DE102014204739A1

DE102014204739A1 - Schwingungsdämpfer mit einer temperaturabhängig veränderbaren Bypassöffnung

Info

Publication number: DE102014204739A1
Application number: DE102014204739.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Nowotka; Georg Memmel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-10-15
Also published as: WO2015135706A1

Abstract

Schwingungsdämpfer umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange zusammen mit einem Kolben in einer Kolbenstangenführung geführt wird, wobei ein Arbeitsraum des Zylinders und ein Ausgleichsraum über einen Bypasskanal verbunden sind, der von einem temperaturabhängigen Ventil gesteuert wird, der innerhalb der Kolbenstangenführung angeordnet ist, wobei das temperarturabhängige Ventil als ein Schieberventil ausgeführt ist, dessen Ventilkörper von mindestens einer Ventilfeder beaufschlagt wird, deren Betätigungskraft einer Temperaturfunktion folgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 31 31 262 A1 ist ein Schwingungsdämpfer in Zweirohrbauweise mit einer Temperaturkompensation bekannt, die dadurch erreicht wird, dass eine Bypassöffnung zwischen einem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einem Ausgleichsraum durch einen geschlitzten Ventilring gesteuert wird. Bei Erwärmung des bevorzugt aus Kunststoff bestehenden Ventilrings dehnt sich dieser aus, wodurch sich die Schlitzbreite verringert, die einen Drosselquerschnitt definiert.
Die DE 36 05 207 A1 beschreibt einen konstruktiv gleichartigen Schwingungsdämpfer. Abweichend wird anstatt eines Kunststoffrings eine Bimetallscheibe verwendet, die funktional auch eine Ventilscheibe darstellt. Die Bimetallscheibe und die Bypassöffnung bilden ein Sitzventil, das in Abhängigkeit der Temperatur innerhalb des Schwingungsdämpfers mehr oder weniger geöffnet ist. Ein gravierender Nachteil dieser Bauweise besteht darin, dass der Druck im Arbeitsraum eine Schließkraft auf das Sitzventil ausübt, die Bimetallscheibe also gegen den Arbeitsdruck eine Abhubkraft erzeugen muss.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schwingungsdämpfer mit einer Temperaturkompensation zu erreichen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme behoben sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das temperarturabhängige Ventil als ein Schieberventil ausgeführt ist, dessen Ventilkörper von mindestens einer Ventilfeder beaufschlagt wird, deren Betätigungskraft einer Temperaturfunktion folgt.
Das Schieberventil bietet den großen Vorteil, dass ein Arbeitsdruck innerhalb des Arbeitsraums keinen Einfluss auf das Betriebsverhalten des Ventils ausübt. Folglich können auch Ventilfedern mit einer vergleichsweise geringen Betätigungskraft verwendet werden.
Wenn gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch mehrere temperaturabhängige Ventile mit unterschiedlichen Temperaturstellbereichen eingesetzt werden, dann kann das Dämpfverhalten des Schwingungsdämpfers besonders gut an ein vorbestimmtes Betriebsverhalten angepasst werden.
Bei einer Ausführungsform ist der Bypasskanal als ein Axialkanal ausgeführt und der Ventilkörper ist in einem Querkanal zum Bypasskanal geführt. Der Querkanal kann radial zur Kolbenstange aber auch in Umfangsrichtung zur Kolbenstange ausgeführt sein.
Um das Betriebsverhalten der Feder mit temperaturabhängiger Federkraft exakter einhalten zu können, ist dieser eine Rückstellfeder zugeordnet. Beide Federn bilden eine Federwaage, die auf den Ventilkörper wirkt.
Um den Bauraum in der Kolbenstangenführung besser ausnutzen zu können, weist die mindestens eine Feder, die auf den Ventilkörper einwirkt, eine Bogenform auf.
Bei einer Ausführungsform ist der Bypasskanal als ein Axialkanal ausgeführt und der Ventilkörper ist parallel zur Längsachse der Kolbenstange geführt. Dieses Bauprinzip lässt sich auch bei kleinen Bauräumen in der Kolbenstangenführung verwirklichen.
Bei einer weiteren Bauform ist vorgesehen, dass der Bypasskanal als ein Axialkanal ausgeführt ist und der Ventilkörper schräg zur Kolbenstange geführt ist. Auch Kolbenstangenführungen mit größerer Differenz zwischen Außenrohrdurchmesser und Zylinderdurchmesser bieten dann noch genügend Bauraum für den Bypasskanal.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung verschließt ein Deckel den Querkanal in Richtung des Arbeitsraums zumindest teilweise. Die vergleichsweise kleinen Ventilbauteile werden zuverlässig geschützt, so dass der Einsatz einer Zusatzfeder, die sich axial an der Kolbenstangenführung abstützt, im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum vereinfacht wird.
Insbesondere wenn mehrere Ventile zur Anwendung kommen, ist es vorteilhaft, wenn der Ventilkörper zur Bestimmung der Einbaulage eine Markierung aufweist.
Eine bevorzugte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass die Markierung als ein Formschlusselement ausgeführt ist. Das Formschlusselement kann z. B. bei einer Bestückungsvorrichtung sehr einfach für eine lagegerechte Montage genutzt werden, indem beim Zugriff über das Formschlusselement automatisch die korrekte Einbaulage gesichert ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann das Formschlusselement mit einem kolbenstangenführungsseitigen Bereich eine Gleitführung bilden. Ist diese Gleitführung nicht möglich, dann liegt erkennbar eine Fehlmontage vor.
Im Hinblick auf eine standardisierte Kolbenstangenführung weist der Bypasskanal mindestens einen Drosseleinsatz auf.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Schwingungsdämpfer im Längsschnitt
2 Teilausschnitt aus 2
3–6 Kolbenstangenführung in verschiedenen Ansichten
7–9 Kolbenstangenführung mit verschiedenen Ventilpositionen
10–13 Alternativvariante zur 3–9
Die 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 in Zweirohrbauweise. In einem Zylinder 3 ist eine Kolbenstange 5 zusammen mit einem Kolben 7 axial beweglich gelagert. Eine Kolbenstangenführung 9 führt die Kolbenstange 5 und verschließt dabei den Zylinder 3 sowie ein den Zylinder einhüllendes Außenrohr 11. Der Zylinder stützt sich axial an einem Boden 13 des Außenrohres 11 ab, wobei zwischen dem Zylinder 3 und dem Boden 13 ein nicht dargestelltes Bodenventil angeordnet ist.
Der Kolben 7 unterteilt den Zylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15; 17, die beide vollständig mit einem Dämpfmedium gefüllt sind. Im Kolben 7 sind an sich bekannte richtungsabhängig wirksame Drosselventile ausgeführt, über die die beiden Arbeitsräume 15; 17 verbindbar sind. Das Außenrohr 11 und der Zylinder 3 begrenzen einen Ringraum, der teilweise mit Dämpfmedium gefüllt ist und einen Ausgleichsraum 19 für das von der Kolbenstange 5 verdrängte Dämpfmedium bildet.
In der Ausschnittdarstellung nach 2 ist ein Ventil 21 in der Kolbenstangenführung 9 erkennbar, das zu den Dämpfventilen im Kolben einen Bypasskanal zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 zum Ausgleichsraum 19 temperaturabhängig steuert.
Die 3 zeigt eine Explosionszeichnung der Kolbenstangenführung 9 gemäß den 1 und 2. Die Kolbenstangenführung 9 verfügt in dieser Variante über zwei Axialkanäle 23; 25, die die beiden Deckseiten der Kolbenstangenführung 9 verbinden. Zwei bezogen auf die Axialkanäle 23; 25 als Querkanäle 27; 29 ausgeführte Aufnahmen enthalten einen Drosseleinsatz 31 mit einer Drosselöffnung 33. Der Querkanal schließt sich endseitig dem Axialkanal in Richtung des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums 15 an. Diese Drosselöffnung 33 bestimmt die Dämpfkraft, die über das durch den Bypasskanal strömende Dämpfmedium erzeugbar ist. Der Drosseleinsatz 31 stellt ein zur Kolbenstangenführung 9 separates Bauteil dar, das auswechselbar ist.
Ein Ventilkörper 35; 37 ist als Schieber ausgeführt, der in dem Querkanal 27; 29 eine Verschiebebewegung gegen die Kraft mindestens einer Feder 39; 41 ausführen kann, deren Betätigungskraft einer Temperaturfunktion folgt, bevorzugt einer Feder aus Formgedächtniswerkstoff. Eine Rückstellfeder 43; 45 wirkt der Feder 39; 41 mit temperaturabhängiger Federkraft entgegen. Der Ventilkörper 35; 37 verfügt über Führungszapfen für die Federn. Des Weiteren ist eine Markierung in der Bauform eines Formschlusselements 47; 49 erkennbar. Ein ringförmiger Deckel 51 verschließt den mindestens einen Querkanal 27; 29, so dass die Bauteile der Ventile 21 nicht aus der Kolbenstangenführung 9 fallen können. Der Deckel 51 weist randseitige Freischnitte 53 auf, die mit dem Formschlusselement 47; 49 des Ventilkörpers 35; 37 eine Gleitführung bilden, worüber auch der korrekte Sitz des Ventilkörpers 35; 37 kontrollierbar ist.
In der vorliegenden Ausführung weist der mindestens eine Querkanal 27; 29 eine gerade Bauform für gerade Federn auf. Bei besonders kleinen Bauräumen oder hohen Betätigungskräften kann der Querkanal in Umfangsrichtung zur Kolbenstange auch eine Bogenform aufweisen und auch die Federn 39–45 können dann gebogen ausgeführt sein.
Die 7 bis 9 zeigen eine Draufsicht auf die Kolbenstangenführung 9 ohne Deckel 51. Die beiden Ventile 21; 21' sind punktsymmetrisch zur Mittelachse der Kolbenstangenführung 9 aufgebaut. In einem definierten Temperaturbereich sind beide Ventile 21; 21' geöffnet (7), z. B. bei niedrigen Temperaturen, um die höhere Viskosität des Dämpfmedium zu kompensieren. Eine Schließbewegung erfolgt im Uhrzeigersinn.
In einem mittleren Temperaturbereich, 8, ist beispielsweise das Ventil 21' geöffnet und das zweite Ventil 21 geschlossen. Durch eine geeignete Auswahl der Federn 39; 41 und der Rückstellfeder 43; 45 kann die resultierende Betätigungskraft und damit die Betriebsstellung des Ventilkörpers 35; 37 bestimmt werden.
In der 9 nehmen beide Ventile 21; 21' eine Schließposition ein, um z. B. bei besonders hohen Temperaturen die niedrige Viskosität des Dämpfmediums zu kompensieren.
Die Figurengruppe der 10 bis 13 beschreibt eine Ausführungsvariante, mit dem selben Funktionsprinzip wie das Konzept nach den 1–9. Abweichend ist der Bypasskanal als ein Axialkanal 23; 25 ausgeführt und der Ventilkörper 35; 37 ist in einem Axialkanal parallel zur Kolbenstange 5 geführt. Der Axialkanal 23; 25 verbindet den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 mit einem Radialkanal. In dem zweiten radial versetzten Axialkanal 57; 59 ist das Ventil 21; 21' angeordnet, das eine Betriebsbewegung auf einer Achse parallel zur Längsachse der Kolbenstangenführung ausführt. Diese versetzte Anordnung des Ventils 21; 21' zum Axialkanal 23; 25 vereinfacht den Einsatz auch längerer Ventilfedern.
Der zweite Axialkanal 57; 59 ist wie der erste Axialkanal 23; 25 ebenfalls als eine Sacklochbohrung ausgeführt. Der Ventilkörper 33; 35 umfasst einen umlaufenden Bund 65. Der umlaufende Bund 65 bildet mit dem Radialkanal 61; 63 das Ventil 21; 21'. Gehalten werden die Ventilbauteile von einem Klemmring 67, der in den zweiten Axialkanälen endseitig eingepresst ist.
Auch in dieser Variante kommen zwei Ventile 21; 21' zur Anwendung, die auf verschiedene Temperaturbereiche eingestellt sind. Wie man aus der 10 entnehmen kann, nimmt das Ventil 21 eine Sperrstellung ein und das Ventil 21' ist geöffnet, so dass Dämpfmedium aus dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 in den Ausgleichsraum 19 abfließen kann.
Die Kolbenstangen 9 in der Ausführungsform nach 14 entspricht im Wesentlichen der Variante nach den 10 bis 13. Abweichend sind die Bypasskanäle 57; 59 schräg zur Kolbenstange 5 ausgeführt. Für den Bund 65, der den größten Durchmesser am Ventilkörper 35; 37 darstellt besteht mehr Bauraum. Auch kann ein oberer Randbereich der Kolbenstangenführung im Vergleich zu Ausführung nach 10 eine größere Wandstärke aufweisen. Ein weiterer Unterschied zur Konstruktion nach 10 besteht darin, dass die Axialkanäle 57; 59 von einer mehrfach gestuften Durchgangsöffnung gebildet wird und nicht von einer Sacklochöffnung. Eine Durchgangsöffnung lässt sich leichter herstellen, insbesondere von Spänen reinigen. Es ist nicht dargestellt, doch könnte man auch die Axialkanäle 23; 25 schräg zur Kolbenstange 5 ausführen, jedoch so dass sich die Mittellinien der Axialkanäle 23 und 57 bzw. 25 und 59 schneiden. Dann könnte man bei den Querkanälen 61; 63 auf die Teilstücke zwischen den jeweiligen Axialkanalpaaren verzichten, so dass ggf. nochmals eine Vereinfachung der Konstruktion erreicht würde.
Bei einem Schwingungsdämpfer in Zweirohrausführung muss der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 15 bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange in den Zylinder mit Dämpfmedium gefüllt werden. Dafür ist der Kolben mit einem in Einfahrrichtung sich öffnenden Rückschlagventil bestückt. Die Dämpfkraft wird von dem Bodenventil erzeugt, das das von der Kolbenstange 5 verdrängte Dämpfmediumvolumen drosselt. Das Ventil 21; 21' innerhalb der Kolbenstangenführung 9 ist deshalb dem Bodenventil hydraulisch parallel geschaltet. Je nach Ausgestaltung können z. B. bei niedrigen Temperaturen beide Ventile 21; 21' in der Kolbenstangenführung geöffnet sein, um die hohe Viskosität des Dämpfmediums zu kompensieren. In einem Normaltemperaturbereich ist vielleicht nur ein Ventil 21 geöffnet und das zweite Ventil 21' geschlossen und in einem Hochtemperaturbereich sind dann beide Ventile 21; 21' in der Kolbenstangenführung geschlossen.
Bei einer Kolbenstangenausfahrbewegung wird das Dämpfmedium direkt durch das Ventil 21, 21' in der Kolbenstangenführung verdrängt. Das Dämpfventil im Kolben 7 ist diesem Ventil dann ebenfalls hydraulisch parallelgeschaltet. Ein Teil des Dämpfmediums fließt durch das Ventil 21, 21' innerhalb der Kolbenstangenführung und ein Volumenanteil fließt ggf. durch das Dämpfventil im Kolben.
Das Ventil 21, 21' innerhalb der Kolbenstangenführung wird somit für beide Kolbenstangenbewegungsrichtungen verwendet.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
3: Zylinder
5: Kolbenstange
7: Kolben
9: Kolbenstangenführung
11: Außenrohr
13: Boden
15: kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
17: kolbenstangenferner Arbeitsraum
19: Ausgleichsraum
21: temperaturabhängiges Ventil
23: Axialkanal
25: Axialkanal
27: Querkanal
29: Querkanal
31: Drosseleinsatz
33: Drosselöffnung
35: Ventilkörper
37: Ventilkörper
39: Feder
41: Feder
43: Rückstellfeder
45: Rückstellfeder
47: Formschlusselement
49: Formschlusselement
51: Deckel
53: Freischnitt
55: Mittelachse der Kolbenstangenführung
57: Axialkanal
59: Axialkanal
61: Radialkanal
63: Radialkanal
65: Bund
67: Klemmring

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 3131262 A1 [0002]
DE 3605207 A1 [0003]

Claims

Schwingungsdämpfer (1) umfassend einen Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) zusammen mit einem Kolben (7) in einer Kolbenstangenführung (9) geführt wird, wobei ein Arbeitsraum (15) des Zylinders (3) und ein Ausgleichsraum (19) über einen Bypasskanal (23; 25; 57; 59; 61; 63) verbunden sind, der von einem temperaturabhängigen Ventil (21, 21') gesteuert wird, der innerhalb der Kolbenstangenführung (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das temperarturabhängige Ventil (21, 21') als ein Schieberventil ausgeführt ist, dessen Ventilkörper (35; 37) von mindestens einer Feder (39; 41) beaufschlagt wird, deren Betätigungskraft einer Temperaturfunktion folgt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere temperaturabhängige Ventile (21, 21') mit unterschiedlichen Temperaturstellbereichen eingesetzt werden.
Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal als ein Axialkanal (23; 25) ausgeführt ist und der Ventilkörper (35; 37) in einem Querkanal (27; 29) zum Bypasskanal geführt ist.
Schwingungsdämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feder (39; 41) mit temperaturabhängiger Federkraft eine Rückstellfeder (43; 45) zugeordnet ist.
Schwingungsdämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Feder (39–45), die auf den Ventilkörper (35; 37) einwirkt, eine Bogenform aufweist.
Schwingungsdämpfer nach mindesten einem der Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal als ein Axialkanal (23; 25) ausgeführt ist und der Ventilkörper (35; 37) parallel zur Kolbenstange (5) geführt ist.
Schwingungsdämpfer nach mindesten einem der Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal als ein Axialkanal (57; 59) ausgeführt ist und der Ventilkörper (35; 37) schräg zur Kolbenstange (5) geführt ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deckel (51) den Querkanal (27; 29) in Richtung des Arbeitsraums (15) zumindest teilweise verschließt.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (35; 37) zur Bestimmung der Einbaulage eine Markierung (47; 49) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung als ein Formschlusselement (47; 49) ausgeführt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (47; 49) mit einem kolbenstangenführungsseitigen Bereich (51) eine Gleitführung bildet.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal mindestens einen Drosseleinsatz (31) aufweist.