DE19746828A1 - Kolben-Zylinderaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

In der Regel besteht ein Kolben-Zylinderaggregat aus einem Zylinder im dem eine Kol­ benstange zusammen mit einem Kolben axial beweglich angeordnet ist. Am Zylinder und am äußeren Ende der Kolbenstange sind Anschlußorgane angeordnet, die zur An­ bindung an axial zueinander bewegliche Elemente dienen.

Ein Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeugfahrwerk ist beispielsweise ein Kolben- Zylinderaggregat. Ein grundsätzliches Problem bei Schwingungsdämpfern ist die Erzeu­ gung einer großen Dämpfkraft bei kleinen Zylinderdurchmessern. Eine Möglichkeit be­ steht darin, daß relativ dicke Kolbenstangen eingesetzt werden, deren verdrängendes Volumen maßgeblich bei der Berechnung der Dämpfkräfte eingeht. Damit ist aber auch ein erheblicher radialer Bauraumbedarf verbunden, da die Kolbenstange auch eine Kol­ benstangenführung und Kolbenstangendichtung benötigt. Des weiteren muß für das verdrängende Volumen ein Ausgleichsraum vorhanden sein, wodurch der Raumbedarf nochmals steigt.

Ein ähnliches Problem liegt bei Gasfedern vor. Der prinzipielle Aufbau ist einem Schwin­ gungsdämpfer vergleichbar. Es soll keine Dämpfkraft, sondern eine Druck- oder Zug­ kraft genutzt werden können, die sich aus der druckbeaufschlagten Kolbenstangen­ querschnittsfläche multipliziert mit dem Betriebsdruck im Zylinder berechnet. Auch bei dieser Anwendung ist ein großer Kolbenstangendurchmesser auf der einen Seite erstre­ benswert, wird aber von dem in der Regel zur Verfügung stehenden Bauraum be­ schränkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kolben-Zylinderaggregat zur realisieren, das eine maximale Betriebskraftausnutzung bei möglichst geringem Bauraum ermög­ licht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem der Zylinder eine seitliche Öffnung aufweist, durch die ein Anschlußorgan in Wirkverbindung mit dem Kolben und das andere Anschlußorgan in Wirkverbindung mit dem Zylinder steht, wobei die Öff­ nung eine axiale Erstreckung aufweist, die mindesten dem Hubweg des Kolbens ent­ spricht. Bei dem Kolben-Zylinderaggregat ist keine Kolbenstange vorhanden. Als druck­ beaufschlagbare Fläche steht der gesamte Kolbenquerschnitt zur Verfügung.

Der Kolben weist prinzipbedingt eine relativ lange Führung im Zylinder auf. Um den Ein­ fluß von unerwünschten Querkräften zu vermeiden, können auch mehrere Anschlußor­ gane in Umfangsrichtung verteilt am Kolben angeordnet sein. Bei mehreren Anschluß­ organen, insbesondere dann, wenn sie symmetrisch angeordnet sind, kompensieren sich die Querkräfte.

In weiterer Ausgestaltung weist die Öffnung in Umfangsrichtung Versatzabschnitte auf, die für das Anschlußorgan am Kolben eine Führungskulisse bilden. Mit dieser Maßnah­ me kann über den Kolbenhub auch eine Kolbendrehbewegung und damit eine Dreh­ bewegung der am Kolben-Zylinderaggregat angeschlossenen Bauteile ausgeführt wer­ den.

Im Hinblick auf eine gute Führung des Kolbens im Zylinder und einem geringen Gewicht ist der Kolben als ein Rohrkörper mit einem Boden ausgeführt.

In der Anwendung des Kolben-Zylinderaggregat als Blockierelement weist der Kolben mindestens eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitsräume auf, von denen mindestens eine über ein Stellorgan in Verbindung mit einem Ventil zumindest teilver­ schlossen werden kann, wobei das Stellorgan von außerhalb des Zylinders radial im Kol­ ben betätigt werden kann. Das Stellorgan kann im Vergleich zu einer Ausführung durch eine hohle Kolbenstange sehr viel kürzer ausgeführt sein. Demzufolge ergeben sich auch geringere Ungenauigkeiten in der Führung des Stellorgans.

Obwohl das Stellorgan radial eingesetzt wird, sind die mindestes eine von dem Stellor­ gan verschließbare Strömungsverbindung im wesentlichen axial zur Kolbenlängsachse ausgeführt. Es steht damit die kürzeste Verbindung zwischen den Arbeitsräumen zur Verfügung. Des weiteren sind die Strömungsverbindungen im Boden des als Rohrkörper ausgeführten Kolbens angeordnet. Mit dieser Maßnahme will man den Drosseleinfluß ausgehend von der Länge der Strömungsverbindung reduzieren. Insbesondere bei Kol­ ben-Zylinderaggregaten, die auch im Winter bei niedrigen Temperaturen stets im glei­ chen Maße einsatzbereit sein müssen, ist diese Merkmal wichtig.

Bei einer Anwendung des Kolben-Zylinderaggregat als Gasfeder ist ein Arbeitsraum mit einem Druckmedium, insbesondere Gas gefüllt und der andere Arbeitsraum weist einen Entlüftungsquerschnitt zur Außenseite des Zylinders auf.

Zur Änderung der Betriebskennlinien, beispielsweise der Dämpfkraftkennlinie bei einem Schwingungsdämpfer oder der Federkraftkennlinie bei einer Gasfeder ist in mindestens einem Arbeitsraum eine Feder angeordnet ist, deren Federkraft in Abhängigkeit der Fe­ derlänge zur Hublänge auf den Kolben einwirkt. Besonders raumsparend kann die Feder innerhalb des Rohrkörpers vom Kolben angeordnet sein.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher beschrieben wer­ den.

Es zeigt:

Fig. 1 Kolben-Zylinderaggregat als Gasfeder,

Fig. 2 Kolben-Zylinderaggregat als Schwingungsdämpfer,

Fig. 3 Kolben-Zylinderaggregat mit einer Blockierfunktion.

Die Fig. 1 zeigt ein Kolben-Zylinderaggregat 1 in der Ausführung einer Gasfeder. Ein Kolben 3 teilt einen Zylinder 5 in einen oberen und einen unteren Arbeitsraum 7; 9. Die beiden Arbeitsräume werden von mindestens einem Kolbenring 11 getrennt. Der untere Arbeitsraum 9 ist mit einem Druckmedium, beispielsweise Gas gefüllt, hingegen herrscht im oberen Arbeitsraum Atmosphärendruck, da ein Entlüftungsquerschnitt 13 eine Verbindung zur Außenseite des Zylinders herstellt. Für die Betriebskraft der Gasfe­ der steht der gesamte Kolbenquerschnitt zur Verfügung.

Der Kolben des Kolben-Zylinderaggregat besteht aus einem Boden 15 und einem Rohr­ körper 17. Die Führungsfunktion wird vom Rohrkörper und die Trennfunktion vom Bo­ den übernommen.

Zur Anbindung des Kolben-Zylinderaggregates an zwei relativ zueinander bewegliche Elemente wie Klappen, Fenster o. ä. ist ein erstes Anschlußorgan 19 am Zylinder ausge­ führt. Ein zweites Anschlußorgan 21 greift durch eine seitliche Öffnung 23 am Kolben 3 an. Die Öffnung verfügt über eine Länge, die mindestens dem Hubweg des Kolbens entspricht. Zur Montage kann das Anschlußorgan 21 am Kolben angeschraubt werden.

Sofern es für eine Anwendung sinnvoll ist, kann die Öffnung als ein Führungskulisse ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung des Zylinders Versatzabschnitte 23a aufweist. Durch diese Maßnahme kann der Kolben in Abhängigkeit seiner Hublage eine Drehbe­ wegung ausführen, die dann auch zur einer Drehbewegung der beiden an den An­ schlußorganen befestigten Bauteilen führt. Des weiteren können zur Kompensation von Querkräften auch mehrere Anschlußorgane in Umfangsrichtung verteilt eingesetzt wer­ den.

Die Fig. 2 zeigt einen Schwingungsdämpfer, dessen Kolben 3 und Zylinder 5 hinsicht­ lich der Anschlußorgane identisch mit dem Kolben-Zylinderaggregat der Fig. 1 ist. Ab­ weichend sind beide Arbeitsräume 7 und 9 vollständig mit einem Dämpfmedium, insbe­ sondere Öl gefüllt. Zwischen den Arbeitsräumen liegt mindestens eine Strömungsver­ bindung 25 vor, die einen Zugang zu einer Dämpfeinrichtung 27 bildet. Um den Einfluß Baulänge der Strömungsverbindung auf die Drosselwirkung möglichst gering zu halten, ist die Strömungsverbindung 25 im Boden des Kolbens 3 ausgeführt.

Bei einer Hubbewegung des Kolbens steht Dämpfvolumen entsprechend dem Hubweg multipliziert mit dem Kolbenquerschnitt zur Verfügung. Zwischen den beiden Arbeits­ räumen 7; 9 wird das gesamte Dämpfvolumen umgepumpt, so daß kein Ausgleichs­ raum notwendig ist. In dem Maße, wie ein Volumenteil aus dem einen Arbeitsraum ver­ drängt wird, vergrößert sich der andere Arbeitsraum um genau diesem Volumenteil. Für beide Bewegungsrichtungen steht dasselbe Dämpfvolumen an. Des weiteren kann die Drosselung der Dämpfeinrichtung 27 sehr stark sein, da keine Kaviatation, wie bei­ spielsweise bei einem überdämpften Zweirohrdämpfer im oberen Arbeitsraum, auftre­ ten kann.

Die Ausführung nach der Fig. 3 stellt eine Abwandlung der Fig. 2 dar. Ebenso wie in der Fig. 2 sind beide Arbeitsräume des Zylinders 5 mit einer Flüssigkeit gefüllt. Des weiteren besteht auch eine Strömungsverbindung 25 zwischen den Arbeitsräumen 7; 9.

Der wesentliche funktionale Unterschied besteht darin, daß die Strömungsverbindung durch ein Ventil 27 über eine Stellstange 29 von außerhalb des Zylinders 5 betätigt wer­ den kann. Die Stellstange 29 wird radial auf einen Ventilkörper 31, der von einer Ventil­ feder 33 in Schließrichtung vorgespannt ist. Ein Bund 35 an der Stellstange dient als Anschlag für die Blockierfunktion des Ventils 27. Der Vorteil der radialen Ventilbetäti­ gung liegt darin, daß im Vergleich zu bekannten Blockierventilen zur Ventilöffnung eine deutlich geringe Kraft eingesetzt werden muß da der im Aggregat herrschende Be­ triebsdruck der Öffnungsbewegung nicht direkt entgegenwirkt.

Innerhalb der Strömungsverbindung ist ein Staudruckventil 37 angeordnet, das oberhalb von einem Schwellwert des Staudrucks in einem der Arbeitsräume unabhängig von der Ventilschaltstellung des Ventils 27 eine Blockierung der Kolbenbewegung mit sich bringt. Das Staudruckventil kann beispielsweise aus einem in Öffnungsrichtung federbe­ lasteten Körper bestehen, der von einem hohen Staudruck gegen die Federkraft auf eine Ventilschließfläche gedrückt werden kann. Selbstverständlich kann ein Staudruckventil für beide Durchströmungsrichtungen eingesetzt werden. Anwendungen ergeben sich beispielsweise für Sitzverstellungen bei einem Kraftfahrzeug, bei dem auch bei einem deblockierten Kolben-Zylinderaggregat bei einem Unfall die momentane Sitzeinstellung erhalten bleibt.

Zusätzlich zu den Ausführungen nach den Fig. 1 und Fig. 2 kann eine Druckfeder 39 eingesetzt werden, die den Kolben in eine Richtung vorspannt. Die Druckfeder ist im Rohrkörper 17 des Kolbens 3 geführt und kann sich an seinem Boden 15 abstützen. Es können relativ lange Federn mit einer kleinen Federrate eingesetzt werden, da durch die Führung im Rohrkörper die Gefahr der Knickung relativ gering ist. Alternativ und in die­ ser Ausführung nicht dargestellt, kann auch ein Druckgasraum eingesetzt werden, der von einem Trennkolben zu einem Arbeitsraum separiert ist.

Claims (10)

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem ein Kolben axial beweg­ lich angeordnet ist, wobei der Kolben den-Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, wobei Anschlußorgane eine Anbindung des Kolben-Zylinderaggregates an zwei rela­ tiv zueinander bewegliche Elemente bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (5) mindestens eine seitliche Öffnung (23) aufweist, durch die ein Anschlußorgan (21) in Wirkverbindung mit dem Kolben (3) und das andere An­ schlußorgan (19) in Wirkverbindung mit dem Zylinder (5) steht, wobei die Öff­ nung(en) (23) eine axiale Erstreckung aufweist/aufweisen, die mindestens dem Hub­ weg des Kolbens (3) entspricht.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Anschlußorgane (21) in Umfangsrichtung verteilt am Kolben (3) ange­ ordnet sind.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (23) in Umfangsrichtung Versatzabschnitte (23a) aufweist und für das Anschlußorgan (21) am Kolben 5) eine Führungskulisse bildet.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) als ein Rohrkörper (17) mit einem Boden (15) ausgeführt ist.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) mindestens eine Strömungsverbindung (25) zwischen den Arbeits­ räumen (7; 9) aufweist, von denen mindestens eine über ein Stellorgan (29) in Ver­ bindung mit einem Ventil (31; 33) zumindest teilverschlossen werden kann, wobei das Stellorgan (29) von außerhalb des Zylinders (5) radial im Kolben (3) betätigt wer­ den kann.

6. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestes eine von dem Stellorgan (29) verschließbare Strömungsverbin­ dung (25) im wesentlichen axial zur Kolbenlängsachse ausgeführt sind.

7. Kolben-Zylinderaggregat nach den Ansprüchen 1 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindungen (25) im Boden (15) des als Rohrkörper (17) ausge­ führten Kolbens (3) angeordnet sind.

8. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsraum (9) mit einem Druckmedium, insbesondere Gas gefüllt ist und der andere Arbeitsraum (7) einen Entlüftungsquerschnitt (13) zur Außenseite des Zy­ linders (5) aufweist.

9. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Arbeitsraum (7; 9) eine Feder (39) angeordnet ist, deren Fe­ derkraft in Abhängigkeit der Federlänge zur Hublänge auf den Kolben (3) einwirkt.

10. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (39) innerhalb des Rohrkörpers (17) vom Kolben (3) angeordnet ist.