DE102006005918A1

DE102006005918A1 - Ventil für einen Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102006005918A1
Application number: DE200610005918
Authority: DE
Inventors: Peter Giere
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Ein Ventil für einen Schwingungsdämpfer umfasst mindestens eine Hauptdrosselbohrung (4) zur Verbindung von durch das Ventil (1) getrennten Arbeitskammern und eine Ventilscheibenanordnung (6), die die Hauptdrosselbohrung bzw. Hauptdrosselbohrungen (4) in Abhängigkeit einer Kolbenbewegung öffnet und schließt. An der bzw. den Hauptdrosselbohrungen (4) ist zusätzlich zu der Ventilscheibenanordnung (6) ein Drosselelement (9) vorgesehen, das bei geöffneter Ventilscheibenanordnung (6) und Erreichen einer hohen Kolbengeschwindigkeit den Strömungsquerschnitt (Q<SUB>vor</SUB>, Q<SUB>nach</SUB>) der Hauptdrosselbohrung bzw. Hauptdrosselbohrungen (4) verringert. Hierdurch wird das Energieaufnahmevermögen eines Schwingungsdämpfer erhöhte und das Anschlagen an einen Anschlag zu einem höheren Kraftniveau hin verschoben. Weiterhin wird ein mit einem solchen Ventil ausgestatteter Schwingungsdämpfer angegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für einen Schwingungsdämpfer, umfassend mindestens eine Hauptdrosselbohrung zur Verbindung von durch das Ventil getrennten Arbeitskammern, sowie eine Ventilscheibenanordnung, die die Hauptdrosselbohrung bzw. Hauptdrosselbohrungen in Abhängigkeit einer Kolbenbewegung öffnet und schließt.
Derartige Ventile werden beispielsweise an Kolben von Schwingungsdämpfern vorgesehen. Über die Abstimmung der Ventilscheibenanordnung, lässt sich der Kennlinienverlauf des Dämpfers, d. h. die Dämpferkraft in Abhängigkeit der Kolbengeschwindigkeit einstellen. Um bei geringen Kolbengeschwindigkeiten ein weiches Ansprechen des Dämpfers zu gewährleisten, kann weiterhin eine sogenannte Voröffnungsscheibe vorgesehen werden. In ihrer Ruhestellung sperrt die Ventilscheibenanordnung die Hauptdrosselbohrung bzw. -bohrungen ab. Hierzu ist die Ventilscheibenanordnung gegen einen Ventilgrundkörper vorgespannt. Die Ventilscheibenanordnung wirkt dabei in der Art eines Rückschlagventils. Ein Öffnen erfolgt in Abhängigkeit einer anliegenden Druckdifferenz lediglich in einer ersten Richtung. In Gegenrichtung sperrt die Ventilscheibenanordnung die Hauptdrosselbohrung bzw. -bohrungen hingegen stets ab.
Bei hohen Kolbengeschwindigkeiten und nahezu maximaler Öffnung der Ventilscheibenanordnung kann es zu einem Anschlagen an einem üblicherweise hierzu vorgesehenen Anschlag kommen. In der Zugstufe wird dieser Anschlag oftmals als ein im Schwingungsdämpfer angeordneter Elastomerkörper ausgebildet.
Das Anschlagen an einem Anschlag des Dämpfers ist jedoch sowohl akustisch als auch im Hinblick auf das Dämpferverhalten von Nachteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energieaufnahme im Dämpfer vor Erreichen des Anschlags zu erhöhen und so den Anschlag bei hohen Kolbengeschwindigkeiten vor einer etwaigen Überlastung zu schützen.

Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Dieses Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass an der bzw. den Hauptdrosselbohrungen zusätzlich zu der Ventilscheibenanordnung ein Drosselelement vorgesehen ist, das bei geöffneter Ventilscheibenanordnung und Erreichen einer hohen Kolbengeschwindigkeit den Strömungsquerschnitt der Hauptdrosselbohrung bzw. Hauptdrosselbohrungen verringert.

Im normalen Einsatzbereich des Dämpfers bleibt das zusätzliche Drosselelement ohne ernsthafte Auswirkung auf dem Kennlinienverlauf. Kommt es jedoch zu hohen Kolbengeschwindigkeiten, so vermindert das Drosselelement den Strömungsquerschnitt der Hauptdrosselbohrung bzw. Hauptdrosselbohrungen, woraus ein verstärkt progressiver Kennlinienverlauf resultiert. Ein eventuelles Anschlagen am Anschlag wird folglich zu einem höheren Kraftniveau hin verschoben.

Durch eine entsprechende Voreinstellung des Drosselelements lässt sich dessen Einsatzpunkt auf den jeweiligen Dämpfer abstimmen.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für ein Ventil eines Schwingungsdämpfers nach der Erfindung;
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Kennlinienvariation mittels einer Voröffnungsscheibe in der Zugstufe;
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Kennlinienvariation mittels Ventilscheiben in der Zugstufe;
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Kennlinienvariation über den Querschnitt der Hauptdrosselbohrungen; und in
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Kennlinie des Schwingungsdämpferventils nach 1 unter Einschluss der Wirkung des zusätzlichen Drosselelements.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Ventil 1 eines Schwingungsdämpfers, das an einem Kolben 2 vorgesehen ist. Hierbei bildet der an einer Kolbenstange 12 festgelegte Kolben 2 gleichzeitig den Ventilgrundkörper 3, durch den sich mehrere Hauptdrosselbohrungen 4 für die Zugstufe des Schwingungsdämpfers erstrecken. Die Hauptdrosselbohrungen 4 verbinden hierzu jeweils nicht näher dargestellte Arbeitkammern des Schwingungsdämpfers. Für die Druckstufe sind eigene die Drosselbohrungen 5 vorgesehen.
Weiterhin umfasst das Ventil 1 eine Ventilscheibenanordnung 6, welche in der in 1 dargestellten Ruhestellung die Hauptdrosselbohrungen 4 der Zugstufe absperren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Ventilscheibenanordnung 6 eine oder mehrere Ventilscheiben 7. Zusätzlich ist eine Voröffnungsscheibe 8 vorgesehen, die hier beispielhaft an den Drosselöffnungen 5 der Druckstufe angeordnet ist und einen kleinen Leckageöffnungsquerschnitt bereitstellt. Prinzipiell kann eine Voröffnungsscheibe 8 jedoch auch in die Ventilscheibenanordnung 6 einbezogen sein. Wird der Schwingungsdämpfer auf Zug belastet, so öffnet die Ventilscheibenanordnung 6 infolge der anliegenden Druckdifferenz, woraufhin Arbeitsmedium durch die Hauptdrosselbohrung 4 strömt. In der Druckstufe, das heißt bei entgegengesetzter Kolbenbewegung sperrt die Ventilscheibenanordnung 6 die Hauptdrosselbohrungen 4 hingegen ab.
Die Ventilscheibenanordnung 6 wirkt folglich in der Art eines Rückschlagventils, das in Bezug auf die Durchströmrichtung durch die Hauptdrosselbohrungen 4 stromab angeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sitzt die Ventilscheibenanordnung 6 auf einem Ventilscheibenteller 10, der über eine Zylinderschraubenfeder 11 in Richtung des Ventilgrundkörpers 3 gedrückt wird.
Zusätzlich zu den Ventilscheiben 7 und der Voröffnungsscheibe 8 weist das Ventil 1 ein separates Drosselelement 9 auf, das unter bestimmten Umständen mit den Hauptdrosselbohrungen 4 zusammenwirkt. Im normalen Betriebsbereich des Schwingungsdämpfers, das heißt bei Dämpferkräften, bei denen es normalerweise nicht zu einem Anschlagen kommt, besitzt das Drosselelement 9 keine ernsthafte Auswirkung auf die Dämpferkennlinie. Diese wird im normalen Betriebsbereich in der Zugstufe lediglich durch das Verhalten der Voröffnungsscheibe 8, der Ventilscheibe bzw. -scheiben 7 und des Strömungsquerschnitts der Hauptdrosselbohrungen 4 bestimmt.
Werden jedoch bei geöffneter Ventilscheibenanordnung 6 hohe Kolbengeschwindigkeiten erreicht, so verringert das Drosselelement 9 den Strömungsquerschnitt der Hauptdrosselbohrungen 4, wie dies in 1 durch die Querschnitte Q_vor und Q_nach angedeutet ist. Hierdurch kommt es zu einem verstärkt progressiven Kennlinienverlauf, d. h. einem überproportionalen Anstieg der Dämpferkraft im Verhältnis zur Kolbengeschwindigkeit. Durch die erhöhte Energieaufnahme des Dämpfers wird so ein Anschlagen des Dämpfers zu einem höheren Kraftniveau hin verschoben.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Drosselelement 9 in Bezug auf die Durchströmrichtung den Hauptdrosselbohrungen 4 vorgeschaltet.
Zudem ist das Drosselelement 9 so konfiguriert, das sich dieses bei Erreichen einer definierten Kolbengeschwindigkeit an die Hauptdrosselbohrungen 4 anlegt und deren freien Querschnitt vermindert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, das Drosselelement 9 als Drosselscheibe in der Art einer Tellerfeder ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, jeder Hauptdrosselbohrung 4 ein eigenes, separates Drosselelement 9 zuzuordnen.
Vorzugsweise ist das Drosselelement 9 bzw. die Drosselscheibe federelastisch ausgebildet. Wie in 1 gezeigt, kann die Drosselscheibe zwischen der Kolbenstange 12 und dem Ventilgrundkörper 3 festgelegt sein. Dabei ist das Drosselelement 9 bzw. die Drosselscheibe in ihrer Ruhestellung von den Hauptdrosselbohrungen 4 beabstandet.
Bei Erreichen einer hohen Kolbengeschwindigkeit wird das Drosselelement 9 bzw. die Drosselscheibe durch den Strömungsdruck elastisch gegen den Ventilgrundkörper 3 gedrückt, wobei sich dieses bzw. diese gegen den Ventilgrundkörper 3 anlegt und dabei die Hauptdrosselbohrungen 4 teilweise verschließt. Fällt der Strömungsdruck ab, kehrt das Drosselelement 9 in seine in 1 dargestellte Ruhestellung zurück.
Die Auswirkungen auf den Kennlinienverlauf sollen nun kurz anhand der 2 bis 5 erläutert werden. 2 zeigt anhand der Kennlinienschar a, a₁, a₂ die Einflussmöglichkeiten über eine Voröffnungsscheibe 8. Diese ist insbesondere bei kleinen Kolbengeschwindigkeiten wirksam. Bei mittleren Kolbengeschwindigkeiten macht sich dann, wie in 3 anhand der Kennlinienschar b, b₁, b₂ dargestellt, vor allem der Einfluss der eigentlichen Ventilscheiben 7 bemerkbar. Zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten hin nimmt, wie in 4 anhand der Kennlinienschar c, c₁, c₂ gezeigt, der Drosseleinfluss der Hauptdrosselbohrungen 4 zu. 5 zeigt schließlich den summarischen Kennlinienverlauf d unter Einfluss der Wirkung des zusätzlichen Drosselelements 9, das sich bei hohen Kolbengeschwindigkeiten zuschaltet. Der Effekt des Drosselelements 9 ist in 5 durch den Kennlinienanteil e veranschaulicht, der ab dem Schaltpunkt P wirksam wird. Dieser liegt, wie 5 zeigt, in Bezug auf die Kolbengeschwindigkeit weit oberhalb des Einflussbereichs der Voröffnungsscheibe 8 in einem Bereich, in dem über die Ventilscheiben 7 kein merklicher Zugewinn an Dämpferkraft mehr erzielt wird.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann das erfindungsgemäße Ventil 1 auch als Bodenventil in einem Schwingungsdämpfer eingesetzt werden.
Zudem ist sein Einsatz nicht auf die Zugstufe beschränkt.
Überdies können die Hauptdrosselbohrungen 4 im Prinzip auf eine einzige Bohrung verringert werden.
In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels ist es ferner möglich lediglich ausgewählte Hauptdrosselbohrungen 4 mit einem Drosselelement 9 zu versehen, wobei in diesem Fall auch einzelne Hauptdrosselbohrungen 4 vollständig durch das Drosselelement 9 geschlossen werden können.

1: Ventil
2: Kolben
3: Ventilgrundkörper
4: Hauptdrosselbohrung der Zugstufe
5: Hauptdrosselbohrung der Druckstufe
6: Ventilscheibenanordnung
7: Ventilscheibe
8: Voröffnungsscheibe
9: Drosselelement
10: Ventilscheibenteller
11: Zylinderschraubenfeder
12: Kolbenstange
d: Kennlinie des Dämpfers
e: Kennlinieneinfluss des Drosselelements
P: Einsatzpunkt
Q_vor: Strömungsquerschnitt vor Einsetzen des Drosselelements
Q_nach: Strömungsquerschnitt nach Einsetzen des Drosselelements

Claims

Ventil für einen Schwingungsdämpfer, umfassend mindestens eine Hauptdrosselbohrung (4) zur Verbindung von durch das Ventil (1) getrennten Arbeitskammern, und eine Ventilscheibenanordnung (6), die die Hauptdrosselbohrung bzw. Hauptdrosselbohrungen (4) in Abhängigkeit einer Kolbenbewegung öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, dass an der bzw. den Hauptdrosselbohrungen (4) zusätzlich zu der Ventilscheibenanordnung (6) ein Drosselelement (9) vorgesehen ist, das bei geöffneter Ventilscheibenanordnung (6) und Erreichen einer hohen Kolbengeschwindigkeit den Strömungsquerschnitt (Q_vor, Q_nach) der Hauptdrosselbohrung bzw. Hauptdrosselbohrungen (4) verringert.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (9) der Hauptdrosselbohrung bzw. den Hauptdrosselbohrungen (4) in Bezug auf die Durchströmrichtung vorgeschaltet ist.
Ventil nach Anspruch 1. oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (9) bei kleinen und mittleren Kolbengeschwindigkeiten den Strömungsquerschnitt (Q_vor, Q_nach) der Hauptdrosselbohrung bzw. Bohrungen (4) unbeeinflusst lässt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (9) sich bei Erreichen einer definierten Kolbengeschwindigkeit an die Hauptdrosselbohrung bzw. -bohrungen (4) anlegt und deren freien Querschnitt (Q_vor, Q_nach) vermindert.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (9) eine Drosselscheibe ist.
Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe federelastisch ist.
Ventil nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe gegen das Ventil (1) festgelegt ist und in ihrer Ruhestellung von der Hauptdrosselbohrung bzw. den Hauptdrosselbohrungen (4) beabstandet ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (9) bei Erreichen einer hohen Kolbengeschwindigkeit durch den Strömungsdruck elastisch gegen einen Ventilgrundkörper (3) gedrückt wird.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Kolbenventil für einen Schwingungsdämpfer ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Bodenventil für einen Schwingungsdämpfer ist.
Schwingungsdämpfer mit einem Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10.