DE102020101076A1

DE102020101076A1 - Stoßdämpferanordnung

Info

Publication number: DE102020101076A1
Application number: DE102020101076.1A
Authority: DE
Inventors: Nico Graßmann; Christian Alscher
Original assignee: ACE Stossdampfer GmbH
Current assignee: ACE Stossdampfer GmbH
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stoßdämpferanordnung mit einem Stoßdämpfer, der einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder 1 aufweist, dessen Innenraum durch einen verschiebbaren Kolben 2 in einen ersten und eine zweiten Arbeitsraum 3, 4 unterteilt ist. Dabei sind der erste und der zweite Arbeitsraum 3, 4 über eine Drossel 7 miteinander verbunden oder verbindbar und der Kolben 2 weist eine koaxial sich durch den zweiten Arbeitsraum 4 hindurch sowie durch eine Stirnwand 11 des Zylinders 1 hindurch abgedichtet nach außen geführte Kolbenstange 9 auf, deren äußeres Ende von einer Kraft in Einschubrichtung der Kolbenstange 9 beaufschlagbar ist. Mit einer die Kolbenstange 9 in Ausschubrichtung beaufschlagenden Druckfeder, deren eines Ende an einer äußeren Abstützfläche des Zylinders und deren anderes Ende am freien äußeren Endbereich der Kolbenstange 9 abgestützt ist. Die Druckfeder ist über einen Kraftsensor 17 an der äußeren Abstützfläche des Zylinders 1 abgestützt, durch den ein Kraftsignal entsprechend der Abstützkraft der Druckfeder an dem Zylinder 1 erfaßbar und ein entsprechendes Signal einer Auswerteeinheit zuleitbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stoßdämpferanordnung mit einem Stoßdämpfer, der einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder aufweist, dessen Innenraum durch einen verschiebbaren Kolben in einen ersten und eine zweiten Arbeitsraum unterteilt ist, wobei der erste und der zweite Arbeitsraum über eine Drossel miteinander verbunden oder verbindbar sind und der Kolben eine koaxial sich durch den zweiten Arbeitsraum hindurch sowie durch eine Stirnwand des Zylinders hindurch abgedichtet nach außen geführte Kolbenstange aufweist, deren äußeres Ende von einer Kraft in Einschubrichtung der Kolbenstange beaufschlagbar ist, mit einer die Kolbenstange in Ausschubrichtung beaufschlagenden Druckfeder, deren eines Ende an einer äußeren Abstützfläche des Zylinders und deren anderes Ende am freien äußeren Endbereich der Kolbenstange abgestützt ist.
Bei derartigen Stoßdämpferanordnungen ist es bekannt die jeweilige Kolbenstangenposition durch optische, magnetische, kapazitive oder induktive Positionssensoren zu erfassen, die ein entsprechendes Signal erzeugen und einer Auswerteeinheit zuleiten. Diese Daten geben Aufschluß über das Einfahrverhalten der Kolbenstange, was ein schnelles Erkennen von Fehlfunktionen des Stoßdämpfers ermöglicht. Auch kann die Einfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange und die Zykluszahl der Hübe ermittelt werden, die einen Sollwert nicht unter- oder überschreiten darf. Damit ist auch eine Langzeitüberwachung dieser Größen möglich.
Die bekannten Stoßdämpferanordnungen weisen einen aufwendigen Aufbau und ein große Baugröße auf.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Stoßdämpferanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und geringer Baugröße die jeweilige Position der Kolbenstange ermittelt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckfeder über einen Kraftsensor an der äußeren Abstützfläche des Zylinders abgestützt ist, durch den ein Kraftsignal entsprechend der Abstützkraft der Druckfeder an dem Zylinder erfaßbar und ein entsprechendes Signal einer Auswerteeinheit zuleitbar ist.
Über die in der Auswerteeinheit gespeicherte Federkennlinie der Druckfeder kann in der Auswerteeinheit die Position der Kolbenstange und des Kolbens im Zylinder ermittelt werden. Dabei kann die Druckfeder eine lineare oder auch nichtlineare Federkennlinie aufweisen.
Über die Änderung der Position von Kolbenstange und Kolben ist es auch möglich, daß in der Auswerteeinheit über die Positionsdaten der Kolbenstange weiterhin zusätzliche Informationen wie die Einfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange und/oder die Zykluszahl der Hübe von Kolben und Kolbenstange ermittelt werden.
Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht ohne größeren Aufwand einen großen meßbaren Hub von Kolben und Kolbenstange.
Da ein Kraftsensor keine große Erstreckung in Bewegungsrichtung der Kolbenstange aufweist, ist die Längserstreckung der Stoßdämpferanordnung gering gehalten.
Die Druckfeder erfüllt eine Doppelfunktion, da sie sowohl zur Zurückstellung der Kolbenstange in ihre ausgefahrene Grundposition als auch zur Kraftbeaufschlagung des Kraftsensors dient. Dies führt zu einer geringen Anzahl von Bauteilen sowie zu einem geringen erforderlichen Bauraum.
Da sich sowohl die Druckfeder als auch der Kraftsensor außerhalb des Zylinders befinden, kann dieser bis auf die Durchführung der Kolbenstange nach außen vollkommen geschlossen ausgeführt werden. Dies ermöglicht es, daß bei gleichen Kolben, Kolbenstange und Zylinder unterschiedliche Druckfedern und/oder Kraftsensoren angewandt werden können. Damit ist mit Gleichbauteilen eine Mehrzahl Stoßdämpferanordnungen herstellbar, was zu einer Reduzierung der Herstellkosten und der Lagerhaltung führt. Auch ist eine einfache Montage und eine einfache Demontage mit einem Austausch von Druckfeder und/oder Kraftsensor bei einem Defekt dieser Teile problemlos möglich.
Darüber hinaus ist die Anfälligkeit von Leckage des Zylinders wesentlich reduziert.
Das Dämpfmedium ist vorzugsweise eine Flüssigkeit wie z.B. ein Öl.
Die Druckfeder kann zur Reduzierung des erforderlichen Bauraums eine die Kolbenstange mit radialem Abstand koaxial umschließende Schraubendruckfeder sein.
Liegt sie dabei mit ihren Enden frei an ihren Abstützflächen an, kann sie sich bei der Hubbewegung der Kolbenstange mit ihren freien Enden auf den Abstützflächen um ihre Längsachse drehen, so daß eine Verfälschung der jeweiligen Federkraft zumindest weitgehend vermieden wird.
Der Kraftsensor kann zur einfachen Montierbarkeit und Demontierbarkeit lösbar an der äußeren Abstützfläche des Zylinders abgestützt sein.
Der Kraftsensor kann an einer beliebigen Stelle des Zylinders abgestützt sein.
Vorzugsweise ist der Kraftsensor an der Stirnwand des Zylinders abgestützt, durch die die Kolbenstange hindurchgeführt ist, so daß die Stirnwand bauteil-und bauraumsparend in Doppelfunktion als Verschluß des Zylinders als auch als Abstützfläche für die Druckfeder dient.
Ist die radiale Erstreckung der Druckfeder ≤ der radialen Erstreckung des Zylinders, so wird ein kompakter Aufbau der Stoßdämpferanordnung erreicht.
Die Länge der Kolbenstange kann größer sein als die Länge des Zylinders und an dem Zylinder ein zum freien äußeren Ende der Kolbenstange hin ragender Anschlag angeordnet sein, an den ein Gegenanschlag der Kolbenstange den Einfahrhub der Kolbenstange begrenzend anschlagbar ist.
Damit wird ein Anschlagen des Kolbens 2 an dem Boden 10 des Zylinders 1 verhindert. Auch kann ein Zusammendrücken der Druckfeder bis auf Block und damit ein aneinander Anschlagen der Federwindungen und damit eine Verkürzung der Lebensdauer der Druckfeder vermieden werden.
In einfach Weise kann dabei der Anschlag ein mit seinem einen Ende an der Stirnwand des Zylinders abgestütztes Anschlagrohr sein, das in Doppelfunktion auch als Schutzrohr für den Kraftsensor dienen kann.
Eine vorteilhafte Möglichkeit für den Kraftsensor besteht darin, daß der Kraftsensor ein Piezokraftsensor ist.
Eine andere Möglichkeit des Kraftsensors besonders einfacher Art, der robust ist und gute dynamische Lastwechseleigenschaften bei extrem hoher Genauigkeit und sehr guter Langzeitstabilität hat, besteht darin, daß der Kraftsensor ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifen aufweist, die auf einem an dem Zylinder abgestützten Biegeelement angeordnet sind, das federnd aus einer Grundstellung in eine der jeweiligen Kraftbeaufschlagung der Druckfeder entsprechende Auslenkstellung auslenkbar ist.
Dehnungsmeßstreifen und Biegeelement bilden dabei eine Wägezelle. Durch die Druckfeder, die auf dem Biegeelement aufliegt und in Druckrichtung verfährt, läßt sich durch die entsprechende Biegung des Biegeelements und der Dehnungsmeßstreifen der verfahrene Federweg ermitteln und somit die Position aller mit der Druckfeder verbundenen Körper. Entsprechend der Federkennlinie gibt es ein bestimmtes Verhältnis zwischen eingefahrenem Weg und der Kraft, die die Druckfeder auf die Dehnungsmeßstreifen ausübt.
An den Stellen des Biegeelements, an denen bei Lasteinleitung hohe Dehnungen und/oder Stauchungen auftreten, werden die Dehnungsmessstreifen aufgebracht, von denen vorteilhafterweise mindestens vier - zwei unter positiver und zwei unter negativer Dehnung - zu einer Wheatstone Brücke verschaltet werden. Diese bildet quasi einen „doppelten Spannungsteiler“ in dem sich die Widerstände so gegenläufig ändern, dass sich eine „Diagonalspannung“ näherungsweise proportional zur Verformung des Federkörpers ergibt.
Das Anschlagrohr kann koaxial zur Kolbenstange den Kraftsensor und ggf. teilweise die Schraubendruckfeder umschließen.
Für den Kraftsensor bildet sie einen Beschädigungsschutz und für die Schraubendruckfeder eine Führung ihres dem Zylinder zugewandten Endes.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

1 einen Längsschnitt einer Stoßdämpferanordnung
2 eine Perspektivansicht eines Kraftsensors der Stoßdämpferanordnung nach 1
3 eine Seitenansicht des Kraftsensors nach 2
4 eine Schnittansicht des Kraftsensors entlang der Linie A - A in 3.

Die in 1 dargestellte Stoßdämpferanordnung weist einen Zylinder 1 auf, dessen Innenraum mit einem Öl gefüllt ist, wobei der Innenraum durch einen Kolben 2 in einen unteren ersten Arbeitsraum 3 und einen oberen zweiten Arbeitsraum 4 unterteilt ist.
Der Zylinder 1 ist an seinem unteren Ende von einem Boden 10 und an seinem oberen Ende durch eine Stirnwand 11 verschlossen, wobei die Stirnwand 11 mit einem sich koaxial erstreckenden Führungslager 12 versehen ist.
An dem Kolben 2 ist eine Kolbenstange 9 angeordnet, die durch den zweiten Arbeitsraum 4 und eine koaxiale Führungsbohrung 13 des Führungslagers 12 sowie abgedichtet durch ein Dichtpaket 14 durch die Stirnwand 11 nach außen geführt ist.
An seinem äußeren freien Ende ist an der Kolbenstange 9 ein von einer Kraft in Einfuhrrichtung beaufschlagbarer Aufprallkopf 15 angeordnet.
Der Zylinder ist in einem topfartigen Gehäuse 5 angeordnet, wobei zwischen der Außenwand des Zylinders 1 und der Innenwand des Gehäuses 5 ein Ringraum 6 gebildet ist.
Entlang der Längserstreckung des Zylinders 1 verteilt sind in diesem Drosselbohrungen 7 ausgebildet, die den Innenraum des Zylinders 1 mit dem Ringraum 6 verbinden.
Der zweite Arbeitsraum 4 ist mit einem Speicherraum 8 verbunden, der ein Membranspeicher sein kann.
Bewegt sich der Kolben 2 durch Kraftbeaufschlagung des Aufprallkopfes 15 aus seiner dargestellten oberen Position, die seine Grundposition, nach unten, wird durch den Kolben 2 über die jeweils unterhalb des Kolbens 2 befindlichen Drosselbohrungen 7 Öl aus dem ersten Arbeitsraum 3 in den Ringraum 6 verdrängt, das über die jeweils oberhalb des Kolbens 2 befindlichen Drosselbohrungen 7 in den zweiten Arbeitsraum 4 strömen kann. Durch die Drosselbohrungen 7 erfolgt diese Bewegung gedämpft.
Da aufgrund der Kolbenstange 9 das maximale Volumen des zweiten Arbeitsraums 4 kleiner ist als das maximale Volumen des zweiten Arbeitsraums 4, wird der Überschuß an Öl aus dem zweiten Arbeitsraum 4 über Verbindungskanäle 16 in den Speicherraum 8 weitergeleitet.
An der Außenseite der Stirnwand 11 liegt ein Kraftsensor 17 mit seiner dem Zylinder 1 zugewandten Stirnseite 18 an. An der dem Zylinder 1 abgewandten Stirnseite 19 des Kraftsensors 17 ist eine die Kolbenstange 9 mit radialem Abstand umschließende Schraubendruckfeder 20 mit ihrem unteren Ende abgestützt. Mit ihrem oberen Ende ist die Schraubendruckfeder 20 an dem Aufprallkopf 15 abgestützt. Vorzugsweise ist die Schraubendruckfeder 20 in der Grundposition der Kolbenstange 9 unter einer definierten Vorspannung, die auch einstellbar sein kann.
Der Kraftsensor 17 weist einen Träger 22 mit einer zylindrischen Außenkontur und einer koaxialen Durchgangsbohrung 23 zum Hindurchführen der Kolbenstange 9 auf. Ein an der Stirnwand 11 des Zylinders abgestütztes Bodenteil 21 des Trägers 22 ist über einen sich parallel zur Kolbenstange 9 erstreckenden, zum Aufprallkopf 15 gerichteten ersten Steg 24 mit einem rechtwinklig zur Kolbenstange 9 bis zum diametral gegenüberliegenden Rand des Trägers 22 sich erstreckenden ringscheibenartigen Biegeelement 25 verbunden. Von diesem diametral gegenüberliegenden Rand des Trägers 22 erstreckt sich parallel zur Kolbenstange 9 und zum Aufprallkopf 15 gerichtet ein zweiter Steg 26, an dessen dem Aufprallkopf 15 näheren Ende in ein sich quer zur Kolbenstange 9 erstreckende Ringscheibe 27 des Trägers 22 angeordnet ist, deren dem Aufprallkopf 15 zugewandte Seite die Stirnseite 18 bildet, an der die Schraubendruckfeder 20 abgestützt ist.
Auf den beiden von dem ersten Steg 24 zum zweiten Steg 26 gerichteten Bereichen des Biegeelements 25 sind jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen 28 angeordnet, wobei zwei unter positiver und zwei unter negativer Dehnung zu einer Wheatstone Brücke verschaltet sind. Über einen Anschlußkontakt 29 ist diese Wheatstone Brücke mit einer nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden.
Ein Anschlagrohr 30 umschließt eng den Träger 22 des Kraftsensors 17 und ist mit seinem einen Ende an der Stirnwand 11 des Zylinders abgestützt.
Mit seinem anderen Ende ragt das Anschlagrohr 30 über den Kraftsensor 17 hinaus zum Aufprallkopf 15 hin und bildet einen Anschlag, an dem der Aufprallkopf 15 als Gegenanschlag in der maximal eingefahrenen Position der Kolbenstange 9 zur Anlage kommt und ein Anschlagen des Kolbens 2 an dem Boden 10 des Zylinders 1 verhindert. Gleichzeitig kann auch ein aneinander Anschlagen der Windungen der Schraubendruckfeder 20 verhindert werden.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Kolben
3: erster Arbeitsraum
4: zweiter Arbeitsraum
5: Gehäuse
6: Ringraum
7: Drosselbohrungen
8: Speicherraum
9: Kolbenstange
10: Boden
11: Stirnwand
12: Führungslager
13: Führungsbohrung
14: Dichtpaket
15: Aufprallkopf
16: Verbindungskanäle
17: Kraftsensor
18: zugewandte Stirnseite
19: abgewandte Stirnseite
20: Schraubendruckfeder
21: Bodenteil
22: Träger
23: Durchgangsbohrung
24: erster Steg
25: Biegeelement
26: zweiter Steg
27: Ringscheibe
28: Dehnungsmeßstreifen
29: Anschlußkontakt
30: Anschlagrohr

Claims

Stoßdämpferanordnung mit einem Stoßdämpfer, der einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder (1) aufweist, dessen Innenraum durch einen verschiebbaren Kolben (2) in einen ersten und eine zweiten Arbeitsraum (3, 4) unterteilt ist, wobei der erste und der zweite Arbeitsraum (3, 4) über eine Drossel (7) miteinander verbunden oder verbindbar sind und der Kolben (2) eine koaxial sich durch den zweiten Arbeitsraum (4) hindurch sowie durch eine Stirnwand (11) des Zylinders (1) hindurch abgedichtet nach außen geführte Kolbenstange (9) aufweist, deren äußeres Ende von einer Kraft in Einschubrichtung der Kolbenstange (9) beaufschlagbar ist, mit einer die Kolbenstange (9) in Ausschubrichtung beaufschlagenden Druckfeder, deren eines Ende an einer äußeren Abstützfläche des Zylinders (1) und deren anderes Ende am freien äußeren Endbereich der Kolbenstange (9) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder über einen Kraftsensor (17) an der äußeren Abstützfläche des Zylinders (1) abgestützt ist, durch den ein Kraftsignal entsprechend der Abstützkraft der Druckfeder an dem Zylinder (1) erfaßbar und ein entsprechendes Signal einer Auswerteeinheit zuleitbar ist.
Stoßdämpferanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder eine die Kolbenstange (9) mit radialem Abstand koaxial umschließende Schraubendruckfeder (20) ist.
Stoßdämpferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (17)lösbar an der äußeren Abstützfläche des Zylinders (1) abgestützt ist.
Stoßdämpferanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (17) an der Stirnwand (11) des Zylinders (1) abgestützt ist, durch die die Kolbenstange (9) hindurchgeführt ist.
Stoßdämpferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung der Druckfeder ≤ der radialen Erstreckung des Zylinders (1) ist.
Stoßdämpferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kolbenstange (9) größer ist als die Länge des Zylinders (1) und an dem Zylinder (1) ein zum freien äußeren Ende der Kolbenstange (9) hin ragender Anschlag angeordnet ist, an den ein Gegenanschlag der Kolbenstange (9) den Einfahrhub der Kolbenstange (9) begrenzend anschlagbar ist.
Stoßdämpferanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag ein mit seinem einen Ende an der Stirnwand (11) des Zylinders (1) abgestütztes Anschlagrohr (30) ist.
Stoßdämpferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor ein Piezokraftsensor ist.
Stoßdämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (17) ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifen (28) aufweist, die auf einem an dem Zylinder (1) abgestützten Biegeelement (25) angeordnet sind, das federnd aus einer Grundstellung in eine der jeweiligen Kraftbeaufschlagung der Druckfeder entsprechende Auslenkstellung auslenkbar ist.
Stoßdämpferanordnung nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagrohr (30) koaxial zur Kolbenstange (9) den Kraftsensor (17) und ggf. teilweise die Schraubendruckfeder (20) umschließt.