-
Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Aus der
DE 10 2016 210 790 A1 ist eine Dämpfventileinrichtung bekannt, die ein im Durchmesser veränderbares Ringelement aufweist, das in Abhängigkeit einer Strömungsgeschwindigkeit innerhalb einer Drossel eine radiale Schließbewegung ausführt, wodurch ein Drosselquerschnitt der Drossel verändert wird.
-
Das Ringelement verfügt über einen Querschlitz und ist radial elastisch. Ein Begrenzungsring bestimmt die maximale Aufweitung des Ringelements und sorgt zusätzlich für eine Rückstellbewegung des Ringelements in Richtung seiner Ausgangsstellung, bei der auch der maximale Durchlassquerschnitt der Drossel vorliegt.
-
Bei einer derartigen Dämpfventileinrichtung bestimmt das Reaktionsverhalten des Ringelements auf eine sich ändernde Strömungssituation maßgeblich die Qualität der Dämpfventileinrichtung. Dabei spielen die Reaktionsgeschwindigkeit und die Größe des minimalen Drosselquerschnitts eine wesentliche Rolle.
-
In der
DE 10 2019 215 558 A1 wird ein Ringelement vorgeschlagen, das mindestens zwei über ein Gelenk verbundene Schenkel aufweist. Die Aufweitbewegung des Ringelements wird von einer Schwenkbewegung der Schenkel erzeugt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsbildende Dämpfventileinrichtung hinsichtlich der funktionalen Qualität weiterzuentwickeln.
-
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Ventilelement mindestens zwei Schenkel umfasst, die um mindestens ein Drehlager beweglich gelagert sind und deren Massenträgheit abhängig ist von der gewünschten Dämpfkraftkennlinie.
-
Versuchsreihen haben gezeigt, dass über die Dimensionierung der Massenträgheit des Ventilelements maßgeblich ein frequenzabhängiges Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung erreicht werden kann. Tendenziell reagiert eine Dämpfventileinrichtung mit einer geringeren Massenträgheit des Ventilelements bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit auch noch bei einer höheren Frequenz und geringerem Hubweg des Schwingungsdämpfers. Auf der anderen Seite können Dämpfkraftspitzen der Dämpfventileinrichtung mittels einer großen Massenträgheit des Ventilelements ausgeblendet werden.
-
Insbesondere wenn man standardisierte Bauteile verwenden will, um nicht Änderungen an Strömungsquerschnitten durchführen zu müssen, ist es vorteilhaft, wenn die Auswahl des Materials des mindestens eines Schenkels des Ventilelements abhängig von der gewünschten Dämpfkraftkennlinie vorgenommen wird.
-
Eine Maßnahme zur Veränderung der Massenträgheit besteht darin, dass die Querschnittsgeometrie des mindestens einen Schenkels im Hinblick auf eine definierte Massenträgheit ausgeführt ist. Z. B. kann man im Bereich des größten Abstands zum Gelenk des Ventilelements ein Vollmaterial einsetzen und in anderen Bereichen die Materialstärke reduzieren.
-
Dafür kann man auch vorsehen, dass der mindestens eine Schenkel als ein Hohlprofil ausgeführt ist.
-
Vielfach ist es für die Anwendung einer Dämpfventileinrichtung sinnvoll, wenn eine Ventilbewegung definiert und kontinuierlich verläuft, um Druckspitzen zu verhindern, die als Geräusche erkennbar sind. Wenn mindestens zwei Schenkel eine unterschiedliche Massenträgheit aufweisen, dann wird auch eine unterschiedliche Reaktion auf eine bestimmte Anregung des Schwingungsdämpfers folgen, die dann zu einer Reihenfolge der Arbeitsbewegungen führt, die wiederum eine kontinuierliche und keinesfalls abrupte Dämpfkraftveränderung bewirkt.
-
Optional kann mindestens ein Schenkel mindestens einen Bereich zur Verbindung mit einer Zusatzmasse aufweisen. Über die Zusatzmasse kann die Massenträgheit des Ventilelements eingestellt werden.
-
Für einen einfachen konstruktiven Aufbau des Ventilelements wird die Zusatzmasse axial von mindestens einer Nutseitenfläche einer das Ventilelement aufnehmenden Ringnut gesichert. Damit verriegelt die Ringnut die mindestens eine Zusatzmasse in dem Ventilelement.
-
Man kann auch vorsehen, dass der schwenkbare Schenkel einen auf eine definierte Massenträgheit dimensionierten Schenkelabschnitt und einen Gelenkabschnitt umfasst. Der Gelenkabschnitt kann dann auf die Lagerfunktion abgestimmt sein und ein daran anschließbarer Schenkelabschnitt dient der Anpassung ein eine gewünschte Massenträgheit des Ventilelements.
-
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
- 1 Schnittdarstellung durch einen Schwingungsdämpfer im Bereich der Däm pfventileinrichtung
- 2 Draufsicht auf das Ventilelement nach 1
- 3 Alternative zum Ventilelement nach 2
- 4 Draufsicht auf das Ventilelement mit Zusatzmassen
- 5 Schnittdarstellung der Ventileinrichtung nach 4
- 6 Dämpfkraftkennlinie der Dämpfventileinrichtung
-
Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst 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 einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittskanäle 17; 19 für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkreisen 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.
-
Zusätzlich verfügt der Schwingungsdämpfer über einen Zuganschlag 25, der ab einer definierten Ausfahrbewegung der Kolbenstange 9 an einer zylinderseitigen Anschlagfläche, z.B. einer Kolbenstangenführung 27, zur Anlage kommt.
-
Der Zuganschlag 25 umfasst eine Zuganschlagscheibe als Ventilträger 29, der direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite des Ventilträgers 29 ist beispielhaft ein ringförmiges Elastomerelement 31 aufgelegt, das über eine geringe radiale Vorspannung auch bei einer Schwingbewegung der Kolbenstange 9 gehalten wird. Das Elastomerelement 31 wirkt ab dem Anschlagpunkt an der Anschlagfläche als zusätzliche Stützfeder.
-
Der Ventilträger 29 weist eine umlaufende Ringnut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement 35 geführt ist. Dieses Ventilelement 35 ist radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ringelement 35 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einer vom Zuganschlag unabhängigen Ventilträgerscheibe ausgeführt sein.
-
Außenseitig trägt das Ventilelement eine Rückstellfeder 41, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings.
-
Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 1m/s, ist die Drosselstelle 37 vollständig geöffnet. Die Dämpfkraft wird dann nur von den Durchtrittskanälen 17; 19 in Verbindung mit den Ventilscheiben 21; 23 erzeugt. Bei einer Anströmung der Ventilscheiben 21; 23 heben die Ventilscheiben 21; 23 von ihrer Ventilsitzfläche 47; 49 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 51; 53 begrenzt.
-
In einem zweiten Betriebsbereich mit einer Kolbenstangengeschwindigkeit, die größer ist als die Grenzgeschwindigkeit des ersten Betriebsbereichs, also größer als die beispielhaft angegebenen 1m/s, geht das Ventilelement 35 in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 39 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 37 bildet sich ein Unterdruck, der zu einer radialen Aufweitung des Ventilelements 35 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von der Rückstellfeder 41 oder einem mechanischen Anschlag des Ventilträgers 29 eingehalten. Die Aufweitbewegung des Ventilelements kann durch eine in der 3 im Detail erkennbaren Druckkammer 71 in Verbindung mit Anschlussöffnungen z. B. 75; 77 an den Arbeitsraum 13, unterstützt werden, wodurch sich eine deutliche Steigerung der Dynamik der Dämpfventileinrichtung 1 und damit dem Einfluss der Massenträgheit des Ventilelements 35 auf die Dämpfkraftcharakteristik einstellt.
-
Die 2 zeigt aus dem Querschnitt durch den Schwingungsdämpfer 3 nach 1 eine Draufsicht auf das Ventilelement 35. Auf die Darstellung des Ventilträgers 29, der Rückstellfeder 41 und der Kolbenstange 9 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Man erkennt, dass das Ventilelement 35 einen Querspalt 55 aufweist, der die erforderliche Druckkraft für die radiale Aufweitbewegung des Ventilelements 35 verringert. Dargestellt ist das Ventilelement 35 in der Durchlassposition bei minimaler Strömungsgeschwindigkeit. Folglich liegt der maximale Durchlassquerschnitt 57 vor. Der Durchlassquerschnitt 57 wird bestimmt von der Innenwandung 39 des Zylinders 11 und der äußeren Mantelfläche 45 des Ringelements 35.
-
Des Weiteren zeigt die 2, dass das Ringelement 35 mindestens zwei Schenkel 63; 65 umfasst, die um ein Drehlager 67 schwenkbeweglich gelagert sind. In dieser Ausführung überlappen sich die Schenkel 63; 65 in Umfangsrichtung und im Überlappungsbereich ist das Drehlager 67 ausgeführt. Auch im Bereich des Querspalts 55 liegt eine Überlappung der beiden Schenkel 63; 65 vor, um einen schädlichen Leckagequerschnitt zu minimieren. In Abhängigkeit der Ausgestaltung des Drehlagers kann der Ventilträger 29 über zwei Aufnahmeöffnungen 73 verfügen, die den Lagerbolzen 69 aufnehmen. Die Aufnahmeöffnungen im Ventilträger 29 können z. B. als einfache Durchgangsbohrungen ausgeführt sein. (s. 1) Grundsätzlich ist aber auch eine andere Bauform des Drehlagers möglich.
-
Bei aktivierter Drosselstelle, d. h. einer entsprechend großen Strömungsgeschwindigkeit im Drosselquerschnitt 57, führen die beiden Schenkel 63; 65 des Ventilelements eine radiale Schwenkbewegung um das Drehlager 67 in Richtung der Innenwandung des Zylinders 11 aus.
-
Das Prinzip der Schwenkbewegung der Schenkel 63; 65 wird dahingehend genutzt, dass deren Massenträgheit abhängig ist von der gewünschten Dämpfkraftkennlinie. Man wählt also die Schenkel nach der gewünschten Dämpfkraftkennlinie aus.
-
In der einfachsten Variante legt man die Form der Schenkel bezogen auf einen radialen Bauraum der Dämpfventileinrichtung 1 fest und bestimmt das Material des mindestens eines Schenkels 63; 65 des Ventilelements 35 abhängig von der gewünschten Dämpfkraftkennlinie. Man kann z. B. eine Serie von Ventilelementen aus Kunststoff, Aluminium oder Stahl festlegen. Jede Variante der Ventilelemente 35 veränderte bei ansonsten identischen Rahmenbedingungen das Dämpfkraftverhalten der Dämpfventileinrichtung. Man kann auch unterschiedliche Materialkombinationen bei den mindestens zwei Schenkeln 63; 65 vorsehen, z. B. den Schenkel 63 aus Kunststoff und den anderen Schenkel 65 aus Stahl, um bei gleicher Formgebung unterschiedliche Massen der Schenkel 63; 65 zu erreichen. Damit wiederum lässt sich ein asymmetrisches Schließverhalten der Dämpfventileinrichtung 1 einstellen, so dass kein überproportionaler Dämpfkraftanstieg auftritt. Ein identischer Effekt lässt sich erzielen, wenn die beiden Schenkel 63; 65 im Hinblick eine unterschiedliche Massenträgheit aus identischem Material bestehen aber eine unterschiedliche Formgebung aufweisen.
-
Eine weitere Bauform der Schenkel kann darin bestehen, dass sie einen auf eine definierte Massenträgheit dimensionierten Schenkelabschnitt 63a; 65a und einen Gelenkabschnitt 63b; 65b umfassen. Der Gelenkabschnitt 63b; 65b wirkt sich vergleichsweise wenig auf das Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung aus. Deshalb kann z. B. einen standardisierten Gelenkabschnitt 63b; 65b verwenden, der im Hinblick auf das Drehlager 67 optimiert ist. Mit diesem Gelenkabschnitt kann man dann einen Schenkelabschnitt 63a; 65a verwenden, der u. a. auf eine Massenträgheit optimiert ist und sich aufgrund des Abstands zum Drehlager 67 auch deutlich stärker auf das Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung 1 auswirkt.
-
Die 3 zeigt die Dämpfventileinrichtung 1 als separate Baugruppe eines Schwingungsdämpfers 3. Es soll gezeigt werden, dass die Querschnittsgeometrie des mindestens einen Schenkels 63; 65 im Hinblick auf eine definierte Massenträgheit ausgeführt sein kann. Neben eines Schenkels 63; 65 aus einem Vollmaterial kann der der mindestens eine Schenkel 63; 65 auch als ein Hohlprofil ausgeführt sein. Das Hohlprofil ist nur beispielhaft als ein Rohr dargestellt. Denkbar wäre auch ein C-förmiges Profil, dessen Wölbung in Richtung der Strömungsleitfläche 39, 1, weist. Man kann auch ein offenes Hohlprofil wie das beispielhafte C-Profil mit einem Rohrprofil kombinieren. Letztlich entscheidet der einsetzbare Aufwand zum erforderlichen Ergebnis bei der Umsetzung der gewünschten Dämpfkraftkennlinie. In dieser Darstellung ist zudem erkennbar, dass das Drehlager 67 auch über eine einfache Kugelverbindung zwischen den beiden Schenkeln 63; 65 ausgeführt sein kann.
-
Mit den 4 und 5 wird eine Variante des Ventilelements 35 der Dämpfventileinrichtung 1 gezeigt, bei mindestens ein Schenkel 63; 65 mindestens einen Bereich 79 zur Verbindung mit einer Zusatzmasse 81 aufweist. Der Bereich 79 kann z. B. von einer Sacklochöffnung gebildet werden. Auch ist eine randseitige Anordnung, z. B. im Bereich der inneren Mantelfläche 83 des Schenkels 63; 65, denkbar und sinnvoll. Die Ausführung der Aufnahme mit einer Sacklochöffnung bietet den Vorteil, dass bei der Montage kein Herausfallen der Zusatzmasse 81 auftreten kann. Es liegen bevorzugt mehrere Aufnahmen vor, die alle außerhalb der äußeren Mantelfläche 45 liegen, so dass über die Nutzung der Aufnahmen keine Einflüsse auf das grundsätzliche Dämpfkraftverhalten die Dämpfventileinrichtung 1 auftreten. Je größer der Abstand der Zusatzmasse 81 zum Drehlager 67 angeordnet ist, umso größer ist auch der Einfluss der Zusatzmasse 81 auf das Betriebsverhalten des Ventilelements 35. Dafür ist es sinnvoll, wenn die Schenkel aus einem vergleichsweise leichten Werkstoff, z. B.
-
Kunststoff, und die Zusatzmassen 81 aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Damit die Zusatzmassen 81 dauerhaft in der Aufnahme verbleiben, wird die Zusatzmasse 81 axial von mindestens einer Nutseitenfläche 85 einer das Ventilelement 35 aufnehmenden Ringnut 87 gesichert.
-
Die 6 zeigt den Einfluss der Massenträgheit des Ventilelements 35 auf die Dämpfkraftkennlinie der Dämpfventileinrichtung 1. Die schmale Volllinie beschreibt die Dämpfkraftkennlinie FS des Dämpfventils 5, z. B. am Kolben. Die breite Volllinie steht für die Kombination des besagten Dämpfventils 5 und der Dämpfventileinrichtung 1. Beide Volllinien zeigen die Dämpfkraftgrenzen des Schwingungsdämpfers 3 auf. In der Darstellung wird von einem konstanten Hubweg des Schwingungsdämpfers 3 und einer konstanten Frequenz der Anregung ausgegangen, um den Einfluss deutlicher aufzeigen zu können.
-
Die gestrichelte Dämpfkraftkennlinie steht für eine große Massenträgheit M des Ventilelements und die Strich-Punktlinie charakterisiert eine vergleichsweise geringe Massenträgheit m. Es ist eindeutig erkennbar, dass ein Ventilelement mit einer geringen Massenträgheit schon bei einer vergleichsweise geringeren Strömungsgeschwindigkeit in der Drosselstelle 37 für ein höheres Dämpfkraftniveau sorgt. Eine größere Massenträgheit sorgt damit bei gleichen Randbedingungen für eine spätere Reaktion der Dämpfventileinrichtung 1. Über diesen Einfluss des Ventilelements kann ein Fahrwerk im Hinblick auf einen maximalen Komfort mit einer Dämpfventileinrichtung ausgestattet werden, die ein Ventilelement mit einer größeren Massenträgheit M aufweist, da dann z. B. die hochfrequenten Anregung einer Kopfsteinpflasteroberfläche nicht zu einer Dämpfkrafterhöhung führt.
-
Bei einer besonders sportlichen Auslegung der Dämpfventileinrichtung 1 kommt ein Ventilelement 35 mit einer geringeren Massenträgheit m zur Anwendung, das schon bei kleinen und hochfrequenten Anregungen reagiert und die Dämpfkraft ansteigen lässt. Diese Bandbreite der Einstellung kann bei ansonsten standardisierter Dämpfventileinrichtung erzielt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Dämpfventileinrichtung
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- erstes Dämpfventil
- 7
- Dämpfventilkörper
- 9
- Kolbenstange
- 11
- Zylinder
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Durchtrittskanäle
- 19
- Durchtrittskanäle
- 21
- Ventilscheibe
- 23
- Ventilscheibe
- 25
- Zuganschlag
- 27
- Kolbenstangenführung
- 29
- Ventilträger
- 31
- Elastomerelement
- 33
- Nut
- 35
- Ringelement
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41
- Rückstellfeder
- 45
- Mantelfläche
- 47
- Ventilsitzfläche
- 49
- Ventilsitzfläche
- 51
- Stützscheibe
- 53
- Stützscheibe
- 55
- Querspalt
- 57
- Durchlassquerschnitt
- 59
- Profil
- 61
- Drosselquerschnitt
- 63
- Schenkel
- 63a
- Schenkelabschnitt
- 63b
- Gelenkabschnitt
- 65
- Schenkel
- 65a
- Schenkelabschnitt
- 65b
- Gelenkabschnitt
- 67
- Drehlager
- 69
- Lagerbolzen
- 71
- Druckkammer
- 73
- Aufnahmeöffnung
- 75
- Anschlussöffnungen
- 77
- Anschlussöffnungen
- 79
- Bereich zum Verbinden mit Zusatzmasse
- 81
- Zusatzmasse
- 83
- innere Mantelfläche
- 85
- Nutseitenfläche
- 87
- Ringnut
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016210790 A1 [0002]
- DE 102019215558 A1 [0005]