DE10124582C9 - Daempfventil - Google Patents
DaempfventilInfo
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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
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Dämpfventil entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
[0002] Die DE 44 10 996 Cl beschreibt einen Flachkolben für einen Schwingungsdämpfer, wobei sich der Flachkolben mit verschiedenen Ventilscheiben und Federsätzen bestücken lässt, um eine bestimmte Dämpfkraftcharakteristik erreichen zu können.
[0002] Die DE 44 10 996 Cl beschreibt einen Flachkolben für einen Schwingungsdämpfer, wobei sich der Flachkolben mit verschiedenen Ventilscheiben und Federsätzen bestücken lässt, um eine bestimmte Dämpfkraftcharakteristik erreichen zu können.
[0003] So wird in der Variante V2 der Fig. 1 eine Ventilscheibe
verwendet, die im Bereich des Innendurchmessers fest eingespannt ist. Zusätzlich können noch weitere Ventilscheiben
eingesetzt werden, die mit zunehmendem axialen Abstand einen kleineren Außendurchmesser aufweisen. Das
gesamte Ventilscheibenpaket wird von einer Tellerfeder vorgespannt.
[0004] Eine derartige Ventilbestückung stellt einen Kompromiss
zwischen Dauerfestigkeit der Ventilscheiben und angestrebter Dämpfkraftcharakteristik dar. Häufig strebt
man bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Dämpfventil eine geringe Dämpfkraft an, die man mit einer weichen
Ventilscheibe erreicht. Eine sehr weiche Ventilscheibe würde bei sehr großen Strömungsgeschwindigkeiten entweder
brechen oder sich plastisch verformen. Das Dauerlaufverhalten ist u. a. auch stark vom Werkstoff abhängig.
[0005] Man kann selbstverständlich auch eine Ventilscheibe mit einer größeren Materialstärke einsetzen, doch
erreicht man damit z. T. nicht mehr die gewünschten geringen Dämpfkräfte bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten.
[0006] Die DE 37 20 584 C2 zeigt ein Dämpfventil mit einem Dämpfventilkörper, der mindestens einen Durchströmungskanal
für die Einfahrbewegung der Kolbenstange aufweist, dessen Austrittsöffnung von einer elastischen Ventilscheibe
abgedeckt wird. Auf der Ventilscheibe ist in Riehtung 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 Al zu nennen.
[0007] Mit der DE 18 17 391 A und der DE 18 17 392 B2 wird ein Dämpfventil offenbart, bei dem zur Temperaturkompensation eine Abstützung der elastischen Ventilscheiben
auf einem Stützring aus Kunststoff ausgeführt ist und damit eine für die Ventilscheibe günstige Unterstützung erreicht
wird.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dämpfventil zu schaffen, das einerseits bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten
eine niedrige Dämpfkraft erzeugt und andererseits eine hohe Dauerhaltbarkeit auch bei größeren
Strömungsgeschwindigkeiten aufweist.
[0009] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.
[0009] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.
[0010] 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.
[0011] 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 unterschiedliche Vorspannung auf die Ventilscheibe erreichen.
[0012] Je nach gewünschter Dämpfventilcharakteristik und radialem Bauraum können auch mehrere Stützscheiben
verwendet werden, deren Durchmesser mit zunehmendem 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.
[0013] Insbesondere dann, wenn man nur sehr wenige Stützscheiben verwendet, ist es angebracht, dass die größte
Stützscheibe starr ausgeführt ist. Ansonsten könnten die u. U. sehr dünnen Stützscheiben bei der elastischen Verformung
der Ventilscheibe ebenfalls verformt werden.
[0014] 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.
[0014] 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.
[0015] Im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum ist die Feder als Tellerfeder ausgeführt.
[0016] 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 Außendurchmesser der Stützscheibe unabhängig vom Innendurchmesser der Ausgleichsscheibe gewählt werden kann und damit die optimalen Stützpunkte für die Ventilscheibe erreichbar sind.
[0016] 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 Außendurchmesser der Stützscheibe unabhängig vom Innendurchmesser der Ausgleichsscheibe gewählt werden kann und damit die optimalen Stützpunkte für die Ventilscheibe erreichbar sind.
[0017] Um keine weiteren Spannungsspitzen in der Ventilscheibe
zu erhalten, ist die Ausgleichsscheibe bzgl. ihrer Durchmesser derart dimensioniert, dass sie zumindest in
axialer Richtung in Überdeckung mit einer Ventilauflagefläche für die Ventilscheibe liegt. Damit entsteht kein zusätzliches
Biegemoment zwischen einer druckbeaufschlagten Fläche bedingt durch den Durchströmungskanal und dem
Kraftangriffspunkt der Feder.
[0018] Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher beschrieben werden.
[0019] Es zeigt:
[0019] Es zeigt:
[0020] Fig. 1 Schwingungsdämpfer als Aggregat
[0021] Fig. 2 u. 3 Erfindungsgemäßes Dämpfventil als Einzelteil
[0021] Fig. 2 u. 3 Erfindungsgemäßes Dämpfventil als Einzelteil
[0022] Fig. 4 Spannungskennlinie der Ventilscheibe
[0023] Die Fig. 1 zeigt einen an sich bekannten Schwingungsdämpfer 1 in Zweirohrbauweise, 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.
[0023] Die Fig. 1 zeigt einen an sich bekannten Schwingungsdämpfer 1 in Zweirohrbauweise, 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.
[0024] Das Druckrohr 7 wird von einem Behälterrohr 15
eingehüllt, wobei die Innenwandung des Behälterrohres und die Außenwandung des Druckrohres einen Ausgleichsraum
17 bilden, der vollständig mit Dämpfmittel und einer eingeschlossenen Gasmasse 19 bis an eine Kolbenstangenführung
21 gefüllt ist. Am unteren Ende des Arbeitsraums 11 ist ein Boden angeordnet, der ggf. ein Rückschlagventil 23 und ein
Dämpfventil 25 aufweist.
[0025] Die Fig. 2 zeigt den Kolben 5 im Detail, der für das
Dämpfventil 13 den Dämpfventilkörper darstellt. Innerhalb des Dämpfventilkörpers ist mindestens ein Durchströmungskanal
27 ausgeführt, der die beiden Arbeitsräume 9; 11 miteinander verbindet. Die Erfindung lässt sich ebenso
gut beim Dämpfventil 25 verwirklichen. An einer Austrittsöffnung 29 des Durchströmungskanals ist auf einer Venti-
!auflagefläche 31 eine elastische Ventilscheibe 33 angeordnet,
die die Austrittsöffnung 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 Stützscheibe 41 auch den größten Abstand aufweist. Als Einzelteil
können die Stützscheiben 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.
[0026] Die Ventilscheibe 33, die Stützscheiben 37; 39; 41 und eine Zentrierscheibe für die Feder 35 sind am Innendurchmesser
mit dem Dämpfventilkörper ortsfest verbunden, wobei die Feder 35 radial außerhalb auf die Ventilscheibe
wirkt und diese auf den Dämpfventilkörper bzw. Kolben vorspannt.
[0027] Konzentrisch zu den Stützscheiben ist radial außerhalb
mindestens eine Ausgleichsscheibe 45 angeordnet, die sich mit ihrem Innendurchmesser an der größten 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 Stützscheiben
und dem Innendurchmesser der Ausgleichsscheibe vorliegt. Damit kann der Außendurchmesser der Stützscheiben
gezielt auf einen angestrebten Stützkreisdurchmesser 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 Ventilauflagefläche liegt.
[0028] Die Höhe der Ausgleichsscheibe ist variabel und bestimmt sich nach der angestrebten Dämpfkraftcharakteristik,
nach den vorliegenden Federn und Abmessungen des Dämpfventilkörpers und der Höhe des Stützscheibenpakets.
[0029] Wenn das Dämpfmedium infolge einer Kolbenstangenbewegung in Richtung des Arbeitsraums 11 in den
Durchströmungskanal eintritt und im Bereich der Austrittsöffnung 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 einem 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 verringern sich. Steigt die Druckkraft im Bereich der Austrittsöffnung an der Unterseite
der Ventilscheibe 33 weiter an, kommt es zu einem Kontakt der Ventilscheibe 33 mit der Stützscheibe 39. Damit
nimmt von der Ventilscheibe 33 der Bereich vom Innendurchmesser bis zum äußeren Rand der Stützscheibe 39
ebenfalls 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.
[0030] Man kann die Anzahl der Abstützscheiben erhöhen. Die Festlegung erfolgt nach den Erfordernissen der
Dämpfkraftcharakteristik und den auftretenden Beanspruchungsspitzen an der Ventilscheibe 33.
[0031] 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 konvexen Oberfläche 49 zur Ventilscheibe 33 verwendet. Die Ventilscheibe
33 kann sich auf der Oberfläche 49 abwälzen und findet die optimale Abstützung.
[0032] Mit der Fig. 4 soll der positive Effekt der Stützscheiben
dargestellt werden. Die Kennlinie beschreibt den Spannungsverlauf innerhalb der Ventilscheibe 33. Ausgehend
vom inneren Rand der Ventilscheibe steigt die Spannung bis zum Anlagepunkt 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.
[0033] 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
I Schwingungsdämpfer
3 Kolbenstange
3 Kolbenstange
5 Kolben
7 Druckrohr
9 Arbeitsraum
7 Druckrohr
9 Arbeitsraum
II Arbeitsraum
13 Dämpfventil
15 Behälterrohr
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. Dämpf ventil, 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) mindestens 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 Stützscheibe (37; 39; 41) anlegt und die Feder (35) radial außerhalb der Stützscheibe
(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 Durchmesser 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 Ventilscheibe (33) eine konvexe Oberfläche (49) aufweist.
5. Dämpfventil nach einem der Ansprüche \-A, 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 Ventilauflagefläche
(31) für die Ventilscheibe (33) liegt.
Hierzu 4 Seite(n) Zeichnungen
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- 2002-05-21 US US10/152,057 patent/US6581734B2/en not_active Expired - Fee Related
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