DE10163217A1

DE10163217A1 - Dämpferventil

Info

Publication number: DE10163217A1
Application number: DE2001163217
Authority: DE
Inventors: Thomas Zembok
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: FR2834028B1; FR2834028A1; DE10163217B4

Abstract

Ein Dämpferventil (1) zur Anordnung zwischen zwei Arbeitskammern eines Schwingungsdämpfers umfaßt einen Grundkörper (3) und ein an diesem vorgesehenes, federelastisches Verschlußorgan (4) mit einer oder mehreren Ventilscheiben (5, 6), das im Ruhezustand einen Strömungsweg durch den Grundkörper (3) absperrt und bei Anströmung durch ein Strömungsmedium des Schwingungsdämpfers bei einem eingestellten Druckniveau öffnet. Das Verschlußorgan (4) ist mit einem radial innenliegenden Abschnitt (7) an dem Grundkörper (3) festgelegt und mit einem radial außenliegenden Abschnitt (18) gegen genau einen von mindestens zwei an dem Grundkörper (4) befindlichen Ventilsitzen (11, 12) unterschiedlichen Durchmessers vorgespannt. Das Dämpferventil (1) ermöglicht durch die Ausbildung von zwei Steuerkanten (14) und (15) an dem Grundkörper (3) eine gegenüber herkömmlichen Dämpferventilen flexiblere Einstellung des Ansprechverhaltens und damit des Dämpfungsverhaltens eines Schwingungsdämpfers.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dämpferventil zur Anordnung zwischen zwei Arbeitskammern eines Schwingungsdämpfers, umfassend einen Grundkörper und ein an diesem vorgesehenes, federelastisches Verschlußorgan mit einer oder mehreren Ventilscheiben, das im Ruhezustand einen Strömungsweg durch den Grundkörper abgesperrt und bei Anströmung durch ein Strömungsmedium des Schwingungsdämpfers bei einem eingestellten Druckniveau öffnet.
Schwingungsdämpfer mit solchen Dämpferventilen werden beispielsweise in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Um das Dämpfungsverhalten eines solchen Schwingungsdämpfers zu beeinflussen, sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt, mit denen ein progressiver oder auch degressiver Dämpferkraftverlauf realisierbar ist.

So ist z. B. in der DE 42 90 832 C2 ein Schwingungsdämpfer mit einem abstimmbaren Dämpferventil der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem das Verschlußorgan eine Vielzahl von Ventilscheiben unterschiedlichen Durchmessers aufweist. In den Ventilscheiben sind überdies Öffnungen ausgebildet, welche bei einem Auffächern des Verschlußorgans wirksam werden, um den Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit des Strömungsdrucks zu verändern. Das Dämpfungsverhalten wird überdies durch zwischen dem Grundkörper und dem Verschlußorgan vorgesehene Bypassöffnungen beeinflußt.

Ähnliche Dämpferventile sind auch aus der DE 39 14 297 A1 und der DE 43 02 623 C2 bekannt. Bei diesen Dämpferventilen, die wiederum als Verschlußorgan ein kompaktes Ventilscheibenpaket verwenden, dienen sowohl die radiale Innenkante als auch die radiale Außenkante des Verschlußorgans als Steuerkanten, um das Dämpfungsverhalten des Schwingungsdämpfers sowohl in Druckrichtung als auch in Zugrichtung zu beeinflussen. Das Verschlußorgan ist dabei axial zwischen den beiden Steuerkanten festgelegt. Durch eine Relativverschiebung der Steuerkanten zueinander kann die Kennlinie des Schwingungsdämpfers beeinflußt werden.

Schließlich ist aus der DE 197 57 234 C1 ein doppeltwirkendes Dämpferventil bekannt, das ein verhältnismäßig kompliziert aufgebautes Verschlußorgan mit zwei voneinander beabstandeten kompakten Ventilscheibenpaketen aufweist. Im Ruhezustand liegt jedes dieser Ventilscheibenpakete mit einem radial außenliegenden Abschnitt gegen einen eigenen Ventilsitz an. Die beiden Ventilsitze besitzen unterschiedliche Durchmesser und sind axial voneinander beabstandet. Dabei bildet der Ventilsitz mit dem größeren Durchmesser das Hauptventil, während der Ventilsitz mit dem kleineren Durchmesser als Sekundärventil ausgebildet ist, das lediglich bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten öffnet. Entsprechend ist an dem Verschlußkörper des Sekundärventils selbst eine große Überströmöffnung zu dem Hauptventil ausgebildet. Überdies ist das dem Sekundärventil zugeordnete Ventilscheibenpaket radial an dem zweiten Ventilsitz geführt, woraus ein hartes Öffnungsverhalten resultiert.

Vor diesem Hintergrund zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Variationsmöglichkeiten der Kennlinieneinstellung eines Dämpferventils für einen Schwingungsdämpfer unter besonderer Berücksichtigung der Fertigung in großen Stückzahlen zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Dämpferventil der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem das Verschlußanschlußorgan mit einem radial innenliegenden Abschnitt an dem Grundkörper festgelegt ist und mit einem radial außenliegenden Abschnitt gegen genau einen von mindestens zwei an dem Grundkörper befindlichen Ventilsitzen unterschiedlichen Durchmessers vorgespannt ist.

Je nach Bedarf kann so die Dämpfungskraft bzw. das Dämpfungsverhalten eines Dämpferventils bzw. eines Schwingungsdämpfers durch die Auswahl des Durchmessers des Verschlußorgans in Abstimmung mit dem gewünschten Ventilsitz erfolgen. Die Ventilfunktion resultiert dabei stets aus dem Zusammenwirken lediglich eines einzigen Ventilsitzes mit dem Verschlußorgan. In sämtlichen Fällen ist dabei der gleiche Grundkörper verwendbar, so daß auf dieser Seite kein erhöhter Aufwand hinsichtlich der Bauteilanzahl entsteht.

Selbstverständlich können auf Seiten des Verschlußorgans die bereits oben erläuterten Maßnahmen zur Variation des Dämpfungsverhaltens zusätzlich eingesetzt werden, d. h. beispielsweise eine Durchmesserstufung der Ventilscheiben oder die Anbringung von Überströmöffnungen an diesen oder im Bereich des Ventilsitzes. Durch die Nutzung von zwei Steuerkanten in Verbindung mit unterschiedlichen Außendurchmessern des Verschlußorgans ist eine flexiblere Einstellung des Ansprechverhaltens und somit eine Beeinflussung des charakteristischen Verhaltens eines Schwingungsdämpfers in einem Fahrzeug möglich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Ventilsitze sich in Durchströmrichtung derart erweiternd ausgebildet, daß ein Strömungsmedium über den maximalen Ruhezustand-Außendurchmesser des Verschlußorgans hinaus radial abströmen kann. Damit wird ein für sämtliche Ventilsitze im wesentlichen gleichartiges, weiches Öffnungsverhalten sichergestellt, bei dem das Abströmen des durch das geöffnete Ventil hindurchtretenden Dämpfungsmediums wenig behindert wird. Ein hartes Ansprechen des Dämpferventils wird so vermieden.

In diesem Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft, zwischen dem ersten Ventilsitz mit kleinerem Durchmesser und einem zweiten Ventilsitz mit größerem Durchmesser eine Einsenkung vorzusehen. Diese stellt auch bei einer geringen Vorspannung des Verschlußorgans die Abdichtung über eine Linienberührung sicher.

Zur Verbesserung des Strömungsverhaltens bei geöffnetem Ventil können - im Falle von zwei Ventilsitzen - der erste Ventilsitz, die Einsenkung und der zweite Ventilsitz weich gekrümmt ineinander übergehen.

Weiterhin kann zur Verbesserung der Anströmung der Ventilsitze die verschlußseitige Oberfläche des Verschlußorgans zu den Ventilsitzen hin geneigt sein. Letzteres ist vorzugsweise als flaches Ventilscheibenpaket ausgebildet, das zentrisch mittels eines Spannorgans gegen einen axialen Absatz des Grundkörpers verspannt ist. Das Verschlußorgan läßt sich so sehr einfach an dem Grundkörper montieren.

Zur Anpassung der Vorspannkraft des Verschlußorgans kann zwischen dem Ventilscheibenpaket und dem Absatz ein Distanzstück eingesetzt werden. Damit läßt sich auf einfache Art und Weise eine weitere Abstimmung des Öffnungsdruckes vornehmen.

Bevorzugt ist das Ventilscheibenpaket an einem Wellenabschnitt des Spannorgans, der in den Grundkörper hineinragt, radial festgelegt. Neben einer weitergehenden Montageerleichterung - die Ventilscheiben werden dabei einfach auf die Welle aufgesteckt - läßt sich dadurch gleichzeitig eine radiale Zentrierung des Verschlußorgans vornehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für ein Dämpferventil nach der Erfindung in einer Schnittansicht, wobei ein Verschlußorgan mit einem großen Außendurchmesser zum Einsatz kommt,
Fig. 2 eine Detailansicht der Abstützkanten eines Grundkörpers des Dämpferventils, an denen das Verschlußorgan abgestützt wird, und in Fig. 3 eine Detailansicht des Ausführungsbeispiels für ein Dämpferventil nach der Erfindung, bei dem ein Verschlußorgan mit einem kleinen Außendurchmesser zum Einsatz kommt.
Das in Fig. 1 abgebildete Ausführungsbeispiel zeigt ein Dämpferventil 1 in Form eines Bodenventils für einen Schwingungsdämpfer einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung. Das Dämpferventil 1 trennt zwei nicht näher dargestellte Arbeitskammern des Schwingungsdämpfers, die über weitere Ventileinrichtungen 2 und Überströmkanäle miteinander verbunden sein können. Es ist hier als Einrichtungsventil ausgebildet, das bei einer Druckbeaufschlagung in einer Richtung öffnet, in Gegenrichtung jedoch sperrt.
Das Dämpferventil 1 weist einen Grundkörper 3 und ein an diesem vorgesehenes, federelastisches Verschlußorgan 4 auf, das im hier dargestellten Ruhezustand einen Strömungsweg 19 durch den Grundkörper 3 absperrt. Als Verschlußorgan 4 ist hier ein kompaktes Paket aus einer Vielzahl von dünnwandigen Ventilscheiben 5, 6 vorgesehen, die in der Art von Tellerfedern ohne Zwischenräume flach aufeinander liegen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen sämtliche Ventilscheiben 5, 6 die gleichen Abmessungen auf. Möglich ist es jedoch auch, unter den Ventilscheiben 5, 6 eine Abstufung des Außendurchmessers und/oder der Materialdicke vorzunehmen. Weiterhin können an den Ventilscheiben zusätzliche Öffnungen vorgesehen werden, welche bei einem Auffächern des Verschlußorgans 4 infolge einer Öffnungsbewegung eine zusätzliche Vergrößerung des Überströmquerschnitts bewirken.
Das Verschlußorgan 4 stützt sich mit einem radial innenliegenden Abschnitt 7 axial an einem Absatz 8 des Grundkörpers 3 ab. Zudem ist ein Spannorgan 9 vorgesehen, mit dem der radial innenliegende Abschnitt 7 gegen den Absatz 8 verspannt wird. Gleichzeitig wird hiermit eine dauerhafte Abdichtung zwischen dem radial innenliegenden Abschnitt 7 und dem Grundkörper 3 bzw. dem Absatz 8 erzielt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Verschlußorgan 4 und dem Grundkörper 3 zusätzlich ein Distanzstück 10 vorgesehen, über dessen Axiallänge die Vorspannkraft des Verschlußorgans 4 und damit das Druckniveau, bei dem das Dämpferventil 1 öffnet, mit beeinflußt werden kann.
Das Verschlußorgan 4 oder dessen in den Fig. 1 und 3 am weitesten oben liegende Ventilscheibe 5 ist mit einem radial außenliegenden Abschnitt 18 gegen einen von hier zwei an dem Grundkörper 3 befindlichen Ventilsitzen 11 bzw. 12 unterschiedlichen Durchmessers vorgespannt. Wesentlich ist dabei, daß das Verschlußorgan 4 in seiner Ruhestellung gegen lediglich genau einen der Ventilsitze 11 oder 12 anliegt und dabei gegen diesen abdichtet. Je nach Durchmesser der Ventilscheiben 5 bzw. 6 schließt das Verschlußorgan 4 also entweder gegen den ersten Ventilsitz 11 mit kleinerem Durchmesser oder gegen den zweiten Ventilsitz 12 mit größerem Durchmesser.
Die beiden Ventilsitze 11 und 12 sind jeweils so ausgebildet, daß diese sich in Durchströmrichtung erweitern, das heißt, daß ein Strömungsmedium über den maximalen Ruhezustand-Außendurchmesser des Verschlußorgans 4 hinaus radial abströmen kann. Weder für den außenliegenden Ventilsitz 12 noch für den innenliegenden, axial versetzten Ventilsitz 11 wird das Öffnungs- und Umströmungsverhalten durch radiale Wände im Bereich des Außenumfangs des Verschlußorgans 4 beeinträchtigt.
Wie insbesondere Fig. 2 entnommen werden kann, ist zwischen dem ersten Ventilsitz 11 und dem konzentrisch dazu angeordneten zweiten Ventilsitz 12 eine umlaufende Einsenkung 13 oder Nut vorgesehen. Dabei sind bei Betrachtung im Querschnitt die Konturen sowohl des ersten Ventilsitzes 11, der Einsenkung 13 als auch des zweiten Ventilsitzes 12 bogenförmig ausgebildet. Überdies gehen die Konturen weich gekrümmt ineinander über, um das Strömungsverhalten bei geöffnetem Ventil günstig zu gestalten.
Zur Ausbildung einer schmalen, kreisringförmigen Steuerkante 14 an dem ersten Ventilsitz 11 ist dieser im Querschnittsprofil bogenförmig nach außen vorgewölbt. Die Steuerkante 14 wird dabei durch den axialen Bogenscheitel der Vorwölbung gebildet. Der zweite Ventilsitz 12 kann in gleicher Art und Weise konturiert sein und weist eine entsprechende Steuerkante 15 auf.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erstreckt sich der Außendurchmesser des Verschlußorgans 4 bei Anlage gegen den ersten, innenliegenden Ventilsitz 11 radial bis maximal zur Mitte zwischen dem ersten Ventilsitz 11 und dem benachbarten zweiten Ventilsitz 12.
Die Anordnung der Steuerkanten 14 und 15 erfolgt in Abstimmung mit dem Absatz 8 des Grundkörpers 3. Fig. 2 sind die zugehörigen Absatzmaße A und B zu entnehmen, welche die axiale Vorspannung bzw. Vorverformung des Verschlußorgans 4 mitbestimmen. Zur Unterstützung des Öffnungsverhaltens ist die verschlußseitige Oberfläche des Verschlußorgans 4 von dem Absatz 8 zu den Ventilsitzen 11 bzw. 12 und den Steuerkanten 14 bzw. 15 hin geneigt. Dabei ist der Absatz 8 dieser Neigung angepaßt. Außerdem stützt hierzu der Kopf des dem Absatz 8 gegenüberliegenden Spannorgans 9 das Ventilscheibenpaket 5, 6 ab.
Weitere Gestaltungsformen für die Ventilsitze und zugehörigen Steuerkanten sind in den Fig. 4 und 5 beispielhaft dargestellt. Bei dem Grundkörper 3' nach Fig. 4 sind zwei sowohl radial als auch axial voneinander beabstandete Ventilsitze 11' und 12' durch stufenförmige Absätze gebildet, ohne daß zwischen diesen eine Einsenkung vorgesehen wäre. Der Grundkörper 3" nach Fig. 5 weist hingegen zwischen seinen stufenförmigen Ventilsitzen 11" und 12" eine Ringnut 13" auf, so daß die Ventilsitze 11" und 12" gewissermaßen umlaufende, konzentrische Ringvorsprünge bilden, auf denen das jeweilige Verschlußorgan aufliegen kann.
Das Spannorgan 9 weist einen Wellenabschnitt 17 auf, der in den Grundkörper 3 zum Zweck der Befestigung hineinragt. Auf den Wellenabschnitt 17 sind die Ventilscheiben 5 bzw. 6 aufgesteckt und an diesem radial geführt. Zur Montage des Dämpferventils 1 sind daher lediglich die Ventilscheiben 5 bzw. 6 des Verschlußorgans 4 sowie das gegebenenfalls vorhandene Distanzstück 10 an dem Wellenabschnitt 17 des Spannorgans 9 aufeinander zu stapeln. Anschließend wird das Spannorgan 9 in eine Zentralöffnung 20 des Grundkörpers 3 eingeführt und dort fixiert. Dies kann über eine Verschraubung erfolgen. Möglich ist auch eine Ausbildung des Spannorgans 9 als Niet.
Das vorstehend erläuterte Dämpferventil 1 ermöglicht durch die Ausbildung von zwei Steuerkanten an dem Grundkörper 3, 3' bzw. 3" eine gegenüber herkömmlichen Dämpferventilen flexiblere Einstellung des Ansprechverhaltens und damit des Dämpfungsverhaltens eines Schwingungsdämpfers. Dabei bestimmen vor allem die unterschiedlichen Beaufschlagungsflächen, d. h. die angeströmten Kreisringflächen innerhalb des jeweiligen Ventilsitzes 11, 11', 11" bzw. 12, 12', 12" sowie der unterschiedliche Öffnungsweg für die Ventilsitze 11, 11', 11" bzw. 12, 12', 12" bei gleicher Durchführungsmenge von Dämpfungsmedium den Kennlinienverlauf des Dämpferventils bzw. des zugehörigen Schwingungsdämpfers. Durch weitere Maßnahmen an dem Ventilscheibenpaket läßt sich eine Feinabstimmung der Dämpferkennlinie vornehmen. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Dämpferventil
2 weitere Ventileinrichtung
3, 3', 3" Grundkörper
4 Verschlußorgan
5 Ventilscheibe
6 Ventilscheibe
7 innenliegender Abschnitt des Verschlußorgans 4
8, 8', 8" Absatz
9 Spannorgan
10 Distanzstück
11, 11', 11" erster Ventilsitz
12, 12', 12" zweiter Ventilsitz
13 Einsenkung
14 erste Steuerkante
15 zweite Steuerkante
17 Wellenabschnitt des Spannorgans 9
18 außenliegender Abschnitt des Verschlußorgans 4
19 Strömungsweg
20 Zentralöffnung

Claims

1. Dämpferventil zur Anordnung zwischen zwei Arbeitskammern eines Schwingungsdämpfers, umfassend einen Grundkörper (3; 3'; 3") und ein an diesem vorgesehenes, federelastisches Verschlußorgan (4) mit einer oder mehreren Ventilscheiben (5, 6), das im Ruhezustand einen Strömungsweg (19) durch den Grundkörper (3; 3'; 3") abgesperrt und bei Anströmung durch ein Strömungsmedium des Schwingungsdämpfers bei einem eingestellten Druckniveau öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (4) mit einem radial innenliegenden Abschnitt (7) an dem Grundkörper (3; 3'; 3") festgelegt ist und mit einem radial außenliegenden Abschnitt (18) gegen genau einen von mindestens zwei an dem Grundkörper (3; 3'; 3") befindlichen Ventilsitzen (11, 12; 11', 12'; 11", 12") unterschiedlichen Durchmessers vorgespannt ist.

2. Dämpferventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise zwei Ventilsitze (11, 12; 11', 12'; 11", 12") sich in Durchströmrichtung derart erweiternd ausgebildet sind, daß ein Strömungsmedium über den maximalen Ruhezustand-Außendurchmesser des Verschlußorgans (4) hinaus radial abströmen kann.

3. Dämpferventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Ventilsitz (11; 11") mit kleinerem Durchmesser und dem zweiten Ventilsitz (12; 12") mit größerem Durchmesser eine Einsenkung (13; 13") vorgesehen ist.

4. Dämpferventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilsitz (11), die Einsenkung (13) und zweite Ventilsitz (12) weich gekrümmt ineinander übergehen.

5. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilsitz (11) im Querschnittsprofil bogenförmig nach außen vorgewölbt ist und die zugehörige Steuerkante (14) durch dessen axialen Bogenscheitel gebildet wird.

6. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschlußseitige Oberfläche des Verschlußorgans (4) zu den Ventilsitzen (11, 12; 11', 12'; 11", 12") hin geneigt ist.

7. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (4) als flaches Ventilscheibenpaket ausgebildet ist, das zentrisch mittels eines Spannorgans (9) gegen einen axialen Absatz (8) des Grundkörpers (3) verspannt ist.

8. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verschlußorgan (4) und dem Absatz des Grundkörpers (3; 3'; 3") ein Distanzstück (10) eingesetzt ist.

9. Dämpferventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilscheibenpaket an einem Wellenabschnitt (17) des Spannorgans (9), der in den Grundkörper (3; 3'; 3") hineinragt, radial festgelegt ist.

10. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Verschlußorgans (4) bei Anlage gegen den ersten, innenliegenden Ventilsitz (11; 11'; 11") sich radial bis maximal zur Mitte zwischen dem ersten Ventilsitz (11; 11'; 11") und dem benachbarten zweiten Ventilsitz (12; 12'; 12") erstreckt.