DE10307362B4

DE10307362B4 - Schwingungdämpfer mit temperaturunabhängiger Dämpfkraft

Info

Publication number: DE10307362B4
Application number: DE2003107362
Authority: DE
Inventors: Manfred Grundei
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2023-02-22
Also published as: DE10307362A1

Abstract

Schwingungsdämpfer, fassend einen dämpfmediumgefüllten Zylinder, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich angeordnet ist, wobei ein temperaturgesteuerter Bypass einen vom Kolben getrennten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum mit einem kolbenstangenfernen Arbeitsraum verbindet, wobei der Kolben für mindestens eine Durchströmungsrichtung mindestens einen Durchlasskanal aufweist, der austrittsseitig von mindestens einer Ventilscheibe zumindest teilweise abgedeckt wird, so dass an der Ventilscheibe eine in Öffnungsrichtung druckbeaufschlagte Fläche vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (19) zu der besagten druckbeaufschlagten Fläche (37) eine zusätzliche zweite druckbeaufschlagte Fläche (51) aufweist, die durch eine Ventilsitzfläche (29z) von der ersten bei geschlossener Ventilscheibe (19) getrennt ist und über den temperaturgesteuerten Bypass (A_zu; A_ab) zuschaltbar ist, so dass sich die beiden druckbeaufschlagten Flächen (37; 51) addieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 36 05 207 A1 ist ein Kolben-Zylinderaggregat ist ein Schwingungsdämpfer bekannt, der eine temperaturabhängige Bypassöffnung aufweist. Die Schaltfunktion wird von einem Bimetallelement übernommen, wodurch ein konstanter Querschnitt in der Kolbenstangenführung oder innerhalb der Kolbenstange blockiert oder freigegeben wird. Der schaltbare konstante Querschnitt beeinflusst den Dämpfkraftkennlinienbereich bei kleinen Kolbenstangengeschwindigkeiten. In den Ausführungen nach den 2 und 3 wird ein vergleichsweise großer zusätzlicher Querschnitt angesteuert. Dadurch ergeben sich relativ ausgeprägte Dämpfkraftkennlinienveränderungen auch bei kleinen Temperaturunterschieden. Die Varianten nach den 4 bis 6 sind nur für Schwingungsdämpfer verwendbar, die nach der Zweirohrbauart einen zum Zylinder konzentrisch angeordneten Ausgleichsraum aufweisen, der über einen Bypasskanal mit dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum verbindbar ist.

Die DE 29 32 245 A1 und die DE 20 02 078 A bechreiben ein Kolbenventil für einen Schwingungsdämpfer, wobei innerhalb des Kolbenventils ein Drosselspalt vorliegt, der durch ein temperarturabhängig in seinem Durchmesser veränderbares Bauteil in seiner Drosselwirkung selbsttätig anpassbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schwingungsdämpfer mit einer temperaturunabhängigen Dämpfkraftkennlinie im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand und einer feineren Temperaturkompensation zu realisieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ventilscheibe zu der besagten druckbeaufschlagten Fläche eine zusätzliche zweite druckbeaufschlagte Fläche aufweist, die von der ersten bei geschlossener Ventilscheibe durch eine Ventilsitzfläche getrennt ist und über den temperaturgesteuerten Bypass zuschaltbar ist, so dass sich die beiden druckbeaufschlagten Flächen addieren.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nicht ein beliebiger Querschnitt geöffnet oder geschlossen wird, sondern dass durch die Zuschaltung einer zusätzlichen druckbeaufschlagbaren Fläche das Öffnungsverhalten einer Ventilscheibe beeinflusst wird. Damit wird auf die gesamte Dämpfkraftkennlinie eingewirkt und nicht nur einen Teilbereich.

Dazu ist die Ventilscheibe mit einer in Richtung des Zylinders wirksamen temperaturabhängig wirksamen Dichtung versehen ist. Das Temperaturverhalten ist derart ausgelegt, dass sich der Außendurchmesser der Dichtung bei höheren Temperaturen verkleinert und damit einen Bypass im Bereich der Ventilscheibe öffnet.

Des weiteren ist im Bereich des Kolbens zusätzlich zu dem Durchlasskanal ein definierter Bypass zu der zweiten druckbeaufschlagten Fläche ausgeführt ist.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist ein Querschnitt des Teil des Bypasses im Bereich des Kolbens und des Zylinders größer als ein Querschnitt des -Teil des Bypasses, zwischen der Ventilscheibe und dem Zylinder. Damit ergibt sich ein Druckgefälle Δp, das für die Ventilscheibe an der zweiten druckbeaufschlagten Fläche wirksam wird.

In der einfachsten Ausführungsform wird der Teil des Bypasses im Bereich des Kolbens von einer Anzahl von Aussparungen des Kolbenrings gebildet.

Alternativ kann der Kolben einen Kolbenring tragen, der bei tieferen Temperaturen einen größeren Bypass zum Zylinder zulässt als bei höheren Temperaturen. Damit kann sehr genau ein Temperaturausgleich erreicht werden.

Um insbesondere im Bereich kleiner Kolbenstangengeschwindigkeiten keine spürbaren Dämpfkrafttoleranzen aufkommen zu lassen, weist der Kolbenring einen Stoß mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtfläche aufweist. Die Längendehnung des Kolbenrings wird von dem Stoß aufgenommen, so dass keine zusätzlichen Querschnitt entstehen oder geschlossen werden.

Der Kolben mit seinen Durchlasskanälen für beide Durchströmungsrichtungen gestaltet sich sehr fertigungsfreundlich, da der mindestens eine Durchlasskanal für die eine Strömungsrichtung des Dämpfmediums von einer konzentrisch angeordneten Ventilsitzfläche des mindestens einen Durchlasskanals für die andere Strömungsrichtung getrennt wird, wobei die Breite der ersten druckbeaufschlagten Fläche von den beiden konzentrischen Ventilsitzflächen bestimmt wird. Es besteht die Wahlmöglichkeit die Ventilsitze als Erhebung an der Ventilscheibe oder am Kolben auszuführen. Der Vorteil der Ventilsitze an der Ventilscheibe besteht darin, dass durch den Austausch der Ventilscheibe sehr viel kostengünstiger auf verschiedene Dämpfkraftkennlinie eingegangen werden kann, als wenn man jeweils einen anderen Kolben vorsehen muss.

Der Kanal zu der zusätzlichen druckbeaufschlagten Fläche kann sehr einfach gelöst werden, wenn sich die zweite druckbeaufschlagte Fläche radial außerhalb der Ventilsitzflächen für die Ventilscheiben erstreckt.

Damit der Schwingungsdämpfer in Bewegungsrichtung der Kolbenstange die gewünschte temperaturunabhängige Dämpfkraftkennlinie in Verbindung mit sehr einfach gestalteten Durchlasskanälen realisiert ist, ist zwischen dem zugeordneten Arbeitsraum und einem Anschluss zu der zweiten druckbeaufschlagten Fläche ein Rückschlagventil angeordnet, das in Anströmrichtung auf die zweite druckbeaufschlagte Fläche blockiert ist.

In weiterer konstruktiver Ausgestaltung ist der Ventilscheibe eine Dichthülse zugeordnet, die sich zumindest von der druckbeaufschlagten Fläche an der Ventilscheibe in Richtung des zugeordneten Arbeitsraums erstreckt. Die Dichthülse kann die Dichtung der Ventilscheibe tragen.

Für eine einfache Montage ist es sinnvoll, wenn die Ventilscheibe und die Dichthülse einteilig ausgeführt sind.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 u. 2 Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers im Bereich des Kolbens bei verschiedenen Betriebstemperaturen.
3 Ansicht des Kolbenrings im Bereich des Stoßes.
4 Draufsicht eines Kolbenrings mit Aussparungen
Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer beliebiger Bauform. Eine Kolbenstange 1 trägt einen Kolben 5, der den Zylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 7; 9 unterteilt. An der Mantelfläche des Kolbens ist ein Kolbenring 11 montiert. Innerhalb des Kolbens ist für die Ausfahrbewegung der Kolbenstange mindestens ein Durchlasskanal 13 und für die Einfahrbewegung mindestens ein Durchlasskanal 15 ausgeführt. Die Austrittsseite des Durchlasskanals 13 wird von einer Ventilschei be 19 und die des Durchlasskanals 15 von einer Ventilscheibe 21 abgedeckt. Beide Ventilscheiben werden von einer Ventilfeder 23; 25 auf Ventilsitzflächen 27d; 29d und 27z; 29z vorgespannt. Die Ventilsitzfläche 29z trennt die Durchlasskanäle 13; 15. Innerhalb der Ventilscheibe 21 ist in Strömungsüberdeckung zum Durchlasskanal 13 eine Anschlussöffnung 33 und in der Ventilscheibe 19 eine Anschlussöffnung 35 in den Durchlasskanal 15 eingearbeitet.
Die Ventilsitzflächen 27z; 29z definieren an der Unterseite der Ventilscheibe bezogen auf die Ausfahrrichtung der Kolbenstange eine erste kreisringförmige druckbeaufschlagte Fläche 37, deren Druckkraft gegen die Ventilfeder 25 gerichtet ist. Des weiteren umfasst die Ventilscheibe 19 radial außerhalb der Ventilsitzfläche 29z eine zweite druckbeaufschlagte Fläche 51, die bei geschlossener Ventilscheibe 19 von der ersten druckbeaufschlagten Fläche 37 getrennt ist.
Einteilig mit der Ventilscheibe 19 ist eine Dichthülse 41 ausgeführt, die in Richtung der Wandung des Zylinders in einem Abstand zur Ebene der Ventilscheibe eine Dichtung, im weiteren Dichthülsendichtung 45 trägt. Die Dichthülsendichtung 45 verfügt über ein temperaturabhängiges radiales Ausdehnungsverhalten, das z. B. durch einen Bimetallstreifen erreicht werde kann. Zwischen der Ventilscheibe 19 und der Wandung des Zylinder liegt ein Bypass A_ab vor, der entweder konstant oder durch die Dichthülsendichtung 45 veränderbar ist. Desgleichen ist im Bereich des Kolbens zusätzlich zum Durchlasskanal 13 zwischen dem Kolbenring und der Wandung des Zylinders ein Bypass A_zu zu der zweiten druckbeaufschlagten Fläche 51 ausgestaltet, der durch gezielte Aussparungen 73 im Kolbenring konstant gehalten werden kann oder durch einen ebenfalls temperaturabhängig sich radial veränderbaren Kolbenring beeinflussbar ist, so dass die zweite druckbeaufschlagte Fläche 51 über die temperaturgesteuerten Bypässe A_zu; A_ab bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange zuschaltbar ist. Für den Kolbenring ist es sinnvoll, ein Temperaturverhalten vorzusehen, bei dem der Kolbenring bei zunehmender Temperatur den Querschnitt des Bypasses A_zu verringert, hingegen die Dichthülsendichtung 45 mit steigender Temperatur einen größeren Querschnitt im Bypass A_ab freigibt.
Zwischen dem Arbeitsraum 9 und dem Anschluss 35 zu der zweiten druckbeaufschlagten Fläche 51 ist ein Rückschlagventil 57 angeordnet, das in Anströmrichtung auf die zweite druckbeaufschlagte Fläche blockiert ist, wobei es die Anschlussöffnung 35 abdeckt. Der Innendurchmesser der Ventilscheibe 19 und eine Kolbenbefestigungsmutter bilden einen Anschluss 55, über den das verdrängte Dämpfmedium aus dem Durchlasskanal 13 für die Kolbenstangenausfahrbewegung in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum abströmen kann. Als Voröffnungsquerschnitt dient mindestens eine Öffnung 63 innerhalb des Rückschlagventils 57. Das Rückschlagventil zentriert sich über Stege am Innendurchmesser zum Kolben. Mit den Stegen beginnt praktisch der Anschluss 55 der Ventilscheibe.
In der 1 wird eine vergleichsweise tiefe Temperatur des Schwingungsdämpfers vorausgesetzt. Das Dämpfmedium ist deshalb vergleichsweise zäh und der Kolbenring 11 nimmt einen kleinen Außendurchmesser ein, so dass der Querschnitt des Bypasses A_zu zwischen dem Kolbenring und dem Zylinder groß ist. Der Kolbenring 11 verfügt genauso wie die Dichthülsendichtung 45, wie die 3 zeigt, über einen Stoß 65; 67 mit einer in Umfangsringrichtung verlaufenden Dichtfläche 69, 71. Diese Dichtflächen verändern zwar ihre Wirklänge, jedoch besteht keine direkte Verbindung zwischen der Kolbenring- bzw. Dichthülsendichtungsober und -unterseite. Zwar ist auch ein offener Stoß verwendbar, jedoch ist die technische Funktion des Schwingungsdämpfers dann von einer verringerten Güte. In der 4 ein der Kolbenring 11, dargestellt, der konstante Aussparungen 73 aufweist. Damit bleibt der Querschnitt des Bypasses A_zu konstant und die Temperaturkompensation erfolgt dann über die wirksame Querschnittsänderung im Bypass A_ab im Bereich der Dichthülsendichtung 45.
Die Dichthülsendichtung 45 weist ein gegensätzliches Temperaturverhalten auf. Mit sinkender Temperatur vergrößert sich der Außendurchmesser bis in diesem Fall der Querschnitt des Bypasses A_ab zwischen der Dichthülsendichtung und der Wandung des Zylinders praktisch geschlossen ist. Damit stellt sich bei einer Kol benstangenausfahrbewegung zwischen der Oberseite der Ventilscheibe in Richtung des Kolbens 5 und der Unterseite, die dem Arbeitsraum 9 zugewandt ist, ein Druckgefälle Δp ein, das auf die zweite druckbeaufschlagte Fläche 51 im Sinne einer zusätzlichen Öffnungskraft gegen die Schließkraft der Ventilfeder 25 wirkt. Es wird ein früheres Abheben der Ventilscheibe 19 erreicht, so dass die eigentlich größere Dämpfkraft infolge der größeren Zähigkeit des Dämpfmediums durch den größeren Abhubweg der Ventilscheibe kompensiert wird.
In der 2 ist der Zustand dargestellt, wenn der Schwingungsdämpfer seine Betriebstemperatur erreicht hat. Der Kolbenring 11 hat sich in seinem Außendurchmesser vergrößert, so dass der Querschnitt des Bypasses A_zu praktisch gleich Null ist. Die Dichthülsendichtung, hat sich aufgrund ihres konträren Temperaturverhaltens im Außendurchmesser 45 verkleinert und gibt einen großen Querschnitt im Bypass A_ab frei. Der Druckunterschied Δp bei der Kolbenstangenausfahrbewegung zwischen der Ober- und Unterseite der Ventilscheibe 19 ist vernachlässigbar, so dass die zweite druckbeaufschlagte Fläche 51 keine zusätzliche Öffnungskraft entfallten kann. Lediglich die erste durckbeaufschlagte Fläche 37 steht für eine Abhubbewegung der Ventilscheibe 19 zur Verfügung. Für den Schwingungsdämpfer bedeutet dieses Betriebsverhalten, dass temperaturunabhängig ein nahezu konstantes Dämpfkraftverhalten vorliegt, wobei der Kolbenring 11 und auch die Dichthülsendichtung 45 Zwischenstellungen einnehmen können und damit auch kleine zusätzliche Öffnungskräfte aufgrund des Druckunterschiedsap an der Ventilscheibe 19 genutzt werden können. Ein einfaches 0-1-Verhalten, das ggf. zu Komforteinbußen führen könnte, liegt somit nicht vor.

Claims

Schwingungsdämpfer, fassend einen dämpfmediumgefüllten Zylinder, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich angeordnet ist, wobei ein temperaturgesteuerter Bypass einen vom Kolben getrennten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum mit einem kolbenstangenfernen Arbeitsraum verbindet, wobei der Kolben für mindestens eine Durchströmungsrichtung mindestens einen Durchlasskanal aufweist, der austrittsseitig von mindestens einer Ventilscheibe zumindest teilweise abgedeckt wird, so dass an der Ventilscheibe eine in Öffnungsrichtung druckbeaufschlagte Fläche vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (19) zu der besagten druckbeaufschlagten Fläche (37) eine zusätzliche zweite druckbeaufschlagte Fläche (51) aufweist, die durch eine Ventilsitzfläche (29z) von der ersten bei geschlossener Ventilscheibe (19) getrennt ist und über den temperaturgesteuerten Bypass (A_zu; A_ab) zuschaltbar ist, so dass sich die beiden druckbeaufschlagten Flächen (37; 51) addieren.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (19) mit einer in Richtung des Zylinders (3) wirksamen temperaturabhängig wirksamen Dichtung (45) versehen ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Kolbens (5) zusätzlich zu dem Durchlasskanal (13) ein definierter Bypass (A_zu) zu der zweiten druckbeaufschlagten Fläche (51) ausgeführt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Teil des Bypasses (A_zu) im Bereich zwischen dem Kolbens (5) und dem Zylinder (3) größer ist als ein Querschnitt des Teil des Bypasses (A_ab) zwischen der Ventilscheibe (19) und dem Zylinder (3).
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Bypasses (A_zu) von einer Anzahl von Aussparungen (73) des Kolbenrings (11) gebildet wird.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) einen Kolbenring (11) trägt, der bei tieferen Temperaturen einen größeren Bypass (A_zu) zum Zylinder (3) zulässt als bei höheren Temperaturen.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (11) einen Stoß (65) mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtfläche (69) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchlasskanal (13) für die eine Strömungsrichtung des Dämpfmediums von einer konzentrisch angeordneten Ventilsitzfläche (29z) des mindestens einen Durchlasskanals (15) für die andere Strömungsrichtung getrennt wird, wobei die Breite der ersten druckbeaufschlagten Flä che (37) von den beiden konzentrischen Ventilsitzflächen (27z; 29z) bestimmt wird.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite druckbeaufschlagte Fläche (51) radial außerhalb der Ventilsitzflächen (29z;) für die Ventilscheibe (19) erstreckt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zugeordneten Arbeitsraum (9) und einem Anschluss (35) zu der zweiten druckbeaufschlagten Fläche (51) ein Rückschlagventil (57) angeordnet ist, das in Anströmrichtung auf die zweite druckbeaufschlagte Fläche (51 blockiert ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilscheibe (19) eine Dichthülse (41) zugeordnet ist, die sich zumindest von der druckbeaufschlagten Fläche (37; 51;) an der Ventilscheibe (19) in Richtung des zugeordneten Arbeitsraums (9) erstreckt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (19) und die Dichthülse (41) einteilig ausgeführt sind.