DE10042811A1

DE10042811A1 - Gasdruckbetriebener Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer mit zwei hintereinander angeordneten entgegengesetzt wirksamen Druckkammern, verbunden mit einem Rückschlagventil

Info

Publication number: DE10042811A1
Application number: DE2000142811
Authority: DE
Inventors: Thomas Kamm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-28

Abstract

Der Nachteil von Luftdämpfern besteht insbesondere in dem Ausfallrisiko durch Defekt oder Verschleiß sowie durch erhöhte Losbrechmomente (Losbrechkraft) bei Erhöhung des statischen Systemdrucks. Während die erhöhten Losbrechmomente durch den Einsatz von Negativfedern ausgeglichen werden können, ist das verschleiß- oder überlastbedingte Ausfallrisiko durch den Stand der Technik nicht reduziert. DOLLAR A Die Erfindung löst das Problem durch ein Doppelkammersystem, welches durch die Verbindung mit einem Zwischenventil eine automatische Regulierung erfährt. Die beiden Luftkammern sind hintereinander angeordnet und wirken entgegengesetzt. Bei einem defektbedingten Volumenstrom des Gases von der Hauptkammer in die Negativkammer wird aufgrund der unterschiedlichen wirksamen Flächen dieses Fehlvolumen beim nächsten Ausfedern der Dämpfereinheit zurückgepumpt. DOLLAR A Bei der Verwendung von luftgefederten Stoßdämpfern insbesondere in Fahrzeugen führt ein durch Defekt oder Verschleiß bedingter Druckverlust i. d. R. zum Ausfall des Gesamtsystems. Die Erfindung reduziert dieses Risiko durch eine Selbstregulierung bei auftretendem Systemausfall der Kolbendichtung der Hauptkammer.

Description

Gasdruckbetriebener Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer mit zwei in Arbeitshubrichtung hintereinander angeordneten, durch einen mit einem druckabhängigen oder regelbaren oder festeingestellten Rückschlagventil versehenen Trennkolben getrennte und in entgegengesetzter Richtung wirkende Druckkammern, deren wirksame Flächen sich unterscheiden.

Beschreibung

Für alle Anwendungen mit Einsatz von Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer in Federungssystemen der Fahrwerkstechnik, insbesondere bei dem Einsatz in gefederten Fahrradrahmen kann die Erfindung verwendet werden. Darüberhinaus ist der Einsatz als Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer im Maschinenbau möglich. Neben der Aufnahme von Kraftstößen wird im Einsatz als Fahrwerksdämpfer der Komfort und die Verbesserung der Spurführung und Traktion angestrebt. Neben verschiedenen Federsystemen wie Spiralfedern, Blattfedern, (Elektro- Magnetfeldfedern, Flüssigkeitsfedern und Elastomerfedern werden ebenfalls Gasdruckfedern eingesetzt. Diese besitzen üblicherweise beim Einsatz nicht- elastischer Systemgrenzen einen über den Arbeitshub progressiven Kennlinienverlauf. Die Erhöhung des Drucks wird aufgrund einer Volumenänderung durch von außen angreifende Kräfte nach thermodynamischen Gesetzen aufgebaut. Eine Anpassung an die aufzunehmenden Kräfte erfolgt durch Veränderung des statischen Drucks in den Druckkammern des Dämpfers. Da jedoch bei Erhöhung des statischen Drucks der Dämpfer eine Verspannung erfährt, werden zu deren Aufnahme sogenannte Negativfedern oder auch Rückanschläge verwendet. Diese können als Gasdruckfedern oder auch wie oben beschrieben als technische Federn unterschiedlicher Materialien und Formen oder auch Kombinationen hieraus ausgeführt sein. Diese Erfindung beschreibt das Prinzip einer Negativfeder (2) als Gasdruckfeder, die durch eine parallelgeschaltete technische Feder ergänzt werden kann.

Beispiel

Die Erfindung soll anhand des Einsatzes in einem gefederten Fahrradrahmen als Hinterbaudämpfer (Fig. 2) erläutert werden. Das vorgestellte System arbeitet in Kombination eines sog. Einrohrdämpfers, der mit einem integrierten hydraulischen Dämpfungsmedium eine regulierbare Schwingungsdämpfung realisiert. Es wird davon ausgegangen, daß die Druckkammern mit geeigneten Dichtungen wie O- Ringen, Nutringen etc. gegeneinander und zur Umgebung gedichtet sind. Am Markt erhältliche Systeme arbeiten bereits mit dem System einer Gasdrucknegativfeder, siehe auch Ausgabe 9/99 der Zeitschrift "bike sport news", speziell die Modelle Rock Shox SID sowie Fox Air Vanilla Float sind typische Vertreter dieses Grundprinzips. Siehe auch Kataloge dieser beiden Marken 1999 und 2000.

Der Vorteil des Einsatzes von Luftfedern liegt einerseits in dem geringen Gewicht, andererseits in der variablen Gestaltung der Kennlinie des Kraft-Weg- Zusammenhangs durch Änderung des statischen Systemdrucks. Ein Austausch von Federn ist insbesondere bei wechselnden äußeren Bedingungen wie z. B. unterschiedliches Fahrergewicht, veränderliche Einbaubedingungen in verschiedenen Fahrradrahmen, nicht mehr nötig.

Der Nachteil von Luftdämpfern besteht insbesondere in dem Ausfallrisiko durch Defekt oder Verschleiß sowie durch erhöhte Losbrechmomente bei Erhöhung des statischen Systemdrucks. Während die erhöhten Losbrechmomente durch den Einsatz von Negativfedern ausgeglichen werden können, ist das verschleiß- oder überlastbedingte Ausfallrisiko durch den Stand der Technik nicht reduziert.

Fig. 3 zeigt die Problematik des Überlastrisikos. Im voll-eingefederten Zustand p(2) ist p2(H) < < p2(N), was zu einem Druckabgang von der Hauptkammer (1) in die Negativkammer (2) führen kann.

Hierbei sind:
A(1) = Fläche des Zylinders der Hauptkammer
A(2) = Fläche des Zylinders der Negativkammer
A(3) = Querschnittsfläche des Innenzylinders
A(4) = Querschnittsfläche der Kolbenstange des Einrohrdämpfers

In vorliegendem Beispiel ist A(1) = A(2), könnte jedoch auch durch Verwendung eines Stufenkolbens variieren.

Da jedoch die Systemgrenze zwischen den beiden Kammern durch das Rückschlagventil (3) einseitig offen ist, wird beim anschließenden Ausfedern des Dämpfers diese Luftmenge aufgrund der Flächenverhältnisse der wirksamen Flächen der Hauptkammer A(1) zur Fläche der Negativkammer A(2), zurückgepumpt. Dieser zyklische "Selbstheilungseffekt" benötigt die folgenden Bedingungen:

A(1) - A(4) < A(2) - A(3)

Die Vorspannung bzw. eine Regelung des Druckminderers und Rückschlagventils (3) muß die o. g. Bedingung quantitativ berücksichtigen, damit ein Zurückpumpen ermöglicht werden kann. Nach dem Überströmen muß die Bedingung

[A(1) - A(4)] × p(H) < [A(2) - A(3)] × p(N)

erfüllt sein, was durch die Einstellung des Druckminderers erreicht wird. Da das Gesamtsystem im Falle eines spontanen und nahezu kompletten Druckabgangs des Gasdrucks aus der Hauptkammer (1) in die Negativkammer (2) bis zum Druckausgleich keine Gasmenge an die Umgebung abgibt, sondern diese Gasmenge sich in der Negativkammer befindet, kann ohne Zuhilfenahme einer Pumpe auch dann durch Auseinanderziehen des Dämpfers der Ausgangszustand wiederhergestellt werden.

Bei einem Defekt der Dichtungen der Negativfeder (2) zur Umgebung wird die Funktion des Dämpfer ebenfalls nicht eingestellt, sondern durch den Druckverlust in der Negativkammer (2) wird der Dämpfer lediglich verhärtet, was jedoch keinen Totalausfall darstellt, sondern einen weiteren Einsatz speziell als Hinterbaudämpfer eines Fahrrades ermöglicht. Das Zusammenwirken aller Baugruppen wird in folgenden beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht:

Fig. 1 Prinzipskizze mit Mindestanzahl von Bauteilen

Fig. 2 Ausführungsbeispiel als Hinterbaudämpfer eines Fahrrades

Fig. 3 Darstellung der Arbeits- und Druckbedingungen in Abhängigkeit der Einfederung

Fig. 4 Tabelle mit Kraft-Weg-Diagramm bei Annahme isothermer Zustandsänderung anhand praxisgerechter Auslegung und Dimensionierung als Hinterbaudämpfer eines Mountainbikes

Bezugszeichenliste

1

Gasfeder der Hauptkammer

2

Gasfeder der Negativkammer

3

Druckminderer und Rückschlagventil

4

Trennkolben der Gasfedern

5

Befüll- und oder Ablassventil der Hauptkammer

6

Befüllventil der Negativfeder

7

Innenzylinder der Negativfeder

8

Luftzylinder

9

Kolbenstange des Einrohrdämpfers

10

Dämpfereinheit eines Einrohrdämpfers
p(N) Druck der Negativkammer
p(H) Druck der Hauptkammer
p0(N) Druck der Negativkammer in ausgefedertem Zustand
p0(H) Druck der Hauptkammer in ausgefedertem Zustand
p1(N) Druck der Negativkammer in teil-eingefedertem Zustand
p1(H) Druck der Hauptkammer in teil-eingefedertem Zustand
p2(N) Druck der Negativkammer in voll-eingefedertem Zustand
p2(H) Druck der Hauptkammer in voll-eingefedertem Zustand

Claims

1. Gasdruckfeder mit zwei hintereinander in Arbeitshub angeordneten, durch einen mit Rückschlagventil versehenen Trennkolben getrennte und in entgegengesetzte Richtung wirkenden Druckkammern, deren wirksame Flächen sich unterscheiden.

2. Gasdruckfeder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die beiden Druckkammern verbindende Rückschlagventil eine Druckdifferenz bestimmende Vorspannung bzw. Einstellung aufweist.

3. Gasdruckfeder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die beiden Druckkammern verbindende Rückschlagventil eine wegabhängige Regelung besitzt.

4. Gasdruckfeder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die beiden Druckkammern verbindende Rückschlagventil eine druckabhängige Regelung aufweist.

5. Gasdruckfeder gemäß Anspruch 1-4, die in Kombination eines integrierten oder ausgelagerten Dämpfungselements mit hydraulischer, reibungsbedingter oder pneumatischer Funktionsweise ein Stoß- bzw. Schwingungsdämpfungssystem bildet.