WO2018082852A1

WO2018082852A1 - Dämpfventil für einen schwingungsdämpfer

Info

Publication number: WO2018082852A1
Application number: PCT/EP2017/075098
Authority: WO
Inventors: Achim Eich
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2018-05-11
Also published as: US20200063818A1; DE102016221659A1; DE102016221659B4; CN109891116A; KR20190080910A; US11098781B2; CN109891116B

Abstract

Dämpfventil (1), umfassend einen Dämpfventilkörper (3) mit mindestens einem Durchtrittskanal (7), dessen Austrittsquerschnitt (23) von mindestens einer Ventilscheibe (13) zumindest teilweise abgedeckt wird, wobei die mindestens eine Ventilscheibe von mindestens zwei Sternfedern (31,33,35) vorgespannt wird, wobei jede Sternfeder einen Tragring (37,39,41) und eine Anzahl von radialen Federarmen (45) aufweist, wobei die Tragringe in Einbaulage aufeinander liegen, wobei die Sternfedern gleichsinnig geschichtet sind, so dass die Federarme mindestens zweier benachbarter Sternfeder in dieselbe Richtung bezogen auf die Ventilscheibe weisen und dieses Sternfederpaket in einer Montageposition ein Verdrehsicherungselement (53,59,61,69,71,73) aufweist.

Description

Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer

Die Erfindung betrifft ein Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 761 446 B ist ein Dämpfventil bekannt, das einen Dämpfventilkörper mit Durchtrittskanälen aufweist, deren Austrittsquerschnitte von einer Ventilscheibe zumindest teilweise abgedeckt werden. Für die notwendige Schließkraft der Ventilscheibe sorgt eine Sternfeder, die sich an einer Stützscheibe zu Begrenzung der Abhubbewegung der Ventilscheibe abstützt. Eine Sternfeder verfügt über einen Tragring, von dem sich nach radial außen mehrere Federarme erstrecken. Die Federarme sind abgesehen vom Tragring nicht miteinander verbunden, so dass sich jeder Federarm unabhängig von einem benachbarten Federarm verformen lässt.

Zwischen den Federarmen erstrecken sich Freiräume, die u. a. einen Strömungsweg für weitere Durchtrittskanäle mit einer entgegengesetzten Strömungsrichtung bilden. Die Freiräume verfügen in Umfangsrichtung über einen größeren Querschnitt als die Federarme.

Die DE 23 53 402 A1 offenbart ein Dämpfventil, bei dem in der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 ebenfalls Sternfedern eingesetzt werden. Die Sternfedern mit der prinzipiellen Bauform gemäß der DE 761 446 B sind gegensinnig geschichtet angeordnet, d. h. die Tragringe berühren sich und die Federarme erstrecken sich ausgehend von ihren Tragringen diametral.

Sternfedern bieten den grundsätzlichen Vorteil, dass unsymmetrische Schließkräfte auf die Ventilscheibe möglich sind. Es sind zwar grundsätzlich auch größere Schließkräfte realisierbar, doch reduziert sich damit signifikant die Lebensdauer der Sternfeder.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Problem der Lebensdauerbeschränkung bei höher belasteten Sternfedern zu reduzieren. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Sternfedern gleichsinnig geschichtet sind, so dass die Federarme mindestens zweier benachbarter Sternfeder in dieselbe Richtung bezogen auf die Ventilscheibe weisen und dieses Sternfederpaket in einer Montageposition ein Verdrehsicherungselement aufweist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, da man anstelle einer einzigen Sternfeder nun einzelne schwächere Sternfedern verwendet, die deutlich unkritischer sind bzgl. der Lebensdauer. Damit die Spannkräfte der einzelnen Sternfedern jedoch exakt gebündelt werden und kein Federarm ohne oder mit verminderter Vorspannung eingebaut wird, greift das Verdrehsicherungselement, das für eine Schichtanordnung der Federarme sorgt. Diese Schichtanordnung muss nur für den Transport aus dem Materialmagazin bis in das fertige Dämpfventil gehalten werden. Beim fertig montierten Dämpfventil halten die Reibungskräfte die Federarme in der Schichtanordnung auch wenn das Verdrehsicherungselement nicht mehr wirksam sein sollte.

Bei einer Ausführungsform wird das Verdrehsicherungselement von mindestens einer Schweißung gebildet. Grundsätzlich ist Federstahl schwieriger schweißbar als z. B. Baustahl, jedoch sind die Belastungen auf die Schichtanordnung während der Montage auch nur sehr gering.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Schweißung als eine Widerstandschwei ßung ausgeführt ist. Die Widerstandschwei ßung ermöglicht kurze Taktzeiten und einen einfachen Maschinenpark.

Um auch mehrere Sternfedern präzise miteinander verschweißen zu können, weist die Sternfeder mindestens eine Zugangsöffnung auf, die von der benachbarten Sternfeder mit einem Tragabschnitt zumindest teilweise abgedeckt wird. Damit werden immer zwei benachbarte Sternfedern miteinander verschweißt. Kommen mehr als zwei Sternfedern in einer Schichtanordnung zur Anwendung, dann verfügen die Sternfedern über mehrere Zugangsöffnungen, die in einer definierten Winkelposition zu den Federarmen angeordnet sind. Durch eine verdrehte Montageposition kann man dann sehr leicht einen Tragabschnitt mit mehreren Zugangsöffnungen in Überdeckung bringen und somit auch zwei Tragabschnitt in der Mitte der Schichtanord- nungen für ein Schweißwerkzeug zugänglich halten und nur diese dann gezielt miteinander zu verschweißen.

Alternativ kann die Schweißung als eine Laserschwei ßung ausgeführt sein, die insbesondere im Hinblick auf die Wärmeeinleitung in die Sternfeder sehr günstig ist.

Im Hinblick auf eine Befestigung in einer spannungsarmen Zone der Sternfeder geht das Verdrehsicherungselement außerhalb der Federarme mit dem Tragring eine Verbindung ein.

Zusätzlich kann der Tragring mindestens einen radialen Vorsprung für die Anordnung des Verdrehsicherungselements aufweisen. Der radiale Vorsprung verändert praktisch nicht die Federcharakteristik der Sternfeder.

Wenn z. B. keine geeignete Schweißtechnik zur Verfügung steht, dann kann das Verdrehsicherungselement auch von einem Fixierbolzen gebildet werden, der die Tragringe durchgreift.

Grundsätzlich kann das Verdrehsicherungselement auch von einer Fixierhülse gebildet werden, die z. B. mit dem Tragring eine Presspassung bildet.

So wäre möglich, dass die Fixierhülse innenseitig an den Tragringen angreift. Selbst ein geringfügiger axialer Überstand der Fixierhülse über die Schichtanordnung der Tragringe hinaus wäre kein funktionaler Mangel, da der Einbauraum für die Schichtanordnung dafür genügen Freiraum bieten würde.

Alternativ kann die Fixierhülse auch außenseitig an den Tragringen angreifen und Freischnitte zur Aufnahme der Federarme aufweist. Man könnte z. B. einen kreisringförmigen Boden vorsehen, der axiale Fortsätze aufweist, die dann in den Freiraum zwischen den Federarmen der Sternfeder eingreifen.

Je nach Größe und Materialeigenschaften der Sternfedern kann man auch vorsehen, dass die Tragringe mittels Durchsetzfügungen miteinander verbunden sind. Die Durchsetzfügung muss keinen Schließkopf aufweisen. Eine radiale Verpressung auf einem kleinen Querschnitt genügt völlig, um die Sternfedern für den Montageablauf miteinander zu fixieren.

Grundsätzlich wäre es auch möglich, wenn die Tragringe miteinander verklebt sind. Diese Variante benötigt einen besonders geringen Aufwand.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Dämpfventil in Schnittdarstellung;

Fig. 2 Draufsicht auf Sternfedern;

Fig. 3 u. 4 Sternfederpaket als Einzelheit;

Fig. 5 Sternfederpaket mit Fixierbolzen;

Fig. 6 u. 7 Sternfederpaket mit Fixierhülse;

Fig. 8 Sternfederpaket mit Durchsetzfügungen;

Fig. 9 Sternfederpaket mit Laserschwei ßung;

Fig. 10 Sternfederpaket mit Klebeverbindung.

Die Fig. 1 zeigt ein Dämpfventil 1 in der Bauform eines Kolbenventils. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diese Bauform beschränkt. Das Dämpfventil 1 um- fasst einen Dämpfventilkörper 3, der an einer Kolbenstange 5 mindestens einen Durchtrittskanal 7 aufweist, der einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9 mit einem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 11 verbinden kann. Ein Austrittsquerschnitt des mindestens einen Durchtrittskanals 7 wird von einer Ventilscheibe 13 zumindest teilweise abgedeckt. Dazu münden mehrere Durchtrittskanäle 7 in einem Ringgraben 15, der von einer inneren und einer äußeren Ventilsitzfläche 17; 19 begrenzt wird und der auch den Austrittsquerschnitt bildet.

Auf einem zur inneren Ventilsitzfläche 17 radial inneren Teilkreis sind weitere Durchtrittskanäle 21 für einen Strömung ausgehend vom kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 1 1 zum kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9. Auch diese Durchtrittskanäle 21 münden in einem Ringgraben 23 an der Unterseite des Dämpfungsventilkörpers 3 und werden von einer zweiten Ventilscheibe 25 abgedeckt, die von einer Schraubenfeder 27 in Schließrichtung vorgespannt wird. Grundsätzlich wären auch andere Federarten einsetzbar.

Die Ventilscheibe 13 auf der Oberseite des Dämpfventilkörpers 3 verfügt über Durchtrittsquerschnitte 29 in die Durchtrittskanäle 21. In Schließrichtung der Ventilscheibe 13 sind mehrere Sternfedern 31 ; 33; 35 vorgespannt, die mit ihrem innenseitigen Tragringen 37; 39; 41 an einer Stützscheibe 43 anliegen. Alle Tragringe 37; 39; 41 liegen aufeinander und sind zwischen dem Dämpfventilkörper 3 mit der Ventilscheibe 13 und der Stützscheibe 43 verspannt.

In der Fig. 2 ist eine Draufsicht der Sternfedern 31 ; 33; 35 dargestellt. Jede Sternfeder 31 ; 33; 35 verfügt über den Tragring 37; 39; 41 , von dem aus sich mehrere Federarme 45 radial erstrecken. In der Fig. 2 erstrecken sich die Federarme 45 nach radial außen. Denkbar wäre die Erfindung auch bei einem äußeren Tragring und nach radial innen weisenden Federarmen.

Alle Federarme 45; 47; 49 sind im Rahmen der Fertigungstoleranz mit maximaler Überdeckung geschichtet, wobei sich, wie die Figur 1 zeigt, alle Federarme 45; 47; 49 mindestens zweier benachbarter Sternfedern in dieselbe Richtung bezogen auf die Ventilscheibe 13 weisen. Ergänzend wird auf die Fig. 3 verwiesen, in der die einzelnen Federarme 45; 47; 49 der geschichteten Sternfedern 31 ; 33; 35 deutlich erkennbar sind. Das Stemfederpaket gemäß den Figuren 1 bis 3 weist in der Montageposition, also entsprechend der Fig. 3, ein Verdrehsicherungselement auf, das dafür sorgt, dass alle Federarme 45; 47; 49 einer Winkelausrichtung auch in Überdeckung stehen. Es soll vermieden werden, dass eine Sternfeder verdreht zur benachbarten Sternfeder montiert wird und dadurch deren Federarme in einen Freiraum 51 zwischen zwei Federarmen der benachbarten Sternfeder eingreifen.

In der Ausführung nach den Figuren 2 und 3 wird das Verdrehsicherungselement von einer Schweißung 53 in der Ausführung einer Widerstandsschwei ßung gebildet. Zwischen zwei benachbarten Federarmen und damit außerhalb der Federarme weist jeder Tragring 37; 39; 41 an seinem Außendurchmesser einen radialen Vorsprung 55 für die Anordnung des Verdrehsichrungselements 53 auf. In diesem Fall verfügt einer der radialen Vorsprünge über eine Zugangsöffnung 57, die von der benachbarten Sternfeder 33 mit ihrem Tragring 39 zumindest teilverschlossen wird.

In der Fig. 2 sind Sternfedern 31 ; 33; 35 mit sechs radialen Vorsprüngen 55 dargestellt. Wenn man hinsichtlich der Materialstärke unterschiedliche Sternfedern verwendet, dann kann man die deckseitigen Sternfedern 31 ; 35 jeweils mit einer Zugangsöffnung 57 versehen und die mittlere Sternfeder 33 ohne Zugriffsöffnung ausführen. Somit können zwei benachbarte Sternfedern problemlos miteinander verschweißt werden, wobei die Zugriffsöffnung den Kontakt zwischen der Elektrode und der mittleren Sternfeder 33 erleichtert, (s. Fig. 4)

Wenn mehr als drei Sternfedern gleichen Typs verschweißt werden, dann bietet es sich an, jeweils einen radialen Vorsprung 55 ohne Zugangsöffnung 57 und die anderen Vorsprünge 55 der Sternfedern mit Zugangsöffnungen 57 auszuführen. Bei der Schichtung der Sternfedern zu einem Paket werden jeweils zwei benachbarte Sternfedern mit ihren Zugangsöffnungen 57 identisch zueinander ausgerichtet. Folglich kommen die Vorsprünge 55 ohne Zugangsöffnungen 57 in axialer Überdeckung und können damit leicht verschweißt werden.

Das folgende Sternfederpaar wird um eine Federarmteilung versetzt montiert, aber genauso wie das erste Sternfederpaar mit identischer Ausrichtung der Zugangsöff- nungen. Folglich kann über die vorhandenen Zugangsöffnungen der darüber und darunterliegenden Sternfedern ein Schweißwerkzeug an das dazwischenliegende Sternfederpaar geführt werden, um diese an ihren radialen Vorsprüngen ohne Zugangsöffnung zu verschweißen.

In der Fig. 5 weisen alle radialen Vorsprünge 55 eine Zugangsöffnung 57 auf, über die ein Fixierbolzen 59 als Verdrehsicherungselement die Tragringe 37; 39; 41 durchgreift. Bei dieser Variante kann ein radialer Vorsprung sinnvoll jedoch nicht unbedingt notwendig sein. Grundsätzlich dient der radiale Vorsprung 55 der Schaffung von radialem Querschnitt, der den Tragring entlasten soll. Bei entsprechendem Tragringquerschnitt kann auf einen ausgeprägten radialen Vorsprung 55 verzichtet werden.

Es hat sich herausgestellt, dass ein einzelnes Verdrehsicherungselement 57 eine genügend große Haltekraft ausüben kann, um das Sternfederpaket während des Montageablaufs zusammenzuhalten.

Die Figur 6 zeigt einen Schnitt durch ein Sternfederpaket 31 ; 33; 35, das als Ver- drehsicherungslement eine Fixierhülse 61 aufweist, die innenseitig an den Tragringen 37; 39; 41 angreift und mit ihnen eine Presspassung bildet. Bei der Montage werden die einzelnen Sternfedern 31 ; 33; 35 zueinander in Umfangsrichtung ausgerichtet und danach wird die Fixierhülse 61 eingeführt. Die Fixierhülse kann über das Sternfederpaket überstehen. In der Stützscheibe kann ein kleiner Freiraum für die Aufnahme des überstehenden Hülsenvolumens vorgesehen sein.

Mit der Fig. 7 soll verdeutlicht werden, dass die Fixierhülse 61 auch außenseitig an den Tragringen 37; 39; 41 angreifen kann, indem sie Freischnitte 63 zur Aufnahme der Federarme 45; 47; 49 aufweist. Die Fixierhülse 61 verfügt über einen Boden 65 mit der flächigen Erstreckung der Tragringe 37; 39; 41. Davon ausgehen erstrecken sich die Haltelaschen 67, die zwischen den Federarmen 45; 47; 49 eingreifen und mit ihrer Innenwand an den Rändern der Tragringe 37; 39; 41 anliegen. Die Fig. 8 zeigt eine weitere Variante, bei der die Tragringe über Verdrehsicherungs- elemente in der Form von Durchsetzfügungen 69 miteinander verbunden sind. Die Durchsetzfügungen müssen nicht soweit ausgeführt sein, dass ein vollständiger Schließkopf entsteht. Eine Presspassung zwischen den ineinander greifenden Bereichen der Tragringe 37; 39; 41 genügt völlig, um die erforderlichen Haltekräfte zu realisieren.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird das Verdrehsicherungsele- ment von einer Laserschwei ßung 71 gebildet, die bevorzugt am äußeren Randbereich der Tragringe 37; 39; 41 ausgeführt wird, da dort der Zugang für ein Schweißwerkzeug besonders einfach ist. Die Laserschwei ßung 71 stellt eine besonders geringe Wärmebelastung dar und kann daher auch besonders gut bei sehr dünnwandigen Sternfedern 31 ; 33; 35 eingesetzt werden.

Grundsätzlich besteht entsprechend der Fig. 10 auch die Möglichkeit, dass die Tragringe 37; 39; 41 der Sternfeder 31 ; 33; 35 über eine Klebeschicht 73 zwischen den Sternfedern 31 ; 33; 35 miteinander verklebt sind, so dass die Klebeschicht das Ver- drehsicherungselement bildet. Aufgrund der geringen Anforderungen kann auch eine einfache Klebetechnik eingesetzt werden, da, wir bereits schon mehrfach erwähnt, keine Dauerhaltbarkeit der Klebeverbindung notwendig ist.

Bezuqszeichen

I Dämpfventil 63 Freischnitte

3 Dämpfventilkörper 65 Boden

5 Kolbenstange 67 Haltelaschen

7 Durchtrittskanal 69 Durchsetzfügung

9 kolbenstangenferner Arbeitsraum 71 Laserschwei ßung

I I kolbenstangenseitiger Arbeitsraum 73 Klebeschicht 13 Ventilscheibe

15 Ringgraben

17 innere Ventilsitzfläche

19 äu ßere Ventilsitzfläche

21 Durchtrittskanal

23 Ringgraben

25 Ventilscheibe

27 Schraubenfeder

29 Durchtrittsquerschnitt

31 Steuerfedern

33 Steuerfedern

35 Steuerfedern

37 Tragring

39 Tragring

41 Tragring

43 Stützscheibe

45 Federarme

47 Federarme

49 Federarme

51 Freiraum

53 Schweißung

55 radialer Vorsprung

57 Zugangsöffnung

59 Fixierbolzen

61 Fixierhülse

Claims

Patentansprüche

1. Dämpfventil (1 ), umfassend einen Dämpfventilkörper (3) mit mindestens einem Durchtrittskanal (7), dessen Austrittsquerschnitt (23) von mindestens einer Ventilscheibe (13) zumindest teilweise abgedeckt wird, wobei die mindestens eine Ventilscheibe (13) von mindestens zwei Sternfedern (31 ; 33; 35) vorgespannt wird, wobei jede Sternfeder (31 ; 33; 35) einen Tragring (37; 39; 41 ) und eine Anzahl von radialen Federarmen (45) aufweist, wobei die Tragringe (37; 39; 41 ) in Einbaulage aufeinander liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sternfedern (31 ; 33; 35) gleichsinnig geschichtet sind, so dass die Federarme (45) mindestens zweier benachbarter Sternfeder in dieselbe Richtung bezogen auf die Ventilscheibe (13) weisen und dieses Sternfederpaket in einer Montageposition ein Verdrehsicherungselement (53; 59; 61 ; 69; 71 ; 73) aufweist.

2. Dämpfventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehsicherungselement von mindestens einer Schweißung (53) gebildet wird.

3. Dämpfventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißung (53) als eine Widerstandschwei ßung ausgeführt ist.

4. Dämpfventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sternfeder (31 ; 33; 35) mindestens eine Zugangsöffnung (57) aufweist, die von der benachbarten Sternfeder (31 ; 33; 35) mit einem Tragring (37; 39; 41) zumindest teilweise abgedeckt wird.

5. Dämpfventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißung (53) als eine Laserschwei ßung (71) ausgeführt ist.

6. Dämpfventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehsicherungselement (53; 59; 61 ; 69; 71 ; 73) außerhalb der Federarme (45) mit dem Tragring (37; 39; 41 ) eine Verbindung eingeht.

7. Dämpfventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (37; 39; 41 ) mindestens einen radialen Vorsprung (55) für die Anordnung des Verdrehsiche- rungselements (53; 59) aufweist.

8. Dämpfventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Verdrehsicherungs- element von einem Fixierbolzen (59) gebildet wird, der die Tragringe (37; 39; 41 ) durchgreift.

9. Dämpfventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehsiche- rungselement von einer Fixierhülse (61 ) gebildet wird.

10. Dämpfventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierhülse (61 ) innenseitig an den Tragringen (37; 39; 41 ) angreift.

1 1 . Dämpfventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierhülse (61 ) außenseitig an den Tragringen (37; 39; 41 ) angreift und Freischnitte (63) zur Aufnahme der Federarme (45) aufweist.

12. Dämpfventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tragringe (37 - 41 ) mittels Durchsetzfügungen (69) miteinander verbunden sind.

13. Dämpfventil nach Anspruchl , dadurch gekennzeichnet, die Tragringe (37; 39; 41 ) miteinander verklebt sind.