-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Dämpfungszylinderanordnung
zum Dämpfen
von Schwingungsbewegungen, insbesondere zur Anwendung bei einem
Drehgelenkdämpfer eines
Gelenkfahrzeuges, mit (mindestens) einer doppelt wirkenden Kolbenzylinderanordnung
mit zwei bei Relativbewegungen zwischen Zylinder und Kolben gegensinnig
volumenveränderlichen,
mit einem Hydraulikmedium gefüllten
Arbeitsräumen.
-
Das
Dokument
EP 0 422 338
B1 beschreibt einen hydraulischen Schwingungsdämpfer mit
mindestens zwei jeweils in einem Zylinder geradlinig beweglich geführten Kolben
und mindestens zwei durch die Kolbenbewegung jeweils gegensinnig
volumenveränderlichen,
mit einem Hydraulikmedium gefüllten Arbeitsräumen, wobei
zur Dämpfung
das Hydraulikmedium über
ein Dämpfungsventil
strömt.
Dabei trennt jeder Kolben seinen zugehörigen Arbeitsraum von einer
ebenfalls mit Hydraulikmedium gefüllten und mit mindestens einem
unter einem Vorspanndruck stehenden Hydraulikspeicher verbundenen Gehäusekammer.
-
Es
ist weiterhin eine Dämpfungszylinderanordnung
bekannt, die aus einem rohrartigen Zylinder und einem darin – praktisch
als Doppelkolben – geführten und
zwei Arbeiträume
voneinander trennenden Kolben besteht. Dabei ist der Kolben über zwei sich
entgegengesetzt nach außen
erstreckende Kolbenstangen ortsfest abgestützt und der Zylinder ist dazu
relativbeweglich über
Antriebsmittel bewegbar.
-
Insbesondere
bei der zuletzt erwähnten
bekannten Anordnung wurde im praktischen Einsatz des öfteren mit
zunehmender Betriebszeit eine langsame, "schleichende" Abnahme der Dämpfung bemerkt, was bei der
Anwendung als sogenannter Knickwinkeldämpfer bei Gelenkbussen zu höchst gefährlichen
Fahrsituationen führen
kann.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungszylinderanordnung
der genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Funktionssicherheit
gewährleistet.
-
Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass die Kolbenzylinderanordnung zwei parallele
Zylinder mit jeweils einem darin relativbeweglich geführten Kolben
aufweist, wobei jeder Kolben innerhalb seines Zylinders einen der
gegensinnig volumenveränderlichen
Arbeitsräume
von einem pneumatischen Medium trennt. Bei dem pneumatischen Medium handelt
es sich bevorzugt um Luft, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
-
Die
Erfindung basiert hierbei auf der Erkenntnis, dass die Dämpfungsabnahme
bzw. sogar ein Dämpfungsverlust
bei bekannten Anordnungen auf Undichtigkeiten im Bereich der Kolbendichtung
zurückzuführen sind,
wodurch Hydraulikmedium aus dem sich jeweils verkleinernden und
daher dämpfungsbedingt
unter Druck stehenden Arbeitsraum über die Kolbendichtung in den
gegenüberliegenden Raum
entweichen kann. Da dieser gegenüberliegende
Raum beim Stand der Technik ebenfalls mit Hydraulikmedium gefüllt ist,
kann eine solche Leckage im Betrieb und auch bei Wartungsarbeiten
nicht ohne weiteres festgestellt werden.
-
Durch
die Erfindung wird demgegenüber
erreicht, dass jedem Arbeitsraum über den zugehörigen Kolben
ein Luftraum gegenüberliegt,
so dass eine eventuelle Leckage relativ einfach durch Überprüfung des
Luftraums auf ein eventuelles Vorhandensein von Hydraulikmedium
feststellbar ist. Dazu ist es zweckmäßig, wenn jeder Luftraum mindestens eine Öffnung aufweist, über die
eventuell eingedrungenes Hydraulikmedium austreten und dadurch noch leichter,
sogar optisch von außen
erkannt werden kann. Durch regelmäßige Inspektionen kann daher auf
einfache Weise die Sicherheit deutlich verbessert werden, da bei
Feststellung einer Leckage unmittelbar eine entsprechende Reparatur
vorgenommen werden kann.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung und dadurch erreichte
Vorteile sind in den Unteransprüchen
und der folgenden Beschreibung enthalten.
-
Anhand
von einigen bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsformen soll
die Erfindung beispielhaft genauer erläutert werden. Dabei zeigen:
-
1 eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dämpfungszylinderanordnung
im Axialschnitt mit zusätzlicher
Darstellung von Antriebsmitteln sowie einer Dämpfungsventilanordnung,
-
2 eine
Darstellung einer zweiten Ausführungsform
der Dämpfungszylinderanordnung analog
zu 1,
-
3 die
Anordnung gemäß 2 mit
einer Ausführungsvariante
der Dämpfungsventilanordnung,
-
4 und 5 jeweils
eine weitere Ansicht wie in 3 mit Ausführungsvarianten
der Dämpfungsventilanordnung.
-
In
den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets
mit den gleichen Bezugszeichen versehen und brauchen daher in der
Regel auch jeweils nur einmal beschrieben zu werden.
-
Eine
erfindungsgemäße hydraulische
Dämpfungszylinderanordnung 1 besteht
aus einer doppeltwirkenden Kolbenzylinderanordnung 2 mit
zwei bei Relativbewegungen zwischen Zylinder und Kolben gegensinnig
volumenveränderlichen,
mit einem Hydraulikmedium gefüllten
Arbeitsräumen 4 und 6.
Erfindungsgemäß weist
die Kolbenzylinderanordnung 2 zwei parallele Zylinder 8 und 10 mit
jeweils einem darin relativbeweglich geführten Kolben 12, 14 auf.
Jeder Kolben 12 bzw. 14 trennt innerhalb seines
Zylinders 8 bzw. 10 einen der beiden gegensinnig
volumenveränderlichen
Arbeitsräume 4 bzw. 6 von
einem pneumatischen Medium 16.
-
Die
beiden Zylinder 8, 10 können entweder als ursprünglich separate
Teile in einer parallel nebeneinander liegenden Anordnung starr
miteinander verbunden oder – wie
dargestellt – als
parallele Bohrungen innerhalb eines einteiligen Doppelzylinders gebildet
sein. Dabei ist jeder Kolben 12, 14 über eine aus
dem zugehörigen
Zylinder 8, 10 nach außen geführte Kolbenstange 18 bzw. 20 an
einem gemeinsamen Träger 22 abgestützt. Die
Kolbenstangen 18, 20 sind antiparallel angeordnet,
d. h. sie erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen zur Verbindung
mit dem Träger 22.
-
In
den dargestellten Ausführungen
sind für die
Relativbewegungen die Kolben 12, 14 über den Träger 22 ortsfest
abgestützt,
während
die Zylinder 8, 10 gemeinsam über Antriebsmittel 24 bewegbar
sind. Grundsätzlich
ist dies jedoch im Sinne einer "kinematischen
Umkehr" auch umgekehrt
möglich,
d. h. die Zylinder 8, 10 können ortsfest abgestützt und
die Kolben 12, 14 über den Träger 22 und Antriebsmittel
bewegbar sein.
-
Wie
dargestellt können
die Antriebsmittel 24 als Zahnradantrieb mit einer – in den
dargestellten Ausführungen
mit den Zylindern 8, 10 verbundenen – Zahnstange 26 und
einem zugehörigen
Zahnkranz oder Zahnrad 28 ausgebildet sein. Hierdurch können zu
dämpfende
Drehbewegungen bzw. Drehschwindungen über das Zahnrad 28 in
lineare Relativbewegungen der Kolbenzylinderanordnung 2 umgesetzt werden.
-
In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Zylinder 8, 10 relativ
zu den Kolben 12, 14 kippfrei verschiebbar geführt, und
zwar insbesondere über
eine Gleitführung 30 an
bzw. in dem die Kolben 12, 14 über die Kolbenstangen 18, 20 abstützenden Träger 22.
Durch diese Gleitführung 30 erübrigen sich
vorteilhafterweise zusätzliche
Führungsmittel, beispielsweise
Führungsstangen
oder dergleichen Linearführungen,
für die
Zylinder 8, 10.
-
Bei
der in 1 veranschaulichten Ausführungsform sind die hydraulischen
Arbeitsräume 4, 6 jeweils
als Zylinderraum auf der der jeweiligen Kolbenstange 18 bzw. 20 gegenüberliegenden
Seite des Kolbens 12 bzw. 14 und das pneumatische
Medium 16 jeweils in einem Ringraum auf der Seite der Kolbenstange 18 bzw. 20 angeordnet.
-
Im
Unterschied dazu ist bei den Ausführungen gemäß 2 bis 5 vorgesehen,
dass die Arbeitsräume 4, 6 jeweils
als Ringraum auf der Seite der Kolbenstange 18, 20 und
das pneumatische Medium 16 jeweils in einem Zylinderraum
auf der der Kolbenstange 18, 20 gegenüberliegenden
Seite des Kolbens 12, 14 angeordnet sind.
-
Das
pneumatische Medium 16 ist insbesondere Luft (Atmosphäre), wobei
die jeweils die Luft enthaltenden Räume über mindestens eine Öffnung 32 mit
der Atmosphäre verbunden
sind. Durch diese Maßnahme
ist eine einfache Leckage-Erkennung gewährleistet, indem jegliches
eventuell über
die Kolbendichtung aus dem Arbeitsraum in den Luftraum eindringendes
Hydraulikmedium über
die Öffnung 32 erkennbar
ist.
-
Durch
die Relativbewegungen wird das Hydraulikmedium jeweils von dem einen
Arbeitsraum 4 bzw. 6 in den anderen Arbeitsraum 6 bzw. 4 verdrängt. Diese
Strömung
wird zur Dämpfung über eine die
Arbeitsräume 4, 6 miteinander
verbindende Dämpfungsventilanordnung 34 geführt. Dazu
weist jeder Arbeitsraum 4, 6 einen Leitungs-Anschluß 36 bzw. 38 für die Dämpfungsventilanordnung 34 auf.
-
In
diesem Zusammenhang sind die Ausführungen gemäß 2 bis 5 besonders
vorteilhaft, weil hierbei die Anschlüsse 36, 38 im
nach außen
geführten
Bereich der Kolbenstangen 18, 20 und somit ebenfalls
ortsfest angeordnet sein können. Hierzu
sind die jeweils als die Kolbenstange umschließende Ringräume ausgeführten Arbeitsräume 4, 6 über jeweils
einen durch die Kolbenstange 18, 20 verlaufenden
Kanal mit dem jeweiligen Anschluß 36, 38 verbunden.
In diesem Falle können
Anschlußleitungen 40 der
Dämpfungsventilanordnung 34 ebenfalls
starr (als Rohrleitungen) ausgeführt
sein. Die Bestandteile der Dämpfungsventilanordnung 34 können dann
an beliebiger Stelle, auch unabhängig
von der Dämpfungszylinderanordnung 1,
z. B. an Bauteilen (Rahmenteilen) eines Fahrzeuges, angeordnet werden.
-
Bei
der Ausführung
gemäß 1 sind
demgegenüber
die Anschlüsse 36, 38 an
den beweglichen Zylindern 8, 10 angeordnet. Deshalb
ist es hier zweckmäßig, die
Bestandteile der Dämpfungsventilanordnung 34 an
der Doppelzylindereinheit zu montieren. In diesem Falle können Anschlußleitungen ebenfalls
starr ausgeführt
sein. Werden allerdings die Bestandteile der Dämpfungsventilanordnung 34 extern
montiert, so müssen
selbstverständlich
die Anschlußleitungen 40 elastisch
bzw. flexibel als Druckschläuche
ausgebildet sein.
-
In
den in 1 und 2 jeweils veranschaulichten
Ausführungsbeispielen
weist die Dämpfungsventilanordnung 34 ein
Dämpfungsventil 42 auf,
welches mit vier Rückschlagventilen 44, 45, 46, 47 nach
Art einer Brückenschaltung
hydraulisch verschaltet und so in einem Brückenzweig angeordnet ist, dass
unabhängig
von der Bewegungsrichtung der Kolbenzylinderanordnung und unabhängig von
der daraus resultierenden Richtung der Hydraulikströmung letztere
jedenfalls stets in der gleichen Richtung (Pfeil 48) durch
das Dämpfungsventil 42 strömt. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Dämpfungsventil 42 um
ein mechanisch-hydraulisches Drosselventil mit einer selbsttätig druckabhängig veränderlichen
Dämpfungscharakteristik.
-
Bei
der Ausführung
gemäß 3 weist
die Dämpfungsventilanordnung 34 ein
zum variablen Drosseln der zu dämpfenden
Hydraulikströmung elektrisch
ansteuerbares Proportionalventil 50 auf, welches analog
zu 1 und 2 mit Rückschlagventilen 44 bis 47 zusammengeschaltet
ist.
-
In
den vorteilhaften Ausgestaltungen gemäß
4 und
5 ist
zusätzlich
zu dem in einem Hauptströmungspfad
52 liegenden
Proportionalventil
50 in einem parallel geschalteten Nebenströmungspfad
54 ein
Dämpfungsventil
42a angeordnet,
welches bezüglich
seiner Ausgestaltung vorzugsweise dem Dämpfungsventil
42 gemäß
1 und
2 entspricht.
Hierbei sind elektrisch angesteuerte Vorschaltventile
55a,
b bzw.
55c derart vorgesehen, dass bei einem Ausfall einer
elektrischen Versorgungsspannung selbsttätig der Hauptströmungspfad
52 gesperrt
und der Nebenströmungspfad
54 mit dem
zusätzlichen
Dämpfungventil
42a aktiviert
werden. Hintergrund dieser Ausgestaltung ist, dass Proportionalventile
nachteiligerweise bei einem Ausfall der elektrischen Versorgungsspannung
(beispielsweise durch Störungen,
wie Kabelbruch, Batterie-Ausfall oder dergleichen) in der Regel
gänzlich öffnen, so
dass dann keine Dämpfung
mehr gewährleistet
ist (vgl. die Ausführung
gemäß
4).
Grundsätzlich
wäre es
zwar alternativ möglich,
ein Proportionalventil so auszulegen, dass es bei Ausfall der Versorgungsspannung
gänzlich
schließt
(
5). Dies hätte
dann aber den Nachteil, dass die zu dämpfenden Relativbewegungen
gänzlich
hydraulisch blockiert wären.
Bei der bevorzugten Anwendung der Erfindung bei einem Drehgelenkdämpfer eines
Gelenkfahrzeuges wäre
daher bei Spannungsausfall entweder keine Dämpfung mehr gewährleistet
oder das Fahrzeuggelenk würde
dadurch derart steif, dass das Fahrzeug seine Lenkfähigkeit
verlieren würde. Beide
Ausführungen
würden
daher zu sehr gefährlichen
Fahrsituationen führen.
Durch die bevorzugten Erfindungsmerkmale wird jedenfalls in einem
Störungsfall
auf das Dämpfungsventil
umgeschaltet, wodurch stets eine gedämpfte Beweglichkeit der zu dämpfenden
Teile gewährleistet
bleibt. Weitere Einzelheiten hierzu sind in einer älteren Gebrauchsmusteranmeldung
DE 203 17 243.4 der Anmelderin
enthalten, auf die an dieser Stelle in vollem Umfange Bezug genommen
wird.
-
Die
Dämpfungsventilanordnung 34 weist weiterhin
einen Druckspeicher 56 auf, der mit der Ausgangsseite des
Dämpfungsventils 42 bzw.
des Proportionalventils 50 und dadurch stets mit dem sich jeweils
gerade im Volumen vergrößernden
Arbeitsraum 4 oder 6 verbunden ist. Durch einen
im Verhältnis
zu dem dämpfungsbedingt
im sich jeweils gerade verkleinernden Arbeitsraum herrschenden Druck
relativ sehr viel geringen Vorspanndruck des Druckspeichers 56 in
der Größenordnung
von beispielsweise bis ca. 5 bis 6 bar wird die Strömung in
den sich jeweils im Volumen vergrößernden Arbeitsraum unterstützt, so
dass eine bessere, schnellere Füllung
erreicht wird.
-
Die
Dämpfungsventilanordnung 34 kann schließlich Mittel
zum Umschalten auf eine stärkere Dämpfungsstufe
aufweisen, beispielsweise in Form eines zu dem Dämpfungsventil 42 bzw.
dem Proportionalventil 50 parallel geschalteten Druckbegrenzungsventils 58.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern umfaßt
auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen.
Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch
1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch
jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller
insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet,
daß grundsätzlich praktisch
jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens
ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt
werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster
Formulierungsversuch für
eine Erfindung zu verstehen.