DE4212078A1 - Endlagendämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Endlagendämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine Reihe von modernen Fahrzeugen, insbesondere Lastkraftwagen besitzen ein Schaltgetriebe, bei dem mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Stellzylinders die gewünschte Zahnradübersetzung eingerückt wird. Der Stellzylinder verändert seine Hublage, womit der Synchronisiervorgang im Getriebe einsetzt. Ist die Synchroni­ sierung beendet, verändert sich die Hublage weiter in die gleiche Richtung, bis der Gang endgültig eingelegt ist. Diese Hublagenver­ änderung des Stellzylinders wird in beiden Richtungen für einen Gangwechsel ausgenutzt.

Für einen schnellen und dennoch schonenden Gangwechsel ist es vor­ teilhaft, wenn die Hublagenveränderung aus einer Ruhestellung des Stellzylinders möglichst schnell und mit geringsten Energieaufwand erfolgt. Sobald der Synchronisiervorgang einsetzt, wird eine ge­ dämpfte Hublagenveränderung des Stellzylinders gewünscht. Der ge­ samte Hubbereich, ausgehend von einer Extremstellung des Stellzy­ linders besteht aus drei Abschnitten. In den beiden ersten Ab­ schnitten soll die Hublagenveränderung in eine Richtung ungedämpft und im dritten Abschnitt gedämpft erfolgen. Bei der Rückwärtsbewe­ gung soll im dritten und wiederum im zweiten Abschnitt keine Dämp­ fung und im ersten eine gedämpfte Hublagenveränderung vorliegen. Zu diesem Zweck wird dem Stellzylinder ein Endlagendämpfer parallel geschaltet, der die gewünschten Dämpfstufen besitzt.

Aus der DE 12 51 165 ist ein hydraulischer Stoßdämpfer bekannt, der die geforderten Dämpfstufen besitzt. Für den Einsatz in einem Fahr­ zeuggetriebe ist es notwendig, daß der Endlagendämpfer in der hori­ zontalen Lage voll funktionsfähig ist. Der in der Schrift beschrie­ bene Dämpfer erfüllt diese Forderung nicht. Darüberhinaus wird die Dämpfung durch einen Spaltquerschnitt zwischen einer Stange und einem Kolbensystem erzeugt. Folglich erhält man eine progressive Dämpfkraftkennlinie, die ebenfalls in einem Schaltgetriebe uner­ wünscht ist.

Die Dämpfkräfte unterliegen einer groben Toleranzspanne, da schon kleine Abweichungen bei der Fertigung zu Dämpfkraftveränderungen führt. Sollte die Stange durch irgendeinen Umstand nicht konzen­ trisch zu dem Kolbensystem stehen, ergeben sich ebenfalls Dämpf­ kraftabweichungen. Die Herstellung der Stange ist an sich schon ein Problem für ein Großserienprodukt. Die Einschnürung darf nämlich nach der Fertigung keinerlei Grate besitzen, da diese während des Betriebes in das Kolbensystem gelangen können und damit seine Funktion herab- bzw. aussetzt.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Dämpfers liegt darin, daß sich die Dämpfkräfte, wenn es der Einzelfall erfordert, nicht richtungs­ abhängig unterschiedlich erzeugen lassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Endlagendämpfer zu realisieren, der sich horizontal einbauen läßt, der das gewünschte Dämpfkraftverhalten in Abhängigkeit der Hublage besitzt, der eine degressive Dämpfkraftkennlinie ermöglicht und in seiner Herstellung und seinem Aufbau unkompliziert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst.

Die Gesamtkonstruktion zeichnet sich durch ihre Kompaktheit in Ver­ bindung mit einfachen Bauteilen aus. Gegenüber dem genannten Stand der Technik wird eine deutliche Massenreduzierung erreicht, da der zylindrische Hohlkörper der Kolbenstange entfällt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die axiale Erstreckung der Bypaßnuten bezogen auf die Hublänge des Endlagendämpfers so bemessen, daß in den Extremhublagen der Kolbenstange stets ein Kol­ ben im Längenbereich der Bypaßnuten steht. Dieser Kolben erzeugt demnach keine Dämpfkraft, so daß eine eindeutige Trennung der Dämpf­ kräfte bezogen auf die Hubrichtung vorliegt.

Zur Minimierung des Fertigungsaufwandes wird das Bypaßnutensystem durch radial nach außen ausgeformte Sicken im Druckrohr gebildet. Die Anordnung der Sicken im Druckrohr bietet eine Vielzahl an Mög­ lichkeiten, den dämpfkraftlosen Hubbereich innerhalb der Gesamthub­ länge zu variieren. Denkbar wäre z. B. eine Sicke, die den gesamten dämpfkraftlosen Hubbereich abdeckt. Bei Bauraummangel kann es aber auch vorteilhaft sein, mehrere Sicken auf dem Umfang des Druckrohres anzuordnen, deren Gesamtlänge die dämpfkraftlose Hublänge darstellt.

Erfindungsgemäß besitzen die Kolben Strömungskanäle, die von einer federkraftbelasteten Scheibe verschlossen werden. Die federbelaste­ ten Scheiben sorgen für ein im wesentlichen degressives Dämpfkraft­ verhalten. Durch eine Veränderung der Federkräfte kann der Endlagen­ dämpfer sehr leicht den Erfordernissen angepaßt werden.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch werden die jeweiligen Schei­ ben der Einzelkolben durch unterschiedliche Federkräfte belastet. Man erreicht eine eindeutige richtungsabhängige Dämpfung, ohne die Geometrien an den Einzelkolben zu verändern.

In einer vorteilhaften Ausführung sind die Durchflußrichtungen der Strömungskanäle und der Durchflußkanäle bezogen auf einen Kolben entgegengesetzt. Dieses Merkmal erlaubt es, die Strömungskanäle dämpfkraftoptimiert auszuführen. Im Hinblick auf eine standardi­ sierte Fertigung kann man einen Kolben mit festgesetzten Durchfluß­ kanälen und Strömungskanälen produzieren.

Die Dämpfkraftkennlinie des Endlagendämpfers wird u. a. durch den Abstand der Kolbenringe der Einzelkoben bestimmt. Dieser Abstand wiederum wird durch eine Abstandsbuchse zwischen den Einzelkolben festgelegt. Man erhält eine einfache und zuverlässige Verbindung der beiden Kolben über nur eine Kolbenmutter sowie den Vorteil, daß die Kolbenstange nur wenige Absätze und damit einen maximalen Quer­ schnitt besitzt.

Für eine größtmögliche Führungslänge des Endlagendämpfers ist es vorgesehen, daß der kolbenstangenseitige Kolben des Kolbensystems geringfügig kleiner im Durchmesser ist als der kolbenstangenferne Kolben. Diese vorteilhafte Maßnahme sorgt zudem dafür, daß die La­ gerung der Kolbenstange im Endlagendämpfer nicht überbestimmt ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Aus­ gleichsraum lageorientiert druckvorgespannt.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch wird zumindest ein Teil des Ausgleichsraumes von einer elastischen Membran gebildet.

Eine Ausführung, bei der der Ausgleichsraum von einer elastischen Hülle gebildet wird, besitzt den Vorteil, daß keine dynamisch be­ lasteten Dichtungen vorliegen. Elastische Hüllen lassen sich leicht herstellen und problemlos montieren.

Zur Reduzierung der Belastung der elastischen Hülle und zur Ent­ koppelung der Dämpfkraft von der Gegenkraft der elastischen Hülle ist zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum und dem Ausgleichs­ raum ein Bodenventil angeordnet. Das Bodenventil sorgt zudem dafür, daß bei der Einfahrbewegung der Kolbenstange nur das Verdrängungs­ volumen der Kolbenstange in den Arbeitsräume umgesetzt wird und keine Unterdrücke im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum entstehen.

Vorteilhafterweise besitzt das Bodenventil zwei Durchflußrichtungen. Eine entsprechende Auslegung des Bodenventils sorgt dafür, daß die Dämpfkraft des Bodenventils durchflußrichtungsabhängig ist. Die kombinierte Dämpfkrafterzeugung aus Kolben- und Bodenventil sorgt, daß die Federn an den Kolben unkritischer ausgelegt werden können.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung mit ihren Vorteilen näher beschrieben werden.

Die Figur zeigt einen Endlagendämpfer 2 in einem Längsschnitt. Der Endlagendämpfer 2 umfaßt ein Druckrohr 4, das endseitig von einem Boden 6 und einer Dichtungs-Führungseinheit 8 abgeschlossen wird. Eine Kolbenstange 10, die sich abschnittweise innerhalb und außer­ halb des Druckrohres 4 erstreckt, ist axial beweglich gelagert. An ihrem druckrohraußenseitigen Ende ist eine Befestigung vorgesehen. Eine Kolbenstangenschutzvorrichtung 12 umhüllt den druckrohraußen­ seitigen Abschnitt der Kolbenstange 10. An ihrem anderen Ende ist ein Kolbensystem 14 montiert, das im wesentlichen aus zwei Einzel­ kolben 16, 18 besteht, die mittels einer Abstandsbuchse 20 posi­ tioniert, auf einem Absatz 21 der Kolbenstange 10 befestigt sind. Das Kolbensystem 14 unterteilt das Druckrohr 4 in zwei Arbeitsräu­ me 22, 24, die stets mit Dämpfmedium gefüllt sind.

Beide Kolben 16, 18 verfügen über Durchflußkanäle 26, 27 und Strö­ mungskanäle 28, 29, die den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 22 mit dem kolbenstangenfernen 24 verbinden. Die Abmessungen und Anzahl der Durchfluß- 26, 27 bzw. Strömungskanäle 28, 29 müssen nicht zwangsläufig identisch sein, sondern werden entsprechend den Erfor­ dernissen ausgeführt. Zu den Durchflußkanälen 26, 27 pro Kol­ ben 16, 18 gehört je ein Rückschlagventil 30, 32, das aus einer axial fliegend gelagerten Scheibe 34 besteht, die sich an einer Stützscheibe 36 anlehnt. Die Rückschlagventile 30, 32 der Einzel­ kolben 16, 18 sind so angeordnet, daß das dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 22 zugewandte Rückschlagventil 30 schließt, wenn die Kolbenstange 10 ausfährt, und das dem kolbenstangenfernen Arbeits­ raum 24 zugewandte Rückschlagventil 32 dann schließt, wenn die Kol­ benstange 10 in das Druckrohr 4 einfährt.

Die Strömungskanäle 28, 29 der Einzelkolben 16, 18 sind aus Rich­ tung der zugehörigen Rückschlagventile 30, 32 der Durchflußka­ näle 26, 27 einströmbar. Besonders vorteilhaft ist es, zwei gleiche Kolben zu verwenden, die symmetrisch montiert werden. Die Kol­ ben 16, 18 sind gegenüber dem Druckrohr 4 durch Kolbenringe 38, 39 zuverlässig abgedichtet. Für eine größtmögliche Führungslänge des Endlagendämpfers 2 ist vorgesehen, den Kolben 16 geringfügig klei­ ner im Durchmesser auszubilden.

In einem Längenabschnitt des Druckrohres 4 ist ein Bypaßnuten­ system 40 eingebracht. Diese Bypaßnut/en erhält man dadurch, daß eine oder mehrere Sicken in das Druckrohr 4 geprägt werden. Im Be­ reich des Bypaßnutensystems 40 kann das Dämpfmedium ungehindert einen Kolben umströmen, so daß dieser keine Dämpfkräfte erzeugen kann. Die axiale Ausdehnung 42 ist so gewählt, sie auf jeden Fall größer ist als der Abstand 44 der Kolbenringe 38, 39. In dem Hub­ bereich des Endlagendämpfers 2, in dem sich beide Kolbenringe 38, 39 innerhalb des Bypaßnutensystems 40 befinden, arbeitet der Endlagen­ dämpfer 2 ohne Dämpfkraft. Der Hubbereich des Endlagendämpfers 2 ist darüberhinaus so ausgelegt, daß in den Extremstellung, entweder die Kolbenstange 10 maximal aus- oder eingefahren, sich stets nur ein Kolben 16, 18 innerhalb des Bypaßnutensystems 40 befinden kann.

Ausgehend von einer Mittelstellung der Kolbenstange 10 bei der sich beide Kolben 16, 18 innerhalb des Bypaßnutensystems 40 befinden, schließt sich das Rückschlagventil 32, wenn die Kolbenstange 10 weiter einfährt. Sobald der Kolbenring 39 nicht mehr umströmt wird

• - der Kolbenring 39 hat das Ende des Bypaßnutensystems 40 erreicht
• - muß das Dämpfmedium durch die Strömungskanäle 29 fliegen und eine federbelastete Scheibe 45a von ihrem Ventilsitz abheben. Es liegt eine Dämpfkraft vor. Das Rückschlagventil 30 am Kolben 16, der sich innerhalb des Bypaßnutensystems 40 befindet, ist geöffnet. Das Dämpfmedium kann den Kolben 16 ungehindert um- und durchströmen.

Von der Mittelstellung des Kolbensystems 14 ausgehend, öffnen 32 und schließen 30 sich die Rückschlagventile in Ausschubrichtung der Kolbenstange 10. Das Dämpfmedium muß, sobald das Bypaßnutensystem 40 ausläuft, durch die Strömungsbohrungen 28 gegen die federbelastete Scheibe 45b von Kolben 16 fließen, wodurch eine Dämpfkraft erzeugt wird. Der Kolben 18 wird in den Durchflußkanälen 29 bzw. den Bypaß­ nuten 40 durchströmt, so daß durch den Kolben 18 keine Dämpfkraft entsteht.

Am bodenseitigen Ende des Druckrohres ist ein Ausgleichsraum 46 angeordnet. Er wird aus einem Druckrohrlängenabschnitt 48 und einer elastischen Hülle 50 gebildet, die das Druckrohr 4 ummantelt. Die Druckvorspannung im Ausgleichsraum 46 erlaubt es, den Endlagen­ dämpfer 2 in beliebiger Stellung zu montieren, da der Ausgleichs­ raum 46 ständig lageorientiert ist. Zwischen dem Ausgleichsraum 46 des Druckrohrlängenabschnittes 48 und elastischen Hülle 50 besteht eine Überströmbohrung 52. Die elastische Hülle 50 wird von einem Schutzkörper 54 eingeschlossen. Der Schutzkörper 54 übernimmt die Funktionen, die Hülle 50 gegen äußere Einflüsse zu schützen und bei extremen Drücken die Aufweitung der Hülle 50 zu begrenzen.

Die Figur enthält zwei Versionen. Der erste Teil der Figurenbeschrei­ bung beschränkte sich auf eine Ausführung ohne ein Bodenventil. Es hat sich aber funktional als vorteilhaft erwiesen, zwischen dem Arbeits- 24 und dem Ausgleichsraum 46 ein Bodenventil 56 zu instal­ lieren. Das Bodenventil 56 besteht aus einem scheibenförmigen Trägerkörper 58, der fest mit dem Druckrohr 4 verbunden ist. Koaxial zum Trägerkörper 58 ist ein Ventilstift 60 angeordnet, der mittels einer Kegelfeder 62, die zwischen einer Haltescheibe 64 und dem Trägerkörper 58 verspannt ist, positioniert ist.

Mit dem der Kegelfeder 62 abgewandten Ende des Ventilstiftes 60 ist ein Scheibenkörper 66 verbunden. Dieser Scheibenkörper 66 wird von einem Ventilkörper 68 umschlossen. Innerhalb des Ventilkörpers 68 ist mindestens eine Drosselbohrung 70 eingebracht. Zwischen der Haltescheibe 64 und dem Ventilkörper 68 ist eine Ventilscheibe 72 montiert, die von einer Schraubendruckfeder 74 auf den Ventilkör­ per 68 gedrückt wird.

Im Gegensatz zu dem Kolbensystem 14 arbeitet das Bodenventil 56 bei jeder Kolbenstangenbewegung, da das verdrängte bzw. reduzierte Kol­ benstangenvolumen durch den Ausgleichsraum 46 kompensiert werden muß. Bei einer Einschubbewegung der Kolbenstange 10 strömt das Dämpf­ medium durch die Drosselbohrung 70 und hebt die Ventilscheibe 72 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 74 ab. In Ausschubrichtung der Kolbenstange 10 liegt ein größerer Druck an der Ventilschei­ be 72 bzw. dem Ventilkörper 68 ausgleichsraumseitig an. Die Kraft, die sich aus dem Produkt aus Ausgleichsraumdruck multipliziert mit der Fläche ergibt, reicht aus, um den Ventilkörper 60 vom Träger­ körper 58 gegen die resultierende Kraft, besteht aus Federkraft der Kegelfeder 62 und Druckkraft im Arbeitsraum 24, abheben zu lassen.

Durch den Einbau eines Bodenventils 56 wird die Dämpfkraft des End­ lagendämpfer 2 von der Vorspannung im Ausgleichsraum 46 weitestge­ hend unabhängig. Man kann durch geeignete Auslegung des Bodenven­ tils 56 sehr leicht eine zusätzliche richtungsabhängige Dämpfkraft erzeugen.

Claims (14)

1. Endlagendämpfer, umfassend ein zylindrisches Druckrohr, das einerseits von einem Boden und andererseits von einer Dichtungs -Führungseinheit axial begrenzt wird, einer Kolbenstange, einem Kolbensystem, das das Druckrohr in zwei Arbeitsräume unterteilt, wobei das Kolbensystem Durchflußkanäle besitzt, die mit Rück­ schlagventilen bestückt sind, einen Dampfmediumausgleichsraum, einen Hubbereich, der von relativen Positionen zwischen der Kol­ benstange und dem Druckrohr gebildet wird, in dem keine Dämpf­ kraft vorliegt, jeweils einem Hubbereich, die den jeweiligen Endstellungen der Kolbenstange zugeordnet sind, der eine Dämpf­ kraft besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbensystem (14) aus zwei beabstandeten Einzelkolben (16, 18) besteht, die an der Kolbenstange (10) befestigt sind, wobei die Kolben (16, 18) mit­ tels Kolbenringe (38, 39) gegenüber dem Druckrohr (4) abgedichtet sind und das Druckrohr (4) mindestens ein Bypaßnutensystem (40) besitzt, wobei die axiale Erstreckung (42) des Bypaßnuten­ systems (40) mindestens so groß ist, wie der maximale Ab­ stand (44) der Kolbenringe (38, 39) der Einzelkolben (16, 18).

2. Endlagendämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung (42) der Bypaßnuten (40) bezogen auf die Hub­ länge des Endlagendämpfers (2) so bemessen ist, daß in den Ex­ tremhublagen der Kolbenstange (10) stets ein Kolben (16, 18) im Längenbereich der Bypaßnuten (40) steht.

3. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Bypaßnutensystem (40) durch radial nach außen ausge­ formte Sicken im Druckrohr (4) gebildet wird.

4. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1 und, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kolben (16, 18) Strömungskanäle (28, 29) besitzen, die von einer federkraftbelasteten Scheibe (45) verschlossen werden.

5. Endlagendämpfer nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Scheiben (45) der Einzelkolben (16, 18) durch unter­ schiedliche Federkräfte belastet werden.

6. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Durchflußrichtungen der Strömungskanäle (28, 29) und der Durchflußkanäle (26, 27) bezogen auf einen Kolben (16,18) entgegengesetzt sind.

7. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den Einzelkolben (16, 18) eine Abstandsbuch­ se (20) montiert ist.

8. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der kolbenstangenseitige Kolben (16) des Kolben­ systems (14) geringfügig kleiner im Durchmesser ist als der kol­ benstangenferne Kolben (18).

9. Endlagendämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (46) lageorientiert druckvorgespannt ist.

10. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Ausgleichsraumes (46) von einer elastischen Membran gebildet wird.

11. Endlagendämpfung nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (46) von einer elastischen Hülle (50) gebildet wird.

12. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeits­ raum (24) und dem Ausgleichsraum (46) ein Bodenventil (56) an­ geordnet ist.

13. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenventil (56) zwei Durchflußrichtun­ gen besitzt.

14. Endlagendämpfer nach den Ansprüchen 1, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfkraft des Bodenventils (56) durch­ flußrichtungsabhängig ist.