DE10005180C1 - Dämpfventil, insbesondere für einen Schwingungsdämpfer - Google Patents

Abstract

Dämpfventilkörper, insbesondere für ein mit Dämpfmedium gefülltes Kolben-Zylinderaggregat, mit getrennten Durchtrittskanälen für zwei Durchströmungsrichtungen, wobei die Durchtrittskanäle zumindest teilweise eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Austrittsöffnung aufweisen, die von mindestens einer Ventilscheibe zumindest teilweise abgedeckt wird, wobei die sich in Umfangsrichtung erstreckende Austrittsöffnung bezogen auf eine erste Durchströmungsrichtung des Dämpfmediums von einer in Umfangsrichtung verlaufenden Begrenzungskante der Austrittsöffnung eine radial verlaufende Rippe aufweist, die eine Ventilauflagefläche für die mindestens eine Ventilscheibe trägt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämpfventil entsprechend dem Oberbegriff von Patent­ anspruch 1.

Aus der DE 37 01 557 A1 (EP 275 368 B1) ist ein Dämpfventil in der Ausfüh­ rung eines Kolbendämpfventils bekannt, mit Durchtrittskanälen für ein Dämpfme­ dium, wobei die Durchtrittskanäle zumindest teilweise eine sich in Umfangsrich­ tung erstreckende Austrittsöffnung aufweisen, die von mindestens einer Ventil­ scheibe zumindest teilweise abgedeckt wird. Die Ventilscheibe liegt auf einer in Umfangsrichtung verlaufenden Begrenzungskante und einer radial verlaufenden Rippe auf. Der wesentliche Vorteil von in Umfangsrichtung verlaufenden Durch­ trittskanälen oder zumindest den Austrittsöffnungen besteht darin, dass ein grö­ ßerer Austrittsquerschnitt erreicht werden kann, der wiederum eine eher degres­ sive Dämpfkraftcharakteristik des Dämpfventils erzeugt. Das Kolbendämpfventil der EP 275 368 besteht aus einem Sinterwerkstoff und kann daher in größeren Freiheitsgrades konstruiert werden als ein Dämpfventil, das scheibenförmig, ein­ teilig und mittels Prägestanzen ausgeführt ist, wobei ausgehend von einem Dämpfventilgrundkörper die auf einer Dämpfventilseite erhabenen Dämpfventil­ körperbereiche auf der axial gegenüberliegenden Dämpfventilseite als Vertiefun­ gen ausgebildet sind. Dämpfventile dieser Bauart sind beispielsweise aus der DE 44 10 996 C1, der DE 197 35 249 C1 oder der 197 35 248 A1 bekannt und verfügen über eine Mehrzahl von Durchtrittskanälen mit einem kreisrunden Quer­ schnitt. Insgesamt ist die Summe der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen deutlich kleiner als bei einem Dämpfventil entsprechend der EP 275 368 B1. Eine einfache Übertragung der Ausgestaltung der Durchtrittskanäle auf eine mittels Prägestanzen hergestellten Dämpfventils ist nicht möglich, da den beim Präge­ stanzen vorgenommenen Umformungen Grenzen gesetzt und z. B. die in der Fig. 1 dargestellte Ringkammer nur schwerlich bei einem prägegestanzten Dämpfven­ til ausführbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dämpfventil zu realisieren, dass eine degressive Dämpfkraftcharakteristik bei einem insgesamt niedrigen Dämpf­ kraftniveau ermöglicht, wobei die Dauerfestigkeit der Ventilscheibe gesteigert werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für eine erste Variante durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die sich in Umfangsrichtung erstreckende Austrittsöffnung ermöglicht eine bes­ sere Ausnutzung der Dämpfventiloberfläche hinsichtlich der Maximierung der druckbeaufschlagten Fläche an den eingesetzten Ventilscheiben. Je größer die Austrittsöffnungen dimensioniert werden können, um so degressiver kann man die Dämpfkraftcharakteristik auslegen, bzw. desto niedrigere Dämpfkraftniveaus werden realisierbar. Des weiteren wird durch die Anordnung des Steges radial außerhalb des Dämpfventilgrundkörpers eine sehr große druckbeaufschlagte Flä­ che für die Ventilscheiben. Will man die Dämpfkraftcharakteristik weniger de­ gressiv gestalten bzw. höhere Dämpfkraftniveaus erreichen, so kann man Ventilscheiben mit einer größeren Scheibendicke einsetzen, die eine größere Dauerfes­ tigkeit aufweisen.

Um eine möglichst gleichmäßig Verteilung der Auflageflächen für die Ventilschei­ ben zu erreichen, ist die Rippe von einer äußeren Begrenzungskante der Aus­ trittsöffnung nach radial innen ausgeführt. Man kann die Rippe auch von einer inneren Begrenzungskante der Austrittsöffnung auch nach radial außen festlegen, doch ist die Herstellung einer solchen Rippenanordnung in Verbindung mit trapez­ förmigen Austrittsöffnungen weniger günstig, da der seitliche Abstand zwischen der Rippe und den seitlichen Endpunkten der inneren Begrenzungskante für ein Werkzeug möglichst groß sein sollte.

Um dem Ziel einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Auflagefläche noch näher zu kommen, ist vorgesehen, dass radial bezogen auf einem Bereich, in dem die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Austrittsöffnungen ausgeführt sind, mindestens eine Ventilauflagefläche angeordnet ist, wobei diese Ventilauflageflä­ che auf einer radialen Bezugslinie angeordnet, die in Überdeckung mit der Rippe ausgeführt ist.

So ist vorgesehen, dass der Dämpfventilkörper scheibenförmig, einteilig und mit­ tels Prägestanzen ausgeführt ist, wobei ausgehend von einem Dämpfventilgrund­ körper die auf einer Dämpfventilseite erhabenen Dämpfventilkörperbereiche auf der axial gegenüberliegenden Dämpfventilseite als Vertiefungen ausgebildet sind. Besonders bei diesem Herstellungsverfahren sind im wesentlichen senkrecht ver­ laufenden Stanz- und Prägefläche vorteilhaft.

Die Merkmale des Patentanspruchs 5 beschreiben eine alternative Lösungsvarian­ te.

Mit dieser Maßnahme werden zwei Vorteile erreicht. Zum einen ergibt sich eine geringere Drosselwirkung im Durchtrittskanal und des weiteren erreicht man ei­ nen besonders leichten Dämpfventilkörper.

Man erreicht eine besonders einfache Herstellung des Dämpfventilkörpers, wenn die Austrittsöffnung im Dämpfventilkörper denselben Querschnitt aufweist wie eine Eintrittsöffnung desselben Durchtrittskanals.

Ein besonders gute Abstützung der Ventilscheibe kann dann gewährleistet wer­ den, wenn die Austrittsöffnung von einen als umlaufender Steg ausgeführte Ven­ tilauflagefläche eingefasst ist.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Kolben-Zylinderaggregat in Gesamtdarstellung

Fig. 2 Dämpfventil als Kolben im Schnitt

Fig. 3a-3c Kolben als Einzelteil

Fig. 4a-4c Abwandlung des Kolbens gemäß Fig. 3a-3c

Die Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Kolbenzylinder-Aggregat 1 in der Ausführung ei­ nes Einrohrschwingungsdämpfers. Grundsätzlich läßt sich die Erfindung auch bei anderen Kolbenzylinder-Aggregaten anwenden, wie Gasfedern o. ä..

Der Einrohrschwingungdämpfer 1 besteht im wesentlichen aus einem Druck­ rohr 3, indem ein Kolben 5 an einer Kolbenstange 7 axial beweglich angeordnet ist. An der Austrittsseite der Kolbenstange 7 verschließt eine Kolbenstangenfüh­ rung 9 einen mit Dämpfmittel gefüllten Arbeitsraum 11, der durch einen Trenn­ kolben 13 von einem Gasraum 15 getrennt ist, der endseitig einem Boden 17 mit Auge 19 aufweist.

Bei einer Kolbenstangenbewegung wird Dämpfmedium durch Dämpfventile 21 im Kolben 5 verdrängt. Ein Kolbenring 23, der eine Umfangsfläche 25 des Kolbens 5 abdeckt, verhindert ein seitliches Umströmen des Kolbens.

Die Fig. 2 zeigt den Kolben 5 als Dämpfungsventil mit einem Umschaltventil 27, das in dieser Ausführungsform aus einer Drosselscheibe 29 in Verbindung mit einer Umschaltscheibe 31 besteht. In der Drosselscheibe ist mindestens ein Drosselquerschnitt 33 orientiert zu einem Durchtrittskanal 35a ausgeführt, wobei der oder die Drosselquerschnitt(e) von einer Deckfläche 37 der Umschaltschei­ be 31 abgedeckt werden. Grundsätzlich läßt sich die Erfindung auch auf ein Bo­ denventil eines Schwingungsdämpfers oder einen anderen Anwendungsfall über­ tragen.

Das Umschaltventil 27 ist Teil des Dämpfventils 21 im Kolben 5 des Schwin­ gungsdämpfers, der einen Dämpfventilkörper 39 aufweist, der über die für zwei Strömungsrichtungen getrennten Durchtrittskanäle 35a; 35b die beiden Arbeits­ räume 11a und 11b verbindet. Die Durchtrittskanäle münden an Ventilauflageflä­ chen 41, auf denen die Drosselscheibe in ihrem äußeren Bereich aufliegt. Am ra­ dial inneren Bereich ist ein Auflagerring 43 in den Dämpfventilkörper eingelegt, bzw. eingepreßt, dessen Auflagefläche mit der Ventilauflageflächen 41 exakt in einer Ebene liegt, so daß die Drosselscheibe über ihre gesamte Oberfläche plan ist. Die Zentrierung der Drosselscheibe erfolgt über den Innendurchmesser an ei­ nem Zapfen der Kolbenstange 7. Ggf wird der Auflagerring 43 mit den Ventilauf­ lagefläche 41 (s. Fig. 3 bis 4) in einem gemeinsamen Arbeitsgang auf die vorge­ sehene Höhe bearbeitet. Die Drosselscheibe kann sich elastisch verformen, wobei der Außenbereich, der auf den Ventilauflageflächen aufliegt, abheben kann, hin­ gegen der innere Bereich über einen Spannring 45 in Verbindung mit einer An­ schlagscheibe 47 am Kolbenstangenzapfen fixiert ist.

Die auf der Drosselscheibe 29 aufliegende Umschaltscheibe verfügt radial inner­ halb und außerhalb der Deckfläche 37 über innere und äußere Spannflä­ chen 49; 51, die jeweils durch geeignete Ausnehmungen 53; 55 getrennt sind, wodurch die Deckfläche in Achsrichtung des Ventilkörpers von der Ventilauflage­ fläche federnd abheben kann. Die Federzungen der Umschaltscheibe stellen ein sicheres Schließen der Drosselquerschnitte 33 bei Bewegungsrichtungsumkehr sicher. Zur Zentrierung der Umschaltscheibe wird deren Innendurchmesser einge­ setzt, der ebenfalls am Spannring angreift. Hinsichtlich der konkreten Ausgestal­ tung der Umschaltscheibe wird auf die nicht vorveröffentlichte DE 199 23 927 verwiesen, deren gesamter Inhalt als Teil dieser Figurenbeschreibung anzusehen ist.

Damit die Abhubbewegung der Deckfläche der Umschaltscheibe begrenzt wird, ist auf den Spannflächen 49; 51 eine Haltescheibe 57 aufgelegt, die wiederum von einem Federelement 59, in diesem Fall eine Tellerfeder, vorgespannt ist. Zumindest im Bereich der Deckfläche 37 der Umschaltscheibe 31 verfügt die Hal­ tescheibe 57 über eine Rinne 61, die den nötigen Freiraum für die Abhubbewe­ gung der Deckfläche bereitstellt, s. linke Schnitthälfte. Am Innendurchmesser der Haltescheibe sind in Richtung der Anschlagscheibe 47 Führungssegmente 63 als Radialführung ausgeformt. In die andere Richtung sind Formschlußsegmente 65 ausgeführt, die die Umschaltscheibe und die Drosselscheibe durch - und in einen den Anschlußsegmenten angepaßtes Gegenprofil 67 den Ventilkörpers eingreifen.

Im Rinnengrund 69 der Rinne 61 sind Strömungsverbindungen 71 eingearbeitet, die die Rinne mit dem oberen Arbeitsraum 11a verbinden, wobei die Strömungs­ verbindungen außerhalb der Fläche des Federelementes 59 liegen.

Bei einer Anströmung des Umschaltventils 27 mit Dämpfmittel aus dem Arbeits­ raum 11b durch die Durchtrittskanäle 35a, auch erste Strömungsrichtung zu nennen, wird die Drosselscheibe auf dem Querschnitt der Durchtrittskanäle druckbeaufschlagt. Geringe Druckkräfte können die Drosselscheibe gegen die Kraft des Federelementes 59 nicht von den Ventilauflageflächen abheben lassen. In diesen Fällen wird nur die Deckfläche 37 der Umschaltscheibe, die auf dem Querschnitt der Voröffnungen 33 belastet wird, gegen eine sehr geringe Feder­ kraft von der Drosselscheibe abgehoben, so daß Dämpfmittel in die Rinne 61 und weiter durch die Strömungsverbindungen 71 in den Arbeitsraum 11a strömen kann.

Treten etwas größere Druckkräfte auf, so hebt die Drosselscheibe im Bereich der Auflageflächen ab, wodurch das Dämpfventil 21 wirksam ist. Die Umschalt­ scheibe und die Haltescheibe werden ebenfalls angehoben. Bei umgekehrter Strömungsrichtung, auch als zweite Strömungsrichtung anzusehen, wird die Deckfläche durch die federnde Wirkung der Umschalftscheibe sowie durch den Druck in der Rinne 61 auf die Drosselscheibe gedrückt, so daß das Dämpfmedi­ um nur durch die Durchtrittskanäle 35b in den Arbeitsraum 11b strömen kann.

Die Bestückung des Kolben einer Umschaltscheibe ist beispielhaft anzusehen. Man kann für andere Anforderungen auch auf eine Umschaltscheibe verzichten und beidseitig des Kolbens einzelne oder mehrere Ventilscheiben mit beliebiger Federrate einsetzen.

Die Fig. 3a bis 3c zeigen den Dämpfventilkörper 39 als Einzelteil. Der Dämpf­ ventilkörper besitzt einen Dämpfventilgrundkörper 39a, der mittels Präge­ stanzen die auf der einen Seite vorhandenen Vertiefungen auf der Rückseite als erhabene Ventilauflagefläche aufweist. Die Durchtrittskanäle 35a; 35b im Dämpfventilkörper 39 bzw. deren Austrittsöffnungen sind von einem Steg 73a; 73b eingefaßt. Radial innen und radial außen weist die Austrittsöffnung eine in Umfangsrichtung verlaufende Begrenzungskante 75a; 75i auf. Ausgehend von der radial außen verlaufenden Begrenzungskante 75a verfügt der Kolben­ grundkörper über eine radial nach innen ausgerichtete Rippe 77. Wie man aus der Fig. 3a erkennt, verläuft der Steg an der Begrenzungskante der Rippe und ist nur als Rippenfortsatz ausgeführt. Der Steg bildet für mindestens eine Ventilscheibe 29 (s. Fig. 21). eine Ventilauflagefläche 41sa. Die Stege sind auf der jeweiligen Rückseite des Kolbengrundkörpers als Sicken 79 erkennbar.

Die Ventilauflageflächen 41sa für die Ventilscheiben 29 für die Durchströmung des Dämpfventils in Druckrichtung bei in den Zylinder einfahrender Kolbenstange sind schraffiert dargestellt. Wie man erkennt, sind die in Umfangsrichtung verlau­ fenden Abschnitte des außenseitigen Steges in etwa genauso groß, wie die Ventilauflagefläche an der Austrittsöffnung für die andere Strömungsrichtung. Der Stegabschnitt auf der radialen Rippe 77 soll verhindern, daß bei einer aus dem Zylinder ausfahrenden Kolbenstange die Ventilscheibe 29 aufgrund des Staudrucks auf ihrer Oberseite in den Durchtrittskanal deformiert wird.

Die 3b zeigt den Kolben in der Einbaulage gemäß Fig. 2.

In der Fig. 3c ist eine Auflagefläche 81 erhaben ausgeprägt, der dem Volumen für die Vertiefung des eingepressten Auflagerings 43 in Summe mit dem Gegen­ profil 67 entspricht. Für die Ventilscheibe 29a (s. Fig. 2) ist die Austrittsöffnung des Durchtrittskanals 35b ebenfalls mit einem Steg 73b eingefaßt, der eine Venti­ lauflagefläche 41sb darstellt. Des weiteren steht eine zapfenartige Ventilauflage­ fläche 41z zur Verfügung, die auf der nach radial innen ausgerichteten Rippe 77 angeordnet ist. Das Werkstoffvolumen für die zapfenartige Ventilauflagefläche 41z wird von einer sacklochartigen Prägung 83 gebildet, die in der Fig. 3a sicht­ bar ist. Die zapfenartige Ventilauflagefläche 41z ist derart zu der innerem Aufla­ gefläche 81 ausgerichtet, daß ein Vorsprung 85, der dem Volumenanteil des Ge­ genprofils 67 entspricht, und die zapfenartige Ventilauflagefläche 81 auf einer gemeinsamen radialen Bezugslinie 87 liegen. Der umlaufende Steg 73b des Durchtrittskanals 35b und die zapfenartige Auflagefläche 41z stützen die Ventil­ scheibe 29a gleichmäßig ab und verhindern, daß bei einer Anströmung durch das Dämpfmedium vom Arbeitsraum 11b die Ventilscheibe 29a in die Durchtrittska­ näle 35a verformt werden.

Das Ausführungsbeispiel des Dämpfventilkörpers 39 nach den Fig. 4a bis 4c unterscheiden sich von der Variante nach den Fig. 3a bis 3c dadurch, daß der umlaufende Steg 73a der Austrittsöffnung für den Durchtrittskanal 35a radial außerhalb des Teils der Rippe 77 verläuft, der auf der Rückseite der Rippe 77 die zapfenartige Ventilauflagefläche 41z trägt. Zum besseren Vergleich ist jeweils eine Durchtrittsöffnung mit dem neuen Merkmal eingezeichnet. Die anderen Durchtrittsöffnungen entsprechen der Ausgestaltung nach den Fig. 3a bis 3c. Als druckbeaufschlagte Querschnittsfläche ist der Durchtrittskanal zuzüglich der Flä­ che der Rippe anzusehen, wodurch man eine stärkere degressive Charakteristik und insgesamt eine Dämpfkraftreduzierung des Dämpfventils bei einer Strö­ mungsrichtung des Dämpfmediums von Arbeitsraum 11b in den Arbeitsraum 11a erhält.

Claims (7)

1. Dämpfventilkörper, insbesondere für ein mit Dämpfmedium gefülltes Kolben- Zylinderaggregat, mit getrennten Durchtrittskanälen für zwei Durchströ­ mungsrichtungen, wobei die Durchtrittskanäle zumindest teilweise eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Austrittsöffnung aufweisen, die von min­ destens einer Ventilscheibe zumindest teilweise abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in Umfangsrichtung erstreckende Austrittsöffnung (35a) bezo­ gen auf eine erste Durchströmungsrichtung des Dämpfmediums von einer in Umfangsrichtung verlaufenden Begrenzungskante (75a) der Austrittsöffnung eine radial verlaufende Rippe (77) aufweist, die eine Ventilauflageflä­ che (41sa; 41z) für die mindestens eine Ventilscheibe (29; 29a) trägt und der umlaufende Steg (41sa) der Austrittsöffnung (35a) für die erste Durchströ­ mungsrichtung radial außerhalb des Dämpfventilgrundkörperbereichs verläuft, der auf der Rückseite der Rippe (77) die Ventilauflagefläche (41z) für die Ventilscheibe (29a) der zweiten Durchströmungsrichtung trägt.

2. Dämpfventilkörper nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (77) von der äußeren Begrenzungskante (75a) der Austritts­ öffnung (35a) nach radial innen ausgeführt ist.

3. Dämpfventilkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass radial bezogen auf einem Bereich, in dem die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Austrittsöffnungen (35a; 35b) ausgeführt sind, mindestens ei­ ne Ventilauflagefläche (85) angeordnet ist, wobei diese Ventilauflageflä­ che (85) auf einer radialen Bezugslinie (87) angeordnet, die in Überdeckung mit der Rippe (77) ausgeführt ist.

4. Dämpfventilkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfventilkörper (39) scheibenförmig, einteilig und mittels Präge­ stanzen ausgeführt ist, wobei ausgehend von einem Dämpfventilgrundkör­ per (39a) die auf einer Dämpfventilseite erhabenen Dämpfventilkörperberei­ che (73a; 73b; 41z, 85; 81) auf der axial gegenüberliegenden Dämpfventil­ seite als Vertiefungen (67; 79; 83) ausgebildet sind.

5. Dämpfventilkörper, insbesondere für ein mit Dämpfmedium gefülltes Kolben- Zylinderaggregat, mit getrennten Durchtrittskanälen für zwei Durchströ­ mungsrichtungen, wobei die Durchtrittskanäle zumindest teilweise eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Austrittsöffnung aufweisen, die von min­ destens einer Ventilscheibe zumindest teilweise abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfventilkörper (39) scheibenförmig, einteilig und mittels Präge­ stanzen ausgeführt ist, wobei ausgehend von einem Dämpfventilgrundkör­ per (39a) die auf einer Dämpfventilseite erhabenen Dämpfventilkörperberei­ che (73a; 73b; 41z, 85; 81) auf der axial gegenüberliegenden Dämpfventil­ seite als Vertiefungen (67; 79; 83) ausgebildet sind und eine Rippe (77) auf­ weist, die eine Ventilauflagefläche (41sa; 41z) für die mindestens eine Ven­ tilscheibe (29; 29a) trägt und die Rippe (77) als Rippenfortsatz ausgeführt ist.

6. Dämpfventilkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (35a; 35) im Dämpfventilkörper (39) denselben Querschnitt aufweist wie eine Eintrittsöffnung desselben Durchtrittskanals.

7. Dämpfventilkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (35a; 35b) von einem als umlaufender Steg (73a; 73b) ausgeführte Ventilauflagefläche (41sa; 41sb) eingefasst ist.