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Die
Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, mit einem ein Druckmedium aufweisenden
Zylinder und einem relativ zu dem Zylinder bewegbaren Kolben, und
mit einem elastischen verformbaren Lagerelement, welches mit dem
Druckmedium beaufschlagt ist, wobei ein Dichtelement zum Abdichten
eines Arbeitsraums des Zylinders vorgesehen ist.
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Eine
derartige Dämpfungseinrichtung ist aus der
DE 102 59 532 A1 bekannt,
bei welcher das elastisch verformbare Lagerelement als hydraulisch
mit dem Hydraulikzylinder gekoppeltes Kopflager ausgebildet ist.
Das Kopflager weist hierbei eine vergleichsweise geringe Federsteifigkeit
auf, so dass beim Einfedern oder Ausfedern zunächst eine
elastische Verformung des Kopflagers eintritt, bevor eine Bewegung
des Kolbens relativ zu dem Hydraulikzylinder erfolgt. Bei einer
Bewegungsumkehr des Kolbens treten somit keine Kraftsprünge
auf.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dämpfungseinrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfacher Bauweise
einen hohen Federungskomfort ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Dämpfungseinrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung
sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung,
insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem ein Druckmedium
aufweisenden Zylinder und einem relativ zu dem Zylinder bewegbaren
Kolben, und mit einem elastisch verformbaren Lagerelement, welches
mit dem Druckmedium beaufschlagt ist, wobei ein Dichtelement zum
Abdichten eines Arbeitsraums des Zylinders vorgesehen ist, ist das
Dichtelement mit dem Lagerelement verbunden. Dadurch ist erreichbar,
dass eine Relativbewegung des Dichtelements in Abhängigkeit
von einem Ausmaß einer elastischen Verformung des Lagerelements
erfolgt. Die elastische Verformbarkeit des Lagerelements kann also
so gewählt werden, dass die Verformung des Lagerelements
der Bewegung des Dichtelements gegenüber dem Kolben oder
gegenüber dem Zylinder vorausgeht.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Dichtelement zum
Abdichten des Arbeitsraums des Zylinders eine relativ große
Haftreibung aufweist um ein Austreten des Druckmediums aus dem Arbeitsraum
zu verhindern. Folglich ist die Losbrechkraft, welche zum relativen
Bewegen des Dichtelements gegenüber dem Kolben oder dem
Zylinder aufzubringen ist, vergleichsweise groß. Durch
das Verbinden des Dichtelements mit dem Lagerelement ist es erreichbar,
dass Kräfte, welche nicht ausreichend groß sind
um die Haftreibungskraft zwischen Dichtelement und Kolben bzw. zwischen
Dichtelement und Zylinder zu überwinden, zum elastischen Verformen
des Lagerelements ausreichen. Das Verbundensein von Lagerelement
und Dichtelement bewirkt hierbei die elastische Verformung des Lagerelements
infolge einer Relativbewegung von Kolben und Zylinder gegenüber
einander, während das Dichtelement relativ zu dem Kolben
und/oder dem Zylinder ortsfest ist.
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Ist
die Dämpfungseinrichtung in ein Kraftfahrzeug eingebaut,
so sorgt die Dämpfungseinrichtung dafür, dass
kleine Fahrbahnunebenheiten nicht als ungefederte Stöße
vom Rad auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden. Durch
Verbinden des Dichtelements mit dem Lagerelement ist eine Dämpfungseinrichtung
einfacher, platzsparender Bauweise bei gleichzeitig hohem Federungskomfort
bereitgestellt. Das elastische verformbare Lagerelement ermöglicht
kleine Relativbewegungen zwischen dem Kolben und dem Zylinder und
führt so auf besonders effektive Art und Weise zu einem
hohen Federungskomfort der Dämpfungseinrichtung.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Lagerelement
einen in einer Wand des Zylinders angeordneten Balg, wobei bei einer
elastischen Verformung des Balgs das Dichtelement relativ zu einer
Anbindungsstelle des Zylinders bewegbar ist. Bei einer geringen
Bewegung des Kolbens relativ zu dem Zylinder, bei welcher die Haftreibung
zwischen Dichtelement und Kolben noch nicht überwunden
ist, führt die elastische Verformung des Balgs zum Aufnehmen
des die Bewegung verursachenden Stoßes auf den Kolben.
Bei weiter zunehmender Kraft auf den Kolben wird auf die Haftreibungskraft
zwischen dem Dichtelement und dem Kolben überwunden und
die Gleitreibung zwischen Dichtelement und Kolben bestimmt die Bewegung des
Kolbens.
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Der
Balg, welcher mit dem Druckmedium beaufschlagt ist, ist hierbei
innendruckkompensiert elastisch angeordnet. Durch die Innendruckkompensation
ist eine entsprechend weiche, elastische Kennung der Verformung
des Balgs ermöglicht. Diese Ausführungsform zeichnet
sich bei einfacher und platzsparender Bauweise durch ein besonders
effizientes, komfortables Dämpfen selbst geringer Relativbewegungen
zwischen Kolben und Zylinder aus.
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Gemäß einer
ergänzenden, bevorzugt jedoch alternativen Ausgestaltung
der Erfindung umfasst das Lagerelement einen in dem Dichtelement angeordneten
Balg, wobei in Abhängigkeit vom Ausmaß einer elastischen
Verformung des Balgs das Dichtelement relativ zu einer Wand des
Zylinders bewegbar ist. Hierbei bleibt das Dichtelement gegenüber
der Wand des Zylinders so lange ortsfest, bis die bereits durch
geringe Bewegung zwischen Kolben und Zylinder bewirkte elastische
Verformung des Balgs ein Ausmaß erreicht hat, welches die
Haftreibung des Dichtelements überwindet. Bei einer stärkeren Änderung
des Drucks in dem Arbeitsraum des Zylinders, wenn also zwischen
Kolben und Zylinder eine größere, die Haftreibung
des Dichtelements überwindende Kraft wirkt, führt
die Bewegung des Balgs zum Bewegen des Dichtelements relativ zu
der Wand des Zylinders. Der Balg ist hierbei mittels des Kolbens
kraftbeaufschlagt.
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Auch
diese Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch
eine einfache Bauweise und eine besonders platzsparende Anordnung
des Balgs aus. Zum komfortablen Federn, insbesondere selbst geringer
Relativbewegungen zwischen Kolben und Zylinder, trägt die
Innendruckkompensation des Balgs mit der entsprechend weichen, elastischen
Kennung bei.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Element mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform einer Dämpfungseinrichtung
für ein Kraftfahrzeug, bei welcher in einer Wand eines
Hydraulikzylinders ein elastisch verformbarer Balg angeordnet ist;
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2 eine
zweite Ausführungsform einer Dämpfungseinrichtung,
bei welchem ein elastisch verformbarer Balg in ein Dichtelement
integriert ist, mittels welchem ein Arbeitsraum des Hydraulikzylinders
abgedichtet ist; und
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3 die
Dämpfungseinrichtung gemäß 2 mit
geringfügig ausgefedertem und geringfügig eingefedertem
Kolben.
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Eine
Dämpfungseinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug
umfasst einen ein Hydraulikmedium, beispielsweise ein Hydrauliköl,
aufweisenden Zylinder 12 und einen relativ zu dem Zylinder 12 bewegbaren Kolben 14.
Der Zylinder 12 ist vorliegend als Plungerzylinder ausgebildet.
Ein das Hydraulikmedium enthaltender Arbeitsraum 16 des
Zylinders 12 ist mittels eines um den Kolben 14 umlaufenden
und zwischen dem Kolben 14 und einer Wand 18 des
Zylinders 12 angeordneten Dichtelements 20 abgedichtet.
Um Dichtheit des Arbeitsraums 16 gegenüber dem
Hydraulikmedium zu gewährleisten, weist das Dichtelement 20 eine
vergleichsweise große Haftreibung auf.
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Um
geringe relative Bewegungen des Kolbens 14 relativ zu dem
Zylinder 12 zu ermöglichen, ohne dass die Haftreibungskraft
zwischen dem Dichtelement 20 und dem Kolben 14 überwunden
ist, ist in der Wand 18 des Zylinders 12 als Lagerelement ein
Balg 22 angeordnet. Der Balg 22 ist mit dem Hydraulikmedium
beaufschlagt, wobei das Hydraulikmedium einen Druck von 100 bar
aufweisen kann.
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Der
Balg 22 weist in einem in 1 schematisch
gezeigten Zustand der Dämpfungseinrichtung 10,
in welchem auf der Dämpfungseinrichtung 10 lediglich
das Gewicht des Kraftfahrzeugs lastet und ein mit dem Kolben 14 verbundenes
Rad weder eingefedert oder ausgefedert ist, eine im Querschnitt
im Wesentlichen ellipsoide Beharrungsform auf. Der Balg 22 ist
also radial über die Wand 18 des Zylinders 12 hervortretend
gewölbt. Das Dichtelement 20 ist mit dem Balg 22 verbunden.
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Bei
einem, etwa in Folge eines Überfahrens einer Fahrbahnunebenheit,
hervorgerufenem geringfügigen Einfedern oder Ausfedern
des Rads und dem damit einhergehenden geringfügigen Bewegen
des Kolbens 14 kann sich eine Kraft einstellen, welche nicht
ausreichend ist, die Haftreibung des Dichtelements 20 gegenüber
dem Kolben 14 zu überwinden. In diesem Fall sorgt
jedoch eine elastische Verformung des Balgs 22 dafür,
dass das Einfedern des Rads nicht als Stoß ungefedert auf
den Zylinder 12 und somit auf den Aufbau des Kraftfahrzeugs übertragen
wird, an welchem der Zylinder 12 über eine Anbindungsstelle 24 festgelegt
ist. Das gegenüber dem Kolben 14 ortsfeste Dichtelement 20 ist
hierbei relativ zu der Anbindungsstelle 24 des Zylinders 12 bewegbar.
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Beim
Einfedern des Rads, also beim Hineinbewegen des Kolbens 14 in
den Arbeitsraum 16 des Zylinders 12, tritt Hydraulikmedium
aus dem elastisch verformten Balg 22 aus, solange die Haftreibung
zwischen Dichtelement 20 und Kolben 14 noch nicht überwunden
ist. Der Arbeitsraum 16 des Zylinders 12 ist über
eine Verbindungsleitung 26 hydraulisch mit einem Gasfederspeicher 28 gekoppelt.
In dem Gasfederspeicher 28 ist ein Gasraum 30 von
einem mit dem Hydraulikmedium beaufschlagten Hydraulikraum mittels
eines Trennelements, beispielsweise einer Membran, getrennt.
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Um
eine besonders wirkungsvolle Dämpfungswirkung der Dämpfungseinrichtung 10 zu
erzeugen, ist in der Verbindungsleitung 26 zwischen dem
Arbeitsraum 16 des Zylinders 12 und dem Hydraulikraum
des Gasfederspeichers 28 eine Dämpfungsdrossel 31 vorgesehen.
In alternativen Ausführungsformen der Dämpfungseinrichtung 10 können, insbesondere
in der Verbindungsleitung 26, andere Mittel zur Querschnittsverengung,
beispielsweise in Form einer Dämpferblende, vorgesehen
sein.
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In
dem Gasraum 30 des Gasfederspeichers 28 sich befindendes
Gas wird somit beim Einfedern des Rads komprimiert und so der Druck
des Hydraulikmediums erhöht. Der zunehmende Druck des Hydraulikmediums
in dem Arbeitsraum 16 und in dem Balg 22 setzt
der elastischen Verformung des hochdruckfest ausgebildeten Balgs 22 Grenzen,
so dass bei zunehmendem Einfedern des Rads die Haftreibungskraft
zwischen Dichtelement 20 und Kolben 14 überwunden
wird und der Balg 22 seine in 1 gezeigte,
im Querschnitt im Wesentlichen ellipsiode Beharrungsform wiedererlangt.
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Beim
Ausfedern des Rads und somit beim Herausbewegen des Kolbens 14 aus
dem Zylinder 12 verflacht eine konvexe Wölbung
des Balgs 22 zunehmend, bis mit zunehmendem Herausbewegen des
Kolbens 14 aus dem Arbeitsraum 16 die Haftreibungskraft
zwischen Dichtelement 20 und Kolben 14 überwunden
ist und der Balg 22 ebenfalls wieder seine Beharrungsform
annehmen kann.
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Zwischen
Kolben 14 und der Wand 18 des Zylinders 12 ist
vorliegend ein nicht dichtenden Führungsring 32 als
Führungselement angeordnet. Dadurch ist ein besonders präziser
Lauf des Kolbens 14 in dem Zylinder 12 erreichbar.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung 10,
bei welcher im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 1 der
als Lagerelement dienende Balg 22 in dem Dichtelement 20 angeordnet
ist. Somit ist der Balg 22 radial vollständig
von der Wand 18 des Zylinders 12 umgeben. Der
mit dem Dichtelement 20 verbundene, hochdruckfest ausgebildete
Balg 22 ist, analog wie bei der Ausführungsform
der Dämpfungseinrichtung 10 gemäß 1,
elastisch verformbar, um bereits geringe relative Bewegungen zwischen
dem Kolben 14 und dem als Plungerzylinder ausgebildeten
Zylinder 12 zu ermöglichen.
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Vorliegend
weist der Balg 22 ein axial mittig angeordnetes Druckstück 34 auf,
mittels welchem eine zwischen dem Balg 22 und dem Kolben 14 angeordnete
Druckwaage 36 in Abhängigkeit von der elastischen
Verformung des Balgs 22 mit Druck beaufschlagbar ist. Die
Druckwaage 36 kann als Tellerfeder oder dergleichen ausgebildet
sein.
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Der
in dem Zylinder 12 aufgenommene Kolben 14 ist
analog zu der mit Bezug auf 1 beschriebenen
Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung 10 mittels
des nicht dichtenden Führungsrings 32 beim Bewegen
gegenüber dem Zylinder 12 präzise geführt.
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Auch
bei der Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung 10 gemäß 2 führen
geringfügige Relativbewegungen des Kolbens 14 in
dem Zylinder 12 zunächst zu der elastischen Verformung
des Balgs 22, bis nach Überschreiten eines, beispielsweise
durch Materialwahl und/oder Geometrie des Balgs 22, vorgebbaren
Ausmaßes der elastischen Verformung des Balgs 22 die
Haftreibung des Dichtelements 20 gegenüber der
Wand 18 des Zylinders 12 überwunden ist
und der sich weiter bewegende Kolben 14 das Dichtelement 20 mitbewegt.
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3 zeigt
geringfügige Bewegungen des Kolbens 14, relativ
zu dem Zylinder 12 beim Ausfedern bzw. Einfedern des Rads.
Beim Ausfedern, welches in der linken Darstellung von 3 gezeigt
ist, beaufschlagt das Druckstück 34 die Druckwaage 36 mit
einem nach unten gerichteten Druck, so dass die Druckwaage 36 geringfügig
nach unten ausgelenkt wird. Das Dichtelement 20 ist hierbei
relativ zu dem Zylinder 12 noch ortsfest, seine Haftreibung
gegenüber dem Zylinder 12 also noch nicht überwunden. Dennoch
ist die geringfügige Bewegung des Kolbens 14 gegenüber
dem Zylinder 12 ermöglicht.
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In
der rechten Darstellung der 3 ist der Kolben 14 in
Folge eines Einfederns des Rads geringfügig in den Zylinder 12 hineinverschoben.
Entsprechend ist die Druckwaage 36 geringfügig
nach oben ausgelenkt, wobei das Druckstück 34 für
die Druckübertragung auf den Balg 22 sorgt. Das
Dichtelement 20 ist in der gleichen Relativposition zu
der Wand 18 des Zylinders 12 wie in der linken
Darstellung. Durch die geringfügige Bewegung des Kolbens 14 gegenüber
dem Zylinder 12 ist verhindert, dass ein ungefederter Stoß auf
den Aufbau des Kraftfahrzeugs übertragen wird.
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Bei
einem stärkeren Einfedern des Rads und somit bei einem
weiteren Hineinbewegen des Kolbens 14 in den Zylinder 12 wird
die Haftreibung zwischen dem Dichtelement 20 und der Wand 18 des Zylinders 12 überwunden
und der Kolben 14 bewegt mittels des Balgs 22 das
Dichtelement 20 entlang der Wand 18 des Zylinders 12.
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Durch
die beschrieben Ausführungsformen der Dämpfungseinrichtung 10 ist
ein besonders hoher Federungskomfort erreichbar, da die elastische Verformbarkeit
des Balgs 22 geringfügige Relativbewegungen zwischen
Kolben 14 und Zylinder 12 ermöglicht,
ohne dass hierfür die Haftreibung zwischen Kolben 14 und
Dichtelement bzw. zwischen Zylinder 12 und Dichtelement 20 überschritten
ist.
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Der
als Lagerelement dienende Balg 22 sorgt zu Beginn der Relativbewegung
zwischen Kolben 14 und Zylinder 12 für
das Federn und Dämpfen der Bewegung, bis, nach dem Überwinden
der Haftreibungskraft des Dichtelements 20, die Federungs- und
Dämpfungswirkung infolge der weiteren Auslenkung des Kolbens 14 zum
Tragen kommt.
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- 10
- Dämpfungseinrichtung
- 12
- Zylinder
- 14
- Kolben
- 16
- Arbeitsraum
- 18
- Wand
- 20
- Dichtelement
- 22
- Balg
- 24
- Anbindungsstelle
- 26
- Verbindungsleitung
- 28
- Gasfederspeicher
- 30
- Gasraum
- 31
- Dämpfungsdrossel
- 32
- Führungsring
- 34
- Druckstück
- 36
- Druckwaage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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