WO2009040209A1 - Schwingungsdämpfer mit amplitudenabhängiger dämpfkraft - Google Patents

Schwingungsdämpfer mit amplitudenabhängiger dämpfkraft Download PDF

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WO2009040209A1
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separating piston
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separating
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Michael Denkel
Robert Moller
Bernd Pohl
Simon Strack
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/50—Special means providing automatic damping adjustment, i.e. self-adjustment of damping by particular sliding movements of a valve element, other than flexions or displacement of valve discs; Special means providing self-adjustment of spring characteristics
    • F16F9/512—Means responsive to load action, i.e. static load on the damper or dynamic fluid pressure changes in the damper, e.g. due to changes in velocity
    • F16F9/5126—Piston, or piston-like valve elements

Definitions

  • the invention relates to a vibration damper with amplitude-dependent damping force according to the preamble of patent claim 1.
  • EP 1 152 166 A1 describes a vibration damper with amplitude-dependent damping force, which has a housing which is connected via flow connections to work spaces which are separated by a piston on a piston rod. Within the housing, an axially displaceable separating piston is arranged, so that in each case a working chamber of the housing is connected to a working space within the vibration damper. When a piston rod movement fills one of the working chambers, as in turn empties the other working chamber in the housing. At the latest at the end of the displacement path of the separating piston open additional valves within the vibration damper.
  • the separating piston is sealed at the outer periphery. At a high piston rod speed fills or empties each one of the working chambers in the housing under the differential pressure between the two working chambers at a high speed, which causes the separating piston abuts with noise on the two cover surfaces of the housing.
  • a separating piston is proposed in DE 103 51 353 B4, which is equipped with an elastomer body.
  • the elastomer body projects beyond the top surface of the separating piston and thus provides a spring-loaded contact with the lid surfaces.
  • DE 103 51 353 B4 in FIG. 4 discloses an embodiment in which the separating piston is provided with a mandrel which forms a kind of needle valve with a flow connection and with the approach of the separating piston. Bens to the final position causes a throttling effect.
  • the axial extent of the dome represents a loss of space for the displacement of the separating piston in a given space.
  • the object of the present invention is to optimize the working movement of the separating piston in the housing for the amplitude-dependent damping.
  • the object is achieved in that there is a bypass connection between the two working chambers of the housing, which is controlled by the separating piston.
  • bypass connection There is a path-dependent control of the bypass connection, which causes a significant impact on the performance of the separating piston.
  • the bypass connection is formed by at least one groove within a contact region between the separating piston and the housing.
  • the groove is made inside the inner wall of the housing.
  • the operating behavior of the separating piston can be varied in detail. Is z. B. running the at least one groove in the region of a central position of the separating piston. Then, with a piston rod movement, a part of the damping medium can pass through the separating piston via the bypass connection, so that based on a displacement path of the piston rod, a smaller volume fraction has to be absorbed by the enlarging working chamber. In practice, the usable displacement path of the separating piston is thereby spread.
  • the at least one groove in the end position range of the separating piston is executed. This is achieved in a very simple way that on Separating piston is a lower differential pressure between the two working chambers, which in turn leads to a slowing of the separating piston movement. Noises then no longer occur.
  • Fig. 1 shows a section of a vibration damper 1, in which filled with a damping medium cylinder 3, a piston rod 5 is guided axially movable.
  • a piston 6 divides the cylinder into a piston rod side and a piston rod remote working space 7; 9, wherein for each one direction of movement of the piston rod, a damping valve, in this case passage cross-sections 11; 13, the end at least partially of at least one valve disc 15; 17 are covered.
  • a housing 19 is executed, in which a separating piston 21 is arranged axially movable.
  • the separating piston divides the housing 19 into two working chambers 23 likewise filled with the damping medium; 25.
  • the lower working chamber 25 is connected via a flow connection 27 in the form of an axial channel within a piston rod pin 29 with the piston rod remote working space 9.
  • Between the two working chambers 23; 25 is a bypass connection 37 which is formed in the contact area between the separating piston, in this embodiment by a groove in an inner wall of the housing 19.
  • the separating piston In a piston rod movement and a central position in its initial position of the separating piston, the separating piston still moves within the groove 37, z. However, part of the damping medium displaced by the piston rod is not taken up by the working chamber 25, but is conveyed via the bypass connection into the working chamber 23 and further via the connection opening 31 into the upper working space 7. Depending on the pressure difference between the two working chambers, the separating piston moves more or less quickly. If the separating piston has passed the groove 37 and thus closed, as shown by dashed lines, then the working chamber 23 decreases to the same extent as the working chamber 25 expands axially.
  • the separating piston controls the bypass connection, whereby in this variant, in the area of the bypass connection, a speed-dependent decoupling of the separating piston movement from that of the piston rod movement is achieved. In practical terms, an extension of the amplitude-dependent damping force range is thus achieved at low and medium piston rod speeds.
  • the damping valves 1 1 open with continued piston rod movement; 15 or 13; 17th
  • FIG. 2 The variant of Figure 2 corresponds in principle to the structure of FIG. 1. Deviating come grooves 37 in the end position range of the separating piston 21 for use. Starting from the central position shown, the separating piston 21 moves during a lifting movement of the piston rod 5 as a function of the pressure conditions between the two working chambers 23; 25 immediately, wherein the movement speed of the separating piston of the size of the flow connection 27, the connection opening 31 hydraulically and a parallel, not shown Voröff- is determined in cross section.

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Abstract

Schwingungsdämpfer (1), umfassend einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) mit einem Kolben (6) axial beweglich geführt ist, wobei der Kolben (6) den Zylinder (3) in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum (7;9) unterteilt und jeweils einer der beiden Arbeitsräume (7;9) für eine amplitudenselektive Dämpfkraft über Strömungsverbindungen (27;31) mit jeweils einer Arbeitskammer (23;25) in einem Gehäuse (19) verbunden ist, dessen Arbeitskammern durch einen axial beweglichen Trennkolben (21) voneinander getrennt sind, wobei zwischen den beiden Arbeitskammern des Gehäuses (19) eine Bypassverbindung (37) vorliegt, die von dem Trennkolben (21) gesteuert wird.

Description

Schwingungsdämpfer mit amplitudenabhängiger Dämpfkraft
(Beschreibung)
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit amplitudenabhängiger Dämpfkraft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Stand der Technik
Die EP 1 152 166 A1 beschreibt einen Schwingungsdämpfer mit amplitudenabhängiger Dämpfkraft, der ein Gehäuse aufweist, das über Strömungsverbindungen an Arbeitsräume angeschlossen ist, die durch einen Kolben an einer Kolbenstange getrennte sind. Innerhalb des Gehäuses ist ein axial verschiebbarer Trennkolben angeordnet, so dass jeweils eine Arbeitskammer des Gehäuses mit einem Arbeitsraum innerhalb des Schwingungsdämpfers verbunden ist. Bei einer Kolbenstangenbewegung füllt sich eine der Arbeitskammern, wie sich im Gegenzug die andere Arbeitskammer im Gehäuse leert. Spätestens am Ende des Verschiebewegs des Trennkolbens öffnen zusätzliche Ventile innerhalb des Schwingungsdämpfers. In der EP 1 152 166 A1 wird detailliert beschrieben, dass der Trennkolben am äußeren Umfang abgedichtet ist. Bei einer hohen Kolbenstangengeschwindigkeit füllt bzw. entleert sich jeweils eine der Arbeitskammern in dem Gehäuse unter dem Differenzdruck zwischen den beiden Arbeitskammern mit einer hohen Geschwindigkeit, die dazu führt, dass der Trennkolben unter Geräuschbildung an den beiden Deckelflächen des Gehäuses anschlägt.
Zur Geräuschvermeidung wird in der DE 103 51 353 B4 ein Trennkolben vorgeschlagen, der mit einem Elastomerkörper bestückt ist. Der Elastomerkörper überragt die Deckfläche des Trennkolbens und sorgt damit für einen abgefederten Kon- takt mit den Deckelflächen.
Des Weiteren offenbart die DE 103 51 353 B4 in der Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Trennkolben mit einem Dorn versehen ist, der mit einer Strömungsverbindung eine Art Nadelventil bildet und mit Annäherung des Trennkol- bens an die Endlage eine Drosselwirkung bewirkt. Die axiale Ausdehnung des Doms stellt bei einem vorgegebenen Bauraum eine Verlustlänge für den Verschiebeweg des Trennkolbens dar.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Arbeitsbewegung des Trennkolbens in dem Gehäuse für die amplitudenabhängige Dämpfung zu optimieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen den beiden Ar- beitskammern des Gehäuses eine Bypassverbindung vorliegt, die von dem Trennkolben gesteuert wird.
Es liegt eine wegabhängige Steuerung der Bypassverbindung vor, die einen wesentlichen Einfluss auf das Betriebsverhalten des Trennkolbens bewirkt. Im Hinblick auf eine möglichst einfache Herstellung der Bypassverbindung wird diese von mindestens einer Nut innerhalb eines Kontaktbereichs zwischen dem Trennkolben und dem Gehäuse gebildet wird.
So ist vorgesehen, dass die Nut innerhalb der Innenwandung des Gehäuses aus- geführt ist.
Durch die Lage der Nut innerhalb des Gehäuses kann man im Detail das Betriebsverhalten des Trennkolbens variieren. Ist z. B. die mindestens eine Nut im Bereich einer Mittellage des Trennkolbens ausgeführt. Dann kann bei einer Kolbenstan- genbewegung ein Teil des Dämpfmediums den Trennkolben über die Bypassverbindung passieren, so dass bezogen auf einen Verschiebeweg der Kolbenstange ein kleinerer Volumenanteil von der sich vergrößernden Arbeitskammer aufgenommen werden muss. Praktisch wird dadurch der nutzbare Verschiebeweg des Trennkolbens gespreizt.
Bei einer Alternativlösung ist die mindestens eine Nut im Endlagenbereich des Trennkolbens ausgeführt. Damit wird auf ganz einfache Art erreicht, dass am Trennkolben ein geringerer Differenzdruck zwischen den beiden Arbeitskammern vorliegt, der wiederum zu einer Verlangsamung der Trennkolbenbewegung führt. Geräusche treten dann nicht mehr auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt: Fig. 1 Schwingungsdämpfer mit einer Bypassnut in einer Mittellage des Trennkolbens
Fig. 2 Schwingungsdämpfer mit Bypassnuten im Endlagenbereich des Trennkolbens
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 , in dessen mit einem Dämpfmedium gefülltem Zylinder 3 eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt ist. Ein Kolben 6 unterteilt den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 7; 9, wobei für jeweils eine Bewegungs- richtung der Kolbenstange ein Dämpfventil, in diesem Fall Durchtrittsquerschnitte 11 ; 13, die endseitig zumindest teilweise von mindestens einer Ventilscheibe 15; 17 abgedeckt werden.
Innerhalb der Kolbenstange 5 ist ein Gehäuse 19 ausgeführt, in dem ein Trennkol- ben 21 axial beweglich angeordnet ist. Der Trennkolben unterteilt das Gehäuse 19 in zwei ebenfalls mit dem Dämpfmedium gefüllte Arbeitskammern 23; 25. Die untere Arbeitskammer 25 ist über eine Strömungsverbindung 27 in der Bauform eines Axialkanals innerhalb eines Kolbenstangenzapfens 29 mit dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9 verbunden. Zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsaum 7 und der oberen Arbeitskammer 23 besteht als Strömungsverbindung eine Anschlussöffnung 31. Über die Strömungsverbindung und die Anschlussöffnung werden Volumenänderungen der beiden Arbeitskammern 23; 25 in Grenzen ausgegli- chen, so dass beide Arbeitskammern permanent mit Dämpfmedium gefüllt sind. Zwischen den beiden Arbeitskammern 23; 25 besteht eine Bypassverbindung 37, die im Kontaktbereich zwischen dem Trennkolben, in dieser Ausführung durch eine Nut in einer Innenwandung des Gehäuses 19 gebildet wird.
Bei einer Kolbenstangenbewegung und einem in seiner Ausgangslage mittigen Position des Trennkolbens bewegt sich der Trennkolben noch innerhalb der Nut 37, z. B. in Richtung des Deckels 35. Ein Teil des von der Kolbenstange verdrängten Dämpfmedium wird jedoch nicht von der Arbeitskammer 25 aufgenommen, son- dem über die Bypassverbindung in die Arbeitskammer 23 und weiter über die Anschlussöffnung 31 in den oberen Arbeitsraum 7 gefördert. In Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen den beiden Arbeitskammern bewegt sich der Trennkolben mehr oder weniger schnell. Hat der Trennkolben die Nut 37 passiert und damit verschlossen, wie gestrichelt dargestellt, dann verkleinert sich die Arbeitskammer 23 im selben Maß, wie sich die Arbeitskammer 25 axial ausdehnt.
Der Trennkolben steuert die Bypassverbindung, wodurch bei dieser Variante im Bereich der Bypassverbindung eine geschwindigkeitsabhängige Entkopplung der Trennkolbenbewegung von der der Kolbenstangenbewegung erreicht wird. Prak- tisch wird damit bei kleinen und mittleren Kolbenstangengeschwindigkeit funktional eine Verlängerung des amplitudenabhängigen Dämpfkraftbereichs erreicht. Spätestens wenn der Trennkolben einen Boden 33 oder einen Deckel 35 des Gehäuses 19 erreicht hat, öffnen sich bei fortgesetzter Kolbenstangenbewegung die Dämpfventile 1 1 ; 15 oder 13; 17.
Die Variante nach Figur 2 entspricht im prinzipiellen Aufbau der Fig. 1. Abweichend kommen Nuten 37 im Endlagenbereich des Trennkolbens 21 zur Anwendung. Ausgehend von der gezeigten Mittellage bewegt sich der Trennkolben 21 bei einer Hubbewegung der Kolbenstange 5 in Abhängigkeit der Druckverhältnisse zwischen den beiden Arbeitskammern 23; 25 sofort, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Trennkolbens von der Größe der Strömungsverbindung 27, der Anschlussöffnung 31 hydraulisch und einem parallel geschalteten, nicht dargestellten Voröff- nungsquerschnitts mitbestimmt wird. Sobald der Trennkolben 21 in Überdeckung mit einer der Nuten 37 steht, siehe gestrichelte Darstellungen des Trennkolbens 21 , kann ein Teil des Dämpfmediums über die Nuten 37 von einer Arbeitskammer 23; 25 in die andere strömen, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Trenn- kolbens 21 sinkt, da aufgrund des geringeren Druckgefälles eine kleinere Druckkraft die Verschiebebewegung des Trennkolbens bewirkt. Eine kleinere Bewegungsgeschwindigkeit führt zu einer Minimierung der Anschlaggeräusche bei einem Kontakt des Trennkolbens 21 am Boden 33 oder am Deckel 35. Wenn der Trennkolben am Boden 33 oder am Deckel 35 anliegt, werden die Nuten 37 jeweils vom Trennkolben 21 verschlossen.

Claims

Ansprüche
1. Schwingungsdämpfer (1 ) , umfassend einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) mit einem Kolben (6) axial beweglich geführt ist, wobei der Kolben (6) den Zylinder (3) in einen kolben- stangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum (7; 9) unterteilt und jeweils einer der beiden Arbeitsräume (7; 9) für eine amplitudenselektive Dämpfkraft über Strömungsverbindungen (27; 31 ) mit jeweils einer Arbeitskammer (23; 25) in einem Gehäuse (19) verbunden ist, dessen Arbeits- kammern (23; 25) durch einen axial beweglichen Trennkolben (21 ) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Arbeitskammern (23; 25) des Gehäuses (19) eine Bypassverbindung (37) vorliegt, die von dem Trennkolben (21 ) gesteuert wird.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassverbindung von mindestens einer Nut (37) innerhalb eines Kontaktbereichs zwischen dem Trennkolben (21 ) und dem Gehäuse (19) gebildet wird.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (37) innerhalb der Innenwandung des Gehäuses (19) ausgeführt ist.
4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Nut (37) im Bereich einer Mittellage des Trennkolbens (21 ) ausgeführt ist.
5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Nut (37) im Endlagenbereich des Trennkolbens (21 ) ausgeführt ist.
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