DE102006030064A1

DE102006030064A1 - Kolben-Zylinderaggregat

Info

Publication number: DE102006030064A1
Application number: DE200610030064
Authority: DE
Inventors: Stefan Burg; Arnold Schilz
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Kolben-Zylinderaggregat mit einer Kolbenstange, die innerhalb eines mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinders axial beweglich geführt ist, wobei an der Kolbenstange ein Kolben angeordnet ist, der den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum unterteilt, wobei die beiden Arbeitsräume durch mindestens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, der in Abhängigkeit der axialen Position eines von einer Feder in Öffnungsrichtung vorgespannten Ventilkörpers angesteuert wird, wobei der Ventilkörper staudruckabhängig in die geschlossene Position auf eine Ventilsitzfläche bewegbar ist und der mindestens eine Strömungskanal verschließbar ist, wobei der Kolben stirnseitig eine Ventilsitzfläche aufweist, auf die der Ventilkörper bei maximal geschlossener Position mit einer ersten Schließfläche und einer zweiten Schließfläche zur Anlage kommt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat mit einer Kolbenstange, die innerhalb eines mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinders axial beweglich geführt ist, wobei an der Kolbenstange ein Kolben angeordnet ist, der den Zylinder in einen ersten und einen zweiten Arbeitsraum unterteilt, wobei die beiden Arbeitsräume durch mindestens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, der in Abhängigkeit der axialen Position eines von einer Feder in Öffnungsrichtung vorgespannten Ventilkörpers angesteuert wird, wobei der Ventilkörper staudruckabhängig in die geschlossene Position auf eine Ventilsitzfläche bewegbar ist und der mindestens eine Strömungskanal verschließbar ist.
Aus der DE 101 40 580 A1 ist ein Kolben-Zylinderaggregat mit einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfkraft bekannt, das einen Kolben umfasst, der stirnseitig eine Ventilsitzfläche aufweist. Bei einer schnellen Einfahrbewegung der Kolbenstange kommt ein Ventilkörper mit einer konusförmigen Schließfläche auf dieser Ventilsitzfläche zur Anlage und blockiert die Einfahrbewegung der Kolbenstange.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein möglichst kurz bauendes Kolben-Zylinderaggregat zu realisieren, das bei Bedarf eine vollständige Blockierung der Kolbenstangenbewegung ermöglicht, wobei mit einer möglichst geringen Anzahl von Bauteilen ausgekommen werden soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kolben stirnseitig eine Ventilsitzfläche aufweist, auf die der Ventilkörper bei maximal geschlossener Position mit einer ersten Schließfläche und einer zweiten Schließfläche zur Anlage kommt.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn erste und zweite Schließfläche kreisringförmig ausgebildet sind und zwischen sich einen ringförmigen Raum bilden, dessen radiale Erstreckung dem Durchmesser des mindestens einen Strömungskanal entspricht oder dessen radiale Erstreckung größer ist als der Durchmesser des Strömungskanals. Durch diesen zwischen den beiden Schließflächen des Ventilkörpers gebildeten Raum ist es möglich, auch mehrere auf einer Kreisbahn angeordnete Strömungskanäle sicher abzudichten.
In vorteilhafter Weise ist der ringförmige Raum über dem Strömungskanal liegend angeordnet ist, wenn die beiden Schließflächen des Ventilkörpers mit der Ventilsitzfläche in Anlage kommen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kolben-Zylinderaggregats ist der Ventilkörper auf einer Führungshülse geführt. Somit kann durch eine Kombination verschiedener Materialien bei Führungshülse und Ventilkörper die Reibung der beiden Bauteile variiert werden.
Dadurch, dass bei einer weiteren Ausgestaltung die Führungshülse auf einem Zapfen am Ende der Kolbenstange angeordnet ist, wird eine leichte Vormontage der Kolben-Kolbenstangeneinheit ermöglicht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Ventilkörper in Öffnungsrichtung von der Feder gegen einen Anschlag vorgespannt, wobei der Anschlag einstückig mit der Führungshülse ausgebildet ist, wodurch die Anzahl von Bauteilen verringert wird.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 Kolben-Zylinderaggregat mit einer Ausschnittdarstellung
2 Erfindungsgemäßer Kolbenaufbau
3 Einbaubeispiel eines Kolben-Zylinderaggregats
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kolben-Zylinderaggregats mit einer Ausschnittdarstellung
Die 1 zeigt ein Kolben-Zylinderaggregat 1, das einen Zylinder 2 aufweist, in dem eine Kolbenstange 3 entlang einer Längsachse 4 axial beweglich angeordnet und gasdicht durch ein nicht gezeigtes Führungsdichtungspaket an einem Ende des Zylinders 2 aus diesem geführt ist. Am anderen Ende des Zylinders 2 ist ein Anschlusselement angebracht, welches ein Gelenkauge, eine Kugelpfanne oder ähnliches umfasst. Ein Kolben 5, der ortsfest mit der Kolbenstange 3 verbunden ist, trennt den Zylinder 2 in einen kolbenstangenseitigen ersten Arbeitsraum 6 und einen kolbenstangenfernen zweiten Arbeitsraum 7. Beide Arbeitsräume sind mit einem Dämpfmedium, in der Regel Öl, gefüllt. Ein Trennkolben 8 trennt einen Ausgleichsraum 9 von dem ersten Arbeitsraum 6. Der Ausgleichsraum 9 steht unter der Vorspannung eines Gases, insbesondere Stickstoff, so dass auf die Kolbenstange 3 stets eine Ausschubkraft wirksam ist. Alternativ kann im Ausgleichsraum 9 auch eine Federvorspannung, beispielsweise in Form einer Schraubendruckfeder, verwendet werden.
2 zeigt einen Ausschnitt der Kolben-Zylindereinheit 1 aus 1 in vergrößerter Darstellung. Der Kolben 5 weist an seiner zylindrischen Mantelfläche eine radial offene, umlaufende Ringnut 10 auf, in der ein erster Dichtring 11 aus einem elastischen Material angeordnet ist, wobei der erste Dichtring 11 mit radialer Vorspannung an der Innenwand des Zylinders 2 anliegt.
Der Kolben 5 verfügt ferner über wenigstens einen den ersten und zweiten Arbeitsraum verbindenden Strömungskanal 12 und eine zur Längsachse 4 koaxiale Bohrung 13, mit der er auf einen am Ende der Kolbenstange 3 ausgebildeten Zapfen 14 mit geringerem Durchmesser aufgeschoben wird, bis er an einem Absatz 15 am Übergang von Kolbenstange 3 zum Zapfen 14 in Anlage kommt. Eine Führungshülse 16 mit einem an den zweiten Arbeitsraum 7 angrenzenden Anschlag 17 wird zusammen mit dem Kolben 5 gegen den Absatz 15 der Kolbenstange 3, durch eine nietartige Verformung des in den zweiten Arbeitsraum 7 ragenden freien Endes des Zapfens 14 auf der Kolbenstange 3 verspannt.
In einer zur Bohrung 13 und zum Absatz 15 hin offenen Ringnut 18 des Kolbens 5 ist ein zweiter Dichtring 19 die Kolbenstange 3 umschließend angeordnet, damit keine undefinierten Leckströme zwischen den beiden Arbeitsräumen auftreten.
Koaxial auf der Führungshülse 16 ist ein in axialer Richtung beweglicher Ventilkörper 20 mit einer Bohrung 21 angeordnet, dessen Bewegung in eine Richtung durch den einstückig an der Führungshülse 16 angeordneten Anschlag 17 und in die andere Richtung durch den Kolben 5 begrenzt wird.
Eine Feder 22 spannt den Ventilkörper 20 gegen den Anschlag 17 in Öffnungsrichtung vor. Die Feder 22 stützt sich dabei einerseits am Kolben 5 und andererseits an einem einstückig mit dem Ventilkörper 20 angeordneten, flanschartigen Vorsprung 23 ab. Der Vorsprung 23 weist einen kleineren Durchmesser als die Innenwand des Zylinders 2 auf, sodass zwischen dem Vorsprung 23 und der Zylinderinnenwand ein Spalt 24 vorhanden ist, durch den das Fluid strömen kann, um von einem Arbeitsraum über den Strömungskanal 12 zu dem anderen Arbeitsraum zu gelangen.
Der Ventilkörper 20 weist an seiner zum Kolben 5 gerichteten Stirnseite eine erste kreisförmige Schließfläche 25 und eine zweite kreisförmige Schließfläche 26 auf, die jeweils koaxial zur Bohrung 21 des Ventilkörpers 20 angeordnet sind und mit der als eine Ventilsitzfläche 27 ausgebildeten Stirnseite des Kolbens 5 in Wirkverbindung stehen.
Bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 3 in den Zylinder 2 gemäß der Pfeilrichtung A bildet sich im kolbenstangenfernen zweiten Arbeitsraum 7 geschwindigkeitsabhängig ein Staudruck, der auch auf den Ventilkörper 20 in Richtung der zum zweiten Arbeitsraum 7 gerichteten Ventilsitzfläche 27 des Kolbens 5 wirkt. Ab einer bestimmten Einfahrgeschwindigkeit bzw. einer bestimmten Staudruckkraft auf den Ventilkörper 20 bewegt sich dieser auf den Kolben 5 und schließt den Strömungskanal 12, wobei eine Linienberührung zwischen der Ventilsitzfläche 27 und der ersten Schließfläche 25 sowie der zweiten Schließfläche 26 auftritt, so dass in Verbindung mit dem vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden und damit in Grenzen elastischen Ventilkörper 20 eine sehr zuverlässige Dichtfunktion gewährleistet ist. Über dem Strömungskanal 12 liegt dabei ein durch die beiden Schließflächen begrenzter kreisförmiger Raum 28, dessen Erstreckung in radialer Richtung von einer Schließfläche zur anderen wenigstens so groß ist, wie der Durchmesser des Strömungskanals 12. Durch diesen zwischen den beiden Schließflächen des Ventilkörpers 20 gebildeten Raum 28 ist es möglich, mehrere auf einer Kreisbahn angeordnete Strömungskanäle 12 sicher abzudichten.
Durch das Abdichten des wenigstens einen Strömungskanals 12 wird der Fluidenstrom vom zweiten, kolbenstangenfernen Arbeitsraum 7 zum ersten, kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 6 unterbrochen und die weitere Einfahrbewegung der Kolbenstange 3 zuverlässig verhindert. Dabei stützt sich die Kolbenstange 3 bei einer Blockierung des Ventilkörpers 20 auf einer Fluidsäule im zweiten Arbeitsraum 7 ab, die bis an den Boden des Zylinders 3 ansteht.
Eine derartige Funktion wird beispielsweise bei verstellbaren Sitzen in Fahrzeugen benötigt, bei denen einerseits die Rückenlehne in ihrer Neigung verstellt werden kann, oder andererseits die Sitzfläche beziehungsweise der gesamte Sitz nach vorne und hinten bewegt oder auch umgeklappt werden kann.
3 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer Rückenlehnenverstellung eines Fahrzeugsitzes, bei der zwischen einer Rückenlehne 29 und einem Basisteil 30 das Kolben-Zylinderaggregat 1 angeordnet ist. Ein über einen Auslösemechanismus willkürlich blockierbares Kolben-Zylinderaggregat 31, beispielsweise in der Ausführung nach der DE 40 09 100 A1 , ist dem Kolben-Zylinderaggregat 1 funktional parallel geschaltet. Bei einer sehr großen Verzögerung bzw. Beschleunigung, wie sie beispielsweise bei einem Frontalzusammenstoß oder einem Auffahrunfall zweier Fahrzeuge auftritt, wirkt die Massenträgheit einer auf einem Sitz befindlichen Person gegen die Rücklehne, wodurch die Kolbenstangen beider Kolben-Zylinderaggregate 1; 31 sehr rasch beschleunigt werden. Unabhängig von der Auslösestellung des Kolben-Zylinderaggregates 31 wird das Kolben-Zylinderaggregat 1 aufgrund des großen Staudrucks im zweiten Arbeitsraum 7 in die vorstehend beschriebene Blockierstellung gebracht.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform zeigt ein Kolben-Zylinderaggregat 1 ohne den unter 1 beschriebenen Trennkolben 8, wobei in dem Fluid Öl und Gas, vorzugsweise Stickstoff, miteinander vermischt sind.
Bei einer bestimmten Einfahrgeschwindigkeit bzw. einer bestimmten Staudruckkraft auf den Ventilkörper 20 bewegt sich dieser auf den Kolben 5 und schließt den wenigstens einen Strömungskanal 12. Hierbei kommt es aber nicht zu einem sofortigen Blockieren der Kolbenstange 3 sondern zu einer gedämpften Einschubbewegung, bis das Fluid nicht weiter kompressibel ist. Diese konstruktive Ausgestaltung hat also den Vorteil, dass nach dem Verschließen des wenigstens einen Strömungskanals 12 weiterhin ein elastisches, kraftabhängiges Einschieben der Kolbenstange 3 möglich ist, bis das Fluid nicht weiter kompressibel ist oder der Staudruck im zweiten Arbeitsraum 7 die von außen einwirkende Kraft überschreitet.

1: Kolben-Zylinderaggregat
2: Zylinder
3: Kolbenstange
4: Längsachse
5: Kolben
6: erster Arbeitsraum
7: zweiter Arbeitsraum
8: Trennkolben
9: Ausgleichsraum
10: Ringnut
11: erster Dichtring
12: Strömungskanal
13: Bohrung
14: Zapfen
15: Absatz
16: Führungshülse
17: Anschlag
18: Ringnut
19: zweiter Dichtring
20: Ventilkörper
21: Bohrung
22: Feder
23: Vorsprung
24: Spalt
25: erste Schließfläche
26: zweite Schließfläche
27: Ventilsitzfläche
28: Raum
29: Rückenlehne
30: Basisteil
31: Kolben-Zylinderaggregat

Claims

Kolben-Zylinderaggregat mit einer Kolbenstange, die innerhalb eines mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinders axial beweglich geführt ist, wobei an der Kolbenstange ein Kolben angeordnet ist, der den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum unterteilt, wobei die beiden Arbeitsräume durch mindestens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, der in Abhängigkeit der axialen Position eines von einer Feder in Öffnungsrichtung vorgespannten Ventilkörpers angesteuert wird, wobei der Ventilkörper staudruckabhängig in die geschlossene Position auf eine Ventilsitzfläche bewegbar ist und der mindestens eine Strömungskanal verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) stirnseitig eine Ventilsitzfläche (27) aufweist, auf die der Ventilkörper (20) bei maximal geschlossener Position mit einer ersten Schließfläche (25) und einer zweiten Schließfläche (26) zur Anlage kommt.
Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste (25) und zweite Schließfläche (26) ringförmig ausgebildet sind.
Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Schließfläche (25) und zweite Schließfläche (26) zwischen sich einen kreisförmigen Raum (28) bilden, dessen radiale Erstreckung dem Durchmesser des mindestens einen Strömungskanals (12) entspricht.
Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Schließfläche (25) und zweite Schließfläche (26) zwischen sich einen kreisförmigen Raum (28) bilden, dessen radiale Erstreckung größer ist als der Durchmesser des mindestens einen Strömungskanals (12).
Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisförmige Raum (28) über dem Strömungskanal (12) liegend angeordnet ist, wenn die beiden Schließflächen (25, 26) des Ventilkörpers (20) mit der Ventilsitzfläche (27) in Anlage kommen.
Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (20) auf einer Führungshülse (16) geführt ist.
Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (16) auf einem Zapfen (14) am Ende der Kolbenstange (3) angeordnet ist.
Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (20) in Öffnungsrichtung von der Feder (22) gegen einen Anschlag (17) vorgespannt ist.
Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (17) einstückig mit der Führungshülse (16) ausgebildet ist.