DE102007028634A1

DE102007028634A1 - Kolben-Zylinder-Aggregat

Info

Publication number: DE102007028634A1
Application number: DE102007028634A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck; Dieter Dr. Eulenbach; David H. Ortonville Hunt; Brian K. South Lyon Saylor
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2009-01-02
Also published as: US20080314708A1; JP2009002515A; KR20080112978A

Abstract

Kolben-Zylinder-Aggregat, umfassend einen Arbeitszylinder, in dem eine, einen Dämpfungskolben tragende Kolbenstange axial beweglich angeordnet ist, wobei der Dämpfungskolben den Arbeitszylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt und dass für das von der Kolbenstange verdrängte Dämpfungsmedium ein zum Teil mit Dämpfungsmedium und zum Teil mit Gas gefüllter Arbeitsraum vorgesehen ist, wobei der Ausgleichsraum durch ein in seinem Volumen veränderbares Reservoir direkt und/oder indirekt beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolben-Zylinder-Aggregat, umfassend einen Arbeitszylinder, in dem eine, einen Dämpfungskolben tragende, Kolbenstange axial beweglich angeordnet ist, wobei der Dämpfungskolben den Arbeitszylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt und dass für das von der Kolbenstange verdrängte Dämpfungsmedium ein zum Teil mit Dämpfungsmedium und zum Teil mit Gas gefüllter Arbeitsraum vorgesehen ist.
Es sind bereits Schwingungsdämpfer bekannt ( DE 10 2005 025 511 B3 ), bei denen der Arbeitszylinder einen an einer Kolbenstange angeordneten Dämpfungskolben aufweist, wobei der Dämpfungskolben im Arbeitszylinder axial verschieblich angeordnet ist und bei dem vom unteren Arbeitsraum ausgehend eine Strömungsverbindung vorgesehen ist, welche den unteren Arbeitsraum mit einem Ausgleichsraum verbindet. Dabei wir das von der Kolbenstange verdrängte Dämpfungsmedium, bei einfahrender Kolbenstange in den Arbeitszylinder, über die Strömungsverbindung in den Ausgleichsraum verschoben. Innerhalb des Ausgleichsraums ist über einen Trennkolben das Dämpfungsmedium gegenüber einem Gasmedium im oberen Bereich des Ausgleichsraumes voneinander ge trennt. Es handelt sich hierbei um einen Ausgleichsraum außerhalb des Kolben-Zylinder-Aggregats, welches als Einrohrschwingungsdämpfer ausgebildet ist und bei dem der Ausgleichsraum mit Dämpfungsmedium und einem gasförmigen Medium gefüllt ist.
Darüber hinaus sind selbstpumpende hydropneumatische Federbeine bekannt, bei denen koaxial zum Arbeitsraum ein Niederdruckraum zur Aufnahme von Dämpfungsmedium und ein Hochdruckraum zur Aufnahme von Dämpfungsmedium und einem Gaspolster ausgebildet sind. Die hohle Kolbenstange bildet zusammen mit einer Pumpenstange eine Niveauregulierung, welche während der Fahrt eines Kraftfahrzeuges in der Lage ist, ein vollbeladenes Fahrzeug auf das entsprechende Normalniveau anzuheben, indem Dämpfungsmedium aus dem Niederdruckraum über die Pumpbewegungen der hohlen Kolbenstange zusammen mit der Pumpenstange in einen Hochdruckraum gefördert wird. Diese Aufregelung eines Fahrzeugaufbaus kann nur während der Fahrt des Fahrzeuges betätigt werden, da durch Fahrbahnunebenheiten die Kolbenstange sich relativ zur Pumpenstange bewegen lässt. Um ein Kraftfahrzeug, welches Voll beladen wurde, im Stand auf das Normalniveau aufzuregeln wird über eine sogenannte Standregelung, bestehend aus einem Elektromotor und einem über ein Getriebe angetriebenen Kolben, Dämpfungsmittel aus dem Niederdruckraum in den Hochdruckraum des selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeines gefördert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kolben-Zylinder-Aggregat derart weiter zu bilden, dass eine Niveauregelung des Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeuges mit einfachen Mitteln ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ausgleichsraum durch ein, in seinem Volumen veränderbares, Reservoir direkt und/oder indirekt beaufschlagt wird.
Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass der Ausgleichsraum eines Kolben-Zylinder-Aggregats, welcher an sich dazu dient das von der Kolbenstange verdrängte Dämpfungsmedium aufzunehmen, über ein zusätzliches Reservoir direkt und/oder indirekt mit zusätzlichem Dämpfungsmedium zu beaufschlagen, so dass die mit zusätzlichem Dämpfungsmedium beaufschlagten Arbeitsräume sowie einer entsprechenden Vorspannung des mit Gas gefüllten Ausgleichsraums, einer Auswärtsbewegung der Kolbenstange mit samt dem Dämpfungskolben vorgenommen wird.
Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass im Reservoir ein Verdrängerelement vorgesehen ist, dass das Volumen des Reservoirs verändert. Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Verdrängerelement extern angesteuert wird.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Verdrängerelement von einem Elektromotor beaufschlagt wird. Vorteilhaft ist dabei, dass zwischen dem Verdrängerelement und dem Elektromotor ein Getriebe vorgesehen ist.
Zur Erzielung eines entsprechenden Wirkungsgrades ist vorgesehen, dass als Getriebe eine Gewindespindel, ein Kugelumlaufgetriebe oder ein Schneckengetriebe oder ein Planetengetriebe vorgesehen ist. Hierbei lassen sich verschiedene Arten von Getriebe vorsehen, wobei Getriebe mit einer entsprechenden Selbsthemmung bevorzugt angewendet werden können, jedoch lassen sich auch reibungsarme Kugelumlaufgetriebe vorsehen, die dann jedoch eine Vorrichtung vorsehen müssen, die ein Verschieben des Verdrängerelementes verhindern muss.
Eine kompakte Baueinheit wird dadurch erreicht, dass der Ausgleichsraum koaxial zwischen dem Arbeitszylinder und einem Außenrohr angeordnet ist und dass das Reservoir direkt in das Außenrohr mündet.
Es kann jedoch auch vorgesehen werden, falls der Einbauraum eine kompakte Baueinheit nicht zulässt, dass das Reservoir über eine Strömungsverbindung mit dem Ausgleichsraum verbunden ist.
Weitere konstruktive Möglichkeiten bestehen darin, dass der Ausgleichsraum und das Reservoir außerhalb des Kolben-Zylinder-Aggregats angeordnet sind. Hierbei ist von Vorteil, dass zwischen Fahrzeugaufbau und der Radaufhängung lediglich das Kolben-Zylinder-Aggregat vorgesehen ist und dass sowohl das Reservoir als auch der Ausgleichsraum über eine entsprechende Strömungsverbindung an einer dafür geeigneten Stelle des Fahrzeuges, nicht in unmittelbarer Nähe des Kolben-Zylinder-Aggregates, angeordnet werden kann.
Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass der Elektromotor manuell oder automatisch sensiert angesteuert wird. Diese Lösung sieht vor, dass entweder das Kolben-Zylinder-Aggregat manuell beaufschlagt wird oder dass über eine entsprechende Sensierung des Fahrzeugaufbaus eine automatische selbständig arbeitende Niveauregelung erzielt werden kann.
Je nach Ansteuerung der jeweiligen Kolben-Zylinder-Aggregate an den verschiedenen Rädern eines Fahrzeuges ist auch die Anwendung einer Wankstabilisierung möglich, für diesen Fall werden lediglich kurveninnere und kurvenäußere Kolben-Zylinder-Aggregate des jeweiligen Rades unabhängig voneinander angesteuert.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zwischen dem Ausgleichsraum und dem Reservoir ein strömungsabhängig arbeitendes Sperrventil vorgesehen ist oder dass zwischen dem Ausgleichsraum und dem Reservoir ein druckabhängig wirkendes Sperrventil vorgesehen ist. Hierbei ist von Vorteil, dass schlagartig einsetzende Stöße in das Kolben-Zylinder-Aggregat keinen Einfluss auf die eigentliche Niveauregelung ausüben, die ansonsten ein entladenes oder beladenes Fahrzeug vortäuschen würden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 und 2 ein Kolben-Zylinder-Aggregat zusammen mit einem Ausgleichsraum und einem Reservoir, im Schnitt,
3 und 4 ein Reservoir als Einzelheit,
5 ein Schaltschema eines in 1 dargestellten Kolben-Zylinder-Aggregates,
6 ein Kolben-Zylinder-Aggregat, welches über eine Strömungsverbindung mit einem Reservoir verbunden ist,
7 ein Reservoir zusammen mit Elektromotor und Getriebe, im Schnitt,
8 ein Kolben-Zylinder-Aggregat mit parallel dazu angeordnetem Reservoir,
9 zwei Kolben-Zylinder-Aggregate, welche jeweils über eine Strömungsverbindung mit einem Reservoir verbunden sind,
10 und 11 ein Kolben-Zylinder-Aggregat zusammen mit einem Reservoir schematisch dargestellt und einem strömungsabhängigen Sperrventil in der Strömungsverbindung,
12 und 13 eine weitere Variante eines Kolben-Zylinder-Aggregates zusammen mit einem Reservoir, wobei in der Strömungsverbindung ein druckabhängiges Sperrventil angeordnet ist.
Das in 1 dargestellte Kolben-Zylinder-Aggregat 1 besteht im Wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 2 und dem Außenrohr 3, wobei im Arbeitszylinder 2 ein, an einer Kolbenstange 4 befestigter, Dämpfungskolben 5 axial verschiebbar angeordnet ist. Die Befestigungselemente 6a und 6b dienen der Befestigung des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 am Fahrzeugaufbau bzw. an einer Radaufhängung (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeuges.
Zwischen dem Außenrohr 3 und dem Arbeitszylinder 2 ist ein Ausgleichsraum vorgesehen, der aus einem mit Dämpfungsmittel gefüllten Bereich 7 und einem mit Gas gefüllten Bereich 8 besteht.
Schematisch dargestellt ist das Reservoir 9, welches von einem Verdrängerelement 10 beaufschlagt ist. Das Reservoir 9 mündet durch das Außenrohr 3 hindurch direkt in den dämpfungsmittelgefüllten Bereich 7. Die 1 zeigt das Reservoir 9 in einem entspannten Betrieb.
Aus der 2 ist das in 1 dargestellte Kolben-Zylinder-Aggregat 1 zu entnehmen, wobei das Verdrängerelement 10 das Reservoir 9 auf ein Minimum reduziert hat, so dass das entsprechende im Reservoir vorher vorhandene Dämpfungsmittel in den Ausgleichsraum, nämlich den dämpfungsmittelgefüllten Bereich 7, gelangt ist. Der gasgefüllte Bereich 8 wird somit komprimiert und es herrscht im Arbeitszylinder 2 ein erhöhter Innendruck, der den Dämpfungskolben 5 zusammen mit der Kolbenstange 4 auswärts schiebt.
Das bedeutet, dass bei einer deutlichen Fahrzeugzuladung die Position des Kolbens gemäß 2 an der Stelle besteht, wie sie aus 1 zu entnehmen ist, jedoch mit dem Unterschied, dass ein deutlich höherer Innendruck im Arbeitszylinder 2 herrscht.
Aus der 3 ist ein Reservoir 9 zu entnehmen, bei dem das Verdrängerelement 10 über einen Elektromotor 11 und ein Getriebe 12 axial verschiebbar ist. Im Innenraum des Verdrängerelementes 10 ist eine Gewindespindel 13 vorgesehen, die über eine am Verdrängerelement 11 befestigte Mutter 14, angetrieben durch den Elektromotor 11, eine Axialbewegung des Verdrängerelemen tes 10 zulässt. Alternativ lässt sich jedoch auch die Mutter 14 am Getriebe 12 fixieren und die Gewindespindel 13 mit dem Verdrängerelement verbinden.
Die 4 zeigt hierzu eine Position des Verdrängerelementes 10, bei der das Reservoir 9 auf ein Minimum verringert wurde. Die im Verdrängerelement 10 angeordnete Mutter 14 ist dabei ortsfest, während die Gewindespindel 13 durch den Elektromotor 11 bzw. das Getriebe 12 angetrieben wird. Das im Reservoir befindliche Dämpfungsmittel strömt über die Strömungsverbindung 15 in den Druckspeicher 16, in den Ausgleichsraum und zwar in den dämpfungsmittelgefüllten Bereich 7, so dass der gasgefüllte Bereich 8 komprimiert wird. Damit erhöht sich der Druck im Arbeitszylinder 2, so dass der Dämpfungskolben 5 über seine druckbeaufschlagte Fläche vom Druck des Reservoirs 9 auswärts geschoben wird.
Die 5 zeigt ein Schaltungsschema, bei dem das Kolben-Zylinder-Aggregat 1 sowie das Reservoir 9 entweder über eine Handschaltung 16 oder über eine automatische, durch mindestens einen Sensor 17 gesteuerte Elektronik 18 geschaltet wird. Es lässt sich hierbei eine Niveauregelung in einem Kraftfahrzeug verwirklichen, alternativ lässt sich diese Schaltung auch dazu verwenden, eine Wankstabilität des Fahrzeugaufbaus zu erreichen.
Die 6 zeigt in Ansicht ein Kolben-Zylinder-Aggregat 1 sowie ein Reservoir 9, welches über eine Strömungsverbindung 15 mit dem Kolben-Zylinder-Aggregat 1 und zwar des dämpfungsmittelgefüllten Bereichs 8 verbunden ist.
Die 7 zeigt als Einzelheit ein Reservoir 9, bei dem das Verdrängerelement 10 über eine Gewindespindel 13, einem Getriebe 12 sowie einem Elektromotor 11 beaufschlagt wird. Der Elektromotor 11 dient dazu, das Verdrängerelement 10 axial in beide Richtungen zu verschieben.
Die 8 zeigt wiederum ein Kolben-Zylinder-Aggregat 1, bei dem das Reservoir 9 achsparallel angeordnet ist und über die Strömungsverbindung 15 mit dem dämpfungsmittelgefüllten Bereich 7 des Kolben-Zylinder-Aggregat 1 verbunden ist.
Darüber hinaus sind auch Lösungen denkbar, bei denen zwei Kolben-Zylinder-Aggregate 1 über entsprechende Strömungsverbindungen 15 mit zwei separaten Reservoirs 9 verbunden sind. Dabei lassen sich die Reservoirs 9 an beliebiger Stelle im Kraftfahrzeug problemlos unterbringen.
Die 10 und 11 zeigen eine schematische Ausführungsform eines Kolben-Zylinder-Aggregats 1 zusammen mit einem Reservoir 9, bei dem in der Strömungsverbindung 15 ein strömungsabhängiges Sperrventil 19 angeordnet ist. Die im Ventil angeordnete, axial verschiebbare Ventilplatte 20 bewegt sich bei zunehmender Strömung, das heißt bei schnell eintauchendem Dämpfungskolben 5 im Arbeitszylinder 2 gegen die Feder 21 und verschließt damit den Durchgang 22, dieses ist in 11 entsprechend dargestellt. Bei nachlassender Strömungsgeschwindigkeit wird durch die Feder 21 der Durchgang 22 wieder freigegeben. Zusätzlich befindet sich noch im Verdrängerelement 10 ein stoßdämpfendes Element 23, welches bei geschlossenem Sperrventil 19 das Verdrängerelement 10 nicht blockieren lässt.
Aus den 12 und 13 ist ein druckabhängiges Sperrventil 24 in der Strömungsverbindung 15 angeordnet, bei dem ein Ventilkörper 25 gegen eine Feder 21 gerichtet ist und der sich bei einem Druckaufbau im Kanal 25 gegen die Feder 21 verschieben lässt, um somit den Durchgang 22 zu verschließen. Ein gesperrtes Ventil ist in der 13 zu entnehmen. Nachdem die schlagartigen Druckstöße im Kolben-Zylinder-Aggregat abgefangen sind, und der Druck sich entsprechend normalisiert, wird durch die Feder 21 der Kolben 25 wieder in seine ursprüngliche Position geschoben, so dass der Durchgang 22 wiederum geöffnet ist.

1: Kolben-Zylinder-Aggregate
2: Arbeitszylinder
3: Außenrohr
4: Kolbenstange
5: Dämpfungskolben
6: Befestigungselement
7: dämpfungsmittelgefüllter Bereich
8: gasgefüllter Bereich
9: Reservoir
10: Verdrängerelement
11: Elektromotor
12: Getriebe
13: Gewindespindel
14: Mutter
15: Strömungsverbindung
16: Handschaltung
17: Sensor
18: Elektronik
19: Sperrventil (strömungsabhängig)
20: Ventilplatte
21: Feder
22: Durchgang
23: stoßdämpfendes Element
24: Sperrventil (druckabhängig)
25: Kolben

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005025511 B3 [0002]

Claims

Kolben-Zylinder-Aggregat, umfassend einen Arbeitszylinder, in dem eine, einen Dämpfungskolben tragende, Kolbenstange axial beweglich angeordnet ist, wobei der Dämpfungskolben den Arbeitszylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt und dass für das von der Kolbenstange verdrängte Dämpfungsmedium ein zum Teil mit Dämpfungsmedium und zum Teil mit Gas gefüllter Arbeitsraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsraum durch ein, in seinem Volumen veränderbares, Reservoir (9) direkt und/oder indirekt beaufschlagt wird.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Reservoir (9) ein Verdrängerelement (10) vorgesehen ist, dass das Volumen des Reservoirs verändert.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (10) extern angesteuert wird.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (10) von einem Elektromotor (11) beaufschlagt wird.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdrängerelement (10) und dem Elektromotor (1) ein Getriebe (12) vorgesehen ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Getriebe (12) eine Gewindespindel (13), ein Kugelumlaufgetriebe oder ein Schneckengetriebe oder ein Planetengetriebe vorgesehen ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsraum koaxial zwischen dem Arbeitszylinder (2) und einem Außenrohr (3) angeordnet ist und dass das Reservoir (9) direkt in das Außenrohr (3) mündet.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (9) über eine Strömungsverbindung (15) mit dem Ausgleichsraum verbunden ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsraum und das Reservoir (9) außerhalb des Kolben-Zylinder-Aggregats (1) angeordnet sind.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (11) manuell oder automatisch sensiert angesteuert wird.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgleichsraum und dem Reservoir (9) ein strömungsabhängig arbeitendes Sperrventil (19) vorgesehen ist.
Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgleichsraum und dem Reservoir (9) ein druckabhängig wirkendes Sperrventil (24) vorgesehen ist.