DE102004061997A1

DE102004061997A1 - Kolben-Zylinder-Aggregat

Info

Publication number: DE102004061997A1
Application number: DE200410061997
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: DE102004061997B4

Abstract

Kolben-Zylinder-Aggregat, bestehend aus einem Arbeitszylinder, in dem ein an einer Kolbenstange befestigter Arbeitskolben axial beweglich angeordnet ist, wobei die Kolbenstange und der Arbeitszylinder mit jeweils einem Befestigungselement zur Befestigung am Fahrwerk und am Aufbau eines Fahrzeuges versehen ist, wobei mindestens eines der Befestigungselemente gegenüber der Kolbenstange und/oder dem Arbeitszylinder relativ axial beweglich angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolben-Zylinder-Aggregat, bestehend aus einem Arbeitszylinder, in dem ein an einer Kolbenstange befestigter Arbeitskolben axial beweglich angeordnet ist, wobei die Kolbenstange und der Arbeitszylinder mit jeweils einem Befestigungselement zur Befestigung am Fahrwerk und am Aufbau eines Fahrzeuges versehen ist.

Es sind bereits Kolben-Zylinder-Aggregate bekannt (z.b. DE 198 57 595 C2 , DE 34 06 032 C2 ), bei denen die Kolbenstange eines Kolben-Zylinder-Aggregates über ein Lager an der Karosserie befestigt ist. Derartige Lager besitzen gummielastische Elemente zum Abfangen von Schwingungen. Bei Verwendung von Lageraugen werden üblicherweise ebenfalls elastische Gummielemente zwischengeschaltet. Derartige Befestigungsvorrichtungen haben den Nachteil, dass sie bei hochfrequenter Anregung durch die Fahrbahn, insbesondere bei kleinen Amplituden, unkomfortabel wirken. Dies liegt beispielsweise daran, dass sich die Gummibefestigungsteile des Schwingungsdämpfers am Fahrzeugaufbau bzw. an der Radaufhängung verhärten und somit Schwingungen und Geräusche in den Fahrgastraum übertragen. Darüber hinaus wird durch die hohe Eigenfrequenz und eine kleinhubige Bewegung das einwandfreie wechselseitige Arbeiten der Dämpfung- bzw. auch Rückschlagventile des Dämpfungskolbens zunehmend schlechter, so dass ebenfalls eine unkomfortable Verhärtung des Kolben-Zylinder-Aggregates vorliegt.

Es ist bereits bekannt (z.b. DE 40 02 882 ) zur Entkopplung von hochfrequenten Schwingungen bei einem Kolben-Zylinder-Aggregat im Bereich des Kolbens eine Kammer vorzusehen, die durch eine Membran in zwei Teilkammern unterteilt und gegeneinander abgedichtet ist, wobei diese Teilkammer über einen Kanal mit dem oberen Arbeitsraum und die zweite Teilkammer mit dem unteren Arbeitsraum verbunden ist. Dieses Prinzip ist aufwendig und im Bereich von Schwingungsdämpfern mit einem entsprechend hohen Fertigungsaufwand durchführbar.

Ein derartiges Prinzip ist allerdings bei Niveauregelelementen, die mit ihrer Kolbenstange gegen ein mehr oder weniger vorgespanntes Gaspolster arbeiten und somit über eine entsprechende Regelung den Aufbau eines Fahrzeuges beladungsunabhängig auf Niveau halten nicht anwendbar. Hydropneumatische Federbeine, wie sie beispielsweise aus der DE 198 57 595 oder DE 34 06 032 bekannt sind müssen deshalb auf herkömmliche Art mit gummielastischen Metallteilen am Fahrzeugaufbau bzw. am Fahrwerk angebunden werden. Derartige gummielastische Befestigungen sind entsprechend hart federnd ausgeführt, da sie nicht nur Dämpfungsstöße abfangen, sondern zudem auch noch die entsprechenden Traglasten des Fahrzeugaufbaus abfangen müssen. Bei hochfrequenten Schwingungen angeregt durch Fahrbahnunebenheiten verhärten die gummielastischen Teile dieser Befestigungen und übertragen die von der Fahr bahn herrührenden Geräusche auf den Fahrzeugaufbau, dies ist entsprechend störend.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kolben-Zylinder-Aggregat so auszubilden, dass auf einfache Art und Weise hochfrequente, kleinhubige Straßenanregungen vom Fahrzeugaufbau entkoppelt werden, ohne dass die Dämpfungswirkung bei größerhubigen Bewegungen wesentlich reduziert wird und dass nicht nur die Dämpfung sanft einsetzt, sondern dass auch ruckartige Kraftsprünge in der Dämpfungserzeugung vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens eines der Befestigungselemente gegenüber der Kolbenstange und/oder dem Arbeitszylinder relativ axial beweglich angeordnet ist.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausbildung, dass frequenzabhängige Dämpfungskennlinien erzeugt werden können. Wird das Kolben-Zylinder-Aggregat bei einer höheren Frequenz mit kleiner Amplitude angeregt, so werden dabei hauptsächlich das mindestens eine Befestigungselement beaufschlagt, indem zwischen dem Befestigungselement relativ zur Kolbenstange bzw. eines Befestigungsteiles am Arbeitszylinder oder am Behälterrohr eine axiale Bewegung stattfindet. Wird der kleinhubige und im allgemeinen hochfrequente Anregungsbereich verfassen, das heißt, erfolgt eine niederfrequente, mit großer Amplitude versehene Anregung, so gelangt das Befestigungselement gegenüber seinem benachbarten Bauteil, nämlich der Kolbenstange oder des Arbeitszylinders in seine Endposition, danach stellt sich der notwendige Druckaufbau für die Dämpfungskraft an den Dämpfungsventilen des Kolbens ein. Auf diese Art und Weise werden Dämpfungskraftsprünge und Geräusche, die sich auf die Karosserie des Fahrzeuges übertragen, vermieden, so dass der Komfort gesteigert werden kann.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass das Befestigungselement mit einer zylindrischen Bohrung versehen ist, in der der Endbereich der Kolbenstange oder einem mit dem Arbeitszylinder in Verbindung stehenden Zapfen axial beweglich aufgenommen ist.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, dass zwischen dem Befestigungselement und der Kolbenstange und/oder dem Arbeitszylinder mindestens ein elastisches Element als Anschlag angeordnet ist.

Nach einer wesentlichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen der zylindrischen Bohrung und der Stirnseite der Kolbenstange und/oder dem Zapfen eine der Dämpfung dienende Kammer gebildet wird. Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass die Kammer mit einem komprimierbaren Medium gefüllt ist oder dass die Kammer über eine Strömungsverbindung mit einem der Arbeitsräume des Arbeitszylinders verbunden ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Kammer zur Atmosphäre hin mit einer Dichtung abgedichtet ist.

Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass die Anwendung in einem hydropneumatischen Federbein die Kammer über die Strömungsverbindung mit dem mit Hochdruck versehenen Arbeitsraum verbunden ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eines der Befestigungselemente als Gummi-Metall-Teil ausgebildet ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 ein Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem Befestigungselement in Ansicht,
1a und 1b das Befestigungselement gemäß 1 im Schnitt dargestellt,
2, 2a, 2b eine weitere Ausführungsform eines Kolben-Zylinder-Aggregates mit einem entsprechenden Befestigungselement,
3 und 4 verschiedene Anbindungsvarianten im Fahrzeug,
5 eine weitere Ausführungsform eines Befestigungselementes.
Das in 1 dargestellte Kolben-Zylinder-Aggregat 1 ist mit einem Gummi-Metall-Teil 2 zur Befestigung am Fahrzeugaufbau versehen. Im unteren Bereich ist die Kolbenstange 3 mit einem Befestigungselement 4 versehen, welches wiederum ein Gummi-Metall-Teil 2b aufweist. Das Befestigungselement 4 ist mit der Fahrzeugachse eines Kraftfahrzeuges verbunden.
Wird das Kolben-Zylinder-Aggregat 1 als hydropneumatische Niveauregelungseinrichtung ausgebildet, so wird die Kolbenstange 3 beladungsabhängig in eine vorgegebene Niveaulage durch den Innendruck des Aggregates gebracht.
Aus der 1a ist ein Befestigungselement 4 in vergrößertem Maßstab im Schnitt zu entnehmen, das Befestigungselement 4 ist mit der Kolbenstange 3 verbunden, indem die Kolbenstange 3 eine Scheibe 5 aufweist zu deren beiden Stirnseiten elastische Elemente 6 angeordnet sind. Der Endbereich 15 des Befestigungselementes 4 ist entsprechend umgebördelt, so dass das Befestigungselement 4 mit der Kolbenstange 3 unverlierbar gehalten ist. Die Gummielemente 6 sind ober- und unterhalb der Scheibe 5 eingekammert und dienen als elastische Anschläge für die Axialbewegung des Befestigungselementes 4 gegenüber der Kolbenstange 3.
Im Befestigungselement 4 ist eine zylindrische Bohrung 14 angeordnet, die zusammen mit der Stirnseite 10 der Kolbenstange 3 die Kammer 8 bildet, dabei ist die Kammer 8 gegenüber der Atmosphäre durch eine Dichtung 9 entsprechend abgedichtet. Durch Befüllung eines entsprechenden Mediums in der Kammer 8 wird eine entsprechende Dämpfung des Befestigungselementes 4 gegenüber der Kolbenstange 3 erzielt.
In diesem Ausführungsbeispiel der 1a ist jedoch die Kammer 8 über eine Strömungsverbindung 7 mit dem Innendruck des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 in Verbindung, so dass durch die Dichtung 9 ein Austreten des Dämpfungsmittels aus dem Kolben-Zylinder-Aggregat in die Atmosphäre verhindert wird. Der tragende Druck des Kolben-Zylinder-Aggregates 1, der die Kolbenstange 3 in eine entsprechende Position bringt, sorgt gleichzeitig dafür, dass die Scheibe 5 ebenfalls in einer mittleren Stellung zwischen den elastischen Elementen 6 einnimmt. Im Fahrbetrieb ist somit eine axiale Verspannungskette zwischen der Kolbenstange 3 und dem Gummi-Metall-Teil 2b gewährleistet. Hochfrequente Schwingungen werden dabei über die axiale Beweglichkeit der Kolbenstange 3 gegenüber dem Befestigungselement 4 durch Komprimieren des Mediums in der Kammer 8 aufgefangen. Bei niederfrequenten Schwingungen gelangt die Scheibe 5 gegenüber einem der elastischen Elemente 6 in eine axiale Endposition und im Anschluss daran kann die Dämpfungskraft über die Dämpfungsventile des Dämpfungskolbens, der an der Kolbenstange 3 innerhalb des Kolben-Zylinder-Aggregats 1 angeordnet ist übernommen werden.
Die 1b zeigt ein Befestigungselement 4, bei dem die Scheibe 5 mit den elastischen Elementen 6 versehen ist, wobei jedoch zwischen der Scheibe 5 und den Anlageflächen 11 ein entsprechender axialer Raum vorhanden ist, so dass zwischen der Kolbenstange 3 und dem Befestigungselement 4 eine relative axiale Bewegung stattfinden kann, bevor das jeweilige elastische Element 6 an der Anlagefläche 11 zum Anschlag kommt.
Aus der 2, 2a bzw. 2b ist eine weitere Variante dargestellt, wobei jedoch das Kolben-Zylinder-Aggregat 1 in seinem oberen Bereich mit einem Zapfen 12 versehen ist, der das Befestigungselement 4 trägt, wobei hier wiederum die 2a im wesentlichen dem Prinzip der 1a und die 2b im Prinzip der 1b entspricht.
Die 3 zeigt eine Einbaumöglichkeit, bei der die Kolbenstange 3 nach unten gerichtet ausgeführt ist und die Befestigungselemente 4 im wesentlichen entweder dem Prinzip gemäß 1a oder 1b entsprechen können.
4 zeigt ein Kolben-Zylinder-Aggregat 1, bei dem die Kolbenstange 3 nach oben gerichtet im Fahrzeug eingebaut ist, die Befestigungselemente 4 sind wiederum vergleichbar mit den vorher beschriebenen.
Aus der 5 ist ein Kolben-Zylinder-Aggregat 1 teilweise dargestellt, wobei der Zapfen 12 das Befestigungselement 4 trägt, das Befestigungselement 4 ist jedoch nicht wie in den 1 bis 4 mit einem Gummi-Metall-Teil 2, sondern mit einer Stiftbefestigung 13 zur Befestigung des Kolben-Zylinder-Aggregats am Fahrzeugaufbau ausgebildet.

1: Kolben-Zylinder-Aggregat
2: Gummi-Metall-Teil
3: Kolbenstange
4: Befestigungselement
5: Scheibe
6: elastisches Element
7: Strömungsverbindung
8: Kammer
9: Dichtung
10: Stirnseite
1: Auflagefläche
12: Zapfen
13: Stiftbefestigung
14: zylindrische Bohrung
15: Endbereich

Claims

Kolben-Zylinder-Aggregat, bestehend aus einem Arbeitszylinder, in dem ein an einer Kolbenstange befestigter Arbeitskolben axial beweglich angeordnet ist, wobei die Kolbenstange und der Arbeitszylinder mit jeweils einem Befestigungselement zur Befestigung am Fahrwerk und am Aufbau eines Fahrzeuges versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Befestigungselemente (4) gegenüber der Kolbenstange (3) und/oder dem Arbeitszylinder relativ axial beweglich angeordnet ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (4) mit einer zylindrischen Bohrung (14) versehen ist, in der der Endbereich der Kolbenstange (3) oder einem mit dem Arbeitszylinder in Verbindung stehenden Zapfen (12) axial beweglich aufgenommen ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Befestigungselement (4) und der Kolbenstange (3) und/oder dem Arbeitszylinder mindestens ein elastisches Element (6) als Anschlag angeordnet ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zylindrischen Bohrung (14) und der Stirnseite (10) der Kolbenstange (3) und/oder dem Zapfen (12) eine der Dämpfung dienende Kammer (8) gebildet wird.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (8) mit einem komprimierbaren Medium gefüllt ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (8) über eine Strömungsverbindung (7) mit einem der Arbeitsräume des Arbeitszylinders verbunden ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (8) zur Atmosphäre hin mit einer Dichtung (9) abgedichtet ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung in einem hydropneumatischen Federbein die Kammer (8) über die Strömungsverbindung (7) mit dem mit Hochdruck versehenen Arbeitsraum verbunden ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Befestigungselemente (4) als Gummi-Metall-Teil (2) ausgebildet ist.