DE102016210790A1

DE102016210790A1 - Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie

Info

Publication number: DE102016210790A1
Application number: DE102016210790.9A
Authority: DE
Inventors: Jörg Rösseler; Aleksandar Knezevic; Benjamin Thiessen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-12-21
Also published as: CN109312809B; CN109312809A; WO2017215858A1; KR20190018487A; US20190128361A1; KR102374626B1; US10753421B2

Abstract

Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, umfassend ein erstes Dämpfventil, das in einem ersten Betriebsbereich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums in eine Durchlassbetriebsstellung übergeht, wobei ein zweiter Betriebsbereich mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik von einer Drosselstelle in Verbindung mit einem Ventilkörper beeinflusst wird, der in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich Ventilkörper mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung bewegt und in Reihe zum Dämpfventil angeordnet ist, wobei der Ventilkörper als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement ausgeführt ist, der eine radiale Schließbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche ausführt, bei der ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt eingehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2004 050 732 A1 ist ein Schwingungsdämpfer mit progressiver Dämpfkraftkennlinie bekannt, der ein Dämpfventil aufweist, dem ein Drosselventil vorgeschaltet ist. Das Dämpfventil öffnet mit zunehmendem Druckgefälle zwischen der Einströmseite und der Ausströmseite. Das Drosselventil weist eine entgegengesetzte Charakteristik auf. Mit zunehmendem Volumenstrom wird das Drosselventil in eine Schließbewegung überführt. Die Schließkraft bestimmt sich aus der Differenz einer Druckkraft und einer entgegengesetzten Federkraft, die als Offenhaltekraft wirkt.
Der Vorteil einer derartigen Dämpfventilkonstruktion besteht darin, dass ein Dämpfkraftanstieg in jeder Kolbenstangenposition erreicht werden kann. Man ist nicht auf wegabhängige Zug- und oder Druckanschläge angewiesen. Ein wesentlicher Nachteil besteht in dem zusätzlichen Kostenaufwand und dem Bauraumverlust im Vergleich zu einem herkömmlichen Schwingungsdämpfer.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu lösen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass 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.
Der große Vorteil besteht darin, dass ein extrem einfaches und platzsparendes Bauteil verwendet werden kann. Es besteht praktisch kein Bauraummehrbedarf für den Ventilkörper. Der definierte Mindestdurchlassquerschnitt verhindert eine vollständige Blockade der Dämpfventileinrichtung und damit der Arbeitsbewegung des Schwingungsdämpfers. Bei diesem Ventilprinzip wird der Effekt ausgenutzt, dass bei einer Strömung eines Mediums durch einen engen Spalt ab einer Grenzgeschwindigkeit eine radiale Sogwirkung entsteht. Diese Sogwirkung führt zu der radialen Schließbewegung des Ventilelements.
Bei einer Variante wird der Mindestdurchlassquerschnitt durch einen Begrenzungsring definiert. Der Begrenzungsring wird einfach in Richtung der Strömungsleitfläche positioniert. Als Begrenzungsring kann z. B. ein einfacher Sprengring verwendet werden.
Alternativ kann man auch vorsehen, dass der Mindestdurchlassquerschnitt durch mindestens einen Anschlagsteg definiert wird. Der Anschlagsteg liegt dann an der Strömungsleitfläche an und begrenzt damit die weitere Schließbewegung.
Um die radiale Beweglichkeit des Ringelements zu fördern, weist das Ringelement radiale Druckausgleichskanäle auf.
Man kann vorsehen, dass das Ringelement in einer Stützscheibe einer Ventilscheibenbestückung des Dämpfventils angeordnet ist. Nahezu jedes Dämpfventil verfügt über eine Stützscheibe, die nun mit der Implementierung des Ringelements eine Zusatzfunktion ausübt.
Alternativ kann das Ringelement auch in einer Zuganschlagträgerscheibe ausgeführt sein. Selbst einfachste Zuganschläge benötigen eine Zuganschlagträgerscheibe, so dass auch für diese Bauform kein weiteres den Hubweg reduzierendes Bauteil eingesetzt werden muss.
Eine weitere sehr kompakte Bauform zeichnet sich dadurch aus, dass das Ringelement in einem Befestigungsmittel des Dämpfventils ausgeführt ist.
Bei den Bauformen, bei denen das Ringelement in der Stützscheibe oder in der Zuganschlagträgerscheibe positioniert ist, bildet eine Innenwandung eines Arbeitszylinders die Strömungsleitfläche. Man kann aber auch vorsehen, dass das Ringelement mit einem Kolbenhemd eines Kolbens als Ventilkörper des Dämpfventils zusammenwirkt.
Alternativ oder Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass das Ringelement als Teil eines Bodenventils ausgeführt ist.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung
2 Alternative Ausführung zur 1
3 Alternative Ausführung eines Ringelements
4 Dämpfventileinrichtung als Bodenventil
5 Ringelement zur 4
Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst ein erstes Dämpfventil 5 mit einem als Kolben 7 ausgeführten Dämpfventilkörper, der an einer Kolbenstange 9 befestigt ist.
Der Dämpfventilkörper 7 unterteilt einen Zylinder 11 des Schwingungsdämpfers in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittskanäle für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkreisen ausgeführt. Die Ausgestaltung der Durchtrittskanäle ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 17; 19 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 zumindest teilweise abgedeckt.
Zusätzlich verfügt der Schwingungsdämpfer über einen Zuganschlag 25, der ab einer definierten Ausfahrbewegung der Kolbenstange 9 an einer zylinderseitigen Anschlagfläche, z.B. einer Kolbenstangenführung 27, zur Anlage kommt.
Der Zuganschlag 25 umfasst eine Zuganschlagträgerscheibe 29, die direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite der Zuganschlagträgerscheibe 29 ist beispielhaft ein ringförmiges Elastomerelement 31 aufgelegt, das über eine geringe radiale Vorspannung auch bei einer Schwingbewegung der Kolbenstange 9 gehalten wird. Das Elastomerelement 31 wirkt ab dem Anschlagpunkt an der Anschlagfläche als zusätzliche Stützfeder.
Die Zuganschlagträgerscheibe 29 weist eine umlaufende Nut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ringelement 35 geführt ist. Dieses Ringelement 35 ist radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ringelement 35 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt.
Außenseitig trägt das Ringelement einen Begrenzungsring 41, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings. Radial innerhalb des Ringelements sind Druckausgleichskanäle 43 ausgeführt, die eine äußere Mantelfläche 45 des Ringelements 35 mit dem einem Nutgrund der umlaufenden Nut 33 verbinden.
Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 2m/s, ist die Drosselstelle 37 vollständig geöffnet. Die Dämpfkraft wird dann nur von den Durchtrittskanälen 17; 19 in Verbindung mit den Ventilscheiben 21; 23 erzeugt. Bei einer Anströmung der Ventilscheiben 21; 23 heben die Ventilscheiben 21; 23 von ihrer Ventilsitzfläche 47; 49 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 51; 53 begrenzt.
In einem zweiten Betriebsbereich mit einer Kolbenstangengeschwindigkeit, die größer ist als die Grenzgeschwindigkeit des ersten Betriebsbereichs, also größer als die beispielhaft angegebenen 2m/s, geht das Ringelement 35 in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 39 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringsspalt geformten Drosselstelle 37 bildet sich ein Unterdruck, der zu einer radialen Aufweitung des Ringelements 35 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von dem Begrenzungsring 41 eingehalten.
Die 2 zeigt eine alternative Ausführung eines ersten Dämpfventils mit einem sintertechnisch hergestellten Dämpfventilkörper 7. Die Funktionsweise des ersten Dämpfventils ist völlig identisch zur Beschreibung nach 1.
Abweichend zeigt die 2 das Ringelement 35 innerhalb der Stützscheibe 51 für die Ventilscheibenbestückung, also für die Ventilscheiben 21.
Die 2 zeigt noch eine zweite mögliche Variante der Integration der Drosselstelle 37 innerhalb der Dämpfventileinrichtung 1. Dabei ist das Ringelement 35 innerhalb der Nut 33 eines Befestigungsmittels für den Dämpfventilkörper 7 an der Kolbenstange ausgeführt. Als Strömungsleitfläche dient hier eine Innenwandung eines Kolbenhemds 59 des Dämpfventilkörpers.
Mit der 3 soll eine Alternative zum Begrenzungsring 41 aufgezeigt werden. In der Draufsicht des Ringelements 35, das als Elastomerbauteil oder auch als geschlitzter Ring ausgeführt sein kann, ist ein Anschlagsteg 61 erkennbar, der an der Mantelfläche 45 des Ringelements 35 angeformt ist. Dieser Anschlagsteg 61 kommt an der Strömungsleitfläche, also der Innenwandung 39; 57 des Zylinders 11 oder des Kolbenhemds 59 zur Anlage und verhindert ebenso die vollständige Blockade der Drosselstelle 37. Beim Zusammenwirken mit dem Kolbenhemd 59 würde ebenso wie bei der Ausführung mit dem Begrenzungsring 41 keine zusätzliche Reibkraft, vornehmlich durch einen Kontakt mit der Innenwandung 39 des Zylinders 11, auftreten.
Die 4 und 5 zeigen die Anwendung der Erfindung bei einer Dämpfventileinrichtung 1 in der Bauform eines Bodenventils. Der Dämpfventilkörper 7 verfügt über die Nut 33, in der das Ringelement 35 gekammert ist. Die Nut 33 erstreckt sich radial bis in die Durchtrittskanäle 17 für das erste Dämpfventil 5. Über eine Deckscheibe 63 wird das Ringelement 35 axial gehalten und eine Nutseitenwand gebildet. Bei dieser Variante reduziert sich bei einer Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Betriebsbereich der Innendurchmesser des Ringelements 35, wobei die Durchtrittskanäle 17 die Strömungsleitflächen bilden. Die Schlitzgeometrie ist derart bemessen, dass keine vollständige Blockade der Durchtrittskanäle 17 auftreten kann. Praktisch kommen einen Schlitz 63 bildende Endflächen 67; 69 zur Anlage.
Bezugszeichenliste

1: Dämpfventileinrichtung
3: Schwingungsdämpfer
5: erstes Dämpfventil
7: Dämpfventilkörper
9: Kolbenstange
11: Zylinder
13: kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
15: kolbenstangenferner Arbeitsraum
17: Durchtrittskanäle
19: Durchtrittskanäle
21: Ventilscheibe
23: Ventilscheibe
25: Zuganschlag
27: Kolbenstangenführung
29: Zuganschlagträgerscheibe
31: Elastomerelement
33: Nut
35: Ringelement
37: Drosselstelle
39: Innenwandung
41: Begrenzungsring
43: Druckausgleichskanal
45: Mantelfläche
47: Ventilsitzfläche
49: Ventilsitzfläche
51: Stützscheibe
53: Stützscheibe
55: Befestigungsmittel
57: Innenwandung
59: Kolbenhemd
61: Anschlagsteg
63: Deckscheibe
65: Schlitz
67: Endfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004050732 A1 [0002]

Claims

Dämpfventileinrichtung (1) für einen Schwingungsdämpfer (1), umfassend ein erstes Dämpfventil (5), das in einem ersten Betriebsbereich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums in eine Durchlassbetriebsstellung übergeht, wobei ein zweiter Betriebsbereich mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik von einer Drosselstelle (37) in Verbindung mit einem Ventilkörper (35) beeinflusst wird, der in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich Ventilkörper (35) mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung bewegt und hydraulisch in Reihe zum Dämpfventil (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (35) als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement ausgeführt ist, das eine radiale Schließbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche (39; 57) ausführt, bei der ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt eingehalten wird.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestdurchlassquerschnitt durch eine Begrenzungsring (41) definiert wird.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestdurchlassquerschnitt durch mindestens einen Anschlagsteg (61) definiert wird.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (35) radiale Druckausgleichskanäle (43) aufweist.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (35) in einer Stützscheibe (51; 53) einer Ventilscheibenbestückung (21; 23) des Dämpfventils (5) angeordnet ist.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (35) in einer Zuganschlagträgerscheibe (29) ausgeführt ist.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement in einem Befestigungsmittel (55) des Dämpfventils (5) ausgeführt ist.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (35) mit einem Kolbenhemd (59) eines Kolbens als Ventilkörper des Dämpfventils (5) zusammenwirkt.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (35) als Teil eines Bodenventils ausgeführt ist.