DE102012212684B3

DE102012212684B3 - Schwingungsdämpfer mit frequenzselektiver Dämpfkraft

Info

Publication number: DE102012212684B3
Application number: DE201210212684
Authority: DE
Inventors: Dirk Litterscheid; Johannes Hoof; Reinhard Sonnenburg
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: KR20140011977A; US9091318B2; CN103573906A; US20140020996A1

Abstract

Schwingungsdämpfer, umfassend eine in einem Zylinder axial bewegliche Kolbenstange, an der ein Gehäuse angeordnet ist, in dem ein Hilfskolben axial beweglich gelagert ist, wobei der Hilfskolben mit einem Kolbenstangenabschnitt verbunden ist, an dem ein Hauptkolben angeordnet ist, wobei der Hilfskolben und der Hauptkolben mit Dämpfventilen bestückt sind, die für beide Bewegungsrichtungen der Kolbenstange und des Kolbenstangenabschnitts eine Dämpfkraft erzeugen, wobei der Hauptkolben den Zylinder in einen mit Dämpfmedium gefüllten kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum und der Hilfskolben das Gehäuse in zwei Hilfsräume unterteilt, wobei der Hilfskolben über seinen gesamten Hubweg eine Dämpfkraft erzeugt, die bei einer gleichen Hubgeschwindigkeit stets größer ist die Dämpfkraft des Hauptkolbens.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2008 002 062 B3 ist ein Schwingungsdämpfer mit amplitudenabhängiger Dämpfkraft bekannt. In der Ausführung nach 1 ist ein Hauptkolben über einen Kolbenstangenabschnitt mit einem Hilfskolben innerhalb eines Gehäuses verbunden, das wiederum an einer Kolbenstange fixiert ist. Der Hilfskolben bildet mit einem Anschlusskanal innerhalb einer Wandung ein Drosselventil. Befindet sich der Hilfskolben zwischen den beiden Anschlusskanälen, dann kann der Hauptkolben mit einer vergleichsweise geringen Kraft relativ zur Kolbenstange bewegt werden, da das im Gehäuse befindliche Dämpfmedium über die Anschlusskanäle aus dem Gehäuse verdrängt werden kann. Der Hauptkolben erzeugt erst dann eine größere Dämpfkraft, wenn der Hilfskolben einen Anschlusskanal zunehmend verschließt.
In der 2 verfügt der Hilfskolben zusätzlich über Dämpfventile, die eine Dämpfkraft erzeugen, wenn der Hilfskolben einen Anschlusskanal verschlossen und weiter in Richtung des Endes des Gehäuses verschoben wird. Auch bei dieser Variante erzeugt der Hauptkolben den maßgeblichen Dämpfkraftanteil. Der Hilfskolben soll auf einem definierten Bereich überhaupt keine Dämpfkraft erzeugen und erst am Hubende eine Art hydraulische Druckanschlagfunktion übernehmen. Deshalb verfügt dieser Schwingungsdämpfer auch über eine amplitudenselektive Dämpfkraftfunktion.
Bei Schwingungsdämpfern mit stark degressiver Dämpfkraftcharakteristik können bei hochfrequenter Anregung des Schwingungsdämpfers Kolbenstangenschwingungen auftreten, die als Poltergeräusche vernehmbar sind. In der DE 10 2009 016 453 A1 wird dazu vorgeschlagen, eine Kolbenstangenlagerung auf eine bestimmte Dämpfkraft abzustimmen. Leider funktioniert dieses Bauprinzip nur bei einer einzigen Frequenz, jedoch nicht über einen größeren Frequenzbereich zufriedenstellend.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schwingungsdämpfer bereitzustellen, bei dem auch bei hochfrequenten Anregungen unerwünschte Kolbenstangenschwingungen unterdrückt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Hilfskolben über seinen gesamten Hubweg eine Dämpfkraft erzeugt, die bei einer gleichen Hubgeschwindigkeit stets größer ist als die Dämpfkraft des Hauptkolbens.
Durch die Kombination des Hilfskolbens mit dem Hauptkolben stehen praktisch zwei ineinander ausgeführte Schwingungsdämpfer zur Verfügung. Der Hilfskolben wirkt insbesondere bei hochfrequenten Schwingungen, wenn am Hauptkolben entsprechend große Anregungen auftreten, die über den zwischengeschalteten Hilfskolben reduziert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Dämpfkraftkennlinie des Hilfskolbens denselben qualitativen Verlauf aufweist, wie die Dämpfkraftkennlinie des Hauptkolbens. Beide Dämpfkraftkennlinien lassen sich einzeln sehr gut am fertigen Produkt überprüfen, so dass bei einer funktionalen Überlagerung der beiden Dämpfkraftkennlinien des Haupt- und des Hilfskolbens das gewünschte Betriebsverhalten erreicht wird.
Bei einer Ausführung ist vorgesehen, dass der Kolbenstangenabschnitt eine Verlängerung aufweist, die bei jeder Hublage des Hilfskolbens vom Hilfskolben bis in eine endseitige Begrenzungswand des Hilfsraums ragt.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch schließt sich dem Hilfsraum ein Aufnahmeraum für einen Hubweg der Verlängerung an.
Um keine Über- oder Unterdruckspitzen aufkommen zu lassen, weist der Aufnahmeraum eine Druckausgleichsöffnung an einen Arbeitsraum auf.
Optional ist dem Hilfskolben eine Anschlagfeder beigeordnet. Die Anschlagfeder unterbindet unter allen Bedingungen ein Anschlaggeräusch des Hilfskolbens im Gehäuse.
Im Hinblick auf eine definierte Position des Hilfskolbens innerhalb des Gehäuses spannt die Anschlagfeder den Hilfskolben bis zu einer Ausgangsposition im Gehäuse vor.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer im Bereich eines kolbenstangenseitigen Gehäuses
2 Variante nach 1 mit Anschlagfeder
3 Variante nach 1 mit Anschlagfeder
Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 mit einem Zylinder 3, in dem eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt ist. Die Kolbenstange 5 trägt ein Gehäuse 7, das von einem Hilfskolben 9 in zwei vollständig mit einem Dämpfmedium gefüllte Hilfsräume 11; 13 unterteilt wird. An dem Hilfskolben 9 sind Dämpfventile 15; 17 für beide axiale Bewegungsrichtungen des Hilfskolbens 9 ausgeführt. Des Weiteren umfasst der Hilfskolben 9 einen Kolbenstangenabschnitt 19 an dem außerhalb des Gehäuses 7 ein Hauptkolben 21 angeordnet ist. Der Hauptkolben 21 verfügt ebenfalls über Dämpfventile 23; 25 für beide axialen Bewegungsrichtungen des Hauptkolbens 21 bzw. der Kolbenstange 5. Die Dämpfventile 15; 17; 23; 25 am Hilfskolben 9 und am Hauptkolben 21 sind derart aufeinander abgestimmt, so dass bei gleicher Hubgeschwindigkeit die Dämpfkraft am Hilfskolben 9 stets größer ist als die Dämpfkraft am Hauptkolben 21. Qualitativ können beide Dämpfventilgruppen denselben qualitativen Verlauf der Dämpfkraftkennlinie aufweisen.
Der Hauptkolben 21 unterteilt den Zylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 27; 29, die beide vollständig mit Dämpfmedium gefüllt sind.
Das Gehäuse 7 ist im Bereich eines Hubwegs des Hilfskolbens 9 vollständig geschlossen. Eine Begrenzungswand 31 des Hilfsraums 11 im Gehäuse 7 weist eine Durchgangsöffnung 33 für eine Verlängerung 35 des Hilfskolbens 9 auf, die einen Aufnahmeraum 37 mit dem des Hilfskolbens 9 verbindet. Die Verlängerung 35 ist in ihrer Länge derart dimensioniert, dass sie bei jeder Hublage des Hilfskolbens 9 in den Aufnahmeraum 37 ragt. Des Weiteren stimmt der Durchmesser der Verlängerung 35 mit dem Kolbenstangenabschnitt 19 zwischen dem Hauptkolben 21 und dem Hilfskolben 9 überein.
Der Aufnahmeraum 37 verfügt über eine Druckausgleichsöffnung 39 zum kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 27, um ein Druckpolster im Aufnahmeraum 37 zu vermeiden.
Bei einer Anregung auf den Schwingungsdämpfer 1, die z. B. zu einer Kompression des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 29 führt, wird Dämpfmedium aus diesem Arbeitsraum 29 durch das Dämpfventil 23 im Hauptkolben 21 verdrängt. Der Hauptkolben 21 stützt sich über den Kolbenstangenabschnitt 19 am Hilfskolben 9 ab. Da die Dämpfkraftkennlinie des Hilfskolbens 9 im Vergleich zum Hauptkolben 21 aber auf eine größere Dämpfkraft ausgelegt ist, führt die Dämpfkraft am Hauptkolben nicht unbedingt zu einer Verschiebung des Hilfskolbens 9 im Gehäuse 7. Dann bewegen sich der Hauptkolben 21 und die Kolbenstange 5 im Extremfall synchron. Kleine Anregungsfrequenzen treten in der Realität häufig mit größeren Kolbenstangenbewegungen auf, die wiederum mit kleineren Dämpfkräften abgefangen werden. Bei kleineren Kolbenstangengeschwindigkeiten oder Frequenzen tritt kein Poltergeräusch auf.
Übersteigt die Anregung jedoch eine definierte Frequenz, dann steigt auch die Dämpfkraft am Hauptkolben 21, die wiederum von einer Dämpfkraft am Hilfskolben 9 als Reaktionskraft abgestützt werden muss. Dann bewegt sich der Hilfskolben 9 im Gehäuse 7 in Richtung der Begrenzungswand 31 und erzeugt eine Dämpfkraft. Dabei bewegt sich zwangsläufig der Hauptkolben 21 einerseits relativ zum Zylinder 3, aber auch relativ zur Kolbenstange 5. Je größer die Dämpfkraft am Hilfskolben 9 auftritt, umso größer ist auch die Relativgeschwindigkeit zwischen Hauptkolben 21 und Kolbenstange 5. Funktional sind dann zwei Schwingungsdämpfer in Reihe wirksam. Versuche haben bewiesen, dass dadurch die hochfrequenten Hauptkolbenbewegungen von der Kolbenstange 5 isoliert werden können und somit das Poltergeräusch unterbunden ist.
Dieselbe Wirkungsweise tritt auch dann auf, wenn die Kolbenstange 5 ausfährt und dabei über den Hauptkolben 21 der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 27 komprimiert wird. Dann verringert sich Einfahrtiefe der Verlängerung 35 im Aufnahmeraum 37, jedoch wird das Dämpfmediumvolumen aus dem in Richtung zum Hauptkolben 21 weisenden Hilfsraum 13 in den in Richtung der Kolbenstange 5 weisenden Hilfsraum 11 durch das Dämpfventil 15 umgepumpt. Da beide Hilfsräume 11; 13 exakt im selben Maße gegensinnig ihr Volumen ändern, kann das Gehäuse 7 im Bereich des Hubwegs des Hilfskolbens 9 geschlossen ausgeführt sein.
Die Ausführung nach 2 basiert auf der 1. Zusätzlich ist dem Hilfskolben 9 mindestens eine Anschlagfeder 41 beigeordnet. Beispielhaft ist die Anschlagfeder in der 2 als ein Elastomerring ausgeführt, der sich jeweils an einer Stützfläche 43; 45 für die Dämpfventile 15; 17 am Hilfskolben 9 abstützt. Sollte einmal eine extrem hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Hilfskolben 9 und der Kolbenstange 5 über einen größeren Hubweg des Hilfskolbens 9 auftreten, dann kann ein Anschlaggeräusch von dem Elastomerring 41 abgefedert werden.
Alternativ ist in der 3 dargestellt, dass die Anschlagfeder 41 auch im Hinblick auf einen größeren Federweg konzipiert sein kann, und z. B. den Hilfskolben 9 bis zu einer Ausgangsposition im Gehäuse 7 vorspannt.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
3: Zylinder
5: Kolbenstange
7: Gehäuse
9: Hilfskolben
11: Hilfsräume
13: Hilfsräume
15: Dämpfventil
17: Dämpfventil
19: Kolbenstangenabschnitt
21: Hauptkolben
23: Dämpfventil
25: Dämpfventil
27: kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
29: kolbenstangenferner Arbeitsraum
31: Begrenzungswand
33: Durchgangsöffnung
35: Verlängerung
37: Aufnahmeraum
39: Druckausgleichsöffnung
41: Anschlagfeder
43: Stützfläche
45: Stützfläche

Claims

Schwingungsdämpfer (1), umfassend eine in einem Zylinder (3) axial bewegliche Kolbenstange (5), an der ein Gehäuse (7) angeordnet ist, in dem ein Hilfskolben (9) axial beweglich gelagert ist, wobei der Hilfskolben (9) mit einem Kolbenstangenabschnitt (19) verbunden ist, an dem ein Hauptkolben (21) angeordnet ist, wobei der Hilfskolben (9) und der Hauptkolben (21) mit Dämpfventilen (15; 17; 23; 25) bestückt sind, die für beide Bewegungsrichtungen der Kolbenstange (5) und des Kolbenstangenabschnitts (19) eine Dämpfkraft erzeugen, wobei der Hauptkolben (21) den Zylinder (3) in einen mit Dämpfmedium gefüllten kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum (27; 29) und der Hilfskolben (9) das Gehäuse (7) in zwei Hilfsräume (11; 13) unterteilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskolben (9) über seinen gesamten Hubweg eine Dämpfkraft erzeugt, die bei einer gleichen Hubgeschwindigkeit der Kolbenstange (5) stets größer ist als die Dämpfkraft des Hauptkolbens (21).
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfkraftkennlinie des Hilfskolbens (9) denselben qualitativen Verlauf aufweist, wie die Dämpfkraftkennlinie des Hauptkolbens (21).
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenstangenabschnitt (19) eine Verlängerung (35) aufweist, die bei jeder Hublage des Hilfskolbens (9) vom Hilfskolben (9) bis in eine endseitige Begrenzungswand (31) des Hilfsraums (11) ragt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich dem Hilfsraum (11) ein Aufnahmeraum (37) für einen Hubweg der Verlängerung (35) anschließt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (37) eine Druckausgleichsöffnung (39) an einen Arbeitsraum (27) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hilfskolben (9) eine Anschlagfeder (41) beigeordnet ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfeder (41) den Hilfskolben (9) bis zu einer Ausgangsposition im Gehäuse (7) vorspannt.