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Die Erfindung betrifft ein Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 198 42 155 B4 ist ein Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer bekannt, dessen Ventilscheibe in Abhubrichtung einer neben einer mechanischen Federkraft einer hydraulischen Dämpfkraft unterliegt. Dafür ist das Dämpfventil mit einem Gehäuse bestückt, in dem die Ventilscheibe als Verdränger die Abhubbewegung ausführt. Dazu ist die Ventilscheibe gleitend auf einem Zapfen gelagert, der den Innendurchmesser des Gehäuses bestimmt. Die Ventilscheibe weist eine Materialstärke, die sie praktisch starr werden lässt. Sowohl am Innen- und am Außendurchmesser ist eine Ringdichtung montiert, so dass das von der Ventilscheibe verdrängte Dämpfmediumvolumen ausschließlich über einen Drosselquerschnitt im Gehäuse entweichen kann. Versuche haben gezeigt, dass die Bewegung der Ventilscheibe ohne Dichtungsbestückung keiner Dämpfwirkung unterliegt.
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In der
DE 10 2007 017 683 A1 ist in der
2 eine Ventilscheibe dargestellt, deren Schließbewegung gegen eine hydraulische Dämpfung erfolgt. Dazu muss die Ventilscheibe ebenfalls axial schwimmend gelagert sein und eine besondere Kontur aufweisen, die die Ventilscheibe deutlich verteuert. Des Weiteren muss für den Verdrängerraum eine ausreichend große Arbeitsfläche auf der Dämpfventildeckseite zur Verfügung stehen.
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Die
DE 10 2006 031 179 B3 offenbart ein Dämpfventil, dessen Ventilscheibe auf einer Ventilsitzfläche mit einer Elastomerauflage bestückt ist. Bei diesem Bauprinzip tritt keine hydraulische Dämpfung auf, sondern nur eine mechanische Stützkraft, die Anschlaggeräusche verhindern soll.
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Ein weiteres Problem wird in der Lebensdauer der Elastomerauflage gesehen, die sehr schmal gehalten ist, um keine Klebeeffekte auftreten zu lassen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Dämpfventil derart weiterzuentwickeln, dass sich die Ventilscheibe in mindestens einer Richtung entgegen einer hydraulischen Stützkraft bewegt, wobei die Ventilscheibe auch als elastische Scheibe ausgeführt sein kann.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest die die Volumenänderung ausführende Komponente der Verdrängeranordnung von einem Elastomerelement gebildet wird.
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So kommt im Stand der Technik ausschließliche starre Elemente zum Einsatz, die eine Abdichtung und eine hohe Fertigungsgenauigkeit erfordern. Bei elastischen Komponenten werden diese Anforderungen zumindest reduziert, so dass die Verdrängeranordnung in der Regel bei vergleichbarer Funktion einfacher und damit billiger realisierbar ist.
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Man kann z. B. vorsehen, dass die Verdrängeranordnung von mindestens einem einen Verdrängerraum bildenden Elastomerring gebildet wird. Wird im Stand der Technik ein starres Gehäuse verwendet, so übernimmt diese Funktion nun ein einfacher Elastomerring. Selbstverständlich kann man auch eine Mehrzahl von Elastomerringen einsetzen, die dann getrennte Verdrängerräume bilden.
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Beispielsweise kann der Verdrängerraum von mindestens zwei ineinander angeordneten Ringelementen gebildet werden, wobei die Ringelemente Seitenwände des Verdrängerraums bilden. Die beiden radial beabstandeten Ringelemente bilden schon eine Verdrängeranordnung, indem sie axial gestaucht werden, wodurch das Volumen zwischen den beiden Ringelementen verdrängt wird. Man benötigt kein Element, das passgenau in den Verdrängerraum eingreift.
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Um das Betriebsverhalten dahingehend zu steuern, dass z. B. ein bestimmter Ventilscheibenbereich zuerst den Durchtrittskanal freigibt, kann man vorsehen, dass der radiale Abstand der Ringelemente in Umfangsrichtung des Verdrängerraums unterschiedlich ausgeführt ist. Dadurch ergibt sich ein unterschiedlicher hydraulischer Druckpunkt auf die Ventilscheibe, wobei die in dem Druckpunkt idealisiert angreifende Kraft der Ventilscheibenbewegung entgegensteht.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch wird die den Verdrängerraum bildende Komponente von einer die Abhubbewegung begrenzenden Stützscheibe getragen. Beispielsweise sind die Ringelemente an der Stützscheibe anvulkanisiert.
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Man kann auch vorsehen, dass die den Verdrängerraum bildende Komponente der Verdrängerraum von einem Elastomerring getragen wird. Ein derartiger Elastomerring kann z. B. auf eine Deckseite des Dämpfventils aufgelegt werden.
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Eine besonders robuste Ausführung wird dadurch erreicht, dass die den Verdrängerraum bildende Komponente von dem Dämpfventilkörper gebildet wird. Bei einem urgeformten Dämpfventilkörper kann der Verdrängerraum ohne nennenswerten Zusatzaufwand hergestellt werden.
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Alternativ kann der Verdrängerraum von geschichteten Ventilscheiben gebildet werden, die Durchgangsöffnungen aufweisen, die in der Montageposition in Überdeckung stehen. Diese Variante kann sehr leicht durch Austausch der Ventilscheiben auch bei einem bereits vorhandenen Dämpfventil nachgerüstet werden.
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Eine weitere Konstruktionsvariante zeichnet sich dadurch aus, dass der Verdrängerraum von einer elastischen Hülse gebildet wird. Diese Bauform ermöglicht eine radial besonders platzsparende Ausführungsform der Erfindung.
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Ergänzend kann die elastische Hülse geschlitzt ausgeführt sein. Folglich müssen keine weiteren Bauteil mit einer Abflussöffnung ausgerüstet sein.
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Eine besonders einfache Einbindung der Verdrängeranordnung wird dadurch erreicht, wenn die Verdrängeranordnung einen zur Ventilscheibe separaten elastischen Verdränger aufweist. Man kann den Verdränger beispielsweise an der Ventilscheibe anvulkanisieren. Ein derartiger Verdränger kann dann sehr einfach in einen Verdrängerraum des Dämpfventilkörpers oder der Stützscheibe eingrreifen.
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Besondere Vorteile bietet es, wenn der elastische Verdränger an einer Stützscheibe befestigt ist. Die Stützscheibe bietet einen vergleichsweise großen Freiraum für die Positionierung, da die Stützscheibe vielfach keine weiteren Funktionsflächen aufweist.
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Man kann den Verdrängerraum endseitig offenhalten, so dass zwischen dem Verdränger und dem Verdrängerraum ein Ringspalt vorliegt, der die Drosselöffnung darstellt. Besonders wirkungsvoll ist es jedoch, wenn Dämpfventilkörper oder die Stützscheibe eine Abflussöffnung aus dem Verdrängerraum aufweist, da dann besonders kleine und sehr eng tolerierte Drosselquerschnitte mit vergleichsweise wenig Aufwand realisierbar sind.
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Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Verdrängerraum innerhalb der Stützscheibe angeordnet ist. Diese Variante bietet die Möglichkeit mit einem Minimum an Aufwand ein Dämpfventil mit einer hydraulischen Dämpfungsfunktion für die Ventilscheibe vorzusehen.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 Dämpfventil mit einer hydraulischen Verdrängeranordnung;
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2 Ansicht der Stützscheibe zu 1;
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3 Variante zur 2;
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4 Verdrängeranordnung zur Dämpfung der Schließbewegung der Ventil scheibe;
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5 Draufsicht auf Ventilkörper zu 4;
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6 Verdrängerraum innerhalb der Stützscheibe;
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7 Verdrängerraum in hülsenförmigen Elastomerelementen;
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8 Verdrängerraum innerhalb von Ventilscheiben;
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9 Abwandlung zur 1 zur Dämpfung einer Schließbewegung der Ventilscheibe.
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Die 1 zeigt ein Dämpfventil 1 für einen Schwingungsdämpfer beliebiger Bauweise. Das Dämpfventil 1 umfasst einen Dämpfventilkörper 3, der an einer Kolbenstange 5 befestigt ist. Die Erfindung ist nicht auf eine derartige Ausführungsform beschränkt und kann z. B. bei einem Bodenventil oder auch im Rahmen eines verstellbaren Dämpfventils eingesetzt werden.
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Der Dämpfventilkörper 3 unterteilt einen Zylinder 7 des Schwingungsdämpfers in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9; 11, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 3 sind Durchtrittskanäle 13; 15 für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkreisen ausgeführt. Die Ausgestaltung der Durchtrittskanäle ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 13; 15 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 17; 19 zumindest teilweise abgedeckt.
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Bei einer Anströmung der Ventilscheibe 17 ausgehend vom kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 hebt die Ventilscheibe 17 von ihrer Ventilsitzfläche 21 ab. Die Abhubbewegung wird von einer Stützscheibe 23 in Kombination mit einem Elastomerelement gesteuert bzw. gedämpft gebremst. In dieser Variante sind die Elastomerelemente 25 als Elastomerringe 25a; 25i ausgeführt.
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Wie die 2 zeigt, sind die Elastomerringe 25a; 25i auf unterschiedlichen Teilkreisen 27; 29 mit den Radien R1 und R2 angeordnet und bilden eine Anschlagebene. Die Stützscheibe 23 ist mit Axialöffnungen 31 ausgeführt, die einen Strömungsweg zwischen einer Oberseite der Ventilscheibe 17 und dem angrenzenden Arbeitsraum 9 bilden, siehe 1. Mit der gestrichelten Kontur des Elastomerrings 25a soll gezeigt werden, dass der radiale Abstand der Ringelemente in Umfangsrichtung unterschiedlich ausgeführt sein kann.
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Die Elastomerringe 25i; 25a bilden zusammen mit der Stützscheibe 23 eine Verdrängeranordnung 35, die die Abhubbewegung der Ventilscheibe 17 von der Ventilsitzfläche 21 hydraulisch bedämpft, indem ein von den Elastomerringen 25i; 25a radial begrenzter Verdrängerraum 37 eine Volumenänderung durchführt. Ausgelöst wird die Volumenänderung durch die axiale Kompression des Verdrängerraums 37 von der Ventilscheibe 17, wobei Dämpfmedium aus dem Verdrängerraum 37 über die Axialöffnungen 31 in den Arbeitsraum 9 entweichen kann.
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Im linken Halbschnitt der 1 sind zwei ineinander angeordnete Ringelemente 25i; 25a ausgeführt, die jeweils die Seitenwände des Verdrängerraums 37 bilden. Grundsätzlich würde auch ein einzelner Elastomerring 25a genügen, um den Verdrängerraum 37 abzudichten. Die Kolbenstange 5 würde dann ebenfalls eine Innenwandung bilden. Die Ventilscheiben 17 sind zwar am Innendurchmesser verspannt, aber in Längsrichtung der Kolbenstange 5 elastisch. Der Vorteil der beiden Ringelemente 25i; 25a besteht darin, dass radial innerhalb des inneren Elastomerrings 25i noch Bauraum für z. B. einen Bypassquerschnitt zwischen den beiden Arbeitsräumen 9, 11, separiert werden kann.
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Im linken Halbschnitt der 1 sind die beiden Elastomerringe 25i; 25a entweder an der Stützscheibe 23 oder der Ventilscheibe 17 befestigt, z. B. anvulkanisiert. Im rechten Halbschnitt wird kommt ein zusätzlicher Elastomerring 39 zur Anwendung, der für den Verdrängerraum 37 einen Boden bildet und auf der Ventilscheibe 17 aufliegt. Radial innen liegen zumindest Zentrierstege vor. Ein derartiges Ventilelement kann einfach im Montageablauf zwischen den Ventilscheiben 17 und der Stützscheibe 23 eingelegt werden. Eine besondere axiale oder radiale Fixierung an der Stützscheibe 23 oder einer Ventilscheibe 17 ist nicht notwendig.
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Der Öffnungsbewegung der Ventilscheibe 17 steht die Vorspannung der Ventilscheibe 17, die Vorspannung der Elastomerelemente 25a; 25i und die hydraulische Dämpfkraft bedingt durch die Volumenänderung des Verdängerraums 37 entgegen. Folglich stehen zur Abstimmung der Öffnungsbewegung im Vergleich zu einem konventionellen Dämpfventil mindestens zwei weitere grundlegende Einstellparameter zur Verfügung. Wenn man dazu noch die Ausgestaltung gemäß der gestrichelten Kontur des äußeren Elastomerrings wie in 2, vorsieht, dann kann man z. B. noch eine gezielte Abhubbewegung der Ventilscheibe 17 an einem bestimmten Umfangsbereich erreichen.
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Die 4 zeigt, dass die Erfindung grundsätzlich auch an einem klassischen Bodenventil einsetzbar ist. In dieser Variante wird nicht die Öffnungsbewegung von der Ventilsitzfläche 21 bedämpft, sondern die Schließbewegung der Ventilscheibe 17 für den Durchtrittskanal 13. Der Verdrängerraum 37 wird in dieser Ausführung vom Dämpfventilkörper 3 gebildet, der eine Sacklochöffnung aufweist. Der radial größere Abschnitt der Sacklochöffnung bildet den Verdrängerraum 37 und der sich anschließende radial kleinere Abschnitt die Abflussöffnung 31. Innerhalb des Verdrängerraums 37 ist das Elastomerelement 25 der Verdrängeranordnung 35 eingelegt und wirkt praktisch wie ein Kolben. Man kann ein axial schwimmendes Elastomerelement 25 vorsehen, das stets an der Unterseite der Ventilscheibe 17 anliegt. Wenn das Dämpfmedium in den Durchtrittskanal 13 einströmt, dann gelangt auch Dämpfmeidum durch die Abflussöffnung 31 in den Verdrängerraum 37 und schiebt das Elastomerelement aus dem Verdrängerraum 37. Das Elastomerelement 25 ist im Verhältnis zum Ventilscheibenabhub und der axialen Tiefe des Verdrängerraums derart dimensioniert, dass es auch bei maximalem Abhub der Ventilscheibe 17 nicht aus dem Verdrängerraum 37 entweichen kann. In der maximalen Einfahrposition besteht noch eine geringe Abhubkraft auf die Ventilscheibe 17. In der 5 ist die Verteilung der Elastomerelement auf der Oberseite des Dämpfventilkörpers dargestellt. Als Elastomerelemente kommen beispielsweise einfache Kugeln zur Anwendung.
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In der 4 ist in der gestrichelter Darstellung erkennbar, dass das Elastomerelement 25 auch ein der Ventilscheibe 17 befestigt sein kann und in den Verdrängerraum 37 einfahren kann. Das Elastomerelement 25 als Verdränger stellt damit ein zur Ventilscheibe 17 separates Bauteil dar, so dass die Ventilscheibe seine bestimmungsgemäße Elastizität behält.
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Zur 1 wurde bereits ausgeführt, dass die Stützscheibe 23 eine Abflussöffnung 31 aus dem Verdrängerraum aufweist. In der Variante nach 6 ist der Verdängerraum 37 in der Stützscheibe angeordnet und der Abflussöffnung 31 in Richtung des Arbeitsraums 9 vorgelagert. Die Elastomerelemente 25 können an der Ventilscheibe 17 fixiert sein. Im Hinblick auf eine einfachere, d. h. in Umfangsrichtung orientierungsfreie Montage der Ventilscheibe, sind die Elastomerelemente 25 an der Stützscheibe 23 fixiert, d. h. verspannt. Bei einer Abhubbewegung der Ventilscheibe 17 dringen die Elastomerelemente 25 tiefer in den Verdrängerraum ein und übernehmen damit eine Kolbenfunktion. Über die Anschlussöffnungen 31 werden die Verdrängerräume 37 wieder mit Dämpfmedium gefüllt, wenn die Ventilscheibe 17 eine Schließbewegung ausführt.
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Die Variante nach 7 verfügt über ein im Vergleich zur 6 ähnliches Konzept. Auch hier sind die Elastomerlemente 25 im Hinblick auf eine einfache Montage des Dämpfventils an der Stützscheibe 23 fixiert. Die Elastomerelemente 25 sind als elastische Hülsen ausgeführt, die den Verdrängerraum radial begrenzen. Die Stützscheibe 23 und die Ventilscheibe 17 bilden endseitige Böden. Die Hülsen 25 und die Ventilscheibe 17 bilden endseitige Böden. verfügen über mindestens einen Axialschlitz 43 mit der Funktion der Abflussöffnung 31. Folglich muss die Stützscheibe 23 keine gesonderten Abflussöffnungen aufweisen. Die Varianten nach den 6 und 7 können ermöglichen durch den Austausch der Stützscheibe 23 mit den Elastomerelementen 25 eine hydraulische Dämpfung der Ventilscheibenbewegung 17 auf einem konventionellen Dämpfventil 1.
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In der 8 kommt eine Verdrängeranordnung 35 zur Anwendung, bei der der elastische Verdänger von dem Elastomerelement 25 an der Stützscheibe 23 gebildet wird. Neben der Ventilscheibe 17 kommen noch weitere in Richtung der Stützscheibe geschichtete Ventilscheiben 45, 47 zur Anwendung, die Durchgangsöffnungen 49 aufweisen, die in der Montagestellung in Überdeckungen stehen und den Verdrängerraum 37 bilden. Die geschichteten Ventilscheiben 45, 47 sind bevorzugt miteinander verklebt oder verschweißt. Wie man des Weiteren erkennen kann, lassen sich damit auch unterschiedliche Verdrängerraume 37 mit unterschiedlichen Verdrängern 25 kombinieren, um z. B. das Abhubverhalten der Ventilscheibe 17 gezielt zu steuern.
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Die 9 zeigt wiederum ein Dämpfventil 1 in der Ausführung eines Bodenventils. In einem Ringkanal 51 zwischen zwei Ventilsitzflächen 21 in der Elastomerring 39 eingelegt, der wiederum zwei ineinander angeordnete Ringelemente 25i; 25a nach dem Prinzip der 1 aufweist. Wenn das Dämpfmedium von der Unterseite des Dämpfventilkörpers 3 die Durchtrittskanäle 13 passiert, dann kann der Elastomerring 39 angehoben werden, wodurch auch die Ventilscheibe 17 von der Ventilsitzfläche 21 abhebt. Nimmt der Öffnungsdruck ab, dann nimmt der Elastomerring 39 wieder seine dargestellte Ausgangsposition ein, wobei die Ringelemente 25i; 25a geringfügig das Niveau der Ventilsitzfläche 21 überragen. Die Vorspannung auf die Ventilscheibe 17 ist jedoch so groß, dass diese auf der Ventilsitzfläche 21 zur Auflage kommt und die Ringelement 25i; 25a dabei axial komprimiert werden. Es liegen in diesem Ausführungsbeispiel drei Verdrängerraume 37 vor. Um alle Verdrängerräume entlasten zu können, verfügt der Elastomerring 39 über insgesamt drei Abflussöffnungen 31. Würde man die Abflussöffnungen weglassen, dann hätte man keine hydraulische Dämpfung, sondern nur eine hydraulische Feder.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventil
- 3
- Dämpfventilkörper
- 5
- Kolbenstange
- 7
- Zylinder
- 9
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 11
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 13
- Durchtrittskanal
- 15
- Durchtrittskanal
- 17
- Ventilscheibe
- 19
- Ventilscheibe
- 21
- Ventilsitzfläche
- 23
- Stützscheibe
- 25
- Elastomerelement
- 25a; 25i
- Elastomerringe
- 27
- Teilkreis
- 29
- Teilkreis
- 31
- Axialöffnungen
- 33
- Anschlagebene
- 35
- Verdrängeranordnung
- 37
- Verdrängerraum
- 39
- Elastomerring
- 41
- Zentriersteg
- 43
- Schlitz
- 45, 47
- Ventilscheibe
- 49
- Durchgangsöffnung
- 51
- Ringkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19842155 B4 [0002]
- DE 102007017683 A1 [0003]
- DE 102006031179 B3 [0004]
