DE102022200699A1

DE102022200699A1 - Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie

Info

Publication number: DE102022200699A1
Application number: DE102022200699.2A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Rölleke; Mathias Balensiefer; Alexander Au
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2042-01-22
Also published as: DE102022200699B4; CN116480717A

Abstract

Schwingungsdämpfer mit einer in einem Zylinder axial beweglichen Kolbenstange, wobei die Kolbenstange mit einer Dämpfventileinrichtung in Wirkverbindung steht, umfassend eine Drosselstelle in Verbindung mit einem Ventilkörper, der in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung übergeht, wobei sich Ventilkörper mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung bewegt, indem 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, wobei eine Anschlagfeder innerhalb des Zylinders mit einer Federkraft, die der Kolbenstangenbewegung entgegengesetzt gerichtet ist, in Abhängigkeit der Hublage der Dämpfventileinrichtung zur Anschlagfeder eine Stellkraft auf den Ventilkörper der Dämpfventileinrichtung ausübt.

Description

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.
In der älteren DE 10 2020 209 102 A1 wird die Kombination einer Zuganschlagfeder mit einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfventileinrichtung vorgeschlagen. Die Zuganschlagfeder wirkt mit einem Ventilträger der Dämpfventileinrichtung zusammen, indem z. B. der Ventilträger erst ab einer definierten Hublage von der Kolbenstange gegen eine Zuganschlagfeder bewegt wird, oder eine zusätzliche Drosselscheibe mit dem Ventilträger einen Drosselquerschnitt definiert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, weitere Ausführungen für die Kombination einer Zuganschlagfeder mit einer Dämpfventileinrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Anschlagfeder innerhalb des Zylinders mit einer Federkraft, die der Kolbenstangenbewegung entgegengesetzt gerichtet ist, in Abhängigkeit der Hublage der Dämpfventileinrichtung zur Anschlagfeder eine Stellkraft auf den Ventilkörper der Dämpfventileinrichtung ausübt.
Bei dieser Bauform kann ein konventioneller axial an der Kolbenstange fixierter Ventilträger verwendet werden. Im Gegensatz zum aufgezeigten Stand der Technik ist der Ventilkörper direkt Bestandteil des Verstellmechanismus.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Ventilkörper eine Spreizfläche auf, an der die Anschlagfeder zumindest mittelbar eingreift.
Grundsätzlich kann der Ventilkörper axial spielbehaftet geführt sein, um das Grundprinzip der Dämpfventileinrichtung erfüllen zu können. Um einen Verschleiß am Ventilkörper durch das häufige Anschlagen des Ventilkörpers am Ventilträger zu vermeiden, weist der Ventilkörper eine Führungsnut auf, über die der Ventilkörper den Ventilträger randseitig einfasst.
Bevorzugt trägt die Anschlagfeder mindestens ein Spreizelement, dass mit der Spreizfläche des Ventilkörpers zusammenwirkt. Der Ventilkörper kann z. B. aus Kunststoff gefertigt sein, so dass ein direkter verschleißende Kontakt mit der metallischen Anschlagfeder vermieden wird.
Optional kann die Dämpfventileinrichtung eine Kompensationsfeder aufweisen, die das Spreizelement entgegen der Anschlagfeder vorspannt. Damit kann die Spreizkraft, die auf den Ventilkörper wirkt leichter eingestellt werden.
Im Hinblick auf einen einfachen Gesamtaufbau der Dämpfventileinrichtung stützt sich die Kompensationsfeder an dem Ventilträger axial ab.
In weiterer vorteilafter Ausgestaltung der Erfindung kann das Spreizelement mit dem Ventilträger bezogen auf die Drosselstelle der Dämpfventileinrichtung einen hydraulischen Anschlag bilden.
Dafür kann das Spreizelement mindestens einen Kanal aufweisen, der eine Komponente des hydraulischen Anschlags bildet.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch zentriert sich das Spreizelement an der Kolbenstange. Der Ventilträger kann entsprechend einfach ausgestaltet sein.
Der hydraulische Anschlag lässt sich insbesondere dadurch einfach umfassen, indem eine Führungsfläche des Spreizelements für die Kolbenstange mindestens eine Axialnut als Kanalabschnitt aufweist.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Dämpfventileinrichtung
2 Dämpfventileinrichtung nach 1 mit wirksamer Anschlagfeder
3 u. 4 Dämpfventileinrichtung mit einem Spreizelement
5 u. 6 Dämpfventileinrichtung mit einem zusätzlichen hydraulischen Anschlag

Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst nicht dargestellte Dämpfventile in einem als Kolben 5 ausgeführten Dämpfventilkörper, der an einer Kolbenstange 7 befestigt ist.
Der Kolben 5 unterteilt einen Zylinder 9 des Schwingungsdämpfers 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 111; 13, die beide mit hydraulischen Dämpfmedium gefüllt sind.
Zusätzlich den Dämpfventilen im Kolben 5 verfügt der Schwingungsdämpfer 3 über ein zweites Dämpfventil 15, das räumlich zwischen dem Kolben 7 und einer Kolbenstangestangenführung 17 direkt an der Kolbenstange 9 durch eine Formschlussverbindung fixiert ist.
Ein Ventilträger 19 des zweiten Dämpfventils 15 weist scheibenförmigen Grundkörper auf, der ein im Durchmesser veränderbares Ringelement trägt. Dieses Ringelement ist radial elastisch oder umfasst mehrere Glieder, die zueinander beweglich ausgeführt sind. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung bildet das Ringelement einen Ventilkörper 21 für eine Drosselstelle 23 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Der Ventilkörper 21 zentriert sich in der Ausgangsstellung bzw. maximalen Durchlassstellung des Ventilkörpers 21 an der Kolbenstangen 7 und bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 9 die Drosselstelle 23, wobei die Innenwandung eine Strömungsleitfläche 25 darstellt.
Außenseitig trägt der Ventilkörper 21 eine Rückstellfeder 27, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings. Die Rückstellfeder 27 kann die maximale Aufweitbewegung des Ventilkörpers 21 begrenzen, stellt aber auch eine Rückstellkraft für den Ventilkörper 21 in die maximale Durchlassstellung dar.
Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 2m/s, ist die Drosselstelle 23 vollständig geöffnet. Die Dämpfkraft wird dann nur von von dem jeweils durchströmten Dämpfventil im Kolben 5 erzeugt.
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 der Ventilkörper 21 in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 25 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 23 bildet sich ein Unterdruck, der zu einer radialen Aufweitung des Ventilkörpers 21 führt. Eine vollständige Blockierung der Drosselstelle wird durch konstruktive Maßnahmen verhindert, indem z. B. der Ventilkörper 21 eine Außenprofilierung aufweist oder die Rückstellfeder 27 als Anschlag dient.
Neben der Abhängigkeit der Drosselstelle 23 von Strömungsgeschwindigkeit ist vorgesehen, dass mindestens eine die Dämpfkraft der Drosselstelle 23 beeinflussende Komponente in Abhängigkeit der Hublage des Schwingungsdämpfers 3 verändert wird.
Innerhalb des Zylinders 9 ist eine Anschlagfeder 29 mit einer Federkraft angeordnet, die der Kolbenstangenbewegung entgegengesetzt gerichtet ist. Die Anschlagfeder 29 ist in den Ausführungsbeispielen innerhalb des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums 11 zwischen der Kolbenstangenführung 17 und dem Ventilträger 19 angeordnet. Grundsätzlich kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit einer Anschlagfeder im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 eingesetzt werden.
Die Anschlagfeder 29 ist u. a. dafür vorgesehen, dass sie in Abhängigkeit der Hublage der Dämpfventileinrichtung 1 zur Anschlagfeder 29 eine Stellkraft auf den Ventilkörper 21 der Dämpfventileinrichtung 1 ausübt. Dafür weist der Ventilkörper 21 in Richtung der Anschlagfeder 29 eine konische Spreizfläche 31 auf, an der die Anschlagfeder 29 zumindest mittelbar eingreift. Der die Spreizfläche 31 bildende Konus erweitert sich in Richtung der Strömungsleitfläche 25 bzw. der Innenwandung des Zylinders 9.
Wenn sich der Ventilkörper 21 im Rahmen einer Schwingungsbewegung der Kolbenstange 7 außerhalb des Wirkbereichs der Anschlagfeder 29 befindet, dann übt bei ausreichend hoher Strömungsgeschwindigkeit die Unterdruckkraft innerhalb der Drosselstelle eine Aufweitkraft auf den Ventilkörper 21 aus. Tritt jedoch eine Verspannung der Anschlagfeder 29 auf, wie die 2 zeigt, dann stützt sich die Anschlagfeder 29 an der Spreizfläche 31 ab und übt auf den Ventilkörper 21 eine zusätzliche Aufweitkraft aus. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen der Strömungsleitfläche 25 und dem Ventilkörper 21, so dass der Unterdruckeffekt innerhalb der Drosselstelle 23 und damit die Dämpfkraft der Dämpfventileinrichtung 1 steigt.
Die Ausführung der Dämpfventileinrichtung nach den 3 und 4 basiert auf der Ausführung nach den 1 und 2. Abweichend weist der Ventilkörper 21 eine Führungsnut 33 auf, über die der Ventilkörper 21 den Ventilträger 19 randseitig einfasst. Damit ist der Ventilkörper 21 bezogen auf den Ventilträger 19 axial ortsfest gelagert.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Anschlagfeder 29 mindestens ein Spreizelement 35 trägt, dass mit der Spreizfläche 31 des Ventilkörpers 21 zusammenwirkt und sich ebenfalls an der Kolbenstange 7 zentriert. Das Spreizelement 35 weist ebenfalls eine Spreizfläche 37 auf, die zu der Spreizfläche 31 des Ventilkörpers 21 ausgerichtet ist. Man kann ein ringförmiges Spreizelement 35 einsetzen, jedoch auch segmentartige Spreizelemente vorsehen.
Optional kann die Dämpfventileinrichtung 1 eine Kompensationsfeder 39 aufweisen, die das Spreizelement 35 entgegen der Anschlagfeder 29 vorspannt. Dabei stützt sich die Kompensationsfeder 39 bevorzugt an dem Ventilträger 19 axial ab. Folglich wird für die Kompensationsfeder 39 keine zusätzliche Stützfläche an der Kolbenstange 7 benötigt. Die Kompensationsfeder 39 kann eine beliebige Bauform aufweisen. Beispielhaft ist in den 3 und 4 eine Schraubendruckfeder dargestellt, die in einer Sacklochöffnung 41 des Spreizelements 35 radial geführt ist.
Mit den 5 und 6 soll gezeigt werden, dass das Spreizelement 35 mit dem Ventilträger 19 bezogen auf die Drosselstelle 23 der Dämpfventileinrichtung einen hydraulischen Anschlag 43 bilden kann. Dafür weist das Spreizelement 35 mindestens einen Kanal 45 auf, der eine Komponente des hydraulischen Anschlags 43 bildet. Innerhalb des Ventilträgers 19 ist mindestens eine axial verlaufende Drosselöffnung 47 ausgeführt, die beliebig offen oder auch vom Ventilkörper 21 in seiner Durchlassstellung bezogen auf die Drosselstelle 23 verschlossen sein kann.
Das Spreizelement 35 verfügt über einen ersten Kanalabschnitt 49, der an einer in Richtung des Ventilträgers 19 weisende Deckfläche 51 ausgeführt ist. Eine Führungsfläche 53 des Spreizelements 35 für die Kolbenstange 7 weist mindestens eine Axialnut als weiteren Kanalabschnitt 55 auf.
Wenn das Spreizelement 35 an der Spreizfläche 31 des Ventilkörpers 21 in Eingriff kommt, dann steht der ansonsten offene Strömungsweg zwischen diesen beiden Elementen 21; 35 nicht mehr uneingeschränkt zur Verfügung. Die Drosselöffnung 47 bildet dann über die Kanalabschnitte 49; 55 den hydraulischen Anschlag 43, der hydraulisch parallel zur Drosselstelle 23 wirksam ist.
Bezugszeichenliste

1: Dämpfventileinrichtung
3: Schwingungsdämpfer
5: Kolben
7: Kolbenstange
9: Zylinder
11: kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
13: kolbenstangenferner Arbeitsraum
15: zweites Dämpfventil
17: Kolbenstangenführung
19: Ventilträger
21: Ventilkörper
23: Drosselstelle
25: Strömungsleitfläche
27: Rückstellfeder
29: Anschlagfeder
31: Spreizfläche
33: Führungsnut
35: Spreizelement
37: Spreizfläche des Spreizelements
39: Kompensationsfeder
41: Sacklochöffnung
43: hydraulischer Anschlag
45: Kanal
47: Drosselöffnung
49: erster Kanalabschnitt
51: Deckfläche
53: Führungsfläche
55: zweiter Kanalabschnitt 57
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016210790 A1 [0002]
DE 102020209102 A1 [0007]

Claims

Schwingungsdämpfer (3) mit einer in einem Zylinder (9) axial beweglichen Kolbenstange (7), wobei die Kolbenstange (7) mit einer Dämpfventileinrichtung (1) in Wirkverbindung steht, umfassend eine Drosselstelle (23) in Verbindung mit einem Ventilkörper (21), der in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle (23) ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung übergeht, wobei sich Ventilkörper (21) mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung bewegt, indem der Ventilkörper (21) als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement ausgeführt ist, das eine radiale Schließbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche (25) ausführt, bei der ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt eingehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlagfeder (29) innerhalb des Zylinders (7) mit einer Federkraft, die der Kolbenstangenbewegung entgegengesetzt gerichtet ist, in Abhängigkeit der Hublage der Dämpfventileinrichtung (1) zur Anschlagfeder (29) eine Stellkraft auf den Ventilkörper (21) der Dämpfventileinrichtung (1) ausübt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (21) eine Spreizfläche (31) aufweist, an der die Anschlagfeder (29) zumindest mittelbar eingreift.
Schwingungsdämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (21) eine Führungsnut (33) aufweist und den Ventilträger (19) randseitig einfasst.
Schwingungsdämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfeder (29) mindestens ein Spreizelement (35) trägt, dass mit der Spreizfläche (31) des Ventilkörpers (21) zusammenwirkt.
Schwingungsdämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfventileinrichtung (1) eine Kompensationsfeder (39) aufweist, die das Spreizelement (35) entgegen der Anschlagfeder (29) vorspannt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kompensationsfeder (39) an dem Ventilträger (19) axial abstützt.
Schwingungsdämpfer nach mindestens einen der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement (35) mit dem Ventilträger (19) bezogen auf die Drosselstelle der Dämpfventileinrichtung (1) einen hydraulischen Anschlag (43) bildet.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement (35) mindestens einen Kanal (45) aufweist, der eine Komponente des hydraulischen Anschlags (43) bildet,
Schwingungsdämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Spreizelement (35) an der Kolbenstange (7) zentriert.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsfläche (53) des Spreizelements (35) für die Kolbenstange (7) mindestens eine Axialnut als Kanalabschnitt (55) aufweist.