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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfventil für einen Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer, gemäß dem Patentanspruch 1.
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Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer kommen bei Kraftfahrzeugen zumeist in Form hydraulisch-mechanischer Vorrichtungen zur Anwendung, welche insbesondere zwischen einem Fahrzeugaufbau und der Radaufhängung des jeweiligen Kraftfahrzeuges angeordnet sind. An dieser Stelle dient ein Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer dann der Verhinderung eines Aufschaukelns und/oder Nachschwingens des Fahrzeugaufbaus, bei Anregung durch die Fahrbahn oder bei bestimmten Fahrzuständen. Darüber hinaus dient ein Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer dazu, ein rasches Abklingen einer von der Fahrbahn angeregten Schwingung eines Fahrzeugrades zu realisieren, wodurch eine bessere Bodenhaftung des Fahrzeugrades ermöglicht wird.
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Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer werden üblicherweise als Teleskopschwingungsdämpfer in Form von Ein- oder Zweirohrdämpfern ausgeführt, wobei eine Dämpfwirkung durch das Verdrängen eines Dämpfmediums, zumeist in Form einer Hydraulikflüssigkeit, erzielt wird. Diese Verdrängung findet dabei über ein Dämpfventil statt, welches mit zumindest einem Dämpfventilkörperdurchbruch für das Dämpfmedium ausgestattet ist.
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Aufgrund unterschiedlicher Straßenlage, Schwerpunktposition, Fahrverhaltens etc. wird die Dämpfwirkung für unterschiedliche Fahrzeugtypen und/oder Modelle unterschiedlich festgelegt. Die sogenannten Dämpfkraftkennlinien bilden dabei graphisch den jeweils eingestellten Verlauf der Dämpfwirkung des jeweiligen Kraftfahrzeugschwingungsdämpfers ab.
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Zur Definition von Dämpfkraftkennlinien und somit auch des Verlaufs der Dämpfwirkung des Kraftfahrzeugschwingungsdämpfers werden dem Strömen des Dämpfmediums Widerstände entgegengesetzt, welche in der Regel in Form von Ventilscheiben vorliegen, die gegen den Dämpfventilkörper vorgespannt sind und den Dämpfventilkörperdurchbruch an dessen Mündung bis zum Erreichen eines definierten Drucks abdecken.
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Im Rahmen einer Montage des jeweiligen Dämpfventils werden die Ventilscheiben über ein Verspannbauteil, zumeist in Form einer Befestigungsmutter, gegen eine Anlageschulter eines Dämpfventilkörpers vorgespannt.
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Dieser umfasst jeweils einen Dämpfventilkörper mit mindestens einem Dämpfventilkörperdurchbruch für ein Dämpfmedium. Der einem Dämpfventilkörperdurchbruch ist an mindestens einer Seite von mindestens einer Ventilscheibe abgedeckt. Der Dämpfventilkörper, sowie die Ventilscheibe sind von einem Träger mittig durchdrungen, bzw. auf den Träger aufgefädelt. Der Dämpfventilkörper weist jeweils eine Ventilscheibenanlagefläche auf, welche sich radial von dem Träger bis hin zum radial inneren Rand des Dämpfventilkörperdurchbruchs erstreckt. Alle Dämpfventilkomponenten sind mit Hilfe einer Befestigungsmutter axial gegeneinander, sowie am Ende der Verspannkette gegen die Anlageschulter des Trägers verspannt.
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Die Untersuchungen haben ergeben, dass bei einer initialen Dämpfkraftmessungsreihe, zumindest zwischen der ersten und der zweiten Messung gelegentlich ein Dämpfkraftabfall registriert wird. Dieser wird bei der ersten Belastung durch eine bleibende Verformung der Ventilscheibe verursacht, welche bei Belastung verformt wird und aufgrund eines ungünstigen Einspannungsverhältnisses nicht in deren ursprüngliche Einspannlage zurückkehren kann. Das ungünstige Einspannungsverhältnis resultiert dadurch, dass die genau definierte Verspannkraft der Verspannkette, welche durch die Befestigungsmutter eingeleitet wird, sich auf der Ventilscheibenanlagefläche verteilt, welche sich radial von dem Träger bis hin zum radial inneren Rand des Dämpfventilkörperdurchbruchs erstreckt. Die daraus resultierende, auf die Ventilscheibe wirkende Flächenpressung ist nicht groß genug, um die sich verformende Ventilscheibe in der Ursprungsposition zu halten, ist aber andererseits so groß, dass diese die Ventilscheibe daran hindert nach deren Belastung an die ursprüngliche Position zurückzukehren.
Daher wird an dieser Stelle stets ein Kompromiss zwischen der gewählten Verspannkraft und der auf die Ventilscheibe wirkenden Flächenpressung gesucht.
Wird die Verspannkraft der Befestigungsmutter zu hoch gewählt, um die Flächenpressung zu erhöhen und die Ventilscheibe besser festzuhalten, kann eine plastische Verformung der Bestandteile des Dämpferventils, insbesondere bei hoher Belastung nicht ausgeschlossen werden. Bei einer niedriger Verspannkraft könnte die Ventilscheibe zwar leichter in deren Ursprungsposition zurückkehren, jedoch kann das ständige Rutschen und damit auch ein Schaben der Ventilscheibe an der Ventilscheibenanlagefläche auf Dauer zu einer Beschädigung des Ventilkörpers führen.
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Ausgehend von der vorstehend erläuterten Problematik, liegt die zugrunde liegende Aufgabe darin, ein Dämpfventil für einen Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer anzugeben, welches den Dämpfkraftabfall nach der ersten Belastung der Ventilscheibe verhindert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Dämpfventilkörper mindestens eine, zwischen dem Träger und dem radial inneren Rand des Dämpfventilkörperdurchbruchs angeordnete, umlaufende Ringnut umfasst, welche die Ventilscheibenanlagefläche in mindestens zwei zwischen dem Träger und dem radial inneren Rand des Dämpfventilkörperdurchbruchs angeordnete, sich in Umfangsrichtung um den Träger erstreckende Ringabschnitte unterteilt.
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Die umlaufende Ringnut verhindert auf mehreren Wegen das Herausrutschen der Ventilscheibe bei Belastung.
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Zunächst wird die zwischen dem Träger und dem radial inneren Rand des Dämpfventilkörperdurchbruchs angeordnete Anlagefläche reduziert. Dadurch wird die Flächenpressung im Vergleich zu einem Dämpfventilkörper ohne derartige Nut, bei einer gleichbleibenden Verspannkraft deutlich erhöht wodurch die Ventilscheibe an deren Ursprungsposition festgehalten wird.
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Darüber hinaus wird das Kleben der Ventilscheibe an der Anlagefläche deutlich reduziert, was ein schlagartiges Öffnen der Ventilscheibe bei Belastung verhindert. Der Klebeeffekt entsteht, indem zwei glatte Flächen, in diesem Fall die Ventilscheibe und die Ventilscheibenanlagefläche des Dämpfventilkörpers, aufeinandergedrückt werden und das sich dazwischen befindende Dämpfmedium verdrängt wird. Das bewirkt, dass zwischen diesen Flächen ein Vakuum entsteht und somit die Bauteile aneinanderhaften, bzw. kleben. Dieses zusätzliche Kleben bewirkt, dass Federscheiben erst bei höherer Kraft bzw. höherem Druck des Dämpfmediums abkippen und den Dämpfventilkörperdurchbruch öffnen. Sobald das Kleben überwunden ist, reißt das Ventil schlagartig auf, was ein Herausrutschen der Ventilscheibe aus deren Ursprungsposition begünstigt, sowie zu höheren Spannungen in der Federscheibe und damit zu einer vorzeitigen Ermüdung des Ventilscheibenwerkstoffs führen kann, da diese nicht konstant verformt, sondern schlagartig geknickt wird. Durch die Anbringung der Ringnut wird die Ventilscheibenanlagefläche, also auch der Kontaktfläche zwischen der Ventilscheibe und dem Dämpfventilkörper deutlich reduziert somit der vorstehend erläuterte Klebeeffekt enorm vermindert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Dämpfventils sind in den abhängigen Ansprüchen, den Figuren, sowie deren Beschreibung angegeben.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante ist ein erster Ringabschnitt, radial zwischen dem Träger und der Ringnut angeordnet. Somit kann dieser auf eine einfache Weise als eine Festlagerstelle für die verspannte Ventilscheibe genutzt werden.
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Ein zweiter Ringabschnitt, kann radial zwischen der Ringnut und dem radial inneren Rand des Dämpfventilkörperdurchbruchs angeordnet sein und somit radial außerhalb der Verspannkette des Dämpfventils. Der zweite Ringabschnitt dient in diesem Fall vorteilhafterweise als Anlagefläche für die im Betrieb nach der Belastung zurückkehrende Ventilscheibe.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst das Dämpfventil eine Abkippscheibe, welche an der, dem Dämpfventilkörper gegenüberliegenden Seite der Ventilscheibe angeordnet ist, und axial an der Ventilscheibe zur Anlage kommt. Durch die Wahl der radialen Erstreckung der Abkippscheibe kann auf eine einfache Weise die Hebellänge der Ventilscheibe und somit die Höhe der Dämpfkraft des Dämpfventils eingestellt werden.
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Wenn die radiale Erstreckung der Abkippscheibe kleiner oder gleich ist, wie die radiale Erstreckung der Ringnut, wird die axiale Verspannung der ventilscheibe zusätzlich gesteigert. Grundsätzlich gilt - je kleiner die radiale Erstreckung der Abkippscheibe gewählt wird, desto höher ist die Verspannkraft der Ventilscheibe. Jedoch kann die radiale Erstreckung der Abkippscheibe nicht beliebig klein gewählt werden. Deren Wahl ist durch deren Verformungsfestigkeit begrenzt.
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Des Öfteren werden bei Dämpfventilen für Kraftfahrzeuge nicht nur eine Ventilscheibe verwendet, sondern mindestens zwei Ventilscheiben gegeneinander verspannt und somit zu einem sogenannten Ventilscheibenpaket zusammengefasst. Durch die Wahl der Anzahl der einzelnen Ventilscheiben kann die Dämpfkraft somit vorteilhafterweise sehr einfach eingestellt werden. Die Kraft, die auf die Ventilscheibe, bzw. die auf das Federscheibenpaket wirkt ist abhängig von der Dämpffluiddruckdifferenz, welche zwischen dem Dämpffluiddruck im Inneren des Ventilkörpers, also des Dämpfventilkörperdurchbruchs und dem Dämpffluiddruck im unteren Arbeitsraum, an der vom Ventilkörper abgewandter Seite der Ventilscheibe, bzw. des Ventilscheibenpakets besteht. Diese Druckdifferenz multipliziert mit der Fläche der druckbeaufschlagten Fläche der Ventilscheibe, welche den Dämpfventilkörperdurchbruch verschließt, ergibt die Kraft, welche auf das Ventilscheibenpaket einwirkt. Je größer die druckbeaufschlagte Fläche bei gleichbleibender Druckdifferenz ist, desto höher ist die Kraft, die auf die Ventilscheibe einwirkt. Daraus folgt, dass bei größerer druckbeaufschlagten Fläche mehr Ventilscheiben benötigt werden, als bei einer kleineren druckbeaufschlagten Fläche, um die gleichen Dämpfkräfte zu erreichen. Eine sehr kleine druckbeaufschlagte Fläche hingegen bewirkt bereits bei minimalen Toleranzabweichungen eine starke Streuung der Dämpfkräfte.
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Daher ist es wichtig die Fläche beim neuen Kolbendesign verkleinern zu können, um weniger Ventilscheiben zu benötigen und gleichzeitig eventuelle Streuungen durch Toleranzabweichungen durch Variation der druckbeaufschlagten Fläche ausgleichen zu können. Um diesem Problem zu begegnen, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass das Dämpfventil eine erste, sich axial an der Ventilscheibenanlagefläche des Dämpfventilkörpers abstützende erste federnde Ventilscheibe, sowie eine sich axial an der ersten Ventilscheibe abstützende zweite federnde Ventilscheibe aufweist. Dabei ist die radiale Erstreckung der ersten Ventilscheibe derart gewählt, dass diese den Dämpfventilkörperdurchbruch nur teilweise abdeckt und wobei die radiale Erstreckung der zweiten Ventilscheibe derart gewählt ist, dass diese den Dämpfventilkörperdurchbruch vollständig abdeckt.
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Anhand folgender Figuren soll die Erfindung nun näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1: eine Schnittdarstellung einer ersten beispielsweisen Ausführungsvariante eines Dämpfventils gemäß Patentanspruch 1;
- 2: eine perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsvariante eines Dämpfventilkörpers für ein Dämpfventil gemäß Patentanspruch 1;
- 3: eine Axialschnittdarstellung eines Dämpfventilkörpers gemäß 2;
- 4: eine Axialschnittdarstellung eines Dämpfventilkörpers gemäß 2 mit Ventilscheiben.
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Die 1 zeigt ein eine erste mögliche Ausführungsvariante eines gemäß Patentanspruch 1 ausgeführten Dämpfventils 1 in einer Axialschnittdarstellung. Der Schnitt der Darstellung erstreckt sich axial, also entlang einer Längserstreckungsachse A des Dämpfventils 1.
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Das in 1 dargestellte Dämpfventil 1 für einen Kraftfahrzeugschwingungsdämpfer, umfasst einen Dämpfventilkörper 2 mit mehreren, jedoch mindestens einem Dämpfventilkörperdurchbruch 3 für ein Dämpfmedium. Dämpfventilkörperdurchbruch 3 ist an einer Seite von mindestens einer federnden Ventilscheibe 4; 4a zumindest teilweise abgedeckt. Genauer gesagt ist der Dämpfventilkörperdurchbruch 3 von einem Ventilscheibenpaket abgedeckt, welcher eine Ventilscheibe 4 umfasst, wobei diese den Dämpfventilkörperdurchbruch 3 nur teilweise abdeckt. Die weiteren Ventilscheiben 4a decken den Dämpfventilkörperdurchbruch 3 jedoch vollständig ab. Die Ventilscheiben 4; 4a, sowie der Dämpfventilkörper 2 sind von einem, als eine Kolbenstange ausgeführten Träger 5 mittig durchdrungen, bzw. auf den Träger 5 aufgefädelt.
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Der Dämpfventilkörper 2 weist ferner eine Ventilscheibenanlagefläche 6 auf, welche sich radial von dem Träger 5 bis hin zum radial inneren Rand 8 des Dämpfventilkörperdurchbruchs 3 erstreckt. Darüber hinaus umfasst der Dämpfventilkörper 2 mindestens eine, zwischen dem Träger 5 und dem radial inneren Rand 8 des Dämpfventilkörperdurchbruchs 3 angeordnete, umlaufende Ringnut 7.
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Die in den 1, 2, 3 und 4 jeweils abgebildeten Ausführungsvarianten sehen vor, dass nur eine Ringnut 7 vor, was die Erfindung nicht beschränken soll. Vielmehr kann erfindungsgemäß, eine Mehrzahl konzentrisch ausgeführten Ringnuten 7 vorgesehen sein, was die Anlagefläche zwischen der Ventilscheibe 4 und dem Dämpfventilkörper 2 noch mehr reduzieren und den vorstehend erläuterten Klebeeffekt noch weiter vermindern würde.
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Die in 1, 2, 3 und 4 dargestellte Ringnut 7 unterteilt die Ventilscheibenanlagefläche 6 in einen ersten Ringabschnitt 9, sowie einen zweiten Ringabschnitt 10 wobei diese zwischen dem Träger 5 und dem radial inneren Rand 8 des Dämpfventilkörperdurchbruchs 3 angeordnet sind und sich in Umfangsrichtung um den Träger 5 erstrecken. Die Ringabschnitte 9, 10, sowie die Ringnut 7 sind konzentrisch zueinander ausgeführt, wobei deren Mittelpunkt mit der Längserstreckungsachse A zusammentrifft. Radial gesehen ist der erste Ringabschnitt 9 zwischen dem Träger 5 und der Ringnut 7 angeordnet, wobei sich der zweite Ringabschnitt 10 zwischen der Ringnut 7 und dem radial inneren Rand 8 des Dämpfventilkörperdurchbruchs 3 radial erstreckt.
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Die 1 zeigt darüber hinaus, dass das Dämpfventil 1 eine Abkippscheibe 11 umfasst. Diese ist an der, dem Dämpfventilkörper 2 gegenüberliegenden Seite der Ventilscheibe 4 angeordnet und stutzt sich axial an der Ventilscheibe 4 ab.
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Das in der 1 abgebildete Dämpfventil 1 umfasst eine Abkippscheibe 11, deren radiale Erstreckung 12 gleich ist, wie die radiale Erstreckung 13 des ersten Ringabschnitts 9 der Ventilscheibenanlagefläche 6 des Dämpfventilkörpers 2. Die radiale Erstreckung 12 der Abkippscheibe sollte die radiale Erstreckung 15 der Ringnut 7 nicht überschreiten. Wenn die radiale Erstreckung 12 der Abkippscheibe 11 kleiner ist, als die radiale Erstreckung 12 des ersten Ringabschnitts 9 der Ventilscheibenanlagefläche 6, kann die axiale Verspannung der Ventilscheibe 4 weiter erhöht und die Gefahr deren Verschiebung noch mehr reduziert werden. Diese ebenfalls erfindungsgemäße Ausführung ist in den Figuren nicht gezeigt, gehört aber selbstverständlich ebenfalls zu dem beanspruchten Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung.
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Die 1 und 4 zeigen jeweils eine Ausführungsvariante, wonach das Dämpfventil 1 eine erste federnde Ventilscheibe 4, sowie zumindest eine weitere federnde Ventilscheibe 4a umfasst. Die 4 zeigt eine Ausführung, wonach nur eine Ventilscheibe 4a verwendet wird, wobei die in der 1 dargestellte Ausführungsvariante ein Ventilscheibenpaket zeigt, welcher aus mehreren Ventilscheiben 4a besteht. Die erste Ventilscheibe 4 stützt sich axial an der Ventilscheibenanlagefläche 6 des Dämpfventilkörpers 2 ab, wobei sich mindestens eine weitere Ventilscheibe 4a an der ersten Ventilscheibe 4 axial abstützt.
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Die erste Ventilscheibe 4 und die weitere Ventilscheibe 4a unterscheiden sich in deren jeweiliger radialen Erstreckung 14; 14a.
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Die radiale Erstreckung 14 der ersten Ventilscheibe 4 ist dabei derart gewählt, dass diese den Dämpfventilkörperdurchbruch 3 nur teilweise abdeckt, wobei die radiale Erstreckung 14a der weiteren Ventilscheibe 4a derart gewählt ist, dass der Dämpfventilkörperdurchbruch 3 von Ventilscheibe 4a vollständig abgedeckt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventil
- 2
- Dämpfventilkörper
- 3
- Dämpfventilkörperdurchbruch
- 4
- erste Ventilscheibe
- 4a
- weitere Ventilscheibe
- 5
- Träger
- 6
- Ventilscheibenanlagefläche
- 7
- Ringnut
- 8
- radial innerer Rand
- 9
- erster Ringabschnitt
- 10
- weiterer Ringabschnitt
- 11
- Abkippscheibe
- 12
- radiale Erstreckung der Abkippscheibe
- 13
- radiale Erstreckung des ersten Ringabschnitts der Ventilscheibenanlagefläche
- 14
- radiale Erstreckung der ersten Ventilscheibe
- 14a
- radiale Erstreckung der weiteren Ventilscheibe
- 15
- radiale Erstreckung der Ringnut
- A
- Längserstreckungsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014205855 A1 [0007]
- DE 102017216662 A1 [0007]
- DE 102018209211 A1 [0007]
