DE102016207628A1

DE102016207628A1 - Schwingungsdämpfer mit mindestens einem Speicher

Info

Publication number: DE102016207628A1
Application number: DE102016207628.0A
Authority: DE
Inventors: Norbert Ackermann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2017-11-09

Abstract

Schwingungsdämpfer mit mindestens einem Speicher, der zumindest eine Gasdruckfüllung aufweist, wobei mindestens ein Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllt ist und dieser Arbeitsraum an den Speicher angeschlossen ist, wobei zwischen der Gasfüllung und dem Dämpfmedium eine Trennschicht ausgeführt ist und das Dämpfmediumvolumen mit einem definierten zusätzlichen Gasvolumen ergänzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein Schwingungsdämpfer mit einem hydraulischen Dämpfmedium verfügt in der Regel über einen Speicher, der mit einem Druckgas gefüllt ist. Der Speicher ist entweder mittels einer elastischen Membran oder einem Sperrkolben von einem ölgefüllten Arbeitsraum getrennt. Der Sperrkolben besteht vielfach aus einem Blechkörper, der praktisch permeationsdicht ist. Aus langjähriger Erfahrung ist bekannt, dass elastische Membranen eben nicht permeationsdicht sind. Deshalb wurden Ersatzlösungen gesucht, z. B. mit einem Gasbag gemäß der DE 198 35 222 A1 . Die Idee, die hinter der DE 198 35 22 A1 steht, entspricht dem der schulmäßigen Lösung, nämlich eine möglichst permeationsdichte Sperrschicht zu verwenden.
Es hat sich aber herausgestellt, dass die Herstellung einer permeationsdichten Sperrschicht sehr schwierig ist. Man kann zwar die Sperrwirkung verbessern, aber dagegen steht der überproportionale Aufwand. Ein Grundproblem besteht darin, dass in das Dämpfmedium eindiffundiertes Gas die Dämpfkraftkennlinie nachhaltig negativ beeinflusst, indem es die erzielbare Dämpfkraft bei ansonsten vergleichbaren Parametern reduziert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das aus dem Stand der Technik bekannte Problem des Gasübertritts in das Dämpfmedium zu minimieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Dämpfmediumvolumen mit einem definierten zusätzlichen Gasvolumen ergänzt ist. Entgegen bisherigen Vorgaben wir nun eine definierte Kontamination des Dämpfmediums angestrebt, so dass kein Permeationsgefälle zwischen einer Gasfüllung des Speichers und dem Dämpfmedium besteht. Folglich kann von einem stabilen Gasaufnahmezustand des Dämpfmediums ausgegangen werden. Der damit verbundene Dämpfkraftverlust im Vergleich zu einen unkontaminierten Dämpfmedium kann durch eine entsprechende Anspassung der Dämpfkraftventile kompensiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zusätzliche Gasvolumen barrierefrei zum Dämpfmedium eingefüllt ist. Man strebt die Gasvermischung mit dem Dämpfmedium an. Im Schwingungsdämpferbetrieb verteilt sich dann das Gasvolumen im gesamten Dämpfmedium.
Das Gasvolumen lässt sich nach der Gleichung V_Gas = V_Öl·α·p/p₀ bestimmen. „α“ ist ein Stoffwert, der ca. 0,08 l Stickstoff pro Liter Öl beträgt. Es ist sinnvoll diesen Wert zu verwenden, da die Gasfüllung im Speicher in der Regel mit Stickstoff ausgeführt ist.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die 1 zeigt vereinfacht einen an sich bekannten Schwingungsdämpfer 1 in Zweirohrbauweise, bei dem eine Kolbenstange 3 mit einem Kolben 5 in einem Druckrohr 7 axial beweglich geführt ist. Der Kolben 5 trennt das Druckrohr in einen oberen Arbeitsraum 9 und einen unteren Arbeitsraum 11, wobei beide Arbeitsräume über Dämpfventile 13 im Kolben verbunden sind.
Das Druckrohr 7 wird von einem Behälterrohr 15 eingehüllt, wobei die Innenwandung des Behälterrohres und die Außenwandung des Druckrohres einen ringförmigen Ausgleichsraum 17 bilden, der bis an eine Kolbenstangenführung 19 vollständig mit Dämpfmittel und einem Druckbehälter 21 für eine eingeschlossenen Gasmasse 23 gefüllt ist. Der Ausgleichsraum, der Druckbehälter und die Gasmasse bilden einen Speicher.
Bei einer Kolbenstangenbewegung wird das verdrängte Kolbenstangenvolumen durch eine Volumenänderung des Druckbehälters 21 bzw. der eingeschlossene Gasmasse 23 innerhalb des Druckbehälters 21 ausgeglichen. Der ringförmige Ausgleichsraum 17 stellt dabei die vorbestimmte Einbaulage des Druckkörpers dar.
Das Dämpfmediumvolumen innerhalb der Arbeitsräume 9; 11 und im Ausgleichsraum 17 ist mit einem definierten zusätzlichen Gasvolumen 25 ergänzt. Das zusätzliche Gasvolumen besteht aus demselben Gas wie die Gasdruckfüllung des Speichers bzw. der Gasmasse 23.
Das zusätzliche Gasvolumen 25 ist barrierefrei zum Dämpfmedium eingefüllt. Man kann auch vorsehen, dass der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 9 über eine Anschlussöffnung 27 mit dem Ausgleichsraum 17 verbunden ist. Bei vielen bekannten Schwingungsdämpfern ist eine Anschlussöffnung z.B. innerhalb eines Bodenventils im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 angeordnet. Das Ziel dieser Maßnahme besteht darin, dass sich eventuell gelöstes Gas aus dem Dämpfmedium in der Regel an der höchsten Stelle im Schwingungsdämpfer 1 sammelt. Bei der Anschlussöffnung 27 direkt unterhalb der Kolbenstangenführung 19 wird etwas gelöstes Dämpfmedium bei jeder Kolbenstangenbewegung mitgeführt und vermischt sich wieder mit dem Dämpfmedium.
Das zusätzliche Gasvolumen lässt sich nach der Gleichung V_Gas = V_Öl·α·p/p₀ bestimmen. V_Öl entspricht der vorbestimmten Dämpfmediummenge im Schwingungsdämpfer, die sich aus der Schwingungsdämpfergeometrie, thermischen Anforderungen und Leckageverlusten berechnet. Der Wert „α“ ist ein Stoffkennwert, der bei Stickstoff ca. 0,08 l pro Liter Dämpfmedium beträgt. Für den Druck p₀ wird der Umgebungsdruck angesetzt und der max. Betriebsdruck p im Schwingungsdämpfer lässt sich aus den Abmessungen des Schwingungsdämpfers bestimmen.
Mehr als das über diese Formel berechnet Gasvolumen kann das Dämpfmedium nicht aufnehmen. Es ist dann gesättigt. Folglich besteht dann auch kein Permeationsgefälle zwischen der Gasmasse 23 innerhalb des Druckbehälters 21 und dem Dämpfmedium in den Arbeitsräumen 9; 11 oder dem Ausgleichsraum 17.
Die Erfindung ist nur beispielhaft an einem ganz einfachen Schwingungsdämpfer beschrieben. Selbstverständlich kann man die Erfindung auch dann anwenden, wenn ein externer Speicher verwendet wird, der z. B. über Schlauchleitungen mit den Arbeitsräumen verbunden ist.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
3: Kolbenstange
5: Kolben
7: Druckrohr
9: Arbeitsraum
11: Arbeitsraum
13: Dämpfventil
15: Behälterrohr
17: Ausgleichsraum
19: Kolbenstangenführung
21: Druckbehälter
23: Gasmasse
25: Zusätzliches Gasvolumen
27: Anschlussöffnung

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 19835222 A1 [0002]
DE 1983522 A1 [0002]

Claims

Schwingungsdämpfer (1) mit mindestens einem Speicher (17; 21), der zumindest eine Gasdruckfüllung (23) aufweist, wobei mindestens ein Arbeitsraum (9; 11) des Schwingungsdämpfers mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllt ist und dieser Arbeitsraum (9) an den Speicher (17; 21) angeschlossen ist, wobei zwischen der Gasfüllung (25) und dem Dämpfmedium eine Trennschicht (21) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfmediumvolumen mit einem definierten zusätzlichen Gasvolumen (25) ergänzt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Gasvolumen (25) barrierefrei zum Dämpfmedium eingefüllt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Gasvolumen (25) aus demselben Gas besteht wie die Gasdruckfüllung (23) des Speichers (21).
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen (25) nach der Gleichung V_Gas = V_Öl·α·p/p₀ bestimmt ist.