DE102010013394A1

DE102010013394A1 - Schwingungsdämpfer mit integrierter Niveauregelung

Info

Publication number: DE102010013394A1
Application number: DE102010013394A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: US20110240424A1; CN102207160A; DE102010013394B4; US8887882B2

Abstract

Schwingungsdämpfer mit integrierter Niveauregulierung, umfassend einen Zylinder, in dem eine hohle Kolbenstange mit einem mit Dämpfventilen bestückten Kolben axial beweglich geführt ist, wobei der Kolben den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum unterteilt, wobei der kolbenstangenseitige Arbeitsraum endseitig über eine Kolbenstangenführung begrenzt wird und der kolbenstangenferne Arbeitsraum über mindestens eine Anschlussöffnung in einer Trennwand an einen Pumpraum angeschlossen ist, wobei die Trennwand eine hohle Stange trägt, auf der der Kolben gleitet und die Pumpfunktion des Schwingungsdämpfers ansteuert, wobei ein Ausgleichsraum das von der Kolbenstange aufgrund einer dynamischen Belastung verdrängte Dämpfvolumen aufnimmt, und die Kolbenstangenführung im Zylinder axial beweglich geführt ist und die Anschlussöffnung in der Trennwand mit einem in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums sich öffnenden Ventil bestückt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit integrierter Niveauregulierung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein Schwingungsdämpfer mit integrierter Niveauregulierung soll ein Einsinken des Fahrzeugaufbaus aufgrund einer statischen Belastung ausgleichen. Über die Einfederungsbewegung des Schwingungsdämpfers wird Dämpfmedium aus einem Pumpraum in einen Arbeitsraum gefüllt, wodurch eine Kolbenstange des Schwingungsdämpfers eine Ausfahrbewegung ausführt. Neben einem Pumpraum verfügt ein derartiger Schwingungsdämpfer über einen Ausgleichsraum, der bei Erreichen der angestrebten Niveaulage das von der Kolbenstange aufgrund dynamischer Ein- und Ausfederungsbewegungen verdrängte Dämpfmediumvolumen kompensiert.
Um den Pumpraum, den Ausgleichsraum und den Arbeitsraum voneinander zu trennen, bedarf es, wie die DE 30 04 307 zeigt, zumindest eines inneren und eines äußeren Zylinders, einer Pumpenstange mit einem Pumpenventil und einer Ansaugstange zum Pumpraum. Die Pumpenstange ist auf einer Trennscheibe zwischen einem kolbenstangenfernen Arbeitsraum und dem Pumpraum angeordnet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den konstruktiven Aufwand eines Schwingungsdämpfers mit integrierter Niveauregulierung zu verringern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kolbenstangenführung im Zylinder axial beweglich geführt ist und die Anschlussöffnung in der Trennwand mit einem in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums sich öffnenden Ventil bestückt ist.
Der große Vorteil besteht darin, dass ein ganz einfaches Aggregat vorliegt, bei dem man z. B. auf die Saugstange verzichten kann. Des Weiteren herrscht im Schwingungsdämpfer ein vergleichsweise geringer Betriebsdruck, da der Pumpraum keine Druckvorspannung benötigt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die hohle Stange im Bereich einer angestrebten Niveaulage des Kolbens eine offene Verbindungsöffnung zum kolbenstangenfernen Arbeitsraum auf. Die hohle Stange benötigt kein besonderes Ventil, so dass dieses Bauteil von einem einfachen Halbzeug gebildet werden kann, das man auf ein gewünschtes Maß abfängt.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist der Pumpraum axial in Reihe zu den Arbeitsräumen angeordnet. Man benötigt dafür lediglich einen einzigen Zylinder.
Eine Alternativvariante zeichnet sich dadurch aus, dass der Zylinder von einem äußeren Zylinder zumindest teilweise eingehüllt wird und der Pumpraum zwischen den beiden Zylindern ausgeführt ist. Diese Bauform führt zu einem weiteren Längenvorteil.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch stützt sich an der axial beweglichen Kolbenstangenführung eine Fahrzeugtragfeder ab.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die maximale Ausfahrposition der Kolbenstangenführung durch einen zylinderseitigen Anschlag begrenzt wird. Mit dieser einfachen Maßnahme wird gewährleistet, dass der Schwingungsdämpfer im unverbauten Zustand nicht auseinander fallen kann.
Optional kann die Trennwand ein in Richtung des Pumpraums sich öffnendes Überdruckventil aufweisen.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch kann der axial beweglichen Kolbenstangenführung in Richtung des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums eine ortsfeste kreisringförmige Drosselscheibe beigeordnet sein, die die maximale Ausfahrposition des Kolbens bestimmt. Die Drosselscheibe bewirkt ein Druckgefälle zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und der Kolbenstangenführung.
Beispielsweise kann ein Drosselquerschnitt der Drosselscheibe von einer die Kolbenstange aufnehmenden Durchgangsöffnung gebildet werden. Da die Kolbenstange ohnehin ein präzise gefertigtes Bauteil darstellt, ist der Mehraufwand für diese Zusatzfunktion begrenzt.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass an der Baueinheit Kolbenstange/Kolben eine Anschlagfeder angeordnet ist, die an der Drosselscheibe zur Anlage kommt.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
1 Schwingungsdämpfer mit integrierter Niveauregulierung in Einrohrbauweise
2 Schwingungsdämpfer nach der 1 mit Drosselscheibe
3 Schwingungsdämpfer mit integrierter Niveauregulierung in Zweirohrbauweise
Die 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 mit integrierter Niveauregulierung, der einen einzigen Zylinder 3 umfasst, in dem eine Kolbenstange 5 mit Kolben 7 axial beweglich geführt ist. Der Kolben 7 ist mit Dämpfventilen 9; 11 bestückt und unterteilt den Zylinder 3 in einen vollständig mit Dämpfmedium gefüllten kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15.
Der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 13 wird endseitig von einer im Zylinder 3 axial beweglichen Kolbenstangenführung 17 begrenzt. Dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 schließt sich axial in Reihe ein ebenfalls zumindest teilweise mit Dämpfmedium gefüllter Pumpraum 19 an, wobei zwischen den beiden Räumen 15, 19 eine Trennwand 21 fixiert ist. In der Trennwand 21 ist mindestens eine Anschlussöffnung 23 ausgeführt, die mit einem in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 15 sich öffnenden Ventil 25 bestückt ist. Ferner trägt die Trennwand 21 eine hohle Stange 27, die an den Pumpraum 19 angeschlossen ist und auf deren äußeren Mantelfläche der Kolben 7 gleitet. Optional kann in der Trennwand ein in Richtung des Pumpraums 19 sich öffnendes Überdruckventil 29 ausgeführt sein.
Im Bereich einer angestrebten Niveaulage des Kolbens 7 weist die hohle Stange 27 eine offene Verbindungsöffnung 31 zum kolbenstangenfernen Arbeitsraum auf. Zwischen der Kolbenstangenführung 17 und einem kolbenstangenseitigen Anschlussorgan 33 ist eine Fahrzeugtragfeder 35 verspannt. Zusätzlich dient ein an sich bekannter Sicherungsring als Anschlag 37 zur Bestimmung der maximalen Ausfahrposition der Kolbenstangenführung 17 im Zylinder 3.
In der 1 nimmt der Kolben die Pos. 1 ein, d. h. die angestrebte Niveaulage des Kolbens 7 und damit der Kolbenstange 5 ist erreicht. Bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 5 in den Zylinder 3 wird die Verbindungsöffnung 31 in der hohlen Stange 27 verschlossen Das Ventil 25 und das optionale Überdruckventil 29 in der Trennwand 21 sind geschlossen. Folglich wird das gesamte verdrängte Dämpfmedium durch das Dämpfventil 11 im Kolben 7 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 verdrängt. Die Querschnittsfläche des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums 13 ist um die Querschnittsfläche der hohlen Kolbenstange 5 kleiner als die Querschnittsfläche des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 15. Das von der Kolbenstange verdrängte Volumen bewirkt eine Axialverschiebung der Kolbenstangenführung 17 gegen die Federkraft der Fahrzeugtragfeder 35.
Bei einer kleinen Federkraft der Fahrzeugtragfeder 35 kann die Kolbenstangenführung 17 mit einer kleinen Verschiebekraft bewegt werden. In diesem Fall ist es sinnvoll, wenn der Anschlag 37 die Ausfahrposition der Kolbenstangenführung 17 bestimmt. Wenn die Federkraft der Fahrzeugtragfeder 35 groß gewählt ist, dann kann ein Kräftegleichgewicht zwischen der Verschiebekraft auf die Kolbenstange 5 und der Gegenkraft der Fahrzeugtragfeder 35 erreicht werden, so dass ein Anschlag 37 für die Kolbenstangenführung 17 überflüssig ist.
Wenn die Kolbenstange 5 eine Ausfahrbewegung ausführt, dann wird der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 13 komprimiert und Dämpfmedium kann durch das Dämpfventil 9 im Kolben 7 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 abfließen. Bei einer schwachen Fahrzeugtragfeder 35 wird die Druckkraft im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 vom Anschlag 37 abgestützt. Dämpfmedium kann dann aus dem Pumpraum 19 über das geöffnete Ventil 25 in der Trennwand 21 nachströmen. Eine starke Fahrzeugtragfeder 35 führt zu einer Einfahrbewegung der Kolbenstangenführung 17, da das von der Kolbenstange 5 bei einer Ausfahrbewegung entstehende Verlustvolumen im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 ausgeglichen wird. Der Abstand zwischen einer äußeren Stirnfläche 39 der Kolbenstangenführung 17 und der maximalen Ausfahrposition der Kolbenstangenführung im Zylinder beschreibt einen Ausgleichsraum 41 für das von der Kolbenstange 5 verdrängte Dämpfmediumvolumen in den beiden Arbeitsräumen 13; 15. Zusätzlich strömt Dämpfmedium aus dem Pumpraum 19 durch die hohle Stange 27 über die bei einer Ausfahrbewegung geöffnete Verbindungsöffnung 31 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15.
Ausgehend von einer Ausfahrposition des Kolbens, z. B. Pos. 2, wird bei einer Einfahrbewegung Dämpfmedium über die offene Verbindungsöffnung 31 in den Pumpraum 19 verdrängt. Sobald der Kolben die Verbindungsöffnung 31 in der hohlen Stange verschließt, wird das gesamte verdrängte Dämpfmediumvolumen über das Dämpfventil 11 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 verdrängt.
Wenn der Kolben aufgrund einer statischen Belastung z. B. die Position Pos 3 einnimmt, dann ist die Verbindungsöffnung 31 in der hohlen Stange 27 geschlossen. Fährt die Kolbenstange 5 mit dem Kolben 7 aus, dann strömt Dämpfmedium aus dem Pumpraum 19 über das geöffnete Ventil 25 in der Trennwand 21 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15. Bei einer anschließenden Einfahrbewegung stützt sich der Kolben auf dem zusätzlichen Dämpfmediumvolumen ab. Jeder weiteren Kolbenstangenausfahrbewegung, bei der sich der Kolben 7 zwischen der Verbindungsöffnung 31 und der Trennwand 21 befindet, folgt eine Verschiebung eines Dämpfmediumvolumens aus dem Pumpraum 19, auf dem sich die Kolbenstange im Stillstand abstützt. Des Weiteren wirkt die Dämpfmediumverschiebung auch auf den Kolben 7, der über die Kolbenstange 5 eine Verschiebung der Kolbenstangenführung 17 bewirkt, wodurch die Fahrzeugtragfeder 35 stärker vorgespannt wird und deshalb die Kolbenstange 5 aus dem Zylinder 3 ausfährt.
Die 2 zeigt eine Abwandlung zur 1. Das grundsätzliche Arbeitsprinzip und die verwendeten Bauteile sind identisch zur 1. Zusätzlich ist der axial beweglichen Kolbenstangenführung 17 in Richtung des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums 13 eine ortsfeste kreisringförmige Drosselscheibe 43 beigeordnet, die die maximale Ausfahrposition des Kolbens 7 bestimmt. Bevorzugt wird ein Drosselquerschnitt 45 von einer die Kolbenstange 5 aufnehmenden Durchgangsöffnung 47 gebildet. Die axiale Fixierung der Drosselscheibe 43 erfolgt beispielsweise durch radiale Sicken 49 des Zylinders 3, die mindestens in eine Nut 51 in der äußeren Mantelfläche der Drosselscheibe 43 eingeformt ist. An der Baueinheit Kolbenstange/Kolben 5; 7 ist eine Anschlagfeder 53 angeordnet, die ab einer bestimmten Hublage der Kolbenstange 5 an der Drosselscheibe 43 zur Anlage kommt.
Der Drosselquerschnitt 45 sorgt für ein Druckgefälle zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 und einer Unterseite 55 der Kolbenstangenführung 17. Dieses Druckgefälle wirkt sich auf die Verschiebebewegung der Kolbenstangenführung 17 aus. Durch die Dimensionierung des Drosselquerschnitts 45 kann die Vorspannkraft der Fahrzeugtragfeder 35 aufgrund der Verdrängerbewegung der Kolbenstange 5 beeinflusst werden. In der 2 wird zusätzlich die Option gezeigt, dass die kreisringförmige Anschlagfeder 53 den Drosselquerschnitt vollständig verschließt. Ein Zwischenraum 57 zwischen der Unterseite 55 der Kolbenstangenführung 17 und der Drosselscheibe 43 wird dann vom kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 getrennt. Bei verschlossenem Betriebszustand des Drosselquerschnitts 45 ist die Bewegung der Kolbenstangenführung 17 blockiert. Damit kann die Bewegung der Kolbenstangenführung 17 auf einem begrenzten Hubabschnitt von der Bewegung der Kolbenstange 5 getrennt werden, nämlich dem Hubweg der Anschlagfeder 53 bei verschlossenem Drosselquerschnitt 45.
Die 3 zeigt einen Schwingungsdämpfer mit integrierter Niveauregulierung in Zweirohrbauweise. Abweichend zu den 1 und 2, bei denen der Pumpraum 19 axial in Reihe zu den Arbeitsräumen 13; 15 angeordnet ist, wird der Zylinder gemäß den 1 oder 2 von einem äußeren Zylinder 59 zumindest teilweise eingehüllt, wobei der Pumpraum 19 ringförmig zwischen den beiden Zylindern 3; 59 ausgeführt ist. Praktisch ist ein Aggregat nach den 1 oder 2 von dem weiteren Zylinder 59 eingehüllt. Die Funktionsweise ist identisch mit der 2. Im Bereich der Kolbenstangenaustrittsseite ist zwischen dem äußeren Zylinder 59 und dem Zylinder 3 ein Ringdeckel 61 verspannt. Der Ringdeckel 61 verschließt den Pumpraum 19 und weist einen kleineren Innendurchmesser auf als der Zylinder 3, so dass die Ausfahrbewegung der Kolbenstangenführung 17 von einem zylinderseitigen Anschlag in Form des Überstandes 63 des Ringdeckels 61 gebildet wird. Das andere Ende des Pumpraums 19 wird von der Trennwand 21 begrenzt, die sich auf einem Boden 65 des äußeren Zylinders 59 abstützt.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
3: Zylinder
5: Kolbenstange
7: Kolben
9; 11: Dämpfventile
13: kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
15: kolbenstangenferner Arbeitsraum
17: Kolbenstangenführung
19: Pumpraum
21: Trennwand
23: Anschlussöffnung
25: Ventil
27: hohle Stange
29: Überdruckventil
31: Verbindungsöffnung
33: Anschlussorgan
35: Fahrzeugtragfeder
37: Anschlag
39: äußeren Stirnfläche
41: Ausgleichsraum
43: Drosselscheibe
45: Drosselquerschnitt
47: Durchgangsöffnung
49: Sicke
51: Nut
53: Anschlagfeder
55: Unterseite
57: Zwischenraum
59: äußerer Zylinder
61: Ringdeckel
63: Überstand
65: Boden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3004307 [0003]

Claims

Schwingungsdämpfer (1) mit integrierter Niveauregulierung, umfassend einen Zylinder (3), in dem eine hohle Kolbenstange (5) mit einem mit Dämpfventilen (9; 11) bestückten Kolben (7) axial beweglich geführt ist, wobei der Kolben (7) den Zylinder (3) in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum (13; 15) unterteilt, wobei der kolbenstangenseitige Arbeitsraum (13) endseitig von einer Kolbenstangenführung (17) begrenzt wird und der kolbenstangenferne Arbeitsraum (15) über mindestens eine Anschlussöffnung (23) in einer Trennwand (21) an einen Pumpraum (19) angeschlossen ist, wobei die Trennwand (21) eine hohle Stange (27) trägt, auf der der Kolben (5) gleitet und die Pumpfunktion des Schwingungsdämpfers (1) ansteuert, wobei ein Ausgleichsraum (41) das von der Kolbenstange (7) aufgrund einer dynamischen Belastung verdrängte Dämpfvolumen aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangenführung (17) im Zylinder (3) axial beweglich geführt ist und die Anschlussöffnung (23) in der Trennwand (21) mit einem in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums (15) sich öffnenden Ventil (25) bestückt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Stange (27) im Bereich einer angestrebten Niveaulage des Kolbens (7) eine offene Verbindungsöffnung (31) zum kolbenstangenfernen Arbeitsraum (15) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpraum (19) axial in Reihe zu den Arbeitsräumen (13; 15) angeordnet ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) von einem äußeren Zylinder (59) zumindest teilweise eingehüllt wird und der Pumpraum (19) radial zwischen den beiden Zylindern (3; 59) ausgeführt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der axial beweglichen Kolbenstangenführung (17) eine Fahrzeugtragfeder (35) abstützt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Ausfahrposition der Kolbenstangenführung (17) durch einen zylinderseitigen Anschlag (37; 63) begrenzt wird.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (21) ein in Richtung des Pumpraums (19) sich öffnendes Überdruckventil (29) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axial beweglichen Kolbenstangenführung (17) in Richtung des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums (13) eine ortsfeste kreisringförmige Drosselscheibe (43) beigeordnet ist, die die maximale Ausfahrposition des Kolbens (7) bestimmt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselquerschnitt (45) der Drosselscheibe (43) von einer die Kolbenstange (5) aufnehmenden Durchgangsöffnung (47) gebildet wird.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Baueinheit Kolbenstange/Kolben (5; 7) eine Anschlagfeder (53) angeordnet ist, die an der Drosselscheibe (43) zur Anlage kommt.