DE102012223476A1

DE102012223476A1 - Kolbenzylinder-Aggregat mit gestufter Dämpfkraftkennlinie

Info

Publication number: DE102012223476A1
Application number: DE201210223476
Authority: DE
Inventors: Lothar Schumacher; Klaus Schmitz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Kolbenzylinder-Aggregat mit einer gestuften Dämpfkraftkennlinie, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich geführt ist, wobei der Zylinder einen ersten und einen zweiten mit Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum umfasst, mit einer hydraulischen Dämpfeinrichtung zwischen den beiden Arbeitsräumen, wobei auf die Kolbenstange in Ausfahrrichtung eine Rückstellfeder wirkt, die eine Grundposition des Kolbens innerhalb des Zylinders definiert, wobei bei einer Verdrängerbewegung des Kolbens ausgehend von der Grundposition eine maximale hydraulische Dämpfkraft erzeugt wird und nach einem definierten Hubweg des Kolbens ein Bypass wirksam wird, der den ersten Arbeitsraum mit einem dritten Arbeitsraum verbindet, der zumindest ein Teil des vom Kolben verdrängte Dämpfmedium aufnimmt, so dass bei konstanter Kolbengeschwindigkeit eine Reduzierung der Dämpfkraft erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolbenzylinder-Aggregat gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der AT 20649 B ist für Eisenbahnfahrzeuge ein Puffer mit einem hydraulischen Dämpfungsglied bekannt, das eine gestufte Dämpfkraftkennlinie aufweist. Auf einem ersten Hubwegabschnitt eines Verdrängers wirkt nur die Gegenkraft einer Feder. Eine hydraulische Dämpfung soll nicht erfolgen. Bei einer weiteren Einfahrbewegung des Verdrängers verringert sich ein Durchtrittsquerschnitt zu einem Überströmraum, womit ein Dämpfkraftanstieg verbunden ist. Wenn der Durchtrittsquerschnitt ein Minimum erreicht hat, dann vergrößert sich das Volumen des Überströmraums, um einen weiteren Dämpfkraftanstieg zu vermeiden. Dadurch wird eine gestufte Dämpfkraftkennlinie erreicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kolbenzylinderaggregat mit einem alternativen konstruktiven Aufbau zu realisieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Verdrängerbewegung des Kolbens ausgehend von der Grundposition eine maximale hydraulische Dämpfkraft erzeugt wird und nach einem definierten Hubweg des Kolbens ein Bypass wirksam wird, der den ersten Arbeitsraum mit einem dritten Arbeitsraum verbindet, der zumindest ein Teil des vom Kolben verdrängten Dämpfmediums aufnimmt, so dass bei konstanter Kolbengeschwindigkeit eine Reduzierung der Dämpfkraft erreicht wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird ausgehend von der Grundposition eine Dämpfkraft erzeugt, die prinzipbedingt geschwindigkeitsabhängig ist. Folglich wird ein Stoß bedarfsgerecht aufgenommen, d. h. einem Stoß mit hoher Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens wird auch eine hohe Dämpfkraft entgegengesetzt.
In einer ersten Ausführungsform wird der Bypass von mindestens einer Sicke im Zylinder gebildet.
Eine besonders einfache Anpassung eines vorhandenen Kolbenzylinder-Aggregats kann dadurch erreicht werden, indem der Kolben ausgehend von der Grundposition innerhalb des Zylinders in einer Reduzierhülse gleitet, die die Wirklänge des definierten Hubwegs mit maximaler hydraulischer Dämpfkraft aufweist. Durch den Einsatz unterschiedlich langer Reduzierhülsen kann die Dämpfkraftkennlinie nach Belieben gestaltet werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Kolben in Einfahrrichtung in den Zylinder als ein geschlossener Verdränger ausgeführt ist. Außerhalb des Wirkbereichs des Bypasses erzeugt das vom Kolben verdrängte Dämpfmediumvolumen eine Dämpfkraft, hingegen ist innerhalb des Bypasses nur noch ein von der Kolbenstange verdrängtes Dämpfmediumvolumen für die Dämpfkrafterzeugung maßgeblich, so dass über diese einfache Maßnahme ein gestufte Dämpfkraftkennlinie realisierbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Kolbenzylinder-Aggregats wird der Zylinder von zwei einzelnen Rohrkörpern gebildet, zwischen deren Enden ein Ventilträger der Dämpfeinrichtung verspannt ist. Über diese axiale Verspannung des Ventilträgers kann dieser sehr leicht innerhalb des Kolbenzylinder-Aggregats fixiert werden, ohne dass es besonderer Fertigungseinrichtungen bedarf.
Im Hinblick auf eine einfache Dämpfmediumführung umfasst die Dämpfeinrichtung ein Rückschlagventil, das bei einer Ausfahrbewegung des Kolbens öffnet und den zweiten Arbeitsraum mit dem ersten Arbeitsraum verbindet.
Aus demselben Grund weist auch der Kolben ein Rückschlagventil auf, das eine Strömung vom dritten Arbeitsraum in den ersten Arbeitsraum aufgrund einer Ausfahrbewegung des Kolbens freigibt.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Kolbenzylinder-Aggregat mit Bypass im Zylinder
2 Kolbenzylinder-Aggregat mit Reduzierhülse im Zylinder
Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kolbenzylinder-Aggregats 1, wie es bevorzugt zur Abstützung eines Puffers, z. B. an einem Eisenbahnfahrzeug, verwendet wird. In einem äußeren Behälter 3 ist ein Zylinder 5 angeordnet, der von zwei einzelnen Rohrkörpern 7; 9 gebildet wird. In einem ersten Rohrkörper 7 ist eine Kolbenstange 11 zusammen mit einem Kolben 13 axial beweglich geführt. Der erste Rohrkörper 7 ist vollständig mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllt. Zwischen dem Kolben 13 und einem endseitigen Ventilträger 15 erstreckt sich ein erster Arbeitsraum 17.
Ein zweiter Rohrkörper 9 bildet mit dem Ventilträger 15 und einem axial beweglichen Ausgleichskolben 19 einen zweiten Arbeitsraum 21, der in dieser Darstellung sein minimales Volumen einnimmt. Mindestens eine Feder 23 beliebiger Bauart spannt den Ausgleichskolben 19 in Richtung des Ventilträgers 15 vor. Auch im zweiten Arbeitsraum 21 ist ausschließlich Dämpfmedium enthalten.
Beide Rohrkörper 7; 9 sind axial zwischen einem ortsfesten Boden 25 und einer Kolbenstangenführung 27 verspannt. Ein dritter Arbeitsraum 29 erstreckt sich zwischen der Kolbenstangenführung 27 und dem Kolben 13.
Zwischen dem Ventilträger 15 und dem Kolben 13 ist im ersten Arbeitsraum 17 eine Rückstellfeder 31 verspannt, die den Kolben 13 zusammen mit der Kolbenstange 11 in eine Grundposition vorspannt.
Der erste und der zweite Arbeitsraum 17; 21 sind über eine Dämpfeinrichtung 33 des Ventilträgers 15 miteinander verbindbar. Mindestens eine Durchgangsöffnung des Ventilträgers wird beispielhaft von mindestens einer Ventilscheibe abgedeckt, die wiederum in Schließposition durch eine Federkraft vorgespannt ist. Des Weiteren umfasst die Dämpfeinrichtung ein Rückschlagventil 35, das bei einer Ausfahrbewegung des Kolbens 13 öffnet und den zweiten Arbeitsraum 21 mit dem ersten Arbeitsraum 17 verbindet.
Der Kolben 13 selbst verfügt nicht unbedingt über ein Dämpfventil. In Einfahrrichtung in den Zylinder 5 ist der Kolben 13 in seiner einfachsten Ausgestaltung als ein geschlossener Verdränger ausgeführt. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass der Kolben 13 ein Rückschlagventil 37 aufweist, das eine Strömung vom dritten Arbeitsraum 29 in den ersten Arbeitsraum 17 aufgrund einer Ausfahrbewegung des Kolbens 13 freigibt.
In dieser Ausführungsform weist der Zylinder 5 mindestens eine Sicke 39 auf, die in Abhängigkeit der Hublage des Kolbens 13 als Bypass 41 den ersten Arbeitsraum 17 mit dem dritten Arbeitsraum 29 im Zylinder 5 miteinander verbindet. Ausgehend von der Grundposition bis zu der mindestens einen Sicke erstreckt sich ein erster Hubweg 43, auf dem eine maximale hydraulische Dämpfkraft erzeugt wird, da das gesamte vom Kolben 13 verdrängte Dämpfmedium aus dem ersten Arbeitsraum 17 durch die Dämpfeinrichtung 33 in den zweiten Arbeitsraum 21 verdrängt wird. Dem ersten Hubweg 43 mit maximaler Dämpfkraftcharakteristik schließt sich ein zweiter Hubweg 45 an, auf dem der Bypass 41 zwischen dem ersten und dem dritten Arbeitsraum 17; 29 wirksam ist, der einen Teil des vom Kolben 13 verdrängten Dämpfmediums aufnimmt. Durch die Dämpfeinrichtung 33 strömt innerhalb dieses zweiten Hubwegs 45 nur noch das von der Kolbenstange 11 verdrängte Dämpfmedium, so dass bei konstanter Kolbengeschwindigkeit eine Reduzierung der Dämpfkraft erreicht wird.
Das durch die Dämpfeinrichtung 33 strömende Dämpfmedium wird vom expandierenden zweiten Arbeitsraum 21 aufgenommen, wobei der Ausgleichskolben 19 eine axiale Bewegung in Richtung des Bodens 25 ausübt.
Wenn die Belastung auf das Kolbenzylinder-Aggregat 1 abnimmt, dann schiebt die Druckfeder 31 den Kolben 13 zusammen mit der Kolbenstange 11 in Richtung der Grundposition zurück. Dabei öffnet sich das Rückschlagventil 37 im Kolben 13, so dass Dämpfmedium aus dem dritten Arbeitsraum 29 in den ersten Arbeitsraum 17 übertreten kann. Des Weiteren kann über das sich öffnenden Rückschlagventil 35 im Ventilträger 15 Dämpfmedium aus dem zweiten Arbeitsraum 21 in den ersten Arbeitsraum 17 nachströmen. Bei dieser Ausfahrbewegung wird keine nennenswerte hydraulische Dämpfkraft erzeugt.
Die Variante nach 2 ist funktional identisch mit der Bauform nach 1. Der Unterschied besteht in der Realisierung des Bypasses 41 zwischen dem ersten und dem dritten Arbeitsraum 17; 29. Abweichend zur 1 gleitet der Kolben 13 ausgehend von der Grundposition in einer Reduzierhülse 47, die axial im Zylinder 5 fixiert ist. Die Wirklänge der Reduzierhülse 47 definiert den Hubweg 43 mit maximaler Dämpfkraft. Innerhalb der Wirklänge der Reduzierhülse liegt der Kolben 13 dichtend an der Reduzierhülse 47 an. Außerhalb der Reduzierhülse 47 kann der Kolben 13 außenseitig umströmt werden. Der dabei wirksame Ringspalt bildet den Bypass 41.
Alternativ zur Reduzierhülse kann man auch den Innendurchmesser des ersten Rohrkörpers 7 auf einen definierten Längenabschnitt verkleinern.
Bezugszeichenliste

1: Kolbenzylinder-Aggregat
3: äußerer Behälter
5: Zylinder
7: erster Rohrkörper
9: zweiter Rohrkörper
11: Kolbenstange
13: Kolben
15: Ventilträger
17: erster Arbeitsraum
19: Ausgleichskolben
21: zweiter Arbeitsraum
23: Feder
25: Boden
27: Kolbenstangenführung
29: dritter Arbeitsraum
31: Rückstellfeder
33: Dämpfeinrichtung
35: Rückschlagventil
37: Rückschlagventil
39: Sicke
41: Bypass
43: erster Hubweg
45: zweiter Hubweg
47: Reduzierhülse

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

AT 20649 B [0002]

Claims

Kolbenzylinder-Aggregat (1) mit einer gestuften Dämpfkraftkennlinie, umfassend einen Zylinder (5), in dem eine Kolbenstange (11) mit einem Kolben (13) axial beweglich geführt ist, wobei der Zylinder (5) einen ersten und einen zweiten mit Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum (17; 21) umfasst, mit einer hydraulischen Dämpfeinrichtung zwischen den beiden Arbeitsräumen, wobei auf die Kolbenstange (11) in Ausfahrrichtung eine Rückstellfeder (31) wirkt, die eine Grundposition des Kolbens (13) innerhalb des Zylinders (5) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verdrängerbewegung des Kolbens (13) ausgehend von der Grundposition eine maximale hydraulische Dämpfkraft erzeugt wird und nach einem definierten Hubweg (43) des Kolbens (13) ein Bypass (41) wirksam wird, der den ersten Arbeitsraum (17) mit einem dritten Arbeitsraum (29) verbindet, der zumindest ein Teil des vom Kolben (13) verdrängte Dämpfmedium aufnimmt, so dass bei konstanter Kolbengeschwindigkeit eine Reduzierung der Dämpfkraft erreicht wird.
Kolbenzylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (41) von mindestens einer Sicke (39) im Zylinder (5) gebildet wird.
Kolbenzylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) ausgehend von der Grundposition innerhalb des Zylinders (5) in einer Reduzierhülse (47) gleitet, die die Wirklänge des definierten Hubwegs (43) mit maximaler hydraulischer Dämpfkraft aufweist.
Kolbenzylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) in Einfahrrichtung in den Zylinder (5) als ein geschlossener Verdränger ausgeführt ist.
Kolbenzylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (5) von zwei einzelnen Rohrkörpern (7; 9) gebildet wird, zwischen deren Enden ein Ventilträger (15) der Dämpfeinrichtung (33) verspannt ist.
Kolbenzylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (33) ein Rückschlagventil (35) umfasst, das bei einer Ausfahrbewegung des Kolbens (13) öffnet und den zweiten Arbeitsraum (21) mit dem ersten Arbeitsraum (17) verbindet.
Kolbenzylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) ein Rückschlagventil (37) aufweist, das eine Strömung vom dritten Arbeitsraum (29) in den ersten Arbeitsraum (17) aufgrund einer Ausfahrbewegung des Kolbens (13) freigibt.