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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Dämpferventil
mit definierter Vorspannkraft, umfassend einen Grundkörper mit
einer Durchströmkanalanordnung, eine
federelastische Verschlusseinrichtung, die im Ruhezustand die Durchströmkanalanordnung
abdeckt und bei Anströmung
durch ein Strömungsmedium
bei einem voreingestellten Druckniveau öffnet, wobei die Verschlusseinrichtung
eine oder mehrere Ventilscheiben zum Abdecken der Durchströmkanalanordnung
aufweist, die an einem relativ zu dem Grundkörper bewegbaren Ventilteller
abgestützt sind,
und ein Befestigungsorgan, das relativ zu dem Grundkörper festgelegt
ist und dabei die Verschlusseinrichtung gegen den Grundkörper vorspannt.
Ein solches Dämpferventil
kann beispielsweise als Kolbenventil oder Bodenventil in einem Schwingungsdämpfer eingesetzt
werden.
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Derartige
Dämpferventile
sind beispielsweise aus der
DE 100 28 114 C2 sowie aus der
WO 2005/036016 A bekannt.
Zur Vorspannung der Verschlusseinrichtung dient dort eine Tellerfeder,
die zwischen dem Ventilteller und dem Befestigungsorgan eingegliedert
ist. Liegt an der Verschlusseinrichtung ein Differenzdruck an, wird
zunächst
die Ventilscheiben in Richtung des Ventiltellers verformt und damit
ein erster Öffnungsquerschnitt
freigegeben. Bei höheren
Differenzdrücken
wird zusätzlich
der Ventilteller gegen die Kraft der Tellerfeder verschoben und
damit ein größerer Öffnungsquerschnitt
erhalten. Dieser Aufbau gestattet eine gute Kennlinienabstimmung
des Dämpferventils.
Insbesondere kann durch die Ventilscheiben bei kleinen Differenzdrücken eine
präzise Öffnungscharakteristik
sowie ein zu höheren
Differenzdrücken
progressiver Kennlinienverlauf eingestellt werden. Mit einer Tellerfeder lässt sich
bei geringem Platzbedarf zudem eine verhältnismäßig hohe Federkraft erzielen.
Jedoch weisen Tellerfedern eine verhältnismäßig große Streuung der Federkennlinie
auf, was für
eine genaue Einstellung der Vorspannkraft der Verschlusseinrichtung und
damit für
die Abstimmung von Schwingungsdämpfern
in der Serienfertigung unvorteilhaft ist. Die Einstellung der Vorspannkraft
erfolgt weggesteuert über
eine Spannmutter.
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Ein
weiteres Dämpferventil
der eingangs genannten Bauart wird in der
DE 102 22 054 A1 beschrieben.
Zur Vorspannung des Ventiltellers kommt in diesem Fall eine Schraubenfeder
zum Einsatz, die schon aufgrund ihrer größeren Axiallänge eine
im Vergleich zu einer Tellerfeder genauere Einstellung der Vorspannkraft
gestattet, jedoch mehr Bauraum benötigt. Die Federkennlinie von
Schraubenfedern kann durch Torsion beeinträchtigt werden. Um dies zu vermeiden,
wird in der
DE 102
22 054 A1 ein torsionskraftfreies Vorspannen der Schraubenfeder
vorgeschlagen. Weiterhin besteht bei Schraubenfedern das Problem,
dass deren Federkennlinie etwas von der Einbaurichtung der Feder
abhängt,
so dass bei der Montage auf die richtige Einbaulage geachtet werden
muss, um eine geringe Streuung der Dämpferkennlinie zu gewährleisten.
Selbst bei korrekter Einbaulage kommt es beim Einsatz einer Schraubenfeder
bauartbedingt zu einem schrägen
Kraftangriff, da die Schraubenfeder über maximal 270° an dem Ventilteller
anliegen kann. Durch die verkippte Kraftwirkungslinie der Schraubenfeder
wird das Öffnungsverhalten
des Ventils beeinträchtigt.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Dämpferventil
zu schaffen, welches es erlaubt, das Öffnungsverhalten in einem engen
Streuband reproduzierbar einzuhalten.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Dämpferventil gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Dämpferventil
umfasst einen Grundkörper
mit einer Durchströmkanalanordnung,
eine federelastische Verschlusseinrichtung mit einer oder mehreren Ventilscheiben,
die im Ruhezustand die Durchströmkanalanordnung
abdeckt und bei Anströmung
durch ein Strömungsmedium
bei einem voreingestellten Druckniveau öffnet, wobei die eine oder
mehrere Ventilscheiben zum Abdecken der Durchströmkanalanordnung an einem relativ
zu dem Grundkörper bewegbaren
Ventilteller abgestützt
sind, und ein Befestigungsorgan, das relativ zu dem Grundkörper festgelegt
ist und dabei die Verschlusseinrichtung gegen den Grundkörper vorspannt.
Das Dämpferventil zeichnet
sich dadurch aus, dass die Verschlusseinrichtung ein Federscheibenpaket
aus mehreren flachen, aufeinandergestapelten Ventilscheiben aufweist, über das
der Ventilteller an dem Befestigungsorgan abgestützt ist.
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Mit
einem solchen Federscheibenpaket kann im Unterschied zu einer Tellerfeder
die Vorspannkraft in einem deutlich engeren Streuband gehalten werden.
Im Vergleich zu einer Schraubenfeder wird ein gleichmäßigeres Öffnungsverhalten
erzielt, da das Problem des Verkippens durch den zentrischen Kraftangriff
entfällt.
Zudem ergibt sich eine kompaktere Bauweise.
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Darüber hinaus
gestattet das Federscheibenpaket eine hohe Variierbarkeit in Bezug
auf die Gestaltung der Vorspannkraft. Insbesondere kann durch verschiedene
Materialstärken,
die Anzahl der eingesetzten Ventilscheiben sowie deren Durchmesser
und Schichtung eine einfache Abstimmung des Dämpferventils erfolgen.
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Weitere,
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
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Die
Ventilscheiben des Federscheibenpakets können prinzipiell wie die Ventilscheiben,
welche die Durchströmkanalanordnung
abdecken, ausgebildet werden. In vorteilhafter Ausgestaltung sind
die Ventilscheiben des Federscheibenpakets im unverspannten Zustand
ebene Scheiben. Diese sind vergleichsweise einfach herstellbar und
benötigen
wenig Platz.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Federscheibenpaket
und dem Ventilteller ein Abstandshalter vorgesehen. Dieser ermöglicht einen
definierten Kraftangriff am Ventilteller und schafft darüber hinaus
Raum für
eine elastische Verformung des Federscheibenpakets.
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Der
Abstandshalter kann beispielsweise durch Distanzscheiben gebildet
werden, die zwischen das Federscheibenpaket und den Ventilteller eingelegt
sind. Es ist jedoch auch möglich,
den Abstandshalter als Vorsprung an dem Ventilteller auszubilden.
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Prinzipiell
kann das Federscheibenpaket unmittelbar an dem Befestigungsorgan,
welches die Vorspanneinrichtung sichert, abgestützt sein. Es ist jedoch auch
möglich,
zwischen dem Federscheibenpaket und dem Befestigungsorgan eine Hülse anzuordnen,
die auf eine Ventilführung
axial aufgeschoben ist.
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Ferner
kann das Federscheibenpaket an einer Ventilführung zentriert sein, wodurch
sich ein sehr gleichmäßiger Kraftangriff
am Ventilteller realisieren lässt.
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Das
Federscheibenpaket kann mit einem radial innenliegenden Abschnitt
an dem Ventilteller und mit einem radial außenliegenden Abschnitt an dem Befestigungsorgan
bzw. der Hülse
abgestützt
sein. Jedoch ist auch ein umgekehrter Einbau möglich, bei dem das Federscheibenpaket
mit einem radial außenliegenden
Abschnitt an dem Ventilteller und mit einem radial innenliegenden
Abschnitt an dem Befestigungsorgan bzw. der Hülse abgestützt ist.
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Das
Befestigungsorgan kann als Mutter ausgebildet sein, die auf einen
mit dem Grundkörper
verbundenen oder integralen Gewindeabschnitt aufgeschraubt wird.
Es ist jedoch auch möglich,
ein Befestigungsorgan zu verwenden, das wie in der
DE 102 22 054 A1 beschrieben ausgebildet
ist, um ein rein kraftgesteuertes Vorspannen zu ermöglichen.
Insbesondere kann das Befestigungsorgan mit einer lösbaren,
kraftschlüssigen
Verbindung, beispielsweise einer Klemmverbindung, oder einer Schweiß-, Löt- oder
Klebverbindung festgelegt sein.
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Vorzugsweise
ist zwischen der Ventilscheibe bzw. den Ventilscheiben, welche die
Durchströmkanalanordnung
abdecken, und dem Ventilteller ein Öffnungsweg vorgesehen, der
infolge des Anliegens eines bestimmten Strömungsdruckniveaus unter Durchbiegung
der Ventilscheiben überwindbar
ist. Dadurch lässt
sich in einem gewissen Bereich das Öffnungsverhalten des Dämpferventils
im Wesentlichen unabhängig
von dem Federscheibenpaket gestalten.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Ventilscheibe
bzw. die Ventilscheiben, welche die Durchströmkanalanordnung abdecken, insgesamt
eine kleinere Federsteifigkeit als das Federscheibenpaket auf. Es
erfolgt so zunächst
ein Durchbiegen der Ventilscheibe bzw. Ventilscheiben in Richtung
des Ventiltellers, bevor eine merkliche axiale Verschiebung des
Ventiltellers eintritt. Die erstgenannten Ventilscheiben können entweder
nur öffnen
bzw. sich durchbiegen und nicht parallel abheben oder aber bei höheren Differenzdrücken beides,
nämlich öffnen und
parallel abheben.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Schnittansicht eines Dämpferventils
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und in
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2 eine
Schnittansicht eines Dämpferventil
des nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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Das
Ausführungsbeispiel
in 1 zeigt ein Dämpferventil 1 in
Form eines Kolbenventils für
einen Schwingungsdämpfer
einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung.
Das Dämpferventil 1 trennt
zwei nicht näher
dargestellte Arbeitskammern des Schwingungsdämpfers, die über weitere
federelastische Verschlusseinrichtungen und Oberströmkanäle miteinander
verbunden sein können.
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Das
Dämpferventil 1 weist
einen Grundkörper 2 auf,
der sich gegen eine Schulter einer Kolbenstange 3 abstützt und
an dieser befestigt ist. In dem Grundkörper 2 ist eine Durchströmkanalanordnung 4 ausgebildet,
um die beiden Arbeitskammern des Schwingungsdämpfers miteinander zu verbinden.
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Weiterhin
weist das Dämpferventil 1 eine
federelastische Verschlusseinrichtung 5 auf, die an dem
Grundkörper 2 angeordnet
ist. In dem in 1 dargestellten Ruhezustand
deckt die Verschlusseinrichtung 5 die Durchströmkanalanordnung 4 ab,
so dass der zugehörige
Strömungsweg
zwischen den beiden Arbeitskammern bis auf einen gegebenenfalls vorhandenen
Voröffnungsquerschnitt
abgesperrt ist.
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Ferner
umfasst das Dämpferventil 1 ein
Befestigungsorgan 6, das an dem Grundkörper 2 festgelegt
ist und die Verschlusseinrichtung 5 gegen den Grundkörper 2 unter
einer definierten Vorspannung hält.
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Sowohl
die Verschlusseinrichtung 5 als auch das Befestigungsorgan 6 sitzen
auf einem Ventilführungselement 7,
das als Hülse
ausgebildet ist und über
einen Innengewindeabschnitt 8 auf einen Endabschnitt 9 der
Kolbenstange 3 aufgeschraubt ist. Hierdurch wird gleichzeitig
der Grundkörper 2 gegen die
Kolbenstange 3 verspannt. Das Ventilführungselement 7 weist
an seinem Außenumfang
einen kreiszylindrischen Führungsabschnitt 10 auf,
welcher die Verschlusseinrichtung 5 zentriert. Weiterhin
weist das Ventilführungselement 7 einen
außen
verjüngten Endabschnitt 11 auf,
an dem das Befestigungsorgan 6 festgelegt ist.
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Das
Befestigungsorgan
6 kann beispielsweise als Mutter ausgebildet
werden, die auf den Endabschnitt
11 aufgeschraubt wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kommt jedoch eine radial kraftschlüssig wirkende Verbindung zum
Einsatz, die vorzugsweise lösbar
ausgebildet. Diese besteht beispielsweise aus einer radial wirkenden
Klemmschraube oder aus einer entsprechend radial wirkenden Klemmeinrichtung,
welche sich besonders schnell montieren lässt. Möglich sind weiterhin Keilprofilverbindungen,
wie sie unter anderem aus der
DE 42 09 153 C2 bekannt sind. Ferner ist
es möglich, das
Befestigungsorgan
6 an den Endabschnitt anzuschweißen, anzulöten oder
anzukleben oder mit diesem zu vernieten. Durch eine solche rein
kraftgesteuerte Einstellung der Vorspankraft lässt sich die Vorspannkraft
im Vergleich zu einer weggesteuerten Einstellung mittels einer Mutter
in einem engeren Toleranzband einstellen.
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Die
Verschlusseinrichtung 4 des ersten Ausführungsbeispiels umfasst mehrere,
zu einem Paket aufeinandergestapelte Ventilscheiben 12 zum
Abdecken der Durchströmkanalanordnung 5,
die in ihrer Schließstellung
gegen einen um die Durchströmkanalanordnung 4 angeordneten Ventilsitz 13 anliegen. Durch
eine Variation der Anzahl der Ventilscheiben 12, deren
Dicke, Schichtung, Material und Außendurchmesser kann das Öffnungsverhalten
des Dämpferventils 1 abgestimmt
werden. Im Extremfall ist lediglich eine einzige Ventilscheibe 12 vorgesehen.
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Diese
Ventilscheibe 12 bzw. das aus solchen gebildete Paket ist
an einem Ventilteller 14 der Verschlusseinrichtung 5 abgestützt. Der
Ventilteller 14 ist seinerseits an dem Führungsabschnitt 10 des Ventilführungselements 7 axial
bewegbar geführt
und zentriert.
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Zwischen
den Ventilscheiben 12, welche die Durchströmkanalanordnung 4 abdecken
und dem Ventilteller 14 ist ein Öffnungsweg vorgesehen ist, der
bei Anliegen eines bestimmten Strömungsdruckniveaus unter Durchbiegung
der Ventilscheiben 12 überwindbar
ist. Liegt ein bestimmtes Strömungsdruckniveau
an den Ventilscheiben 12 an, so biegen sich diese durch,
bis sie gegen den Ventilteller 14 anschlagen.
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Hierzu
können
zwischen einem radial innenliegenden Abschnitt der Ventilscheiben 12 und
einem radial innenliegenden Abschnitt des Ventiltellers 14 eine
oder mehrere Distanzscheiben 15 eingegliedert sein, welche
es gestatten, das anfängliche Öffnungsverhalten
des Dämpferventils 1 über den
so einstellbaren Überströmquerschnitt
zu beeinflussen. Es ist jedoch auch möglich, anstelle der Distanzscheiben 15 einen
entsprechenden Vorsprung an dem Ventilteller 14 auszubilden.
Weitere Distanzscheiben können
zwischen radial innenliegenden Abschnitten der Ventilscheiben 12 und
des Ventilsitzes 13 angeordnet sein.
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Der
Ventilteller 14 stützt
sich auf einer Druckfeder ab, die durch ein Federscheibenpaket 16 aus mehreren
flachen, aufeinandergestapelten Ventilscheiben 17 gebildet
wird. Dieses Federscheibenpaket 16 ist axial auf den Führungsabschnitt 10 des Ventilführungselements 7 aufgeschoben
und an diesem zentriert. Die einzelnen Ventilscheiben 17 können dabei
zu einer Einheit miteinander verbunden sein, wobei gleichzeitig
gewährleistet
bleiben muss, dass die Ventilscheiben 17 bei einem Durchbiegen mit
ihren Oberflächen
radial gegeneinander verschiebbar sind.
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Das
Federscheibenpaket 16 ist seinerseits gegen das Befestigungsorgan 6 abgestützt, wobei bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
eine zusätzliche
Hülse 18 zwischengeschaltet
ist.
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Die
Ventilscheiben 17 des Federscheibenpakets 16 sind
als im unverspannten Zustand ebene Scheiben ausgebildet, die ohne
Zwischenräume
unmittelbar aufeinander aufliegen. Auch hier kann durch eine Variation
der Anzahl der Ventilscheiben 17, deren Dicke, Schichtung,
Material und Außendurchmesser
die entsprechende Federkennlinie ohne großen Aufwand je nach Bedarf
variiert werden. Durch den Einsatz eines Federscheibenpakets 16 als Druckfeder
lässt sich
die gewünschte
Federkennlinie in der Serienfertigung in einem sehr schmalen Streubereich
halten. Gleichzeitig werden durch einen symmetrischen Aufbau eine
zentrische Federkraftwirkungslinie erhalten und Querkraftkomponenten
vermieden, wodurch sich ein gleichmäßiges Öffnungsverhalten des Ventils
einstellt.
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Die
Federsteifigkeit der Ventilscheiben 12, welche die Durchströmkanalanordnung 4 abdecken, sowie
die Federsteifigkeit des Federscheibenpakets 16 sind derart
aufeinander abgestimmt, dass bei Anliegen eines Strömungsdrucks
zunächst
ein Durchbiegen der erstgenannten Ventilscheiben 12 in
Richtung des Ventiltellers 14 erfolgt, bevor eine merkliche axiale
Verschiebung des Ventiltellers 14 und eine damit verbundene
Parallelverschiebung der Ventilscheiben 12 unter zunehmender
Verformung der Ventilscheiben 17 des Federscheibenpakets 16 eintritt.
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Zwischen
dem Federscheibenpaket 16 und dem Ventilteller 14 ist
ein Abstandshalter vorgesehen, über
den ein Bewegungsfreiraum für
die zunächst
ebenen Ventilscheiben 17 des Federscheibenpakets 16 geschaffen
wird. Der Abstandshalter kann beispielsweise durch weitere Distanzscheiben 19 gebildet
werden, die zwischen radial innenliegenden Abschnitten des Ventiltellers 14 und
des Federscheibenpakets 16 eingegliedert sind, wie dies
in 1 gezeigt ist.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
stützt sich
das Federscheibenpaket 16 ferner mit einem radial außenliegenden
Abschnitt an dem Befestigungsorgan 6 bzw. hier der Hülse 18 ab.
Die Hülse 18 ist axial
auf den Führungsabschnitt 10 des
Ventilführungselements 7 aufgeschoben
und bildet einen ringförmigen
Kragen 20 aus, auf dem das Federscheibenpaket 16 aufliegt.
Der Kragen 20 umgibt einen Freiraum 21, in den
das Federscheibenpaket 16 einfedern kann. Es ist auch möglich, das
Befestigungsorgan 6 und die Hülse 18 unter Beibehaltung
eines entsprechenden Freiraums 21 einstückig miteinander auszubilden.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel, das
sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
lediglich durch die Abstützung
des Federscheibenpakets 16 unterscheidet. In diesem Fall
liegt das Federscheibenpaket 16 mit einem radial außenliegenden
Abschnitt an dem Ventilteller 14' an und ist mit einem radial innenliegenden
Abschnitt an dem Befestigungsorgan 8 bzw. der Hülse 18 abgestützt. Zur
Gewährleistung
eines Bewegungsfreiraums für
die Ventilscheiben 17 des Federscheibenpakets 16 ist
an dem Ventilteller 14' als
Abstandshalter ein Vorsprung 22 ausgebildet, der einen
entsprechenden Freiraum 23 radial umgibt. Durch Distanzscheiben 24 zwischen einem
radial innenliegenden Abschnitt des Federscheibenpakets 16 und
einem radial innenliegenden Abschnitt der Hülse 18' bzw. des Befestigungsorgan 16 wird
auf der gegenüberliegenden
Seite ein entsprechender Freiraum geschaffen, der das Einfedern des
Federscheibenpakets 16 ermöglicht. Einander gegenüberliegende
Anschlagflächen 25 und 26 an dem
Ventilteller 14' und
an der Hülse 18' verhindern wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
ein Überbiegen
der Ventilscheiben 17 des Federscheibenpakets 16.
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Bei
der Montage werden der Grundkörper 2, die
Verschlusseinrichtung 5 sowie das Befestigungsorgans 6 axial
zusammengeführt.
Die bei einer Vorspannung auf das Befestigungsorgan 6 einwirkenden Kräfte entsprechen
dadurch mit verhältnismäßig hoher
Genauigkeit der tatsächlich
in die Verschlusseinrichtung 5 eingebrachten Vorspannkraft.
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Nach
dem Zusammenstecken des Grundkörpers 2,
der Verschlusseinrichtung 5 und des Befestigungsorgans 6 wird
das Befestigungsorgan 6 unter Vorspannung der Verschlusseinrichtung 4 mit dem
Grundkörper 2 zusammengedrückt. Unter
Beibehaltung der Druckkraft wird dann das Befestigungsorgan 6 radial
kraftschlüssig
an dem Grundkörper 2 festgelegt.
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Das
Dämpferventil 1 ist
in den Figuren als Kolbenventil eines Schwingungsdämpfers dargestellt.
Es ist jedoch nicht auf den Einsatz an einem Kolben beschränkt, sondern
kann beispielsweise auch als Bodenventil in einen Schwingungsdämpfer eingebaut
werden.
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Ferner
kann das Ventilführungselement 7 alternativ
als Zapfen ausgebildet sein, der durch den Grundkörper 2 hindurchgeführt und
mit der Kolbenstange 3 verbunden ist. In diesem Fall ist
es dann möglich,
die Ventilführung
als Vorsprung unmittelbar an dem Grundkörper 2 vorzusehen.
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Das
vorstehend erläuterte
Dämpferventil 1 ermöglicht aufgrund
des Einsatzes eines Federscheibenpakets 16 eine präzise Einstellung
der Vorspannkraft in einem engen Toleranzbereich. Aufgrund der zentrischen
Kraftwirkungsrichtung des Federscheibenpakets 16 wird überdies
ein sehr gleichmäßiges Öffnungsverhalten
erzielt. Dies gestattet eine sehr genaue Reproduzierbarkeit der
Abstimmung des Dämpferventils 1 bzw.
eines Schwingungsdämpfers mit
vergleichsweise geringem Aufwand.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Sie
ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern umfasst alle durch
die Patentansprüche
definierten Ausgestaltungen.
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- 1
- Dämpferventil
- 2
- Grundkörper
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Durchströmkanalanordnung
- 5
- Verschlusseinrichtung
- 6
- Befestigungsorgan
- 7
- Ventilführungselement
- 8
- Innengewindeabschnitt
- 9
- Endabschnitt
- 10
- Führungsabschnitt
- 11
- verjüngter Endabschnitt
- 12
- Ventilscheibe
bzw. Ventilscheiben
- 13
- Ventilsitz
- 14
- Ventilteller
- 15
- Distanzscheiben
- 16
- Federscheibenpaket
- 17
- Ventilscheiben
- 18
- Hülse
- 19
- Distanzscheiben
- 20
- Kragen
- 21
- Freiraum
- 22
- Vorsprung
- 23
- Freiraum
- 24
- Distanzscheiben
- 25
- Anschlagfläche
- 26
- Anschlagfläche