DE3202721C2 - Druckstufenventil für hydropneumatische Schwingungsdämpfer, insbesondere Bodenventil - Google Patents

Abstract

Druckstufenventile für hydropneumatische Schwingungsdämpfer, insbesondere für Zweirohrdämpfer zwischen deren Innen- und Außenzylinder (3 bzw. 4) eingebaute Bodenventile (8) sind mit durch eine oder mehrere Ventilfederscheiben (21) abgedeckten Druckstufenkanälen (16, 17, 18) versehen, die während der jeweiligen Druckstufe des Dämpfers von Dämp fungsflüssigkeit durchströmt werden. Diese Druckstufen- bzw. Bodenventile müssen vor allem bei Zweirohrdämpfern der bei deren jeweiliger Einfahrbewegung zustandekommenden Dämpfungsflüssigkeitsverschiebung in Richtung zum Druckgasraum einen hinreichenden Durchströmungswiderstand entgegensetzen. Um bei großen, insbesondere sehr schnellen Einfahrbewegungen des Dämpfers, also beim Auftreten von starken Einfahr-Stößen, letztere in ihrer Wirksamkeit zu mindern bzw. von den Fahrzeuginsassen abzuhalten, besitzen die Druckstufenkanäle (16 bis 18) verschieden große Wirkungsquerschnitte und sind auf verschiedenen Seiten des Einspannzentrums (19) der Ventilfederscheiben (21) angeordnet. Hinter letzteren ist in kurzem Abstand eine Anschlagscheibe (23) vorgesehen, gegen die sich die dem Druckstufenkanal (18) mit dem größeren Wirkungsquerschnitt zugewandte, mit zunehmenden Druckaufbau zunächst allein zylindrisch abbiegende Seite der Ventilfederscheiben (21) anlegt. Bei noch größerem Druckaufbau beginnt dann erst die andere Ventilfederscheibenseite sich von der Austrittsöffnung des den kleineren Wirkungsquerschnitt besitzenden Druckstufenkanals (16) ...

Description

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daß sich die beim zunächst einseitig im Bereich der bei beginnendem Abbiegen auf der einen Seite zugleich

querschnittsgrößeren Druckstufenkanalgruppe erfol- eine Erhöhung der Schließkraft auf der anderen Seite

genden Abbiegen der VentUfederscheibe in ihr auftre- auf, wie das für die vorliegende Erfindung charakteri-

tenden Bigespannungen die andere Seite der Ventüfe- stisch ist

derscheibe umso fester gegen den die querschnittsklei- 5 Vorteilhaft besteht die Druckstufenkanalgruppe mit nere Druckstufenkanalgruppe umgebenden Ventilsitz dem größeren Wirkungsquerschnitt aus mehreren Pardrückt Für die Erfindung ist also wesentlich, daß die allelkanälen und einem deren ventilfederscheibenseitig beiden auf unterschiedlichen Seiten der Ventilplatten gelegene Austrittsöffnungen miteinander verbindenden, gelegenen Druckstafenkanalgruppen verschieden gro- bogenförmigen Flachkanal, wobei die Summe der ße Wirkungsquerschnitte besitzen und die die Ventilfe- io Durchtrittsquerschnitte der einzelnen Parallelkanäle derscheibe rückwärtig abstützende Einspannfläche nur kleiner, jedoch der Durchschnittsquerschnitt des Flachvergleichsweise schmal gehalten ist Beide dieser Maß- kanals größer als der Durchtrittsquerschnitt eines die nahmen haben zur Folge, daß die Ventilfederscheibe mit andere Druckstufenkanalgruppe bildenden Einzelkazunehmenden Kolbeneinfahrgeschwindigkeiten zu- nals ist Wie die Praxis gezeigt hat, ist es insbesondere nächst nur einseitig, nämlich über der Druckstufenka- 15 für in Zweirohr-Schwingungsdämpfer eingebaute Bonalgruppe mit dem größeren Wirkungsquerschnitt ab- denventile von Vorteil, wenn dabei drei Parallelkanäle zubiegen beginnt und durch die dabei in ihr auftreten- vorhanden sind und der Durchtrittsquerschnitt des sie den Biegespannungen zugleich mit ihrer anderen Seite miteinander verbindenden bogenförmigen Fäachkanals umso stärker gegen die Druckstufenkanalgruppe mit etwa vier mal so groß wie der Durchtrittsquerschnitt B dem kleineren Wirkungsquerschnitt bzw. deren enspre- 20 des zur anderen Druckstufenkanalgruo^e gehörenden I chenden Ventilsitz gedrückt wird. Dadurch wird sicher- Einzelkanals ist I gestellt, daß die Druckstufenkanalgruppe mit dom klei- In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsneren Wirkungsquerschnitt zunächst sicher verschlos- beispiel eines Druckstufenventils nach der Erfindung sen bleibt, so daß es zu einem entsprechend stärkeren dargestellt, und zwar in seiner besonderen Eignung als Anstieg der Dämpfungskraft kommt Die Ventilfeder- 25 in einem hydropneumatischen Zweirohrdämpfer eingescheibe beschreibt dabei gleichsam eine Art Kippbewe- bautes Bodenventil. Dabei zeigt

gung um ihren vergleichsweise kleinen zentralen Ein- F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen mit dem

spannbereich, wobei für den zunehmenden Anpreß- neuen Bodenventil versehenen hydropneumatischen

druck auf der die Austrittsöffnung des kleineren Druck- Zweirohrdämper,

Stufenkanals verschließenden Ventilfederscheibenseite 30 F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch das Bodenoffensichtlich die beim Abbiegen der anderen Ventilfe- ventil und

derscheibenseite auftretenden Verformungsspannun- F i g. 3 eine Unteransicht auf die Ventilplatte des Bogen in der VentUfederscheibe verantwortlich sind, die denventils.

sich an deren schmalen zentralen Einspannbereich vor- Der abgebildete, hauptsächlich als Vorderachsbein bei ungestört fortpflanzen können. Erst wenn bei ent- 35 für Kraftfahrzeuge bestimmte hydropneumatische sprechend hohen Kolbeneinfahrgeschwindigkeitcn die Zweirohrschwingungsdämpfer besteht im wesentlieine Ventilfederscheibenseite so stark abgebogen wird, chen aus dem die Kolbenstange 1 und den Arbeitskoldaß sie an der rückwärtigen Anschlagscheibe zum An- ben 2 enthaltenden, mit Dämpfungsflüssigkeit bzw. -öl schlag kommt mithin die auftretenden Biegespanungen gefüllten Innenzylinder 3 und dem letzteren konzenvon der Anschlägscheibe aufgenommen werden und da- 40 trisch mit Abstand umgebenden Außenzylinder 4. Die her der Anpreßdruck an der gegenüberliegenden Ven- zwischen den beiden Zylindern vorhandene Ringkamtilfederscheibenseite nicht mehr zunimmt, wird bei zu- mer 5 ist im unteren Teil mit Dämpfungsflüssigkeit und nehmenden Kolbeneinfahrgeschwindigkeiten auch der im oberen Teil mit Druckgas von etwa 5 bar gefüllt. Das Druckstufenkanal mit dem kleineren Wirkungsquer- Innere des Innenzylinders 3 wird durch den mit in der schnitt geöffnet, wodurch es zu einer entsprechenden 45 Zug- und Druckstufe wirkenden Ventilen versehenen Abflachung der Strömungswiderstandscharakteristik Arbeitskolben 2 in die obere Arbeitskammer 6 und die des Druckstufenventils und damit zu einem entspre- untere Arbeitskammer 7 unterteilt. Letztere ist über das chend weicheren Abfangen von Dämpfer-Einfahrstö- generell mit 8 bezeichnete Bodenventil mit der im Außen kommt ßenzylinder 4 gelegenen Ringkammer 5 verbunden. Die Bei einem durch die DE-AS 12 25 450 bekannten 50 oberen Enden des Innen-und Außenzylinders 3,4 sind Zweirohr-Schwingungsdämpfer mit eingebautem Bo- durch das Verschlußpaket 9 für den Kolbenstangendenventil kommt es auch zu einem mehrstufigen Dämp- durchtritt mieinander verbunden. Die im vorliegenden fungskraftzuwachs in Abhängigkeit von der Kolbenein- FaI' hc.Vi ausgebildete Kolbenstange 1 ist über ihr obefahrgeschwindigkei*. Dabei sind aber die beiden Druck- res eingezogenes Befestigungsende Γ mit dem Fahrgestufenkanalgruppen nicht neben- sondern hintereinan- 55 stell des Kraftfahrzeuges zu verbinden, während das der angeordnet und erfordern jeweils besondere Ventil- untere entsprechend ausgebildete Ende 4' des Außenzyrederscheiben. Die zwischen den beiden hintereinander linders 4 den Radachszapfen trägt. Im übrigen kann am angeordneten Ventilfederscheiben gelegene Ringkam- Außenzylinder 4 noch ein nicht dargestellter Federteller mer steht über einen Durchtrittskanai mit der dem Ar- für eine zwischen ihm und dem Fahrgestell anzuordnenbeitskolbenraum abgewandten Seite, also dem Druck- 60 de Schraubendruckfeder vorhanden sein,
gasraum des Dämpfers in Verbindung. Bei niedrigen Wie insbesondere aus F i g. 2 hervorgeht, besitzt das Einfahrgeschwindigkeiten hebt dabei lediglich die eine Bodenventil 8 einen in das untere Ende des lnnenzylin-Ventilfederscheibe ab. Bei mittleren Geschwindigkeiten ders 3 eingesetzten Ventilkörperring 10, der mit radiale wird die dynamische Dämpfung im Bereich des vorer- Flüssigkeitsdurchlässp 11 zwischen sich einschließenden wähnten Durchlaßkaiials wirksam, während bei größe- 65 Füßen 12 versehen ist, die sich auf dem in das untere ren Geschwindigkeiten inch die zweite Ventilfeder- Ende des Außenrohres 4 eingeschweißten Boden 13 abscheibe an ihrem Außenumfang vom Ventilsitz abhebt stützen (Fig. 1). Der Ventilkörperring 10 ist mit einer Hier tritt also bei keiner der beiden Ventilfederscheiben ringförmigen Ventilsitzfläche 14 versehen, auf der die

Ventilplatte 15 aufliegt. Sie wird durch die Führungsstege 10' am Ventilkörperring 10 zentrierend geführt.

Die Ventilplatte 15 ist mit zwei gegenüberliegend angeordneten Gruppen von Durchtrittskanälen versehen, wobei der Durchtrittskanal 16 die eine Gruppe und die Durchtirittskanäle 17, 17' und 17" die andere Gruppe bilden. Da diese Kanäle während der Druckstufe, also während der jeweiligen Einfahrbewegungen des Schwingungsdämpfers bzw. seiner Kolbenstange von Dämpfungsflüssigkeit durchströmt werden, handelt es sich hier um die sogenannten Druckstufenkanäle. Die drei parallel zueinander verlaufenden Kanäle 17, 17', 17" sind austrittsseitig durch einen auf der Unterseite der Ventilplatte 15 liegenden halbkreisbogenförmigen Flachkanal 18 miteinander verbunden. Die Parallelkanäle 17,17', 17" sowie der bogenförmige Flachkanal 18 bilden zusammen genommen einen Druckstufenkana! mit vergleichsweise großem Wirkungsquerschnitt der auf der einen Seite der in der Ventilplatte 15 vorhandenen zentralen Bohrung 19 liegt, während der andere Druckstufenkanal 16 auf der anderen Seite der Platte 15 liegt und einen langlochartigen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Querschnitt besitzt. Der Durchtrittsquerschnitt dieses Druckstufenkanals 16 ist etwas größer als die Summe der Durchtrittsquerschnitte der einzelnen Paralleilkanäle 17,17', 17", jedoch wesentlich kleiner als der Durchflußquerschnitt des bogenförmigen Flachkanals 18. der nämlich etwa den vierfachen Querschnitt des Duirchtritttskanals 16 besitzt.

In der zentralen Bohrung 19 sitzt der Nietbolzen 20, der zur zentralen Einspannung der die Austrittsöffnungen der Kanäle 16, 17, 18 abdeckenden Ventilfederscheiben 21 sowie des Distanzringes 22 und der Anschlagscheibe 23 dient, die in kurzem Abstand hinter den Ventilfederscheiben 21 angeordnet ist und etwa den gleichen Ringscheibendurchmesser wie diese besitzt Im Nietbolzen 20 kann sich gegebenenfalls auch noch ein kleiner permanenter Durchlaß befinden.

Die mit ihrem Außenumfang auf dem ringförmigen Ventilsitz 14 aufruhende Ventilplatte 15 steht unter Wirkung einer an ihrer Oberseite angreifenden kegelstumpftörmigen Druckfeder 24, die sich mit ihrem anderen Ende an einer mit Abstand oberhalb der Ventilplatte 15 am Ventilkörperring 10 befestigten, ringförmigen Stützscheibe 25 abstützt Diese besitzt einen nach unten abgebogenen Innenrand 25', der als oberer Begrenzungsanschlag für die Ventilplatte dient Die Befestigung der Stützscheibe 25 erfolgt über eine am oberen Ende des Ventilkörperringes 10 innen gelegene Bördelnut 10"', in der die S'ützscheibe 25 mit ihrem Außenumfang liegt.

Im Bereich normaler Kolbenstangen-Einfahrgeschwindigkeiten wird durch die auf der Druckseite des Arbeitskolbens aufretenden Flüssigkeitsdrücke die Ventilfederscheibe 21 lediglich auf ihrer den Druckstufenkanälen 17, 17', 17" und 18 zugewandten Seite von ihrem Sitz auf der Ventilplatte 15 nach unten abgebogen. Dieses Abbiegen ist zugleich mit einer entsprechenden Zunahme des Anpreßdrucks auf der anderen, den Druckstufenkanal 16 abdeckenden Ventilfederscheibenseite verbunden, und zwar dadurch, daß sich die Biegeverformungen der einen Ventüfederscheibenseite durch die nur in ihrem engen zentralen Bereich eingespannten Ventilfederscheiben auf deren andere Seite übertragen können. Im normalen Arbeits- bzw. Kolbengeschwindigkeitsbereich öffnet daher lediglich die vorerwähnte, den Kanälen 17—18 zugeordnete Ventilfederscheibenseite. Kommt es dagegen bei etwaigen Auf prallstößen des betreffenden Fahrzeugrades zu sehr hohen Kolbenstangen-Einfahrgeschwindigkeiten bzw, -beschleunigungen, so legt sich dabei die die Kanalgruppen 17,18 abdeckende Ventüfederscheibenseite gegen die rückseitig vorhandene Anschlagscheibe 23, wodurch es zu keinem weiteren Anstieg der federseitigen Anpreßkraft auf der anderen Ventüfederscheibenseite mehr kommt, so daß dann auch diese andere, den Durchtrittskanal 16 abdeckende Ventilfederscheiben seite abzubiegen beginnt Dadurch kommt es zu einer entsprechenden Abflachung des Dämpfungskraftanstiegs in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit, mithin zu entsprechend weiterem Abfangen der Dämpfer-Einfahrstöße.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 bung in Richtung zum Druckgasraum einen hinreichen- Patentansprüche: den Durchströmungswiderstand entgegenzusetzen. Eine bekannte Einbauweise eines solchen Druckstufen-

1. Druckstufenventil für hydropneumatische ventils bei Einrohrdämpfern geht z. B. aus der US-PS Schwingungsdämpfer, insbesondere Bodenventil mit 5 30 78 965 hervor. Noch größerer Bedeutung kommt solzwei in einer Ventilplate (15) gegenüberliegend an- chen Druckstufenventilen zu, wenn sie als Bodenventil, geordneten Gruppen von während der Druckstufe wie beispielsweise nach der DE-AS 12 25 450. bei Zweides Dämpfers flüssigkeitsdurchströmbaren Durch- rohrdämpfern verwendet werden, die gegenüber Eintrittskanälen (16 bzw. 17, 18), den sogenannten rohrdämpfern den Vorteil haben, daß sie mit niedrigerer Druckstufenkanälen, mindestens einer deren in einer io Druckgas-Füllung auskommen. Hier kommt es daher Ebene liegende Austrittsöffnungen gemeinsam ab- auf eine besonderes wirksame Drosselung des während deckenden, an der Ventilpiatte (15) zentral einge- der jeweiligen Einfahrbewegungen der Kolbenstange spannten Ventilfederscheibe (21) und einer dahinter auftretenden Flüssigkeitsdiirchflusses im Bodenventil über eine abstandswahrende Einspannfläche (22) an- an. Daher wird hier jedenfalls das während der Druckgeordneten, die Abbiegung der Ventilfederscheibe 15 stuie wirksame Ventil in aller Regel so eingestellt, daß (21) begrenzenden Anschlagscheibe (23), dadurch es im Gegensatz zur Zugstufe einen verhältnismäßig gekennzeichnet, daß die beiden Druckstu- hohen Durchströmungswiderstand bietet, um auf diese fenkanalgruppen (16 bzw. 17,18) verschieden große Weise eine vollständige Füllung des Kolben-Hubbe-Wirkungsquerschnitte besitzen und die Einspannilä- reichs zu gewährleisten. Darüber hinaus werden Druckche (22) in bezog auf die Ventilfederscheibe (21) so 20 Stufenventile aber auch für die Arbeitskolben hydrauschmal gehalten ist, daß sich die beim zunächst ein- lisch und pneumatischer Schwingungsdämpfer verwenseitig im Bereich der querschnittsgrößeren Druck- det

stufenkanalgruppe (17, 18) erfolgenden Abbiegen Ein im Arbeitskolben eines hydropneumatischen der Ventilfederscheibe (21) in ihr auftretenden Bie- Schwingungsdämpfers eingebautes Druckstufenventil gespannungen die andere Seite der Ventilfeder- 25 der eingangs erwähnen Gattung ist durch die FR-PS scheibe (21) um so fester gegen den die querschnitts- 15 45 406 bekanntgewp;den. Bei diesem Druckstufenkleinere Druckstufenkanalgruppe (16) umgebenden ventil sind die beiden Druckstufenkanalgruppen in beVentilsitz drückt zug auf den die Ventilplatte bildenden Kolben und die

2. Druckstufenventil nach Anspruch 1, dadurch gemeinsame Ventilfederscheibe gleichmäßig bzw. symgekennzeichnet, daß die Druckstufenkanalgruppe 30 metrisch ausgebildet, wobei die Ventilfederscheibe mit dem größeren Wirkungsquerschnitt aus mehre- beidseitig abgeplattet ist, nämlich gerade so breit wie ren Parallelkanälen (17, %7', \T\ und einem deren die an ihr rückseitig anliegende Einspannfläche der Anventilfederscheibenseitig gelegene Austrittsöffnun- schlagscheibe ausgebildet ist Bei diesem Druckstufengen miteinander verbindenden, bogenförmigen ventil kommt es bei geringen Kolbeneinfahrgschwindig-Flachkanal (18) besteht, wobei die Summe der 35 keiten zu einem Flüssigkeitsdurchtritt lediglich in den Durchtrittsquerschnitte der einzelnen Parallelkanäle permanenten Öffnungen der Ventiifederscheibe, mithin (17, 17', 17") kleiner, jedoch der Durchtrittsquer- zu relativ schwacher Dämpfungskraft Bei größeren schnitt des Flachkanals (18) größer als der Durch- Kolbengeschwindigkeiten wird dagegen die Ventilfetrittsquerschnitt eines die andere Druckstufenkanal- derscheibe an ihrem Umfang von den Ventilsitzflächen gruppe bildenden Einzelkanals (16) ist 40 gleichmäßig abgebogen, so daß es zu einem entspre-

3. Druckstufenventil nach Anspruch 2, dadurch chend stärkeren Dämpfungskraftanstieg kommt, der gekennzeichnet, daß drei Parallelkanäle (17,17', 17") noch dazu im Bereich größerer Kolbengeschwindigkeivorhanden sind und der Durchtrittsquerschnitt des ten durch die dynamische Dämpfung bestimmt wird, die sie miteinander verbindenden bogenförmigen Flach- beim Flüssigkeitsdurchgang durch die Druckstufenkanals (18) etwa viermal so groß wie der Durchtritts- 45 kanäle zustandekommt Das Aufbiegen der Ventilfederquerschnitt des zur anderen Druckstufenkanalgrup- scheiben erfolgt dabei bis zum Anschlag an der Anpe gehörenden Einzelkanals (16) ist schlagscheibe, was zur Folge hat, daß auch im Bereich

höherer Kolbeneinfahrgeschwindigkeiten ein weiterhin

siarker Dämpfungskraftzuwachs auftritt.

50 Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Druckstufenventil für hydropneumatische

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckstufenventil Schwingungsdämpfer, insbesondere ein Bodeventil zu für hydropneumatische Schwingungsdämpfer, insbeson- schaffen, das im Bereich kleiner Kolbeneinfahrgedere ein Bodenventil, mit zwei in einer Ventilplatte ge- schwindigkeiten einen gleichfalls schwachen Dämpgenüberliegend angeordneten Gruppen von während 55 fungskraftanstieg besitzt, jedoch im Bereich mittlerer der Druckstufe des Dämpfers flüssigkeitsdurchströmba- Kolbeneinfahrgeschwindigkeiten vergleichsweise starren Durchtrittskanälen, den sogenannten Druckstufen- ke Dämpfungskräfte hervorruft und darüber hinaus bei kanälen, mindestens einer deren in einer Ebene liegende besonders großen, extrem schnellen Einfahrbewegun-Austrittsöffnungen gemeinsam abdeckenden, an der gen, wie sie etwa bei Einfahrstößen auftreten, wiederum Ventilplatte zentral eingespannten Ventiifederscheibe 60 einen nur schwachen Anstieg des Dämpfungswiderstan- und einer dahinter über eine abstandswahrende Ein- des bewirkt, mithin solche Einfahrstöße in ihrer Wirkspannfläche angeordneten, die Abbiegung der Ventilfe- samkeit zu mindern bzw. von den Fahrzeuginsassen abderscheibe begrenzenden Anschlagscheibe. zuhalten erlaubt. Diese Aufgabe wird ausgehend von

Druckstufenventile werden bei hydropneumatischen einem Druckstufenventil der eingangs erwähnten Gat-Schwingungsdämpfern vielfach zwischen deren Druck- 63 tung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden gasraum und dem Hubbereich des Arbeitskolbens ein- Druckstufenkanalgruppen verschieden große Wirgebaut, um der bei dessen jeweiliger Einfahrbewegung kungsquerschnitte besitzen und die Einspannfläche in zustandekommenden Dämpfungsflüssigkeitsverschie- bezug auf die Ventiifederscheibe so schmal gehalten ist,