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Die Erfindung betrifft eine Drosselstelle für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2016 210 790 A1 ist eine Drosselstelle bekannt, die einen im Durchmesser veränderbaren ringförmigen Ventilkörper aufweist, der in Abhängigkeit einer Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle eine radiale Schließbewegung ausführt, wodurch ein Drosselquerschnitt der Drosselstelle verändert wird.
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Der Ventilkörper verfügt über einen Querschlitz und ist radial elastisch oder besteht aus zueinander beweglichen Segmenten. Ein Begrenzungsring bestimmt die maximale Aufweitung des Ventilkörpers und sorgt zusätzlich für eine Rückstellbewegung des Ventilkörpers in Richtung seiner Ausgangsstellung, bei der auch der maximale Durchlassquerschnitt der Drossel vorliegt.
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Bei einer derartigen Drosselstelle bestimmt das Reaktionsverhalten des Ventilkörpers auf eine sich ändernde Strömungssituation maßgeblich die Qualität der Drosselstelle. Dabei spielen die Reaktionsgeschwindigkeit und die Größe des minimalen Drosselquerschnitts eine wesentliche Rolle.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsbildende Dämpfventileinrichtung hinsichtlich der funktionalen Qualität weiterzuentwickeln.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ventilkörper von mindestens einer Dichtung gegen den Druckraum abdichtet wird.
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Damit wird ein deutlich schnellerer Druckaufbau innerhalb des Druckraums zwischen dem Ventilträger und dem Ventilkörper erreicht. Mit der Dichtung wird zudem eine die Kennlinie stark negativ beeinflussende Leckage beseitigt, so dass nicht nur die Reaktionsgeschwindigkeit, sondern auch die von der Drosselstelle erreichbare Dämpfkraft positiv erhöht werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Dichtung an dem Ventilkörper befestigt. Die Dichtung kann schon vor der Montage des Ventilkörpers in die Ringnut des Ventilträgers montiert werden.
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In der einfachsten Bauform wird die Dichtung von einem O-Ring gebildet. Um die Kippneigung des Ventilkörpers zu minimieren, kann die Dichtung auch als eine Beschichtung des Ventilkörpers ausgeführt sein, die eine deutlich größere stützende Fläche aufweist.
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Alternativ kann die Dichtung auch an dem Ventilträger befestigt sein. Grundsätzlich kann man beide Möglichkeiten der Befestigungspunkte auch leicht kombinieren.
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Damit die Ringnut des Ventilträgers mit einfachsten Mitteln oder Herstellungsverfahren zu fertigen ist, ist die Dichtung an einer Kappe des Ventilträgers befestigt, die einfach auf den Ventilträger aufgesetzt wird.
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Bevorzugt wird der Ventilkörper bei seiner Aufweitbewegung etwas axial angehoben, um einen Abflussspalt zwischen dem Ventilkörper und einer Seitenwand der Ringnut zu verschließen. Damit die Dichtfunktion der Dichtung für den Druckraum nicht nachlässt, weist der Ventilträger eine in Richtung der Ringnut abgewinkelte Dichtfläche auf, wobei die Dichtung zwischen der Dichtfläche und dem Ventilkörper mit zunehmender Aufweitbewegung stärker vorgespannt wird.
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Optional kann vorgesehen sein, dass die Dichtung zusammen mit einer Anschlagfläche des Ventilkörpers eine Dämpfungseinrichtung bildet. Diese Variante der Drosselstelle sorgt für einen komfortablen Übergang zwischen einem sehr steilen Anstieg der Dämpfkraft beim Einsetzen der Drosselstelle und dem weiteren Dämpfkraftanstieg der Drosselstelle bei größeren Volumenströmen.
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Grundsätzlich kann die Dämpfeinrichtung nach einem Freiweg des Ventilkörpers wirksam werden, um eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit der Drosselstelle zu erreichen.
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Man kann jedoch auch vorsehen, dass die Dämpfeinrichtung ausgehend von einer Grundposition des Ventilkörpers wirksam wird. Dann bildet die Dichtung auch ein Schlüsselbauteil für die Dämpfeinrichtung.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Schnittdarstellung durch einen Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung
- 2 Draufsicht auf den Ventilkörper der Drossel nach 1
- 3 - 5 Drosseleinrichtung mit einer Dichtung des Druckraums nach 1
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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.
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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.
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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.
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Der Zuganschlag 25 umfasst eine Zuganschlagscheibe als Ventilträger 29, die direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite des Ventilträgers 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.
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Der Ventilträger 29 weist eine umlaufende Nut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbarer Ventilkörper 35 geführt ist. Dieser Ventilkörper 35 ist im Durchmesser aufweitbar und bildet eine Komponente für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Der Ventilkörper 35 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle 37, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einer vom Zuganschlag unabhängigen Trägerscheibe ausgeführt sein.
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Außenseitig trägt der Ventilkörper 35 eine Rückstellfeder 41, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings. Diese Rückstellfeder 41 übernimmt optional auch die Funktion einer Aufweitbegrenzung für den Ventilkörper 35.
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Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 1 m/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.
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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 der Ventilkörper 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 Ventilkörpers 35 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von der Rückstellfeder 41 eingehalten oder der Ventilkörper verfügt über eine außenseitige Profilierung, die zusammen mit der Strömungsleitfläche 39 den Mindestdurchlassquerschnitt bestimmt.
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Die 2 zeigt aus dem Querschnitt durch den Schwingungsdämpfer 3 nach 1 eine Draufsicht auf des optionalen Ventilkörpers 35. Auf die Darstellung des Ventilträgers 29, des Begrenzungsrings 41 und der Kolbenstange 9 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Man erkennt, dass der Ventilkörper 35 einen Querspalt 55 aufweist, der die erforderliche Druckkraft für die radiale Aufweitbewegung des Ventilkörpers 35 verringert. Dargestellt ist der Ventilkörper 35 in der Durchlassposition bei minimaler Strömungsgeschwindigkeit. Folglich liegt der maximale Durchlassquerschnitt 57 vor. Der Durchlassquerschnitt 57 wird bestimmt von der Innenwandung 39 des Zylinders 11 und der äußeren Mantelfläche 45 des Ventilkörpers 35.
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Der Ventilkörper 35 weist ein den Ringquerschnitt zwischen dem Ventilkörper 35 und der Innenwandung 39 des Zylinders 11 einschränkendes Profil 59 auf. In dieser bildlichen Darstellung ist das einschränkende Profil 59 als ein einzelner radialer Vorsprung an der Mantelfläche 45 ausgeführt. Dadurch entsteht ein c-förmiger Drosselquerschnitt 57. Zwischen dem nockenartigen Vorsprung 59 und der Innenwandung 39 liegt ein in der Breite deutlich reduzierter Drosselquerschnitt 61 vor, der auch bei einer maximale Aufweitbewegung des Ventilkörpers 35 erhalten bleibt. Der radiale Vorsprung 59 bzw. die Einschränkung ist dabei derart dimensioniert, dass sie nur im Betriebsbereich der Drosselstelle 37 (1) eine Dämpfwirkung beeinflusst. Bedingt durch den relativ großen Umfangsbereich des radialen Profils 59 kann bei gleichem Betriebsverhalten der Abstand zwischen der Mantelfläche 45 des Ventilkörpers 35 außerhalb des radialen Profils 59 ggf. vergrößert werden.
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Des Weiteren zeigt die 2, dass der Ventilkörper 35 mindestens zwei Schenkel 63; 65 umfasst, die um ein Drehlager 67 beweglich gelagert sind. Dieses Merkmal ist unabhängig von dem radialen Vorsprung 59, doch ergänzen sich beide Merkmale in vorteilhafter Weise, indem das einschränkende Profil 59 einen Teil, z.B. einen Lagerbolzen 69 des Drehlagers 67, bildet.
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In dieser Ausführung überlappen sich die Schenkel 63; 65 in Umfangsrichtung und im Überlappungsbereich ist das Drehlager 67 ausgeführt. Auch im Bereich des Querspalts 55 liegt eine Überlappung der beiden Schenkel 63; 65 vor, um einen schädlichen Leckagequerschnitt zu minimieren. Wie die 1 zeigt, verfügt der Ventilträger 29 über zwei Aufnahmeöffnungen 73, die den Lagerbolzen 69 aufnehmen. Die Aufnahmeöffnungen im Ventilträger 29 können z. B. als einfache Durchgangsbohrungen ausgeführt sein. Gleiches gilt für die Lageröffnungen 75; 77. Für ein gewisses Spiel innerhalb des Drehlagers kann man jedoch auch vorsehen, dass eine Lageröffnung 75; 77 in Umfangsrichtung des Schenkels als eine Nut ausgeführt ist.
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Bei aktivierter Drosselstelle 37, d. h. einer entsprechend großen Strömungsgeschwindigkeit im Drosselquerschnitt 57, führen die beiden Schenkel 63; 65 des Ventilkörpers eine radiale Schwenkbewegung um das Drehlager 67 in Richtung der Innenwandung des Zylinders 11 aus. Sollte eine vollflächige Anlage der Schenkel 63; 65 vorliegen, dann ist immer noch der Drosselquerschnitt 61 geöffnet, der dann die Dämpfwirkung bestimmt.
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Die 3 beschränkt sich auf eine Schnittdarstellung durch den Ventilträger 29 im Bereich der Drosselstelle 37. In dieser Vergrößerung ist erkennbar, dass die Drosselstelle 37 zwischen einer innenseitigen Mantelfläche 85 des Ventilkörpers 35 und einer Nutgrundfläche 87 der Ringnut 33 einen mit Dämpfmedium gefüllten Druckraum 89 aufweist. Dieser Druckraum 89 wird durch mindestens eine Zuströmöffnung 91 gespeist und entleert sich über mindestens eine Abströmöffnung 93. Über das Querschnittsverhältnis von Abströmöffnung 93 zu Zuströmöffnung 91 wird das Druckniveau und damit die Druckkraft, die auf die Mantelfläche 85 wirkt, grundsätzlich eingestellt.
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Damit sich das Druckniveau in dem Druckraum 89 einerseits schnell und auf der anderen Seite möglichst exakt entsprechend einer definierten Druckkraftkennlinie einstellt, wird der Ventilkörper 35 von mindestens einer Dichtung 95 gegen den Druckraum 89 abdichtet. Damit wird sichergestellt, dass der Druckraum 89 ausschließlich über die Zuströmöffnung 91 gefüllt wird und nicht über einen Spalt 97 zwischen einer Nutseitenwand 99 des Ventilträgers 29 und einer Deckseite 101 des Ventilkörpers 35. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 95 in der Nutseitenwand 99 des Ventilträgers 29 angeordnet. Folglich kann der Ventilkörper 35 sehr einfach über eine radiale Montagebewegung in die Ringnut 33 des Ventilträgers 29 eingeführt werden.
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In der Ausführung gemäß der 4 der Drosselstelle 37 ist die Dichtung 95 ebenfalls an dem Ventilträger 29 befestigt und bildet zusammen mit einer Anschlagfläche 103 des Ventilkörpers 35 eine Dämpfungseinrichtung 105 gegen die radiale Aufweitbewegung des Ventilkörpers 35. Die Dämpfeinrichtung 105 wird von einem Elastomerring gebildet als Dichtung 95, der ausgehend von einer Grundposition des Ventilkörpers 35 an der Anschlagfläche 103 anliegt und damit auch in der dargestellten Grundposition als Dämpfeinrichtung 105 wirksam wird. Der Ventilträger 29 verfügt über einen umlaufenden oder auch segmentierten Steg 107, in dem der mindestens eine Elastomerring bzw. die Dichtung 95 eingeknöpft ist. Alternativ kann die Dichtung 95 auch an einer Kappe des Ventilträgers befestigt ist. Die Kappe ist in der 4 durch eine gestrichelte Linienführung symbolisiert.
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Im Gegensatz zu den Ausführungen der Drosselstelle 37 nach den 3 und 4 ist die Dichtung 95 in der 5 an dem Ventilkörper 35 befestigt. Grundsätzlich könnte die Dichtung 35 in der 5 dasselbe Design aufweisen wie in den 3 und 4. Zusätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Dichtung 35 als eine Beschichtung der Deckseite 101 des Ventilkörpers 35 ausgeführt ist.
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Die innere Mantelfläche 85 des Ventilkörpers 35 ist in Richtung der Nutgrundfläche 87 der Ringnut 33 bzw. des Druckraums 89 geneigt. Eine Druckkraft auf den Ventilkörper 35 führt zu einer radialen Aufweitbewegung und zu einer Axialbewegung des Ventilkörpers 35 in Richtung der Nutseitenwand 109 der Ringnut 33. Folglich vergrößert sich damit der axiale Abstand zwischen der Nutseitenwand 109, die der Nutseitenwand 99 gegenüberliegt und dem Ventilkörper 35. Damit der axial anwachsende Ringspalt 97 keinen negativen Einfluss auf das Betriebsverhalten der Drosselstelle 37 ausübt, weist der Ventilträger 29 eine in Richtung der Ringnut 33 abgewinkelte Dichtfläche 111 auf, wobei die Dichtung 95 zwischen der Dichtfläche 111 und dem Ventilkörper 35 mit zunehmender Aufweitbewegung stärker vorgespannt wird. In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Dichtfläche 111 rechtwinklig zur Nutgrundfläche 87 und wird von einer Kappe 113 mit U-förmigem Querschnitt gebildet. Die Beschichtung des Ventilkörpers 35 ragt radial über diesen hinaus und liegt an der Dichtfläche 111 an. Mit zunehmender radialer Aufweitung des Ventilkörpers 35 wird die Dichtung 95 stärker an die Dichtfläche 111 und an die an der Kappe 113 innenseitigen Anschlagfläche 103 gedrückt, so dass dadurch ebenfalls eine Dämpfeinrichtung 105 entgegen der Aufweitbewegung des Ventilkörpers 35 erreicht wird. Der Unterschied zur Dämpfeinrichtung gemäß der 4 besteht darin, dass diese Dämpfeinrichtung nach 5 erst nach einem Freiweg 115 wirksam wird, so dass der Ventilkörper einen ersten Aufweitschritt schneller durchlaufen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventileinrichtung
- 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
- Ventilträger
- 31
- Elastomerelement
- 33
- Ringnut
- 35
- Ventilkörper
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41
- Rückstellfeder
- 45
- Mantelfläche
- 47
- Ventilsitzfläche
- 49
- Ventilsitzfläche
- 51
- Stützscheibe
- 53
- Stützscheibe
- 55
- Querspalt
- 57
- Durchlassquerschnitt
- 59
- Profil
- 61
- Drosselquerschnitt
- 63
- Schenkel
- 65
- Schenkel
- 67
- Drehlager
- 69
- Lagerbolzen
- 71
- Tragring
- 73
- Aufnahmeöffnung
- 75
- Lageröffnung
- 77
- Lageröffnung
- 79
- Nutseitenwände
- 81
- Nutseitenwände
- 83
- Verbindungsschlitz
- 85
- Mantelfläche
- 87
- Nutgrundfläche
- 89
- Druckraum
- 91
- Zuströmöffnung
- 93
- Abströmöffnung
- 95
- Dichtung
- 97
- Spalt
- 99
- Nutseitenwand
- 101
- Deckseite
- 103
- Anschlagfläche
- 105
- Dämpfeinrichtung
- 107
- Steg
- 109
- Nutseitenwand
- 111
- Dichtfläche
- 113
- Kappe
- 115
- Freiweg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
