DE19829765A1 - Kolben-Zylinderaggregat mit einem hydraulisch-mechanischen Anschlag - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat nach dem Oberbegriff von Patentan­ spruch 1.

Aus der DE 35 33 386 A1, der DE 12 26 883 A1 oder auch der US 2,742,112 sind hy­ draulisch-mechanische Anschläge für Kolben-Zylinderaggregate, in diesem Fall Schwin­ gungsdämpfer, bekannt, bei denen eine Baueinheit aus Kolbenstange/Kolben über eine Druckanschlagfeder auf ein Bodenventil einwirkt. Der Durchströmungsquerschnitt des Bodenventils wird verringert, um den hydraulischen Anteil zu verwirklichen. Die Druck­ anschlagfeder übernimmt den mechanischen Anteil.

Ein hydraulisch-mechanischer Anschlag nach diesem Prinzip kann den Nachteil haben, daß extreme Dämpfdrücke auftreten können, bei denen die Belastbarkeit des Druckroh­ res seine Grenzen erreicht. Trotz der hohen Dämpfdrücke sind die Dämpfkräfte relativ gering, da als Verdränger nur die Kolbenstange mit ihrem Querschnitt wirksam ist. Bei Belastungen, wie sie beispielsweise bei Schwerlastnutzfahrzeugen auftreten, die mit Felsbrocken beladen werden, können diese genannten Grenzen überschritten werden.

Die auftretenden hohen Drücke in Verbindung mit der großen Fläche des Druckrohres würden das Druckrohr aufblähen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hydraulisch-mechanischen Anschlag zu realisieren, der auch bei einer Spitzenbelastung des Kolben-Zylinderaggregates dieses nicht verformt und mit wenig Aufwand in ein Kolben-Zylinderaggregat integrierbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Anschlag einen vom Druck­ rohr unabhängigen Druckzylinder mit einem vom einem Verschluß des Druckrohres un­ abhängigen Boden aufweist, in dem ein von einer Rückstellfeder in Ausfahrrichtung belasteter Trennkolben axial beweglich angeordnet ist, wobei die Rückstellfeder den Trennkolben gegen eine Anschlagfläche im Druckzylinder vorspannt und der Druckzy­ linder mindestens eine Drosselverbindung zu einem der dämpfmittelgefüllten Räume des Kolben-Zylinderaggregates aufweist und die Baueinheit Kolbenstange/Kolben eine Verlängerung aufweist, die im wesentlichen dem Arbeitsweg des Trennkolbens im Druckzylinder entspricht.

Funktional ist der hydraulisch-mechanisch Anschlag wie eine Patrone zu sehen, deren Betriebsdruck ohne überhöhte Belastung für das Druckrohr größer sein kann als bisher. Des weiteren ist der Betriebsdruck durch den Boden und den Trennkolben im Druckzy­ linder eingeschlossen, wobei durch die druckbeaufschlagte Fläche des Trennkolbens in Verbindung mit dem Betriebsdruck im Druckzylinder eine große Stützkraft nutzbar ist.

Des weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Druckzylinder mehrere Drossel­ verbindungen aufweist, die in Hubrichtung angeordnet sind. Man kann eine hubab­ hängige Kraftkennlinie des hydraulisch-mechanischen Anschlages erreichen. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Querschnitt der ein­ zelnen Drosselverbindungen in Einfahrrichtung des Trennkolbens abnimmt. Man erreicht eine sehr progressive Kennlinie.

Um sicherzustellen, daß auch der Betriebsdruck des hydraulisch-mechanischen Anschla­ ges einen Schwellwert nicht übersteigt, weist er ein Druckbegrenzungsventil auf. So ist das Druckbegrenzungsventil als ein Scheibenventil im Trennkolben ausgeführt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Trennkolben eine Füllöffnung auf, die in Wirkrichtung des Anschlag von der axial beweglichen Einheit Kolbenstange/Kolben verschlossen wird und in entgegengesetzter Richtung offen ist. Es soll eine möglichst rasche Bewegung des Trennkolbens auch in Ausfahrrichtung erreicht werden, weshalb ein Unterdruck im Druckzylinder zu vermeiden ist.

Entsprechend einem vorteilhaften Unteranspruch weist der Druckzylinder Stützmittel auf, die einen Rückraum zum Boden in einem der Arbeitsräume bilden. Der Rückraum kann an einen Ausgleichsraum oder an ein weiteres Ventil angeschlossen sein.

So ist vorgesehen, daß der hydraulisch-mechanische Anschlag als ein Druckanschlag ausgeführt ist und sich auf einem Bodenventilkörper abstützt. Damit ist eine einfache Lagerung erreicht.

Um die Zahl der möglichen Leckstellen gering zu halten, ist der Druckzylinder mit einem Preßsitz innerhalb des Druckrohres befestigt. Die Trennung der Arbeitsräume zu dem Ausgleichsraum oder beispielsweise zu einem außenliegenden Ventil übernimmt das Druckrohr.

So bilden der Druckzylinder und das Druckrohr einen Bypass, der einen der Arbeitsräu­ me mit einem weiteren Ventil, insbesondere einem Bodenventil verbindet. Wenn der hydraulisch-mechanische Anschlag nicht im Eingriff ist, muß kein Dämpfmedium durch die Drosselverbindungen des Anschlages verdrängt werden.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Schwingungsdämpfer in Gesamtdarstellung

Fig. 2 Hydr. mechanischer Anschlag im Detail

Fig. 3 Hydr. mechanischer Anschlag mit Druckbegrenzungsventil.

Die Fig. 1 zeigt 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 Ausgleichsraum 17 bilden. Am unteren Ende des Arbeitsraums 11 ist als ein Verschluß des Druckrohres ein Bodenventilkörper 19 angeordnet, auf dem sich ein hydraulisch-mechanischer An­ schlag 21 abstützt, wobei der Bodenventilkörper ein Rückschlagventil 23 und ein Dämpfventil 25 aufweist.

Die Fig. 2 zeigt die einfachste Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulisch­ mechanischen Anschlages 21. Der hydraulisch-mechanische Anschlag besteht aus einem Druckzylinder 27 mit einem Boden 29 und einem axial verschiebbaren Trennkolben 31, der mittels einer Ringdichtung 33 den hydraulisch-mechanische Anschlag vom unteren Arbeitsraum 11 trennt. Eine Rückstellfeder 35 spannt den Trennkolben gegen eine An­ schlagfläche eines Sicherungsringes 37 vor. Der Druckzylinder 27, der Boden 29 des Druckzylinders, der Trennkolben die Rückstellfeder und die Anschlagfläche bilden eine in sich geschlossene Baueinheit, die wie eine Patrone in das Druckrohr eingeschoben wird.

Der Druckzylinder 27 verfügt über Stützmittel 39, die am Bodenventilkörper 19 angrei­ fen und einen Rückraum 41 zwischen dem Boden 29 und dem Bodenventilkörper 19 bestimmen. Der Rückraum 41 ist über einen Bypass 43 mit dem unteren Arbeitsraum 11 verbunden. Der Bypass wird vom Innendurchmesser des Druckrohres und dem Außen­ durchmesser des Druckzylinders bestimmt. Die Befestigung des Druckzylinders erfolgt über eine Einspannung zwischen dem Druckrohr 7 und dem Bodenventilkörper 19. Das Druckrohr muß beim Einsatz des Druckanschlags nur geringfügig gekürzt werden. Um­ formungen irgendwelcher Art sind am Druckrohr nicht notwendig.

In dem Druckzylinder sind mehrere Drosselverbindungen 45 ausgeführt, die in Hubrich­ tung angeordnet sind und in Abhängigkeit einer gewünschten Dämpfkraftkennlinie in Einfahrrichtung des Trennkolbens 31 einen kleiner werdenden Querschnitt aufweisen können. Der Innenraum des Druckzylinders ist über die Drosselverbindungen 45 an den Bypass 43 angeschlossen.

Bei einer Kolbenstangenbewegung in Einfahrrichtung trifft ab einer vorgesehenen Hub­ lage eine Verlängerung 3a der Baueinheit Kolbenstange/Kolben auf den Trennkolben. Bis zu dieser Hublage wird ein Teil des Dämpfmediums durch das Dämpfventil 13 im Kolben 5 (s. Fig. 1) und ein Teil durch das Dämpfventil 25 im Bodenventilkörper 19 ver­ drängt. Dabei passiert das durch das Dämpfventil 25 verdrängte Dämpfmedium den Bypass 43.

Mit weiter zunehmender Einfahrbewegung wird der Trennkolben 31 in Richtung des Bodens 29 gegen die Rückstellfeder 35 verschoben, wodurch Dämpfmedium aus dem Druckzylinder 27 durch die Drosselverbindungen 45 verdrängt wird. Ein Teil des ver­ drängten Dämpfmediums entsprechend dem Ringraum des oberen Arbeitsraumes 9 strömt weiter durch das Dämpfventil 13 im Kolben 5, um im Arbeitsraum 9 keinen Un­ terdruck entstehen zu lassen. Der Arbeitsraum 11 hat sein Minimalvolumen erreicht, da in dem Maße, wie die Kolbenstange weiter in das Druckrohr 7 einfährt, sich der Trenn­ kolben ebenfalls weiterbewegt. Ein Volumenanteil des Dämpfmediums, der dem Volu­ men der einfahrenden Kolbenstange gleicht, strömt durch das Dämpfventil 25, siehe Fig. 1, in den Ausgleichsraum 17.

Zwischen dem Innenraum des Druckzylinders 27 und dem Bypass 43 liege ein sehr gro­ ßer Druckunterschied vor. Der vorherrschende Betriebsdruck des hydraulisch- mechanischen Anschlages 21 ist im Druckzylinder eingeschlossen und kann in diesem Maße nicht auf das Druckrohr 7 einwirken. Der Betriebsdruck in Verbindung mit der Fläche des Trennkolbens stellt eine Stützkraft für das Kolben-Zylinderaggregat dar.

Bei ausfahrender Kolbenstange wird der Trennkolben von der Rückstellfeder wieder in seine Ausgangslage am Sicherungsring 37 bewegt. Über die Drosselbohrungen kann sich der Innenraum des Druckzylinders 27 wieder füllen.

Die Fig. 3 stellt eine Weiterentwicklung der Fig. 2 dar, wobei das wesentliche Prinzip des hydraulisch-mechanischen Anschlages 21 identisch ist mit der Ausführung nach der Fig. 2, so daß nur auf funktionale und konstruktive Unterschiede eingegangen werden soll.

Zum einen verfügt der hydraulisch-mechanische Anschlag über ein Druckbegrenzungs­ ventil 47, das als ein Scheibenventil ausgeführt ist und den Innenraum des Druckzylin­ ders 27 mit dem unteren Arbeitsraum 11 verbinden kann, sobald ein Schwellwert über­ schritten ist.

Des weiteren verfügt der Trennkolben über eine Füllöffnung 49, die den unteren Ar­ beitsraum 11 mit dem Innenraum des Druckzylinders unabhängig von der Kolbenstan­ genbewegungsrichtung solange verbindet, bis die Verlängerung 3a die Füllöffnung 49 verschließt. Sobald die Verlängerung 3a die Füllöffnung verschließt, wird der hydrau­ lisch-mechanische Anschlag 21 wirksam. Es ist davon auszugehen, daß der Anschlag insbesondere bei einer Belastungsspitze, einsetzt. Die Federung der Fahrzeuge, für die ein solcher Anschlag konzipiert ist, verfügt häufig über eine sehr große Federrate, so daß eine schnelle Einfederungsbewegung eine zwar kürzere aber immer noch relativ rasche Ausfederungsbewegung nach sich zieht, wobei die ausfahrende Verlängerung 3a der Ausfahrbewegung des Trennkolbens 31 voreilt. Dabei wird die Füllöffnung kurzfri­ stig freigegeben, so daß Dämpfmedium aus dem unteren Arbeitsraum 11 in den Innen­ raum des Druckzylinders 27 nachströmen kann.

Alternativ zur Füllöffnung 49 kann auch ein sich in Ausfahrrichtung des Trennkolben öff­ nendes Rückschlagventil 49a zur Anwendung kommen, wodurch die Bewegungen der Kolbenstange und des Trennkolbens in Ausfahrrichtung keinen Einfluß auf den Füllvor­ gang ausüben können.

Die Funktionsbauteile Füllöffnung 49 und Druckbegrenzungsventil 47 stehen in Verbin­ dung mit einem Hohlniet 51. Ein Haltekragen 51a verspannt die Scheiben des Druck­ begrenzungsventils auf dem Trennkolben 31 und stellt gleichzeitig eine Art Ventilsitzflä­ che 51b für die Verlängerung dar.

Abweichend zur Fig. 2 ist der Druckzylinder 27 über einen Preßsitz 53 im Druckrohr 7 befestigt. Man vermeidet dadurch eine weitere potentielle Leckstelle zwischen dem un­ teren Arbeitsraum 11 und dem Ausgleichsraum 17.

Claims (10)

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend ein Druckrohr, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich angeordnet ist, wobei der Kolben das Druckrohr in zwei Arbeitsräume unterteilt, die mit Dämpfmedium gefüllt sind, wobei ab einer be­ stimmten Hublage ein hydraulisch-mechanischer Anschlag wirksam wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (21) einen vom Druckrohr (7) unabhängigen Druckzylinder (27) mit einem vom einem Verschluß des Druckrohres unabhängigen Boden (29) auf­ weist, in dem ein von einer Rückstellfeder (35) in Ausfahrrichtung belasteter Trenn­ kolben (31) axial beweglich angeordnet ist, wobei die Rückstellfeder 35 den Trenn­ kolben gegen eine Anschlagfläche im Druckzylinder (27) vorspannt und der Druck­ zylinder mindestens eine Drosselverbindung (45) zu einem der dämpfmittelgefüllten Räume (9; 11; 41; 17) des Kolben-Zylinderaggregates (1) aufweist und die Bauein­ heit Kolbenstange/Kolben (3; 5) eine Verlängerung (3a) aufweist, die im wesentli­ chen dem Arbeitsweg des Trennkolbens (31) im Druckzylinder (27) entspricht,

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (27) mehrere Drosselverbindungen (45) aufweist, die in Hubrichtung angeordnet sind.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der einzelnen Drosselverbindungen (45) in Einfahrrichtung des Trennkolbens (31) abnimmt.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulisch-mechanische Anschlag (21) ein Druckbegrenzungsventil (47) aufweist.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (47) als ein Scheibenventil im Trennkolben (31) ausgeführt ist.

6. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (31) eine Füllöffnung (49) aufweist, die in Wirkrichtung des Anschlages von der axial beweglichen Einheit Kolbenstange/Kolben (3; 5) verschlos­ sen wird und in entgegengesetzter Richtung offen ist.

7. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (27) Stützmittel (39) aufweist die einen Rückraum (41) zum Boden (29) in einem der Arbeitsräume (9; 11) bilden.

8. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulisch-mechanische Anschlag (21) als ein Druckanschlag ausgeführt ist und sich auf einem Bodenventilkörper (19) abstützt.

9. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (27) mit einem Preßsitz innerhalb des Druckrohres (7) befe­ stigt ist.

10. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (27) und das Druckrohr (7) einen Bypass (43) bilden, der ei­ nen der Arbeitsräume (11) mit einem weiteren Ventil (25), insbesondere einem Bo­ denventil verbindet.