DE19853029A1 - Kolben-Zylinderaggregat - Google Patents

Abstract

Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, der von einem Kolben an einer Kolbenstange in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei zwischen den beiden Arbeitsräumen eine Fluidenverbindung vorliegt, die mittels einer Ventileinrichtung blockierbar ist, wobei die Ventileinrichtung zwei Ventilbaugruppen umfaßt, die den Fluidenstrom zwischen den Arbeitsräumen in beiden Strömungsrichtungen beeinflussen und der Ventileinrichtung mindestens eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitsräumen beigeordnet ist, die einen der beiden Arbeitsräume in Durchlaßrichtung mit einer der Ventilbaugruppe verbindet, wobei eine weitere Strömungsverbindung des anderen der beiden Arbeitsräume mit der anderen der beiden Ventilbaugruppen zumindest gedrosselt ist, wobei eine Ventilbaugruppe eine erste Ventilschaltstufe und eine zweite Ventilschaltstufe umfaßt, wobei die erste Ventilschaltstufe eine größere Ventilöffnungskraft aufweist als die zweite Ventilschaltstufe, wobei im Strömungsweg zwischen den Ventilschaltstufen eine Drosseleinrichtung angeordnet ist, die eine Druckreduzierung zwischen der Ventilabströmseite der ersten Ventilschaltstufe zur Ventileinströmseite der folgenden Ventilschaltstufe aufweist, wobei die Drosseleinrichtung mit zunehmendem Öffnungsgrad der ersten Ventilschaltstufe an Wirkung abnimmt und im selben Maß die Druckbeaufschlagung der folgenden Ventilschaltstufe an der Ventileinströmseite zunimmt.

Description

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

Aus der DE 44 31 626 A1, insbesondere der Ausführung nach Fig. 4, ist ein gattungs­ bilden des Kolben-Zylinderaggregat bekannt, umfassend einen Zylinder, der von einem Kolben an einer Kolbenstange in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei zwischen den beiden Arbeitsräumen eine Fluidenverbindung vorliegt, die mittels einer Ventileinrich­ tung blockierbar ist, wobei die Ventileinrichtung zwei Ventilbaugruppen umfaßt, die den Fluidenstrom zwischen den Arbeitsräumen in beiden Strömungsrichtungen beein­ flussen und der Ventileinrichtung mindestens eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitsräumen beigeordnet ist, die einen der beiden Arbeitsräume in Durchlaßrichtung mit einer der Ventilbaugruppe verbindet, wobei eine weitere Strömungsverbindung des anderen der beiden Arbeitsräume mit der anderen der beiden Ventilbaugruppen bloc­ kiert ist.

Man hat festgestellt, daß Kolben-Zylinderaggregate n dieser Bauform zu Schaltgeräu­ schen neigen, die in der Anwendung häufig als Komfortmangel zu bewerten sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Schaltgeräusche zu mi­ nimieren, wobei der Gesamtaufbau des Aggregats konstruktiv und fertigungstechnisch einfach bleiben soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Ursache für die aus dem Stand der Technik bekannten Schaltgeräusche ist darin zu sehen, daß bei der Durchströmung der Ventilbaugruppen ein plötzlicher Druckabfall stattfindet. Dieser plötzliche Druckabfall wird durch die erfindungsgemäße Drosselein­ richtung gezielt vorgenommen, so daß Schaltgeräusche zumindest minimiert werden konnten. Damit die Drosseleinrichtung nicht permanent wirksam ist und unter Umstän­ den den Bedienungskomfort des Kolben-Zylinderaggregates beeinträchtigt, nimmt die Wirkung der Drosseleinrichtung mit zunehmendem Öffnungsgrad der ersten Ventilstufe ab.

Im Hinblick auf einen geringen konstruktiven Aufwand werden die beiden Strömungs­ verbindungen von einem Wechselventil gegensinnig in Durchlaufrichtung und in Bloc­ kierfunktion geschaltet. Das Wechselventil kann sehr kompakt gebaut werden und ver­ fügt nur über ein einziges bewegliches Ventilelement.

In weiterer konstruktiver Ausgestaltung ist die Ventileinrichtung im Kolben angeordnet und das Wechselventil wird von einem axial beweglichen Kolbenring gebildet, der in einer Kolbenringnut mit einem Axialspiel gekammert ist, wobei die Kolbenringnut an die Ventileinrichtung angebunden ist. Damit kann ein ohnehin notwendiger Kolbenring eine weitere Funktion, nämlich die eines Wechselventils übernehmen, ohne daß weitere Bauteile oder ein zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt werden müssen. Des wei­ teren besteht stets ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Bewegungsrichtung des Kolbens und der gewünschten Schaltstellung des Wechselventils. Dafür sorgt die Reibungskraft zwischen dem Kolbenring und der Innenwandung des Zylinders.

Es ist vorgesehen, daß die beiden Ventilschaltstufen der Ventilbaugruppe in Wirkverbin­ dung stehen so daß eine Öffnungsbewegung der ersten Ventilschaltstufe auf die zwei­ te Ventilschaltstufe übertragen wird. Dazu sind die beiden Ventilschaltstufen über ein Trägerelement starr miteinander verbunden.

Im Hinblick auf eine geringe Toleranzempfindlichkeit der Ventilbaugruppe ist minde­ stens eine Ventilschaltstufe als Schieberventil ausgeführt.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 Kolben-Zylinderaggregat in Schnittdarstellung;

Fig. 2 Abwandlung der Ventileinrichtung nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat 1, das eine Kol­ benstange 3 umfaßt, die mit einem Kolben 5 in einem Zylinder 7 axial beweglich ange­ ordnet ist. Der Kolben 5 teilt den Zylinder 7 in einen ersten Arbeitsraum 9 und einen zweiten Arbeitsraum 11. Je nach Anwendung kann das Aggregat mit einer durchge­ henden Kolbenstange in der Bauform eines Gleichgangaggregates oder mit einer ein­ seitig aus dem Zylinder fahrenden Kolbenstange in der Bauform eines Differentialzylin­ ders ausgeführt sein, der dann einen nicht dargestellten Ausgleichsraum mit einer Druckvorspannung, z. B. einem Gas oder einer mechanischen Feder in Verbindung mit einem Trennkolben aufweist.

Im Kolben 5 ist eine Ventileinrichtung 13 angeordnet, die eine Fluidverbindung 15 zwi­ schen den Arbeitsräumen 9 und 11 steuert. Dazu verfügt die Ventileinrichtung über zwei Ventilbaugruppen 17, 19, die jeweils über eine Strömungsverbindung 21, 23, aus­ gehend von den Arbeitsräumen, mit der Fluidverbindung 15 verbindbar sind. Jede der beiden Ventilbaugruppen besteht aus einer ersten Ventilschaltstufe 25, 27 für jeweils eine Durchströmungsrichtung. Der Zeichnungsausschnitt ist so gewählt, daß man nur die Ventilschaltstufen für die Zugrichtung erkennen kann.

Die erste Ventilschaltstufe 25 ist an einem Ende der Fluidverbindung 15 angeordnet und besteht aus einem ersten und einem zweiten Dichtring 29, 31 zwischen denen ein Ven­ tilkörper 33 ein- und ausfahren kann, und damit ein Schieberventil bildet. Der Ventilkör­ per 33 der ersten Ventilschaltstufe ist mit einem Trägerelement 35 einstückig ausge­ führt. Der Ventilkörper 33 kann stiftförmig oder als umlaufender Steg ausgeführt sein. In der Stiftausführung muß gewährleistet sein, daß sich das Trägerelement 35 nicht ver­ drehen kann. Das Trägerelement verfügt über eine Lagerstelle 37 zur Kolbenstange 3, und sorgt für eine radiale Zentrierung des Trägerelementes auf der Kolbenstange und für eine dynamische Dichtung zwischen der Vorder- und Rückseite des Trägerelementes. Axial ebenfalls im Trägerelement nachgeschaltet ist die zweite Ventilschaltstufe 27. Die zweite Ventilschaltstufe besteht aus einem im Trägerelement 35 gekammerten Ventil­ dichtring 39, der an einer Innenwandung 41 des Kolbens radial vorgespannt ist.

Zwischen den beiden Dichtringen 29,31 und dem Ventildichtring 39 erstreckt sich ein Steuerraum 43. Der Steuerraum 43 ist dann minimal, wenn das Trägerelement 35 an einer Anschlagfläche 45 des Kolbens 5 anliegt. In diesem Zustand sind beide Ventil­ schaltstufen durch die Vorspann kraft einer Ventilschließfeder 47 geschlossen.

Die Innenwandung 41 des Kolbens verfügt im Bereich zwischen den beiden Ventil­ schaltstufen über eine Drosseleinrichtung 49, die aus radial sich vergrößernden Längs­ kanälen besteht.

Gesteuert wird die Ventileinrichtung durch ein Wechselventil 51, das als Ventilkörper einen Kolbenring 53 aufweist, der in einer Nut 55 mit axialem Spiel gekammert ist. Die Kolbenringnut steht in Verbindung mit der Fluidenverbindung 15.

Bei einer Bewegung der Kolbenstange in Pfeilrichtung relativ zum ortsfesten Zylinder 7, wird flüssiges oder gasförmiges Betriebsmedium aus dem Arbeitsraum 1 von dem Kol­ ben 5 verdrängt. Das verdrängte Betriebsmedium strömt in die erste Strömungsverbin­ dung 21 bis zum Wechselventil 51, das reibkraftbedingt die dargestellte Betriebsposition einnimmt. Das geöffnete Wechselventil stellt die Verbindung zwischen der Strömungs­ verbindung 21 und der Fluidverbindung 15 her, so daß das Betriebsmedium an der Stirnfläche des Ventilkörpers 33 ansteht. Der Ventilkörper 33 verfügt über eine relativ kleine Stirnfläche, so daß ein höherer Druck aufgebaut werden muß, um über die Stirn­ fläche eine ausreichende Öffnungskraft der Ventilbaugruppe 7 zu erreichen.

Ist gegen die Kraft der Schließfeder 47 eine ausreichend große Öffnungskraft erreicht, bewegt sich der Ventilkörper 33 zusammen mit dem Trägerelement 35, wobei das Trä­ gerelement von der Anschlagfläche 45 abhebt. Das Betriebsmedium dringt in den Steu­ erraum 43, wobei über die Drosseleinrichtung 49 ein gezielter Druckabbau vorgenom­ men wird. In dieser Bewegungsphase der Ventilschaltstufe 25 ist die zweite Ventil­ schaltstufe 27 noch geschlossen. Es steht als druckbeaufschlagte Fläche die Kreisringflä­ che zwischen der Kolbenstange 3 und der Innenwandung 41 zur Verfügung. Die not­ wendige Öffnungskraft für die zweite Ventilschaltstufe 27 ist folglich viel kleiner als die Öffnungskraft für die erste Ventilschaltstufe 25.

Damit sich im Steuerraum 43 kein Unterdruck einstellen kann, verfügt die Ventileinrich­ tung 13 über ein Steuerraumunterdruckventil 57, das aus einem Druckausgleichskanal 59 und einem Scheibenventil 61 besteht. Der Druckausgleichskanal 59 ist zwischen dem Arbeitsraum 11 und dem Steuerraum 43 angeordnet. Das Scheibenventil ist in einer V-Nut axial und radial positioniert. Bei einem sich aufbauenden Unterdruck im Steuer­ raum 43 öffnet das Scheibenventil, so daß der Steuerraum mit dem Arbeitsraum 11 ver­ bunden ist, und kein Unterdruck auftreten kann.

Wenn die erste Ventilschaltstufe 45 ihre maximale Öffnungsposition erreicht hat, be­ wegt sich der Ventildichtring 39 der zweiten Ventilschaltstufe in einen mit Schlitzen 63 versehenen Bereich des Kolbens, so daß ein Übertritt von Betriebsmedium aus den Steu­ erraum in den Arbeitsraum 11 erfolgen kann, und damit eine vollständige Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 9,1 vorliegt. Die besagten Schlitze 63 stellen eine weitere Drosseleinrichtung dar, um einen gezielten Druckabbau zwischen dem Steuer­ raum 43 und dem zweiten Arbeitsraum 11 zu erreichen.

Bei einer Bewegungsrichtungsumkehr der Kolbenstange 3 wird der Kolbenring 53 an die linke Seite der Kolbenringnut 55 angelegt. Damit kann Betriebsmedium aus dem Arbeitsraum 11 über die zweite Strömungsverbindung 23, die ebenfalls von einem Spalt zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Zylinders gebildet wird, über eine Anbindung in die Fluidenverbindung 15 eintreten, um die Ventilbaugruppe 19 für diese Bewegungsrichtung mit Druck zu beaufschlagen. Bei diesem Vorgang wird die Ventil­ baugruppe 17 von der Schließfeder 47 in die Blockierposition gebracht, hingegen die Ventilbaugruppe 19 in die Öffnungsbewegung. Die Ventileinrichtung als Baugruppe ist zu einer Kolbeninnendichtung 65, die die beiden Steuerräume 43 der Ventileinrichtung 13 voneinander trennt, symmetrisch ausgeführt, so daß gleiche Ventilbauteile für beide Ventilbaugruppen zur Anwendung kommen können.

Je nach Anwendungsfall kann der Zylinder 7 mit einer Bypassnut 67 versehen sein, um die Wirkung der Ventileinrichtung 13 zu überbrücken.

Die Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Fig. 1. Funktional sind beide Varianten völlig iden­ tisch. Der konstruktive Unterschied besteht darin, daß die Kolbeninnendichtung 65 ent­ fallen kann, da jeweils die Dichtringe 29 und 31 der ersten Ventilschaltstufen 25 beider Ventilbaugruppen 17 und 19 die Funktion der Trennung der beiden Steuerräume 43 übernehmen. Die Dichtringe 31 sind jeweils auf der Kolbenstange 3 fixiert und für die Montage besonders leicht zugänglich. Des weiteren sind die Nenndurchmesser beider Dichtringe 29, 31 kleiner als in der Ausführung nach Fig. 1, womit ein Kostenvorteil ver­ bunden ist.

Claims (6)

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, der von einem Kolben an einer Kolbenstange in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei zwischen den beiden Ar­ beitsräumen eine Fluidenverbindung vorliegt, die mittels einer Ventileinrichtung blockierbar ist, wobei die Ventileinrichtung zwei Ventilbaugruppen umfaßt, die den Fluidenstrom zwischen den Arbeitsräumen in beiden Strömungsrichtungen beeinflus­ sen und der Ventileinrichtung mindestens eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitsräumen beigeordnet ist, die einen der beiden Arbeitsräume in Durchlaßrich­ tung mit einer der Ventilbaugruppen verbindet, wobei eine weitere Strömungsver­ bindung des anderen der beiden Arbeitsräume mit der anderen der beiden Ventil­ baugruppen blockiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilbaugruppe (17; 19) eine erste Ventilschaltstufe (25) und eine zweite Ventilschaltstufe (27) umfaßt, wobei die erste Ventilschaltstufe (25) eine größere Ventilöffnungskraft aufweist als die zweite Ventilschaltstufe (27), wobei im Strö­ mungsweg zwischen den Ventilschaltstufen eine Drosseleinrichtung (49) angeordnet ist, die eine Druckreduzierung zwischen der Ventilabströmseite der ersten Ventil­ schaltstufe (25) zur Ventileinströmseite der folgenden Ventilschaltstufe (27) aufweist, wobei die Drosseleinrichtung (49) mit zunehmendem Öffnungsgrad der ersten Ventil­ schaltstufe (25) an Wirkung abnimmt und im selben Maß die Druckbeaufschlagung der folgenden Ventilschaltstufe (27) an der Ventileinströmseite zunimmt.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strömungsverbindungen (21; 23) von einem Wechselventil (51) ge­ gensinnig in Durchlaßrichtung und in Blockierfunktion geschaltet werden.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (13) in dem Kolben (5) angeordnet ist und das Wechsel­ ventil (51) von einem axial beweglichen Kolbenring (53) bildet wird, der in einer Kol­ benringnut (55) mit einem Axialspiel gekammert ist, wobei die Kolbenringnut an die Ventileinrichtung (13) angebunden ist.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilschaltstufen (25; 27) in Wirkverbindung stehen, so daß eine Öff­ nungsbewegung der ersten Ventilschaltstufe (25) auf die zweite Ventilschaltstufe (27) übertragen wird.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilschaltstufen (25; 27) über ein Trägerelement (35) starr miteinan­ der verbunden sind.

6. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilschaltstufe (25) als Schieberventil ausgeführt ist.