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Doppeltwirkendes Ventil, insbesondere für Stossdämpfer
Die Erfindung betrifft ein doppeltwirkendes Ventil, insbesondere für Stossdämpfer mit einem auf einer Kolbenstange befestigten zylindrischen, axial in einem Zylinder verschiebbaren Kolben.
Bei Stossdämpfern in Teleskopbauart, die vielfach an Kraftfahrzeugen in Verwendung stehen, ist im allgemeinen eine in den beiden Strömungsrichtungen der Dämpfungsflüssigkeit unterschiedlich starke Dämpfungswirkung erwünscht.
Eine in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung unterschiedliche Dämpfungswirkung wird bei bekannten Teleskopstossdämpfern dadurch erreicht, dass im Kolben des Stossdämpfers zwei verschiedene Flüssigkeitskanäle ausgebildet sind, von denen jeder von der Flüssigkeit nur in einer Richtung durchströmt wird, wobei jedem der beiden Kanäle eine Stauscheibe oder Ventilplatte mit einer gewünschten vorbestimmten Charakteristik zugeordnet ist und die beiden Scheiben oder Platten entgegengesetzte Wirkungsrichtung haben.
Mit dieser Konstruktion können gute Ergebnisse erzielt werden, sie erfordert jedoch eine grosse Zahl von Bauteilen und dementsprechend viele Arbeitsgänge bei der Herstellung der Stossdämpfer, wodurch ein hoher Kostenaufwand entsteht.
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die von der Dämpfungsflüssigkeit in beiden Richtungen durchströmt werden, wobei zur Strömungsregelung nur eine einzige Stauscheibe oder Ventilplatte dient, die mit zwei verschiedenen Dichtflächen zusammenwirkt.
Bei der Erfindung wird das zuletzt genannteKonstruktionsprinzip angewendet. Die Erfindung geht hiebei von einem doppeltwirkenden Ventil mit einem auf einer Kolbenstange befestigten zylindrischen, axial in einem Zylinder verschiebbaren Kolben und einem auf der Kolbenstange befindlichen Widerlager aus, wobei an Kolben und Widerlager je eine von zwei in radialen Ebenen liegenden ringförmigen Dichtflächen verschiedenen Durchmessers ausgebildet sind, die nach entgegengesetzten Richtungen weisen, und wobei radial innerhalb der ringförmigen Dichtfläche mit dem grösseren Radius, jedoch radial ausserhalb der ringförmigen Dichtfläche mit dem kleinen Radius axial verlaufende Durchgangsöffnungen durch den Kolbenkörper vorgesehen sind, und mit einer biegsamen Ventilplatte,
die im Ruhezustand des verschiebbaren Kolbens an der einen Dichtfläche unmittelbar und an der andem Dichtfläche mittelbar über einen an ihrem Umfangsrand befestigten ringförmigen Führungsteil aufliegt, der entlang einer nahe der betreffenden Dichtfläche am Widerlager ausgebildeten zylindrischen Führungsfläche axial verschiebbar ist.
Bei bekannten Ventilkonstruktionen dieser Art ist die Ventilplatte mit ihrer zentralen Öffnung auf einer zylindrischen Führungsfläche axial verschiebbar, wobei die Ventilplatte mit dem scharfkantigen Rand dieser zentralen Öffnung an der Führungsfläche anliegt, was zur Folge hat, dass durch den scharfen Rand der im allgemeinen aus sehr hartem Material bestehenden Scheibe die zylindrische Führungsfläche sehr rasch so stark abgenutzt und beschädigt wird, dass eine richtige Führung nicht mehr erfolgt, wobei überdies an der zylindrischen Führungsfläche Kerbmarken erzeugt werden können, an denen die
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Ventilplatte hängen bleiben kann. Bei diesen Ventilen kann daher eine zuverlässige gleichbleibend genaue Funktion nicht auf längere Zeit gewährleistet werden.
Gemäss der Erfindung können dieses Nachteile vollständig dadurch vermieden werden, dass bei einem doppeltwirkenden Ventil der ringförmige Führungsteil auf der biegsamen Ventilplatte einen mit der zylindrischen Führungsfläche am Widerlager zusammenwirkenden, die Führung bildenden Halsring hat, der durch Ausschnitte voneinander getrennte Sektoren aufweist.
Bei der erfindungsgemässen Ausbildung des Ventils wird der Halsring oder ringförmige Führungsteil bei seiner axialen Verschiebung auf der zylindrischen Führungsfläche an dieser durch die Sektoren dieses Halsringes geführt und beim Abheben der Ventilplatte von dem auf der Kolbenstange befindlichen Widerlager begrenzen die Ränder der Ausschnitte des Halsringes einen in einer vorbestimmten Abhängigkeit von der Hubhöhe der Ventilplatte veränderlichen Durchgangsquerschnitt für die Dämpfungsflüssigkeit nach der einen Richtung.
Infolge der Führung der Ventilplatte mittels der Sektoren ist die gegenseitige Abnutzung an den zusammenwirkenden Flächen auf ein Minimum herabgesetzt und Beschädigungen dieser Flächen sind ausgeschlossen. Durch besondere Formgebung der Begrenzungsflächen der Ausschnitte zwischen Sekte- ren, wobei nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmässig die axiale Höhe jedes Ausschnit-
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mungswege in Abhängigkeit von der Grösse des Hubes der Steuerscheibe erzielt werden.
Wenn das Ventil einen Teil eines hydraulischen Stossdämpfers bildet, so ist bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung die zentrale ringförmige Dichtfläche mit dem kleinen Radius, an welcher bei unbetätigtem Ventil der ringförmige Führungsteil der Ventilplatte aufliegt, im allgemeinen eine Schulterringfläche, die in Abstand von dem am Ende derKolbenstange befestigten Kolben an der Kolbenstange ausgebildet ist und gegen das Ende der Stange gerichtet ist, so dass der Stossdämpfer seine stärkere Dämpfungswirkung beim Durchgang der Dämpfungsflüssigkeit in jener Richtung entwickelt, die dem zentralen Anheben der Ventilscheibe beim Auseinanderziehen des Stossdämpfers entspricht.
Ein gegensinniger Verlauf der Dämpfungswirkung wird erreicht, wenn bei einer andern Ausführungsform der Erfindung die ringförmige Dichtfläche mit dem kleinen Radius durch jene Stirnfläche eines am Ende der Kolbenstange befestigten Widerlagerringes gebildet ist, die dem bei dieser Ausführung im Abstand vom Ende der Kolbenstange auf dieser befestigten Kolben zugekehrt ist, so dass beim Zusammendrücken des Stossdämpfers eine stärkere Dämpfung erfolgt als in umgekehrter Richtung, was manchmal erwünscht ist, um örtliche Abnutzungen zu vermeiden, oder wenn der einem Kraftfahrzeugrad zugeordnete Stossdämpfer mit diesem unter Zwischenschaltung eines Hebels mit einem mittleren Drehzapfen verbunden ist.
Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders einfache Ausführung des den Kolben des Stossdämpfers tragenden Kolbenstangenendes und der Befestigung des Kolbens auf der Kolbenstange und seiner Führung, wobei wie bei der ersten Ausführungsform am Kolben die Dichtfläche mit dem gro- ssen Radius ausgebildet ist.
Die am Kolben ausgebildete Dichtfläche für die Ventilplatte kann unmittelbar unter dem Randteil der Ventilplatte zusätzlich in an sich bekannter Weise offene Kanäle mit beschränktem Durchlassquerschnitt haben, um schon vor dem Abheben der Ventilplatte eine kleine Flüssigkeitsströmung zuzulassen.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildetes Ventil hat, abgesehen von der Einfachheit seiner Herstellung, auch mehrere funktionelle Vorteile. Zunächst kann sich die Ventilplatte frei um ihre Achse drehen und auch axial verformen, wobei die Platte durch die zusammenwirkenden zylindrischen Führungsflächen des ringförmigen Führungsteiles und der Stange bzw. des Führungsstückes klemmfrei und vollständig symmetrisch arbeitet. Darüber hinaus arbeitet die im allgemeinen metallische Ventilplatte auch sonst vollständig gleichmässig, da örtliche Beanspruchungen fehlen, wie sie beispielsweise einer Ausführung anhaften, bei der die Einspannung durch mindestens eine an der Ventilplatte einseitig ausgebildete Zunge erfolgt. Eine solche Einspannung kann bei der Herstellung einer grossen Serie nur schwer mit kleinen Fabrikationstoleranzen verwirklicht werden.
Schliesslich ist insbesondere der Durchströmungsquerschnitt durch die Dichtflächen für die Ventilscheiben begrenzt, was bei kleinen zentralen Öffnungen der Ventilscheibe einen relativ grossen Hub erfordert, um den Einfluss der Viskosität auszuschalten.
Nachfolgend sind zweiAusführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben ; in dieser zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Axialschnitt, Fig. 2 den Kolben und die Ventilscheibe dieser Ausführungsform in auseinandergezogener Darstellung und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2. In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
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dargestellt.
Bei der in den Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wirkt eine in beiden Strömungsrichtungen betätigbare, biegsame Ventilplatte 11 in der einen Richtung mit einer zentralen ringförmigen Dichtfläche 13a einer Kolbenstange 13, die durch eine Ringschulterfläche gebildet ist, und in der andern Richtung mit einer äusseren ringförmigen Dichtfläche 14a zusammen, die an einem Kolben 14 ausgebildet ist, der am Ende der Kolbenstange 13 z. B. eines Teleskopstossdämpfers befestigt ist und Kanäle 14c hat, die parallel zur Achse des Stossdämpfers liegen. Ein Schulterring 20, dessen Aussendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Kolbenstange 13 und relativ kleine Abmessungen hat, dient, beispielsweise unter Verwendung einer Verschraubung in Form einer Mutter 21, zur Befestigung des Kolbens 14 auf der Stange 13.
Der Rand der Schulter 20 der Stange 13 kann hiebei eine mehr oder weniger tiefe Einprägung in dem aus weniger hartem Material bestehenden Kolben erzeugen, um die relative Axiallage der Dichtflächen 13a und 14a in bezug aufeinander in entgegengesetzten Richtungen einzustellen. Der Kolben 14 kann auch mittels eines Innengewindes unmittelbar auf die Kolbenstange 13 aufgeschraubt werden.
Die Ventilplatte ist eine einfache runde Scheibe 11 geeigneter Dicke, die in ihrem mittleren Teil mit einem ringförmigen Führungsteil 15 verbunden ist, der eine axiale Bohrung hat, deren Innendurchmesser nur wenig grösser als der Aussendurchmesser des Schulterringes 20 ist. Dieser ringförmige Führungsteil ist in die zentrale Bohrung der Ventilplatte oder Scheibe 11 eingesetzt und an dieser mit einem umgebördelten Rand 15a befestigt.
Der ringförmige Führungsteil hat eine ebene Anlagefläche 15b, die mit der durch die Ringschul- terfläche der Kolbenstange 13 gebildeten zentralen Dichtfläche 13a zusammenwirkt, und axial vorspringende zylindrische Wandteile 16a, 16b, welche die Kolbenstange mit geringem Spiel umgeben. Die Wandteile 16a, 16b sind längs des Umfanges unterbrochen und bilden einzelne getrennte Sektoren, zwischen denen abgestufte Zwischenräume oder Ausschnitte 17 freibleiben. Die an den ringförmigen Führungsteil 15 anschliessenden Wandteile 16a erstrecken sich in Umfangsrichtung über grössere Bogenbereiche als die Wandteile 16b.
Die axiale Gesamthöhe dieser Wandteile oder Sektoren 16b ist grösser als der maximale Hub der Ventilplatte, so dass diese immer radial durch die Kolbenstange 13 und die Vorsprünge oder Sektoren 16a und 16b geführt ist. Die axiale Höhe jenes Teiles des ringförmigen Führungsteiles 15, der sich von seiner Anlagefläche 15b bis zum umgebördelten Rand 15a erstreckt, ist kleiner als der Abstand der Dichtfläche 13a vom Schulterring 20 am Endteil der Kolbenstange 13. Der Kolben 14 ist in einfacher Weise unmittelbar auf das Ende der Kolbenstange 13 aufgeschraubt.
Die Form des Umrisses der zylindrischen Wandteile.. oder Sektoren 16a und 16b und der Zwischenräume oder Ausschnitte 17, die diese begrenzen, kann entsprechend der jeweils gewünschten Gesetzmässigkeit gewählt werden, welche die Grösse der Strömung in Richtung des Pfeiles b bei zentralem Hub der Ventilscheibe und insbesondere die Gesetzmässigkeit ihres Anstieges haben soll. Der Hub ist umso grösser, je kleiner die Bögen sind, auf denen die Zwischenräume oder Ausschnitte 17 sich erstrecken und er ist in jedem Fall grösser als der einer Ventilscheibe, die ohne ringförmigen Führungsteil verwendet wird und bei der der Strömungsweg sich auf dem vollständigen Umfang der zentralen Bohrung der Ventilscheibe erstreckt.
Hieraus folgt, dass bei dem erfindungsgemässen Ventil die Strömung sehr schnell turbulent wird und eine genaue geometrische Definition des Strömungsquerschnittes ermöglicht wird.
Fig. 4 stellt einen Stossdämpferkolben mit einem gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Ventil dar, der es ebenfalls in einfacher Weise ermöglicht, eine in den beiden Betätigungsrichtungen ungleiche Stossdämpferwirkung zu erreichen.
Beidiesem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind die Ventilplatte, die aus einer kreisförmigen Scheibe 31 mit einer zentralen Bohrung besteht, in die bei 35b eine ringförmige Führung 35 befestigt ist, welche die Rolle eines Strömungsverteilers spielt, und ebenso der Kolben 34, der von Kanälen 34b durchsetzt ist und am Umfang eine ringförmige Dichtfläche 34a für die Ventilplatte 31 bildet, ähnlich wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform ausgebildet, sie sind jedoch entsprechend einer Abwandlung der Erfindung in umgekehrter Lage zueinander wie beim zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel montiert. Beim Hub der Ventilplatte, der in Richtung zur Stange erfolgt, wird nunmehr der zentrale und nicht mehr der umfängliche Teil der Ventilplatte von der radial inneren Dichtfläche 33a abgehoben.
Am Ende der Kolbenstange 33 sind zwei zylindrische, koaxiale Abschnitte mit abgestuftem Durchmesser ausgebildet, wobei auf den dickeren Abschnitt 33d der Kolben 34 aufgesetzt ist und der dünnere Abschnitt 33c am Ende der Kolbenstange fest von
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einem zylindrischen Führungsstück 33b umschlossen ist, an dem die zentrale Dichtfläche 33a für die Ventilplatte 31 ausgebildet ist. Das Führungsstück 33b ist auf den Endabschnitt 33c der Kolbenstange 33 aufgepresst und durch mehrere elektrische Schweisspunkte 33f gegen Abgleiten gesichert, es kann aber gegebenenfalls auch aufgeschraubt sein. Der Kolben 34 ist auf dem Abschnitt 33d fest montiert und beispielsweise durch Verstemmen oder Verkerben bei 33e gegen Abgleiten oder Lockern gesichert. Die Kanäle 34b sind in an sich bekannter Weise im Kolben unter der Ventilscheibe 31 angeordnet.
Die Arbeitsweise des Ventils nach dem zuletzt beschriebenen Ausfüh-
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die gröss-förmige Führungsteil am äusseren Umfang der Ventilplatte statt in ihrer zentralen Bohrung angeordnet ist und in analoger Weise wie der ringförmige Führungsteil 15 bzw. 35 bei den beschriebenen Ausführungs- beispielen mit einer ringförmigen Dichtfläche und einer zylindrischen Führungsfläche zusammenwirkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Doppeltwirkendes Ventil, insbesondere für Stossdämpfer mit einem auf einer Kolbenstange befestigten zylindrischen, axial in einem Zylinder verschiebbaren Kolben und einem auf der Kolbenstange befindlichen Widerlager, wobei an Kolben und Widerlager je eine von zwei in radialen Ebenen liegenden ringförmigen Dichtflächen verschiedenen Durchmessers ausgebildet sind, die nach entgegengesetzten Richtungen weisen, und wobei radial innerhalb der ringförmigen Dichtfläche mit dem grösseren Radius, jedoch radial ausserhalb der ringförmigen Dichtfläche mit dem kleinen Radius axial verlaufende Durchgangsöffnungen durch den Kolbenkörper vorgesehen sind, und mit einer biegsamen Ventilplatte,
die im Ruhezustand des verschiebbaren Kolbens an der einen Dichtfläche unmittelbar und an der andem Dichtfläche mittelbar über einen an ihrem Umfangsrand befestigten ringförmigen Führungsteil aufliegt, der entlang einer nahe der betreffenden Dichtfläche am Widerlager ausgebildeten zylindrischen Führungsfläche axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Führungsteil (15,35) auf der biegsamen Ventilplatte (11, 15 ; 31,35) einen mit der zylindrischen Führungsfläche am Widerlager zusammenwirkenden, die Führung bildenden Halsring hat, der durch Ausschnitte (17,37) voneinander getrennte Sektoren (16a ; 16bj 36a, 36b) aufweist.