DE102019203315A1

DE102019203315A1 - Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102019203315A1
Application number: DE102019203315.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Rösseler; Aleksandar Knezevic; Steffen Heyn; Guido Holtmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2019-09-19
Also published as: KR102628344B1; US11255399B2; US20190285130A1; CN110273964B; CN110273964A; KR20190108496A

Abstract

Dämpfventil, umfassend einen Dämpfventilkörper mit einem Ringgraben, der einen Boden aufweist und der von einer inneren und einer äußeren Ventilsitzfläche für mindestens eine Ventilscheibe begrenzt wird, wobei der Boden des Ringgrabens über einen Umfangsbereich einen maximalen Abstand und in einem Umfangsbereich einen minimalen axialen Abstand zur Ventilsitzfläche aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämpfventil gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die DE 10 2014 223 085 A1 beschreibt ein Dämpfventil mit einem Ringgraben, der nach radial innen und nach radial außen von einer Ventilsitzfläche begrenzt wird. Auf den Ventilsitzflächen liegt mindestens eine Ventilscheibe auf, die in Abhängigkeit vom Druck innerhalb des gleichmäßig tiefen Ringgrabens eine Abhubbewegung ausführt. Zur Vermeidung von Flattergeräuschen strebt man für die Ventilscheibe möglichst einen einzigen Abbhubpunkt an. In der DE 10 2014 223 085 A1 wird der Klebeeffekt der Ventilsitzfläche ausgenutzt und deshalb über den Gesamtumfang einer Ventilsitzfläche ein Sichelprofil eingesetzt. Im Bereich der geringsten radialen Breite der Ventilsitzfläche hebt die Ventilscheibe zuerst ab.
Alternativ kann man den Ringgraben radial unterschiedlich breit dimensionieren oder die Ventilscheibe exzentrisch zum Ringgraben anordnen, wie z. B. in der DE 21 09 398 A1 offenbart ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mit möglichst einfachen Mitteln ein Dämpfventil zu realisieren, bei dem die mindestens eine Ventilscheibe möglichst beginnend an einem einzigen Punkt von der Ventilsitzfläche abhebt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Boden des Ringgrabens über einen Umfangsbereich einen maximalen Abstand und in einem Umfangsbereich einen minimalen axialen Abstand zu den beiden Ventilsitzflächen aufweist.
Bei einer Anströmung der Ventilscheibe über den Ringgraben stellt sich ein ungleichmäßiges Druckniveau ein. Das Druckniveau im Bereich mit dem größeren Abstand des Bodens zur Ventilsitzfläche ist größer als im Bereich mit geringerem Abstand, also dem flacheren Ringgraben. Ausschlaggebend dafür ist der unterschiedliche Ringgrabenquerschnitt, der eine Drossel darstellt, die dann zu den Druckunterschieden im Ringgraben führt. Durch diese gezielte Druckausnutzung kann das Öffnungsverhalten der Ventilscheibe im Hinblick auf das Geräuschverhalten günstig beeinflusst werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass weiterhin gleichmäßig runde Ventilscheiben verwendet werden können.
Dämpfventilkörper werden häufig sintertechnisch hergestellt. Um den Herstellungsprozess günstig zu beeinflussen, weist der Ringgraben einen geneigten Übergangsbereich zwischen dem Umfangsbereich mit maximalem Abtand und einem angrenzenden Umfangsbereich mit geringerem Abstand auf. Mit dem Übergangsbereich werden abrupte Querschnittsänderungen minimiert.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist zumindest ein Anteil des durch die axialen Abstandsunterschiede im Umfangsbereich mit maximalen Abstand und im Umfangsbereich mit minimalen Abstand innerhalb des Ringgraben aufkommenden Materialvolumens außerhalb einer Funktionsfläche des Dämpfventilkörpers angeordnet ist. Bei einer sintertechnischen Herstellung strebt man eine Symmetrie im Bauteil an. Der unterschiedlich tiefe Ringgraben würde diese Symmetrie stören. Deshalb wird zum Ausgleich eine Materialanhäufung vorgenommen, die außerhalb der Funktionsfläche wie z. B. den Ventilsitzflächen oder Spannflächen liegt.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist das Materialvolumen im Ringgraben angeordnet. Der Ringgraben dient in erster Linie zur Schaffung einer großen druckbeaufschlagten Fläche an der Ventilscheibe. Wenn ein Teil des Ringgrabens mit dem Materialvolumen aufgefüllt wird, dann stellt das nur eine kaum messbare Funktionsbeeinträchtigung des Ringgrabens dar.
Es ist vorgesehen, dass zwischen einer Oberseite des Materialvolumens und der Ventilsitzfläche ein axialer Rücksprung vorliegt. Durch diese Maßnahme soll eine Stützfunktion des Materialvolumens für die Ventilsitzfläche verhindert werden.
Zusätzlich kann das Materialvolumen im Umfangsbereich des Ringgrabens mit dem maximalen Abstand angeordnet sein. Der Sinn dieser Maßnahme besteht darin, dass das für die Ringgrabenvertiefung verdrängte Materialvolumen auf einem möglichst kurzen Weg platziert wird. Dadurch kann der Sinterprozess günstig beeinflusst werden.
In weiterer Ausgestaltung ist das Materialvolumen als ein Kegel ausgeführt. Mit der Kegelform sollen abrupte Querschnittsveränderungen vermieden werden, die z. B. für Turbulenzen in der Strömung im Ringgraben sorgen könnten.
Versuche haben gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn der Ringgraben im Umfangsbereich des maximalen Abstands mindestens zwei benachbarte Zuströmöffnungen aufweist und das Materialvolumen zwischen den beiden Zuströmöffnungen angeordnet ist. Insbesondere in Kombination mit der Kegelform des Materialvolumens werden die Strömungsquerschnitte im Ringgraben günstig beeinflusst.
Optional kann der Dämpfventilkörper auf der dem Ringgraben abgewandten Seite über den Gesamtumfang eine zur Längsachse des Dämpfventilkörpers rechtwinklige Ebene aufweisen. Der Vorteil besteht darin, dass weiterhin konventionelle Ventilscheiben eingesetzt werden können.
In Kombination mit der unterschiedlichen Ringgrabentiefe hat es sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, wenn mindestens eine der Ventilsitzflächen eine Sichelform aufweist, wobei ein Umfangsbereich der Ventilsitzfläche mit größten radialen Breite im Bereich minimalen Abstands des Bodens zur Ventilsitzfläche angeordnet ist. Durch die Kombination der Wirkungen beider Einzeleffekte, d. h. unterschiedliche Druckverteilung im Ringgraben und unterschiedliche Klebewirkung der Ventilsitzfläche auf die Ventilscheibe kann ein noch stärkerer Einfluss auf das Abhubverhalten der Ventilscheibe genommen werden, wobei die Ventilscheibe selbst in Umfangsrichtung ohne eine besondere Orientierung montiert werden kann.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer
2 Perspektivische Ansicht des Dämpfventilkörpers
3 Draufsicht des Dämpfventilkörpers
4 Schnittdarstellung des Dämpfventilkörpers
5A, 5B Ventildarstellung der Ventilsitzfläche.

Die 1 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 in der Bauform eines Zweirohrdämpfers, der zwischen einem mit Dämpfungsmedium gefüllten Arbeitsraum 3 und einem Ausgleichsraum 5 ein Dämpfventil 7 in der Bauform eines Bodenventils aufweist. Grundsätzlich kann das Dämpfventil 7 auch an einer Kolbenstange oder als Vorventil zu einem verstellbaren Dämpfventil angewendet werden. Die Anwendungsmöglichkeiten sind weder auf die zeichnerische Darstellung noch auf die vorstehend genannten Fälle beschränkt.
Das Dämpfventil 7 umfasst mehrere einen Dämpfventilkörper 9 durchdringende separate Durchtrittskanäle 11; 13 für unterschiedliche Durchströmungsrichtungen. Die Durchtrittskanäle 11; 13 für jeweils eine Durchströmungsrichtung sind auf einem gemeinsamen Teilkreis ausgeführt. Die Durchtrittskanäle 11 verbinden den Ausgleichsraum 5 mit dem Arbeitsraum 3, wobei eine Zuströmöffnung 15 (2) das ein Dämpfmedium von mindestens einer Ventilscheibe 17 abgedeckt wird.
In Gegenrichtung strömt das Dämpfmedium über die Durchtrittskanäle 13 in den Ausgleichsraum 5, wobei auch hier die Zuströmöffnung 15 von mindestens einer Ventilscheibe 21 (1) abgedeckt wird. Der gesamte Verband bestehend aus Ventilscheiben 17 für die Strömungsrichtung in den Arbeitsraum, den Dämpfventilkörper 9 und die Ventilscheiben 21 für die Strömungsrichtung in den Ausgleichsraum werden von einem Befestigungsmittel 23, vielfach einem Niet, zusammengehalten und bilden eine handhabbare Baueinheit.
In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Dämpfventilkörpers 9 des Dämpfventils 7 perspektivisch und in der 3 in der klassischen Draufsicht dargestellt. Die Durchtrittskanäle 11 weisen bevorzugt eine bogenförmige Austrittsöffnung auf, die für einen Ringgraben 25 die Zuströmöffnung 15 in einem Boden 27 darstellen. Der Ringgraben 25 ist durch einen, ringförmigen, bezogen auf eine Mittelachse des Dämpfventils 7 radial inneren Steg 29 und einen, ringförmigen, bezogen auf die Mittelachse des Dämpfventils 7 radial äußeren Steg 31 begrenzt (4). Die beiden Stege 29; 31 bilden jeweils eine Ventilsitzfläche 33; 35 für eine in der 1 dargestellte Ventilscheibe 17.
Der äußere Steg 31 weist zwei Funktionsbereiche auf. In einem ersten Umfangsbereich 37, umfasst die Ventilsitzfläche 35 des Stegs 31 eine radial breite ebene Flächenauflage für die Ventilscheibe 17, welche sich über zumindest 60 % des Stegs 31 erstreckt. Hier weist der äußere Steg 31 einen trapezförmigen Querschnitt auf. In der hier abgebildeten Ausführungsvariante erstreckt sich der erste Bereich über etwa 75 % des Stegs. Der zweite Umfangsbereich 39 des äußeren Stegs 31 weist eine im Querschnitt gerundet Ventilsitzfläche auf, wodurch dieser keine Flächenauflage für die Ventilscheibe bietet, sondern eine Linienauflage. Die Grenze für die Linienauflage wird von dem Herstellungsverfahren für den Dämpfventilkörper und einem nicht zu vermeidenden Verschleiß bestimmt. Dadurch entsteht für den ersten Umfangsbereich das Tragbild einer Sichelform.
Selbstverständlich kann der zweite Umfangsbereich 39 auch eine andere Querschnittsform, wie z.B. im Querschnitt spitzwinklig oder ähnlich ausgeführt werden, jedoch hat sich eine einen Radius aufweisende Auflage als besonders robust über die Lebensdauer des Dämpfventils und einfach in der Herstellung erwiesen. Darüber hinaus kann durch die Größe des Radius R dabei die Auflage der Ventilscheibe definiert und die Reduzierung des Klebeeffekts bestimmt werden.
Des Weiteren ist aus der 4 Zusammenschau der 2 und 4 erkennbar, dass der Boden 27 des Ringgrabens 25 über einen Umfangsbereich 41 einen maximalen Abstand (linke Schnitthälfte v. 4) und einem Umfangsbereich einen minimalen axialen Abstand (rechte Schnitthälfte) zu den beiden Ventilsitzflächen 33; 35 aufweist.
Der Bereich der Ventilsitzflächen 35 mit der Sichelform, ist derart in Umfangsrichtung zum Ringgraben 25 ausgerichtet, der der Bereich der Ventilsitzfläche mit der größten radialen Breite im Bereich minimalen Abstands des Bodens 27 zur Ventilsitzfläche 35 angeordnet ist.
Zwischen dem Umfangsbereich 43 mit maximalem Abstand und dem angrenzenden Umfangsbereich 41 mit geringem Abstand weist der Ringgraben 25 einen Übergangsbereich 45 auf. In dem Ausführungsbeispiel weist der Dämpfventilkörper 9 nur zwei Tiefenbereiche des Ringgrabens auf, so dass der Umfangsbereich mit geringerem Abstand dem Umfangsbereich mit minimalem Abstand darstellt.
Der in der 2 dargestellte Dämpfventilkörper 9 wird bevorzugt in einem Urform-Verfahren hergestellt, z. B. Sintern, Spritzguss-Verfahren, Druckgussverfahren. Bei allen genannten Verfahren wird eine gleichmäßige Materialverteilung am Werkstück angestrebt. Insbesondere für das Sinterverfahren ist vorgesehen, dass zumindest ein Anteil des durch die Abstandsunterschiede im Ringgraben 25 aufkommenden Materialvolumens 47 außerhalb zu einer der Funktionsflächen 33; 35 des Dämpfventilkörpers 9 angeordnet ist. Dadurch können bereits vorliegende Ventilscheiben für einen konventionellen Dämpfventilkörper auch bei dieser Bauform angewendet werden.
Wie die 2 und 3 weiter zeigen, ist das durch die Materialverlagerung für die unterschiedliche Ringgrabentiefe angefallene Materialvolumen 47 im Ringgraben 25 angeordnet, so dass nur ein geringer Verlagerungsweg für das Materialvolumen 47 anfällt, insbesondere wenn das Materialvolumen 47 im Umfangsbereich 43 des Ringgrabens 25 mit dem maximalen Abstand angeordnet ist.
Dabei wird darauf geachtet, dass zwischen einer Oberseite 49 des Materialvolumens 47 und der Ventilsitzflächen 33; 35 ein axialer Rücksprung 53 vorliegt. Die Größe der vom Dämpfmedium druckbeaufschlagbaren Fläche soll durch das Materialvolumen 47 nicht reduziert werden. Dieses Detail ist in der 5 A vergrößert dargestellt.
Der Ringgraben 25 weist im Umfangsbereich 43 des maximalen Abstands mindestens zwei benachbarte Zuströmöffnungen 15 auf, wobei das Materialvolumen 47 zwischen den beiden Zuströmöffnungen 15 angeordnet ist. Dabei ist das Materialvolumen als ein Kegel ausgeführt, so dass jeweils eine Trichterhälfte pro Zuströmöffnung 15 vorliegt (2).
Wie aus der 4 ersichtlich ist, weist der Dämpfventilkörper 9 auf der dem Ringgraben 25 abgewandten Seite über den Gesamtumfang eine zur Längsachse 50 des Dämpfventilkörpers rechtwinklige Ebene 52 auf. Insbesondere ein Ringgraben 51 mit Austrittsöffnungen für die Ventilscheiben 21 an der Unterseite des Dämpfventilkörpers wird durch das angehäufte Materialvolumen 47 im Ringgraben 25 auf der Oberseite nicht beeinflusst.
Bei einer Anströmung des Dämpfventils 7 und damit einer Dämpfmittelzuführung in den Ringgraben 25 liegt permanent ein gefüllter Ringgraben vor, da der Arbeitsraum 3 grundsätzlich mit Dämpfmedium gefüllt ist. Deshalb liegt ein dynamischer Zuströmungszustand vor, aufgrund dessen sich die unterschiedlichen Querschnitte im Ringgraben 25 auswirken. Im Umfangsbereich 43 des Ringgrabens mit größerem Abstand zwischen dem Boden 27 und der Ventilsitzfläche 35 ist auch der Querschnitt größer und damit der Durchflusswiderstand geringer. Folglich wird das Dämpfmedium dort leichter den Ringgraben 25 passieren können. Unterstützt wird die Abhubbewegung durch die Linienberührung der Ventilscheibe 19 auf der Ventilsitzfläche 35, bzw. eines gewollten Klebeeffekts aufgrund der radial relativ breiten Ventilsitzfläche zwischen der Ventilscheibe 17 und der Ventilsitzfläche 35 im Umfangsbereich 41 des minimalen Abstands zwischen dem Boden 27 und der Ventilsitzfläche 35.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
3: Arbeitsraum
5: Ausgleichsraum
7: Dämpfventil
9: Dämpfventilkörper
11: Durchtrittskanäle
13: Durchtrittskanäle
15: Zuströmöffnung
17: Ventilscheibe
19: Zuströmöffnung
21: Ventilscheibe
23: Befestigungsmittel
25: Ringgraben
27: Boden
29: innerer Steg
31: äußerer Steg
33: Ventilsitzfläche
35: Ventilsitzfläche
37: erster Umfangsbereich
39: zweiter Umfangsbereich
41: Umfangsbereich (minimaler Abstand)
43: Umfangsbereich (maximaler Abstand)
45: Übergangsbereich
47: Materialvolumen
49: Oberseite
50: Längsachse
51: Ringgraben
52: Ebene
53: Rücksprung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014223085 A1 [0002]
DE 2109398 A1 [0003]

Claims

Dämpfventil (7), umfassend einen Dämpfventilkörper (9) mit einem Ringgraben (25), der einen Boden (27) aufweist und der von einer inneren und einer äußeren Ventilsitzfläche (33; 35) für mindestens eine Ventilscheibe (17) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (27) des Ringgrabens (25) über einen Umfangsbereich (43) einen maximalen Abstand und in einem Umfangsbereich (41) einen minimalen axialen Abstand zu den beiden Ventilsitzflächen (33; 35) aufweist.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringgraben (25) einen geneigten Übergangsbereich (45) zwischen dem Umfangsbereich (43) mit maximalem Abstand und einem angrenzenden Umfangsbereich (41) mit geringerem Abstand aufweist.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil des durch die axialen Abstandsunterschiede im Umfangsbereich (43) mit maximalen Abstand und im Umfangsbereich (43) mit minimalen Abstand innerhalb des Ringgraben (25) aufkommenden Materialvolumens (47) außerhalb einer Funktionsfläche (33; 35) des Dämpfventilkörpers (9) angeordnet ist.
Dämpfventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialvolumen (47) im Ringgraben (25) angeordnet ist.
Dämpfventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Oberseite (49) des Materialvolumens (47) und der Ventilsitzfläche (33; 35) ein axialer Rücksprung (53) vorliegt.
Dämpfventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialvolumen (47) im Umfangsbereich (43) des Ringgrabens mit dem maximalen Abstand angeordnet ist.
Dämpfventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialvolumen (47) als ein Kegel ausgeführt ist.
Dämpfventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringgraben (25) im Umfangsbereich (43) des maximalen Abstands mindestens zwei benachbarte Zuströmöffnungen (15) aufweist und das Materialvolumen (47) zwischen den beiden Zuströmöffnungen (15) angeordnet ist.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfventilkörper (9) auf der dem Ringgraben (25) abgewandten Seite über den Gesamtumfang eine zur Längsachse des Dämpfventilkörpers (9) rechtwinklige Ebene aufweist.
Dämpfventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Ventilsitzflächen (33; 35) eine Sichelform aufweist, wobei ein Umfangsbereich (37) der Ventilsitzfläche (35) mit größten radialen Breite im Umfangsbereich (41) minimalen Abstands des Bodens (27) zur Ventilsitzfläche (33; 35) angeordnet ist.