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Die
Erfindung betrifft ein Dämpfventil
mit einem richtungsabhängigen
Querschnitt entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bei
der Auslegung eines Dämpfventils
für einen
Schwingungsdämpfer
kann es insbesondere aus Komfortgründen sinnvoll sein, dass für unterschiedliche
Durchströmungsrichtungen
des Dämpfventils verschieden
große
Querschnitte, auch Voröffnungsquerschnitte
genannt, zur Verfügung
stehen. In der
DE 32
46 866 A1 sind mehrere konstruktive Varianten eines Dämpfventils
offenbart. In der Variante nach
2 wird
eine Rückschlagventilscheibe
mit einem c-förmigen
Freischnitt verwendet, die mit ihrem Innendurchmesser fest auf einem
Kolben gespannt ist. Ein äußerer Ringteil
der Rückschlagventilscheibe kann
sich zu zentralen kreisringförmigen
Spannfläche
elastisch verformen. Konzentrisch radial außerhalb zu dem äußeren Ringteil
der Rückschlagventilscheibe
ist eine Dichtscheibe angeordnet. Bei einer Anströmung des äußeren Ringteils
der Rückschlagventilscheibe
aus der Richtung von Kanälen,
die in einem Ringkanal münden,
wird der äußere Ringteil
gegen eine Deckscheibe gedrückt,
so dass kei ne Strömungsverbindung
zum Arbeitsraum vorliegt. Bei einer Anströmung aus der Richtung der Deckscheibe hebt
der äußere Ringteil
von der Deckscheibe ab und gibt einen Voröffnungsquerschnitt frei. Die
auf dem ersten Blick verblüffend
einfache Ausgestaltung eines richtungsabhängigen Voröffnungsquerschnitts birgt in
der Praxis einige Tücken.
So muss zwischen dem äußeren Ringteil
und der dazu radial außenliegenden
Dichtscheibe zwangsläufig
ein Spalt vorliegen, der sich aufgrund der Durchmesserbereiche deutlich
auf die Funktionalität
des Voröffnungsquerschnitts
auswirkt. Des weiteren verfügt
die äußere Dichtscheibe über eine
größere Materialstärke. Folglich
wird die Deckscheibe zumindest geringfügig im Sinn einer Tellerfeder
verformt, so dass die Rückschlagventilsscheibe
einen vergleichsweise großen Deformationsweg
ausführen
muss, der wiederum einen größeren Spalt
zur radial außenliegenden
Dichtscheibe verlangt. Die Rückschlagventilscheibe
ist in Öffnungsrichtung,
also in Richtung des Ringkanals erheblichen Druckkräften ausgesetzt,
die keinerlei Abstützung
am Kolben oder der radial äußeren Dichtscheibe
erhalten. Die Lebensdauer der Rückschlagventilscheibe
ist eher begrenzt.
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In
der Variante nach
7 der
DE 32 46 866 A1 kommt
eine einfache geschlossene Rückschlagventilscheibe
zur Anwendung, die sich an einer Dichtscheibe abstützt, die über drei
bogenförmige
Aussparungen verfügt.
Die Dichtscheibe ist am Innen- und am Außendurchmesser zum Kolben vorgespannt,
wobei immer dann, wenn man eine degressive Kennlinie gemäß der
5 erreichen will, ein gewisser
Höhenversatz
am Kolben vorliegt, so dass der Außendurchmesser fest auf dem
Kolben gespannt wird. Dadurch stellt sich zwischen der Unterseite
der Dichtscheibe und der Rückschlagventilscheibe
ein undefinierter Spalt ein, der ebenfalls die Wirkung des Voröffnungsquer schnitts
beeinflusst. Auch in dieser Variante liegt für die Rückschlagventilscheibe in Öffnungsrichtung
keine den Öffnungsweg
begrenzende Anschlagfläche
vor.
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Die
gattungsbildende
DE
40 25 115 A1 ,
3,
beschreibt ein Dämpfventil,
umfassend einen Dämpfventilkörper mit
einem Durchtrittskanalsystem, dass zumindest an einer Austrittsseite
von einer Anzahl von Ventilscheiben abgedeckt wird, wobei eine Rückschlagventilscheibe
in eine Strömungsrichtung eines
Dämpfmedium
einen Voröffnungsquerschnitt freigibt
und in die andere Strömungsrichtung
des Dämpfmediumstrom
verschließt,
wobei eine mit mindestens einem durch die Rückschlagventilscheibe schaltbaren
Querschnitt versehene erste Deckscheibe die Abhubbewegung der Rückschlagventilscheibe und
eine zweite, von einer Tellerfeder gebildeten Deckscheibe die Abhubbewegung
der Rückschlagventilscheibe
in entgegengesetzter Wirkrichtung zur ersten Deckscheibe begrenzt.
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Aus
der
DE 197 52 670
C2 ist ein Dämpfventil
mit einem strömungsrichtungsabhängigen Voröffnungsquerschnitt
bekannt, der von einer Rückschlagventilscheibe
gesteuert wird, die einen Abdeckbereich und radial außerhalb
und innerhalb des Abdeckbereichs Spannflächen aufweist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer mit einem
richtungsabhängig
wirksamen Querschnitt zu realisieren, das einerseits eine große Lebensdauer und
andererseits ein geringe Fertigungstoleranzempfindlichkeit aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Rückschlagventilscheibe
axial schwimmend gelagert ist und von der Tellerfeder auf die erste
Deckscheibe vorgespannt wird, wobei die Rückschlagventilscheibe und bezogen
auf ihren Abdeckbereich eine radial innenliegende und eine radial außenliegende
Spannfläche
aufweist, wobei sich der Abdeckbereich elastisch zu der Spannfläche verformen
kann und die Tellerfeder und der Abdeckbereich der Rückschlagventilscheibe
einen Ringraum bilden, der eine Abflussverbindung zum Ausströmen aus dem
Dämpfventil
aufweist, wobei die Rückschlagventilscheibe
als Abflussverbindung mindestens eine Ausklinkung aufweist, die
im Bereich der Spannfläche
ausgeführt
ist.
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Mit
dieser vorteilhaften Maßnahme
kann die Lebensdauer der Rückschlagventilscheibe
deutlich verbessert werden. Unabhängig vom momentanen Betriebsdruck
stellt sich eine maximale Öffnungsposition
und die Schließstellung
ein, die von den beiden Deckscheiben gestützt wird.
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Es
liegt eine insgesamt einfache und kompakte Bestückung des Dämpfventils vor, wobei die Tellerfeder
für eine
tendenziell degressive Dämpfkraftkennlinie
des Dämpfventils
sorgt, auch dann, wenn die erste Deckscheibe völlig eben auf dem Dämpfventil
angeordnet ist.
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Die
Rückschlagventilscheibe
muss lediglich die Abhubbewegung für den Voröffnungsquerschnitt ausführen. Wenn
die erste Deckscheibe, die gleichzeitig auch die Funktion einer
dämpfkrafterzeugenden
Ventilscheibe ausführt,
von dem Dämpfventil körper abhebt,
dann kann die Rückschlagventilscheibe praktisch
spannungsfrei die Abhubbewegung synchron ausführen.
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Zwischen
dem Abdeckbereich und der Spannfläche sind vorteilhafterweise
Freischnitte ausgeführt,
die die Elastizität
der Rückschlagventilscheibe
bei vergleichsweise großer
Materialstärke
steigern.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liegt die erste
Deckscheibe mit einer bezogen auf das Durchtrittskanalsystem radial
innenliegenden und einer radial außenliegenden Auflagefläche auf
dem Dämpfventilkörper auf.
Damit ist der Vorteil verbunden, dass sich zwischen dem Dämpfventilkörper und
der ersten Deckscheibe keine Spalte einstellen, die die Wirkung
des Voröffnungsquerschnitts überlagern.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die Tellerfeder mindestens
eine Durchlassöffnung
für das
Dämpfmedium
auf.
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Bei
einer Ausführungsform
weist die Rückschlagventilscheibe
bezogen auf den Abdeckbereich eine radial innenliegende und eine
radial außenliegende
Spannfläche
auf. Das Prinzip der Freischnitte wird bei dieser Rückschlagventilscheibe
zweifach angewendet, um die beiden radial zu dem Abdeckbereich vorliegenden
Spannflächen
in Verbindung mit den vergleichsweise langen Federstegen zu erhalten.
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Des
weiteren ist die Rückschlagventilscheibe
mit Zentrierstegen zur eigenen Positionierung zum Dämpfventil
versehen.
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Bei
einer ersten Variante liegt die Rückschlagventilscheibe bei verschlossenem
Voröffnungsquerschnitt
mit ihrem Abdeckbereich auf der Deckscheibe auf.
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Um
einen u. U. vorliegenden Klebeeffekt zwischen der Rückschlagscheibe
und der ersten Deckscheibe zu verhindern ist zwischen der ersten
Deckscheibe und der Rückschlagventilscheibe
im Abdeckbereich eine Vorspannscheibe angeordnet, auf die sich der
Abdeckbereich in der geschlossenen Stellung der Rückschlagventilscheibe abstützt. Ein weiterer
wesentlicher Vorteil dieser Variante besteht darin, dass eine linienförmige Dichtkante
vorliegt, die eine zuverlässige
Dichtfunktion gewährleistet.
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Anhand
der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher beschrieben
werden.
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Es
zeigt:
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1 Dämpfventil in einer Schnittdarstellung
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2 u. 3 Detaildarstellung des Dämpfventils
nach 1
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4 u. 5 Dämpfventil
mit einer zusätzlichen Spannscheibe
für die
Rückschlagventilscheibe
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6 Ansicht der ersten Deckscheibe
des Dämpfventils
nach den 1 bis 5
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7–9 Verschiedene
Varianten für
eine Rückschlagventilscheibe
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10 u. 11 Detaildarstellung eines Dämpfventils
nach der 1 mit einer
Durchlassöffnung
innerhalb der Tellerfeder
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12 Rückschlagventilscheibe zum Dämpfventil
nach 10
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Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung
durch ein Dämpfventil 1,
insbesondere für
einen Schwingungsdämpfer.
Ein Dämpfventilkörper 3 des
Dämpfventils
verfügt über ein
Durchtrittskanalsystem in der Ausführung von axial verlaufenden
Kanälen 5; 7,
die über
eine schrägverlaufende
Eintrittsöffnung 9; 11 verfügen und
jeweils für
eine Durchströmungsrichtung
ausgelegt sind, da die jeweiligen Austrittsöffnungen 13; 15,
die in einem Ringkanal 17; 19 münden, von
mindestens einer Ventilscheibe abgedeckt werden. Die Ringkanäle 17; 19 für die Austrittsöffnungen werden
durch die Eintrittsöffnungen
der axial verlaufenden Kanäle
für die
jeweils andere Durchströmungsrichtung
in ihrer Breite eingeschränkt,
doch sind die Ringkanäle
vollständig
umlaufend ausgeführt.
Wie man anhand der Eintrittsöffnungen 9; 11 erkennt,
wird der Dämpfventil 1 wechselseitig
von einem Dämpfmedium,
z. B. einem Öl,
durchströmt.
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Auf
der einen Oberfläche
des Dämpfventilkörpers ist
eine elastische erste Deckscheibe 21 aufgelegt, wie sie
in der 6 als Einzelteil
dargestellt ist. Die Deckscheibe erstreckt sich bezogen auf das Durchtrittskanalsystem
auf radial innenliegende und radial außenliegende Auflagefläche 23; 25 des Dämpfventilkörpers und
verfügt über eine
Anzahl von Querschnitten 27, die funktional einem Voröffnungsquerschnitt
entsprechen, dessen Dämpfwirkung
insbesondere bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten des
Dämpfmediums
auftritt. Der Teilkreis, auf denen die einzelnen Querschnitte angeordnet
sind, befindet sich innerhalb des von dem Ringkanal 17 des
Dämpfventilkörpers 3 bestimmten
Bereichs.
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Auf
dieser ersten Deckscheibe 21 ist eine Rückschlagventilscheibe 29 aufgelegt,
die axial schwimmend gelagert ist. Eine zweite Deckscheibe 31 begrenzt
den Abhubweg der Rückschlagventilscheibe
in entgegengesetzter Wirkrichtung zur ersten Deckscheibe 21.
Die Rückschlagventilscheibe 29 kann
sich nur zwischen den beiden Deckscheiben 21; 31 axial
bewegen. Die zweite Deckscheibe 31 wird von einer Tellerfeder
gebildet, die die Rückschlagventilscheibe 29 auf
die erste Deckscheibe 21 vorspannt und deren Federweg von
einer starren Anschlagscheibe 33, die fest mit dem Dämpfventilkörper 3 verbunden
ist, begrenzt.
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Die
Rückschlagventilscheibe 29 verfügt über eine
Spannfläche 35 und
einen Abdeckbereich 37, der sich elastisch zu der Spannfläche 35 verformen kann.
In den 7 bis 9 sind verschiedene Ausführungsvarianten
dargestellt. Zur eigenen Positionierung ist die Rückschlagventilscheibe 29 mit
radial innenliegenden Zentrierstegen 39 versehen, die sich an
einem Zentrierring 41 des Dämpfventils abstützen.
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Aus
der Detailansicht nach den 2 und 3 ist erkennbar, dass die
Tellerfeder 31 und der Abdeckbereich 37 der Rückschlagventilscheibe 29 einen
Ringraum 43 bilden, der den maximalen Abhubweg des Abdeckbereichs 37 bestimmt
und eine Abflussverbindung zum Ausströmen aus dem Dämpfventil
aufweist. Die Abflussverbindung wird von mindestens einer Ausklinkung 45 gebildet,
die im Bereich der Spannfläche
ausgeführt
ist.
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Bei
einer Anströmung
der ersten Deckscheibe 21 mit einer geringerer Strömungsgeschwindigkeit
des Dämpfmediums
verbleibt die erste Deckscheibe auf den Auflageflächen 37 entsprechend
der 2 des Dämpfventilkörpers. Lediglich
durch die Querschnitte 27 trifft das Dämpfmedium auf den Abdeckbereich
der Rückschlagventilscheibe.
Der Abdeckbereich hebt gemäß der 3 aus seiner Planlage von
der ersten Deckscheibe 211 ab und kommt in seiner maximalen
Abhubposition an der Unterseite der zweiten Deckscheibe 31 zur
Anlage. Dabei kann das Dämpfmedium
zwischen der Rückschlagscheibe 29 und
der zweiten Deckscheibe 31 über die Ausklinkungen 45 aus
dem Dämpfventil
ausströmen.
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Sollte
die Strömungsgeschwindigkeit
des Dämpfmediums
zunehmen, dann hebt die erste Deckscheibe 21 im Bereich
der radial außenliegenden
Auflagefläche 25 vom
Dämpfventilkörper gegen die
Vorspannkraft der zweiten Deckscheibe 31 bzw. der Tellerfeder
ab. Die Rückschlagventilscheibe 29 kann
nahezu eine Planlage einnehmen, da die Querschnitte in diesem Strömungsgeschwindigkeitsbereich
praktisch nicht mehr wirksam sind.
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Bei
einer entgegengesetzt gerichteten Strömung entsprechend der 2 kann das Dämpfmedium über die
Ausklinkungen 45 in der Rückschlagventilscheibe zwar
in den Ringraum 43 zwischen der Rückschlagventilscheibe und der
zweiten Deckscheibe einströmen,
doch verhindert der Abdeckbereich den weiteren Strömungsweg
durch die Querschnitte 27 innerhalb der ersten Deckscheibe 21 ,
so dass die Querschnitte, die in Summe den Voröffnungsquerschnitt des Dämpfventils
bilden, nur für
eine Strömungsrichtung
zur Verfügung
stehen.
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In
den 4 und 5 ist eine Abwandlung des Dämpfventils 1 nach
den 2 und 3 dargestellt, bei der eine
zusätzliche
Vorspannscheibe 47 zwischen der ersten Deckscheibe 21 und
dem Abdeckbereich 37 der Rückschlagventilscheibe 29 angeordnet
ist, auf die sich der Abdeckbereich abstützt. Dadurch wird der Abdeckbereich
geringfügig
zur Spannfläche 35 geschirmt,
wodurch eine Linienberührung
zwischen der Vorspannscheibe 47 und der Rückschlagventilscheibe 29 vorliegt.
Die Vorspannscheibe weist einen kleinen Durchmesser als die erste
Deckscheibe auf und ist mit der ersten Deckscheibe über die Anschlagscheibe 33 axial
fest verspannt, so dass keine Leckagen vorbei an der Rückschlagventilscheibe auftreten
können.
Auch wenn die erste Deckscheibe bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten von
der radial außenliegenden
Auflagefläche 25 abhebt,
tritt keine größere Spannung
innerhalb der Rückschlagventilscheibe
auf, eher der gegenteilige Effekt setzt ein, da dann die Spannfläche 35 auf
das Niveau des Abdeckbereichs 37 angehoben wird und die
Vorspannung des Abdeckbereichs auf die Vorspannscheibe abnimmt.
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In
der 7 ist die Rückschlagventilscheibe 29 entsprechend
den 1 bis 5 als Einzelteil dargestellt.
Die Rückschlagventilscheibe
ist als Planscheibe ausgeführt
und verfügt
eine zentrale Öffnung 49 mit
den Zentrierstegen 39 zur Eigenpositionierung zum Dämpfventilkörper. Es
schließt
sich eine geschlossene Ringfläche
an, die den Abdeckbereich 37 darstellt. Am äußeren Rand
der Rückschlagventilscheibe
sind die Ausklinkungen 45 vorgenommen worden, wodurch sich
eine Anzahl von segmentartigen Einzelspannflächen 35 bilden.
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Die 8 stellt eine Abwandlung
der 7 dar, in dem die
Ausklinkung 45 eine t-förmige Kontur aufweist,
wodurch ein schmaler Übergangssteg 51 zwischen
den Einzelspannflächen 35 und
dem Abdeckbereich 37 entsteht.
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Die
Rückschlagventilscheibe 29 nach 9 verfügt über je zwei halbkreisförmige Freischnitte 53; 55,
die versetzt zueinander ausgeführt
sind, wodurch Federstege 57 zwischen den Einzelspannflächen 35 und
dem Abdeckbereich 37 entstehen, die eine besonders große Elastizität und damit
günstige
Vorspannkräfte
im Verhältnis
zum erreichbaren Abhubweg bieten. Die Auswahl der verwendeten Rückschlagventilscheibe 29 nach
den 7 bis 9 ergibt sich aus dem radialen
Bauraum für
den Dämpfventilkörper.
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Die 10 und 11 zeigen eine Detaildarstellung in Abwandlung
des Dämpfventils 1 nach
der 1. Dabei wurden
Durchlassöffnungen 31d zum besseren
Durchsatz des Dämpfmediums
durch die Tellerfeder eingeführt.
Des weiteren enthält
diese Dämpfventil
eine Rückschlagscheibe 29 entsprechend
der 12 nach dem Prinzip
der 9, jedoch mit halbkreisförmigen Freischnitten 53; 55,
die ebenfalls Federstege 57 begrenzen, so dass bezogen
auf den Abdeckbereich 37 eine radial innenliegende Spannfläche 35i und
eine radial außenliegende
Spannfläche 35a,
die jeweils über
die Federstege 57 mit dem Abdeckbereich verbunden sind,
so dass der Abdeckbereich 37 bei einer Anströmung in
etwa parallel zu der ersten Deckscheibe 21 abheben kann und
damit die Querschnitte 27 freigibt. In der 10 ist die geschlossene Betriebsstellung
dargestellt. Das Dämpfmedium
strömt
zwischen die Tellerfeder 31 und der Anschlagscheibe 33 durch
die Durchlassöffnung 31d und
trifft auf den Abdeckbereich 37, der den Querschnitt 27 innerhalb
der ersten Deckscheibe 21 verschließt.
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In
der 11 ist das Dämpfventil 1 nach 10 bei entgegengesetzt gerichtete
Strömung des
Dämpfmediums
durch den Querschnitt 27 gezeigt, wobei der Abdeckbereich 37 seine
maximale Abhubstellung an der Unterseite der Tellerfeder 31 erreicht
hat. Das Dämpfmedium
kann die Durchlassöffnung 31d innerhalb
der Tellerfeder aus dem Dämpfventil
abströmen.
Im Vergleich zu den Ausklinkungen 45 steht ein wesentlich
größerer Querschnitt zur
Verfügung,
der unabhängig
von dem Federungszustand der Tellerfeder 31 ist.