DE102022205001B3

DE102022205001B3 - Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102022205001B3
Application number: DE102022205001.0A
Authority: DE
Inventors: Jörg Rösseler; Martin Mallon; Aleksandar Knezevic
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2042-05-20
Also published as: CN117090891A

Abstract

Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, umfassend einen Ventilträger mit einer Ringnut, in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement geführt ist, wobei das Ventilelement mindestens zwei Schenkel aufweist, die über ein Schwenklager miteinander verbunden sind, wobei eine ringförmige, geschlitzte Rückstellfeder mit den beiden Schenkeln verbunden und über eine Formschlussverbindung an den beiden Schenkeln verdrehgesichert ist, wobei eine die Formschlussverbindung bildende Mantelfläche des Ventilelements zumindest in einem Winkelabschnitt einen ungleichmäßigen Radius aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2019 215 559 A1 ist eine Dämpfventileinrichtung bekannt, die zwei über ein Schwenklager verbundene Schenkel als Ventilelement aufweist, das mit einer ringförmigen Rückstellfeder bestückt ist. Bei einer geschlitzten ringförmigen Rückstellfeder ist es im Hinblick auf eine reproduzierbare Dämpfkraft wichtig, dass die Rückstellfeder in Umfangsrichtung orientiert zum Schwenklager montiert ist und in dieser Montageposition verbleibt. Es kann dabei durchaus gewollt sein, dass die Rückstellfeder asymmetrisch zum Schwenklager angeordnet ist, also ein Hebelarm der Rückstellfeder länger ist als ein zweiter Hebelarm, jeweils bezogen auf das Schwenklager.
In der DE 10 2019 215 559 A1 wird die Rückstellfeder in der Ausführung der Dämpfventileinrichtung nach den 7 und 8 in einer deckseitigen Ringnut innerhalb der Schenkel gehalten. Des Weiteren verfügt die Rückstellfeder im Schlitzbereich über axial abgewinkelte Enden, die in Sacklochöffnungen eingreifen. Über diese Formschlussverbindung zwischen der Rückstellfeder und den beiden Schenkeln liegt eine Verdrehsicherung der Rückstellfeder zum Ventilelement vor.
Diese Bauform der Rückstellfeder bringt jedoch auch Nachteile mit sich. Der Schlitzbereich der Rückstellfeder fungiert für einen Druckraum innerhalb eines Ventilträgers der Dämpfventileinrichtung als Abflussquerschnitt, der bei einer Aufweitbewegung des Ventilelements anwächst, da sich die Enden der Rückstellfeder bei einer Aufweitbewegung des Ventilelements voneinander entfernen.
Des Weiteren ist es im Hinblick auf Rissbildung nachteilig, wenn bei dem Federelement ein Längenabschnitt mit einem sehr kleinen Biegeradius abgewinkelt ist, um die besagte Formschlussverbindung mit den Sacklochöffnungen zu bilden.
Die DE10 2021 201 439 B3 offenbart eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer mit einem Ventilträger, der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement trägt. Das Ventilelement wirkt mit einer ringförmigen, geschlitzten Rückstellfeder zusammen, welche über eine durch Haltetaschen gebildete formschlüssige Verbindung mit einer Mantelfläche des Ventilelements verbunden ist.
Des Weiteren ist auch aus der DE 10 2019 215 558 A1 eine Dämpfventileinrichtung mit einem Ventilträger bekannt. In einer Ringnut des Ventilträgers ist ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement geführt, das zwei Schenkel aufweist, die über ein Schwenklager miteinander verbunden sind. Auch bei dieser Dämpfventileinrichtung wird eine ringförmige, geschlitzte Rückstellfeder eingesetzt, zu deren konstruktiven Details, insbesondere der konkreten Verbindung mit dem Ventilelement nichts offenbart ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verdrehsicherung für eine Rückstellfeder bei einer gattungsbildenden Dämpfventileinrichtung zu realisieren, bei der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest minimiert sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine die Formschlussverbindung bildende Mantelfläche des Ventilelements zumindest in einem Winkelabschnitt einen ungleichmäßigen Radius aufweist.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Konstruktionsprinzips besteht darin, dass die Ebene, auf die der Kraftvektor der Rückstellfeder an dem Ventilelement gerichtet ist, auch die Formschlussverbindung bildet. Dadurch vereinfacht sich nicht nur die Geometrie in einem Teilbereich des Ventilelements, sondern auch die Geometrie der Rückstellfeder und damit die Herstellung der Rückstellfeder.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die formschlussbildende Mantelfläche axial und radial versetzt zu einer eine Drosselstelle bildenden Mantelfläche der Dämpfventileinrichtung angeordnet. Die formschlussbildenden Mantelfläche übt damit keinen messbaren Einfluss auf die Dämpfkraftkennlinie der Dämpfventileinrichtung aus.
Bevorzugt stützt eine kreisringförmige Fläche des Ventilelements, die die formschlussbildende Mantelfläche mit der die Drosselstelle bildenden Mantelfläche verbindet, die Rückstellfeder. Damit ist das Rückstellfeder in ihrer horizontalen Lage zum Ventilelement ausgerichtet, sodass kein Fehler hinsichtlich der Rückstellkraft auftreten kann.
Eine weitere Maßnahme zur Lagesicherung der Rückstellfeder besteht darin, dass die Rückstellfeder einen Umfangswinkel größer 180° aufweist.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Schenkel in Kombination einen Umfangsbereich eines Ovals bilden. Die Oval-Form der Mantelfläche enthält keine Unstetigkeiten, so dass keine partiellen Druckspannungsspitzen innerhalb der Rückstellfeder auftreten.
In weiterer Ausgestaltung weist auch die Rückstellfeder eine ovale Anlagefläche zu den Schenkeln auf.
Alternativ kann mindestens ein Schenkel eine radiale Vertiefung aufweisen, in die die Rückstellfeder mit einem Umfangsbereich eingreift. Die Vertiefung kann sehr flach dimensioniert sein trotzdem schon die gewünschte Funktion erfüllen.
Man kann auch vorsehen, dass mindestens einer der Schenkel einen radial verlaufenden Anschlag für die Formschlussverbindung mit der Rückstellfeder aufweist. Ein derartiger Anschlag kann sehr leicht sintertechnisch erzeugt werden.
Die Anschlagfunktion kann besonders einfach genutzt werden, wenn sich mindestens eine Stirnfläche am Schlitz der Rückstellfeder an dem Anschlag abstützt.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 Schnittdarstellung durch einen Schwingungsdämpfer im Bereich einer Dämpfventileinrichtung
2 und 3 Schnittdarstellung der Dämpfventileinrichtung nach 1
4 bis 6 Alternativausführungen zu den 2 und 3

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 3 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 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 0,5m/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 0,5m/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 Minderdruck, der zu einer radialen Aufweitung des Ventilelements 29 führt. Die Rückstellfeder 35 führt das Ventilelement 29 wieder in die Ausgangstellung mit maximalem Drosselquerschnitt 39 zurück.
Die 2 und 3 zeigen einen Querschnitt und einen Höhenschnitt durch die Dämpfventileinrichtung 1. In der Zusammenschau ist ersichtlich, dass das Ventilelement 29 zwei Schenkel 49; 51 umfasst, die einen Ring bilden. Beide Schenkel 49; 51 sind über ein Schwenklager 53 miteinander verbunden. Optional kann das Schwenklager 53 mit dem Ventilträger 25 verbunden sein. Es kann jedoch auch radial schwimmend innerhalb der Ringnut 27 gelagert sein. In diesem konkreten Beispiel umfasst das Ventilelement 29 zwei Schenkel 49; 51. Grundsätzlich können auch mehrere Schenkel und mehrere Schwenklager eingesetzt werden, um das Schließverhalten des Ventilelements 29 an der Drosselstelle 31 anzupassen.
Die 2 zeigt einen Druckraum 55, der von einer Ringnutgrundfläche 57, Ringnutseitenflächen 59; 61 des Ventilträgers 25 und einer inneren Mantelfläche 63 des Ventilelements 29 gebildet wird. Der Druckraum 55 ist über mindestens eine Zuströmöffnung 65 und mindestens eine Abströmöffnung 67 mit dem Arbeitsraum 13 verbunden. Bei einer Anbringung der Dämpfventileinrichtung 1 im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 würden die Zu- und die Abströmöffnung entsprechend mit dem Arbeitsraum 15 verbunden sein. Aufgrund der Dimensionierung der Zu- und der Abströmöffnung bildet sich im Druckraum 55 eine Druckkraft, die eine Aufweitbewegung des Ventilelements 29 unterstützt. Mit dem Einsatz des Druckraums 55 ist die ringförmige Rückstellfeder 35 entsprechend stärker zu dimensionieren. Folglich würden sich auch Lageabweichungen der Rückstellfeder 35 an dem Ventilelement 29 stärker auswirken. Um diesen Einfluss zu minimieren ist die Rückstellfeder 35 über eine Formschlussverbindung 69 an den beiden Schenkeln 49; 51 verdrehgesichert. (3)
Das Grundprinzip der Verdrehsicherung besteht darin, dass eine die Formschlussverbindung 69 bildende Mantelfläche 71 des Ventilelements 29 zumindest in einem Winkelabschnitt 73 einen ungleichmäßigen Radius aufweist. Zudem weist die Rückstellfeder 35 einen Umfangswinkel größer 180° auf. Dabei erstreckt sich die Rückstellfeder 35 beiderseits des Schwenklagers 53 über einen Umfangswinkel von mindestens 90°. Dadurch ist die Rückstellfeder 35 gegen eine radiale Abzugskraft im Rahmen der üblichen Betriebskräfte gesichert.
In der Ausführung nach 3 weist mindestens ein Schenkel 49; 51 eine radiale Vertiefung 75 auf, in die die Rückstellfeder 35 mit einem Umfangsbereich eingreift. Die radiale Vertiefung 75 ist bevorzugt im Bereich des Schwenklagers 53 ausgeführt. Diese Anordnung ist zudem vorteilhaft für die sintertechnische Herstellung der Schenkel 49; 51.
Die formschlussbildende Mantelfläche 71 ist axial und radial versetzt zu der die Drosselstelle 31 bildenden Mantelfläche 37 der Dämpfventileinrichtung 1 angeordnet. Damit befindet sich die Rückstellfeder 35 außerhalb der für die Bestimmung der Drosselstelle 31 relevanten Mantelfläche 37. Zudem stützt eine kreisringförmige Fläche 79 des Ventilelements 29, die die formschlussbildende Mantelfläche 71 mit der die Drosselstelle bildenden Mantelfläche 37 verbindet, die Rückstellfeder 35. In der einfachsten Ausgestaltung weist das Ventilelement 29 außerhalb des Schwenklagers 53 und außerhalb einer Überlappung im Bereich einer Stoßfuge 81 einen L-förmigen Querschnitt auf. Die formschlussbildenden Mantelfläche 71 und die kreisringförmige Fläche 79 sind in Richtung der Ringnutseitenwand 61 mit der Zuströmöffnung 65 ausgerichtet. Bei einer radialen Vertiefung 75, die einen Steg 83 des Ventilelements 29 radial durchdringt, wirkt sich die Vergrößerung der Zuströmöffnung 65 kaum auf das Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung 1 aus.
Die Ausführung der Erfindung nach der 4 folgt dem besagten Grundprinzip bei der Ausführung der Formschlussverbindung. In diesem Fall bilden die beiden Schenkel 49; 51 in Kombination mit ihrer Mantelfläche 71 einen Umfangsbereich eines Ovals. Die Rückstellfeder 35 weist eine ovale Anlagefläche 85 zu den Schenkeln 49; 51 auf. Zur besseren Erkennbarkeit der geometrischen Ausgestaltung weisen die beiden Schenkel 49 bei einer längeren Hauptachse des Ovals einen Radius R_s und bei einer kürzeren Hauptachse den Radius r_s auf. Entsprechend verfügt die Rückstellfeder 35 für die längere Hauptachse über einen Radius R_F und für eine kürzere Hauptachse über einen Radius r_F. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass eine der beiden Hauptachsen das Schwenklager 53 schneidet. Die Ovalform der Schenkel 49; 51 im Bereich der Mantelfläche 71 und die Ovalform der Rückstellfeder 35 verhindern eine Verdrehbarkeit der beiden Komponenten im Rahmen der üblichen Betriebskräfte.
Die Dämpfventileinrichtung nach den 5 und 6 weist ein Ventilelement 29 auf, bei dem mindestens einer der Schenkel 49; 51 einen radial verlaufenden Anschlag 87; 89 für die Formschlussverbindung 69 mit der Rückstellfeder 35 aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel ist an beiden Schenkeln 49; 51 ein Anschlag 87; 89 ausgeführt. An diesem in Richtung der Strömungsleitfläche 33 weisenden Anschlag 87; 89 kann sich mindestens eine Stirnfläche 91; 93 am Schlitz der Rückstellfeder 35 abstützen. Für den Anschlag 87; 89 ist nur eine geringe axiale und radiale Erstreckung notwendig, um die vorgesehene Funktion zu erfüllen. Ein mechanischer Kontakt mit einem optionalen Anschlag 95 zur Begrenzung der Aufweitbewegung des Ventilelements 29 kann dadurch leicht vermieden werden. In dieser Darstellung wird der Anschlag 87; 89 von einem dünnen Steg gebildet. Man kann jedoch alternativ auch einen radialen Absatz in dem Steg 83 der Schenkel 49; 51 vorsehen.
Bezugszeichen

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
31: Drosselstelle
33: Strömungsleitfläche
35: Rückstellfeder
37: äußere Mantelfläche des Ventilelements
39: Drosselquerschnitt der Drosselstelle
41: Ventilsitzfläche
43: Ventilsitzfläche
45: Stützscheibe
47: Stützscheibe
49: Schenkel
51: Schenkel
53: Schwenklager
55: Druckraum
57: Ringnutgrundfläche
59: Ringnutseitenfläche
61: Ringnutseitenfläche
63: innere Mantelfläche des Ventilelements
65: Zuströmöffnung
67: Abströmöffnung
69: Formschlussverbindung
71: Formschluss bildende Mantelfläche des Ventilelements
73: Winkelabschnitt
75: radiale Vertiefung
77: Umfangsbereich für die Formschlussverbindung
79: kreisförmige Fläche des Ventilelements
81: Stoßfuge
83: Steg des Ventilelements
85: ovale Anlagefläche der Rückstellfeder
87: Anschlag
89: Anschlag
91: Stirnflächen der Rückstellfeder
93: Stirnflächen der Rückstellfeder

Claims

Dämpfventileinrichtung (1) für einen Schwingungsdämpfer (3), umfassend einen Ventilträger (25) mit einer Ringnut (27), in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement (29) geführt ist, wobei das Ventilelement (29) mindestens zwei Schenkel (49; 51) aufweist, die über ein Schwenklager (53) miteinander verbunden sind, wobei eine ringförmige, geschlitzte Rückstellfeder (35) mit den beiden Schenkeln (49; 51) verbunden und über eine Formschlussverbindung (69) an den beiden Schenkeln (49; 51) verdrehgesichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Formschlussverbindung (69) bildende Mantelfläche (71) des Ventilelements (29) zumindest in einem Winkelabschnitt (77; R_s; r_s; 87; 89) einen ungleichmäßigen Radius aufweist.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlussbildende Mantelfläche (71) axial und radial versetzt zu einer eine Drosselstelle (31) bildenden Mantelfläche (37) der Dämpfventileinrichtung (1) angeordnet ist.
Dämpfventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine kreisringförmige Fläche (79) des Ventilelements (29), die die formschlussbildende Mantelfläche (71) mit der die Drosselstelle (31) bildenden Mantelfläche (37) verbindet, die Rückstellfeder (35) stützt.
Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (35) einen Umfangswinkel größer 180° aufweist.
Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schenkel (49; 51) in Kombination einen Umfangsbereich eines Ovals bilden.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (35) eine ovale Anlagefläche (85) zu den Schenkeln (49; 51) aufweist.
Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schenkel (49; 51) eine radiale Vertiefung (75) aufweist, in die die Rückstellfeder (35) mit einem Umfangsbereich (77) eingreift.
Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Schenkel (49; 51) einen radial verlaufenden Anschlag (87; 89) für die Formschlussverbindung (69) mit der Rückstellfeder (35) aufweist.
Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine Stirnfläche (91; 93) am Schlitz der Rückstellfeder (35) an dem Anschlag (87; 89) abstützt.