DE2721933A1

DE2721933A1 - Geschwindigkeitsabhaengig blockierbare ventileinrichtung, insbesondere fuer hydraulische teleskopschwingungsdaempfer von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2721933A1
Application number: DE19772721933
Authority: DE
Inventors: Albrecht Ing Grad Nachtigall
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Boge GmbH
Priority date: 1977-05-14
Filing date: 1977-05-14
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE2721933B2; DE2721933C3

Description

Geschwind igke itsabhäng ig blockierbare Ventile inrichtung, insbesondere
für hydraulische Teleskopschwingungsdämpfer von Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine geschwindigkeitsabhängig blockierbare Ventileinrichtung, insbesondere für hydraulische Teleskopschwingungsdämpfer von Kraftfahrzeugen, mit einer in einem Arbeitskolben oder einem Ventilboden angeordneten, für eine Durchströmung von einem stromaufwärts gelegenen Arbeitsraum in einen stromabwärts gelegenen Arbeitsraum bestimmte Gruppe von axial verlaufenden Durchtrittkanälen, die durch eine oder mehrere ringförmige, am Innenumfang fest eingespannte, auf einer Dichffläche aufliegende und von dieser unter Bildung eines Ventilspaltes abhebbare, mittels einer Stützscheibe hubbegrenzte Federscheiben abgedeckt sind.
Aus der DT PS 1 249 100 ist eine Ventileinrichtung dieser Art für einen Arbeitskolben eines Flüssigkeitsstoßdämpfers bekannt, bei der die zu verdrängende Flüssigkeit nach Erreichung eines die Federkraft der Federscheiben übersteigenden Druckes die Federscheiben von ihrer Dichffläche abheben muß, damit die Flüssigkeit aus dem stromaufwärts gelegenen in den stromabwärts gelegenen Arbeitsraum entweichen kann. Dabei entweicht die Flüssigkeit aus dem Ventilspalt unmittelbar in den stromabwärts gelegenen Arbeitsraum, und die entstehende Dämpfungskraft des Arbeitskolbens nimmt bekanntermaßen etwa proportional mit der Hubgeschwindigkeit des Arbeitskolbens d. i.
proportional mit der Durchflußmenge bei wachsendem Ventilspalt zu, bis die Federscheiben im hubbegrenzten Zustand an der Stützscheibe anliegen und der Ventilspalt konstant bleibt. Bei weiter zunehmender Hubgeschwindi gkeit erfolgt eine progressive Zunahme der Dämpfungskraft.
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, eine Ventileinrichtung der genannten Art mit der Eigenschaft zu versehen, daß die von ihr erzeugte Dämpfungskraft mit zunehmender Druckflußmenge des Dämpfungsmediums zunächst zunimmt wie bei der bekannten Ventileinrichtung, jedoch ab einer vorausbestimmten Durchflußmenge die Dämpfungskraft sprungartig zunimmt oder der Durchfluß des Dämpfungsmediums blockiert wird. Eine derartige Eigenschaft wird beispielsweise von einem an einem Drehkranz eines Gelenkbusses vorgesehenen Schwingungsdämpfer verlangt, der bei normaler Fahrt und den dabei auftretenden Drehgeschwindigkeiten wie ein üblicher Schwingungsdämpfer ansprechen und bei einem Schleudern oder Ausbrechen einer nächst dem Drehkranz liegenden Fahrzeugachse die Bewegung des Drehkranzes sehr stark dämpfen oder blockieren soll.
Die gestellte Aufgabe, für deren Lösung das Verhalten der bekannten Ventileinrichtung nicht ausreicht, wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.
Um die von den Federscheiben gebildeten Spalte zu unterscheiden, sind der mit der Dichtfläche gebildete Spalt als Ventilspalt und der mit der Stützscheibe gebildete Spalt als Ringspalt bezeichnet. Bei infolge eines Überdrucks im stromaufwärts gelegenen Arbeitsraum abgehobenen Federscheiben fließt das Dämpfungsmedium aus diesem Raum durch die Durchtrittskanäle und den Ventilspalt in den abgeschlossenen Ringraum und von dort durch den Ringspalt und die Durchbrüche der Stützscheibe in den stromabwärts gelegenen Arbeitsraum. Bei einem kleinen Ventilhub der Ventilscheiben entsprechenden geringen Durchflußmengen sind der Ventilspalt verhältnismäßig klein und der Ringspalt groß und wird der Differenzdruck der beiden Arbeitsräume zum größeren Teil im Ventilspalt und zum kleineren Teil im Ringspalt abgebaut, wobei die auf der Federsche iben wirkenden strömungsbedingten Druckkräfte mit der Federkraft der Federscheiben in einem stabilen Gleichgewicht sind.
In diesem Bereich der Durchflußmenge nimmt die Dämpfungskraft eines mit der Ventileinrichtung nach der Erfindung ausgerüsteten Dämpfers gemäß der gestellten Aufgabe mit zunehmender Hubgeschwindigkeit zu. Von einer bestimmten Größe des Ventilhubs an, zu dem eine bestimmte kritische Durchflußmenge gehört, besteht zwischen den auf die Federscheiben wirkenden Strömungskräften und der Federkraft der Federscheiben ein labiles Gleichgewicht.
Dies hat zur Folge, daß die Federscheiben sprungartig bis zum vollen Anliegen an der Stützscheibe verformt werden, der Fluß durch die Durchbrüche der Stützscheibe gesperrt und ein mit der Ventileinrichtung ausgerüsteter Dämpfer bei einer der kritischen Durchflußmenge entsprechenden kritischen Hubgeschwindigkeit blockiert wird.
Eine volle Blockierung kann durch zusätzliche Öffnungen zwischen den beiden Arbeitsräumen, sogenannte konstante Durchlässe, in ein dem Strömungswiderstand der konstanten Durchlässe entsprechendes starkes Ansteigen der Dämpfungskraft mit weiter zunehmender Hubgeschwindigkeit abgewandelt werden. So kann die Ventileinrichtung nach der Erfindung in vorteilhafter Weise einen Dämpfer mit der Eiger7Schaft gemäß der gestellten Aufgabe versehen.
Wenn ein Arbeitskolben oder ein Ventilboden nur in einer Strömungsrichtung durchströmbar ist, können der Arbeitskolben oder der Ventilboden und die Stützscheibe den gleichen Durchmesser aufweisen und gemeinsam von einem Arbeitszylinder umfaßt sein, der die Umfangswand des abgeschlossenen Ringraums bildet. Bei einem in beiden Strömungsrichtungen durchströmbaren Arbeitskolben oder Ventilboden ist es zweckmäßig, die Stützscheibe und die Umfangswand mit einem gegenüber dem Arbeitszylinder kleineren Durchmesser auszuführen, wodurch sich an die Umfangswand in radialer Richtung ein unmittelbar in den stromabwärts gelegenen Arbeitsraum übergehender, ringförmiger Freiraum anschließt, aus dem eine zweite Gruppe von Durchtrittskanälan ausgehen kann, die für eine Durchströmung des Arbeitskolbens oder des Ventil bodens in der anderen Richtung bestimmt ist.
Dabei können der mit der Dichtfläche versehene Bereich des Arbeitskolbens oder des Ventilbodens und die Stützscheibe den gleichen Durchmesser aufweisen und gemeinsam von einem eine Umfangswand bildenden Teil umfaßt sein. Der mit der Dichtfläche versehene Bereich kann als besondere Zwischenscheibe ausgebildet sein, die mit dem Arbeitskolben oder dem Ventilboden und der Stützscheibe durch einen zentralen Bolzen fest verspannt wird, wobei in die Vorspannung ein Boden einer topfförmigen Umfangswand einbezogen werden kann.
Der bekannte Arbeitskolben kann in besonders einfacher Weise in einen solchen mit einer Ventileinrichtung nach der Erfindung umgerüstet werden, indem er durch eine Zwischenscheibe, eine Stützscheibe und eine Umfangswand ergänzt wird, wobei diese Teile in der eben genannten Weise mit dem Arbeitskolben verspannt sind. Auch eine zweite Gruppe von Durchtrittskanälen kann mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung versehen werden, so daß dann der Durchfluß in beiden Strömungsrichtungen geschwindigkeitsabhängig blockierbar ist.
Auf der Zeichnung zeigen: 7 Fig. reinen Teilausschnitt eines Dämpfers, der einen mit einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung versehenen Arbeitskolben aufweist, Fig. 2 einen möglichen Dämpfungskraft Verlauf für den Arbeitskolben nach Fig. 1.
Nach Fig. 1 ist ein am Ende einer Kolbenstange 3 befestigter Arbeitskolben 1 in einem ölgefüllten Arbeitszylinder 2 verschieblich geführt und durch einen Kolbenring 4 gedichtet. Auf einen mit einem Gewinde 15 versehenen Zapfen 5 der Kolbenstange 3 sind nacheinander eine Fangplatte 6,eine biegsame Ventilplatte 7, der Arbeitskolben 1, eine dicht auf dem Arbeitskolben 1 liegende Zwischenscheibe 8, eine Federscheibe 9, eine Schützscheibe 10 und ein mit Durchbrüchen 29 Boden 11 einer topfförmigen Umfangswand 12 aufgefädelt und mittels einer Mutter 13 gegen eine Schulter 14 der Kolbenstange 3 gespannt.
Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung verb indet einen stromaufwärts gelegenen Arbeitsraum 17 mit einem stromabwärts gelegenen Arbeitsraum 18 und umfaßt von einer dem Arbeitsraum 17 zugewandten Stirnfläche 26 ausgehende Durchtrittskanäle 16 des Arbeitskolbens 1, die sich in Durchtrittskanäle 16' der Zwischenscheibe 8 fortsetzen, die am Innenumfang eingespannte, auf einer Dichtfläche 19 der Zwischenscheibe 8 mit einer Vorspannkraft liegende und von dieser unter Bildung eines Ventilspaltes abhebbare Federscheibe 9, die Stützscheibe 10 mit einer konischen Stirnfläche 20, die den Hub der Federscheibe 9 begrenzt und mit der Federscheibe 9 einen Ringspalt 21 bildet, einen im Bereich des Ventilspaltes angeordneten, von der Umfangswand 12 und der Stützscheibe 10 abgeschlossenen Ringraum 22 und von der Stirnfläche 20 ausgehende, in den Arbeitsraum 18 mündende Durchbrüche 23 der Stützscheibe 10.
Die Umfangswand 12 hat einen kleineren Durchmesser als der Arbeitskolben 1 und bildet mit dem Arbeitszylinder 2 einen ringförmigen unmittelbar in den Arbeitsraum 18 übergehenden Freiraum 24.
Von einer dem Freiraum 24 zugewandten Stirnfläche 27 gehen Durchtrittskanäle 25 des Arbeitskolbens 1 airs, die durch die Ventilplatte 7 abgedeckt sind, in den Arbeitsraum 17 münden und die Dämpfungskräfte bei einem Hub der Kolbenstange in Druckrichtung steuern. Als konstanter Durchlass ist eine einen Durchtrittkanal 16 mit dem Freiraum 24 verbindende enge Öffnung 28 vorgesehen. Konstante Durchlässe können auch an beliebigen anderen Stellen der Ventileinrichtung vorgesehen werden, beispielsweise in Form von Schlitzen am äußeren Umfang einer der Zwischenscheibe 8 zugewandten, nicht gezeichneten zusätzlichen Federscheibe und/oder einer der Stützscheibe 10 zugewandten, nicht gezeichneten zusätiichen Federscheibe.
Die Funktion der Ventileinrichtung des Arbeitskolbens nach Fig. 1 wird unter der Voraussetzung eines Hubes der Kolbenstange 3 in Zugrichtung und eines dabei entstehenden Überdrucks im Arbeitsraum 17 unter Hinweis auf Fig. 2, die einen möglichen Dämptbngskraftverlauf in Abhängigkeit von der Hubgeschwindigkeit in einem kartesischen Koordinatensystem mit der Kraft F als Ordinate und der Geschwindigkeit v als Abszisse zeigt, wie folgt beschrieben: Bei einer Geschwindigkeit kleiner als v1, bei der der Druck im Arbeitsraum 17 nicht ausreicht, um die Vorspannkraft der Federscheibe 9 zu überwinden, fließt das Öl ausschließlich durch die Öffnung 28 in den Arbeitsraum 18, wobei die Kraft in angenommen quadratischer Abhängigkeit von der Geschwindigkeit entlang eines Kurvenzugs a bis zu einer Kraft F1 bei der Geschwindigkeit v1 wächst. Bei Geschwindigkeiten größer als v1 übersteigt der Druck im Arbeitsraum 17 die Vorspannkraft der Federscheibe 9, wird die Federscheibe 9 von der Dichtfläche 19 abgehoben und fließt das Öl zusätzlich durch den entstehenden Ventilspalt in den Ringraum 22, durch den Ringspalt 21 und die Durchbrüche 23 in den Arbeitsraum 18, wobei die Kraft entlang eines Kurvenzugs d bis zu einer Kraft F2 bei einer Geschwindigkeit v2 zunimmt. In dem Geschwindigkeitsbereich von v1 bis v2 steigt der Druck im Ringraum 22, der bei V1 gleich dem Druck im Arbeitsraum 18 war, bei zunehmendem Drosselwiderstand des abnehmenden Ringspaltes 21 über den Druck im Arbeitsraum 18, bis er bei der Geschwindigkeit v2 einen Wert erreicht, bei dem die auf die Federscheibe 9 in Richtung der Stützscheibe 10 wirkende Strömungskraft die Federkraft der Federscheibe 9 überwiegt und das Gleichgewicht zwischen Strömungskraft und Federkraft instabil wird, so daß die Federscheibe 9 sprungartig an die konische Stirnfläche 20 gepresst wird und der weitere Durchfluß durch die Durchbrüche 23 gesperrt ist, wobei der Druck im Ringraum 22 dem Druck des Arbeitsraums 17 entspricht.
Die Dämpfungskraft ist hierbei von der Kraft F2 auf eine Kraft F4 gesprungen und nimmt im weiteren Verlauf entlang eines Kurvenzugs c zu, wobei die Kraft F4 und der Kurvenzug c durch den Strömungswiderstand der Öffnung 28 festliegen, beispielsweise bis zu einer Kraft F5 bei einer Geschwindigkeit V5. Bei einer von v5 abnehmenden Geschwindigkeit verläuft die Kraft entlang dem Kurvenzug c wieder bis zu der Kraft F4 und weiter entlang eines durch den Strömungswiderstand der Offnung 28 festgelegten Kurvenzugs b bis zu einer Kraft F3 bei einer Geschwindigkeit V3, bei der die auf die Federscheibe 9 wirkende Strömungskraft kleiner ist als die Federkraft der Federscheibe 9 und die Federscheibe 9 wieder den Ringspalt 21 sprungartig frei gibt. Dabei springt die Kraft F3 auf die Kraft F6 auf dem Kurvenzug d. Bei weiter abnehmender Geschwindigkeit bis auf Null nimmt die Kraft entlang dem Kurvenzug d und dann entlang dem Kurvenzug a bis auf Null ab.
Entlang einen von v2, F2 nach v3, F3 verlaufenden Kurvenzug e besteht ein instabiles Gleichgewicht zwischen der auf die Federscheibe 9 wirkenden Strömungskraft und der Federkraft der Federscheibe 9. Bei der in der Einleitung erwähnten Anwendung der Ventileinrichtung kann die Auslegung so getroffen werden, daß die bei normaler Fahrt auftretenden Drehgeschwindigkeiten kleiner als die kritische Geschwindigkeit v2 sind. Bei einem Ausbrechen einer Fahrzeugachse wird v2 überschritten und setzt sprungartig eine der Kraft F4 entsprechende und weiter entsprechend dem Kurvenzug c steigende Dämpfungkraft ein.
Wenn die Ventileinrichtung zur Flüssigkei tsentnahme aus einem Flüssigkeitsdruckbehälter verwendet wird und dabei der Druck des Behälters vorgegeben ist, gehört zu jedem Druck eindeutig eine entlang den Kurvenzügen a, d, e, b und c abzugreifende Durchflußmenge, wobei sinngemäß die auf der Ordinate aufgetragene Kraft F dem Behälterdruck und die auf der Abzisse aufgetragene Geschindigkeit v der Durchflußmenge entsprechen.
Hiermit sei auf die Verwendungsmöglichkeit der Ventileinrichtung für einen Flüssigkeitsdruckbehälter hingewiesen, wenn ein entsprechender Zusammenhang zwischen Druck und Ausflußmenge gefordert wird. Bei Forffall eines konstanten Durchlasses kann die Ausflußmenge nur einen maximalen Wert bei einem bestimmten Druck erreichen und wird bei weiter steigendem Druck der Abfluß blockiert.

Claims

Patentansprü che Geschwind ig keitsabhäng ig blockierbare Ventile inr ichtung, ins besondere für hydraulische Teleskopschwingungsdämpfer von Kraftfahrzeugen, mit einer in einem Arbeitskolben oder einem Ventilboden angeordneten, für eine Durchströmung von einem stromaufwärts gelegnen Arbeitsraum in einen stromabwärts gelegenen Arbeitsraum bestimmte Gruppe von axial verlaufenden Durchtrittskanälen, die durch eine oder mehrere ringförmige, am Innenumfang fest eingespannte, auf eine Dichtfläche liegende und von dieser unter Bildung eines Ventilspaltes abhebbare, mittels einer Stützscheibe hubbegrenzte Federscheibe abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ventilspaltes ein durch die Stützscheibe (10) und eine Umfangswand (12) gegenüber dem stromabwärts gelegenen Arbeitsraum (18) abgeschlossener Ringraum (22) vorgesehen ist und die Stützscheibe von einer den Federscheiben (9) zugewandten Stirnfläche (20) ausgehende, aus dem Ringraum in den; stromabwärts gelegenen Arbeitsraum führende Durchbrüche (23) aufweist, wobei die Federscheiben mit der Stützscheibe einen Ringspalt (21) bilden, der bei einer hubbegrenzten Anlage der Federscheiben an der Stützscheibe geschlossen ist.
2. Ventileinriohtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (10) und die Umfangswand (12) mit einem gegenüber dem Arbeitszylinder (2) kleineren Durchmesser ausgeführt sind, wobei sich an die Umfangswand in radialer Richtung ein unmittelbar in den stromabwärts gelegenen Arbeitsraum (18) übergehender, ringförmiger Freiraum (24) anschließt.
3. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Dichtfläche (19) versehene Bereich des Arbeitskolbens (1) oder des Ventilbodens und die Stützscheibe (10) den gleichen Durchmesser aufweisen und gemeinsam von einem die Umfangswand (12) bildenden Teil umfaßt sind.
4. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Dichtfläche (19) versehene Bereich des Arbeitskolbens (1) oder des Ventilbodens als besondere Zwischenscheibe (8) ausgebildet ist.
5. Ventileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (1) oder der Ventilboden, die Zwischenscheibe (8), die Federscheiben (9), die Stützscheibe (10) und ein Boden (11) einer topfförmigen Umfangswand (12) durch einen zentralen Bolzen (5) miteinander verspannt sind.
6. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, für eine Durchströmung des Arbeitskolbens oder des Ventil bodens in der anderen Strömungsrichtung bestimmte Gruppe von Durchtrittskanälen ebenfalls mit der erfingungsgemäßen Ventileinrichtung versehen ist.