DE102016211289A1

DE102016211289A1 - Dämpfventil, insbesondere für einen Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102016211289A1
Application number: DE102016211289.9A
Authority: DE
Inventors: Aleksandar Knezevic; Jörg Rösseler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-11-23
Also published as: KR20190009776A; US20190145484A1; CN109154351A; CN109154351B; WO2017198405A1; US10746249B2

Abstract

Dämpfventil, das einen Dämpfventilkörper umfasst, der mindestens eine Durchflussöffnung aufweist, die von mindestens einer Ventilscheibe unter Einwirkung einer Schließkraft zumindest teilweise abdeckt werden, wobei von mindestens einem Federelement eine Öffnungskraft auf die Ventilscheibe einwirkt, die kleiner ist als die Schließkraft, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Federkörper als Elastomerkörper separat zu der Steuerkante ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämpfventil, insbesondere für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2010 062 324 A1 ist ein gattungsbildendes Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer bekannt.
In der Regel umfasst ein gattungsgemäßes Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer einen Daempfventilkörper, der mindestens eine Durchflussöffnung für das Dämpfmittel aufweist, sowie mindestens eine an den Dämpfventilkörper angelegte Ventilscheibe. Die Ventilscheibe deckt unter Einwirkung einer Schließkraft die Durchflussöffnungen in dem Dämpfventilkörper zumindest teilweise ab.
Das Dämpfventil wird von einem Dämpfmittel durchströmt. Das Dämpfmittel fließt durch die Durchflussöffnungen in dem Dämpfventilkörper und drückt in Öffnungsrichtung gegen die an den Dämpfventilkörper angelegte Ventilscheibe. Übersteigt die Dämpfmitteldruckkraft die Schließkraft der Ventilscheibe, dann hebt die Ventilscheibe von dem Dämpfventilkörper ab und lässt das Dämpfmittel durch das Dämpfventil strömen.
Nimmt nun der Dämpfmitteldruck ab, so schließt die mit der Schließkraft beaufschlagte Ventilscheibe sofort wieder und deckt die Durchflussöffnungen in dem Dämpfventilkörper zumindest teilweise ab.
Das sofortige Schließen der Ventilscheibe verursacht so genannte Poltergeräusche, die als störend empfunden werden. Um ein schlagartiges Verschließen zu verhindern, kann z. B. eine Feder eingesetzt werden, die in Öffnungsrichtung wirkt, z. B. eine Sternfeder, die zwischen der Ventilscheibe und dem Dämpfventilkörper angeordnet ist.
Das zusätzliche sternförmige Federelement verkompliziert die Ausgestaltung der Strömungswege, da die Federenden radial an einen zentralen Ring angeschlossen sind.
Aus der DE 10 20006 031 179 B3 ist ein Dämpfventil bekannt, dessen Steuerkanten, auf denen die Ventilscheiben aufliegen, aus einem Elastomerwerkstoff bestehen. Bei geschlossenem Dämpfventil sind die Steuerkanten verformt und federn beim Öffnen wieder in ihre ursprüngliche Form zurück.
Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Strömungswege wie bei einem konventionellen Dämpfventil verlaufen können. Ein gravierender Nachteil ist jedoch darin zu sehen, dass bei einem Verschleiß der Steuerkanten eine Undichtigkeit auftritt, die die Dämpfkraftkennlinie massiv verändert und zum Totalausfall des Schwingungsdämpfers führen kann. Des Weiteren ist die Federrate von der Steuerkantengeometrie abhängig.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es ein Dämpfventil bereitzustellen, bei dem unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest eine Poltergeräuschreduktion erreicht wird.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der mindestens eine Federkörper als Elastomerkörper separat zu der Steuerkante ausgeführt ist.
Im einfachsten Fall der Erfindung kann der mindestens eine Elastomerkörper an einer beliebigen Stelle platziert werden. Man kann z. B. einen tonnenförmigen Elastomerkörper verwenden, der in dem Flächenbereich angeordnet ist, der von der Ventilescheibe in der Projektion abgedeckt wird. Der Elastomerkörper wirkt nicht nur wie eine Feder, sondern übt durch innere Reibung auf eine Dämpffunktion aus.
In einer besonders einfachen Ausführung ist der mindestens eine Elastomerkörper direkt mit dem Dämpfventilkörper verbunden. Man kann den Elastomerkörper z. B. in eine Sacklocköffnung einknöpfen oder auch in einem Spritzgießverfahren einbringen.
Eine besonders einfache Ausgestaltung des Elastomerkörpers besteht darin, dass dieser als eine Kugel ausgeführt ist. Die Kugelform bietet den Vorteil, dass es keine bevorzugte Einbaulage gibt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Dämpfventilkörper einen von zwei beabstandeten Steuerkanten begrenzten Ringgraben aufweist, wobei der Elastomerkörper in dem Ringgraben angeordnet ist. Damit wird der Bauraum im Dämpfventil besonders gut ausgenutzt. Des Weiteren wird die Öffnungskraft dort in die Ventilscheibe eingeleitet, wo auch die Schließkraft und die hydraulische Öffnungskraft wirksam sind.
Bevorzugt weist der Dämpfventilkörper Aufnahmeöffnungen für den mindestens einen Elastomerkörper auf. Damit ist eine einfache Einpressverbindung zwischen dem Elastomerkörper und dem Dämpfventilkörper leicht realisierbar.
Wenn der Dämpfventilkörper eine Vordrosselscheibe mit Vordrosselöffnungen aufweist, dann kann die Vordrosselscheibe den Elastomerkörper tragen. Dadurch vereinfacht sich die Montage des mindestens einen Elastomerkörpers deutlich, da die Montage des Elastomerkörpers außerhalb des Dämpfventilkörpers vorgenommen werden kann.
Man kann auch vorsehen, dass mehrere Elastomerkörper über einen Elastomerring miteinander verbunden sind. Dann kann man den Elastomerring einfach auf den Dämpfventilkörper aufsetzen und hat damit alle Elastomerkörper in einem Schritt montiert. Der Ring kann auch als Ringsegment ausgeführt sein, der sich über einen Winkel kleiner 360° erstreckt.
Ergänzend kann der Elastomerring die Vordrosselöffnungen aufweisen. Eine separate Vordrosselscheibe ist dann entbehrlich.
Alternativ kann der Elastomerkörper als ein Rohrkörper ausgeführt sein, der die Durchflussöffnung bildet. Man kann dann einen bereits vorhandenen Dämpfventilkörper verwenden.
Um das Abhubverhalten der Ventilscheibe zu definieren, weisen die Elastomerkörper eine unterschiedliche Öffnungskraft auf. Damit gibt es z. B. eine Zone mit einer größeren Öffnungskraft und eine Zone mit einer geringeren Öffnungskraft. Folglich wird sich bei vergleichbaren Schließkräften und einer hydraulischen Öffnungskraft stets ein definiertes Abhubverhalten, d. h. einseitiges Abheben, der Ventilscheibe einstellen.
Eine weitere Möglichkeit kann darin bestehen, dass die Elastomerkörper eine unterschiedliche Federrate aufweisen. Über die Variation der Federrate kann z. B. durch eine unterschiedliche shore-Härte ein einheitliches Design für alle Elastomerkörper verwendet werden. Unterschiedliche Farbgebungen für verschiedene shore-Härten erleichtern die Qualitätskontrolle bei der Montage der Elastomerkörper.
Alternativ können die Elastomerkörper über den Umfang des Ringgrabens auch asymmetrisch angeordnet sein.
Man kann auch vorsehen, dass die Elastomerkörper auf unterschiedlichen Teilkreissen angeordnet sind, um über die Unterschiedlichen Abstände zum Ventilscheibenmittelpunkt ein definiertes Schließ- und Öffnungsverhalten zu generieren.
Unterschiedliche Teilkreisanordnungen bieten zudem die Möglichkeit, dass die Elastomerkörper eine schiefe Ebene bilden, auf der sich die Ventilscheibe abstützt.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Dämpfventil gemäß dem Stand der Technik
2 Draufsicht eines erfindungsgemäßen Dämpfventils
3 Ventilsitzfläche des Dämpfventils nach 2
4 Schnittdarstellung zur 2
5 Dämpfventil mit asymmetrischer Anordnung der Elastomerkörper
6 Dämpfventil mit rohrförmigem Elastomerkörper
7 u. 8 Elastomerkörper als Teil eines Vordrosselventils
9 Elastomerkörper bilden eine schiefe Ebene
Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines Schwingungsdämpfers 1 im Bereich eines Dämpfventils 3, das an einem Boden 5 eines Zylinders 7 funktional zwischen einem Arbeitsraum 9 und einem Ausgleichsraum 11 angeordnet ist. Der Ausgleichsraum wird von einem äußeren Behälter 13 begrenzt. Grundsätzlich könnte das Dämpfventil auch an einer Kolbenstange oder einer sonstigen beliebigen Stelle platziert sein.
Das Dämpfventil 3 umfasst einen Dämpfventilkörper 15 mit mindestens einer Durchflussöffnung 17; 19, die von mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 unter Einwirkung einer Schließkraft zumindest teilweise abgedeckt wird. Die Schließkraft kann von einer Feder in beliebiger Bauform oder durch eine Verspannung der Ventilscheibe 17; 19 erreicht werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Ventilscheibe über ein zentral angreifendes Befestigungselement 25 auf eine Ventilsitzfläche vorgespannt.
Wie man der 1 weiter entnehmen kann, verfügt das Dämpfventil 3 über zwei Durchflussrichtungen mit getrennten Durchflussöffnungen auf unterschiedlichen Teilkreisen. Für die Durchströmung des Dämpfventils ausgehend vom Arbeitsraum 9 in den Ausgleichsraum 11 dienen die Durchflussöffnungen 19 auf dem kleineren Teilkreisdurchmesser mit den Ventilscheiben 23 an der Unterseite des Dämpfventilkörpers 15. Für einen Rückfluss aus dem Ausgleichsraum 11 in den Arbeitsraum 9 dienen die Durchflussöffnungen 17 auf dem äußeren Teilkreis und der mindestens einen Ventilscheibe 21 auf der Dämpfventiloberseite.
Die 2 zeigt eine Draufsicht des Dämpfventilkörpers 15 mit der Blickrichtung vom Arbeitsraum 9. Die Durchflussöffnungen 17; 19 für beide Durchströmungsrichtungen sind jeweils in einem Ringgraben 27 angeordnet, der von einer äußeren und einer inneren Steuerkante 29; 31 begrenzt wird. Die Steuerkanten begrenzen Ventilsitzflächen 33; 35 für die mindestens eine Ventilscheibe 21. In der 2 sind die Durchflussöffnungen 17; 19 für die beiden Durchströmungsrichtungen unterschiedlich ausgeführt. Für die Erfindung ist der Querschnitt der Durchflussöffnungen nebensächlich. Wie man aus der Zusammenschau der 2 und 3 erkennt, weist die äußere Ventilsitzfläche 33 eine Sichelform auf. Die Sichelform wird über die unterschiedliche Steuerkantenkontur erreicht. Im linken Halbschnitt hat die Steuerkante einen gekrümmten Querschnitt und im rechten Halbschnitt einen trapezförmigen Querschnitt. Darüber kann der Abstand der beiden Steuerkanten bzw. Ventilsitzflächen über den Umfang verändert werden. An der Stelle mit dem größten Abstand zwischen den beiden Steuerkanten ist auch der hydraulische Druckpunkt auf die Unterseite der Ventilscheibe 21 radial mit dem größten Abstand zur Ventilscheibenmitte wirksam, so dass die Ventilscheibe 21 in dem Bereich bei konstantem Druck im Ringgraben 27 zuerst unter dem Einfluss der hydraulischen Öffnungskraft gegen die Schließkraft abhebt.
Die 2 zeigt des Weiteren zwischen den Durchflussöffnungen und innerhalb des Ringgrabens 27 eine Anzahl von Elastomerkörpern 37, die in einem Abstand und damit separat zu den Steuerkanten 29; 31 ausgeführt sind. Die 4 zeigt einen Querschnitt durch den Dämpfventilkörper 15 im Bereich eines Elastomerkörpers 37, der z. B. tonnenförmig mit einer gekrümmten Stirnfläche ausgeführt ist. Bevorzugt sind die Elastomerkörper als Kugel ausgestaltet, da es dann keine bevorzugte Einbaulage gibt. Der Elastomerkörper erstreckt sich geringfügig über das Höhenniveau der Steuerkanten 29; 31 und übt damit eine Öffnungskraft auf die Ventilscheibe 21 aus. In der Darstellung ist eine Sacklochöffnung 39 für die Aufnahme des Elastomerkörpers 37 vorgesehen. Man kann aber auch eine direkte Vulkanisationsverbindung ohne eine Öffnung vorsehen.
Mit der 5 soll gezeigt werden, dass man die Elastomerkörper 37 auch asymmetrisch anordnen kann, um eine gezielt einseitige Öffnungskraft zu erreichen, vergleichbar mit der Funktion der sichelförmigen Ventilsitzfläche 33. Ein vergleichbares Ergebnis ist erzielbar, wenn die Elastomerkörper 37 eine unterschiedliche Öffnungskraft ausweisen, beispielsweise aufgrund eines unterschiedlichen Querschnitts, Materialauswahl oder Federrate.
Die 6 zeigt eine Ausführungsform basierend auf der 5. Abweichend ist der Elastomerkörper 37 als ein Rohrkörper ausgeführt, der auch die Durchflussöffnung 17 bildet. Diese Variante kann sehr leicht bei einem bereits bestehenden Dämpfventilkörper 15 eingeführt werden, ohne dass Änderungen am Dämpfventilkörper vorgenommen werden. Auch hier ist der Elastomerkörper 37 ausgehend vom Ringgraben 27 etwas höher als die Steuerkanten 29; 31. Eine in Richtung der Ventilscheibe 21 weisende Stirnfläche 41 des Elastomerkörpers 37 bildet jedoch keine Steuerkante, da der Elastomerkörper 37 eine seitliche Öffnung aufweist, die im Ringgraben 27 mündet und folglich nur noch eine Steggeometrie an der Ventilscheibe anliegt.
Die 7 zeigt eine Variante, bei der mehrere in Umfangsrichtung benachbarte Elastomerkörper 32 über einen Elastomerring 45 miteinander verbunden sind. Der Elastomerring 45 kann sich über den gesamten Umfang des Ringgrabens 27 erstrecken, jedoch auch auf ein Winkelsegment beschränkt sein. Ergänzend kann der Elastomerring 45 auch die Funktion einer Vordrossel übernehmen, wenn entsprechend Vordrosselöffnungen 47 vorliegen, die den Querschnitt der Durchflussöffnungen 17 reduzieren, um z. B. eine bestimmte Durchflusskennlinie mit einem standardisierten Dämpfventilkörper 15 zu erreichen.
In der Ausführung nach 8 sind die Vordrosselöffnungen 47 in einem metallischen Ring 49 ausgeführt, der auch die Elastomerkörper 37 trägt. Diese Variante ist besonders hoch belastbar und durch die trennte Ausführung zwischen dem Ring 47 und dem Dämpfventilkörper 15 besonders leicht adaptierbar.
Bei einer Anströmung der Ventilscheibe 21 über die Durchflussöffnungen 17 füllt sich der gesamte Ringgraben 27 mit Dämpfmedium. Dadurch wirkt auf die Ventilscheibe 27 eine hydraulische Öffnungskraft. Ausgehend von einer geschlossenen Dämpfventilposition üben die Elastomerkörper 37 ihre maximale mechanische Öffnungskraft auf die Ventilscheibe 21 aus. Übersteigt die Öffnungskraft die Schließkraft, dann hebt die Ventilscheibe 21 von ihrer Ventilsitzfläche 33 ab. Ist die Schließkraft auf die Ventilscheibe 21 größer als die beiden Öffnungskräfte, dann nimmt die Ventilscheibe 21 wieder ihre Schließposition ein, wobei die Schließbewegung der Ventilscheibe von den Elastomerkörpern 37 abgefedert wird, bis die Ventilscheibe 21 wieder auf der Ventilsitzfläche 33 aufliegt. Ein identisches Verhalten wäre auch für die Ventilscheibe 23 in Verbindung mit den Durchflussöffnungen 19 möglich und sinnvoll.
Mit der 9 soll gezeigt werden, dass die Elastomerkörper 37 auch auf unterschiedlichen Teilkreisen 51; 53 angeordnet sein können. Beispielhaft sind die Elastomerkörper mit dem Ring 49 verbunden. Man kann jedoch auch eine Anordnung z. B. gemäß der 2 vorsehen, also direkt im Dämpfventilkörper. Es besteht zudem die Option, dass die Elastomerkörper eine schiefe Ebene bezogen auf die Ventilsitzflächen 33; 35 bilden, so dass z. B. die Elastomerkörper auf dem größeren Teilkreis 53 einen größeren axiale Überstand zur Ventilsitzfläche 33 aufweist als die Elastomerkörper 37 auf dem kleineren Teilkreis 51. Im Einzelfall kann es auch sinnvoll sein, wenn die Elastomerkörper auf dem größeren Teilkreis einen kleineren axialen Überstand aufweisen, z. B. wenn die Ventilscheibe bevorzugt am Innendurchmesser vorrangig abheben soll.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
3: Dämpfventil
5: Boden
7: Zylinders
9: Arbeitsraum
11: Ausgleichsraum
13: Behälter
15: Dämpfventilkörper
17: Durchflussöffnung
19: Durchflussöffnung
21: Ventilscheibe
23: Ventilscheibe
25: Befestigungselement
27: Ringgraben
29: äußere Steuerkante
31: innere Steuerkante
33: Ventilsitzfläche
35: Ventilsitzfläche
37: Elastomerkörper
39: Sacklochöffnung
41: Stirnfläche
43: Öffnung
45: Elastomerring
47: Vordrosselöffnungen
49: Ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010062324 A1 [0002]
DE 1020006031179 B3 [0008]

Claims

Dämpfventil (3), das einen Dämpfventilkörper (15) umfasst, der mindestens eine Durchflussöffnung (17; 19) mit einer Steuerkante (29; 31) aufweist, die von mindestens einer Ventilscheibe (21; 23) unter Einwirkung einer Schließkraft zumindest teilweise abdeckt werden, wobei von mindestens einem Federelement (37) eine Öffnungskraft auf die Ventilscheibe (21; 23) einwirkt, die kleiner ist als die Schließkraft, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Federkörper als Elastomerkörper (37) separat zu der Steuerkante (29; 31) ausgeführt ist.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (37) direkt mit dem Dämpfventilkörper (15) verbunden ist.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerkörper (37) als Kugeln ausgeführt sind.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfventilkörper (15) einen von zwei beabstandeten Steuerkanten (29; 31) begrenzten Ringgraben (27) aufweist, wobei der Elastomerkörper (37) in dem Ringgraben (27) angeordnet ist.
Dämpfventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfventilkörper (15) Aufnahmeöffnungen (39) für das Elastomerelement (37) aufweist.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfventilkörper (15) eine Vordrosselscheibe (45; 49) mit Vordrosselöffnungen (47) aufweist, wobei die Vordrosselscheibe (45; 49) den Elastomerkörper (37) trägt.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerkörper (37) über einen Elastomerring (45) miteinander verbunden sind.
Dämpfventil nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerring (37) die Vordrosselöffnungen (47) aufweist.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (37) als ein Rohrkörper ausgeführt ist, der die Durchflussöffnung (17) bildet.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerkörper (37) eine unterschiedliche Öffnungskraft aufweisen.
Dämpfventil nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerkörper (37) eine unterschiedliche Federrate aufweisen.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerkörper (37) über den Umfang des Ringgrabens (27) asymmetrisch angeordnet sind.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerkörper (37) auf unterschiedlichen Teilkreisen (51; 53) angeordnet sind.
Dämpfventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerkörper (37) eine schiefe Ebene (55) bilden.