DE69724307T2

DE69724307T2 - Ventil für Einzelrohrdämpfer

Info

Publication number: DE69724307T2
Application number: DE69724307T
Authority: DE
Inventors: James Mitchell Centerville Pees; Edward Charles Dayton Ekert
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: EP0791764A2; EP0791764A3; EP0791764B1; US5709290A; DE69724307D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einrohr-Dämpferventil.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Typ bekannter Kolbenventilanordnungen umfasst eine einzelne ringförmige Einscheibe, welche im Wesentlichen die Strömungsdurchgänge durch den Kolben verschließt, wenn sie sich in einem nicht verformten Zustand befindet. Während eines Verdichtungshubs des Dämpfers, wenn sich der Druck in der Verdichtungskammer erhöht, verformt sich die Einscheibe an ihrem äußeren Randgebiet, womit sie einen Strömungsweg durch den Kolben öffnet und eine Dämpfungskraft bereitstellt, welche gegen die Strömung von Fluid durch den Kolben wirkt. Während eines Ausdehnungshubs, wenn sich der Druck in der Ausdehnungskammer aufbaut, verformt sich die Einscheibe an ihrem inneren Umfang, wobei sie einen Strömungskanal durch den Kolben öffnet und eine Dämpfungskraft bereitstellt, welche gegen die Strömung von Fluid durch den Kolben wirkt. Die Größe der bereitgestellten Dämpfungskraft wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, einschließlich der inhärenten Eigenschaften der Einscheibe, der Verformung zu widerstehen, und das Ausmaß, in welchem sich die Einscheibe verformt. Anscheinend resultieren kleinere Variationen in den spezifischen Konstruktionsmerkmalen solcher Kolbenventilanordnungen in beträchtlichen Veränderungen der Leistungseigenschaften der Dämpferanordnung insgesamt. In herkömmlicher Weise konstruierte Ventilanordnungen des Einscheibentyps können unter einer aggressiven Belastungssituation in einen verformten Zustand nachgeben, weicher permanent sein kann, was die eingebauten Leistungsmerkmale der Dämpferanordnung wesentlich verändert. Die US-A-3845782 offenbart ein Kolbenventil mit Einscheiben, die an ihrem inneren und äußeren Umfang getragen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aufhängungsdämpfer mit einer Kolbenventilanordnung des Einscheibentyps bereitgestellt, die in der Lage ist, mit einem größeren Ausmaß an Vorbelastung zu arbeiten, als in herkömmlicher Weise möglich ist, und welche einen höheren Grad an Scheibenverformung als herkömmliche Ventilkonstruktionen vorsieht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Einrohr-Stossdämpferventil gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem bevorzugten Betriebsmodus wird die Einscheibe während Verdichtungs- und Ausdehnungshüben des Kolbens an ihrem inneren Randgebiet bzw. äußeren Randgebiet getragen, und wirkt in gewisser Weise wie ein freitragendes Element. Da entdeckt wurde, dass die Fluidkraft, die auf die Einscheibe aufgebracht wird, eine Tendenz erzeugt, die Einscheibe zu verbiegen, wenn sie ungleichmäßig getragen wird, werden durch die vorliegende Erfindung Verdichtungs- und Ausdehnungs-Scheibenanschläge vorgesehen, welche die Einscheibe gleichmäßig kontaktieren, so dass sie für alle Lastbedingungen im Wesentlichen flach bleibt. Da die starren Verdichtungs- und Ausdehnungs-Anschläge für einen Halt der Einscheibe sorgen, wird eine plastische Verformung des Elementes verhindert.
In einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Verdichtungs-Anschlagfläche in ihrer Orientierung relativ zu der Ausdehnungs-Anschlagfläche im Wesentlichen parallel.
In einem weiteren bevorzugten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird bei einer maximalen zur Verdichtung ausgelenkten Stellung eines Einrohr-Dämpferventils während eines Verdichtungshubes des Kolbenkörpers das Einscheiben-Ventilelement an seinem inneren Umfang von der Lagerscheibe getragen und im Wesentlichen gleichmäßig an der Verdichtungs-Anschlagfläche getragen, welche in einer linearen Orientierung sich von dem äußeren niedrigeren Durchmesser der Lagerscheibe erstreckend angeordnet ist.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst eine Führungsscheibe mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Vorsprüngen mit Abständen neben den Vorsprüngen. Die Führungsscheibe wird um die Kolbenstange herum getragen, so dass die Vorsprünge den inneren Umfang des Einscheiben-Ventilelementes während eines Verdichtungshubes des Kolbenkörpers führen, wodurch das Einscheiben-Ventilelement in einem zentrierten Zustand innerhalb des Kolbenkörpers gehalten wird und die Abstände einen offenen Bereich für eine Fluidströ- mung an demn inneren Umfang des Einscheiben-Ventilelementes vorbei bereitstellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine fragmentarische Querschnittansicht des Kolbenbereichs eines Dämpfers allgemein durch die Ebene, die in 1B durch die Linie 1A bezeichnet wird.
1B ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht des Ventilbereichs eines Kolbens.
2 ist eine fragmentarische Querschnittansicht des Kolbenbereichs des Dämpfers von 1, gezeigt in einem Verdichtungshub.
3 ist eine fragmentarische Querschnittansicht des Aufhängungsdämpfers von 1, gezeigt in einem Ausdehnungshub.
4 ist eine detaillierte Veranschaulichung des Einscheiben-Ventilelement-Bereichs des Dämpfers von 1.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird in 1A der Kolbenbereich eines Dämpfers innerhalb der Anordnung mit 10 bezeichnet. Der Dämpfer 10 ist als ein Dämpfer vom Einrohr-Typ ausgeführt und umfasst ein Zylinderrohr 12. Eine Kolbenanordnung 14 wird gleitend und dicht in dem Zylinderrohr 12 getragen, wobei sie den Innenraum desselben in eine Verdichtungskammer 16 und eine Ausdehnungskammer 18 unterteilt.
Die Kolbenanordnung 14 ist sicher mit einem "heruntergedrehten" Abschnitt 21 der Kolbenstange 20 verbunden und wird daran durch eine Mutter 22 gehalten, welche an einem Gewindeabschnitt 23 gesichert ist. Die Kolbenstange 20 erstreckt sich durch die Ausdehnungskammer 18 und tritt aus dem Zylinderrohr 12 zur Befestigung an der Karosserie eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) aus.
Das Zylinderrohr 12 ist in herkömmlicher Weise zur Verbindung mit der Radanordnung (nicht dargestellt), welche zu dem Fahrzeug gehört, angepasst, und daher bewegt sich die Kolbenanordnung 14 in Ansprechen auf die relative Bewegung zwischen der Radanordnung und dem Fahrzeug innerhalb des Zylinderrohres 12 hin und her. Ein kombiniertes Lager- und Dichtungselement 24 aus einem Material mit niedriger Reibung wird durch die Kolbenanordnung 14 getragen und sorgt für einen passenden Eingriff mit dem Zylinderrohr 12.
Die Kolbenanordnung 14 umfasst einen Kolbenkörper 26 mit einem zylindrischen Kolbenmantel 28. Eine Reihe von Durchgängen, für welche der Durchgang 30 repräsentativ ist, ist um den Kolbenkörper 26 herum verteilt und erstrecken sich durch denselben. Der Kolbenkörper 26 bildet einen Hohlraum 32, welcher radial durch den Kolbenmantel 28 begrenzt wird und welcher zu der Ausdehnungskammer 18 hin offen ist. Die Kolbenventilanordnung 34 wird innerhalb des Hohlraums 32 getragen und ist zwischen der ringförmigen Schulter 25 der Kolbenstange 20 und dem Kolbenkörper 26 gesichert.
Die Ventilanordnung 34 umfasst eine Halterung 39, welche auf den heruntergedrehten Abschnitt 21 in Kombination mit einem Abstandshalterring 37 aufgepresst ist, der die Halterung 39 in einem geeigneten Abstand weg von dem Kolbenkörper 26 in Stellung bringt. Eine Lagerscheibe 38 und eine Zentrierscheibe 35 werden an Schenkeln der Halterung 39 getragen, für welche der Schenkel 45 repräsentativ ist. Eine Führungsscheibe 33 passt auf den heruntergedrehten Abschnitt 21 gegen die Zentrierscheibe 35 und wird durch die Schenkel 45 gehalten. Ein ringförmiger Abstandshalter 36 ist auf den heruntergedrehten Abschnitt 21 gegen die Führungsscheibe 33 aufgepresst, wodurch die Ventilanordnung 34 zwi schen der ringförmigen Schulter 25 und dem Kolbenkörper 26 gesichert wird.
Ein ringförmiges Ventilelement aus Federstahl, das als Einscheibe 40 bezeichnet wird, wird zwischen der Lagerscheibe 38 und dem ringförmigen Lager 42, welches ein integraler Teil des Kolbenkörpers 26 ist, getragen. Auf Grund der federartigen Natur der Einscheibe 40 ist ihr innerer Umfang 47 gegen die Lagerscheibe 38 vorgespannt und ihr äußerer Umfang 48 ist gegen das ringförmige Lager 42 vorgespannt.
Die Führungsscheibe 33 ist in größerem Detail in 1B dargestellt. Die Öffnung 53 gestattet es, dass die Führungsscheibe 33 lose über dem heruntergedrehten Abschnitt 21 der Stange 20 aufgenommen werden kann. Die Öffnung 55 nimmt den Schenkel 45 der Halterung 39 auf. Die vier sich radial erstreckenden Vorsprünge 56–59 führen die Einscheibe 40, wenn sie sich während eines Ausdehnungshubes des Dämpfers 10 verformt, um eine zentrierte Orientierung innerhalb der Kolbenanordnung 14 aufrecht zu erhalten. Die vier Räume 61–64 um die Außenseite der Führungsscheibe 33 herum sorgen für einen durchgängig offenen Bereich für Flüssigkeitsströmung um den inneren Durchmesser der Einscheibe 40 herum.
Unter Bezugnahme auf 2 wird die Hin- und Herbewegung der Kolbenanordnung 14 in dem Zylinderrohr 12 in der Verdichtungsrichtung dargestellt. Es wird eine Erhöhung des Druckes in der Verdichtungskammer 16 erzeugt, wobei die Einscheibe 40 in die offene Stellung springt und ein ausreichend großer Strömungskanal durch die Kolbenanordnung 14 zwischen der Verdichtungskammer 16 und der Ausdehnungskammer 18 entsteht, der eine Strömung von Fluid dort durch gestattet. Dies sorgt für eine Kompensation des Fluids in die Ausdehnungskammer 18 hinein, welche in ihrer Größe auf Grund des Verdichtungshubes der Kolbenanordnung 14 innerhalb des Zylinderrohres 12 zunimmt. Der äußere Umfang 48 der Einscheibe 40 trennt sich von dem ringförmigen Lager 42, wobei der innere Umfang 47 auf der Lagerscheibe 38 getragen bleibt.
Die Einscheibe 40 kann bis zu der dargestellten maximalen Bewegungsstellung verformt werden, in welcher die Einscheibe 40 in einer im Wesentlichen flachen Orientierung gegen die Verdichtungs-Anschlagfläche 51 der Halterung 39 angeordnet ist. Die Verdichtungs-Anschlagfläche 51 ist so orientiert, dass die Einscheibe 40 gleichmäßig mit derselben zusammenpasst, wobei der innere Umfang 47 in einer in einem Abstand von der Halterung 39 an dem ringförmigen Lager 42 weg angeordneten Stellung getragen wird.
Während der Verformungsbewegung der Einscheibe 40 bewegt sich der äußere Umfang 48 durch einen Bogen zwischen dem ringförmigen Lager 42 und der Verdichtungs-Anschlagfläche 51. Eine ungleichmäßig getragene Verformung der Einscheibe 40 würde verursachen, dass die Länge derselben zwischen dem inneren Umfang 47 und dem äußeren Umfang 48 sich in Ansprechen auf den Fluiddruck, der darauf aufgebracht wird, verbiegt. Um unterhalb maximaler Belastungsniveaus in der Einscheibe 40 zu bleiben, ist der Verformungsabstand zwischen dem ringförmigen Lager 42 und der Verdichtungs-Anschlagfläche 51 in herkömmlichen Dämpferanordnungen begrenzt.
Das Vorsehen der gleichmäßig flachen Verdichtungs-Anschlagfläche 51 der vorliegenden Erfindung erlaubt eine Erhöhung des zulässigen Verformungsabstandes zwischen dem ringförmigen Lager 42 und der Verdichtungs-Anschlagfläche 51, ohne das maximale Belastungsniveau der Einscheibe 40 zu überschreiten. Dies liegt in der Tatsache begründet, dass während der Verformungsbewegung der Einscheibe 40 diese einfach an ihrem inneren Umfang 47 getragen wird und sich daher linear verformt. Die lineare Verformung wird durch den gleichmäßigen Halt, der durch die Verdichtungs-Anschlagfläche 51 vorgesehen wird, aufrecht erhalten, welche so konstruiert ist, dass sie mit der Einscheibe 40 zusammenpasst, ohne der Einscheibe 40 eine gekrümmte Verformung zu verleihen.
Unter Bezugnahme auf 3 wird der Dämpfer 10 gezeigt, wenn die Kolbenanordnung 14 sich in eine Ausdehnungsrichtung innerhalb des Zylinderrohres 12 bewegt. Eine Erhöhung des Drucks in der Ausdehnungskammer 18 veranlasst den inneren Umfang 47 der Einscheibe 40, sich nach unten zu verformen, wodurch ein Strömungsweg durch die Kolbenanordnung 14 geöffnet wird.
Der Bereich der Einscheibe 40 benachbart zu dem Umfang 48 wird von dem inneren Rand des ringförmigen Lagers 42 getragen, und wird bei dem maximalen Ausmaß der Bewegung der Einscheibe 40 gleichmäßig an der Ausdehnungs-Anschlagfläche 52 des Kolbenkörpers 26 getragen. Während der Verformung wird die Einscheibe 40 einfach nahe ihres äußeren Umfangs 48 getragen und verformt sich daher linear. Diese lineare Orientierung wird aufrecht erhalten, da sie mit der Verdichtungs-Anschlagfläche 51 zusammenpasst. Die Gestalt der Anschlagfläche 51 hält die Einscheibe 40 in ihrem natürlich verformten Zustand und verhindert das Aufbringen von Belastungen auf die Einscheibe 40 über das maximale Niveau der Materialfestigkeit hinaus.
Mittels des vorhergehenden Aufbaus, in welchem die Einscheibe 40 gut innerhalb den maximalen Belastungsgrenzen ihrer Konstruktion gehalten wird, wird ein Mittel bereitgestellt, um die Vorbelastung, die auf die Einscheibe 40 aufgebracht wird, um das bis zu 2,5-fache gegenüber dem Ausmaß der Vorbelastung, das auf eine in herkömmlicher Weise konstruierte Einscheiben-Ventilelement-Anordnung aufgebracht werden kann, zu erhöhen. Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass die gesamte Verdichtungsverformung, die durch die vorliegende Erfindung möglich gemacht wird, ohne die maximalen Belastungsniveaus der Einscheibe 40 zu überschreiten, mehr als das Zweifache der mit in herkömmlicher Weise konstruierten Einscheiben-Anordnungen maximal zulässigen ist.
Unter Bezugnahme auf 4 wird das Verfahren zum Aufbringen einer Vorbelastung auf die Einscheibe 40 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Niveau der Vorbelastung wird durch die Gleichung (D + A) – (C + B) bestimmt. In dieser Beziehung steht "D" für die Menge des Versatzes zwischen dem ringförmigen Lager 42 und der Oberseite des Kolbenkörpers 26 an seinem inneren Umfang 27; "A" steht für die Dicke der Einscheibe 40; "C" steht für die Dicke der Führungsscheibe 33 und des ringförmigen Abstandshalters 36; und "B" steht für die Dicke der Zentrierscheibe 35. Daher wird der innere Umfang 47 der Einscheibe 40 nach unten um einen Abstand, der durch die obige Gleichung definiert wird, unterhalb des äußeren Umfangs 48 der Einscheibe 40 verformt. Mit dem Ausmaß der Vorbelastung, die auf die Einscheibe 40 mittels der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden kann, wird eine wesentlich größere Dämpfungskraft während eines Verdichtungshubs des Dämpfers 10 bereitgestellt, als sie durch eine in herkömmlicher Weise konstruierte Ventilanordnung bereitgestellt werden könnte.

Claims

Einrohr-Dämpferventil (34), umfassend einen Kolben (14) mit einem Kolbenkörper (26), der ein ringförmiges Lager (42) besitzt, eine Kolbenstange (20), die mit dem Kolbenkörper (26) verbunden ist, eine Halterung (39), eine Lagerscheibe (38), die um die Kolbenstange (20) herum nahe der Halterung (39) getragen ist; und ein bidirektionales Einscheiben-Ventilelement (40) mit einem inneren Umfang (47), der von der Lagerscheibe (38) getragen wird, und einem äußeren Umfang (48) der von dem ringförmigen Lager (42) in einem Ruhezustand getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkörper (26) eine Ausdehnungs-Anschlagfläche (52) für das gleichmäßige Tragen des Einscheiben-Ventilelementes besitzt, die Halterung (39) eine Verdichtungs-Anschlagfläche (51) für das gleichmäßige Tragen des Einscheiben-Ventilelementes besitzt, worin während eines Verdichtungshubes des Kolbenkörpers (26) das Einscheiben-Ventilelement (40) in eine maximale zur Verdichtung ausgelenkte Stellung beweglich ist, in der es gleichmäßig von der Verdichtungs-Anschlagfläche (51) getragen wird, und worin während eines Ausdehnungshubes des Kolbenkörpers (26) das Einscheiben-Ventilelement (40) in eine maximale zur Ausdehnung ausgelenkte Stellung beweglich ist, in der es gleichmäßig von der Ausdehnungs-Anschlagfläche (52) getragen wird.
Einrohr-Dämpferventil nach Anspruch 1, worin die Verdichtungs-Anschlagfläche im Wesentlichen parallel in ihrer Orientierung relativ zu der Ausdehnungs-Anschlagfläche ist.
Einrohr-Dämpferventil nach Anspruch 1, worin in einer maximalen zur Verdichtung ausgelenkten Stellung während eines Verdichtungshubes des Kolbenkörpers das Einscheiben-Ventilelement an seinem inneren Umfang von der Lagerscheibe getragen wird und im Wesentlichen gleichmäßig an der Verdichtungs-Anschlagfläche getragen wird, welche in einer linearen Orientierung sich von der Lagerscheibe erstreckend angeordnet ist.
Einrohr-Dämpferventil nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Führungsscheibe (33) mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Vorsprüngen (56–59) mit Räumen (61–64) neben den Vorsprüngen, wobei die Führungsscheibe um die Kolbenstange herum getragen wird, so dass die Vorsprünge den inneren Umfang des Einscheiben-Ventilelementes während eines Verdichtungshubes des Kolbenkörpers führen, wodurch das Einscheiben-Ventilelement in einem zentrierten Zustand innerhalb des Kolbenkörpers gehalten wird und die Räume einen offenen Bereich für eine Fluidströmung an dem inneren Umfang des Einscheiben-Ventilelementes vorbei bereitstellen.
Einrohr-Dämpferventil nach Anspruch 1, worin die Kolbenstange. eine ringförmige Schulter (25) umfasst, worin der Kolbenkörper einen zylindrischen Mantel (28) umfasst und eine Reihe von Durchgängen (30) besitzt, welche sich durch den Kolbenkörper erstrecken, und worin der Kolbenkörper einen Hohlraum (32) bildet, wel cher radial durch den Mantel begrenzt wird, worin das Einscheiben-Ventilelement innerhalb des Hohlraums getragen wird und zwischen der ringförmigen Schulter der Kolbenstange und dem Kolbenkörper gesichert wird und normalerweise im Wesentlichen die Reihe von Durchgängen verschließt, worin die Halterung eine Vielzahl von Schenkeln (45) besitzt, die in dem Hohlraum und um die Kolbenstange herum nahe der ringförmigen Schulter getragen werden; und des Weiteren mit einem Scheibenabstandhalter (37), der in dem Hohlraum und um die Kolbenstange herum getragen wird und die Halterung in einem Abstand von der ringförmigen Schulter weg positioniert; eine Zentrierscheibe (35), die in dem Hohlraum und um die Kolbenstange herum an den Schenkeln der Halterung neben der Zentrierscheibe getragen wird, wobei die Zentrierscheibe das Einscheiben-Ventilelement in einer zentrierten Stellung hält, und einen ringförmigen Abstandshalter (36), der in dem Hohlraum und um die Kolbenstange herum zwischen der Zentrierscheibe und dem Kolbenkörper getragen wird, so dass das Einscheiben-Ventilelement eine Vorbelastung trägt, indem es zwischen dem Kolbenkörper und der Lagerscheibe vorgespannt wird.
Einrohr-Dämpferventil nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Führungsscheibe (33) mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Vorsprüngen (56–59) mit Räumen (61–64) neben den Vorsprüngen, wobei die Führungsscheibe um die Kolbenstange herum getragen wird, so dass die Vorsprünge den inneren Umfang des Einscheiben-Ventilelementes während eines Verdichtungshubes des Kolbenkörpers führen, wobei die Räume einen offenen Bereich für eine Fluidströmung an dem inneren Umfang vorbei be reitstellen, worin die Bewegung des Einscheiben-Ventilelementes durch die Verdichtungs-Anschlagfläche begrenzt wird und das Einscheiben-Ventilelement gleichmäßig an der Verdichtungs-Anschlagfläche getragen wird, und worin während eines Ausdehnungshubes des Kolbenkörpers die Bewegung des Einscheiben-Ventilelementes durch die Ausdehnungs-Anschlagfläche begrenzt wird und das Einscheiben-Ventilelement gleichmäßig an der Ausdehnungs-Anschlagfläche getragen wird.