-
Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Aus der
DE 10 2016 210 790 A1 ist ein Schwingungsdämpfer mit einer Dämpfventileinrichtung bekannt, die eine progressive Dämpfkraftkennlinie aufweist. Dabei wird eine radiale Aufweitbewegung eines Ringelements ausgenutzt, um zusammen mit einer Strömungsleitfläche eine veränderliche Drosselstelle zu bilden. Es wird der Effekt ausgenutzt, dass sich der Querschnitt der Drosselstelle mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle verkleinert und damit die Dämpfkraft überproportional ansteigen lässt.
-
Im Verhältnis zur Hublage ist die Axialgeschwindigkeit der Kolbenstange im mittleren Hubbereich am größten. In den Endlagen wirkt sich die Kraft einer Fahrzeugtragfeder bei einer Einfederungsbewegung stärker aus und kompensiert damit die Anregungskraft. Bei einer Ausfederungsbewegung verlängert sich die Tragfeder zunehmend, wodurch die Federkraft abnimmt.
-
Andererseits treten bei entsprechend hohen Anregungen in Ein- oder Ausfederungsrichtung die möglichen Schäden dann auf, wenn die Kolbenstange ihre Endlagen mit zu hohem Energieeintrag einnimmt.
-
Aus dem Stand der Technik sind Zug- oder Druckanschläge bekannt, die mechanisch und/oder hydraulisch zu der Kolbenstangenbewegung eine Gegenkraft aufbauen. Diese Zug- oder Druckanschläge sind speziell für die Bedämpfung der Kolbenstange in den Endlagen konzipiert.
-
Grundsätzlich könnte man erwägen, sowohl einen Zuganschlag und eine Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie in einem Schwingungsdämpfer zu kombinieren. Das Problem besteht aber darin, dass der Bauraum für den Zuganschlag bereits für die Dämpfventileinrichtung benötigt wird. Des Weiteren würde ein Schwingungsdämpfer mit Zuganschlag und einer Dämpfventileinrichtung vergleichsweise teuer werden.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das aus dem Stand der Technik bekannte Problem zu lösen.
-
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, das mindestens eine die Dämpfkraft der Drosselstelle beeinflussende Komponente in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers verändert wird.
-
Mit diesem Konstruktionsprinzip wird wirksam ein Anschlagen des Kolbens an einer Kolbenstangenführung oder an ein Bodenventil verhindert. Dadurch, dass die Drosselstelle einen Bestandteil der hublagenabhängigen Dämpffunktion ist, kann man auf einen klassischen Zuganschlag verzichten, der aufgrund seiner Bauweise auch einen Hublängenverlust darstellen könnte.
-
Bei einer Ausführungsform variiert der wirksame Durchmesser der Strömungsleitfläche in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers. Dadurch wird der Einsatzpunkt der Drosselstelle in Richtung einer geringeren Aktivierungsgeschwindigkeit verlagert. Des Weiteren steigt auch das erreichbare Dämpfkraftniveau.
-
Eine einfache Möglichkeit der konstruktiven Umsetzung besteht darin, dass die Strömungsleitfläche von einer Innenwandung eines Zylinders des Schwingungsdämpfers gebildet wird, wobei der Zylinder im Bereich einer Endlage des Hubwegs eine Durchmesserreduzierung aufweist.
-
Alternativ kann das Ringelement in einem Träger gehalten wird, der eine Ringnut zur Aufnahme des Ringelements aufweist, wobei die Ringnut und das Ringelement einen Druckraum mit mindestens einen Strömungskanal zu einem Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers bilden, wobei der Strömungskanal in seinem Querschnitt in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers gesteuert wird. Dabei kann man z. B. den Strömungskanal für die Dämpfmediumzufuhr in den Ringraum hublagenabhängig steigern oder einen Strömungskanal für den Dämpfmediumabfluss aus dem Ringraum reduzieren, um das Druckniveau im Ringraum zu steigern, so dass die radiale Aufweitbewegung des Ringelement gesteigert werden kann hinsichtlich der Geschwindigkeit und dem Maß der Aufweitung.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform steuert ein Federelement den Strömungskanal.
-
So kann das Federelement mit zunehmender Vorspannung eine sich vergrößernde Schließfläche für den Strömungskanal aufweisen, z. B. indem das Federelement von einem Elastomerfederelement gebildet wird, oder sich eine Endwindung einer Schraubenfeder radial aufweitet.
-
Für die Ausführung der Schaltbewegung zur Steuerung des Strömungsquerschnitts vorgesehen sein, dass ein Träger des Ringelements in Grenzen axial beweglich gelagert ist. Man kann basierend auf diese Grundfunktion das Federelement über den Träger mehr oder weniger stark vorspannen und dadurch die Schließfläche ansteuern.
-
Alternativ kann dem Strömungskanal ein Bypass zugeordnet sein, der hubabhängig schaltbar ist.
-
Eine besonders einfache Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Träger in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers mit einer axial beweglichen Drosselscheibe zusammenwirkt, die einen Drosselquerschnitt mit der Strömungsleitfläche bildet. Bei dieser Lösung kommen besonders einfache und gering belastete Bauteile zur Anwendung, die optional eingesetzt werden können. Man kann also eine Standardbaugruppe für die Drosselstelle vorsehen, die bei Bedarf mit der axial beweglichen Drosselscheibe kombiniert werden kann.
-
Die Drosselstelle als Baugruppe ist in seinem Aufbau einfach und robust. Diese Vorteile ausnutzend werden bei einer weiteren Ausführungsform einfach zwei Drosselstellen kombiniert, indem der Schwingungsdämpfer mit dem Zylinder und einer darin sich axial beweglichen Kolbenstange zwei zueinander bewegliche Komponenten aufweist, wobei eine erste Drosselstelle ortsfest zu einer der beiden Komponenten angeordnet ist und eine zweite Drosselstelle mit abnehmendem Drosselquerschnitt bei steigenden Strömungsgeschwindigkeit hublagenabhängig einsetzt.
-
Im Hinblick auf eine deutliche Dämpfkraftsteigerung weist die zweite Drosselstelle bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit einen kleineren Drosselquerschnitt auf als die erste Drosselstelle.
-
Der Einsatzpunkt der zweiten Drosselstelle wird einfach dadurch bestimmt, indem die zweite Drosselstelle axial beweglich gegen eine Anschlagfeder gelagert ist.
-
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
- 1 Schnittdarstellung durch einen Schwingungsdämpfer mit einem im Querschnitt reduzierten Zylinder
- 2 Dämpfventileinrichtung nach 1 mit einer axial beweglichen Drosselscheibe
- 3 Dämpfventileinrichtung mit zwei geschwindigkeitsabhängigen Drosselstellen
- 4 Dämpfventileinrichtung mit einem radial aufweitbaren Steuerelement
- 5 Dämpfventileinrichtung mit gesteuertem Abfluss aus einem Druckraum der Drosselstelle
- 6 Dämpfventileinrichtung mit gesteuertem Zufluss in einen Druckraum der Drosselstelle
-
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 13; 15, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittskanäle 17; 19 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 ein zweites Dämpfventil 25, das räumlich zwischen dem Kolben7 und einer Kolbenstange direkt an der Kolbenstange 9 durch eine Formschlussverbindung fixiert ist.
-
Ein Träger 29 des zweiten Dämpfventils 25 mit einem scheibenförmigen Grundkörper 31 weist eine umlaufende Ringnut 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 39 des Zylinders 11 die Drosselstelle 37, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt.
-
Außenseitig trägt das Ringelement einen Begrenzungsring 41, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings. Der Begrenzungsring 41 kann die maximale Aufweitbewegung des Ringelement begrenzen, stellt aber auch eine Rückstellkraft für das Ringelement 35. Die umlaufende Ringnut 33 ist über Strömungskanal 43 für die Zufuhr von Dämpfmedium und über einen Abflusskanal 45 mit dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 verbunden, um eine hydraulische Aufweitkraft auf das Ringelement 35 wirken zu lassen. Der Bereich der umlaufenden Ringnut 33 radial innerhalb des Ringelements bildet einen Druckraum 47 für die hydraulische Aufweitkraft.
-
Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 2m/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 2m/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 Ringelements 35 führt. Eine vollständige Blockierung der Drosselstelle wird durch konstruktive Maßnahmen verhindert, indem z. B. das Ringelement eine Außenprofilierung aufweist oder der Begrenzungsring 41 als Anschlag dient.
-
Neben der Abhängigkeit der Drosselstelle 37 von Strömungsgeschwindigkeit ist vorgesehen, dass mindestens eine die Dämpfkraft der Drosselstelle 37 beeinflussende Komponente in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers 3 verändert wird. In diesem Ausführungsbeispiel variiert der wirksame Durchmesser der Strömungsleitfläche 39 in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers 3, indem die Strömungsleitfläche 39 von einer Innenwandung eines Zylinders des Schwingungsdämpfers gebildet wird, wobei der Zylinder im Bereich 57 einer Endlage des Hubwegs eine Durchmesserreduzierung 59 aufweist. Grundsätzlich könnte man die Durchmesserreduzierung 59 auch durch eine in den Zylinder eingepasste Reduzierhülse erreichen, doch wäre die Wandstärke einer derartigen Reduzierhülse für eine sichere Handhabung vergleichsweise gering. Infolgedessen wäre das Risiko der Beschädigung der Reduzierhülse vergleichsweise hoch.
-
Im Bereich einer Normallage des Schwingungsdämpfers 3, also in der mittleren Hublage außerhalb des Bereichs 57, weist die Drosselstelle 37 einen breitere Drosselquerschnitt auf. Damit reagiert die Drosselstelle erst bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten und mit einer flacheren Dämpfkraftkennlinie.
-
Wenn das Ringelement 35 in den Bereich mit dem reduzierten Durchmesser 59 einfährt, dann verkleinert sich der Drosselquerschnitt. Folglich kann schon bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten eine größere Dämpfkraft erreicht werden.
-
In der Ausführung nach 2 wird der identische hydraulische Effekt ausgenutzt wie in 1. Abweichend wirkt der Träger 29 des Ringelements 35 in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers 3 mit einer axial beweglichen Drosselscheibe 61 zusammen, die mit der Strömungsleitfläche 39 einen im Vergleich zum Träger 29 reduzierten Anströmquerschnitt 63 zur Drosselstelle 37 bildet. Die Drosselscheibe 61 sorgt für eine höhere Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des radial aufweitbaren Ringelements 35. Die Drosselscheibe 61 wird von einer Anschlagfeder, die sich z. B. an der Kolbenstangenführung 27 axial abstützt, gegen eine Deckseite 67 des Trägers 29 gedrückt. Dafür ist nur eine geringe Vorspannung notwendig. Bei einer weiteren Ausfahrbewegung bewegen sich die Drosselscheibe 61 und der Träger 29 synchron. Bei einer Kolbenstangeneinfahrbewegung hebt die Drosselscheibe am Ende ihre Wirkbereichs, d. h. wenn die Anschlagfeder 65 sich wieder entspannt hat, von der Deckseite 67 ab und das zweite Dämpfventil 25 folgt wieder einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfkraftkennlinie mit einer flacheren Steigung. Das Erreichen der definierten Hublage 57 entspricht damit einer Art Schalterfunktion, um das zweite Dämpfventil zwischen zwei Dämpfkraftkennlinien umzustellen.
-
In der Ausführung nach 3 weist der Schwingungsdämpfer 3mit dem Zylinder 11 und der darin sich axial beweglichen Kolbenstange 9 zwei zueinander bewegliche Komponenten auf, wobei die erste Drosselstelle 37 ortsfest zu einer der beiden Komponenten, nämlich der Kolbenstange 9 angeordnet ist und eine zweite Drosselstelle 69 mit abnehmendem Drosselquerschnitt bei steigenden Strömungsgeschwindigkeit hublagenabhängig einsetzt. Der Schwingungsdämpfer 3 verfügt über zwei Träger 29; 71 und zwei radial aufweitbare Ringelemente 35; 73. Die zweite Drosselstelle ist hinsichtlich des konstruktiven Grundaufbaus mit der ersten Drosselstelle 37 identisch. Der zweite Träger 71 mit der zweiten Drosselstelle 39 ist axial beweglich an der Anschlagfeder 65 gelagert, die sich wiederum an der Kolbenstangenführung 27 abstützt. Sobald der erste Träger 29 an dem zweiten Träger 71 anliegt, addieren sich die Dämpfkräfte der beiden Drosselstellen 37; 69. Bevorzugt weist die zweite Drosselstelle 69 bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit einen kleineren Drosselquerschnitt aufweist als die erste Drosselstelle 37, sodass eine erhebliche Dämpfkraftsteigerung zu verzeichnen ist. Wie auch zu der 3 beschrieben, setzt die Wirkung der zweiten Drosselstelle 69 aus, wenn der Träger 29 bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 9 den Kontakt mit dem zweiten Träger 71 verliert.
-
In der Variante nach 4 wird das Ringelement 35 des zweiten Dämpfventils 25 dem Träger 29 gehalten, dessen umlaufende Ringnut 33 mit dem Ringelement 35 den Druckraum 47 mit dem mindestens einen Strömungskanal 43 zu einem Arbeitsraum 15 des Schwingungsdämpfers 3 bilden. Über einen Druck auf eine innere Mantelfläche 75 des Ringelements 35 kann dessen geschwindigkeitsabhängige Aufweitbewegung unterstützt werden. Dazu verfügt der Druckraum 47 über den Strömungskanal 45 für den Zustrom von Dämpfmedium aus dem Dämpfmediumvolumen zwischen der Kolbenstangenführung 27 und dem Träger 29. Der Abflusskanal 45 lässt ein Steuervolumen aus dem Druckraum 47 abfließen. Der Volumenstrom durch den Druckraum 47 wird gezielt gesteuert, indem der Strömungskanal oder der Abflusskanal, in diesem Fall der Abflusskanal 45, in seinem Querschnitt in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers 3 gesteuert wird.
-
Als Steuerelement für den Abflusskanal 45 dient ein auf einem Stützring 77 gelagertes Federelement 79 und als Steuerparameter ein äußerer Abdichtdurchmesser des Federelements 79. Dabei wird ausgenutzt, dass das Federelement 79 mit zunehmender Vorspannung eine sich vergrößernde Schließfläche für den Abflusskanal 45 aufweist. Das Federelement 79 wird von einem Elastomerkörper gebildet.
-
Die Vorspannbewegung für das Federelement 79 basiert darauf, dass der Träger 29 des Ringelements 35 in Grenzen gegen das Federelement 79 axial beweglich gelagert ist. Ein Sicherungsring 81 definiert die Ausgangsposition des Trägers 29 und damit den Ausgangsdurchmesser des Federelements 79, der in radialer Überdeckung mit dem Abflusskanal 45 treten kann. Ab der definierten Hublage 57 sorgt die Anschlagfeder 65 zwischen der Kolbenstangenführung 27 und dem Träger 29 für eine axiale Stauchbewegung des Elastomerkörpers, der daraufhin den Abflusskanal 45 teilweise verschließt. Dadurch wird das Verhältnis von Zufluss und Abfluss aus dem Druckraum 47 dahingehend verändert, dass das Druckniveau im Druckraum 47 immer stärker ansteigt und damit eine immer größere radiale Aufweitkraft auf das Ringelement wirksam ist.
-
In der 5 verfügt das zweite Dämpfventil 25 über das Wirkprinzip der 4. Abweichend übernehmen eine Abhubfeder 83 und die Drosselscheibe die Funktion des Elastomerkörper in der 4 der Stützring 77 als ortsfeste Drosselscheibe die Funktion des Elastomerkörpers. Auch hier wird der Abflusskanal 45 über die Relativbewegung des Trägers 29 zu dem an der Kolbenstange 9 befestigten Stützring 77 gesteuert.
-
Mit der 6 soll gezeigt werden, dass es bei dem zweiten Dämpfventil 25 auch möglich ist, den wirksamen Querschnitt des Strömungskanals 43 in Zuflussrichtung zum Druckraum 47 zu verändern. Dazu ist dem Strömungskanal 43 ein Bypass 85 zugeordnet ist, der hubabhängig schaltbar ist. Der Bypass 85 mündet ausgehend vom Arbeitsraum 13 ebenfalls in dem Druckraum 47. Eine erste geschirmte Scheibenfeder 87 ist zwischen der Deckseite 67 des Trägers 29 und einer Spannscheibe 89 angeordnet. Diese erste Scheibenfeder 87 weist am Innen- und am Außendurchmesser jeweils eine Dichtkante zur Deckseite 65 und zur Spannscheibe 89 auf. Die Scheibenfeder ist auf einer segmentartigen ringförmigen Kippkante 91 gelagert.
-
Eine zweite Scheibenfeder 93 stützt sich radial innerhalb eines Teilkreises, auf der eine Eintrittsöffnung des Bypasskanals 85 angeordnet ist ab und dichtet ebenfalls mit ihrem Außen - und mit ihrem Innendurchmesser gegen die Spannscheibe 89 und die Deckseite 67 des Trägers 29 ab. Damit begrenzen die beiden Scheibenfedern 87; 93 und die Spannscheibe 89 einen Ringraum 95. Wenn ab der definierten Hublage 57 die Spannscheibe 89 mit der Anschlagfeder 65 in Kontakt tritt, dann werden bei einer weiteren Kolbenstangenbewegung die beiden Scheibenfeder 87; 93 gespannt und zumindest die erste Scheibenfeder 87 führt über die Kippkante 91 eine Kippbewegung aus, wodurch die Eintrittsöffnung in den Ringraum und damit in den Bypass 85 freigegeben wird. Damit steigt der einströmende Volumenstrom in den Druckraum 47 im Verhältnis zum Abflussquerschnitt des Abflusskanal 45 stark an, was zu einer gesteigerten Aufweitkraft auf das Ringelement 35 führt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Dämpfventileinrichtung
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- Dämpfventil
- 7
- Dämpfventilkörper
- 9
- Kolbenstange
- 11
- Zylinder
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Durchtrittskanal
- 19
- Durchtrittskanal
- 21
- Ventilscheibe
- 23
- Ventilscheibe
- 25
- zweites Dämpfventil
- 27
- Kolbenstangenführung
- 29
- Träger
- 31
- scheibenförmiger Grundkörper
- 33
- Ringnut
- 35
- Ringelement
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Strömungsleitfläche
- 41
- Begrenzungsring
- 43
- Strömungskanal
- 45
- Abflusskanal
- 47
- Druckraum
- 49
- Ventilsitzfläche
- 51
- Ventilsitzfläche
- 53
- Stützscheibe
- 55
- Stützscheibe
- 57
- Bereich der Endlage
- 59
- Durchmesserreduzierung
- 61
- Drosselscheibe
- 63
- Anströmquerschnitt
- 65
- Anschlagfeder
- 67
- Deckseite
- 69
- zweite Drosselstelle
- 71
- zweiter Träger
- 73
- zweites Ringelement
- 75
- Mantelfläche
- 77
- Stützring
- 79
- Federelemenet
- 81
- Sicherungsring
- 83
- Abhubfeder
- 85
- Bypass
- 87
- erste Scheibenfeder
- 89
- Spannscheibe
- 91
- Kippkante
- 93
- zweite Scheibenfeder
- 95
- Ringraum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016210790 A1 [0002]
