DE102017205568A1

DE102017205568A1 - Fluid-Dämpfer

Info

Publication number: DE102017205568A1
Application number: DE102017205568.5A
Authority: DE
Inventors: Marc-Pascal BOßLE; Ludwig Fellner; Stefan Hildner; Helmut Kastner; Thilo SLABY; Herbert Wolf
Original assignee: Suspa GmbH
Current assignee: Suspa GmbH
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-10-04
Also published as: AT519782A2; CN108691942A; CN108691942B; BR102018006561A2; US20180283485A1

Abstract

Ein Fluid-Dämpfer (1) umfasst ein einen Arbeitsraum (12) aufweisendes Gehäuse (2), in dem Arbeitsraum (12) befindliches Dämpfungsfluid, eine im Arbeitsraum (12) angeordnete Kolben-Einheit (13) mit einer Kolbenstange (7), einem an der Kolbenstange (7) befestigten Kolben (38), der den Arbeitsraum (12) in einen ersten Teilarbeitsraum (14) und in einen zweiten Teilarbeitsraum (15) unterteilt, mindestens einem den ersten Teilarbeitsraum (14) und den zweiten Teilarbeitsraum (15) verbindenden Durchströmkanal (32, 35, 36, 39, 46, 47), mindestens einem den ersten Teilarbeitsraum (14) und den zweiten Teilarbeitsraum (15) verbindenden Überbrückungskanal (31), einem Überlastventil (45), das in einer Blockieranordnung eine Fluidströmung durch den Überbrückungskanal (31) blockiert und das bei Erreichen eines Mindest-Fluiddrucks in einer Freigabeanordnung vorliegt, in der eine Fluidströmung durch den Überbrückungskanal (31) freigegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluid-Dämpfer, insbesondere einen HydraulikDämpfer.
Bei einem Fluid-Dämpfer wird ein an einer Kolbenstange befestigter Kolben in einem Gehäuse gegen ein Dämpfungsfluid bewegt. Der Kolben wird durch das Dämpfungsfluid abgebremst und dadurch eine Dämpfungskraft verursacht. Die Dämpferkennlinie, also die von dem Dämpfer verursachte Dämpfkraft in Abhängigkeit einer Betätigungsgeschwindigkeit des Dämpfers, ist progressiv. Je schneller der Dämpfer betätigt wird, desto höher ist die von dem Dämpfer erzeugte Dämpfkraft. Eine zu hohe Dämpfkraft kann zu Beschädigungen und/oder Versagen von Bauteilen des Dämpfers führen und/oder die Befestigung des Dämpfers an den zu dämpfenden Komponenten wie beispielsweise einem Gepäckfach an einem Gehäuse beschädigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fluid-Dämpfer derart zu verbessern, dass eine Beschädigung des Dämpfers und/oder seiner Verbindung mit den zu dämpfenden Komponenten, insbesondere in Folge von unsachgemäßer Anwendung, ausgeschlossen ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass ein Fluid-Dämpfer ein Überlastventil aufweist, um einen Überbrückungskanal bei Erreichen eines Mindest-Fluiddrucks für eine Fluidströmung freizugeben. Es wurde gefunden, dass der Fluid-Dämpfer mit dem Überbrückungskanal eine Dämpferkennlinie aufweist mit einem ausgeprägten Plateaubereich. In diesem Plateaubereich weist der Fluid-Dämpfer eine im Wesentlichen konstante Dämpfkraft auf, insbesondere unabhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit. Eine unbeabsichtigte Fehlbetätigung des Dämpfers führt nicht zu einer Beschädigung des Fluid-Dämpfers oder seiner Verbindung mit den zu dämpfenden Komponenten. Eine maximal auf den Dämpfer wirkende Dämpfkraft ist zuverlässig begrenzt. Der Fluid-Dämpfer gewährleistet die Dämpffunktion mittels mindestens eines Durchströmkanals, durch den ein Dämpfungsfluid in einem Arbeitsraum von einem ersten Teilarbeitsraum in einen zweiten Teilarbeitsraum strömen kann. Der Arbeitsraum ist durch einen an einer Kolbenstange befestigten Kolben in den ersten Teilarbeitsraum und den zweiten Teilarbeitsraum unterteilt. Die Kolbenstange ist entlang der Längsachse eines Gehäuses des Fluid-Dämpfers geführt verlagerbar. Der Überbrückungskanal stellt eine zusätzliche Fluidverbindung zu dem Durchströmkanal dar. Der Überbrückungskanal ist eine Bypass-Fluidverbindung. Das Überlastventil ist insbesondere entlang des Überbrückungskanals angeordnet. In der Blockieranordnung ist eine Fluidströmung durch den Überbrückungskanal blockiert. Die Blockieranordnung ist dann gegeben, wenn in Folge der Betätigung der Kolbenstange in dem Fluid-Dämpfer der Mindest-Fluiddruck unterschritten ist. In der Blockieranordnung des Überlastventils ermöglicht der Fluid-Dämpfer die Dämpfungsfunktion eines konventionellen Fluid-Dämpfers.
Ein einstellbarer Fluid-Dämpfer gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine individuelle Anpassung eines maximal zulässigen Fluiddrucks in dem Dämpfer. Bei Erreichen des Mindest-Fluiddrucks wird das Überlastventil von der Blockieranordnung in die Freigabeanordnung überführt. Dieser Vorgang wird auch als Schaltvorgang bezeichnet. Der Mindest-Fluiddruck wird deshalb auch als Schaltvorgang bezeichnet. Der Schaltvorgang erfolgt insbesondere durch passive Komponenten. In der Freigabeanordnung ist eine weitere Erhöhung des Fluiddrucks im Wesentlichen ausgeschlossen. Durch den Überbrückungskanal ist eine ausreichende Strömungsfläche für das Dämpfungsfluid bereitgestellt. Das Überlastventil ist insbesondere derart ausgeführt, dass das Schalten kraftgesteuert erfolgt. Die den Schaltvorgang beeinflussenden Dämpferkomponenten wie beispielsweise den Überbrückungskanal absperrende Komponenten und/oder eine effektive Strömungsfläche des Überbrückungskanals definieren unmittelbar den Mindest-Fluiddruck.
Mindestens ein Dichtelement gemäß Anspruch 3 gewährleistet ein zuverlässiges Abdichten des Überbrückungskanals in der Blockieranordnung. Dadurch ist eine Fluidströmung durch den Überbrückungskanal in der Blockieranordnung verhindert.
Ein Dichtsitz gemäß Anspruch 4 verbessert die Zuverlässigkeit der Abdichtung des Überbrückungskanals in der Blockieranordnung.
Eine Ventilscheibe gemäß Anspruch 5 dient als Federelement. Die von dem Federelement verursachte Federkraft wirkt insbesondere der von dem Mindest-Fluiddruck verursachten Fluidkraft im Überbrückungskanal entgegen. Durch die Ventilscheibe wird die dem Fluiddruck entgegenwirkende Federkraft festgelegt. Insbesondere ist die effektive Federkraft abhängig von der Anzahl der verwendeten Ventilscheiben, von der Dicke der Ventilscheiben, von dem geometrischen Randbedingungen, die eine elastische Deformation der Ventilscheibe infolge des Fluiddrucks zulassen, einem Hebelarm der Fluidkraft auf die Ventilscheibe. In einer besonders vorteilhaften Ausführung, kann die Ventilscheibe gleichzeitig auch als Dichtelement dienen.
Zusätzlich oder alternativ kann bei einem Fluid-Dämpfer gemäß Anspruch 6 eine Dichtkugel als Dichtelement dienen. Das Dichtelement kann auch eine andere Geometrie aufweisen, beispielweise eine Kegelform, eine Zylinderform, einen Quader oder einen Würfel.
Ein Fluid-Dämpfer gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine zuverlässige Entlastung der Maximalkräfte im Dämpfer. Dadurch, dass der Überbrückungskanal eine erste Strömungsquerschnittsfläche aufweist, die größer ist als eine zweite Strömungsquerschnittsfläche des Durchströmkanals, ist gewährleistet, dass das zu verdrängende Fluid von dem einen Teilarbeitsraum in den anderen Teilarbeitsraum auch bei hoher Belastung des Fluid-Dämpfers möglich ist. Die erste Strömungsquerschnittsfläche des Überbrückungskanals beträgt insbesondere mindestens das Doppelte, insbesondere mindestens das Vierfache, insbesondere mindestens das Achtfache und insbesondere mindestens das Zehnfache der zweiten Strömungsquerschnittsfläche des Durchströmkanals. Es können auch mehrere Überbrückungskanäle vorgesehen sein, die durch das Überlastventil freigegeben werden. Entsprechend sind die ersten Strömungsquerschnittsflächen der Überbrückungskanäle zu addieren. Die Überbrückungskanäle können identisch oder unterschiedlich ausgeführt sein. Eine unterschiedliche Ausführung der Überbrückungskanäle ist beispielweise dadurch gegeben, dass die Überbrückungskanäle unterschiedliche Strömungsquerschnittsflächen aufweisen. Eine unterschiedliche Ausführung der Überbrückungskanäle ist auch durch den radialen Abstand des Überbrückungskanals von der Längsachse gegeben. Unterschiedliche Überbrückungskanäle, wie vorstehend beschrieben, können in ein und demselben Überlastventil unterschiedliche Schaltpunkte ermöglichen. Es ist möglich, ein Überlastventil mit mehr als einem Schaltpunkt bereit zu stellen.
Es ist auch denkbar, mehrere Durchströmkanäle vorzusehen, um die Dämpfungswirkung des Fluid-Dämpfers in der Blockieranordnung entsprechend einzustellen. Die Dämpfungswirkung des Fluid-Dämpfers ist von der Strömungsquerschnittsfläche abhängig.
Ein Überlastventil gemäß Anspruch 8 ermöglicht eine vorteilhafte Nachrüstung in bereits existierenden Fluid-Dämpfer. Insbesondere kann das Überlastventil kleinbauend und/oder leichtbauend an einem Kolben des Fluid-Dämpfers vorgesehen sein.
Ein Ventilkörper gemäß Anspruch 9 ermöglicht eine vorteilhafte Nachrüstung des Überlastventils. Der Ventilkörper kann unkompliziert an der Kolbenstange des Fluid-Dämpfers befestigt werden.
Die Integration des Überbrückungskanals im Ventilkörper gemäß Anspruch 10 ermöglicht eine vorteilhafte Festlegung des Mindest-Fluiddrucks. Das Überlastventil ist kompakt und mechanisch robust ausgeführt.
Ein Stützring gemäß Anspruch 11 ermöglicht eine vorteilhafte Stabilisierung des Ventilkörpers.
Ein Durchström-Dichtelement gemäß Anspruch 12 ermöglicht die Abdichtung des Durchströmkanals, insbesondere in der Freigabeanordnung. Das Durchström-Dichtelement ist insbesondere als Ringelement ausgeführt, das insbesondere radial abdichtend an einer Innenseite des Gehäuses des Fluid-Dämpfers anliegt. Das Durchström-Dichtelement ist insbesondere entlang der Längsachse des Gehäuses des Fluid-Dämpfers verlagerbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Fluid-Dämpfer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine vergrößerte Darstellung des Details II in 1, mit einem Überlastventil in einer Blockieranordnung,
3 eine 2 entsprechende Darstellung des Überlastventils in einer Freigabeanordnung,
4 eine perspektivische Darstellung eines Ventilkörpers des Überlastventils gemäß 2,
5 eine Ansicht des Ventilkörpers von unten,
6 eine Ansicht des Ventilkörpers von oben,
7 eine vergrößerte Seitenansicht des Ventilkörpers,
8 eine perspektivische Darstellung einer Ventilscheibe des Überlastventils gemäß 2,
9 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fluid-Dämpfers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
10 eine vergrößerte Darstellung des Details X in 9 mit einem Überlastventil in der Blockieranordnung,
11 eine 10 entsprechende Darstellung des Überlastventils in der Freigabeanordnung,
12 eine perspektivische Ansicht des Ventilkörpers des Überlastventils in 10,
13 eine Draufsicht auf den Ventilkörper gemäß 12,
14 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie XIV-XIV in 13,
15 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie XV-XV in 13,
16 eine schematische Darstellung von Dämpferkennlinien von Fluid-Dämpfer gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung.

Ein in 1 bis 8 dargestellter Fluid-Dämpfer 1 ist ein Hydraulikdämpfer, der beispielsweise an einem Gepäckfach in einem Flugzeug eingesetzt wird, um die Schwenkbewegung des Gepäckfaches gegenüber einem Gehäuse zu dämpfen und die Schwenkgeschwindigkeit zu steuern.
Der Fluid-Dämpfer 1 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 2 mit einer Längsachse 3 auf. Das Gehäuse 2 weist ein erstes, in 1 oben dargestelltes, verschlossenes Ende 4 und ein zweites geöffnetes, dem ersten Ende 4 gegenüberliegend angeordneten Ende 5 auf. An dem ersten Ende 4 ist an dem Gehäuse 2 ein erstes Befestigungselement 6 in Form einer Kugelkopfaufnahme vorgesehen. Das erste Befestigungselement 6 kann auch anders ausgeführt sein. Das erste Befestigungselement 6 dient zur Befestigung des Gehäuses 2 an einer ersten Komponente, beispielsweise einem Anlenkpunkt des stationären Gepäckfaches.
An dem zweiten Ende 5 ist aus dem Gehäuse 2 eine Kolbenstange 7 abgedichtet herausgeführt. Dazu ist in dem Bereich des zweiten Endes 5 in dem Gehäuse 2 eine Führungs-/Dichtungseinheit 8 angeordnet, die eine geführte Verlagerung der Kolbenstange 7 entlang der Längsachse 3 des Gehäuses 2 gewährleistet. Die Führungs-/Dichtungseinheit 8 ist in dem Gehäuse 2 mittels einer Haltescheibe 10, die durch eine umlaufende Sicke 11 im Gehäuse 2 fixiert ist, axial bezüglich der Längsachse 3 gehalten. Die Kolbenstange 7 ist entlang der Längsachse 3 verlagerbar. Die Kolbenstange 7 ist insbesondere konzentrisch zur Längsachse 3 in dem Gehäuse 2 angeordnet. Die Längsachse 3 ist auch die Längsachse der Kolbenstange. An einem freien, außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Ende ist an der Kolbenstange 7 ein zweites Befestigungselement 9 in Form einer Kugelkopfaufnahme vorgesehen. Das zweite Befestigungselement 9 kann auch in anderer Weise ausgeführt sein und dient zur Befestigung des Fluid-Dämpfers 1 an einer gegenüber der ersten Komponente beweglichen zweiten Komponente, insbesondere einer an dem Gepäckfach schwenkbar angelenkten Klappe zum Verschließen des Gepäckfaches.
Aus Darstellungsgründen sind in 1 das Gehäuse 2 und die Kolbenstange 7 unterbrochen dargestellt. Die tatsächliche Länge der Kolbenstange 7 und des Gehäuses 2 entlang der Längsachse 3 sind an den erforderlichen Hubweg für eine Schwenkverbindung angepasst.
Durch das Gehäuse 2 und die Haltescheibe 10 ist ein Arbeitsraum 12 begrenzt. In dem Arbeitsraum 12 ist Dämpfungsfluid angeordnet, das gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel Hydrauliköl ist. Als Dämpfungsfluid kann auch eine andere Flüssigkeit dienen. Das Dämpfungsfluid kann aber auch gasförmig ausgeführt sein. Das Dämpfungsfluid kann auch eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas sein.
Die Kolbenstange 7 ist mit einem zweiten Ende innerhalb des Gehäuses 2, also innerhalb des Arbeitsraums 12 angeordnet. An dem im Arbeitsraum 12 angeordneten Ende der Kolbenstange 7 ist eine Kolben-Einheit 13 befestigt, die den Arbeitsraum 12 in einen ersten Teilarbeitsraum 14 und einen zweiten Teilarbeitsraum 15 unterteilt. Der erste Teilarbeitsraum 14 ist durch das Gehäuse 2 und die Kolben-Einheit 13 begrenzt. Der zweite Teilarbeitsraum 15 ist durch das Gehäuse 2, die Kolben-Einheit 13 und die Haltescheibe 10 begrenzt.
Nachfolgend werden anhand von 2 bis 8 Aufbau und Funktion der Kolben-Einheit 13 näher erläutert.
Die Kolbenstange 7 weist einen zylindrischen Schaftabschnitt 16 und einen Kolbenabschnitt 17 auf. Der Durchmesser D_S des Schaftabschnitts 16 ist größer als der Durchmesser D_K des Kolbenabschnitts 17. Am Übergang vom Schaftabschnitt 16 zu dem Kolbenabschnitt 17 ist ein Wellenabsatz 18 gebildet, der zur axialen Abstützung der Kolben-Einheit 13 an der Kolbenstange 7 in axialer Richtung der Längsachse 3 gewährleistet. Die Kolben-Einheit 13 ist axial fixiert durch ein Befestigungselement 19 in Form einer Sicherungsmutter, die auf einen Gewindeabschnitt 20 an dem freien Ende der Kolbenstange 7 aufgeschraubt ist.
Die Kolben-Einheit 13 ist modular, insbesondere mehrteilig ausgeführt. Die Kolben-Einheit 13 umfasst eine Schutzscheibe 21, die stirnseitig an dem Wellenabsatz 18 der Kolbenstange 7 axial abgestützt ist. Die Schutzscheibe wird auch als Stützring bezeichnet. An der dem Wellenabsatz 18 abgewandten Stirnfläche weist die Schutzscheibe 21 einen Ringbund 22 auf. Der Ringbund 22 ist einteilig an der Schutzscheibe 21 angeformt. Der Ringbund 22 weist einen Außendurchmesser auf, der gegenüber dem Außendurchmesser der Schutzscheibe 21 reduziert ist. Insbesondere beträgt der Außendurchmesser des Ringbundes 22 höchstens 60 % des Außendurchmessers der Schutzscheibe 21, insbesondere höchstens 50 % und insbesondere höchstens 45 %.
Stirnflächig auf dem Ringbund 22 ist eine Ventilscheibe 23 angeordnet. Die Ventilscheibe 23 ist bezüglich ihres Zentrums 24, das konzentrisch zur Längsachse 3 angeordnet ist, doppelt achsensymmetrisch, im Wesentlichen kreuzförmig ausgeführt. Die Ventilscheibe 23 ist ein flächiges Element und insbesondere als Blechzuschnitt hergestellt. In einer ersten Vorzugsrichtung weist die Ventilscheibe 23 zwei Hauptfortsätze 25 auf. Die Hauptfortsätze 25 sind bezüglich des Zentrums 24 diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Hauptfortsätze 25 sind im Wesentlichen jeweils rechteckförmig ausgeführt, wobei die freien Eckenbereiche abgerundet sind. In einer zweiten Hauptrichtung, die senkrecht zu der ersten Hauptrichtung angeordnet ist, und eine Nebenrichtung darstellt sind jeweils zwei Nebenfortsätze 26 vorgesehen, die durch eine jeweils dazwischen liegende Einbuchtung 27 voneinander beabstandet sind. Die jeweils zwei benachbart angeordneten Nebenfortsätze 26 erstrecken sich parallel entlang der Nebenrichtung. Die paarweise gegenüberliegend angeordneten Nebenfortsätze 26 sind parallel zueinander angeordnet.
Die Ventilscheibe 23 ist derart dünnwandig ausgeführt, dass sie bezüglich einer Deformation senkrecht zu der Scheibenebene flexibel ist. Die Ventilscheibe 23 ist elastisch reversibel senkrecht zur Scheibenebene deformierbar.
Entlang der Längsachse 3 ist benachbart zu der Ventilscheibe 23 ein Ventilkörper 28 angeordnet, der in 4 bis 7 im Einzelnen dargestellt ist.
Der Ventilkörper 28 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgeführt mit einer ersten Stirnfläche 29, die insbesondere plan, also eben, ausgeführt ist, und mit einer zweiten Stirnfläche 30, die uneben, insbesondere konkav, ausgeführt ist. Der Ventilkörper 28 liegt mit der zweiten Stirnfläche 30 an der Ventilscheibe 23 an.
Der Ventilkörper 28 weist zwei erste Durchgangsbohrungen 31 auf, die diametral gegenüberliegend bezüglich der Längsachse 3 am Ventilkörper 28 angeordnet sind. Die ersten Durchgangsbohrungen 31 sind entlang einer ersten Kreislinie mit einem ersten Radius r₁ angeordnet. Es können auch mehr als zwei oder weniger als zwei erste Durchgangsbohrungen 31 vorgesehen sein.
Der Ventilkörper 28 weist vier zweite Durchgangsbohrungen 32 auf, die entlang einer zweiten Kreislinie angeordnet sind, die einen zweiten Radius r₂ aufweist. Der zweite Radius r₂ ist kleiner als der erste Radius r₁. Die zweiten Durchgangsbohrungen 32 sind jeweils paarweise diametral gegenüberliegend bezüglich der Längsachse 3 angeordnet. Entlang der zweiten Kreislinie der zweiten Durchgangsbohrungen 32 sind diese ungleich beabstandet zueinander angeordnet. Es ist auch möglich, dass weniger als vier oder mehr als vier zweite Durchgangsbohrungen 32 vorgesehen sind, die insbesondere auch gleich beabstandet entlang der zweiten Kreislinie angeordnet sein können.
Entlang des äußeren Umfangs weist der Ventilkörper 28 mehrere, gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sechs, Ausnehmungen 33 auf. Die Ausnehmungen 33 bilden mit der Innenwand 34 des Gehäuses 2 Axialkanäle 35 entlang der das Dämpfungsfluid bei einer Verlagerung der Kolben-Einheit 13 entlang der Längsachse 3 strömen kann. Dadurch, dass der Außendurchmesser des Ventilkörpers 28 kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 2, sind die Axialkanäle 35 entlang des gesamten Umfangs durch einen ringförmigen Kanal miteinander verbunden. Es ist ein Ring-Axialkanal gebildet, der im Bereich der Ausnehmungen 33 durch die Axialkanäle 35 eine vergleichsweise größere Strömungsfläche aufweist.
An der zweiten Stirnfläche 30 sind Querkanäle 36 vorgesehen, die von den zweiten Durchgangsbohrungen 32 an dem Ventilkörper 28 zum Außenumfang geöffnet geführt sind. Durch die Querkanäle 36 ist eine Fluidströmung durch die zweiten Durchgangskanäle 32 zunächst entlang der Längsachse 3 und dann in einer dazu senkrechten Ebene, quer zur Längsachse 3 möglich.
Jeweils zwischen zwei benachbarten Querkanälen 36 ist jeweils ein Zentriervorsprung 37 vorgesehen, der mit der Einbuchtung 27 der Ventilscheibe 23 korrespondiert. Die Ventilscheibe 23 ist in der zusammengebauten Anordnung der Kolben-Einheit 13 derart auf den Ventilkörper 28 aufgelegt, dass die Zentriervorsprünge 37 jeweils in die Einbuchtungen 27 eingreifen. Die Hauptfortsätze 25 decken die ersten Durchgangsbohrungen 31 ab. Die Nebenfortsätze 26 decken jeweils in axialer Richtung der Längsachse 3 die Querkanäle 36 ab. Am äußeren Umfang des Ventilkörpers 28, also in radialer Richtung der Längsachse 3, sind die Querkanäle 36 jeweils geöffnet.
Benachbart zu dem Ventilkörper 28 ist an der Kolben-Einheit 13 entlang der Längsachse 3 ein Kolben 38 angeordnet. Der Kolben 38 weist mehrere Axialbohrungen 39 auf, die insbesondere fluchtend zu den ersten Durchgangsbohrungen 31 angeordnet sind.
An einer im Ventilkörper 28 abgewandten Stirnseite weist der Kolben 38 einen umlaufenden Ringsteg 40. Der Ringsteg 40 bildet einen AxialAnschlag für einen Kolbenring 41. Der Kolbenring 41 bildet ein Durchström-Dichtelement. Der Kolbenring 41 liegt radial abdichtend an der Innenwand 34 des Gehäuses 2 an. Der Kolbenring 41 weist eine rechteckförmige Querschnittsfläche auf. Der Kolbenring 41 ist entlang der Längsachse 3 zwischen dem Ringsteg 40 und dem Ventilkörper 28 axial verschiebbar.
In eine dem Ventilkörper 28 abgewandte Stirnflächen-Vertiefung 42 des Kolbens 38 ist eine obere Ventilscheibe 43 eingesetzt, an der sich eine Deckscheibe 44 abstützt, die mittels der Sicherungsmutter 19 gehalten ist.
Zur Verbindung des ersten Teilarbeitsraums 14 mit dem zweiten Teilarbeitsraum 15 sind mehrere Durchströmkanäle vorgesehen. Eine Fluidströmung entlang der Durchströmkanäle erfolgt insbesondere in der Blockieranordnung des Überlastventils 45, die in 2 dargestellt ist.
In der Blockieranordnung erfolgt die Fluidströmung von der ersten Teilarbeitskammer 14 entlang eines Radialspalts 46 zwischen der Innenwand 34 des Gehäuses 2 und einer Außenseite der Deckscheibe 44 und/oder durch Axialbohrungen 47 der Deckscheibe 44. Die Fluidströmung setzt sich fort entlang der Axialbohrungen 39 im Kolben 38. Da in der Blockieranordnung eine weitere Axialströmung durch die ersten Durchgangsbohrungen 31 des Ventilkörpers 28 verhindert ist, da die ersten Durchgangsbohrungen 31 durch die Ventilscheibe 23 abgedichtet sind, erfolgt eine weitere Fluidströmung quer zur Längsachse im Bereich der aneinandergrenzenden Stirnflächen des Kolbens 38 und des Ventilkörpers 28. Von dort erfolgt die Fluidströmung entlang der zweiten Durchgangsbohrungen 32 und entlang der Querkanäle 36 in den Axialkanal 35 und von dort in den zweiten Teilarbeitsraum 15. Diese gedrosselte Strömung ist sowohl in Einschubrichtung 48 als auch in der entgegengesetzten Auszugsrichtung der Kolbenstange 7 möglich.
Bei einer übermäßigen Beanspruchung des Fluid-Dämpfers 1, insbesondere in Folge eines schnellen Einschiebens der Kolbenstange 7 in das Gehäuse 2 entlang der Einschubrichtung 48 wirkt das in den ersten Durchgangsbohrungen 31 des Ventilkörpers 28 verdrängte Dämpfungsfluid auf die Ventilscheibe 23 und insbesondere auf die Hauptfortsätze 25. Wegen der Elastizität der Ventilscheibe 23 kann diese im Bereich der Hauptfortsätze 25 von den ersten Durchgangsbohrungen 31 abgehoben werden. Dadurch werden die ersten Durchgangsbohrungen 31 als Überbrückungskanal freigegeben.
Das Abheben der Ventilscheibe 23 von den Überbrückungskanälen erfolgt in Abhängigkeit eines Mindest-Fluiddrucks, der als Schaltpunkt bezeichnet wird. Der Schaltpunkt ist dadurch veränderlich einstellbar, dass das Material für die Ventilscheibe verändert wird. Auch die Anzahl und/oder die Größe, also der Durchmesser, der ersten Durchgangsbohrungen 31 ermöglicht eine Einstellung des Mindest-Fluiddrucks. Die Fluidströmung in der Freigabeanordnung ist in 3 mit dem Strömungspfeil 49 angedeutet.
Die elastische Deformation der Ventilscheibe 23 ist durch die Schutzscheibe 21 geometrisch begrenzt. Die Schutzscheibe 21 dient als Abstützung der Ventilscheibe 23, insbesondere der Hauptfortsätze 25.
Der Mindest-Fluiddruck kann auch durch die Festlegung des Radialabstands, also des ersten Radius r₁ beeinflusst werden. Je größer der erste Radius r₁ gewählt ist, desto kleiner ist der Mindest-Fluiddruck, der ausreicht, um die Ventilscheibe 23 von der erste Durchgangsbohrung 31 abzuheben.
Die Ventilscheibe 23 ist elastisch federnd ausgeführt und bildet ein Federelement. Bei nachlassendem Fluiddruck wird die Ventilscheibe 23 selbsttätig wieder in die in 2 dargestellte Ausgangsposition, die die Blockieranordnung ist, zurückverlagert. Die Ventilscheibe 23 liegt abdichtend an der ersten Durchgangsbohrung 31 an. Die Ventilscheibe 23 ist ein Dichtelement.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Überlastventil 45 kleinbauend und insbesondere leichtbauend ausgeführt ist und an einer Kolbenstange eines bereits existierenden Fluid-Dämpfers in dem vorhandenen Bauraum integriert werden kann. Die Ausführung des Überlastventils 45 ist unkompliziert. Das Überlastventil 45 umfasst insbesondere den Ventilkörper 28 mit den als Überbrückungskanal ausgeführten ersten Durchgangsbohrungen 31 sowie die Ventilscheibe 23.
Die Kolben-Einheit 13 umfasst die Schutzscheibe 21, die Ventilscheibe 23, den Ventilkörper 28, den Kolben 38, den Kolbenring 41, die obere Ventilscheibe 43 und die Deckscheibe 44. Der Durchströmkanal ist gebildet durch die miteinander in Fluidverbindung stehenden Einzelkanäle, insbesondere die zweiten Durchgangsbohrungen 32, die Querkanäle 36, der Axialkanal 35, die Axialbohrungen 39, der Radialspalt 46 und/ oder die Axialbohrungen 47.
Die Kolben-Einheit 13 ist im Bereich des Kolbenabschnitts 17 an der Kolbenstange 7 festgelegt. Eine Verlagerung der Kolbenstange 7 entlang der Längsachse 3 bewirkt unmittelbar eine Verlagerung der Kolben-Einheit 13.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 9 bis 15 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.
Unterschiede gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel bestehen in der Ausgestaltung der Kolben-Einheit 13a und insbesondere des Überlastventils 45a. Der Ventilkörper 28a weist zwei erste Durchgangsbohrungen 31 und zwei zweite Durchgangsbohrungen 32 auf, die jeweils paarweise diametral gegenüberliegend bezüglich der Längsachse 3 angeordnet sind. Der umlaufende Axialkanal 35a ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch gebildet, dass der Außendurchmesser des Ventilkörpers 28a kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 2.
Ein weiterer Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Ventilscheibe 23a keine unmittelbare Dichtfunktion aufweist. Die Ventilscheibe 23a ist kein Dichtelement. Die Ventilscheibe 23a ist ein Federelement, zum Andrücken einer Dichtkugel 50 als Dichtelement gegen einen Dichtsitz 51, der als Stufe entlang der ersten Durchgangsbohrung 31 vorgesehen ist. Die Dichtkugel 51 ist aus Chromstahl hergestellt.
Die Ventilscheibe 23a ist insbesondere als Kreisringscheibe ausgeführt.
Der Kolben 38a weist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel keine Axialbohrungen auf. Dies gilt gleichermaßen für die Deckscheibe 44a, die keine Axialbohrung aufweist.
Die Schutzscheibe 21a weist neben dem Ringbund 22 einen zentrisch angeordneten Aufnahmebund 52 auf, auf den die Ventilscheibe 23a aufgesetzt und in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 3 gehalten ist. Eine axiale Fixierung der Ventilscheibe 23a ist durch den Ringbund 22 gewährleistet. Eine Abstützung der durchgebogenen Ventilscheibe 23a ermöglicht die Schutzscheibe 21a in der bereits beschriebenen Weise.
Eine Fluidströmung in der in 10 gezeigten Blockieranordnung des Überlastventils 45a erfolgt im Wesentlichen entlang der äußeren Radialspalte zwischen der Deckscheibe 44a und der Innenwand 34 bzw. des Kolbens 38a und der Innenwand 34 entlang der stirnseitigen Kontaktfläche zwischen dem Kolben 38a und dem Ventilkörper 28a entlang der zweiten Durchgangsbohrungen 32 und den Querkanälen 36, durch den Axialkanal 35a, vorbei an der Schutzscheibe 21a in den zweiten Teilarbeitsraum 15.
Wenn der Mindest-Fluiddruck der ersten Durchgangsbohrung 31 erreicht ist, wird die Dichtkugel 50 von dem Dichtsitz 51 entgegen der von der Ventilscheibe 23a ausgeübten Federkraft abgehoben, sodass eine Fluidströmung durch den Überbrückungskanal in Form der Durchgangsbohrung 31 möglich ist. Die Fluidströmung ist anhand des Strömungspfeils 49a in 11 symbolisiert.
Nachfolgend wird die Dämpfungswirkung des erfmdungsgemäßen Fluid-Dämpfers anhand einer Dämpferkennlinie in 16 erläutert. In dem stark schematisch dargestellten Diagramm ist entlang der Ordinate eine Belastungsgeschwindigkeit v eines Fluid-Dämpfers dargestellt. Die Abszisse stellt die von dem Fluid-Dämpfer verursachte Dämpfungskraft F dar. In durchgezogener Linie 53 ist die Dämpferkennlinie für einen aus dem Stand der Technik bekannten Fluid-Dämpfer dargestellt. Die Dämpferkennlinie 53 ist stark progressiv. Je schneller der Fluid-Dämpfer beansprucht wird, desto höher ist die Dämpfkraft.
In gestrichelter Linie ist die Dämpferkennlinie 54 eines erfmdungsgemäßen Fluid-Dämpfers dargestellt. Die Kennlinie 54 des erfmdungsgemäßen Fluid-Dämpfers verläuft bei geringen Belastungsgeschwindigkeiten v im Wesentlichen identisch wie die Kennlinie 53 des Dämpfers gemäß dem Stand der Technik. Bei hohen Geschwindigkeiten öffnet sich erfindungsgemäß das Überlastventil, sodass eine Kraftbeanspruchung im Dämpfer auf die maximale Kraft F_max begrenzt ist. Die maximale Kraft F_max repräsentiert den Schaltpunkt, der veränderlich einstellbar ist, wie vorstehend erläutert.

Claims

Fluid-Dämpfer (1; 1a) umfassend a. ein einen Arbeitsraum (12) aufweisendes Gehäuse (2), b. in dem Arbeitsraum (12) befindliches Dämpfungsfluid, c. eine im Arbeitsraum (12) angeordnete Kolben-Einheit (13; 13a) mit i. einer Kolbenstange (7), ii. einem an der Kolbenstange (7) befestigten Kolben (38; 38a), der den Arbeitsraum (12) in einen ersten Teilarbeitsraum (14) und in einen zweiten Teilarbeitsraum (15) unterteilt, iii. mindestens einem den ersten Teilarbeitsraum (14) und den zweiten Teilarbeitsraum (15) verbindenden Durchströmkanal (32, 35, 36, 39, 46, 47), iv. mindestens einem den ersten Teilarbeitsraum (14) und den zweiten Teilarbeitsraum (15) verbindenden Überbrückungskanal (31), v. einem Überlastventil (45), das in einer Blockieranordnung eine Fluidströmung durch den Überbrückungskanal (31) blockiert und das bei Erreichen eines Mindest-Fluiddrucks in einer Freigabeanordnung vorliegt, in der eine Fluidströmung durch den Überbrückungskanal (31) freigegeben ist.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindest-Fluiddruck einstellbar festlegbar ist.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Dichtelement (23; 50) zum Abdichten des Überbrückungskanals (31) in der Blockieranordnung.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Dichtsitz (51), an dem das Dichtelement (23; 50) in der Blockieranordnung abdichtend anliegt.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ventilscheibe (23; 23a) als Federelement und insbesondere als Dichtelement.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dichtkugel (50) als Dichtelement.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überbrückungskanal (31) eine erste Strömungsquerschnittsfläche aufweist, die größer ist als eine zweite Strömungsquerschnittsfläche des Durchströmkanals.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlastventil (45; 45a) kleinbauend, insbesondere in axialer Richtung des Fluid-Dämpfers, und/oder leichtbauend ausgeführt ist.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlastventil (45; 45a) einen Ventilkörper (28; 28a) aufweist, der insbesondere an der Kolbenstange (7) befestigt ist.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Überbrückungskanal (31) in den Ventilkörper (28; 28a) integriert ist.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlastventil (45; 45a) einen Stützring (21) aufweist, der insbesondere an der Kolbenstange (7) befestigt ist, wobei die Ventilscheibe (23; 23a) insbesondere zwischen dem Stützring (21) und dem Ventilkörper (28; 28a) angeordnet ist.
Fluid-Dämpfer (1; 1a) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Einheit (13; 13a) ein Durchström-Dichtelement aufweist, das insbesondere als Kolbenring (41) ausgeführt ist.