WO2022175254A1

WO2022175254A1 - Dämpfventileinrichtung mit progressiver dämpfkraftkennlinie

Info

Publication number: WO2022175254A1
Application number: PCT/EP2022/053649
Authority: WO
Inventors: Jörg Rösseler; Aleksandar Knezevic; Stefan Liehmann
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-08-25
Also published as: CN117083472A; US20240117853A1; DE102021201441A1; DE102021201441A9

Abstract

Dämpfventileinrichtung (1) für einen Schwingungsdämpfer (3), umfassend eine Drosselstelle (31) in Verbindung mit einem Ventilelement (29), das in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle (31) ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung (31) überführbar ist, wobei sich das Ventilelement (29) als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb einer Ringnut (27) eines Ventilträgers (25) in Schließrichtung bewegt, wobei die Ringnut (27) als ein Druckraum (63) ausgeführt ist, der mindestes eine Zuströmöffnung (65) und mindestens eine Abströmöffnung (67) aufweist, wobei das Ventilelement (29) von einer Zentrierung (79) in einem radialen Abstand zu einer Ringnutgrundfläche (61) positioniert wird.

Description

Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie

Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennli nie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Die DE 102016210790 A1 beschreibt eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, die ein erstes Dämpfventil umfasst, das in einem ersten Be triebsbereich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums in eine Durchlassbetriebsstellung übergeht. Das erste Dämpfventil wird beispielsweise von einem Kolbenventil oder einem Bodenventil des Schwingungsdämpfers gebildet. Ein zweiter Betriebsbereich mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik des Schwin gungsdämpfers wird von einer Drosselstelle in Verbindung mit einem Ventilkörper be einflusst, der unabhängig von der Hublage einer Kolbenstange des Schwingungs dämpfers in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstel lung ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich Ventilkörper mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfme diums in Schließrichtung bewegt. Damit wird eine Zusatzdämpfkraft erzeugt, die den Einsatz eines konventionellen Zug- oder Druckanschlags erübrigt, der nur in einer Endlage der Kolbenstange wirksam ist.

Die Drosselstelle und das Dämpfventil sind hydraulisch in Reihe angeordnet, wobei der Ventilkörper als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement ausgeführt ist, das eine radiale Schließbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche ausführt, bei der ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt eingehalten wird.

In der DE 102019212966 A1 wird vorgeschlagen, dass das im Durchmesser verän derbare Ringelement zusätzlich von einer Druckkraft innerhalb eines von einer Ringnut gebildetem Druckraum unterstützt wird.

Das im Durchmesser veränderbare Ringelement ist zumindest auf einem großen Umfangsbereich radial schwimmend in der Ringnut des Ventilträgers geführt.

Dadurch ergibt sich insbesondere bei der Aktivierung der Dämpfventileinrichtung ein Undefiniertes Betriebsverhalten Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das aus dem Stand der Tech nik bekannte Problem zu lösen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ringnut als ein Druckraum ausgeführt ist, der mindestes eine Zuströmöffnung und mindestens eine Abströmöffnung aufweist, wobei das Ventilelement von einer Zentrierung in einem radialen Abstand zu einer Ringnutgrundfläche positioniert wird.

Die Zentrierung bewirkt, dass über den Druckraum eine Druckbeaufschlagung der Mantelfläche des Ventilelements gewährleistet ist. Zusätzlich ergeben sich deutlich gleichmäßigere Abstände des Ventilelements zur Strömungsleitfläche, so dass das Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung geringeren Dämpfkraftabweichungen unterliegt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung werden die Zentrierung von Segmenten gebil det werden, die sich an der Ringnutgrundfläche abstützen. Je nach Ausgestaltung des Ventilelements kann dieses auch als elastisches Bauteil, z. B. als ein Elastomer ring ausgeführt sein. Durch eine Materialanhäufung für die Segmente würde die Her stellung des Ventilelement erschwert.

Zur Vereinfachung der Montage können die Segmente zu einem Trägerring zusam mengefasst sein. Der Tragring kann dann z. B. ein Mittelteil des Ventilträgers bilden.

Optional kann der Trägerring mit mindestens einer Abstandshülse und zwei Deck scheiben den Ventilträger bildet. Dann kann der Trägerring als ein sehr dünner Ring ausgeführt sein, den man ganz einfach als Stanzbauteil hersteilen kann.

Bevorzugt weisen die Segmente eine geringere axiale Bauhöhe auf als die axiale Bauhöhe des Druckraums. Der durch den Kontakt des Segments mit dem Ventilele ment entstehende Verlust an druckbeaufschlagter Fläche soll so gering wie möglich gehalten werden. Des Weiteren wird dadurch die Strömung des Dämpfmedium in und durch den Druckraum verbessert. Eine alternative Bauform zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mantelfläche des Ventilelements die Segmente trägt.

Im Hinblick auf eine möglichst einfache und materialsparende Konstruktion weist die Mantelfläche des Ventilelements Aufnahmeöffnungen für die Segmente auf. Durch die Verwendung von separaten Segmenten kann das Ventilelement auch spritztech nisch oder sintertechnisch einfach hergestellt werden, da Materialanhäufungen ver mieden sind.

Bei einerweiteren Ausführungsform weist mindestens eine Ringnutseitenfläche der Ringnut eine Zentrierung für das Ventilelement auf. Dazu kann die Ringnutseitenflä che z. B. eine umlaufende Kante aufweisen, an der sich das Ventilelement in der ma ximalen Öffnungsposition abstützen kann.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert wer den. Es zeigt:

Fig. 1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung

Fig. 2 - 4 Dämpfventileinrichtung nach Fig. 1 im Detail

Fig. 5 - 7 Alternativvarianten zur Ausführung nach den Fig. 2 - 4

Die Figur 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise darge stellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Neben der Dämpfventileinrich tung 1 umfasst der Schwingungsdämpfer 3 ein erstes Dämpfventil 5 mit einem als Kolben 7 ausgeführten Dämpfventilkörper, der an einer Kolbenstange 9 befestigt ist.

Der Dämpfventilkörper 7 unterteilt einen Zylinder 11 des Schwingungsdämpfers in ei nen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittska näle 17; 19 für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkrei sen ausgeführt. Die Ausgestaltung der Durchtrittskanäle 17; 19 ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 17; 19 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 21 ; 23 zumindest teilweise abgedeckt.

Beispielhaft ist ein Ventilträger 25 der Dämpfventileinrichtung 1 direkt an der Kolben stange 9 fixiert.

Der Ventilträger 25 weist eine umlaufende Ringnut 27 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement 29 geführt ist. Dieses Ventilelement 29 ist radial beweg lich oder radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 31 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ventilelement 29 bildet mit einer Innenwan dung des Zylinders 11 die Drosselstelle 31 , wobei die Innenwandung eine Strö mungsleitfläche 33 darstellt.

Das Ventilelement 29 ist mit einer Rückstellfeder 35 bestückt, wie. z. B. in der Fig. 2 vergrößert dargestellt ist. Zwischen der Strömungsleitfläche 33 und einer äußere Mantelfläche 37 des Ventilelements 29 liegt ein variabler Drosselquerschnitt 39 vor, der eine zusätzliche Dämpfkraft erzeugt.

Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. klei ner 1m/s, ist die Drosselstelle 31 vollständig geöffnet. Die Dämpfkraft wird dann nur von den Durchtrittskanälen 17; 19 in Verbindung mit den Ventilscheiben 21 ; 23 er zeugt. Bei einer Anströmung der Ventilscheiben 21 ; 23 heben die Ventilscheiben 21 ; 23 von ihrer Ventilsitzfläche 41 ; 43 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 45; 47 begrenzt.

In einem zweiten Betriebsbereich mit einer Kolbenstangengeschwindigkeit, die grö ßer ist als die Grenzgeschwindigkeit des ersten Betriebsbereichs, also größer als die beispielhaft angegebenen 1m/s, geht das Ventilelement 29 in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 33 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 31 bildet sich ein Unterdrück, der zu einer radi alen Aufweitung des Ventilelements 29 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 31 auftreten kann, kann der definierte Mindestdurchlassquerschnitt z. B. von der Rückstellfeder 35 eingehalten werden. In der vorliegenden Ausführung verfügt der Ventilträger 25 über einen Anschlag 49 an einer Deckscheibe 51 ; 53 des Ventilträgers 25.

Die Figur 2 zeigt eine Detaildarstellung der Dämpfventileinrichtung 1 nach Fig. 1. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Ringnut 27 mit einer inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 29, Ringnutseitenflächen 57; 59 der Deckscheiben 51; 53 und einer Ringnutgrundfläche 61 einen Druckraum 63 bildet, der über mindestens eine Zuströmöffnung 65 und eine Abströmöffnung 67 mit dem Arbeitsraum des Schwin gungsdämpfers 3 verbunden ist. Der Druckraum 63 bewirkt über eine nach radial au ßen gerichtete, das Ventilelement 29 aufweitende Kraftkomponente, die die in der Drosselstelle 37 herrschende Unterdrucksituation unterstützt. Die Funktionsbezeich nungen Zuströmöffnung und Abströmöffnung sind bei einer entgegengesetzten An strömung der Dämpfventileinrichtung sinngemäß zu tauschen.

In der Zusammenschau der Fig. 2, 3 und 4 ist der Aufbau des Ventilträgers 25 er kennbar. Der Ventilträger 25 umfasst u. a. die beiden Deckscheiben 51; 53, die über einen Trägerring 69 miteinander verbunden sind. Alle drei Bauteile zentrieren sich über ihre Durchgangsöffnungen 71; 73; 75 an der Kolbenstange 9.

Das Ventilelement 29 in der vorliegenden Ausführung umfasst zwei Schenkel 29A; 29B, die über ein Drehlager 77 miteinander verbunden sind. Das Drehlager 77 ver fügt über keine Verbindung mit dem Ventilträger 25, wie die in dem relevanten Flä chenbereich geschlossenen Deckscheiben 51 53 zeigen. Folglich kann das Ventilele ment 29 in einer beliebigen rotatorischen Ausrichtung innerhalb der Ringnut 27 ange ordnet sein. Damit das Ventilelement 29 innerhalb der Ringnut 27 keine beliebige ra diale Ausgangsposition einnehmen kann, wird das Ventilelement 29 von einer Zent rierung 79 in einem radialen Abstand zu der Ringnutgrundfläche 61 positioniert.

Dabei wird die Zentrierung 79 von Segmenten 81 gebildet, die sich an der Ringnut grundfläche 61 abstützen. In der Ausführung nach den Fig. 2 bis 4 sind die Seg mente 81 an dem Trägerring 69 zusammengefasst. Dabei weisen die Segmente 81 eine geringere axiale Bauhöhe auf als die axiale Bauhöhe des Druckraums 63, so dass das Dämpfmedium im Druckraum 63 die Segmente 81 umspülen kann. Die Segmente 81 können vergleichsweise flach ausgeführt sein, da der Druck innerhalb des Druckraums 63 überall denselben Druck aufweist und deshalb keine sonderlich hohe Belastung auf die Segmente 81 einwirkt.

In der Ausgangsstellung der Dämpfventileinrichtung 1 liegt das Ventilelement 29 mit seiner inneren Mantelfläche 55 an den Segmenten 81 an, Fig.2, und weist damit ei nen definierten Querschnitt der Drosselstelle 31 in Umfangsrichtung auf. Es kann durchaus gewollt sein, dass die Segmente 81 eine unterschiedliche radiale Erstre ckung aufweisen, und damit auch der Drosselquerschnitt 39 über den Umfang des Ventilelements 29 unterschiedlich ausfällt. Mit der Zentrierung 79 ist der unterschied liche Drosselquerschnitt 39 jedoch nicht unbestimmt, sondern auf eine gewünschte Dämpfkraftkennlinie der Dämpfventileinrichtung optimiert.

Die Fig 5 zeigt eine Abwandlung des Ventilträgers nach den Fig. 2 bis 4. Abweichend bildet der Trägerring 69 mit mindestens einer Abstandshülse 83 und zwei Deckschei ben 51 ; 53 den Ventilträger 25. Der Trägerring 69 ist bevorzugt so dünn ausgeführt, sodass eine Stanzherstellung möglich ist. Mit den Abstandshülsen 83 wird der axiale Bauraum und damit die druckbeaufschlagbare Fläche des Ventilelements 29 be stimmt. In dieser Darstellung sind zwei Abstandshülsen 83 vorgesehen. Man kann den Trägerring 69 jedoch auch direkt an einer der Deckscheiben 51 : 53 anordnen.

Die Abstandshülsen 83 zentrieren sich wie die übrigen Bauteile 51 ; 53, 69 des Ventil trägers 25 ebenfalls an der Kolbenstange 9.

Die Ausführung nach Fig. 6 zeigt einen Ventilträger 25 mit einer einfachen Abstands hülse und zwei Deckscheiben 51 ; 53, die die Ringnut 27 bilden. Abweichend trägt die innere Mantelfläche 55 des Ventilelements 29 die Segmente 81. Bevorzugt weist die innere Mantelfläche 55 des Ventilelements 29 Aufnahmeöffnungen 85 für die Seg mente 81 auf, um den Fierstellungsaufwand für die Zentrierung 77 zu minimieren.

Die Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Ventilträgers 25 mit einer Zentrierfunktion für das Ventilelement. Dabei weist mindestens eine Ringnutseitenflä che 57 der Ringnut 27 die Zentrierung für das Ventilelement auf. Die Zentrierung 77 wird durch einen Absatz 87 an einer der beiden Deckscheiben 51 ; 53 erreicht. Für die Zentrierung 77 ist nur eine geringe axiale Ausdehnung des Absatzes 87 notwen dig, so dass der Absatz 87 auch mittels einer Prägung der Deckscheiben 51 ; 53 her stellbar ist. In Richtung der Ringnutseitenfläche 57 der Deckscheibe 51 , die auch den Absatz 87 aufweist, sind mehrere axiale Vorsprünge 89 an einer Deckfläche 91 des Ventilelements 29 ausgeführt, die mit dem Absatz 87 Zusammenwirken, und damit die Zentrierfunktion für das Ventilelement 29 innerhalb des Druckraums 63 ausüben. Auch hier genügt eine einfache Abstandshülse 83 ohne besondere Profilierung.

Bezugszeichen

Dämpfventileinrichtung

Schwingungsdämpfer erstes Dämpfventil

Dämpfventilkörper

Kolbenstange

Zylinder kolbenstangenseitiger Arbeitsraum kolbenstangenferner Arbeitsraum

Durchtrittskanäle

Ventilscheibe

Ventilträger

Ringnut

Ventilelement A Schenkel des Ventilelements Schenkel des Ventilelements Drosselstelle Strömungsleitfläche Rückstellfeder äußere Mantelfläche des Ventilelements

Drosselquerschnitt der Drosselstelle

Ventilsitzfläche

Stützscheibe

Anschlag

Deckscheibe

Deckscheibe innere Mantelfläche des Ventilelements

Ringnutseitenfläche

Ringnutseitenfläche Ringnutgrundfläche

Druckraum

Zuströmöffnun

Abströmöffnung

Trägerring

Durchgangsöffnung

Drehlager

Zentrierung

Segment

Abstandshülse

Aufnahmeöffnung

Absatz

Vorsprung

Deckfläche

Claims

Patentansprüche

1. Dämpfventileinrichtung (1) für einen Schwingungsdämpfer (3), umfassend eine Drosselstelle (31) in Verbindung mit einem Ventilelement (29), das in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle (31) ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich das Ventilelement (29) als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb einer Ringnut (27) eines Ventilträgers (25) in Schließrichtung bewegt, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ringnut (27) als ein Druckraum (63) ausgeführt ist, der mindestes eine Zuströmöffnung (65) und mindestens eine Abströmöffnung (67) aufweist, wobei das Ventilelement (29) von einer Zentrierung (79) in einem radialen Abstand zu einer Ringnutgrundfläche (61) positioniert wird.

2. Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zent rierung (79) von Segmenten (81) gebildet werden, die sich an der Ringnutgrundflä che (61) abstützen.

3. Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (81) zu einem Trägerring (69) zusammenge fasst sind.

4. Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trä gerring (69) mit mindestens einer Abstandshülse (83) und zwei Deckscheiben (51 ;

53) den Ventilträger (25) bildet.

5. Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Segmente (81) eine geringere axiale Bauhöhe aufweisen als die axiale Bauhöhe des Druckraums (63).

6. Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Mantelfläche (55) des Ventilelements (29) die Segmente (81 ) trägt.

7. Dämpfventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Man telfläche (55) des Ventilelements (29) Aufnahmeöffnungen (85) für die Segmente (81 ) aufweist.

8. Dämpfventileinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens eine Ringnutseitenfläche (57) der Ringnut (27) eine Zentrierung (87) für das Ventilelement (29) aufweist.