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Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Das Dämpfungselement weist zumindest einen Strömungskanal und mindestens ein Federscheibenventil mit einem aus mehreren Federscheiben gebildeten Federscheibenpaket auf. Das Federscheibenpaket liegt unter Vorspannung an einer Ventilsitzfläche des Dämpfungselementes an und bestimmt den Fluiddurchlass durch den Strömungskanal, wenn der Arbeitskolben im Fluidraum eines Schwingungsdämpfers Kolbenbewegungen ausführt. Das Dämpfungselement kann an dem Arbeitskolben eines hydraulischen Schwingungsdämpfers angeordnet sein. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus
DE 12 60 899 A bekannt. Des Weiteren kann das Dämpfungselement auch fest an einem hydraulischen Schwingungsdämpfer angeordnet und durch Fluidkanäle mit dessen Arbeitsräumen beidseits des Arbeitskolbens verbunden sein. Ein solches feststehendes Dämpfungselement wird in der Praxis auch als Komfortventil bezeichnet.
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Aus der Praxis ist ein Arbeitskolben für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer bekannt, der an beiden Stirnseiten ein Federscheibenventil in Form eines aus mehreren Federscheiben gebildeten Federscheidenpakets aufweist. Das an der von der Kolbenstange abgewandten Seite des Arbeitskolbens angeordnete Federscheibenventil, welches bei einer Kolbenbewegung in Zugrichtung der Kolbenstange öffnet und bei einer entgegengesetzten Kolbenbewegung in Druckrichtung den Strömungskanal verschließt, enthält zumindest eine By-Pass-Öffnung. Die By-Pass-Öffnung ist in der auf der Ventilsitzfläche aufliegenden Federscheibe des Federscheibenpakets angeordnet und ermöglicht die Durchleitung eines By-Pass-Fluidstroms, wenn der Arbeitskolben Bewegungen im Fluidraum des Schwingungsdämpfers ausführt. Die By-Pass-Öffnung ist in beiden Strömungsrichtungen durchströmbar. Wenn das von dem hydraulischen Schwingungsdämpfer beaufschlagte Fahrzeugrad auf einer ebenen, jedoch ausgebesserten und schadhaften Straßenfläche abrollt, führt der Arbeitskolben des Schwingungsdämpfers nur kleine Hubbewegungen mit geringen Kolbengeschwindigkeiten aus. Die By-Pass-Öffnung ist für diesen Fall ausgelegt und ermöglicht im Wesentlichen ungedämpfte Bewegungen des Arbeitskolbens, die mit kleinen Amplituden und kleinen Kolbengeschwindigkeiten ausgeführt werden. Es resultiert ein hoher Abrollkomfort des Fahrzeuges bei einer Fahrt über ausgebesserte Asphaltflächen, die auch als ”Flickasphalt” bezeichnet werden. Wenn der Arbeitskolben bei einer Fahrt über eine unebene Strecke oder bei einer Kurvenfahrt zu größeren Hubbewegungen angeregt wird, spricht das Federscheibenventil an und stellt sich durch eine elastische Deformation der Federscheiben an der Ventilsitzfläche ein Ventilspalt ein, dessen Spaltbreite von der Federcharakteristik des Federscheibenpakets abhängig ist. Die Federcharakteristik des Federscheibenpakets ist so festzulegen, dass bei einer Fahrt über unebene Wegstrecken und bei einer Kurvenfahrt hohe Dämpfungskräfte aufgebracht werden können, um Instabilitäten des Fahrzeugaufbaus zu vermeiden. Für den Betriebsfall, dass hohe Dämpfungskräfte aufgebracht werden müssen, ist die By-Pass-Öffnung des Federscheibenventils nachteilig. Bezüglich der Auslegung der By-Pass-Öffnung ergibt sich ein Zielkonflikt. Einerseits wird ein großer Ausschnitt der By-Pass-Öffnung angestrebt, damit bei einer Fahrt des Fahrzeuges z. B. über einen sogenannten ”Flickasphalt” ein großer Abrollkomfort gewährleistet ist und von Ausbesserungen der Fahrbahn ausgehende Rollenbewegungen nahezu dämpfungsfrei aufgenommen werden können. Andererseits ist nachteilig, dass ein großer By-Pass-Querschnitt die Dämpfungskraft des Federscheibenventils reduziert und folglich zu Instabilitäten der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus aufgrund von zu geringen Dämpfungskräften führen kann.
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In
EP 0 632 212 A2 wird ein Arbeitskolben für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer beschrieben, der mindestens ein Überdruckventil aufweist, welches bei hohen Flüssigkeitsdrücken mindestens einen By-Pass freigibt. Das Überdruckventil kann aus einem federbelasteten Ventilkörper oder einer mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Federscheibe bestehen.
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Aus
US 2005/0279597 A1 ist ein Dämpfungselement für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer bekannt, welches ein aus mehreren Federscheiben gebildetes Federscheibenpaket als Federscheibenventil aufweist. Das Federscheibenpaket umfasst eine erste Funktionsscheibe, die randseitig auf einer Ventilsitzfläche aufliegt und mindestens eine Durchströmöffnung zur Durchleitung eines By-Pass-Fluidstroms aufweist. Als zweite Funktionsscheibe ist eine biegsame Scheibe vorgesehen, die ohne randseitige Fixierung innerhalb eines von der Ventilsitzfläche umschlossene Fluidraums die Durchströmöffnung der ersten Funktionsscheibe überdeckt. Im Ruhezustand des Dämpfungselementes ist die Durchströmöffnung gesperrt. Die biegsame Scheibe gibt die Durchströmöffnung der ersten Funktionsscheibe zur Durchleitung eines By-Pass-Fluidstromes frei, wenn das Federscheibenventil in Schließrichtung mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt wird. Ein Scheibenventil mit einem ähnlichen Aufbau wird auch in
DE 32 46 866 A1 beschrieben.
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Aus
EP 1 860 341 A ist ein Arbeitskolben für einen Schwingungsdämpfer bekannt, der einen Strömungskanal mit einem zugeordneten Rückschlagventil aufweist. Das Rückschlagventil wird gebildet von einer Ventilsitzscheibe und einer biegsamen Ventilscheibe, wobei die beiden Scheiben mittels eines Abstandsringes gegeneinander verspannt sind. Die Ventilsitzscheibe weist strahlenförmig angeordnete, schlitzförmige By-Pass-Öffnungen auf, die sich von einer vom Abstandsring überdeckten Einspannbereich nach außen hin erstrecken. Das Rückschlagventil ist an der der Kolbenstange zugewandten Stirnseite des Arbeitskolbens angeordnet und lässt bei geringen Kolbengeschwindigkeiten eine Durchströmung in beiden Strömungsrichtungen zu. Mit zunehmender Kolbengeschwindigkeit in Zugrichtung legt sich die Ventilscheibe an die Fläche der Ventilsitzscheibe an und verschließt die By-Pass-Öffnungen sukzessive von außen nach innen. Die Dämpfungscharakteristik des Arbeitskolbens bei einer Kolbenbewegung in Zugrichtung wird durch die Schließcharakteristik des Rückschlagventils bestimmt. Das aus der Ventilsitzscheibe und einer biegsamen Ventilscheibe gebildete Rückschlagventil ersetzt die Funktion eines aus mehreren Federscheiben gebildeten Federscheibenpakets und kann nicht in Kombination mit weiteren Federscheiben eingesetzt werden. Die Schließcharakteristik ist abhängig von der Geometrie sowie der Anordnung der in der Ventilsitzscheibe vorgesehenen By-Pass-Öffnungen, den Abmessungen des Abstandsrings sowie der Federcharakteristik der biegsamen Ventilscheibe. Sofern die Dämpfungscharakteristik des Arbeitskolbens verändert werden soll, müssen die beschriebenen Funktionsteile neu aufeinander abgestimmt werden. Die Auslegung und Einstellung der Dämpfungscharakteristik ist technisch aufwendig.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungselement für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer anzugeben, welches mindestens eine By-Pass-Öffnung zur Durchleitung eines By-Pass-Fluidstroms aufweist, die bei kleinen Durchströmgeschwindigkeiten in beiden Strömungsrichtungen durchströmbar ist und bei einer höheren Durchströmgeschwindigkeit in einer das Federscheibenventil öffnenden Bewegungsrichtung schließt. Das Dämpfungselement soll ungedämpfte Kolbenbewegungen des Arbeitskolbens eines Schwingungsdämpfers mit kleiner Amplitude und geringer Kolbengeschwindigkeit zulassen und soll die Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers nicht nachteilig beeinflussen, wenn große Dämpfungskräfte zur Vermeidung von Instabilitäten des Fahrzeugaufbaus gefordert sind.
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Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Dämpfungselement nach Anspruch 1.
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Das Dämpfungselement umfasst in an sich bekannter Weise zumindest einen Strömungskanal und mindestens ein Federscheibenventil mit einem aus mehreren Federscheiben gebildeten Federscheibenpaket, welches unter Vorspannung an einer Ventilsitzfläche des Dämpfungselementes anliegt. Das Federscheibenventil umfasst erfindungsgemäß eine Funktionseinheit aus mindestens zwei Funktionsscheiben, wobei die erste Funktionsscheibe randseitig auf der Ventilsitzfläche aufliegt und mindestens eine Durchströmöffnung zur Durchleitung eines By-Pass-Fluidstroms aufweist und wobei die zweite Funktionsscheibe aus einer biegsamen Scheibe besteht und ohne randseitige Fixierung innerhalb eines von der Ventilsitzfläche umschlossene Fluidraums die Durchströmöffnung der ersten Funktionsscheibe ganz oder zumindest größtenteils überdeckt. Zwischen den angrenzenden Flächen der beiden Funktionsscheiben verbleibt ein Fluidspalt, der durch eine elastische Verformung der zweiten Funktionsscheibe infolge einer rückseitigen hydraulischen Druckbeaufschlagung verschließbar ist. Die rückseitige Druckbeaufschlagung, welche die biegsame zweite Funktionsscheibe in die Schließstellung bewegt und die Durchströmöffnung sperrt, wirkt in Öffnungsrichtung des Federscheibenventils. Wenn der hydraulische Druck durch eine entsprechende Kolbenbewegung des Arbeitskolbens im Fluidraum eines Schwingungsdämpfers durch die Federcharakteristik des Federscheibenventils einen definierten Grenzwert erreicht, wird die erste Funktionsscheibe von dem Ventilsitz abgehoben und öffnet sich ein Spalt zwischen der Ventilsitzfläche und der mit der Ventilsitzfläche zusammenwirkenden ersten Funktionsscheibe, die aus einer Federscheibe besteht und Teil des Federscheibenpakets ist. Die erste Funktionsscheibe, welche eine Ventilfunktion des Federscheibenpakets erfüllt, ist steifer als die biegsame zweite Funktionsscheibe. Dadurch ist gewährleistet, dass die zweite Funktionsscheibe beim Öffnen des Federscheibenventils an der Fläche der ersten Funktionsscheibe anliegt und die Durchströmöffnung weiterhin versperrt. Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, dass der By-Pass-Fluidstrom unter schwingungstechnischen Gesichtspunkten optimiert werden kann und so groß dimensioniert werden kann, dass Kolbenbewegungen des Schwingungsdämpfers, die z. B. bei einer Fahrt über ausgebesserte Straßenbelege oder Kopfsteinpflaster verursacht werden, im Wesentlichen ungedämpft aufgenommen werden können und nicht auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden. Auch ein großer Durchströmquerschnitt für die Durchleitung des By-Pass-Fluidstroms führt nicht zu Instabilitäten der Bewegung des Fahrzeugaufbaus, denn durch einen Verschluss der Durchströmöffnung beim Auftreten größerer, in Öffnungsrichtung des Federscheibenventils wirkender Kräfte ist die Dämpfungscharakteristik des Federscheibenpakets voll wirksam, wenn der Arbeitskolben eines Schwingungsdämpfers bei einer Fahrt über unebene Strecken oder in kritischen Fahrsituationen große Kolbenbewegungen mit entsprechend hohen Kolbengeschwindigkeiten ausführt. Die aus mindestens zwei Funktionsscheiben bestehende erfindungsgemäße Funktionseinheit eignet sich ferner zum Nachrüsten bestehender Schwingungsdämpfer. Im Falle einer Nachrüstung müssen an dem Dämpfungselement des Schwingungsdämpfers keine konstruktiven Änderungen vorgenommen werden. Der Federscheibenaufbau eines vorhandenen Dämpfungselementes kann übernommen werden. Es sind lediglich die erfindungsgemäßen Funktionsscheiben in das vorhandene Federscheibenpaket einzufügen. Die Schwingungsdämpfer, die für Fahrzeugtypen zugelassen sind und die erfindungsgemäße Funktionalität noch nicht haben, können durch Modifikation des an dem Dämpfungselement vorhandenen Federscheibepaketes problemlos nachgerüstet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Funktionseinheit eine dritte Funktionsscheibe mit zumindest einer By-Pass-Öffnung auf, wobei die By-Pass-Öffnung der dritten Funktionsscheibe und die Durchströmöffnung der ersten Funktionsscheibe in Fluidverbindung stehen.
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Die auf der Ventilsitzfläche abgestützte erste Funktionsscheibe weist infolge der Vorspannung des Federscheibenpakets eine Krümmung auf. Die Krümmung der ersten Funktionsscheibe kann genutzt werden, um den für eine By-Pass-Strömung erforderlichen Fluidspalt zwischen einem von der Ventilsitzfläche umgebenen Fluidraum und der Durchströmöffnung der ersten Funktionsscheibe zu realisieren. Die Krümmung der auf der Ventilsitzfläche abgestützten ersten Funktionsscheibe und einer planen Fläche der zweiten Funktionsscheibe werden so aufeinander abgestimmt, dass der notwendige Fluidspalt sich zwischen den genannten Flächen ausbildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung liegt das Federscheibenventil auf einer Vorspannscheibe auf, wobei die Dicke der Vorspannscheibe so gemessen ist, dass die Ventilsitzfläche weiter vorsteht als die Vorspannscheibe. Die zweite Funktionsscheibe weist bei allen Ausführungen eine geringere Federsteifigkeit auf als die erste Funktionsscheibe.
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Die dritte Funktionsscheibe der Funktionseinheit weist zweckmäßig eine Mehrzahl von By-Pass-Öffnungen auf, die in Umfangsrichtung mit vorzugsweise gleicher Teilung angeordnet sind. Die By-Pass-Öffnungen erstrecken sich insbesondere bis zum Außenrand der dritten Funktionsscheibe. Die Zahl der By-Pass-Öffnungen und die Form sowie die Anzahl der Durchströmöffnungen in der ersten Funktionsscheiben sind so aufeinander abzustimmen, dass eine ausreichende Überdeckung zwischen den By-Pass-Öffnungen und den Durchströmöffnungen gegeben ist. Die Geometrie und Position der Durchströmöffnungen wird zweckmäßig so festgelegt, dass die Durchströmöffnungen durch eine elastische Verformung der zweiten Funktionsscheibe gleichzeitig verschlossen werden. Sie sind insbesondere so angeordnet, dass sie von einer umfangsnahen Ringfläche der zweiten Funktionsscheibe überdeckt werden.
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Die erste Funktionsscheibe weist vorzugsweise eine Mehrzahl von in Draufsicht bogenförmig gekrümmten, schlitzförmig ausgebildeten Durchströmöffnungen auf. Die Durchströmöffnungen sind an ihren Enden vorzugsweise radial versetzt auf der Scheibenfläche der ersten Funktionsscheibe so angeordnet, dass sich eine von der Ausrichtung der beiden Funktionsscheiben unabhängige Überdeckung der By-Pass-Öffnungen und Durchströmöffnungen ergibt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die erste und dritte Funktionsscheibe gegeneinander verdreht werden können, ohne dass sich die Durchströmcharakteristik der Funktionseinheit dadurch ändert. Die Funktionsscheiben der Funktionseinheit können folglich montiert werden, ohne dass auf den Drehwinkel der Funktionsscheiben geachtet werden muss.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungselement kann als Komfortventil fest an einem Schwingungsdämpfer angeordnet werden. Bei einer solchen Ausführung weist es ein Gehäuse auf, das beispielsweise an dem Zylinder des Schwingungsdämpfers angeflanscht werden kann und mit den Arbeitsräumen beidseits des Arbeitskolbens in Fluidverbindung steht.
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Ferner kann der Arbeitskolben eines hydraulischen Schwingungsdämpfers ein erfindungsgemäßes Dämpfungselement aufweisen. Dieses ist zweckmäßig an der von der Kolbenstange abgewandten Stirnseite des Arbeitskolbens angeordnet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 einen Arbeitskolben für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer nach dem Stand der Technik,
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2 ausschnittsweise einen Arbeitskolben für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer, der mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Federscheibenventil ausgestattet ist,
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3 und 4 Funktionsscheiben des in 2 dargestellten Federscheibenventils.
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5a bis 5c Ausführungsvarianten der Funktionsscheiben als Einzelteilzeichnungen und im montierten Zustand.
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Die 1 zeigt einen Arbeitskolben für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer nach einem aus der Praxis bekannten Stand der Technik. Der Arbeitskolben 101 ist an eine Kolbenstange 102 angeschlossen und führt im Fluidraum eines nur angedeuteten Schwingungsdämpfers 103 Kolbenbewegungen in Zugrichtung a und Druckrichtung b der Kolbenstange 102 aus. Der Arbeitskolben 101 weist Strömungskanäle 104, 104' sowie Federscheibenventile 105, 105' auf, die an den Stirnseiten des Arbeitskolbens 101 angeordnet sind und den Fluiddurchlass durch den zugeordneten Strömungskanal 104 bzw. 104' bei einer Bewegung des Arbeitskolbens 101 im Fluidraum des Schwingungsdämpfers 103 bestimmen. Die Federscheibenventile 105, 105' weisen jeweils ein Federscheibenpaket aus mehreren Federscheiben 106, 106' auf, die unter Vorspannung an einer Ventilsitzfläche 107, 107' des Arbeitskolbens anliegen. Das an der von der Kolbenstange 102 abgewandten Seite angeordnete Federscheibenventil 105 öffnet bei einer Bewegung des Arbeitskolbens in Zugrichtung wobei die Federsteifigkeit der Federscheiben 106, die Anzahl der Federscheiben sowie die Abmessungen der Federscheiben des Federscheibenpakets die Dämpfungscharakteristik einer Kolbenbewegung in Zugrichtung a bestimmen. Das Federscheibenventil 105 an der von der Kolbenstange 102 abgewandten Stirnseite des Arbeitskolbens 101 wird daher im Folgenden auch als Zugstufenventil bezeichnet.
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Die auf der Ventilsitzfläche 107 aufliegende Federscheibe des Zugstufenventils 105 enthält mindestens eine By-Pass-Öffnung 108 für die Durchleitung eines By-Pass-Fluidstroms, wenn der Arbeitskolben 101 Bewegungen im Fluidraum des Schwingungsdämpfers 103 ausführt. Die By-Pass-Öffnung 108 ist in beiden Strömungsrichtungen durchströmbar und ermöglicht Kolbenbewegungen des Arbeitskolbens 101 mit kleiner Amplitude und kleiner Kolbengeschwindigkeit, ohne dass das Federscheibenpaket des Zugstufenventils 105 anspricht. Die By-Pass-Öffnung 108 des Zugstufenventils 105 erhöht den Abrollkomfort eines mit dem Schwingungsdämpfer ausgestatteten Fahrzeuges, wenn das Fahrzeugrad z. B. unter einen sogenannten ”Flickasphalt”, d. h. auf einer an vielen Stellen ausgebesserten Asphaltfläche, rollt. Durch Ausbesserung der Fahrbahn induzierte Kolbenbewegungen werden dämpfungsfrei aufgenommen und übertragen sich nicht auf den Fahrzeugaufbau. Wenn der Arbeitskolben 101 in Zugrichtung a größere Hubbewegungen ausführt bzw. mit einer höheren Kolbengeschwindigkeit in Zugrichtung bewegt wird, spricht das Federscheibenpaket des Zugstufenventils 105 an und öffnet sich ein Strömungsspalt zwischen der Ventilsitzfläche 107 und der mit der Ventilsitzfläche zusammenwirkenden Federscheibe 106 des Federscheibenpakets. Die Federcharakteristik des Federscheibenpakets bestimmt die Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers in Zugrichtung a. Nachteilig ist bei der bekannten Anordnung, dass in Zugrichtung a der By-Pass stets geöffnet bleibt. Der durch die By-Pass-Öffnung abfließende Anteil der Hydraulikflüssigkeit reduziert die Dämpfungskräfte, die durch das Federscheibenpaket des Zugstufenventils 105 erzeugt werden können und kann zu Instabilitäten der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus führen, wenn in extremen Fahrsituationen, bei Kurvenfahrt oder bei einer Fahrbewegung über unebene Wegflächen große Dämpfungskräfte gefordert sind. Insofern ergibt sich ein Zielkonflikt. Einerseits soll die By-Pass-Öffnung möglichst groß dimensioniert werden, damit der Abrollkomfort bei einer Fahrbewegung über Asphaltflächen möglichst groß ist. Andererseits ist ein großer By-Pass-Querschnitt nachteilig, wenn Fahrsituationen große Dämpfungskräfte erfordern.
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Der in 1 dargestellte Arbeitskolben 101 weist ein weiteres Federscheibenventil 105' in Form eines Federscheibenpakets auf, welches an der der Kolbenstange 102 zugewandeten Stirnseite des Arbeitskolbens 101 angeordnet ist. Das kolbenstangenseitig angeordnete Federscheibenventil 105' öffnet den Strömungsweg durch den Arbeitskolben 101 bei einer Bewegung des Arbeitskolbens 101 in Druckrichtung b und wird daher auch als Druckstufenventil bezeichnet. Das Druckstufenventil 105' weist ebenfalls eine By-Pass-Öffnung 108' auf, die jedoch nur in einer Richtung durchströmbar ist und in entgegengesetzter Strömungsrichtung durch ein in Reihe geschaltetes Rückschlagventil 109 gesperrt wird. Die Sperrung des By-Pass-Pfades durch das zusätzliche Rückschlagventil 109 hat Nachteile, denn der gesamte Fluidstrom muss durch das Rückschlagventil 109 fließen. Die Ventilscheibe des Rückschlagventils 109 muss infolgedessen einen großen Hub ausführen. Ferner sind aufgrund der großen Fluidströme an dem Rückschlagventil 109 Strömungsgeräusche möglich. Das Rückschlagventil 109 ist ferner einer großen Beanspruchung ausgesetzt, so dass bisweilen die Standzeit unbefriedigend ist. Des Weiteren ist die Integration des Rückschlagventils 109 im Arbeitskolben 101 konstruktiv aufwendig.
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In der 2 ist ein Arbeitskolben 1 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Federscheibenventil 5 dargestellt, das im Ausführungsbeispiel als Zugstufenventil arbeitet. Es ist an der der Kolbenstange 2 abgewandten Stirnseite des Arbeitskolbens 1 angeordnet und bestimmt den Fluiddurchlass durch einen Strömungskanal 4 des Arbeitskolbens bei einer Bewegung des Arbeitskolbens 1 im Fluidraum des Schwingungsdämpfers 3. Das Federscheibenventil 5 weist ein Federscheibenpaket aus mehreren Federscheiben 6 auf und liegt unter Vorspannung an einer Ventilsitzfläche 7 des Arbeitskolbens 1 an. Es umfasst eine Funktionseinheit aus drei federnden Funktionsscheiben 10, 11, 12.
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Eine erste Funktionsscheibe 11 der Funktionseinheit liegt randseitig auf der Ventilsitzfläche 7 auf und weist mindestens eine Durchströmöffnung 13 zur Durchleitung eines By-Pass-Fluidstroms auf. Die Durchströmöffnung ist zu der Ventilsitzfläche 7 beabstandet und weist keine Überdeckung mit der Ventilsitzfläche 7 auf.
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Eine zweite Funktionsscheibe 10 der Funktionseinheit besteht aus einer biegsamen Scheibe und überdeckt ohne randseitige Fixierung innerhalb eines von der Ventilsitzfläche 7 umschlossenen Fluidraums die Durchströmöffnung 13 der ersten Funktionsscheibe 11 ganz oder zumindest größtenteils. Zwischen den angrenzenden Flächen der beiden Funktionsscheiben 10, 11 verbleibt ein Fluidspalt s, der durch eine elastische Verformung der zweiten Funktionsja kscheibe 10 infolge einer rückseitigen hydraulischen Druckbeaufschlagung verschließbar ist.
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Funktionseinheit kann eine dritte Funktionsscheibe 12 umfassen, die zumindest eine By-Pass-Öffnung 8 aufweist. Die By-Pass-Öffnung erstreckt sich im Ausführungsbeispiel bis zum Rand der dritten Funktionsscheibe und steht in Fluidverbindung mit der Durchströmöffnung 13 der ersten Funktionsscheibe 11.
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Wird der Arbeitskolben 1 im Fluidraum des Schwingungsdämpfers 3 in Zugrichtung a bewegt, baut sich an der Rückseite der zweiten Funktionsscheibe 10 ein Druck auf, unter dessen Wirkung sich die biegsame Funktionsscheibe 10 an die erste Funktionsscheibe 11 dicht anlegt und die Durchströmöffnung 13 verschließt. Erreicht der hydraulische Druck bei einer schnelleren Kolbenbewegung einen Grenzwert, hebt die erste Funktionsscheibe 11 von der Ventilsitzfläche 7 ab und gibt einen Spalt zwischen dem Federscheibenpaket und der Ventilsitzfläche frei. Die erste Funktionsscheibe 11 ist Teil des Federscheibenpakets und definiert in Zusammenwirkung mit den weiteren Federscheiben 6 die Dämpfungscharakteristik des Federscheibenventils 5 bei größeren und mit entsprechend großer Kolbengeschwindigkeit ausgeführten Bewegungen des Arbeitskolbens 1. Dadurch, dass der By-Pass geschlossen ist, wenn das Federscheibenpaket anspricht und den Strömungsweg freigibt, führt der By-Pass-Querschnitt nicht zu Instabilitäten der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus, wenn hohe Dämpfungskräfte gefordert sind.
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Der Darstellung in 2 entnimmt man, dass das Federscheibenventil 5 auf einer Vorspannscheibe 20 aufliegt, wobei die Dicke der Vorspannscheibe 20 so bemessen ist, dass die Ventilsitzfläche 7 an der Stirnfläche des Arbeitskolbens weiter vorsteht als die Vorspannscheibe 20 und infolge dessen die erste Funktionsscheibe 11 infolge der Vorspannung des Federscheibenpakets eine Krümmung aufweist. Im Ruhezustand des Arbeitskolbens 1 bildet sich ein Fluidspalt s zwischen der gekrümmten Fläche der ersten Funktionsscheibe 11 und einer planen Fläche der zweiten Funktionsscheibe 10, durch den ein By-Pass-Fluidstrom in beiden Strömungsrichtungen strömen kann. Die zweite Funktionsscheibe 10 weist eine geringere Federsteifigkeit auf als die erste Funktionsscheibe 11 und legt sich schon beim Auftreten kleiner hydraulischer Drücke an die Fläche der ersten Funktionsscheibe 11 an, um die Durchströmung 13 zu versperren.
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Die 3 zeigt die dritte Funktionsscheibe 12 in einer Draufsicht. Die Funktionsscheibe 12 weist eine Mehrzahl von By-Pass-Öffnungen 8 auf, die in Umfangsrichtung in gleicher Teilung angeordnet sind und sich vorzugsweise bis zum äußeren Rand der Funktionsscheibe erstrecken.
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In 4 ist die erste Funktionsscheibe 11 dargestellt. Diese weist eine Mehrzahl von in der Draufsicht bogenförmig gekrümmten schlitzförmig ausgebildeten Durchströmöffnungen 13 auf. Die Durchströmöffnungen 13 der ersten Funktionsscheibe 11 und die By-Pass-Öffnungen 8 der dritten Funktionsscheibe 12 sind aufeinander abgestimmt, dass eine ausreichende Überdeckung der By-Pass-Öffnungen 8 und der Durchströmöffnungen 13 gewährleistet ist.
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In den 5a bis 5c sind weitere Ausführungsvarianten der Funktionsscheiben 11, 12 dargestellt. Die Durchströmöffnungen 13 der ersten Funktionsscheibe 11 sind an ihren Enden radial versetzt auf der Scheibenfläche der Funktionsscheibe so angeordnet, dass sich eine von der Ausrichtung der beiden Funktionsscheiben 11, 12 im Wesentlichen unabhängige Überdeckung von By-Pass-Öffnungen 8 und Durchströmöffnungen 13 ergibt. Die 5c zeigt die Überdeckung der Öffnungen 8, 13. Die Funktionsscheiben 11, 12 können relativ zueinander verdreht werden, wobei stets eine ausreichende und im Wesentlichen gleichbleibende Überdeckung gewährleistet ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 ist das mit der erfindungsgemäßen Funktionseinheit ausgestattete Federscheibenventil 5 auf der von der Kolbenstange 2 abgewandten Stirnseite des Arbeitskolbens 1 angeordnet und wirkt als Zugstufenventil. Der Arbeitskolben 1 kann im Übrigen ein Druckstufenventil entsprechend dem Stand der Technik aufweisen oder auf der Druckstufenseite ebenfalls mit einem erfindungsgemäß ausgerüsteten Federscheibenventil ausgestattet sein.
