DE102021201441A1

DE102021201441A1 - Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie

Info

Publication number: DE102021201441A1
Application number: DE102021201441.0A
Authority: DE
Inventors: Jörg Rösseler; Aleksandar Knezevic; Stefan Liehmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-08-18
Also published as: CN117083472A; US20240117853A1; WO2022175254A1; DE102021201441A9

Abstract

Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, umfassend eine Drosselstelle in Verbindung mit einem Ventilelement, das in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich das Ventilelement als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb einer Ringnut eines Ventilträgers in Schließrichtung bewegt, wobei die Ringnut als ein Druckraum ausgeführt ist, der mindestes eine Zuströmöffnung und mindestens eine Abströmöffnung aufweist, wobei das Ventilelement von einer Zentrierung in einem radialen Abstand zu einer Ringnutgrundfläche positioniert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die DE 10 2016 210 790 A1 beschreibt eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, die ein erstes Dämpfventil umfasst, das in einem ersten Betriebsbereich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums in eine Durchlassbetriebsstellung übergeht. Das erste Dämpfventil wird beispielsweise von einem Kolbenventil oder einem Bodenventil des Schwingungsdämpfers gebildet. Ein zweiter Betriebsbereich mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik des Schwingungsdämpfers wird von einer Drosselstelle in Verbindung mit einem Ventilkörper beeinflusst, der unabhängig von der Hublage einer Kolbenstange des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstellung ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich Ventilkörper mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung bewegt. Damit wird eine Zusatzdämpfkraft erzeugt, die den Einsatz eines konventionellen Zug- oder Druckanschlags erübrigt, der nur in einer Endlage der Kolbenstange wirksam ist.
Die Drosselstelle und das Dämpfventil sind hydraulisch in Reihe angeordnet, wobei der Ventilkörper als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement ausgeführt ist, das eine radiale Schließbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche ausführt, bei der ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt eingehalten wird.
In der DE 10 2019 212 966 A1 wird vorgeschlagen, dass das im Durchmesser veränderbare Ringelement zusätzlich von einer Druckkraft innerhalb eines von einer Ringnut gebildetem Druckraum unterstützt wird.
Das im Durchmesser veränderbare Ringelement ist zumindest auf einem großen Umfangsbereich radial schwimmend in der Ringnut des Ventilträgers geführt. Dadurch ergibt sich insbesondere bei der Aktivierung der Dämpfventileinrichtung ein undefiniertes Betriebsverhalten
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das aus dem Stand der Technik bekannte Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ringnut als ein Druckraum ausgeführt ist, der mindestes eine Zuströmöffnung und mindestens eine Abströmöffnung aufweist, wobei das Ventilelement von einer Zentrierung in einem radialen Abstand zu einer Ringnutgrundfläche positioniert wird.
Die Zentrierung bewirkt, dass über den Druckraum eine Druckbeaufschlagung der Mantelfläche des Ventilelements gewährleistet ist. Zusätzlich ergeben sich deutlich gleichmäßigere Abstände des Ventilelements zur Strömungsleitfläche, so dass das Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung geringeren Dämpfkraftabweichungen unterliegt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung werden die Zentrierung von Segmenten gebildet werden, die sich an der Ringnutgrundfläche abstützen. Je nach Ausgestaltung des Ventilelements kann dieses auch als elastisches Bauteil, z. B. als ein Elastomerring ausgeführt sein. Durch eine Materialanhäufung für die Segmente würde die Herstellung des Ventilelement erschwert.
Zur Vereinfachung der Montage können die Segmente zu einem Trägerring zusammengefasst sein. Der Tragring kann dann z. B. ein Mittelteil des Ventilträgers bilden.
Optional kann der Trägerring mit mindestens einer Abstandshülse und zwei Deckscheiben den Ventilträger bildet. Dann kann der Trägerring als ein sehr dünner Ring ausgeführt sein, den man ganz einfach als Stanzbauteil herstellen kann.
Bevorzugt weisen die Segmente eine geringere axiale Bauhöhe auf als die axiale Bauhöhe des Druckraums. Der durch den Kontakt des Segments mit dem Ventilelement entstehende Verlust an druckbeaufschlagter Fläche soll so gering wie möglich gehalten werden. Des Weiteren wird dadurch die Strömung des Dämpfmedium in und durch den Druckraum verbessert.
Eine alternative Bauform zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mantelfläche des Ventilelements die Segmente trägt.
Im Hinblick auf eine möglichst einfache und materialsparende Konstruktion weist die Mantelfläche des Ventilelements Aufnahmeöffnungen für die Segmente auf. Durch die Verwendung von separaten Segmenten kann das Ventilelement auch spritztechnisch oder sintertechnisch einfach hergestellt werden, da Materialanhäufungen vermieden sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist mindestens eine Ringnutseitenfläche der Ringnut eine Zentrierung für das Ventilelement auf. Dazu kann die Ringnutseitenfläche z. B. eine umlaufende Kante aufweisen, an der sich das Ventilelement in der maximalen Öffnungsposition abstützen kann.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung
2-4 Dämpfventileinrichtung nach 1 im Detail
5 - 7 Alternativvarianten zur Ausführung nach den 2-4

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.
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.
Beispielhaft ist ein Ventilträger 25 der Dämpfventileinrichtung 1 direkt an der Kolbenstange 9 fixiert.
Der Ventilträger 25 weist eine umlaufende Ringnut 27 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement 29 geführt ist. Dieses Ventilelement 29 ist radial beweglich oder radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 31 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ventilelement 29 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle 31, wobei die Innenwandung eine Strömungsleitfläche 33 darstellt.
Das Ventilelement 29 ist mit einer Rückstellfeder 35 bestückt, wie. z. B. in der 2 vergrößert dargestellt ist. Zwischen der Strömungsleitfläche 33 und einer äußere Mantelfläche 37 des Ventilelements 29 liegt ein variabler Drosselquerschnitt 39 vor, der eine zusätzliche Dämpfkraft erzeugt.
Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 1 m/s, ist die Drosselstelle 31 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 41; 43 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 45; 47 begrenzt.
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 29 in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 33 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 31 bildet sich ein Unterdruck, der zu einer radialen Aufweitung des Ventilelements 29 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 31 auftreten kann, kann der definierte Mindestdurchlassquerschnitt z. B. von der Rückstellfeder 35 eingehalten werden. In der vorliegenden Ausführung verfügt der Ventilträger 25 über einen Anschlag 49 an einer Deckscheibe 51; 53 des Ventilträgers 25.
Die 2 zeigt eine Detaildarstellung der Dämpfventileinrichtung 1 nach 1. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Ringnut 27 mit einer inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 29, Ringnutseitenflächen 57; 59 der Deckscheiben 51; 53 und einer Ringnutgrundfläche 61 einen Druckraum 63 bildet, der über mindestens eine Zuströmöffnung 65 und eine Abströmöffnung 67 mit dem Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers 3 verbunden ist. Der Druckraum 63 bewirkt über eine nach radial au-ßen gerichtete, das Ventilelement 29 aufweitende Kraftkomponente, die die in der Drosselstelle 37 herrschende Unterdrucksituation unterstützt. Die Funktionsbezeichnungen Zuströmöffnung und Abströmöffnung sind bei einer entgegengesetzten Anströmung der Dämpfventileinrichtung sinngemäß zu tauschen.
In der Zusammenschau der 2, 3 und 4 ist der Aufbau des Ventilträgers 25 erkennbar. Der Ventilträger 25 umfasst u. a. die beiden Deckscheiben 51; 53, die über einen Trägerring 69 miteinander verbunden sind. Alle drei Bauteile zentrieren sich über ihre Durchgangsöffnungen 71; 73; 75 an der Kolbenstange 9.
Das Ventilelement 29 in der vorliegenden Ausführung umfasst zwei Schenkel 29A; 29B, die über ein Drehlager 77 miteinander verbunden sind. Das Drehlager 77 verfügt über keine Verbindung mit dem Ventilträger 25, wie die in dem relevanten Flächenbereich geschlossenen Deckscheiben 51 53 zeigen. Folglich kann das Ventilelement 29 in einer beliebigen rotatorischen Ausrichtung innerhalb der Ringnut 27 angeordnet sein. Damit das Ventilelement 29 innerhalb der Ringnut 27 keine beliebige radiale Ausgangsposition einnehmen kann, wird das Ventilelement 29 von einer Zentrierung 79 in einem radialen Abstand zu der Ringnutgrundfläche 61 positioniert.
Dabei wird die Zentrierung 79 von Segmenten 81 gebildet, die sich an der Ringnutgrundfläche 61 abstützen. In der Ausführung nach den 2 bis 4 sind die Segmente 81 an dem Trägerring 69 zusammengefasst. Dabei weisen die Segmente 81 eine geringere axiale Bauhöhe auf als die axiale Bauhöhe des Druckraums 63, so dass das Dämpfmedium im Druckraum 63 die Segmente 81 umspülen kann. Die Segmente 81 können vergleichsweise flach ausgeführt sein, da der Druck innerhalb des Druckraums 63 überall denselben Druck aufweist und deshalb keine sonderlich hohe Belastung auf die Segmente 81 einwirkt.
In der Ausgangsstellung der Dämpfventileinrichtung 1 liegt das Ventilelement 29 mit seiner inneren Mantelfläche 55 an den Segmenten 81 an, 2, und weist damit einen definierten Querschnitt der Drosselstelle 31 in Umfangsrichtung auf. Es kann durchaus gewollt sein, dass die Segmente 81 eine unterschiedliche radiale Erstreckung aufweisen, und damit auch der Drosselquerschnitt 39 über den Umfang des Ventilelements 29 unterschiedlich ausfällt. Mit der Zentrierung 79 ist der unterschiedliche Drosselquerschnitt 39 jedoch nicht unbestimmt, sondern auf eine gewünschte Dämpfkraftkennlinie der Dämpfventileinrichtung optimiert.
Die 5 zeigt eine Abwandlung des Ventilträgers nach den 2 bis 4. Abweichend bildet der Trägerring 69 mit mindestens einer Abstandshülse 83 und zwei Deckscheiben 51; 53 den Ventilträger 25. Der Trägerring 69 ist bevorzugt so dünn ausgeführt, sodass eine Stanzherstellung möglich ist. Mit den Abstandshülsen 83 wird der axiale Bauraum und damit die druckbeaufschlagbare Fläche des Ventilelements 29 bestimmt. In dieser Darstellung sind zwei Abstandshülsen 83 vorgesehen. Man kann den Trägerring 69 jedoch auch direkt an einer der Deckscheiben 51: 53 anordnen. Die Abstandshülsen 83 zentrieren sich wie die übrigen Bauteile 51; 53, 69 des Ventilträgers 25 ebenfalls an der Kolbenstange 9.
Die Ausführung nach 6 zeigt einen Ventilträger 25 mit einer einfachen Abstandshülse und zwei Deckscheiben 51; 53, die die Ringnut 27 bilden. Abweichend trägt die innere Mantelfläche 55 des Ventilelements 29 die Segmente 81. Bevorzugt weist die innere Mantelfläche 55 des Ventilelements 29 Aufnahmeöffnungen 85 für die Segmente 81 auf, um den Herstellungsaufwand für die Zentrierung 77 zu minimieren.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Ventilträgers 25 mit einer Zentrierfunktion für das Ventilelement. Dabei weist mindestens eine Ringnutseitenfläche 57 der Ringnut 27 die Zentrierung für das Ventilelement auf. Die Zentrierung 77 wird durch einen Absatz 87 an einer der beiden Deckscheiben 51; 53 erreicht. Für die Zentrierung 77 ist nur eine geringe axiale Ausdehnung des Absatzes 87 notwendig, so dass der Absatz 87 auch mittels einer Prägung der Deckscheiben 51; 53 herstellbar ist. In Richtung der Ringnutseitenfläche 57 der Deckscheibe 51, die auch den Absatz 87 aufweist, sind mehrere axiale Vorsprünge 89 an einer Deckfläche 91 des Ventilelements 29 ausgeführt, die mit dem Absatz 87 zusammenwirken, und damit die Zentrierfunktion für das Ventilelement 29 innerhalb des Druckraums 63 ausüben. Auch hier genügt eine einfache Abstandshülse 83 ohne besondere Profilierung.
Bezugszeichenliste

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: Ventilträger
27: Ringnut
29: Ventilelement
29A: Schenkel des Ventilelements
29: Schenkel des Ventilelements
31: Drosselstelle
33: Strömungsleitfläche
35: Rückstellfeder
37: äußere Mantelfläche des Ventilelements
39: Drosselquerschnitt der Drosselstelle
41: Ventilsitzfläche
43: Ventilsitzfläche
45: Stützscheibe
47: Stützscheibe
49: Anschlag
51: Deckscheibe
53: Deckscheibe
55: innere Mantelfläche des Ventilelements
57: Ringnutseitenfläche
59: Ringnutseitenfläche
61: Ringnutgrundfläche
63: Druckraum
65: Zuströmöffnun
67: Abströmöffnung
69: Trägerring
71: Durchgangsöffnung
73: Durchgangsöffnung
75: Durchgangsöffnung
77: Drehlager
79: Zentrierung
81: Segment
83: Abstandshülse
85: Aufnahmeöffnung
87: Absatz
89: Vorsprung
91: Deckfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016210790 A1 [0002]
DE 102019212966 A1 [0004]

Claims

Dämpfventileinrichtung (1) für einen Schwingungsdämpfer (3), umfassend eine Drosselstelle (31) in Verbindung mit einem Ventilelement (29), das in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle (31) ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich das Ventilelement (29) als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb einer Ringnut (27) eines Ventilträgers (25) in Schließrichtung bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (27) als ein Druckraum (63) ausgeführt ist, der mindestes eine Zuströmöffnung (65) und mindestens eine Abströmöffnung (67) aufweist, wobei das Ventilelement (29) von einer Zentrierung (79) in einem radialen Abstand zu einer Ringnutgrundfläche (61) positioniert wird.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierung (79) von Segmenten (81) gebildet werden, die sich an der Ringnutgrundfläche (61) abstützen.
Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (81) zu einem Trägerring (69) zusammengefasst sind.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (69) mit mindestens einer Abstandshülse (83) und zwei Deckscheiben (51; 53) den Ventilträger (25) bildet.
Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (81) eine geringere axiale Bauhöhe aufweisen als die axiale Bauhöhe des Druckraums (63).
Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantelfläche (55) des Ventilelements (29) die Segmente (81) trägt.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (55) des Ventilelements (29) Aufnahmeöffnungen (85) für die Segmente (81) aufweist.
Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ringnutseitenfläche (57) der Ringnut (27) eine Zentrierung (87) für das Ventilelement (29) aufweist.