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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 Dämpfventileinrichtung bekannt, die einen im Durchmesser veränderbaren Ventilkörper aufweist, das in Abhängigkeit einer Strömungsgeschwindigkeit innerhalb einer Drossel eine radiale Schließbewegung ausführt, wodurch ein Drosselquerschnitt der Drossel verändert wird.
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Der Ventilkörper verfügt über einen Querschlitz und ist radial elastisch. 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 Dämpfventileinrichtung bestimmt das Reaktionsverhalten des Ventilkörpers auf eine sich ändernde Strömungssituation maßgeblich die Qualität der Dämpfventileinrichtung. 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 die Rückstellfeder über den Umfang des Ventilkörpers eine unterschiedliche Rückstellkraft auf den Ventilkörper ausübt.
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Dadurch verändert sich der Drosselquerschnitt der Drosselstelle über den Umfang ungleichmäßig. Das ungleichmäßige Schließverhalten des Ventilkörpers sorgt für einen harmonischen Übergang zwischen einer Dämpfung z. B. eines Kolben- oder Bodenventils und einem zweiten Arbeitsbereich des Schwingungsdämpfers, in dem die Drosselstelle wirksam wird.
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Eine sehr einfache Möglichkeit zur Anpassung der Schließbewegung des Ventilkörpers besteht darin, dass die Rückstellfeder über den Umfang einen unterschiedlichen Innendurchmesser aufweist. Die Rückstellfeder kann beispielsweise als ringförmige Wurmfeder, aber auch als ein geschlitzter Ring vergleichbar einem Sicherungsring z. B. nach DIN 9922 ausgeführt sein. Je kleiner der Innendurchmesser dimensioniert ist, umso größer ist die Federrate der Rückstellfeder.
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Alternativ oder in Kombination kann die Rückstellfeder über den Umfang einen unterschiedlichen Drahtquerschnitt aufweisen. Ein unterschiedlicher Drahtquerschnitt kann eine unterschiedliche Querschnittsgröße oder einen unterschiedliche Querschnittsform bedeuten, da auch eine andere Querschnittsform eine andere Federrate mit sich bringt.
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Die Rückstellfeder ist z. B. in einer Haltenut des Ventilkörpers geführt. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass der Ventilkörper über den Umfang einen unterschiedlichen Durchmesser an einem Haltebereich des Ventilkörpers für die Rückstellfeder aufweist. Man kann z. B. in der Haltenut eine erhabene Nocke vorsehen, die die Rückstellfeder partiell stärker vorspannt.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung weist der Ventilkörper mindestens eine Stelleinrichtung auft, mit der die Rückstellfeder zum Ventilkörper verspannt wird. Die Stelleinrichtung ermöglicht eine individuelle Anpassung der Rückstellfeder auf den Anwendungsfall.
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Beispielsweise stützt sich die Stelleinrichtung am Ventilkörper ab. Diese Bauform bietet den Vorteil, dass die Rückstellkraft der Rückstellfeder auf den Ventilkörper außerhalb des Ventilträgers gemessen werden kann.
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Alternativ stützt sich die Stelleinrichtung am Ventilträger ab. Diese Bauform bietet den Vorteil, dass der Ventilträger einen größeren Bauraum für die Anwendung der Stelleinrichtung bietet und ein konventioneller Ventilkörper verwendet werden kann.
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Bevorzugt stützt sich die Stelleinrichtung an einer Nutgrundfläche einer Ringnut des Ventilträgers ab, in der der Ventilkörper geführt ist. Der Vorteil dieser besonderen Ausgestaltung besteht darin, dass in oder an dem Ventilträger keinerlei zusätzlichen Abstützflächen ausgeführt sein müssen. Es treten auch keine zusätzlichen Leckagestellen auf.
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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 Schnittdarstellung durch die Drosselstelle
- 4 Draufsicht nach 2 mit Rückstellfeder
- 5 u. 6 Drosselstelle mit Stelleinrichtung
- 7 Dämpfkraftkennlinie zur 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 Träger 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, der Rückstellfeder 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 35 eine radiale Schwenkbewegung um das Drehlager 67 in Richtung der Innenwandung des Zylinders 11 bzw. der Strömungsleitfläche 39 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 eine Dämpfeinrichtung 79 aufweisen kann, die gegen die Schließbewegung des Ventilkörpers 35 wirkt und damit das Gesamtverhalten der Drosselstelle 37 steuert. Für einen gezielten Druckaufbau innerhalb des Ventilträgers 29 bzw. in einem Druckraum 81 dienen eine Zuströmöffnung 83 und eine Abströmöffnung 85, über die sich in Abhängigkeit der Anströmung des Ventilträgers 29 eine radiale Druckraft auf eine innenseitige Mantelfläche 87 des Ventilkörpers 35 einstellt, die die Aufweitbewegung des Ventilkörpers 35 unterstützt.
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Die 4 zeigt den Ventilkörper 35, bei dem mehrere Ausführungsformen der Erfindung in einem Exemplar beispielhaft dargestellt sind. Das Grundprinzip bei der Ausgestaltung der Drosselstelle 37 besteht darin, dass die Rückstellfeder 41 über den Umfang des Ventilkörpers 35 eine unterschiedliche Rückstellkraft auf den Ventilkörper 35 ausübt.
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Eine erste Möglichkeit zeichnet sich dadurch aus, dass die Rückstellfeder 41 über den Umfang einen unterschiedlichen Innendurchmesser d1: d2 aufweist. Im Umfangsbereich des Schenkels 65 weist die Rückstellfeder 41 einen größeren Innendurchmesser d1 auf als im Umfangsbereich des Schenkels 63. Folglich wird unter der Voraussetzung eines identischen Querschnitts die Rückstellkraft im Bereich des Schenkel 63 größer sein als im Bereich des Schenkels 65, der damit schon bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstell 37 eine Schließbewegung ausübt als der Schenkel 63. Folglich wird es keinen abrupten Dämpfkraftanstieg geben, sondern einen harmonischen Übergang zwischen dem Dämpfkraftniveau basierend auf dem Dämpfventil 5 und dem Einsatz der Drosselstelle 37.
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Des Weiteren kann die Rückstellfeder 41 über den Umfang einen unterschiedlichen Drahtquerschnitt A1; A2 aufweisen. Dazu sind in der 4 beispielhaft für den Umfangsbereich der Rückstellfeder zwei Querschnitte A1; A2 der Rückstellfeder 41 mit unterschiedlichem Drahtquerschnitt dargestellt. Der Unterschied bzgl. des Drahtquerschnitts kann die Querschnittsgröße und/oder die Querschnittsform betreffen. Auch hier wird sich der Ventilkörper 35 nicht gleichmäßig über den Umfangsbereich radial aufweiten.
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Eine weitere Option ist an dem Schenkel 63 des Ventilkörpers 35 realisiert, der über den Umfang einen unterschiedlichen Durchmesser an einem Haltebereich 89 (s. F. 3) des Ventilkörpers 37 für die Rückstellfeder 41 aufweist. Beispielhaft verfügt der Schenkel 63 über eine nach radial außen in Richtung des Zylinders 11 weisende Nocke 91, über die die Rückstellfeder 41 gespannt ist. Dort ist die Rückstellfeder stärker vorgespannt als im benachbarten Umfangsbereich und übt dort eine größere Rückstellkraft aus.
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Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Ventilkörper mindestens eine Stelleinrichtung 93 aufweist, mit der die Rückstellfeder 41 zum Ventilkörper 35 verspannt wird. In der 4 stützt sich die Stelleinrichtung 93, hier beispielhaft dargestellt als eine einfache Schraube 95 in einem Gewinde 97, am Ventilkörper 35 ab. Dafür verfügt der Ventilkörper 35 über einen Gewindeabschnitt, über den die Schraube 95 mehr oder weniger starke von radial innen auf die Rückstellfeder 41 einwirkt und damit die Vorspannung verändert. Es müssen nicht beide Schenkel 63; 65 mit einer Stelleinrichtung 93 versehen sein. Man kann auch einen Schenkel mit einer Grundkraft der Rückstellfeder 41 vorsehen und die Stelleinrichtung dafür verwenden, um eine von der Grundkraft abweichende Rückstellkraft der Rückstellfeder an nur einem Schenkel 65 einzustellen, damit sich die beiden Schenkel 63; 65 bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Drosselstelle 37 in die Schließposition bewegen.
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Mit den 5 und 6 soll gezeigt werden, dass sich die Stelleinrichtung 93 auch am Ventilträger 29 abstützen kann. In der 5 bilden ein die Ringnut 33 begrenzender Steg 99, das Gewinde 97 und die Schraube 95 die Stelleinrichtung 93, die nicht an der Rückstellfeder 41 direkt, sondern am Ventilkörper 35 angreift. Die Schraube 95 ist von außerhalb des Ventilträgers 29 zugänglich und verläuft parallel zur Längsachse des Ventilträgers 29 und damit zur Längsachse des Schwingungsdämpfers 3.
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Mit der Stelleinrichtung 93 wird der Effekt erzielt, dass die beiden Schenkel 63; 65 einen unterschiedlichen radialen Abstand Si zur Innenwandung des Zylinders 11 bzw. der Strömungsleitfläche 39 aufweisen können. Wie man der 7 entnehmen kann, stellt sich bei einem geringeren Abstand S2 zur S3 schon bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Drosselstelle eine Schließbewegung bzw. ein Übergang zum Einsatz der Drosselstelle 37 ein. In der 7 ist der Abstand S1 größer als S2 und S2 größer als S3.
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In der Ausführung nach 6 stützt sich die Stelleinrichtung 93 an einer Nutgrundfläche 101 der Ringnut 33 des Ventilträgers 29 ab, in der der Ventilkörper 35 geführt ist.
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Dafür verfügt der Ventilkörper 35 bevorzugt über eine Sacklochöffnung für das Gewinde 97. Grundsätzlich könnte das Gewinde 97 auch als Durchgangsöffnung ausgeführt sein. Die Sacklochöffnung bietet den Vorteil, dass keine Leckage aus dem Druckraum 81 zwischen der inneren Mantelfläche 87 des Ventilkörpers 35 und der Ringnut 33 unkontrolliert austreten 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
- Dämpfeinrichtung
- 81
- Druckraum
- 83
- Zuströmöffnung
- 85
- Abströmöffnung
- 87
- Mantelfläche
- 89
- Haltebereich
- 91
- Nocke
- 93
- Stelleinrichtung
- 95
- Schraube
- 97
- Gewinde
- 99
- Steg
- 101
- Nutgrundfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
