DE19615585C2

DE19615585C2 - Kolben-Zylinderaggregat

Info

Publication number: DE19615585C2
Application number: DE1996115585
Authority: DE
Inventors: Manfred Grundei
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2016-04-20
Also published as: DE19615585A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solches Kolben-Zylinderaggregat ist beispielsweise aus der DE-OS 31 00 886 A1 bekannt. Bei diesem Kolben-Zylinderaggregat handelt es sich um einen Schwingungsdämpfer, der Dämpfventile zur Erzeugung von Dämpfkräften aufweist. Die Dämpfventile bestehen aus Einzelventilen, die jeweils für einen Geschwindigkeitsbereich des Dämpfmediums im Zylinder des Schwin gungsdämpfers ausgelegt sind und sich in ihrer Wirkung zu einer Dämpfkraft kennlinie überlagern.

Bei den Dämpfventilen nach der DE-OS 31 00 886 A1 kommt ein erstes Ventil in Form einer kleinen Drosselöffnung innerhalb einer Tellerfeder zur Anwendung. Diese Drosselöffnung bewirkt einen Staudruck, der als Dämpfkraft genutzt wird. Mit der Drosselöffnung können nur relativ kleine Dämpfkräfte erzeugt werden.

Oberhalb eines Staudrucks hebt die Tellerfeder von Ihrem Ventilsitz ab und gibt einen größeren Drosselquerschnitt frei.

Aus der DE 44 10 996.2 ist ein Kolbenventil für einen Schwingungsdämpfer be kannt, bei dem in der Variante V₁ eine elastische erste Ventilscheibe den Austritt eines Durchlaßkanals abdeckt. Die Ventilscheibe ist in ihrem Öffnungsverhalten als ein reines Rückschlagventil ausgelegt, so daß die Dämpfkraftkennlinie einzig von der Kraft einer Tellerfeder abhängig ist. Dabei ist die Tellerfeder von ihrem Verhältnis Schirmung/Materialstärke mit einer nahezu konstanten Federkraft aus geführt. Das führt zu einer degressiven Dämpfkraftkennlinie des Dämpfventils.

Es kann jedoch auch der Wunsch nach einer linearen Dämpfkraftkennlinie beste hen. Dieselbe Schrift offenbart in der Variante V₃ eine Ausführung mit einer ge schlossenen Ventilscheibe. Bei einer solchen Ventilscheibe besteht eine hohe An forderung an die Lagetoleranzen für die Ebenen der Auflageflächen, da ansonsten aufgrund von Vorspannungsabweichungen große Schwankungen der Ventilschei be bei der Dämpfkraftkennlinie auftreten können. Dämpfventile mit linearen Dämpfkraftkennlinien sollten im Hinblick auf Dämpfkraftspitzen begrenzt werden.

Die DE 40 25 115 A1 beschreibt ein Dämpfventil, dessen Durchtrittskanäle von einer Ventilscheibe weitestgehend abgedeckt werden, wobei die Ventilscheibe ab einem bestimmten Staudruck gegen die Federkraft einer Feder von ihrer Ventil sitzfläche abhebt und einen größeren Austrittsquerschnitt an den Durchtrittskanä len freigibt, wobei die Ventilscheibe als eine Federscheibe auf eine vorgesehene Dämpfkrafteinstellung abgestimmt ist, sich an einer Kippkante des Dämpfventils abstützt und in Abhängigkeit eines Staudrucks in den Durchtrittskanälen freigibt einen definierten ersten Öffnungsweg freigibt, wobei die Federvorspannung der Ventilscheibe kleiner ist als die Federvorspannung der Feder, so daß bei einem weiterem Staudruckanstieg eine deutliche Vergrößerung des Öffnungsweges der Ventilscheibe einsetzt, in dem die Ventilscheibe von ihrer Ventilsitzfläche völlig abhebt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Dämpfventil mit einer linearen Dämpfkraftkennlinie für ein Kolben-Zylinderaggregat mit einer Abregelfunktion zu versehen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Die geforderte Funktion kann aufgrund der besonderen Auslegung der Einzelkom ponenten ohne ein separates Überdruckventil, beispielsweise in einem Bypass, erfüllt werden. Es handelt sich um eine sehr kostengünstige Lösung, die auch am Ventilkörper keine Änderungen zum Stand der Technik verlangt.

Tellerfedern haben den Vorteil, daß sie hinsichtlich ihrer Federkennlinie sehr va riabel ausgelegt werden können und auch bei relativ hohen Federkräften nur eine geringe Bauhöhe beanspruchen. Des weiteren kann die Tellerfeder durch ihre Schirmung als Zusatzfunktion die Kippkante bereitstellen.

Der Staudruck erzeugt eine Kraft, die idealisiert auf dem Teilkreisdurchmesser wirksam ist. Die Stützkraft der Tellerfeder in Verbindung mit der Kraft des Stau drucks bewirkt ein Biegemoment auf die Ventilscheibe, deren Biegeverformung den Öffnungsquerschnitt bestimmt. Durch diese geschickte Ausführung erhält man ein klarere Trennung zwischen der Tellerfederkraft und der Vorspannung der Ventilscheibe.

Dabei hat es sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, daß sich die Tellerfeder be zogen auf den Teilkreisdurchmesser nach radial außen abstützt. Die Zentrierung der Tellerfeder zum Ventilkörper wird wesentlich erleichtert. Die Öffnungsbewe gung findet am Innendurchmesser statt. Folglich fließt das Dämpfmedium erst in Richtung der Kolbenstange nach radial innen und erst dann nach radial außen, wodurch der Kolbenring geringer belastet wird.

Für eine verbesserte Toleranzunempfindlichkeit weist die Ventilscheibe in Um fangsrichtung mindestens eine nierenförmig verlaufende Aussparungen auf. Man kann die Ventilscheibe vorteilhafterweise am Innendurchmesser zentrieren, ohne daß der durch die Aussparung getrennte Ringabschnitt nennenswert geschirmt wird.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Dämpfventil

Fig. 2 Ventilscheibe als Einzelteil

Fig. 3 Öffnungsverhalten des Dämpfventils

Fig. 4 Kraft-Weg-Kennlinie der Feder

Fig. 5 Dämpfkraftkennlinie des Dämpfventils

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat 1 in der Bauform eines Schwingungsdämpfers. In einem Zylinder 3 ist eine Kolbenstan ge 5 mit einem Kolben als Dämpfventil 7 axial beweglich angeordnet. Der Kolben trennt den Zylinder in einen oberen und einen unteren Arbeitsraum 9; 11. Die beiden Arbeitsräume sind mit Dämpfmedium gefüllt. Ein Kolbenring 13 sorgt für die hydraulische Trennung der Arbeitsräume.

Das Dämpfventil ist mit Durchtrittskanälen 17 versehen, deren Austrittsseite von einer Ventilscheibe 19 im wesentlichen abgedeckt ist. Je nach Auslegung kann noch ein kleiner Querschnitt, ein sogenannter Voröffnungsquerschnitt, unbedeckt bleiben. Die Ventilscheibe zentriert sich an einem Zapfen der Kolbenstange und verfügt über mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende nierenförmige Aus sparung 21, die einen außenliegenden Teil 23 gegenüber einen innenliegenden Teil 25 elastisch verformen läßt (Fig. 2). Eine Auflagescheibe 27 dient dem in nenliegenden Teil 25 als Auflageebene. Für den außenliegenden Teil 23 verfügt das Dämpfventil über Ventilauflageflächen 29. Geringfügige Lagetoleranzfehler zwischen der Auflagescheibe und den Ventilauflageflächen werden von der Aus sparung 21 ausgeglichen. Ein Spannring 31 sorgt für eine Befestigung der Ven tilscheibe zwischen der Kolbenstange 5 und dem Dämpfventil 7, wobei für die gesamte Figurenbeschreibung beispielhaft nur die Druckseite betrachtet wird. Selbstverständlich können beide Dämpfventilwirkungsrichtungen wie beschrieben ausgeführt sein.

Die Ventilscheibe wird von einer Feder 33, in diesem Fall einer Tellerfeder, vorge spannt. Dabei stützt sich die Tellerfeder radial außerhalb eines Teilkreises 35 der Durchlaßkanäle ab. Die Tellerfeder kann, wie die Fig. 4 zeigt, durch eine Abstim mung der Schirmung im Verhältnis zur Materialstärke mit einem ausgeprägten Kraftmaximum ausgelegt sein. Es läßt sich aber auch eine lineare Kraftkennlinie erzeugen. Für die Abstimmung der Federvorspannungen gilt, daß die Federvor spannung der Feder, die auf die Ventilscheibe wirkt, deutlich größer ist als die Federvorspannung der Ventilscheibe selbst.

Bei einer Anströmung des Dämpfventil tritt Dämpfmedium in die Durchtrittskanä le 17 ein und bildet unterhalb der Ventilscheibe 19 einen Staudruck _p, der ideali siert auf dem Teilkreis der Durchtrittskanäle angreift. Als Wirkfläche für den Staudruck ist die Querschnittsfläche 37 der Durchtrittskanäle anzusehen. Der Staudruck _p multipliziert mit der Querschnittsfläche 37 wirkt als eine Biege kraft F_p auf die Ventilscheibe 19, da die Abstützkraft F_T der Tellerfeder entge gengesetzt gerichtet ist. Das Kräftepaar F_p; F_T bewirkt ein Biegemoment M_B auf den äußeren Teil 23 der Ventilscheibe 19. Eine Kippkante 39 ermöglicht dabei eine Verformung der Ventilscheibe. Die Verformung stellt einen momentanen er sten Öffnungsquerschnitt des Dämpfventils dar (Fig. 3 oben). Der maximale Öffnungsquerschnitt aufgrund der Verformung der Ventilscheibe stellt sich dann ein, wenn die Ventilscheibe mit ihrer Oberseite an dar Unterseite der Tellerfe der 33 anliegt, oder wenn die Biegekraft der Ventilscheibe genauso groß ist wie die Federkraft der Feder 33. Ab diesem Staudruckniveau kann die Tellerfeder 33 den äußeren Teil 23 der Ventilscheibe nicht mehr auf den Ventilauflageflä chen 29 vorspannen. Nach dem Abheben des äußeren Teils 23 liegt ein beson ders großer Durchtrittsquerschnitt , vor, der praktisch eine Dämpfkraftbe grenzung nach sich zieht.

Die Fig. 5 zeigt die Wirkung der Erfindung bei der Dämpfkraftkennlinie. Ein Vorteil der Ventilscheibe mit dem nierenförmigen Ausschnitt liegt darin, daß man auch bei v ≈ 0 schon eine Dämpfkraft F_D erzeugt. Unter der Voraussetzung, daß die Ventilscheibe fest eingespannt wäre, erhält man die lineare Kennlinie . Die bei den abknickenden Kennlinien und lassen sich durch die Auslegung der Fe dervorspannung in den Betriebspunkten der Kraft-Weg-Kennlinie nach der Fig. 4 erzeugen. Man kann sogar die Dämpfkraftkennlinie einknicken lassen, wenn die Federvorspannung bei der Kraft-Weg-Kennlinie der Tellerfeder jenseits des Kraft maximums, beispielsweise hinter dem Punkt , liegt.

Claims

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen dämpfmittelgefüllten Zylinder, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich geführt ist, mit ei nem Dämpfventil, dessen Durchtrittskanäle von einer Ventilscheibe weitestge hend abgedeckt werden, wobei die Ventilscheibe ab einem bestimmten Stau druck gegen die Federkraft einer Feder von ihrer Ventilsitzfläche abhebt und einen größeren Austrittsquerschnitt an den Durchtrittskanälen freigibt, wobei die Ventilscheibe als eine Federscheibe auf eine vorgesehene Dämpfkraftein stellung abgestimmt ist, sich an einer Kippkante des Dämpfventils abstützt und in Abhängigkeit eines Staudrucks in den Durchtrittskanälen einen definierten ersten Öffnungsweg freigibt, wobei die Federvorspannung der Ventilscheibe kleiner ist als die Federvorspannung der Feder, so daß bei einem weiterem Staudruckanstieg eine deutliche Vergrößerung des Öffnungsweges der Ventil scheibe einsetzt, in dem die Ventilscheibe von ihrer Ventilsitzfläche völlig ab hebt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (19) sich an einem Zapfen der Kolbenstange zentriert und mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende nierenförmige Ausspa rung (21) aufweist, die einen radial außenliegenden Teil (23) gegenüber einem innenliegendem Teil (25) elastisch verformen läßt, und daß die Feder (33), die auf die Ventilscheibe wirkt, als eine Tellerfeder ausgeführt ist und sich bezo gen auf den Teilkreisdurchmesser (35) der Durchtrittskanäle (5a; 5b) radial versetzt auf der Ventilscheibe (19) abstützt.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (33) bezogen auf den Teilkreisdurchmesser (35) nach radial außen abstützt.