DE10207506A1

DE10207506A1 - Dämpferventil mit Voröffnungsfunktion

Info

Publication number: DE10207506A1
Application number: DE2002107506
Authority: DE
Inventors: Thomas Zembok; Kai Reinbothe; Matthias Huebbe; Joachim Baron; Stefan Flotmann; Torsten Haupt; Ralf Liebschwager; Bodo Krause
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-04

Abstract

Ein Dämpferventil (1) mit Voröffnungsfunktion umfaßt einen Grundkörper (3) mit einer oder mehreren Durchströmöffnungen (4) und ein Verschlußorgan (5), das gegen die Durchströmöffnungen (4) anliegt und diese bei Anströmung durch ein Strömungsmedium in einer ersten Richtung bei einem voreingestellten Druckniveau öffnet, in Gegenrichtung jedoch verschließt. Das Verschlußorgan (5) weist im Bereich der Durchströmöffnung bzw. Durchströmöffnungen (4) mindestens eine Drosselöffnung (12) mit einem Voröffnungsquerschnitt auf, die zu der Strömungsrichtung der Durchströmöffnung bzw. -öffnungen (4) durch den Grundkörper (3) ausgerichtet ist. Weiterhin wird ein Schwingungsdämpfer mit mindestens einem solchen Dämpferventil offenbart. Das Dämpferventil bzw. der Schwingungsdämpfer zeichnen sich bei einem einfachen Aufbau durch eine hohe Kennungsstabilität aus.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dämpferventil mit Voröffnungsfunktion, umfassend einen Grundkörper mit einer oder mehreren Durchströmöffnungen, und ein Verschlußorgan, das gegen mindestens eine der Durchströmöffnungen anliegt und diese bei Anströmung durch ein Strömungsmedium in einer ersten Richtung bei einem voreingestellten Druckniveau öffnet, in Gegenrichtung jedoch bis auf einen Voröffnungsquerschnitt schließt.
Schwingungsdämpfer mit solchen Dämpferventilen werden bevorzugt in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, jedoch auch zu anderen Zwecken eingesetzt.
Um das Dämpfungsverhalten eines solchen Schwingungsdämpfers zu beeinflussen, sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt, mit denen ein progressiver oder auch degressiver Dämpferkraftverlauf verwirklicht werden kann. Generelle Zielsetzung ist dabei die Einhaltung möglichst enger Toleranzfelder in bezug auf die Kennlinienstabilität. Insbesondere im Bereich des Öffnens und Schließens machen sich Fertigungsstreuungen an den Bauteilen der Dämpferventile in den Kennlinien bemerkbar. Dem wird zumeist durch die Bereitstellung von sogenannten Voröffnungsquerschnitten entgegengewirkt, welche eine geringe Strömung durch das Dämpferventil ermöglichen, bevor dessen Verschlußorgan öffnet, um den eigentlichen Strömungsquerschnitt freizugeben.

Aus der DE 42 90 832 C2 ist ein Schwingungsdämpfer mit einem Dämpferventil der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Verschlußorgan eine Vielzahl von Ventilscheiben unterschiedlichen Durchmessers aufweist. In den Ventilscheiben sind Öffnungen ausgebildet, welche bei einem Auffächern des Verschlußorgans wirksam werden, um den Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit des Strömungsdrucks zu verändern. Das Dämpfungsverhalten wird überdies durch zwischen dem Grundkörper und dem Verschlußorgan vorgesehene Bypassöffnungen beeinflußt, welche die Voröffnungsfunktion übernehmen. Der Herstellungs- und Montageaufwand ist dementsprechend hoch. Ähnliche Dämpferventile sind auch in der DE 39 14 297 A1 und der DE 43 02 623 C2 beschrieben.

Weiterhin ist aus der DE 197 57 234 C1 ein doppeltwirkendes Dämpferventil bekannt, das ebenfalls ein kompliziert aufgebautes Verschlußorgan mit zwei voneinander beabstandeten, kompakten Ventilscheibenpaketen aufweist. Im Ruhezustand liegt jedes dieser Ventilscheibenpakete mit einem radial außenliegenden Abschnitt gegen einen eigenen Ventilsitz an. Die beiden Ventilsitze besitzen unterschiedliche Durchmesser und sind axial voneinander beabstandet. Dabei bildet der Ventilsitz mit dem größeren Durchmesser das Hauptventil, während der Ventilsitz mit dem kleineren Durchmesser als Sekundärventil ausgebildet ist, das lediglich bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten öffnet.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Dämpferventil mit Voröffnungsfunktion zu schaffen, das bei einfachem Aufbau eine hohe Kennungsstabilität aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Dämpferventil der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Verschlußorgan im Bereich der Durchströmöffnung bzw. Durchströmöffnungen mindestens eine Drosselöffnung mit einem Voröffnungsquerschnitt aufweist, die zu der Strömungsrichtung der Durchströmöffnung bzw. -öffnungen durch den Grundkörper ausgerichtet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil übernimmt die mindestens eine Drosselöffnung die Voröffnungsfunktion. Durch deren Ausrichtung zu der Strömung in der zugehörigen Durchströmöffnung des Grundkörpers wird eine Durchströmung des Strömungsmediums ohne Umlenkung ermöglicht.

Dabei ist es prinzipiell möglich, die gesamte Voröffnungsfunktion auf die Drosselöffnung bzw. Drosselöffnungen zu übertragen, so daß seitens des Grundkörpers keine zusätzlichen Öffnungen oder Bohrungen angebracht werden brauchen. Die Drosselöffnungen lassen sich ohne großen Aufwand an dem Verschlußorgan anbringen und in ihrem Querschnitt problemlos an das gewünschte Öffnungsverhalten des Dämpferventils anpassen.

Die Funktion der Voröffnung kann so von dem Grundkörper getrennt werden, womit die gesamte Baugruppe eine hohe Flexibilität für die Kennliniengestaltung besitzt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verschlußorgan als eine einteilige, flache Scheibe ausgebildet, die vorzugsweise eine Ringsscheibe ist. Der Herstellungs- und Montageaufwand für das Verschlußorgan sowie für die Bereitstellung der Voröffnungsfunktion ist durch die Reduzierung auf ein Bauteil außerordentlich gering. Insbesondere werden bisweilen verwendete, mehrteilige Scheibenpakete vermieden.

Bevorzugt wird nicht nur die Strömung durch die Drosselöffnung möglichst umlenkungsfrei gestaltet, sondern gleichzeitig auch die Strömung durch die Durchströmöffnung bzw. Durchströmöffnungen des Grundkörpers.

Das vorstehend erläuterte Dämpferventil läßt sich grundsätzlich zu beliebigen Zwecken überall dort einsetzen, wo mit einfachen Mitteln möglichst enge Toleranzen in bezug auf den Verlauf einer Kennlinie angestrebt werden, die eine Voröffnungsfunktion beinhaltet. Bevorzugt wird das Dämpferventil als Bodenventil oder Kolbenventil in einem Schwingungsdämpfer eingesetzt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben. Die eingangs genannte Aufgabe wird zudem durch einen Schwingungsdämpfer gelöst, der wenigstens ein Dämpferventil der vorgenannten Art aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Bodenventil eines Schwingungsdämpfers mit einem Dämpferventil nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Kolbenventil eines Schwingungsdämpfers mit einem Dämpferventil nach der Erfindung, und in
Fig. 3 eine Ansicht von oben auf das Verschlußorgan der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Dämpferventile.
Das in Fig. 1 abgebildete erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Dämpferventil 1 in Form eines Bodenventils für einen Schwingungsdämpfer einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung. Dieses Dämpferventil 1 trennt zwei nicht näher dargestellte Arbeitskammern des Schwingungsdämpfers, die über weitere Ventileinrichtungen 2 und Überströmkanäle miteinander verbunden sein können. Es ist hier als Ein-Richtungsventil ausgebildet, das bei einer Druckbeaufschlagung in einer Richtung öffnet, in Gegenrichtung jedoch sperrt.
Das Dämpferventil 1 weist einen Grundkörper 3 mit einer ringförmigen Durchströmöffnung 4 auf, sowie ein an diesem vorgesehenes, federelastisches Verschlußorgan 5, das im hier dargestellten Ruhezustand den Strömungsweg durch die Durchströmöffnung 4 des Grundkörpers 3 absperrt und erst ab einem bestimmten Druckniveau, das durch dessen Federbelastung voreingestellt ist, öffnet.
Das Verschlußorgan 5 ist hier eine einteilige, flache Scheibe. Diese Scheibe ist ringförmig ausgebildet und deckt im Schließzustand die ringförmige Durchströmöffnung 4 ab. Da das Verschlußorgan 5 im Schließzustand gegen eine Stirnseite des Grundkörpers 3 anliegt, wird die Durchströmöffnung 4 senkrecht zu deren Durchströmrichtung abgesperrt. Zur Festlegung an dem Grundkörper 3 sind an dem Innenumfang der ringförmigen Scheibe radial nach innen vorstehende Lappen 6 ausgebildet, die sich mit ihren radial innenliegenden Enden 7 gegen einen mit dem Grundkörper 3 verspannten Haltering 8 abstützen. Der Halterring 8 weist einen Bund 9 auf, gegen den eine Ventilfeder 10 anliegt. Diese Ventilfeder 10 drückt mit einem weiteren Ende das Verschlußorgan 5 in seine Schließstellung. Die Ventilfeder 10 ist hier vorzugsweise als konische Schraubenfeder ausgebildet, deren sich erweiterndes Ende im Bereich der Durchströmöffnung 4 auf dem Verschlußorgan 5 aufliegt.
Wie Fig. 1 weiter entnommen werden kann, sind die radial innenliegenden Enden 7 an dem Halterring 8 in Axialrichtung frei bewegbar. Dies wird unter anderem durch einen Kragen 11 um die ringförmige Durchströmöffnung 4 sichergestellt, der an einer Stirnseite des Grundkörpers 3 ausgebildet ist. Die Öffnungsbewegung des Verschlußorgans 5 wird so wenig behindert.
Zur Bereitstellung einer Voröffnungsfunktion weist das Verschlußorgan 5 bzw. die ringförmige Scheibe im Bereich der ringförmigen Durchströmöffnung 4 mindestens eine, hier zwei Drosselöffnungen 12 mit einem definierten Voröffnungsquerschnitt auf. Diese Drosselöffnungen 12 sind zu der Strömungsrichtung der Durchströmöffnung 4 durch den Grundkörper 3 ausgerichtet, so daß das durch die Drosselöffnungen 12 strömende Medium nicht umgelenkt wird. Auch die Durchströmöffnungen 4 sind derart konfiguriert, daß innerhalb derselben keine oder allenfalls eine geringe Umlenkung der Strömung erfolgt. In der Schließstellung kann somit bei Anliegen einer Druckdifferenz eine kleine Menge axial durch das Ventil hindurchströmen.
Der Öffnungsquerschnitt der Drosselöffnungen 12 kann in Abhängigkeit der gewünschten Voröffnungsfunktion ohne großen Aufwand sehr frei eingestellt werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Bodenventil weist neben dem Dämpferventil 1 die weitere Ventileinrichtung 2 mit einem umgekehrten Öffnungsverhalten auf. Denkbar sind jedoch auch Ventilgestaltungen, die lediglich ein Dämpferventil 1 aufweisen.
Die weitere Ventileinrichtung 2 besitzt als Ventilkörper 13 ein kompaktes Paket aus einer Vielzahl dünnwandiger Ventilscheiben 14, 15, die in der Art von Tellerfedern ohne Zwischenräume flach aufeinander liegen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen sämtliche Ventilscheiben 14, 15 die gleichen Abmessungen auf. Unter den Ventilscheiben 14, 15 kann aber auch eine Variation des Außendurchmessers und/oder der Materialdicke vorgenommen werden. Weiterhin können an den Ventilscheiben 14, 15 zusätzliche Öffnungen vorgesehen sein, welche bei einem Auffächern des Ventilkörpers 13 infolge einer Öffnungsbewegung eine zusätzliche Vergrößerung des Überströmquerschnitts bewirken.
Der Ventilkörper 13 stützt sich mit einem radial innenliegenden Abschnitt axial an einem Absatz 16 des Grundkörpers 3 ab. Zudem ist ein Spannorgan 17 vorgesehen, mit dem der radial innenliegende Abschnitt gegen den Absatz 16 verspannt wird. Gleichzeitig wird hiermit eine dauerhafte Abdichtung zwischen dem radial innenliegenden Abschnitt und dem Grundkörper 3 bzw. dem Absatz 16 erzielt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Ventilkörper 13 und dem Grundkörper 3 zusätzlich ein Distanzstück 18 vorgesehen, über dessen Axiallänge die Vorspannkraft des Ventilkörpers 13 und damit das Druckniveau, bei dem die weitere Ventileinrichtung 12 öffnet, mit beeinflußt werden kann.
Der Ventilkörper 13 oder dessen in Fig. 1 am weitesten oben liegende Ventilscheibe 14 ist mit einem radial außenliegenden Abschnitt gegen einen von hier zwei an dem Grundkörper 3 befindlichen Ventilsitzen 19 bzw. 20 unterschiedlichen Durchmessers vorgespannt. Wesentlich ist dabei, daß der Ventilkörper 13 in seiner Ruhestellung gegen lediglich genau einen der Ventilsitze 19 oder 20 anliegt und dabei gegen diesen abdichtet. Je nach Durchmesser der Ventilscheiben 14 bzw. 15 schließt der Ventilkörper 13 also entweder gegen den ersten Ventilsitz 19 mit kleinerem Durchmesser oder gegen den zweiten Ventilsitz 20 mit größerem Durchmesser. Die beiden Ventilsitze 19 und 20 sind jeweils so ausgebildet, daß diese sich in Durchströmrichtung erweitern, das heißt, daß ein Strömungsmedium über den maximalen Ruhezustandsaußendurchmesser des Ventilkörpers 13 hinaus radial abströmen kann. Weder für den außenliegenden Ventilsitz 20 noch für den innenliegenden, axial versetzten Ventilsitz 19 wird das Öffnungs- und Umströmungsverhalten durch radiale Wände im Bereich des Außenumfangs des Ventilkörpers 13 beeinträchtigt. Zwischen dem ersten Ventilsitz 19 und dem konzentrisch dazu angeordneten zweiten Ventilsitz 20 ist eine umlaufende Einsenkung 21 oder Nut vorgesehen. Dabei sind bei Betrachtung im Querschnitt die Konturen sowohl des ersten Ventilsitzes 19, der Einsenkung 21 als auch des zweiten Ventilsitzes 20 bogenförmig ausgebildet. Überdies gehen die Konturen weich gekrümmt ineinander über, um das Strömungsverhalten bei geöffnetem Ventil günstig zu gestalten. Zur Unterstützung des Öffnungsverhaltens ist die verschlußseitige Oberfläche des Ventilkörpers 13 von dem Absatz 18 zu den Ventilsitzen 19 bzw. 20 hin geneigt. Dabei ist der Absatz 8 dieser Neigung angepaßt. Außerdem stützt hierzu der Kopf des dem Absatz 16 gegenüberliegenden Spannorgans 17 das Ventilscheibenpaket 14, 15 über einen umlaufenden axialen Ringvorsprung in der Art eines Gelenks ab. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels können die Ventilsitze auch durch axial voneinander beabstandete, stufenförmige Absätze gebildet sein, ohne daß zwischen diesen eine Einsenkung vorgesehen wäre. Möglich ist auch deren Ausbildung in Form konzentrischer Ringvorsprünge.
Das Spannorgan 17 weist einen Wellenabschnitt auf, der in den Grundkörper 3 zum Zweck der Befestigung hineinragt. Auf den Wellenabschnitt sind die Ventilscheiben 14 bzw. 15 aufgesteckt und an diesem radial geführt. Bei der Montage werden die Ventilscheiben 14 bzw. 15 des Ventilkörpers 13 sowie das gegebenenfalls vorhandene Distanzstück 18 auf dem Wellenabschnitt des Spannorgans 17 aufeinandergestapelt. Anschließend wird das Spannorgan 17 durch eine Zentralöffnung des Grundkörpers 3 geführt. Von der Gegenseite erfolgt dann die Montage des Verschlußorgans 4 des Dämpferventils 1 und nachfolgend der Ventilfeder 10. Anschließend wird der Halter 8 auf das Spannorgan 17 aufgesteckt und fixiert. Dies kann über eine lösbare und/oder unlösbare Verbindung erfolgen. Beispielhaft dargestellt ist eine Ausbildung des Spannorgans 17 als Niet. Bei entsprechender Ausgestaltung des Spannorgans 17 kann der Zusammenbau auch in umgekehrter Art und Weise erfolgen. In diesem Fall werden zunächst die Teile des Dämpferventils 1 zusammengebaut. Anschließend erfolgt die Montage der Komponenten der weiteren Ventileinrichtung 2, woraufhin abschließend des Spannorgans 17 festgelegt wird.
Fig. 2 zeigt ein zweites Dämpferventil 1 in Form eines Kolbenventils für einen Schwingungsdämpfer. Die einzelnen Komponenten des Dämpferventils nach dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen im wesentlichen demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Insbesondere wird das gleiche Verschlußorgan 5 verwendet, das im Detail in Fig. 3 dargestellt ist. Auch hier übernehmen die Drosselöffnungen 12 die Funktion der Voröffnung.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Grundkörper 3' durch einen Kolben des Schwingungsdämpfers gebildet. An diesem Kolben ist wiederum eine ringförmige Durchströmöffnung 4 vorgesehen, deren Durchströmrichtung parallel zu der Bewegungsrichtung des Kolbens in dem Stoßdämpfer verläuft.
Als Halter 8' für das Verschlußorgan 5 dient hier eine mit den Kolben verbundene Kolbenstange, an der ein Bund 9' zur Abstützung der Ventilfeder 10' ausgebildet ist. Die Funktion und Zusammenwirkung dieser Komponenten entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel.
In einer Abwandlung der vorstehend erläuterten Dämpferventile sind die Voröffnungsquerschnitte zu einer senkrechten Achse der Durchströmöffnung bzw. -öffnungen 4 angewinkelt.
Die Voröffnungsquerschnitte werden vorzugsweise mittels eines Stanzverfahrens eingebracht. Möglich ist weiterhin deren Herstellung durch Laserstrahlschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Bohren, wodurch die Unterteilung in einzelne Typen direkt in eine Fertigungsanlage verlagert werden kann.
In sämtlichen Fällen wird ein Dämpferventil bzw. ein Schwingungsdämpfer geschaffen, das bzw. der bei einem einfachen Aufbau eine hohe Kennungsstabilität aufweist. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Dämpferventil
2 weitere Ventileinrichtung
3, 3' Grundkörper
4 Durchströmöffnung
5 Verschlußorgan
6 Lappen
7 innenliegendes Ende des Lappens 6
8, 8' Halter
9, 9' Bund
10, 10' Ventilfeder
11, 11' Kragen
12 Drosselöffnung
13 Ventilkörper
14 Ventilscheibe
15 Ventilscheibe
16 Absatz
17 Spannorgan
18 Distanzstück
19 erster Ventilsitz
20 zweiter Ventilsitz
21 Einsenkung

Claims

1. Dämpferventil mit Voröffnungsfunktion, insbesondere für einen Schwingungsdämpfer, umfassend:
einen Grundkörper (3) mit einer oder mehreren Durchströmöffnungen (4), und
ein Verschlußorgan (5), das gegen mindestens eine der Durchströmöffnungen (4) anliegt und diese bei Anströmung durch ein Strömungsmedium in einer ersten Richtung bei einem voreingestellten Druckniveau öffnet, in Gegenrichtung jedoch bis auf einen Voröffnungsquerschnitt verschließt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (5) im Bereich der Durchströmöffnung bzw. Durchströmöffnungen (4) mindestens eine Drosselöffnung (12) mit einem Voröffnungsquerschnitt aufweist, die zu der Strömungsrichtung der Durchströmöffnung bzw. -öffnungen (4) durch den Grundkörper (3) ausgerichtet ist.

2. Dämpferventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (5) eine einteilige, flache Scheibe ist.

3. Dämpferventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (5) eine Ringscheibe ist.

4. Dämpferventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsscheibe an ihrem Innenumfang radial nach innen vorstehende Lappen (6) aufweist, welche sich mit ihren radial innenliegenden Enden (7) gegen einen Halter (8; 8') abstützen.

5. Dämpferventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsscheibe an ihrem Außenumfang radial nach außen vorstehende Lappen aufweist, welche sich mit ihren radial außenliegenden Enden gegen ein Zylinderrohr abstützen.

6. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) eine ringförmige Durchströmöffnung (4) aufweist.

7. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (5) im Schließzustand gegen eine Stirnseite des Grundkörpers (3) anliegt und die Durchströmöffnung bzw. -öffnungen (4) senkrecht zu deren Durchströmrichtung bis auf den Voröffnungsquerschnitt absperrt.

8. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung durch die Durchströmöffnung bzw. -öffnungen (4) umlenkungsfrei erfolgt.

9. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Voröffnungsquerschnitte zu einer senkrechten Achse der Durchströmöffnung bzw. -öffnungen (4) angewinkelt sind.

10. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Voröffnungsquerschnitte als Stanzöffnungen ausgebildet sind.

11. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpferventil (1) ein Bodenventil eines Schwingungsdämpfers ist.

12. Dämpferventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpferventil (1) ein Kolbenventil eines Schwingungsdämpfers ist.

13. Schwingungsdämpfer, dadurch gekennzeichnet, daß dieser wenigstens ein Dämpferventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.