DE19914557A1

DE19914557A1 - Kolben für einen Kolben-Zylinder-Aggregat

Info

Publication number: DE19914557A1
Application number: DE19914557A
Authority: DE
Inventors: Holger Kirchner
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-01
Also published as: US6276498B1; JP2000297836A; DE19914557B4

Abstract

Kolben für ein Kolben-Zylinder-Aggregat, bei dem in einem mit Dämpfungsmittel gefüllten Arbeitszylinder ein an einer Kolbenstange befestigter Arbeitskolben angeordnet ist, dabei ist der Kolben im Arbeitszylinder axial verschiebbar angeordnet und mit Dämpfungsventilen für die Zug- und Druckrichtung versehen und weist jeweils für die Zug- und Druckrichtung eine Gruppe von Durchtrittskanälen auf, die jeweils austrittsseitig in eine Steuerkante münden, die von Ventilscheiben abgedeckt ist, wobei die Durchtrittskanäle auf mindestens einem Teil ihrer Länge achsparallel verlaufen, wobei die Eintritts- und Austrittsbereiche der Durchtrittskanäle axial hintereinander angeordnet sind, und daß auf jeder Seite des Arbeitskolbens eine Gruppe von Durchtrittskanälen auf der Stirnseite und die andere Gruppe von Durchtrittskanälen nach radial außen austritt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für ein Kolben-Zylinder-Aggregat, bei dem in einem mit Dämpfungsmittel gefüllten Arbeitszylinder ein an einer Kolbenstange befestigter Arbeitskolben angeordnet ist, dabei ist der Kolben im Arbeitszylinder axial verschiebbar angeordnet und mit Dämpfungsventilen für die Zug- und Druckrichtung versehen und weist jeweils für die Zug- und Druck richtung eine Gruppe von Durchtrittskanälen auf, die jeweils austrittsseitig in eine Steuerkante münden, die von Ventilscheiben abgedeckt ist.

Es sind bereits Kolben für hydraulische Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. DE-GM 19 41 188, bei denen ein Kolbenkörper an einer Kolbenstange befestigt ist und jeweils eine Gruppe von schräg zur Kolbenstangenachse verlaufenden Durchtrittskanälen für die Zug- und Druckrichtung aufweist, die jeweils austritts seitig in eine Steuerkante bildende Ringnut münden, die von Ventilscheiben ab gedeckt sind. Nachteilig ist bei dieser Ausbildungsform, daß die schräg ver laufenden Durchtrittskanäle nicht zusammen mit dem Kolbenkörper spanlos herstellbar sind, da die Werkzeuge zum Beispiel beim Sintern, nicht parallel zur Kolbenstangenachse eingebracht werden können. Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß die Durchtrittskanäle in einer weiteren Fertigungsoperation, z. B. durch Bohren oder bei von der Kreisform abweichenden Querschnitten spanend hergestellt werden müssen.

Darüber hinaus sind Kolben für hydraulische Teleskop-Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. DE-PS 38 24 420), bei denen der Innenradius der einström seitigen Durchtrittskanäle, ausgehend von der Kolbenstangenachse, ungefähr so groß ist, wie der Außenradius der ausströmseitigen Durchtrittskanäle. Durch diese Geometrie lassen sich die Durchtrittskanäle spanlos herstellen, da je ein Teil des Werkzeuges axial in Richtung der Kolbenstangenachse von jeweils einer Stirnseite des Kolbenkörpers eintauchen kann.

Bei allen Dämpfungssystemen wird immer mehr Komfort in den Fahrzeugen verlangt. Der Komfort wird im wesentlichen von der Dämpfung und der Reibung beeinflußt. Diese Komfortwünsche in Kombination mit einer benötigten Aufbau dämpfung führen zu ganz bestimmten, meist degressiven, Dämpfungskenn linien, deren Druck-Zugverhältnis vor allem bei Einrohrdämpfungssystemen im unteren Geschwindigkeitsbereich nicht dem der höheren Geschwindigkeiten entspricht. Das heißt, der Druckdämpfungswert ist höher als es dem Verhältnis bei den anderen Dämpfungsgeschwindigkeiten entspricht und der Zug dämpfungswert ist niedriger. Dies ist für den Komfort von Nachteil. Um degres sive Kennlinien zu erzeugen, werden relativ weiche Federblätter oder Schrau benfedern stark vorgespannt (große Kolbenschrägen). Dies hat den Nachteil, daß die Aggregate rauher und damit auch lauter werden. Diese Rauhigkeit re sultiert in erster Linie von der Berührung des ersten Federblattes mit der Kol benoberfläche her, die mit höheren Geschwindigkeiten, Kräften und Beschleu nigungen beim Öffnen und Schließen erfolgt als bei Kolbensystemen mit gerin gerer Vorspannung.

Bei bekannten Niveauregelungsanlagen z. B. (EP 0.867.317 A1) gibt es keine entsprechenden Lösungen, da diese Geräte große Kolbenzapfendurchmesser bei relativ kleinen Kolbendurchmessern aufweisen. Hierdurch erhält man relativ kleine druckbeaufschlagte Flächen und daraus resultierend große Vorspann schrägen, um degressive Kennlinien zu erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kolben-Zylinder-Aggregat zu schaffen, bei dem die Dämpfung auch bei kleinen Kolbengeschwindigkeiten in Druck- und Zugstufe unabhängig voneinander einstellbar ist und daß zur Erzeugung von degressiven Dämpfungskraftkennlinien die Ventilscheiben mit relativ großen druckbeaufschlagten Flächen versehen sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Durch trittskanäle auf mindestens einem Teil ihrer Länge achsparallel verlaufen, wobei die Eintritts- und Austrittsbereiche der Durchtrittskanäle axial hintereinander an geordnet sind, und daß auf jeder Seite des Arbeitskolbens eine Gruppe von Durchtrittskanälen auf der Stirnseite und die andere Gruppe von Durchtritts kanälen nach radial außen austritt.

Bei einer derartigen Geometrie ist von Vorteil, daß die Durchmesser der Ventil scheiben einen größtmöglichen Durchmesser aufweisen können, damit erhält man große druckbeaufschlagte Flächen, welche relativ leicht ansprechen und zur Erzielung von degressiven Dämpfungskraftkennlinien herangezogen werden können.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Dämpfungsventile aus Feder scheiben bestehen.

Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Arbeitskolben aus mindestens zwei Teilen besteht.

Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform sieht vor, daß bei min destens einer Gruppe von Durchtrittskanälen ein Teil der Wandung vom Au ßenumfang der Kolbenstange gebildet wird.

Eine konstruktiv einfache Ausführungsform ist vorgesehen, indem ein Teil der Länge der Durchtrittskanäle sowohl für die Zug- wie auch für die Druckstufe verwendet wird.

Zur Gewährleistung einer automatisierten Montage ist nach einem wesentlichen Merkmal vorgesehen, daß die Kolbenstange einen Zapfen aufweist, auf den die einzelnen Teile des Arbeitskolbens und der Dämpfungsventile axial hinterein ander aufgefädelt und fixiert sind.

Nach einer weiteren günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Arbeitskolben zweiteilig ausgebildet ist, wobei der eine Teil für die Druck dämpfung notwendigen Elemente und der andere Teil die für die Zugdämpfung notwendigen Elemente aufweist.

Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Arbeitskolben zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein Teil der Führung und Abdichtung gegenüber dem Arbeitszylinder dient.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß mindestens eine der Ventilscheiben einen konstanten Durchlaß aufweist.

Darüber hinaus ist vorgesehen, daß der Arbeitskolben zweiteilig ausgebildet ist, wobei der erste Ventilkörper ein Rückschlagventil aufweist.

Zur Erzielung von hohen Dämpfungskräften bei plötzlichem Ausfedern des Fahrzeugrades, z. B. bei Schlaglöchern ist vorgesehen, daß die zugseitigen Durchtrittskanäle einen Querschnitt aufweisen, der bei großen Kolbenge schwindigkeiten das Dämpfungsmittel zusätzlich drosselt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen sche matisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Kolben-Zylinder-Aggregat, teils im Schnitt

Fig. 2 bis 4 einzelne Ausführungsformen eines Arbeitskolbens, im Schnitt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kolben-Zylinder-Aggregat befindet sich im Arbeitszylinder 18 ein an einer Kolbenstange 1 befestigter Arbeitskolben 23, der mit Ventilen für die Zug- und Druckdämpfung versehen ist. Der Arbeitszylinder 18 sowie die Kolbenstange 1 besitzen jeweils Befestigungselemente zur Be festigung des Kolben-Zylinder-Aggregates einerseits an der Radaufhängung eines Fahrzeuges sowie andererseits zur Befestigung an einem Fahrzeugauf bau.

Aus der Fig. 2 ist ein Arbeitskolben 23 als Einzelteil zu entnehmen, wobei der aus dem Ventilkörper 8 und dem Ventilkörper 13 bestehende Arbeitskolben 23 an der Kolbenstange 1 über die Kolbenmutter 15 befestigt ist und gegenüber der Innenwandung des Arbeitszylinders 18 axial beweglich, jedoch abgedichtet geführt ist. Die beiden Ventilkörper 8 und 13 des Arbeitskolbens 23 sind einfach und kostengünstig herzustellen, da sie als axial entformbare Sinterteile ausge bildet sind, dabei weist der erste Ventilkörper 8 vorzugsweise die Druck dämpfung und ein Rückschlagventil 6 auf, während der zweite Ventilkörper 13 die Zugdämpfung und die Führungs- und Dichtungsaufgaben gegenüber dem Arbeitszylinder 18 übernimmt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Konstruktion wird die Zugdämpfung zwischen den beiden Ventilkörpern 8 und 13 erzeugt. Vorteil haft ist dabei, daß die Durchtrittskanäle 17 und 20 im wesentlichen axial ver laufend angeordnet sind, so daß die Durchströmung der Ventilkörper 8 und 13 nicht durch Umlenkungen gehindert wird. Die druckdämpfungsseitigen Ein strömkanäle sind gleichzeitig auch die zugdämpfungsseitigen Ausströmkanäle 22, das heißt die Druckbeaufschlagung und Durchströmung der dämpfungs erzeugenden Ventilscheiben 3 und 11 erfolgt nahezu axial.

Der Aufbau des Arbeitskolbens 23 ist dabei folgender: Auf einem Zapfen der Kolbenstange 1 ist zunächst eine Anschlagscheibe 2 vorgesehen, hieran axial schließen sich die Ventilscheiben 3 sowie eine Ventilscheibe 4 mit einem konstanten Durchlaß und die Distanzscheiben 5 an. Der Ventilkörper 8 ist dabei mit einem Rückschlagventil 6 sowie einem weiteren konstanten Durchlaß für die Zugseite in Form einer Bohrung 7 versehen. Eine zweite Möglichkeit eines kon stanten Durchlaß für die Zugseite ist über eine Bohrung 9 im Ventilkörper 8 ein gebracht. Eine dritte Möglichkeit für den zugseitigen konstanten Durchlaß ist ein Federblatt 12, welches mit entsprechenden Aussparungen versehen ist und mit der Steuerkante 25 einen oder mehrere definierte Durchtrittskanäle bildet.

Im Anschluß an den Ventilkörper 8 folgen Ventilscheiben 12, die einerseits am zweiten Ventilkörper 13 anliegen und zusammen mit einer Steuerkante des Ventilkörpers 8 einen Ventilsitz bilden. Zur Erzielung einer bestimmten Vor spannung der Ventilscheiben 11 lassen sich zwischen dem Ventilkörper 8 und dem Ventilkörper 13 auf dem Zapfen der Kolbenstange 1 zusätzliche Distanz scheiben 10 einbringen.

Der Ventilkörper 13 ist mit den Kanälen 22 versehen, die in dieser Ausführungs form sowohl für die Zug- als auch für die Druckdämpfung durchströmt werden. Die gesamten bisher erwähnten Bauteile werden über eine Gewindeverbindung 14 und eine Kolbenmutter 15 auf dem Zapfen der Kolbenstange 1 axial fixiert und gesichert.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 entspricht, jedoch mit dem Unter schied, daß der Arbeitskolben 23 mit einer Dichtungsfolie 24 zur Abdichtung gegenüber dem Arbeitszylinder 18 versehen ist.

Aus der Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der für die Druck- und Zugseite nur axiale Durchtrittskanäle 17 bzw. 20 vorgesehen sind. Durch geringe Verwirbelungen des Dämpfungsfluids wird ein weiterer Komfort gewinn erzielt. Der erste Ventilkörper 8 ist dabei mit einer Ventilscheibe 4 ver sehen, welche einen konstanten Durchlaß aufweist. Wahlweise kann dieser konstante Durchlaß für die Druckstufe auch durch eine Bohrung 9 im Ventilkör per 8 erzeugt werden. Das Rückschlagventil 6 ist in dieser Ausführungsform im Ventilkörper 8 integriert und öffnet bei Durchströmung in Druckrichtung. Es wird ein großer konstanter Durchlaß freigegeben. Dieses Rückschlagventil schließt in Zugrichtung. Zusätzlich kann dieses Rückschlagventil 6 eine oder mehrere Öffnungen 7 für den konstanten Durchlaß in der Zugstufe aufweisen. Wahlweise kann dieser konstante Durchlaß auch durch ein Federblatt 12, welches mit ent sprechenden Aussparungen versehen ist und mit der Steuerkante 25 einen oder mehrere definierte Durchtrittskanäle bildet, erzeugt werden. Diese konstanten Durchlässe werden so aufeinander abgestimmt, daß ein optimaler Komfort er zielt wird. Das heißt bei einem Dämpfungsverhältnis von 1 : 2 bis 1 : 4, Druck dämpfung zu Zugdämpfung, bei normalen Kraftfahrzeugen sollte auch das KD-Verhältnis in diesem Bereich liegen. Speziell bei Einrohrdämpfer-Systemen liegt dieses KD-Verhältnis aber bei 1 : 1, da in Zug wie in Druckrichtung der gleiche Volumenstrom durch das Dämpfungsventil strömt. Dies bewirkt, daß die Druck dämpfung im unteren Geschwindigkeitsbereich höher ist als man eigentlich möchte, damit ist ein Komfortverlust verbunden. Durch gezieltes Einsetzen von Druck- und Zug-KD's kann man sogar das Dämpfungsverhältnis im KD-Bereich größer gestalten als es dem Verhältnis bei höheren Geschwindigkeiten ent spricht und somit einen weiteren Komfortgewinn erzielen.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist auf dem Zapfen der Kolbenstange 1 wiederum zunächst eine Anschlagscheibe 2 vorgesehen, hieran schließen sich der Ventilkörper 8 mit seinen Ventilscheiben 3 an. Anschließend folgt der Ventil körper 13 mit seinen Ventilscheiben 11, welche über die Kolbenmutter 15 axial an der Kolbenstange 1 fixiert. Die Durchtrittskanäle 17 werden in diesem Aus führungsbeispiel von der Außenwandung der Kolbenstange 1 und der Innen wandung des Ventilkörpers 13 gebildet.

Die Zentrierung der zugseitigen Federblätter wird mittels eines Winkelringes 19 erreicht. Die Einströmung in die druckseitigen Einströmkanäle 17 geschieht durch Kanäle bzw. Bohrungen in der Kolbenmutter, so daß eine minimale Ver wirbelung des Dämpfungsfluids erfolgt.

Bezugszeichenliste

1

Kolbenstange

2

Anschlagscheibe

3

Federblätter, druckseitig

4

KD-Federblatt, druckseitig

5

Distanzscheiben

6

Rückschlagventil

7

KD-Bohrung Rückschlagventil

8

Ventilkörper I

9

KD-Bohrung Ventilkörper I

10

Distanzscheiben

11

Federblätter, zugseitig

12

KD-Federblatt, zugseitig

13

Ventilkörper II

14

Gewindeverbindung

15

Kolbenmutter

16

geprägter KD

17

druckseitige Durchtrittskanäle

18

Arbeitszylinder

19

Winkelring

20

zugseitige Durchtrittskanäle

21

umlaufende Nut

22

Kanäle

23

Arbeitskolben

24

Dichtungsfolie

25

Steuerkante

Claims

1. Kolben für ein Kolben-Zylinder-Aggregat, bei dem in einem mit Dämpfungs mittel gefüllten Arbeitszylinder ein an einer Kolbenstange befestigter Arbeits kolben angeordnet ist, dabei ist der Kolben im Arbeitszylinder axial ver schiebbar angeordnet und mit Dämpfungsventilen für die Zug- und Druck richtung versehen und weist jeweils für die Zug- und Druckrichtung eine Gruppe von Durchtrittskanälen auf, die jeweils austrittsseitig in eine Steuer kante münden, die von Ventilscheiben abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittskanäle (17, 20) auf mindestens einem Teil ihrer Länge achsparallel verlaufen, wobei die Eintritts- und Austrittsbereiche der Durch trittskanäle (17, 20) axial hintereinander angeordnet sind, und daß auf jeder Seite des Arbeitskolbens (23) eine Gruppe von Durchtrittskanälen (17, 20) auf der Stirnseite und die andere Gruppe von Durchtrittskanälen (20, 17) nach radial außen austritt.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsventile aus Federscheiben (3, 4, 11, 12) bestehen.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (23) aus mindestens zwei Teilen (8, 13) besteht.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer Gruppe von Durchtrittskanälen (17, 20) ein Teil der Wandung vom Außenumfang der Kolbenstange (1) gebildet wird.

5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Länge der Durchtrittskanäle (17, 20) sowohl für die Zug- wie auch für die Druckstufe verwendet wird.

6. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (1) einen Zapfen aufweist, auf den die einzelnen Teile des Arbeitskolbens (23) und der Dämpfungsventile axial hintereinander auf gefädelt und fixiert sind.

7. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (23) zweiteilig ausgebildet ist, wobei der eine Teil für die Druckdämpfung notwendigen Elemente und der andere Teil die für die Zugdämpfung notwendigen Elemente aufweist.

8. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (23) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein Teil (13) der Führung und Abdichtung gegenüber dem Arbeitszylinder dient.

9. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Ventilscheiben (3, 4, 11, 12) einen konstanten Durchlaß aufweist.

10. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (23) zweiteilig ausgebildet ist, wobei der erste Ventil körper (8) ein Rückschlagventil (6) aufweist.

11. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugseitigen Durchtrittskanäle (20) einen Querschnitt aufweisen, der bei großen Kolbengeschwindigkeiten das Dämpfungsmittel zusätzlich dros selt.