DE102019215556A1

DE102019215556A1 - Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102019215556A1
Application number: DE102019215556.1A
Authority: DE
Inventors: Jörg Rösseler; Aleksandar Knezevic
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2021-04-15
Also published as: CN112648322B; US11300174B2; CN112648322A; US20210108697A1; KR20210043451A

Abstract

Dämpfventileinrichtung umfassend einen Träger mit einer umlaufenden Ringnut, in der ein radial aufweitbares Ringelement zusammen mit einer Strömungsfläche eine Drossel bildet, wobei die Drossel in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit es Dämpfmediums ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung übergeht und die maximale Aufweitstellung des Ringelements von einem Anschlag bestimmt wird begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ringelement bei einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit mittels eines Totzeitglieds verzögert in Richtung der Durchlassstellung bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2016 210 790 A1 ist ein Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer bekannt, bei dem ein radial aufweitbares Ringelement eine Drosselstelle bildet, die mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit von einer Durchstellung in eine Schließstellung übergeht. Auch in der Schließstellung steht noch ein Restquerschnitt als Drosselquerschnitt zur Verfügung. Je nach konstruktiver Ausgestaltung des Dämpfventils kann ein Begrenzungsring die maximale Aufweitstellung bestimmen. Alternativ kann der Begrenzungsring auf seiner Mantelfläche eine Profilierung aufweisen, so dass das Ringelement dann an einer Strömungsleitfläche anliegen kann und die Profilierung den Restquerschnitt definiert.
Aus der DE 1 027 478 A1 ist ein radial aufweitbares Ringelement in einer Ringnut eines Kolbens bekannt, der einen Stützring aufweist, an den sich das Ringelement bei maximaler Aufweitung anlegt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Dämpfkraftverhalten des Dämpfventils weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich das Ringelement bei einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit mittels eines Totzeitglieds verzögert in Richtung der Durchlassstellung bewegt.
Versuche haben gezeigt, dass es für die optimale Funktion des Dämpfventils nicht nur wichtig ist einen definierten Drosselquerschnitt einzunehmen, sondern auch das Dämpfventilbetriebsverhalten nach dem Abklingen einer Anregung. Mit dem Totzeitglied wird die Dämpfkraftcharakteristik des Dämpfventils noch kurzzeitig auf einem hohen Dämpfkraftniveau gehalten. Damit wird ein Nachschwingen minimiert.
Dabei ist vorgesehen, dass zwischen dem Ringelement und einem trägerseitigen Element eine Formschlussverbindung als Totzeitglied schließbar ist. Die Lösezeit der Formschlussverbindung stellt die Verharrungszeit des Dämpfventils in der härteren Dämpfkrafteinstellung dar.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist eine rückwärtige druckbeaufschlagte Fläche des Ringelements eine Profilierung auf, die zusätzlich zu einer Radialkraftkomponente eine Axialkraftkomponente auf das Ringelement bewirkt. Das Ringelement unterliegt nicht nur einer Unterdruckkraft, die für die radiale Aufweitbewegung sorgt, sondern einem Druck über einen Bypasskanal in die Ringnut. Über die Abstimmung dieser beiden Einflussgrößen, also Drosselquerschnitt im Ausgangszustand und Dimensionierung des Bypasses kann das Betriebsverhalten des Ringelement 35 s den Erfordernissen angepasst werden.
Für eine bedarfsgerechte Funktion des Ringelement 35 s führt das Ringelement zum Schließen der Formschlussverbindung eine Axialbewegung aus. Damit führt das Ringelement zwei Betriebsbewegungen aus, die getrennt beeinflussbar sind.
Optional kann der trägerseitige Teil der Formschlussverbindung von einem eigenständigen Bauteil gebildet werden. Diese Bauform ist besonders dann interessant, wenn der Träger z. B. mittels Sintern hergestellt werden soll und deshalb Hinterschnitte in der Ringnut nur schwer realisierbar sind.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Formschlussverbindung mehrstufig ausgeführt sein, so dass die Totzeit über die Verbindungstiefe der Formschlussverbindung mit zunehmender Drosselfunktion ansteigt.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch spannt mindestens eine Rückstellfeder das Ringelement aus der Formschlussverbindung vor. Damit wird die Rückstellbewegung des Ringelement 35 s aus der Formschlussverbindung definiert, um z. B. Klebekräfte zwischen dem Träger und dem Ringelement zu überwinden.
Man kann auch vorsehen, dass mindestens eine radiale Mantelfläche des Trägers mit mindestens einem axialen Vorsprung des Ringelement 35 s die Formschlussverbindung bildet. Der Vorteil besteht darin, dass die Ringnut im Träger eine sehr einfache Kontur für die Formschlussverbindung aufweisen kann, die sich besonders einfach sintertechnisch herstellen lässt.
Neben der radialen Aufweitbarkeit ist das Ringelement axial elastisch ausgeführt ist, um einen weiteren Parameter für die Bemessung der Totzeit über die Formschlussverbindung nutzen zu können.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 Schnittdarstellung durch einen Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung
2 - 5 Verschiedene Ausführungsformen des Ringelements nach 1

Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst ein erstes Dämpfventil 5 mit einem als Kolben 7 ausgeführten Dämpfventilkörper, der an einer Kolbenstange 9 befestigt ist.
Der Dämpfventilkörper 7 unterteilt einen Zylinder 11 des Schwingungsdämpfers in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittskanäle für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkreisen ausgeführt. Die Ausgestaltung der Durchtrittskanäle ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 17; 19 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 zumindest teilweise abgedeckt.
Zusätzlich verfügt der Schwingungsdämpfer über einen Zuganschlag 25, der ab einer definierten Ausfahrbewegung der Kolbenstange 9 an einer zylinderseitigen Anschlagfläche, z.B. einer Kolbenstangenführung 27, zur Anlage kommt.
Der Zuganschlag 25 umfasst eine Zuganschlagträgerscheibe 29, die direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite der Zuganschlagträgerscheibe 29 ist beispielhaft ein ringförmiges Elastomerelement 31 aufgelegt, das über eine geringe radiale Vorspannung auch bei einer Schwingbewegung der Kolbenstange 9 gehalten wird. Das Elastomerelement 31 wirkt ab dem Anschlagpunkt an der Anschlagfläche als zusätzliche Stützfeder.
Die Zuganschlagträgerscheibe 29 weist eine umlaufende Nut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ringelement 35 geführt ist. Dieses Ringelement 35 ist radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ringelement 35 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einer vom Zuganschlag unabhängigen Trägerscheibe ausgeführt sein.
Außenseitig trägt das Ringelement einen Begrenzungsring 41, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings.
Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 1m/s, ist die Drosselstelle 37 vollständig geöffnet. Die Dämpfkraft wird dann nur von den Durchtrittskanälen 17; 19 in Verbindung mit den Ventilscheiben 21; 23 erzeugt. Bei einer Anströmung der Ventilscheiben 21; 23 heben die Ventilscheiben 21; 23 von ihrer Ventilsitzfläche 47; 49 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 51; 53 begrenzt.
In einem zweiten Betriebsbereich mit einer Kolbenstangengeschwindigkeit, die größer ist als die Grenzgeschwindigkeit des ersten Betriebsbereichs, also größer als die beispielhaft angegebenen 1m/s, geht das Ringelement 35 in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 39 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 37 bildet sich ein Unterdruck, der zu einer radialen Aufweitung des Ringelement 35 s 35 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von dem Begrenzungsring 41 eingehalten.
Die 2 zeigt das radial aufweitbare Ringelement 35 in dem Träger 29 in stark vergrößerter und unmaßstäblicher Form. Das Ringelement 35 kann radial elastisch, beispielsweise bedingt durch ein Elastomerwerkstoff oder auch mehrgliedrig mit mindestens einer Gelenkverbindung ausgeführt sein. Die Rückstellbewegung des Ringelements 35, insbesondere bei einem Ringelement mit Gelenkverbindungen übernimmt der Begrenzungsring 41.
In dieser einfachen Bauform weist das Ringelement 35 einen Rechteckquerschnitt auf, und die Nut 33 ist im Querschnitt etwas größer dimensioniert, damit die Aufweitbewegung des Ringelements 35 nicht behindert wird. In dem Träger 29 ist eine erste Anschlussöffnung 55 an einen Arbeitsraum 13, übertragen aus der 1 der kolbenstangenseitige Arbeitsraum in einer ersten Nutseitwand 57 der Nut 33 ausgeführt. Eine zweite Nutseitenwand 59 verfügt über eine zweite Anschlussöffnung 61, die ebenfalls in diesem Arbeitsraum 13 mündet.
An der zweiten Nutseitenwand 59 ist in Richtung der ersten Nutseitenwand 57 ein Anschlag 63 ausgeführt. Dieser Anschlag 63 kann von einem einzigen Bolzen, mehreren Segmenten oder auch einem Ringsteg gebildet werden. Das Ringelement 35 verfügt auf einer Deckseite 65, die in Richtung der zweiten Nutseitenwand 59 weist, über eine Aussparung 67 oder bevorzugt eine Ringnut, deren Querschnitt mit dem Querschnitt des Anschlags 63 kompatibel ist.
Symbolisch ist zwischen der zweiten Nutseitenwand 59 und der Deckseite 65 eine Rückstellfeder 69 angeordnet. Die Rückstellfeder 69 kann von einem separaten Bauteil oder auch Bestanteil des Ringelements sein, sorgt jedoch in jedem Fall für eine Druckkraft mit einer Hauptkraftkomponente in Richtung der ersten Nutseitenwand 57.
Bei einer Kolbenstangeneinfahrbewegung bildet sich oberhalb einer definierten Strömungsgeschwindigkeit in der Drosselstelle 37 ein Unterdruck, der eine radiale Aufweitbewegung des Ringelements 35 verursacht. Parallel dazu dringt das Dämpfmedium über die erste Anschlussöffnung 55 in einen Ringspalt 71 zwischen einer Nutgrundfläche 73 und einer Innenmantelfläche 75 des Ringelements 35 ein. Des Weiteren liegt ein zweiter Ringspalt 77 zwischen der ersten Nutseitenwand 57 und einer gegenüberliegenden zweiten Deckseite 79 des Ringelements 35 vor. Dadurch entstehen eine radiale und eine axiale Kraftkomponente auf das Ringelement 35. Die radiale Kraftkomponente unterstützt die Aufweitbewegung des Ringelements 35 in Richtung der Strömungsleitfläche bzw. der Innenwandung 39 des Zylinders 11. Die axiale Kraftkomponente bewegt das Ringelement 35 gegen die Kraft der Rückstellfeder 69 in Richtung der zweiten Nutseitenwand 59. In der Ausgangsposition, also bei maximaler Durchlassstellung des Ringelements 35 befindet sich die Aussparung radial innen bezogen auf den Anschlag 63. Bei der Aufweitbewegung verlagert sich das Ringelement 35, so dass die Aussparung 67 und der Anschlag 63 in axiale Überdeckung kommen und eine Formschlussverbindung 81 bilden. Diese Formschlussverbindung 81 verhindert die weitere radiale Aufweitbewegung des Ringelements 35.
Wenn die Anströmung in die Nut 33 nachlässt, dann sorgt der Begrenzungsring 41 für eine Rückstellkraft auf das Ringelement 35. Die Rückstellbewegung wird jedoch von der Formschlussverbindung 81 vorerst verhindert. Erst wenn die axiale Überdeckung innerhalb der Formschlussverbindung 81 aufgehoben ist, setzt die Rückstellbewegung des Ringelements 35 ein. Die Rückstellbewegung wird von der Rückstellfeder 69 unterstützt. Des Weiteren wird die Rückstellbewegung durch eine axiale Anströmung des Ringelements 35 über die zweite Anschlussöffnung 61 verstärkt, indem das in die Nut 33 einströmende Dämpfmedium eine Axialkraftkomponente auf das Ringelement 35 in Richtung der ersten Nutseitenwand ausübt. Damit bildet die Formschlussverbindung 81 ein Totzeitglied, das das Ringelement 35 länger in der maximalen Drosselstellung hält, als es die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drossel 37 bewirken könnte. Dieser Effekt tritt besonders ausgeprägt bei einer Bewegungsrichtungsumkehr der Kolbenstange auf. Folglich bewegt sich das Ringelement 35 mittels eines Totzeitglieds verzögert in Richtung der Durchlassstellung. Über die axiale Überdeckung innerhalb der Formschlussverbindung 81 kann die Totzeit dimensioniert werden.
Die Ausführung der Drossel 37 nach 3 basiert auf der Ausgestaltung nach 2. Zusätzlich weist die rückwärtige druckbeaufschlagte Innenmantelfläche 75 des Ringelements 35 eine Profilierung auf, die zusätzlich zu einer Radialkraftkomponente eine Axialkraftkomponente auf das Ringelement 35 bewirkt. Über den von der zweiten Deckseite 79 und der Innenmantelfläche 75 eingeschlossenen Winkel α kann der Anteil der Axialkraftkomponente zur Radialkraftkomponente bestimmt werden.
Ein weiterer Unterschied zur 2 besteht darin, dass der trägerseitige Teil der Formschlussverbindung 63 von einem eigenständigen Bauteil 83 gebildet wird. Das Bauteil 83 kann separat zum Träger 29 hergestellt und über die offene Nut 33 eingesetzt, z. B. eingepresst werden. Das separate Bauteil 83 kann sehr leicht hergestellt und für verschiedenen Anwendungen standardisiert werden, um die Totzeitfunktion einem bestimmten Dämpfkrafterfordernis anzupassen.
Mit der Ausführung nach 4 soll gezeigt werden, dass die Drossel 37 auch ein variables Totzeitglied aufweisen kann. Dazu ist die Formschlussverbindung 81 mehrstufig ausgeführt ist, so dass die Totzeit über die Verbindungstiefe der Formschlussverbindung mit zunehmender Drosselfunktion ansteigt. Die Deckseite 65 weist eine entsprechende Profilierung der Aussparung 67 auf, deren Profiltiefe von radial innen nach radial außen abnimmt. Folglich ist die Totzeit aufgrund der geringeren axialen Überdeckung zwischen dem Profil 67 und dem Anschlag 63 dann kleiner, wenn sich aufgrund der herrschenden Strömungsgeschwindigkeit ein kleinerer Spalt einstellt.
Die Variante des Dämpfventils nach der 5 unterscheidet sich von den vorangegangenen Versionen dadurch, dass mindestens eine radiale Mantelfläche 85 des Trägers 29 mit mindestens einem axialen Vorsprung 87 des Ringelements 35 die Formschlussverbindung 81 bildet. Dadurch kann eine einfache Nutgeometrie eingehalten werden. In der Ausgangsstellung, d. h. der maximalen Durchlassstellung mit maximaler Breite des Spalts befindet sich der axiale Vorsprung 87 des Ringelements innerhalb der Nut 33 und liegt dabei an der Nutseitenwand 57; 59 an. Wenn die Strömungsbedingungen für die Drosselwirkung erfüllt sind, dann bewegt sich das Ringelement 35 nach radial außen in Richtung der Strömungsleitfläche 39. Dabei kann das Ringelement 35 und der damit verbundene radiale Vorsprung 87 außerhalb Nut 33 eine Axialbewegung ausführen, die von einer Eigenvorspannung initiiert wird. Unterstützt wird die Eigenvorspannung dadurch, dass das Ringelement 35 axial elastisch ausgeführt ist. Man könnte auch einfach den Vorsprung 87 elastisch ausführen oder axial beweglich lagern.
Allen Varianten bieten über die zweite Anschlussöffnung 61 die Möglichkeit, dass bei einer Anströmung des Dämpfmediums über diese Anschlussöffnung 61 eine axiale Druckkraft auf das Ringelement 35 ausgeübt wird, wobei diese Druckkraft die Kraft der Rückstellfeder 69 unterstützt. Je größer der Querschnitt der zweiten Anschlussöffnung 61 gewählt wird, umso geringer ist der Druckabfall und entsprechend größer ist dann das Druckniveau in der Nut 33 zur axialen Verlagerung des Ringelements 35 innerhalb der Nut 33. Auch über die Größe des Querschnitts kann auf das Totzeitverhalten der Drossel 37 Einfluss genommen werden.
Bezugszeichenliste

1: Dämpfventil
3: Schwingungsdämpfer
5: erstes Dämpfventil
7: Dämpfventilkörper
9: Kolbenstange
11: Zylinder
13: kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
15: kolbenstangenferner Arbeitsraum
17: Durchtrittskanäle
19: Durchtrittskanäle
21: Ventilscheibe
23: Ventilscheibe
25: Zuganschlag
27: Kolbenstangenführung
29: Zuganschlagträgerscheibe
31: Elastomerelement
33: Nut
35: Ringelement
37: Drosselstelle
39: Innenwandung
41: Begrenzungsring
45: Mantelfläche
47: Ventilsitzfläche
49: Ventilsitzfläche
51: Stützscheibe
53: Stützscheibe
55: erste Anschlussöffnung
57: erste Nutseitenwand
59: zweite Nutseitenwand
61: zweite Anschlussöffnung
63: Anschlag
65: Deckseite
67: Aussparung
69: Rückstellfeder
71: Ringspalt
73: Nutgrundfläche
75: Innenmantelfläche
77: zweiter Ringspalt
79: zweite Deckseite
81: Formschlussverbindung
83: Bauteil mit Anschlag
85: Mantelfläche des Trägers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016210790 A1 [0002]
DE 1027478 A1 [0003]

Claims

Dämpfventileinrichtung (1), umfassend einen Träger (29) mit einer umlaufenden Nut (33), in der ein radial aufweitbares Ringelement (35) zusammen mit einer Strömungsfläche (39) eine Drossel (37) bildet, wobei die Drossel (37) in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung übergeht und die maximale Aufweitstellung des Ringelements (35) von einem Anschlag (63) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ringelement (35) bei einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit mittels eines Totzeitglieds (81) verzögert in Richtung der Durchlassstellung bewegt.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ringelement (35) und einem trägerseitigen Element (29) eine Formschlussverbindung (81) als Totzeitglied schließbar ist.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine rückwärtige druckbeaufschlagte Fläche (75) des Ringelements (35) eine Profilierung aufweist, die zusätzlich zu einer Radialkraftkomponente eine Axialkraftkomponente auf das Ringelement (35) bewirkt.
Dämpfventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (35) zum Schließen der Formschlussverbindung (81) eine Axialvbewegung ausführt.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der trägerseitige Teil der Formschlussverbindung (81) von einem eigenständigen Bauteil (83) gebildet wird.
Dämpfventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussverbindung (81) mehrstufig ausgeführt ist, so dass die Totzeit über die Verbindungstiefe der Formschlussverbindung (81) mit zunehmender Drosselfunktion ansteigt.
Dämpfventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Rückstellfeder (69) das Ringelement (35) aus der Formschlussverbindung (81) vorspannt.
Dämpfventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine radiale Mantelfläche (85) des Trägers (29) mit mindestens einem axialen Vorsprung (87) des Ringelements (35) die Formschlussverbindung (81) bildet.
Dämpfventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (35) axial elastisch ausgeführt ist.