist. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, wobei sich die Ringscheibe (11) über mindestens einen Distanzring (14) an dem Absatz (13) des Mantels (12) abstützt. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 10, wobei sich die Federscheibe (15) über mindestens einen Distanzring (16, 17), der zwischen der Federscheibe (15) und der Ringscheibe (11) angeordnet ist, an der Ringscheibe (11) abstützt. Schwingungsdämpfer nach den voranstehenden Ansprüchen, wobei die Ventilsitzfläche, mit der das Blow-off-Ventil (4) zusammenwirkt, am Körper des Arbeitskolbens (1) und/oder am Körper des Bodenventils (20) ausgebildet ist.






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