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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung 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, bei der ein radial aufweitbares Ventilelement mit einer Strömungsleitfläche eine Drosselstelle bildet, die mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit eine höhere Dämpfkraft erzeugt, indem sich ein Drosselquerschnitt bzgl. seiner Größe verringert und damit einer progressive Dämpfkraftkennlinie folgt.
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Das Ventilelement ist in einer Ringnut gekammert und wird von einer elastischen Ringfeder nach radial innen vorgespannt. Das Ventilelement kann einen Radialschlitz aufweisen, um die notwendigen Kräfte für eine Aufweitbewegung zu reduzieren. Die Ringfeder ist in einer Nut des Ventilelements gekammert und übt auf einer äußeren Mantelfläche eine Druckkraft aus. Für die Montage der Ringfeder ist eine radiale Ausweitbewegung notwendig, die sich für den Montageprozess nur schwerlich automatisieren lässt. Des Weiteren ist die Rückstellkraft sehr stark abhängig von dem Querschnitt der Ringfeder. Geht man von einem einfachen Federdraht als Halbzeug aus, dann wirken sich schon kleinste maßliche Abweichungen auf die Größe der Rückstellkraft aus. Die Größe der Rückstellkraft ist jedoch wiederum ein wichtiger Einflussfaktor für die Dämpfkraftkennlinie der Drosselstelle. Bisher hat es sich als hilfreich erwiesen, sehr genau gefertigte Ringfedern zu verwenden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für die Toleranzen bei der Federkraft der Ringfeder zu finden.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Rückstellfeder als eine Axialfeder ausgeführt ist, die das Ventilelement gegen eine Führungsfläche des Ventilträgers beaufschlägt, wobei das Ventilelement mit der Führungsfläche des Ventilträgers eine Verschiebeverbindung bildet.
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Der große Vorteil besteht darin, dass eine sehr einfache Feder beliebiger Bauform verwendet werden kann. Bedingt durch die Schiebeverbindung wirkt sich ein Krafttoleranzfehler der Rückstellfeder nicht so deutlich aus.
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Bevorzugt wird die Rückstellfeder von einer Scheibenfeder gebildet. Dadurch kann ein Ringspalt zwischen dem Ventilelement und dem Ventilträger von der Scheibenfeder abgedichtet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die Scheibenfeder zwei radial beabstandete Federschenkel auf. Die beiden Federschenkel sorgen für eine stabile Abstützung des Ventilelements ohne Kippmoment. Folglich besteht immer ein konstant geschlossener Kontakt innerhalb der Schiebeverbindung.
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Zur Ansteuerung des Ventilelements kann vorgesehen sein, dass die Ringnut mit einer Mantelfläche des Ventilelements und Ringnutseitenflächen des Ventilträgers einen Druckraum bildet, der über eine Zuströmöffnung und eine Abströmöffnung mit einem Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers verbunden ist, wobei eine innere Mantelfläche des Ventilelements in Richtung der Ringnutgrundfläche geneigt ausgeführt ist.
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Wenn der Neigungswinkel der inneren Mantelfläche derart ausgeführt ist, dass eine Druckkraftkomponente innerhalb des Druckraums gegen die Kraft der Rückstellfeder wirksam ist, dann wird dadurch die Verschiebeverbindung entlastet und das Ventilelement weitet sich schon bei geringeren Drücken radial auf.
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Ist ein entgegengesetztes Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung gewünscht, dann ist der Neigungswinkel der inneren Mantelfläche derart ausgeführt, dass eine Druckkraftkomponente innerhalb des Druckraums zusammen mit der Kraft der Rückstellfeder das Ventilelement in Richtung der Verschiebeverbindung belastet.
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Im Hinblick auf eine einfache Montage des Ventilelements und der Rückstellfeder ist der Ventilträger axial geteilt ausgeführt.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass dem Ventilelement und/oder der Axialfeder eine Einstellscheibe beigeordnet ist. Damit kann nachträglich die Vorspannung der Rückstellfeder verändert werden, wodurch die Dämpfkraftcharakteristik der Dämpfventileinrichtung einstellbar ist.
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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 Detaildarstellung der Dämpfventileinrichtung nach 1
- 3 -5 Alternativvarianten zur Ausführung nach 2
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Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Neben der Dämpfventileinrichtung 1 umfasst der Schwingungsdämpfer 3 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 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 17; 19 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 einen Ventilträger 29, der direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite des Trägers 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 Ringnut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement 35 geführt ist. Dieses Ventilelement 35 ist radial beweglich oder radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ventilelement 35 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle 37, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einem vom Zuganschlag unabhängigen Ventilträger ausgeführt sein.
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Deckseitig trägt das Ventilelement 35 eine Rückstellfeder 41, wie in den 2 und 3 vergrößert dargestellt ist. Zwischen der Innenwandung 39 und einer äußere Mantelfläche 43 des Ventilelements 35 liegt ein variabler Drosselquerschnitt 45 vor, der eine zusätzliche Dämpfkraft erzeugt.
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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.
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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 das Ventilelement 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 Ventilelements 35 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von der Rückstellfeder 41 eingehalten.
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Die 2 zeigt eine Vergrößerung der Dämpfventileinrichtung nach 1 mit einer abweichenden Befestigungstechnik an der Kolbenstange 9. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Ringnut 33 mit einer inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 35 und Ringnutseitenflächen 57; 59 und einer Ringnutgrundfläche 61 einen Druckraum 63 bildet, der über eine Zuströmöffnung 65 und eine Abströmöffnung 67 mit dem Arbeitsraum 13 des Schwingungsdämpfers 3 verbunden ist. Der Druckraum 63 bewirkt über die innere Mantelfläche 55 eine nach radial außen gerichtete, das Ventilelement 35 aufweitende Kraftkomponente, die die in der Drosselstelle 37 herrschende Unterdrucksituation unterstützt.
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In der Vergrößerung sind auch die Rückstellfeder 41 und das Profil der Ringnut 33 detaillierter dargestellt. Die Rückstellfeder 41 ist im Gegensatz zum genannten Stand der Technik als eine Axialfeder ausgeführt ist, die das Ventilelement 35 gegen eine Führungsfläche 69 des Ventilträgers 29 beaufschlägt, wobei das Ventilelement 35 mit der Führungsfläche 69 des Ventilträgers 29 eine Verschiebeverbindung 71 bildet. Die Führungsfläche 69 bildet einen Teilabschnitt der Ringnutseitenfläche 57.
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Die Verschiebeverbindung 71 wird von einem Konusprofil 73 einer in Richtung der Ringnutseitenfläche weisenden Deckfläche 75 des Ventilelements 35 und einem Gegenkonusprofil der Ringnutseitenfläche gebildet. Man könnte auch ballige Funktionsprofile für die Verschiebeverbindung vorsehen. Die Wirklinie 77 der Axialfeder 41 schneidet die beiden Ringnutseitenflächen 57; 59. Die Verschiebeverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass die kontaktierenden Flächen stets in einem Gleitkontakt stehen. Aufgrund der zu einer Wirklinie 77 der Federkraft der Axialfeder 41 geneigten Profile 63; 73 ergibt sich eine Radialkraftkomponente, die eine Rückstellbewegung des Ventilelements 35 in Richtung der Ringnutgrundfläche 61 bewirkt.
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Grundsätzlich kann die Rückstellfeder 41 bzw. Axialfeder in jeder bekannten Bauform ausgeführt sein. Bevorzugt wird die Rückstellfeder 41 von einer Scheibenfeder gebildet, da über den Kontakt von anliegenden Kanten 79; 81 und/oder Flächen 83; 85 der eingesetzten Scheibenfeder 41 an einer Deckseite 85 des Ventilelements 35 oder der Ringnutseitenflächen 59 eine Dichtfunktion erreicht wird, die eine undefinierte Strömungs- bzw. Druckverteilungssituation innerhalb der Dämpfventileinrichtung 1 verhindert. So kann kein Dämpfmedium parallel zur Zuströmöffnung 65 außenseitig in den Druckraum 63 einströmen oder durch einen undefinierten Ringspalt die Größe ein druckbeaufschlagten Fläche, gebildet von der in Richtung der Ringnutseitenfläche 59 weisenden Deckseite 81 des Ventilelements, variieren.
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Die 2 zeigt des Weiteren, dass die Scheibenfeder 41 zwei radial beabstandete Federschenkel 87; 89 aufweist. Zwischen den beiden Federschenkeln 87; 89 liegt eine Stützfläche 83 vor, die tendenziell parallel zur Deckseite 85 des Ventilelements verläuft. Dadurch soll ein Kippmoment auf das Ventilelement 35 vermieden werden.
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Der Einsatz des Druckraums 63 innerhalb des Ventilträgers 29 bietet die Möglichkeit, dass durch die Gestaltung der druckbeaufschlagten Flächen Effekte für die Dämpfventileinrichtung 1 erzielt werden. Im vorliegenden Fall ist die innere Mantelfläche 55 des Ventilelements 35 in Richtung der Ringnutgrundfläche 61 geneigt ausgeführt.
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In der Ausführung gemäß der 2 ist ein Neigungswinkel α der inneren Mantelfläche 55 derart ausgerichtet, dass eine Druckkraftkomponente innerhalb des Druckraums gegen die Kraft der Rückstellfeder 41 wirksam ist. Der eingeschlossene Neigungswinkel α zwischen der Deckseite 85 in Richtung der Axialfeder und der inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 35 ist kleiner als 90°. Damit wird das Ventilelement von der Druckkraft innerhalb des Druckraums 63 bezogen auf die Verschiebeverbindung 71 entlastet. Tendenziell wirkt sich die Verschiebeverbindung 71 bzw. deren Rückstellkraft bei einer Aktivität der Drosselstelle 37 geringer aus. Tendenziell kann eine größere Federkraft der Rückstellfeder 41 zugelassen werden, wodurch sich die Dimensionierung der Rückstellfeder 41 vereinfacht.
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Es ist nicht zwingend erforderlich, vereinfacht jedoch die Montage des Ventilelements 35 und der Rückstellfeder 41, wenn der Ventilträger 29 axial geteilt ausgeführt ist.
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In der 2 ist dem Ventilelement 35 und/oder der Axialfeder 41 eine Einstellscheibe 91 beigeordnet. Über die Einstellscheibe 91 kann die Vorspannung der Axialfeder 41 eingestellt werden. Dabei ist die Einstellscheibe 91 zwischen dem Ventilelement 35 und der Ringnutseitenfläche 59 bevorzugt zwischen der Deckseite 85 des Ventilelements und der Rückstellfeder 41 angeordnet. Als Einstellscheibe 91 kann eine einfache Scheibe, z. B. eine metallische starre Scheibe eingesetzt werden, die sich beispielsweise an der Ringnutgrundfläche 61 zentriert.
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In der Ausführung nach 3 ist der funktionale Vorteil eines axial geteilten Ventilträgers 29 noch deutlicher zu erkennen. Die Rückstellfeder 41 spannt ein Hülsenteil 93 zu einem Deckelteil 95 auf Distanz vor. Dadurch ergibt sich ein Ringspalt 97, dessen Höhe als Maß für die Maximalhöhe der einsetzbaren Einstellscheiben 91 axial außerhalb des Ventilträgers 29 dienen können. Die Bauteilgrenze innerhalb des Ventilträgers ist nur beispielhaft gewählt. Man kann den Ventilträger 29 auch derart unterteilen, sodass zwei Gleichteile vorliegen. Der Vorteil dieser Bauweise liegt darin, dass das die Dämpfventileinrichtung sehr leicht mit einer Einstellscheibe 91 nachgerüstet werden kann.
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Mit der Ausführung nach 4 soll gezeigt werden, der Neigungswinkel α der inneren Mantelfläche 55 alternativ auch derart ausgerichtet sein kann, dass eine Druckkraftkomponente innerhalb des Druckraums 63 zusammen mit der Kraft der Rückstellfeder 41 das Ventilelement 35 in Richtung der Verschiebeverbindung 71 belastet. Der zwischen der Deckseite 85 des Ventilelements 35 und der inneren Mantelfläche 63 eingeschlossene Neigungswinkel α ist größer als 90°. Je größer die hydraulische radiale Aufweitkraft betriebsbedingt ist, umso größer ist auch eine radiale hydraulische Gegenkraft. Dieses Kräfteverhältnis bestimmt auch das Aufweitverhalten des Ventilelements 35. Je größer die hydraulische Gegenkraft ist, umso größer muss die Anströmung der Dämpfventileinrichtung sein, um eine bestimmte Aufweitposition des Ventilelements 35 zu erreichen.
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Man kann, wie die 5 zeigt, auch vorsehen, dass das Ventilelement 35 der Dämpfventileinrichtung 1 an beiden Deckseiten 75; 85 ein Profil 73 für die Verschiebeverbindung 71 und eine geneigte innere Mantelfläche 55 aufweist. Je nach Ausrichtung der inneren Mantelfläche 55 zum Druckraum 63 kann ein Betriebsverhalten entsprechend den 2 und 3 oder der 4 erreicht werden, d. h. es liegen zwei verschiedenen Dämpfkraftcharakteristiken vor, ohne dass an oder in der Dämpfventileinrichtung 1 verschiedene Bauteile eingesetzt werden müssen.
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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
- Ventilelement
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41
- Rückstellfeder
- 43
- Mantelfläche
- 45
- Drosselquerschnitt
- 47
- Ventilsitzfläche
- 49
- Ventilsitzfläche
- 51
- Stützscheibe
- 53
- Stützscheibe
- 55
- innere Mantelfläche
- 57
- Ringnutseitenfläche
- 59
- Ringnutseitenfläche
- 61
- Ringnutgrundfläche
- 63
- Druckraum
- 65
- Zuströmöffnung
- 67
- Abströmöffnung
- 69
- Führungsfläche
- 71
- Verschiebeverbindung
- 73
- Konusprofil
- 75
- Deckfläche
- 77
- Wirklinie
- 79
- Kanten
- 81
- Kanten
- 83
- Stützfläche
- 85
- Deckseite
- 87
- Federschenkel
- 89
- Federschenkel
- 91
- Einstellscheibe
- 93
- Hülsenteil
- 95
- Deckelteil
- 97
- Ringspalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
