DE10312164A1

DE10312164A1 - Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE10312164A1
Application number: DE2003112164
Authority: DE
Inventors: Ralf Liebschwager; Marco Schreiner; Bodo Krause; Yvonne Marek; Oliver Friedrich; Stefan Flotmann; Kai Reinbothe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-09-30

Abstract

Ein Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer umfaßt einen Grundkörper (2) mit einem Ventilsitz (13) und einen federelastischen Ventilkörper (12), der im Ruhezustand gegen den Ventilsitz (13) des Grundkörpers (2) anliegt und dabei einen Strömungsweg durch den Grundkörper (2) bis auf einen Voröffnungsquerschnitt absperrt, jedoch bei Anlage eines voreingestellten Druckniveaus öffnet. Der Voröffnungsquerschnitt wird durch mindestens eine unmittelbar an einem strömungsbehindernden Bauteil wie z. B. dem Ventilsitz (13) ausgebildete, hochgenaue Ausnehmung (19) gebildet. Weiterhin wird ein entsprechendes Herstellungsverfahren angegeben. Durch den Wegfall der bisher benötigten Voröffnungsscheibe werden die Herstellung und Montage erleichtert. Zudem lassen sich durch kleinste, variabel einstellbare Voröffnungsquerschnitte das Dämpfungsverhalten und die Variationsmöglichkeiten der Kennlinieneinstellung bei niedrigen Dämpfungsgeschwindigkeiten verbessern. Außerdem wird eine geringe Kennlinienvarianz gewährleistet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer, umfassend einen Grundkörper mit einem Ventilsitz und einen federelastischen Ventilkörper, der im Ruhezustand gegen den Ventilsitz des Grundkörpers anliegt und dabei einen Strömungsweg durch den Grundkörper bis auf einen Voröffnungsquerschnitt absperrt, jedoch bei Anlage eines voreingestellten Druckniveaus öffnet.
Weiterhin bezieht sich die Endung auf ein Herstellungsverfahren eines Schwingungsdämpfers mit einem solchen Dämpferventil. Derartige Schwingungsdämpfer werden bevorzugt in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen eingebaut, lassen sich jedoch auch zu anderen Einsatzzwecken verwenden.
Um das Dämpfungsverhalten eines solchen Schwingungsdämpfers zu beeinflussen, sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt, mit denen ein progressiver oder auch degressiver Dämpferkraftverlauf realisierbar ist. In jedem Fall besteht ein großes Interesse daran, eine geringe Kennungsvarianz zu gewährleisten. Hierzu ist es unter anderem wichtig, das Öffnungsverhalten der in dem Dämpfer vorgesehenen Ventile möglichst präzise zu steuern. Bei kleinen Dämpfergeschwindigkeiten wird weiterhin eine definierte Leckage über eine sogenannte Voröffnung angestrebt.
Herkömmlicherweise wird zur Bewirkung der definierten Leckage eine separate, mit entsprechenden Ausnehmungen versehene Voröffnungsscheibe verwendet. Dabei werden die Ausnehmungen durch Stanzen hergestellt. Allerdings sind der Maßgenauigkeit und der Größe der Ausnehmungen beim Stanzen fertigungstechnische Grenzen gesetzt. Insbesondere sind die Möglichkeiten, kleine Querschnitte mit hoher Maßhaltigkeit herzustellen, beschränkt. Stanztechnisch herstellbare Voröffnungsscheiben weisen damit je nach Dämpferkennung oftmals eine zu große Voröffnung auf.
Überdies ist die Verwendung einer separaten Voröffnungsscheibe montagetechnisch aufwendig.

Vor diesem Hintergrund zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Herstellung und Montage eines Dämpferventils für einen Schwingungsdämpfer zu verbessern.

Weiterhin wird angestrebt, das Dämpfungsverhalten und die Variationsmöglichkeiten der Kennlinieneinstellung bei niedrigen Dämpfungsgeschwindigkeiten zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Dämpferventil der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Voröffnungsquerschnitt durch mindestens eine unmittelbar an einem strömungsbehindernden Bauteil wie z. B. dem Ventilsitz ausgebildete, hochgenaue Ausnehmung gebildet wird.

Hierbei entfällt die sonst übliche Voröffnungsscheibe, woraus eine Erleichterung bei der Montage resultiert. Darüber hinaus wird die Ausnehmung für den Voröffnungsquerschnitt mit einer höheren Genauigkeit hergestellt, als dies mit Stanzverfahren möglich ist. Insbesondere lassen sich durch die Verwendung abtragender Fertigungsverfahren auch kleinere Öffnungsquerschnitte als bisher realisieren. Dies erlaubt wiederum eine bessere Abstimmung der Leckage bei niedrigen Dämpfungsgeschwindigkeiten mit kleiner Kennlinienvarianz und eröffnet neue Variationsmöglichkeiten für die Kennliniengestaltung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Ausnehmungen für den Voröffnungsquerschnitt in das strömungsbehindernde Bauteil bzw. den Ventilsitz eingelasert, wodurch sich besonders kleine Querschnitte mit hoher Genauigkeit herstellen lassen. Überdies besteht die Möglichkeit, die Ausnehmungen direkt an der Montagelinie in das strömungsbehindernde Bauteil bzw. in den Ventilsitz einzulasern. Dies erlaubt eine schnelle Reaktion auf den tatsächlich benötigten Voröffnungsquerschnitt bei der Fertigung.

Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines Dämpferventils gelöst, das einen Grundkörper mit Ventilsitz und weiterhin einen federelastischen Ventilkörper aufweist, der im Ruhezustand gegen den Ventilsitz des Grundkörpers anliegt und dabei einen Strömungsweg durch den Grundkörper bis auf einen Voröffnungsquerschnitt absperrt, jedoch bei Anlage eines voreingestellten Druckniveaus öffnet. Erfindungsgemäß kann der Voröftnungsquerschnitt unmittelbar in der Montagelinie hergestellt werden, indem in den Ventilsitz eine hochgenaue Ausnehmung eingebracht wird.

Hierbei kommen vorzugsweise Verfahren zum Einsatz, die eine energiereiche Strahlung wie beispielsweise eine Laserstrahlung oder eine Elektronenstrahlung verwenden.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des Dämpferventils und des Herstellungsverfahrens sind in den Ansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Dämpferventils nach der Erfindung, das an einem Dämpfer- bzw. Zylinderboden vorgesehen ist,
2 eine räumliche Ansicht des Grundkörpers des Dämpferventils aus 1 zur Veranschaulichung der Ausnehmungen für den Voröffnungsquerschnitt, wobei der Ventilkörper nicht dargestellt ist, und in
3 eine räumliche Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Dämpferventils nach der Erfindung, das an einem Zylinderkolben vorgesehen ist, wobei 3 in Entsprechung zu 2 lediglich den Grundkörper mit den Ausnehmungen für den Voröffnungsquerschnitt zeigt.
Das in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Dämpferventil 1 in Form eines Bodenventils für einen Schwingungsdämpfer einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung. Das Dämpferventil 1 trennt zwei nicht näher dargestellte Arbeitskammern des Schwingungsdämpfers, die über weitere Ventileinheiten und Überströmkanäle miteinander verbunden sein können. Es ist hier als 2-Wege-Ventil ausgebildet, das bei einer Druckbeaufschlagung in einer Richtung öffnet, in Gegenrichtung jedoch bis auf einen Voröffnungsquerschnitt sperrt.
Das Dämpferventil 1 weist einen Grundkörper 2 und ein an diesem vorgesehenes, federelastisches Verschlußorgan 3 auf, das im dargestellten Ruhezustand eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 4 durch den Grundkörper 2 absperrt. Der Grundkörper 2 ist beispielsweise aus Sintermetall hergestellt. Als Verschlußorgan 3 kommt beispielhaft ein kompaktes Paket aus einer Vielzahl von dünnwandigen Ventilscheiben 5, 6 zum Einsatz, die in der Art von Tellerfedern flach aufeinander liegen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen sämtliche Ventilscheiben 5, 6 die gleichen Abmessungen auf. Möglich ist es jedoch auch, unter den Ventilscheiben 5, 6 eine Abstufung des Außendurchmessers und/oder der Ventilscheibendicke vorzunehmen. Weiterhin können an den Ventilscheiben zusätzliche Öffnungen vorgesehen werden, welche bei einem Auffächern des Verschlußorgans 3 infolge einer Öffnungsbewegung eine zusätzliche Vergrößerung des Überströmquerschnitts bewirken.
Das Verschlußorgan 3 stützt sich mit einem radial innenliegenden Abschnitt axial an einem Absatz 7 des Grundkörpers 2 ab. Zudem ist ein Spannorgan 8 vorgesehen, mit dem der radial innenliegende Abschnitt gegen den Absatz 7 verspannt wird. Über das Spannorgan 8 und die Anordnung der Scheiben 5, 6 läßt sich das Druckniveau einstellen, bei dem das Verschlußorgan 3 öffnet. Das Spannorgan 8 weist einen Wellenabschnitt 9 auf, der in den Grundkörper 2 zum Zweck der Befestigung hineinragt. Auf den Wellenabschnitt 9 sind die Ventilscheiben 5 bzw. 6 aufgesteckt und an diesem radial geführt. Bei der Montage wird das Spannorgan 8 in eine Zentralöffnung 10 des Grundkörpers 2 eingeführt und dort fixiert. Dies kann über eine Verschraubung erfolgen. Möglich ist auch eine Ausbildung des Spannorgans 8 als Niet oder als reibschlüssige Verbindung mit einem 3K-Profil.
An der dem Verschlußorgan 3 gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers 2 ist ein weiteres Ventil 11 angeordnet, das einen ringförmigen, federelastischen Ventilkörper 12 aufweist. Dieser kann wiederum aus einer oder mehreren, federelastischen Ventilscheiben gebildet sein. Der federelastische Ventilkörper 12 liegt im Ruhezustand gegen einen an dem Grundkörper 2 ausgebildeten Ventilsitz 13 an. Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, umfaßt der Ventilsitz 13 einen wulstartig vorstehenden Innenring 15 und einen konzentrisch dazu angeordneten Außenring 14. Zwischen dem Innenring 15 und dem Außenring 14 sind an dem Grundkörper 2 mehrere Durchströmöffnungen 16 vorgesehen, so daß der Ventilkörper 12 im Ruhezustand einen Strömungsweg durch den Grundkörper 2 absperrt, bei Anlage eines voreingestellten Druckniveaus jedoch öffnet.
Zur Einstellung des Druckniveaus dient unter anderem eine Belastungsfeder 17 z. B. in Form einer konischen Schraubenfeder, die den Ventilkörper 12 gegen den Ventilsitz 13 drückt. Die Belastungsfeder 17 stützt sich dabei axial an einer Buchse 18 ab, die mittels des Wellenabschnitts 9 des Spannorgans 8 gegen den Grundkörper 2 gezogen ist. Es Ist jedoch möglich, die Belastungsfeder 17 in anderer Art und Weise als hier dargestellt, gegen den Grundkörper 2 bzw. an der Buchse 18 abzustützen.
Wie oben bereits erwähnt, bleibt im abgesperrten Zustand zwischen dem Ventilkörper 12 und dem Ventilsitz 13 ein kleiner Voröffnungsquerschnitt frei, um vor allem bei niedrigen Dämpfungsgeschwindigkeiten eine gewünschte, definierte Leckage zuzulassen.
Zu diesem Zweck ist unmittelbar an dem Ventilsitz 13 eine Ausnehmung 19 ausgebildet. Diese befindet sich hier an dem Innenring 15 kann jedoch prinzipiell auch an dem Außenring 14 vorgesehen werden. Überdies ist es möglich, einen oder beide Ringe, je nach benötigtem Voröffnungsquerschnitt mit einer oder mehreren Ausnehmungen 19 zu versehen. Durch die Ausbildung der Ausnehmung 19 bzw. Ausnehmungen an dem Grundkörper 2 kann auf die ansonsten benötigte Voröffnungsscheibe verzichtet werden. Dies erleichtert die Montage.
Zur Erzielung besonders kleiner Voröffnungsquerschnitte mit hoher Maßgenauigkeit kommen vor allem abtragende Fertigungsverfahren zum Einsatz, mit welchen die bei den bisher eingesetzten Stanzverfahren bestehenden Fertigungsgrenzen überwunden werden können.
Ein weiterer Vorteil dieser Verfahren ist deren Einsatzmöglichkeit direkt in der Montagelinie des Dämpferventils bzw. des zugehörigen Schwingungsdämpfers. Auf diese Weise kann eine schnelle Reaktion auf den wirklich benötigten Querschnitt ermöglicht werden, so daß die Kennlinievarianz in der Serienfertigung klein gehalten werden kann. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Änderungen in der Dämpferabstimmung ohne großen Aufwand quasi instantan umzusetzen.
Die Einbringung der hochgenauen Ausnehmung 19 in der Montagelinie kann durch abtragende Verfahren mittels einer energiereichen Strahlung, insbesondere einer Laser- oder Elektronenstrahlung erfolgen.
Bevorzugt werden die hochgenauen Ausnehmungen 19 in das strömungsbehindernde Bauteil bzw. den Ventilsitz 13 eingelasert. Dabei wird der Voröffnungsquerschnitt derart dimensioniert, daß bei niedrigen Dämpfungsgeschwindigkeiten eine definierte Leckage an der mindestens einen Ausnehmung 19 besteht.
Insbesondere lassen sich hochgenaue Ausnehmungen 19 mit einem Voröffnungsquerschnitt im Bereich zwischen 0,01 mm² und 5 mm², vorzugsweise in Bereich von 0,01 mm² bis 2,5 mm² realisieren.
Die Ausnehmungen 19 können an jeder an dem Grundkörper 2 vorhandenen Ventileinheit vorgesehen werden, also beispielsweise auch an dem Ventilsitz, der mit dem Verschlußorgan 3 zusammenwirkt.
Die Ausnehmungen lassen sich jedoch prinzipiell in jeden strömungsbehindernden Bauteil ausbilden, wie z. B. in einer Schließscheibe, einem Zylinderrohr, einem Niet oder dergleichen.
Weiterhin kann, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 3 dargestellt, ein dem Ventil 11 des ersten Ausführungsbeispiels entsprechendes Ventil 11' an einem Kolben 20, beispielsweise einem Folienkolben eines Schwingungsdämpfers angeordnet werden. 3 zeigt die entsprechenden Ausnehmungen 19', die hier beispielhaft in einen Innenring 15' des Kolben-Grundkörpers 2' eingelasert sind. Der nicht dargestellte Ventilkörper des Ventils 11' sperrt mehrere, sich durch den Kolben 20 erstreckende Durchströmöffnungen 16' bis auf den gewünschten, durch die Ausnehmungen 19' definierten Voröffnungsquerschnitt ab.
Durch den Wegfall der bisher benötigten Voröffnungsscheibe wird bei den oben erläuterten Dämpferventilen die Herstellung und Montage erleichtert.
Zudem lassen sich durch kleinste, variabel einstellbare Voröffnungsquerschnitte das Dämpfungsverhalten und die Variationsmöglichkeiten der Kennlinieneinstellung bei niedrigen Dämpfungsgeschwindigkeiten verbessern. Außerdem wird eine geringe Kennlinienvarianz gewährleistet.

1: Dämpferventil
2, 2': Grundkörper
3: Verschlußorgan
4: Durchgangsöffnung
5: Ventilscheibe
6: Ventilscheibe
7: Absatz
8: Spannorgan
9: Wellenabschnitt des Spannorgans 8
10: Zentralöffnung
11, 11': Ventil
12: Ventilkörper
13, 13': Ventilsitz
14, 14': Außenring
15, 15': Innenring
16: Durchströmöffnung
17: Belastungsfeder
18: Buchse
19, 19': Ausnehmung
20: Kolben

Claims

Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer, umfassend: – einen Grundkörper (2; 2') mit einem Ventilsitz (13; 13'), und – einen federelastischen Ventilkörper (12; 12'), der im Ruhezustand gegen den Ventilsitz (13; 13') des Grundkörpers (2; 2') anliegt und dabei einen Strömungsweg durch den Grundkörper (2; 2') bis auf einen Voröftnungsquerschnitt absperrt, jedoch bei Anlage eines voreingestellten Druckniveaus öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Voröffnungsquerschnitt durch mindestens eine unmittelbar an einem strömungsbehindernden Bauteil wie z. B. dem Ventilsitz (13; 13') ausgebildete, hochgenaue Ausnehmung (19; 19') gebildet wird.
Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine hochgenaue Ausnehmung (19; 19') durch ein abtragendes Verfahren hergestellt ist.
Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine hochgenaue Ausnehmung (19; 19') in das strömungsbehindernde Bauteil, insbesondere den Ventilsitz (13; 13') eingelasert ist.
Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Voröffnungsquerschnitt derart dimensioniert ist, daß bei niedrigen Dämpfungsgeschwindigkeiten eine definierte Leckage an der mindestens einen Ausnehmung (19; 19') besteht.
Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine hochgenaue Ausnehmung einen Voröffnungsquerschnitt im Bereich zwischen 0,01 mm² und 5 mm², vorzugsweise im Bereich von 0,01 mm² bis 3 mm² aufweist.
Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2; 2') aus Sintermetall hergestellt ist.
Dämpferventil für einen Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (13: 13') eine oder mehrere Ventilscheiben aufweist, jedoch voröffnungsscheibenfrei ist.
Verfahren zur Herstellung eines Dämpferventils mit einem Grundkörper (2; 2') mit Ventilsitz (13; 13'), und mit einem federelastischen Ventilkörper (12; 12'), der im Ruhezustand gegen den Ventilsitz (13; 13') des Grundkörpers (2; 2') anliegt und dabei einen Strömungsweg durch den Grundkörper (2; 2') bis auf einen Voröffnungsquerschnitt absperrt, jedoch bei Anlage eines voreingestellten Druckniveaus öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Voröffnungsquerschnitt unmittelbar in der Montagelinie herstellbar ist, indem in den Ventilsitz (13; 13') mindestens eine hochgenaue Ausnehmung (19; 19') eingebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Dämpferventils nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Ausnehmung (19; 19') durch ein abtragendes Verfahren gefertigt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Dämpferventils nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19; 19') durch eine energiereiche Strahlung, insbesondere Laser- oder Elektronenstrahlung gefertigt wird.