DE10124582C1 - Dämpfventil - Google Patents

Abstract

Dämpfventil, umfassend einen Dämpfventilkörper, der mindestens einen Durchströmungskanal aufweist, dessen Austrittsöffnung zumindest von einer elastischen Ventilscheibe abgedeckt wird, die zumindest mittelbar von einer Feder gegen den Dämpfventilkörper vorgespannt wird, wobei auf der elastischen Ventilscheibe in Richtung der Feder mindestens eine Stützscheibe kleineren Durchmessers angeordnet ist, die keine Federbewegung ausführt und die Feder radial außerhalb der Stützscheibe angreift.

Description

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

Die DE 44 10 996 C1 beschreibt einen Flachkolben für einen Schwingungsdämp­ fer, wobei sich der Flachkolben mit verschiedenen Ventilscheiben und Federsät­ zen bestücken lässt, um eine bestimmte Dämpfkraftcharakteristik erreichen zu können.

So wird in der Variante V2 der Fig. 1 eine Ventilscheibe verwendet, die im Be­ reich des Innendurchmessers fest eingespannt ist. Zusätzlich können noch weite­ re Ventilscheiben eingesetzt werden, die mit zunehmendem axialen Abstand ei­ nen kleineren Außendurchmesser aufweisen. Das gesamte Ventilscheibenpaket wird von einer Tellerfeder vorgespannt.

Eine derartige Ventilbestückung stellt einen Kompromiss zwischen Dauerfestig­ keit der Ventilscheiben und angestrebter Dämpfkraftcharakteristik dar. Häufig strebt man bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Dämpfventil eine gerin­ ge Dämpfkraft an, die man mit einer weichen Ventilscheibe erreicht. Eine sehr weiche Ventilscheibe würde bei sehr großen Strömungsgeschwindigkeiten ent­ weder brechen oder sich plastisch verformen. Das Dauerlaufverhalten ist u. a. auch stark vom Werkstoff abhängig.

Man kann selbstverständlich auch eine Ventilscheibe mit einer größeren Material­ stärke einsetzen, doch erreicht man damit z. T. nicht mehr die gewünschten ge­ ringen Dämpfkräfte bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten.

Die DE 37 20 584 C2 zeigt ein Dämpfventil mit einem Dämpfventilkörper, der mindestens einen Durchströmungskanal für die Einfahrbewegung der Kolbenstan­ ge aufweist, dessen Austrittsöffnung von einer elastischen Ventilscheibe abge­ deckt wird. Auf der Ventilscheibe ist in Richtung einer Feder eine Stützscheibe mit einem kleineren Durchmesser angeordnet, die aufgrund ihrer Eigenspannung keine Federbewegung ausführen kann, wobei die Feder radial außerhalb der Stützscheibe an der Ventilscheibe angreift. In diesem Zusammenhang ist auch die DE 100 28 114 A1 zu nennen.

Mit der DE 18 17 391 A und der DE 18 17 392 B2 wird ein Dämpfventil offen­ bart, bei dem zur Temperaturkompensation eine Abstützung der elastischen Ven­ tilscheiben auf einem Stützring aus Kunststoff ausgeführt ist und damit eine für die Ventilscheibe günstige Unterstützung erreicht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dämpfventil zu schaffen, das ei­ nerseits bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten eine niedrige Dämpfkraft er­ zeugt und andererseits eine hohe Dauerhaltbarkeit auch bei größeren Strömungs­ geschwindigkeiten aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Die mindestens eine Stützscheibe entfaltet für die Ventilscheibe die Wirkung, dass die inneren Spannungen der Ventilscheibe bei der Deformation während der Anströmung aus dem Durchströmungskanal auf einem im Vergleich zum Stand der Technik deutlich niedrigeren Niveau liegen. Das eröffnet die Möglichkeit, eine insgesamt elastischere Ventilscheibe einzusetzen, mit der sich auch geringere Dämpfkräfte realisieren lassen.

Es läßt sich im Hinblick auf die Abstimmung und Auswahl der Feder eine größere Variationsmöglichkeit realisieren. Mit der Höhe der Ausgleichsscheibe oder ggf. mehrerer Ausgleichsscheiben kann man z. B. bei identischer Feder eine unter­ schiedliche Vorspannung auf die Ventilscheibe erreichen.

Je nach gewünschter Dämpfventilcharakteristik und radialem Bauraum können auch mehrere Stützscheiben verwendet werden, deren Durchmesser mit zuneh­ mendem Abstand zur Ventilscheibe ansteigen. Die Stützscheiben können sehr dünn sein, da sie keine Federbewegung ausführen müssen. Dabei legt sich die Ventilscheibe jeweils an den äußeren Rändern der Stützscheiben an. Durch eine sinnvolle Schichtung bzgl. Durchmesser und Materialstärke der Stützscheiben kann man das Spannungsniveau in der Ventilscheibe sehr genau bestimmen.

Insbesondere dann, wenn man nur sehr wenige Stützscheiben verwendet, ist es angebracht, dass die größte Stützscheibe starr ausgeführt ist. Ansonsten könn­ ten die u. U. sehr dünnen Stützscheiben bei der elastischen Verformung der Ven­ tilscheibe ebenfalls verformt werden.

Alternativ oder in Kombination kann auch eine starre Stützscheibe eingesetzt werden, die in Richtung der Ventilscheibe eine konvexe Oberfläche aufweist. Diese Möglichkeit bietet sich insbesondere bei größeren Stückzahlen an.

Im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum ist die Feder als Tellerfe­ der ausgeführt.

Eine sichere Führung dar Ausgleichsscheibe wird dadurch erreicht, dass sich die Ausgleichsscheibe an der mindestens einen Stützscheibe zentriert. Alternativ kann dass sich die Ausgleichsscheibe an einer Zentrierfläche des Kolbens radial positionieren. Der Vorteil bei dieser Variante besteht darin, dass der Außen­ durchmesser der Stützscheibe unabhängig vom Innendurchmesser der Aus­ gleichsscheibe gewählt werden kann und damit die optimalen Stützpunkte für die Ventilscheibe erreichbar sind.

Um keine weiteren Spannungsspitzen in der Ventilscheibe zu erhalten, ist die Ausgleichsscheibe bzgl. ihrer Durchmesser derart dimensioniert, dass sie zumin­ dest in axialer Richtung in Überdeckung mit einer Ventilauflagefläche für die Ven­ tilscheibe liegt. Damit entsteht kein zusätzliches Biegemoment zwischen einer druckbeaufschlagten Fläche bedingt durch den Durchströmungskanal und dem Kraftangriffspunkt der Feder.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Schwingungsdämpfer als Aggregat

Fig. 2 u. 3 Erfindungsgemäßes Dämpfventil als Einzelteil

Fig. 4 Spannungskennlinie der Ventilscheibe

Die Fig. 1 zeigt einen an sich bekannten Schwingungsdämpfer 1 in Zweirohr­ bauweise, bei dem eine Kolbenstange 3 mit einem Kolben 5 in einem Druckrohr 7 axial beweglich geführt ist. Der Kolben 5 trennt das Druckrohr in einen oberen Arbeitsraum 9 und einen unteren Arbeitsraum 11, wobei beide Arbeitsräume über Dämpfventile 13 im Kolben verbunden sind.

Das Druckrohr 7 wird von einem Behälterrohr 15 eingehüllt, wobei die Innenwan­ dung des Behälterrohres und die Außenwandung des Druckrohres einen Aus­ gleichsraum 17 bilden, der vollständig mit Dämpfmittel und einer eingeschlosse­ nen Gasmasse 19 bis an eine Kolbenstangenführung 21 gefüllt ist. Am unteren Ende des Arbeitsraums 11 ist ein Boden angeordnet, der ggf. ein Rückschlagven­ til 23 und ein Dämpfventil 25 aufweist.

Die Fig. 2 zeigt den Kolben 5 im Detail, der für das Dämpfventil 13 den Dämpf­ ventilkörper darstellt. Innerhalb des Dämpfventilkörpers ist mindestens ein Durch­ strömungskanal 27 ausgeführt, der die beiden Arbeitsräume 9; 11 miteinander verbindet. Die Erfindung lässt sich ebenso gut beim Dämpfventil 25 verwirkli­ chen. An einer Austrittsöffnung 29 des Durchströmungskanals ist auf einer Ven­ tilauflagefläche 31 eine elastische Ventilscheibe 33 angeordnet, die die Austritts­ öffnung zumindest teilweise abdeckt. Auf der Ventilscheibe 33 in Richtung einer Feder 35, in diesem Ausführungsbeispiel eine Tellerfeder, ist mindestens eine Stützscheibe 37; 39; 41 angeordnet. Die Stützscheiben 37; 39 sind sehr dünn und nach dem Durchmesser derart geschichtet, dass die Stützscheibe mit dem kleinsten Durchmesser an der Ventilscheibe 33 anliegt und die größte Stütz­ scheibe 41 auch den größten Abstand aufweist. Als Einzelteil können die Stütz­ scheiben 37; 39 zwar elastisch sein, im Verband mit der starren Stützscheibe 41 bilden sie ein unelastisches Paket. Damit bildet sich zwischen der Ventilscheibe 33 und den Stützscheiben ein Freiraum 43.

Die Ventilscheibe 33, die Stützscheiben 37; 39; 41 und eine Zentrierscheibe für die Feder 35 sind am Innendurchmesser mit dem Dämpfventilkörper ortsfest ver­ bunden, wobei die Feder 35 radial außerhalb auf die Ventilscheibe wirkt und die­ se auf den Dämpfventilkörper bzw. Kolben vorspannt.

Konzentrisch zu den Stützscheiben ist radial außerhalb mindestens eine Aus­ gleichsscheibe 45 angeordnet, die sich mit ihrem Innendurchmesser an der größ­ ten Stützscheibe 41 zentriert. Man kann die Ausgleichsscheibe auch an einer Zentrierfläche 5a, in diesem Fall dem Kolbenhemd zentrieren. Es besteht dann die Möglichkeit, dass ein breiterer Spalt zwischen dem Außendurchmesser der Stütz­ scheiben und dem Innendurchmesser der Ausgleichsscheibe vorliegt. Damit kann der Außendurchmesser der Stützscheiben gezielt auf einen angestrebten Stütz­ kreisdurchmesser abgestimmt werden. Im Hinblick auf die Ventilauflagefläche 31 sind die Durchmesser der Stützscheiben und der Ausgleichsscheibe 45 derart aufeinander abgestimmt, dass die Ausgleichsscheibe in axialer Richtung zur Ven­ tilauflagefläche liegt.

Die Höhe der Ausgleichsscheibe ist variabel und bestimmt sich nach der ange­ strebten Dämpfkraftcharakteristik, nach den vorliegenden Federn und Abmessun­ gen des Dämpfventilkörpers und der Höhe des Stützscheibenpakets.

Wenn das Dämpfmedium infolge einer Kolbenstangenbewegung in Richtung des Arbeitsraums 11 in den Durchströmungskanal eintritt und im Bereich der Aus­ trittsöffnung auf die Ventilscheibe 33 trifft, dann bewirkt die druckbeaufschlagte Fläche an der Ventilscheibe 33 eine elastische Abhubbewegung der Ventilscheibe im äußeren Randbereich. Ab einer definierten Abhubbewegung kommt es zu ei­ nem Kontakt der Ventilscheibe mit dem äußeren Rand der Stützscheibe 37. Eine Kreisringfläche der Ventilscheibe 33, ausgehend vom Innendurchmesser bis zum Außenrand der Stützscheibe 37, wird bei einer größeren Belastung nur noch marginal verformt und die Spannungen der Scheibe 33 an der Einspannstelle ver­ ringern sich. Steigt die Druckkraft im Bereich der Austrittsöffnung an der Unter­ seite der Ventilscheibe 33 weiter an, kommt es zu einem Kontakt der Ventil­ scheibe 33 mit der Stützscheibe 39. Damit nimmt von der Ventilscheibe 33 der Bereich vom Innendurchmesser bis zum äußeren Rand der Stützscheibe 39 eben­ falls nur noch in einem sehr begrenzten Umfang an einer weiteren elastischen Verformung teil. Derselbe Effekt tritt bei nochmals gesteigerter Belastung mit dem Außendurchmesser der Stützscheibe 41 auf. Danach ist der Freiraum 43 nicht mehr vorhanden und nur noch der darüber hinausgehende Randstreifen der Ventilscheibe 33 kann sich verformen.

Man kann die Anzahl der Abstützscheiben erhöhen. Die Festlegung erfolgt nach den Erfordernissen der Dämpfkraftcharakteristik und den auftretenden Beanspru­ chungsspitzen an der Ventilscheibe 33.

Wenn die Stückzahl es erlaubt, kann es sehr sinnvoll sein, wie die Fig. 3 zeigt, wenn man anstelle mehrerer Stützscheiben eine Stützscheibe 47 mit einer kon­ vexen Oberfläche 49 zur Ventilscheibe 33 verwendet. Die Ventilscheibe 33 kann sich auf der Oberfläche 49 abwälzen und findet die optimale Abstützung.

Mit der Fig. 4 soll der positive Effekt der Stützscheiben dargestellt werden. Die Kennlinie beschreibt den Spannungsverlauf innerhalb der Ventilscheibe 33. Aus­ gehend vom inneren Rand der Ventilscheibe steigt die Spannung bis zum Anlage­ punkt an der ersten Stützscheibe 37 an. Danach fällt die Spannung wieder ab und erreicht eine zweite Spannungsspitze im Bereich der Abstützung durch die zweite Stützscheibe 39. Wenn man sich den Kurvenverlauf näher betrachtet, wird man zu dem Ergebnis kommen, dass man ohne die zweite Stützscheibe 39 in diesem Radiusbereich bei einer Verlängerung der Spannungskennlinie in der Tendenz der ersten Spannungsspitze eine sehr viel größere Spannung innerhalb der Ventilscheibe vorliegen hätte. Die erzielte Spannungsreduzierung ermöglicht die Verwendung dünnerer Ventilscheiben.

Zum Vergleich ist bei einer identischen Ventilscheibe die Vergleichsspannung mit ihrer charakteristischen Hyperbelform in die Fig. 4 eingezeichnet und man erkennt deutlich die erreichte Spannungsreduzierung. Für die Dauerfestigkeit ist stets die höchste Spannungsspitze maßgelblich und nicht die Durchschnittsspannung.

Bezugszeichenliste

1

Schwingungsdämpfer

3

Kolbenstange

5

Kolben

7

Druckrohr

9

Arbeitsraum

11

Arbeitsraum

13

Dämpfventil

15

Behälterrohr

17

Ausgleichsraum

19

Gasmasse

21

Kolbenstangenführung

23

Rückschlagventile

25

Dämpfventil

27

Durchströmungskanal

29

Austrittsöffnung

31

Ventilauflagefläche

33

Ventilscheibe

35

Feder

37

Stützscheibe

39

Stützscheibe

41

Stützscheibe

43

Freiraum

45

Ausgleichsscheibe

47

Stützscheibe

49

konvexe Oberfläche

Claims (8)

1. Dämpfventil, umfassend einen Dämpfventilkörper, der mindestens einen Durchströmungskanal aufweist, dessen Austrittsöffnung zumindest von einer elastischen Ventilscheibe abgedeckt wird, die zumindest mittelbar von einer Feder gegen den Dämpfventilkörper vorgespannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der elastischen Ventilscheibe (33) in Richtung der Feder (35) mindes­ tens eine Stützscheibe (37; 39; 41) kleineren Durchmessers angeordnet ist, die keine Federbewegung ausführt wobei sich die Ventilscheibe (33) ab einer definierten Abhubbewegung am äußeren Rand der mindestens einen Stütz­ scheibe (37; 39; 41) anlegt und die Feder (35) radial außerhalb der Stütz­ scheibe (37; 39; 41) angreift, wobei konzentrisch zu der mindestens einen Stützscheibe (35; 37; 39; 41; 47) radial außerhalb auf der Ventilscheibe (33) mindestens eine Ausgleichsscheibe (45) angeordnet ist, auf der sich die Feder (35) abstützt.

2. Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stützscheiben (37; 39; 41) verwendet werden, deren Durch­ messer mit zunehmendem Abstand zur Ventilscheibe (33) ansteigen.

3. Dämpfventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Stützscheibe (41) starr ausgeführt ist.

4. Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine starre Stützscheibe (47) eingesetzt wird, die in Richtung der Ventil­ scheibe (33) eine konvexe Oberfläche (49) aufweist.

5. Dämpfventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (35) als Tellerfeder ausgeführt ist.

6. Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausgleichsscheibe (45) an der mindestens einen Stützscheibe (35; 37; 39; 41; 47) zentriert.

7. Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausgleichsscheibe an einer Zentrierfläche (5a) des Kolbens (5) radial positioniert.

8. Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsscheibe (45) bzgl. ihrer Durchmesser derart dimensioniert ist, dass sie zumindest in axialer Richtung in Überdeckung mit einer Ventilauf­ lagefläche (31) für die Ventilscheibe (33) liegt.