DE102009012515A1

DE102009012515A1 - Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102009012515A1
Application number: DE200910012515
Authority: DE
Inventors: Klaus Negele; Urs Gunzert; Thomas Ille; Heinz Weinfurter; Michael Dr. Meß; Detlev Karge; Hendrik Dr. Sell
Original assignee: Carl Freudenberg KG; MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE; Vibracoustic CV Air Springs GmbH
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: DE102009012515B4

Abstract

Schwingungsdämpfer mit einem zylindrischen Gehäuse, in dem zwei durch einen mit Drosselbohrungen versehenen Kolben getrennte Arbeitskammern untergebracht sind, wobei die Drosselbohrungen in zwei Gruppen aufgeteilt sind, wovon die erste Gruppe mit einem an der Oberseite des Kolbenbodens oder Innenseite (18) des Gehäusedeckels (13) angeordneten ersten Anschlagpuffer (11) und die zweite Gruppe (10) mit einem am Gehäuseboden (14) oder Unterseite (15) des Kolbens (3) angebrachten zweiten Anschlagpuffer (12) im Betrieb derart zusammenwirken, dass die Durchflussmenge an den jeweiligen Drosselbohrungen (9, 10) durch die ihnen zugeordneten Anschlagpuffer (11, 12) in Abhängigkeit vom Federweg (31, 33) des Kolbens (3) sich verändert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung befasst sich mit einem Schwingungsdämpfer mit einem zylindrischen Gehäuse, in dem zwei durch einen mit Drosselbohrungen versehenen Kolben getrennte Arbeitskammern untergebracht sind.
Schwingungsdämpfer dieser Art werden für unterschiedliche Zwecke vor allem im Fahrzeugbau eingesetzt. Dabei wird angestrebt, dass die betreffenden Teile, beispielsweise die Verbindung von Rädern zum Fahrzeugaufbau, die von den Rädern ausgehenden Erregerschwingungen gegenüber dem Fahrzeugaufbau auf eine verträgliche und den Fahrkomfort erhöhende Größe abgedämpft werden. Dabei kommen sowohl hydraulische als auch pneumatische Schwingungsdämpfer zum Einsatz. Möglich ist auch eine Kombination der beiden. In einer Reihe von Anwendungsfällen ist man bestrebt, eine variable Dämpfung zu erreichen. Hierfür wird die Geschwindigkeits-Dämpfungs-Kennlinie degressiv gestaltet. Dies wird durch die Ausbildung der jeweiligen Drosselbohrung in Verbindung mit wechselseitig abdeckenden Rückschlagventilen erreicht.
Stand der Technik
Die DE 197 55 994 C2 beschreibt einen hydraulischen Schwingungsdämpfer mit zwei Arbeitsräumen, die durch einen mit Kanälen versehenen Kolbenkörper getrennt sind. Je nach Bewegungsrichtung des Kolbenkörpers wird jeweils eine Gruppe der Kanäle durch Rückschlagklappen in Form von Federscheibenpaketen verschlossen. Dabei sind die Federscheibenpakete so ausgebildet, dass sie zunächst einen ersten Durchströmquerschnitt freigeben und bei höherem Flüssigkeitsdruck einen weiteren Durchströmquerschnitt freigeben. Hierdurch wird ein degressives Dämpfungsverhalten des Arbeitskolbens in Zug- und Druckrichtung erreicht. Die Federscheiben sind so ausgebildet, dass sie bei geringem Überdruck in der einen Kammer gegenüber der anderen Kammer zunächst einen kleinen Querschnitt für die Dämpfungsflüssigkeit in den Kanälen freigeben und bei einem höheren Druck ein weiterer Durchströmquerschnitt geöffnet wird.
Eine andere Möglichkeit ist in der DE 10 2006 016 047 B3 behandelt, bei der zur Dämpfung eines Fahrzeugsitzes eine progressive Dämpfung vorgesehen ist. Hierfür ist der Fahrzeugsitz federnd auf einer Luftfeder angeordnet, welche über eine Leitung mit einem ein Zusatzluftvolumen aufnehmenden Behälter verbunden ist. In der Leitung selbst ist eine Drossel angeordnet, so dass hier eine Dämpfungswirkung eintritt. Auf diese Weise erhält die Luftfeder eine sehr flache Federkennlinie und ein Aufschaukeln des Sitzes bei großer Anregung oder großem Fahrgewicht wird verhindert. Die eigentliche Dämpfung wird jedoch durch einen unterhalb des Fahrzeugsitzes angebrachten Stoßdämpfer erreicht. Es liegen hier folglich zwei Dämpfungssysteme vor, nämlich eine Luftfeder mit Zusatzvolumen, die durch eine Leitung mit einer Drossel verbunden sind, und ein an sich bekannten Stoßdämpfer. Mit zunehmender Geschwindigkeit des schwingenden Teils gegenüber dem feststehenden Teil wird auf diese Weise eine stark progressive Dämpfung erreicht. Der Aufbau besteht folglich aus zwei getrennten Systemen, einem üblichen bekannten Stoßdämpfer und einer Luftfeder mit Zusatzvolumen, die über eine Leitung mit einer Drossel verbunden sind.
Bei Luftfeder-Dämpfer-Einrichtungen ist es auch bekannt, zwei Arbeitskammern vorzusehen, die durch einen Kolben getrennt sind, in dessen Kolbenboden Durchlassöffnungen untergebracht sind, die je nach Bewegungsrichtung des Kolbens in der einen oder anderen Richtung öffnen. Die DE 10 2005 018 130 A1 zeigt eine solche Einrichtung.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, dessen Dämpfung variabel ist und der eine mit einem hohen Komfort versehene Dämpfung ergibt. Der Schwingungsdämpfer soll außerdem kostengünstig herstellbar sein und eine einstellbare Schwingungsdämpfung zulassen. Dabei sollen die Zug- und Druckstufe getrennt eingestellt werden können. Aufwändige Einrichtungen, wie z. B. geschaltete Ventile, sollen vermieden werden. Schließlich soll die Dämpfungskraft wegabhängig, d. h. mit der Amplitude der Schwingung veränderlich sein.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche 2 bis 15 stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands dar.
Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer werden im Kolben Drosselbohrungen untergebracht, die in zwei Gruppen aufgeteilt sind. Die erste Gruppe wird dabei einem am Kolbenboden angeordneten ersten Anschlagpuffer und die zweite einem am Gehäuse angebrachten zweiten Anschlagpuffer derart zugeordnet, dass sie im Betrieb zusammenwirken. Dabei wird die Durchflussmenge an den jeweiligen Drosselbohrungen durch die ihnen zugeordneten Anschlagpuffer in Abhängigkeit vom Federweg des Kolbens verändert. Bei der vom Kolben eingenommenen Mittelstellung lassen die Anschlagpuffer die Drosselbohrungen offen. Bei geringen Schwingungsamplituden erfolgt die Dämpfung der Schwingungen über die Drosselbohrungen. Bei zunehmenden Amplituden werden die Durchströmquerschnitte der ersten bzw. zweiten Gruppe der Drosselbohrungen durch die Anschlagpuffer teilweise bzw. vollständig verschlossen. Hierfür sind die Anschlagpuffer jeweils mit Überdeckungsflächen versehen, welche die zugehörige Gruppe von Drosselbohrungen überdecken.
Die Drosselbohrungen der ersten Gruppe und die Drosselbohrungen der zweiten Gruppe werden bevorzugt radial in unterschiedlichen Abständen von der Kolbenachse angeordnet. Dabei wir die erste Gruppe in einem kleineren Abstand von der Kolbenachse als die zweite angebracht. Die Gruppen können jeweils kreisförmig angeordnet sein. Die Drosselbohrungen der ersten Gruppe werden dem Druckanschlagpuffer und die Drosselbohrungen der zweiten Gruppe dem Zuganschlagpuffer zugeordnet. Der Druckanschlagpuffer ist hierfür mit einer umlaufenden, die Drosselbohrungen der ersten Gruppe übergreifenden Kranz versehen. Der Zuganschlagpuffer hat hierfür einen ringförmigen, die Drosselbohrungen der zweiten Gruppe übergreifenden Ansatz.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei Gasfeder-Dämpfern anwendbar. Dabei wird der Kolben mit einer zylindrischen Außenwand versehen, die mit Abstand zur Innenwand des Gehäuses angeordnet ist. Zwischen der Gehäuseinnenwand und der Kolbenaußenwand wird ein Doppelrollbalg mit zwei entgegengerichteten, am Kolben abrollenden Rollfalten eingefügt. Der mittige Teil des Doppelrollbalgs umschlingt die zylindrische Außenwand des Kolbens. Die zylindrische Außenwand des Kolbens wird auf einen am Kolbenboden vorhandenen Ringflansch aufgesetzt. Die im Bereich der Kolbenstange vorhandene Arbeitskammer wird durch einen zusätzlichen Rollbalg abgeschlossen. Die Kolbenstange selbst wird wenigstens über einen Längenabschnitt als Zweitkolben ausgebildet, an dessen Oberfläche der zusätzliche Rollbalg abrollt. Kolben und Kolbenstange werden bevorzugt als eine Einheit hergestellt, wobei die Kolbenstange einschließlich des Kolbens aus einem Kunststoff besteht.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehen näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen Schnitt durch den Schwingungsdämpfer mit seinem prinzipiellen Aufbau,
2 eine Luftfeder-Dämpfer-Einheit im Längsschnitt, und
3 das Dämpfungsverhalten des Schwingungsdämpfers.
Ausführung der Erfindung
In der 1 ist der grundsätzliche Aufbau des Schwingungsdämpfers 1 im Schnitt gezeigt. Die Grundkomponenten des Schwingungsdämpfers 1 sind das Gehäuse 2 mit dem darin befindlichen Kolben 3, welcher die beiden Arbeitskammern 4 und 5 voneinander trennt. Kolben 3 und Kolbenstange 6 bestehen aus einem Stück und sind aus Kunststoff gefertigt. Am Gehäuse 2 und an der Kolbenstange 6 sind die Anschlüsse 7 und 8 für nicht näher gezeigte Maschinenteile angebracht. Im Kolben 3 sind die Drosselbohrungen 9 und 10 untergebracht. Dabei sind die Drosselbohrungen 9 und 10 in zwei Gruppen aufgeteilt und zwar eine erste Gruppe 9, die mit dem Druckanschlagpuffer 11 am Kolbenboden 17 zusammenwirkt und eine zweite Gruppe 10, die mit dem Zuganschlagpuffer 12 zusammenwirkt, der am Gehäuseboden 14 oder ggf. an der Unterseite 15 des Kolbens 3 angebracht ist. Im vorliegenden Beispiel ist der Anschlagpuffer 11 an der Oberseite 16 des Kolbenbodens 17 angeordnet und der Anschlagpuffer 12 am Gehäuseboden 14. Die Arbeitskammern 4 und 5 sind mit einem geeigneten Gas bzw. einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt. Die Drosselbohrungen 9, 10 sind so ausgeführt, dass bei einer Bewegung des Kolbens 3 in Druck- bzw. Zugrichtung nur eine bestimmte Menge des eingefüllten Fluids aus der einen Kammer in die andere Kammer übertreten kann. Hierdurch wird eine gewollte Dämpfung der Schwingbewegungen erreicht. Um die gewollte Abhängigkeit der Dämpfung vom Federweg des Kolbens 3 zu erreichen, sind die Anschlagpuffer 11, 12 mit Abdeckflächen 20, 21 versehen, welche auf die Drosselbohrungen 9, 10 ausgerichtet sind und die die Durchflussmenge des Fluids in der einen oder anderen Richtung drosseln und ab einem bestimmten Federweg vollständig verschließen. Hierfür sind die Drosselbohrungen 9 der ersten Gruppe 9 und die Drosselbohrungen 10 der zweiten Gruppe 10 radial in unterschiedlichen Abständen d und D von der Kolbenachse A entfernt. Dabei haben die Drosselbohrungen 9 der ersten Gruppe 9 einen kleineren Abstand d von der Kolbenachse A als die Drosselbohrungen 10 der zweiten Gruppe 10. Der Abstand beträgt hier D. Die Drosselbohrungen 9, 10 der Gruppen 9 und 10 sind dabei jeweils kreisförmig angeordnet. Dabei sind die Drosselbohrungen 9 der ersten Gruppe 9 den Abdeckflächen 20 des Druckanschlagpuffers 11 und die Drosselbohrungen 10 der zweiten Gruppe 10 den Abdeckflächen 21 des Zuganschlagpuffers 12 zugeordnet. Der Druckanschlagspuffer 11 hat einen umlaufenden Kranz 30, welcher die Drosselbohrungen 9 im Kolben 3 überdeckt. Mit 31 ist der Federweg angegeben, welchen der Anschlagpuffer 11 maximal zurücklegen kann. Hierfür ist der im Federweg 31 liegende Teil 32 des Anschlagspuffers 11 aus weichem Material hergestellt, so dass er beim Anschlagvorgang zusammengepresst werden kann. Je mehr sich der Kranz 30 den Öffnungen 9 nähert, um so mehr wird die durch die Öffnungen 9 fließende Durchflussmenge verringert bis schließlich die Abdeckfläche 20 die Bohrungen 9 vollständig verschließt.
Beim Zuganschlagpuffer 12 ist der zurückzulegende Federweg 33 des Kolbens 3 so auf die Abdeckfläche 21 des Zuganschlagpuffers 12 abgestimmt, dass mit zunehmender Amplitude die Durchflussmenge durch die Drosselbohrungen 10 verringert wird bis schließlich die Abdeckfläche 21 die Drosselbohrungen 10 erreicht und dieselben völlig verschließt. Der Zuganschlagpuffer 12 hat hierfür einen die Drosselbohrungen 10 der zweiten Gruppe 10 übergreifenden Ansatz 35.
In der 2 ist die bevorzugte Anwendung des Erfindungsgegenstands dargestellt und zwar wird der Schwingungsdämpfer 1 als Gasfeder-Dämpfer-Einheit 40 ausgebildet. Bei der Gasfeder-Dämpfer-Einheit 40 ist der Kolben 3 mit einer zylindrischen Außenwand 41 versehen, die mit Abstand zur Innenseite der Gehäusewand 42 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Zwischen der Gehäuseinnenwand 42 und der Kolbenaußenwand 41 ist der Doppelrollbalg 43 eingefügt. Der Doppelrollbalg 43 hat zwei entgegengerichtete Rollfalten 44 und 45. Die zylindrische Außenwand 41 des Kolbens 3 ist auf einen am Kolben 3 vorhandene Ringflansch 46 aufgesetzt. Der Kolben 3 trennt die beiden Kammern 4 und 5. Die Arbeitskammer 5 hat im Bereich der Kolbenstange 6 den zusätzlichen Rollbalg 47, welcher den unteren Abschluss der Arbeitskammer 5 bildet. Dabei ist die Kolbenstange 6 wenigstens über einen vorgesehenen Längenabschnitt 48 als Zweitkolben ausgebildet, an dessen Oberfläche der zusätzliche Rollbalg 47 abrollt. Die Ausbildung der Drosselbohrungen 9 und 10 und auch weiterer Teile des Dämpfers entsprechen den in der 1 gezeigten Konfiguration.
Die 3 zeigt das Dämpfungsverhalten des neuen Dämpfers in Bezug zum Dämpfungsverhalten eines Dämpfers ausgestattet mit Drosselbohrungen konstanden Querschnitts ohne wegabhängige Drosselung. Dabei ist der Verlauf der Einfederkraft in N (Newton) in Abhängigkeit vom Einfederweg in mm dargestellt. Die unterbrochene Linie 50 stellt den Verlauf eines bisher üblichen Dämpfers dar, während die ausgezogene Linie 51 den Verlauf der Einfederkraft des neuen Dämpfers aufzeigt. Dabei ist der neue Dämpfer so ausgelegt, dass über einen Federweg von 5 mm die Drosselbohrungen voll geöffnet sind. Ab 5 mm Federweg beginnt die Schließung der Drosselbohrungen und damit eine Reduzierung der Durchflussmenge.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19755994 C2 [0003]
- DE 102006016047 B3 [0004]
- DE 102005018130 A1 [0005]

Claims

Schwingungsdämpfer mit einem zylindrischen Gehäuse, in dem zwei durch einen mit Drosselbohrungen versehenen Kolben getrennte Arbeitskammern untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselbohrungen (9, 10) in zwei Gruppen aufgeteilt sind, wovon die erste Gruppe (9) mit einem an der Oberseite (16) des Kolbenbodens (17) oder Innenseite (18) des Gehäusedeckels (13) angeordneten ersten Anschlagpuffer (11) und die zweite Gruppe (10) mit einem am Gehäuseboden (14) oder Unterseite (15) des Kolbens (3) angebrachten zweiten Anschlagpuffer (12) im Betrieb derart zusammenwirken, dass die Durchflussmenge an den jeweiligen Drosselbohrungen (9, 10) durch die ihnen zugeordneten Anschlagpuffer (11, 12) in Abhängigkeit vom Federweg (31, 33) des Kolbens (3) sich verändert.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselbohrungen (9) der ersten Gruppe (9) und die Drosselbohrungen (10) der zweiten Gruppe (10) radial in unterschiedlichen Abständen (d, D) von der Kolbenachse (A) angeordnet sind.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselbohrungen (9) der ersten Gruppe (9) einen kleineren Abstand (d) von der Kolbenachse (A) haben als die Drosselbohrungen (10) der zweiten Gruppe (10).
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselbohrungen (9, 10) der Gruppen (9, 10) jeweils kreisförmig angeordnet sind.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselbohrungen (9) der ersten Gruppe (9) den Abdeckflächen (20) des Druckanschlagpuffers (11) und die Drosselbohrungen (10) der zweiten Gruppe (10) den Abdeckflächen (21) des Zuganschlagpuffers (12) zugeordnet sind.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckanschlagpuffer (11) einen umlaufenden, die Drosselbohrungen (9) der ersten Gruppe (9) übergreifenden Kranz (30) hat.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganschlagpuffer (12) einen ringförmigen, die Drosselbohrungen (10) der zweiten Gruppe (10) übergreifenden Ansatz (35) hat.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (1) eine Gasfeder-Dämpfer-Einheit (40) ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) eine zylindrische Außenwand (41) hat, die mit Abstand zur Innenseite der Gehäusewand (42) des Gehäuses (2) angeordnet ist und dass zwischen der Gehäuseinnenwand (42) und der Kolbenaußenwand (41) ein Doppelrollbalg (43) mit zwei entgegengerichteten an der Kolbenaußenwand (41) abrollenden Rollfalten (44) eingefügt ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Außenwand (41) des Kolbens (3) auf einen am Kolben (3) vorhandenen Ringflansch (46) aufgesetzt ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der Kolbenstange (6) vorhandene Arbeitskammer (5) durch einen zusätzlichen Rollbalg (47) abgeschlossen ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (6) wenigstens über einen Längenabschnitt (48) als Zweitkolben ausgebildet ist, an dessen Oberfläche der zusätzliche Rollbalg (47) abrollt.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelrollbalg (43) mit seinem mittigen Teil die zylindrische Außenwand (41) umschlingt.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (6) aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) und die Kolbenstange (6) eine Einheit bilden.