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Die
Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 199 48 328 A1 beschreibt
einen Schwingungsdämpfer
mit einem an einer Kolbenstange befestigten Kolben. Der Kolben ist
mit mindestens einem Dämpfventil
bestückt
und trennt räumlich
zwei mit Dämpfmedium
gefüllte
Arbeitsräume.
Auf einem Kolbenstangenzapfen ist ein axial beweglicher Kolben gelagert,
der mit mindestens einer Durchgangsöffnung ausgeführt ist.
Der axial bewegliche Kolben steht in Reibkontakt mit der Innenwandung
eines Zylinders.
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In
der Kolbenstange ist ein Bypasskanal ausgeführt, der die beiden Arbeitsräume des
Zylinders verbindet. Ein Ende des Bypasskanals mündet in einer Mantelfläche des
Kolbenstangenzapfens. Die Führungsfläche des
beweglichen Kolbens bildet mit der Mündungsöffnung des Bypasskanals ein
Schieberventil.
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Der
Kolben kann sich axial zwischen zwei Anschlägen bewegen und lageabhängig die
Mündungsöffnung blockieren
oder freigeben. Bei geöffnetem
Schieberventil erzeugt der Schwingungsdämpfer eine vergleichsweise
geringere Dämpfkraft,
da dem Dämpfmedium
als Strömungsweg
nicht nur eines der Dämpfventile
im Kolben zur Verfügung
steht, sondern der Bypass einen deutlich günstigeren Strömungswiderstand
darstellt.
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Der
räumliche
Mehraufwand für
die amplitudenabhängige
Dämpfeinrichtung
wird von dem Abstand der beiden Axialanschläge für den beweglichen Kolben bestimmt.
Häufig
möchte
man den Arbeitsbereich vergleichsweise groß dimensionieren, kommt dabei
aber in Zielkonflikt mit dem zur Verfügung stehenden Bauraum.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es eine Lösung für den dargestellten Zielkonflikt
zu bieten.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Mündungsöffnung des
Bypasskanals in einer zur Kolbenstange axial beweglichen Schiebehülse ausgeführt ist
und der zweite Kolben relativ zur Schiebehülse verschiebbar ist.
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Der
große
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die zur Kolbenstange
teleskopierbare Schiebehülse
der bisher notwendige Bauraum deutlich verringert werden kann. Im
Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktion
halbiert sich in etwa der notwendige Bauraum bezogen auf einen Gesamthubweg
des zweiten Kolbens.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die Schiebehülse eine
Anschlagfläche
für den
zweiten Kolben auf. Eine Stirnfläche
des ersten Kolbens bildet eine Anschlagfläche für den zweiten Kolben. Dadurch
kann einerseits ein an sich bekannter Kolben verwendet werden und
die Schiebehülse
lässt sich
leicht herstellen, insbesondere in einem Gießverfahren.
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Nach
einem Unteranspruch ist die Schiebehülse auf einem Kolbenstangenzapfen
gelagert. Dafür
kann ggf. eine Verlängerungshülse am Kolbenstangenzapfen
befestigt sein.
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Zur
Vermeidung von Leckagen, die die Dämpfkraftkennlinie negativ beeinflussen
würden,
ist die Schiebehülse
zum Kolbenstangenzapfen abgedichtet.
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Zwischen
dem Kolbenstangenzapfen und der Schiebehülse ist zu deren Hubbegrenzung
ein den maximalen Abstand zum ersten Kolben bestimmender Anschlag
wirksam, so dass ein Heruntergleiten der Schiebehülse vom
Kolbenstangenzapfen ausgeschlossen ist.
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Des
Weiteren ist vorgesehen, dass in der Schiebehülse ein Teilabschnitt des Bypasskanals verläuft. Der
Teilabschnitt überbrückt den
Verschiebeweg der Schiebehülse.
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Die
Schiebehülse
begrenzt mit ihrer Innenwand und der Kolbenstangenzapfen einen Ringraum,
der eine Strömungsverbindung
zwischen den Teilabschnitten des Bypasskanals bildet. Zwischen der
Schiebehülse
und dem Kolbenstangenzapfen muss keine Drehorientierung bestehen.
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Gemäß einem
Unteranspruch wird der Teilabschnitt des Bypasskanals in der Schiebehülse von zwei über einen
Axialkanal verbundene Radialkanäle gebildet,
wobei ein Radialkanal in Richtung des Kolbenstangenzapfens und ein
Radialkanal in Richtung des zweiten Kolbens verlaufen.
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Um
möglichst
ein Reihenbewegung zwischen der Schiebehülse und dem zweiten Kolben
zu erreichen, ist der Verschiebeweg der Schiebehülse maximal so groß wie der
Hubweg des zweiten Kolbens auf der Schiebehülse.
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Bei
einer Ausführungsform
liegen in der Schiebehülse
zwei hydraulisch parallel geschaltete Teilabschnitte des Bypasskanals
mit Radialkanälen in
Richtung des Kolbenstangenzapfen und mit Radialkanälen in Richtung
des Kolben vor, wobei der wirksame Verbindungsquerschnitt des Radialkanals
in Richtung des Kolbenstangenzapfens in Abhängigkeit der Axialposition
der Schiebehülse
zum Kolbenstangenzapfen gesteuert wird und die Radialkanäle mit Schieberöffnung in
Richtung des Kolbens axial beabstandet sind. Unabhängig davon,
wie sich der zweite Kolben zur Schiebehülse und beide Bauteile zur
Kolbenstange verschieben, ist sichergestellt, dass die Verbindung über den
gesamten Bypasskanal erst dann geschlossen ist, wenn beide Bauteile
in Kombination die Endpositionen erreicht haben.
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Anhand
der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es
zeigt:
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1–7 Ausschnitt
aus dem Schwingungsdämpfer
mit verschiedenen Betriebsstellungen der Schiebehülse und
des zweiten Kolbens
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8 Alternativlösung zu
den 1–7
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9 Perspektivische
Ansicht zu einer Ventilanordnung nach den 1–8
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10 Maximale
Endstellung einer Schiebehülse
zur 8
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Die 1 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 beliebiger
Bauart und beschränkt
sich dabei auf ein in einem Zylinder 3 ragendes Ende einer
darin axial beweglichen Kolbenstange 5. An der Kolbenstange 5 ist
ein Kolben 7 befestigt, der zwei mit Dämpfmedium gefüllte Arbeitsräume 9; 11 trennt.
Der Kolben verfügt über getrennt
verlaufende Durchtrittskanäle 13; 15,
der Ausgangsöffnungen
jeweils mit mindestens einer Ventilscheibe 17; 19 bestückt ist.
Die Kombinationen der Ausgangsöffnungen
mit den Ventilscheiben 17; 19 bilden Dämpfventile 21; 23 für beide
Bewegungsrichtungen der Kolbenstange 5 im Zylinder 3.
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Der
Kolben 7 ist auf einem Kolbenstangenzapfen 25 fixiert,
der eine Verlängerungshülse 27 aufweist.
In Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 11 verfügt die Verlängerungshülse 27 über einen
geschlossenen Boden 29, dessen Außendurchmesser größer ist
als eine Mantelfläche 31 der
Verlängerungshülse 27,
so dass ein umlaufender Ringsteg 33 vorliegt. An seinem
Außendurchmesser
ist der Ringsteg 33 mit einer Dichtung 35 bestückt.
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Auf
der Verlängerungshülse 27 bzw.
dem Kolbenstangenzapfen 25 ist eine Schiebehülse 37 beweglich
gelagert. Die Schiebehülse 37 verfügt über eine
Führungsfläche 39,
die dem Außendurchmesser
des Ringstegs 33 entspricht. In Richtung des axial festen
Kolbens 7 weist die Schiebehülse 37 einen Innenring 41 auf,
der ebenfalls eine Ringdichtung 43 aufweist und auf der
Mantelfläche 31 der
Verlängerungshülse 27 gleitet,
so dass die Schiebehülse 37 zum
Kolbenstangenzapfen 25 bzw. zur Verlängerungshülse 27 abgedichtet
ist. Die Mantelfläche 31 der
Verlängerungshülse 27 und
die Führungsfläche 39 der
Schiebehülse 37 bestimmen
zusammen mit dem Ringsteg 33 und dem Innenring 41 einen
Ringraum 45. Der Innenring 41 der Schiebehülse 37 und der
Ringsteg 33 der Verlängerungshülse 27 bilden
einen Anschlag, der als Hubbegrenzung den maximalen Abstand der
Schiebehülse 37 zum
ersten Kolben 7 bestimmt.
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Auf
einer Gleitfläche 47 der
Schiebehülse 37 ist
ein zweiter Kolben 49 axial verschiebbar gelagert. Der
zweite Kolben 49 verfügt über einen
Kolbenring 51, der in Reibkontakt mit der Innenwandung
des Zylinders 3 steht. Der maximale Verschiebeweg des axial
beweglichen Kolbens 49 wird von einer Stirnfläche 53 des
ersten Kolbens 7 und einer Anschlagfläche 55 als Teil eines
in Richtung der Innenwandung umlaufenden Absatzes 57 der
Schiebehülse 37 begrenzt.
Auch in dem Absatz 57 ist in Richtung der Innenwandung
des Zylinders eine Ringdichtung 59 angeordnet, die in Reibkontakt
mit der Innenwandung des Zylinders 3 steht.
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Zwischen
den beiden Arbeitsräumen 9; 11 besteht
ein Bypasskanal, der sich in mindestens zwei Teilabschnitte gliedert.
Ein erster Teilabschnitt wird von einem T-förmigen
Kanal 61 gebildet, der innerhalb eines von der Verlängerungshülse 27 und deren Boden 29 begrenzten
Zwischenraum 63 mündet.
In der Verlängerungshülse 27 ist
mindestens ein Anschlusskanal 65 ausgeführt, der den Zwischenraum 63 mit
dem Ringraum 45 verbindet.
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In
der Schiebehülse 37 verläuft ein
weiterer Teilabschnitt des Bypasskanals zwischen den beiden Arbeitsräumen 9; 11.
Dieser Teilabschnitt umfasst einen Axialkanal 67 und mindesten
zwei beabstandete und an den Axialkanal 67 angeschlossene
Radialkanäle 69; 71.
Ein erster Radialkanal 69 verbindet den Ringraum 45 mit
dem Axialkanal 67. Mit dem zweiten Radialkanal 71 wird
der Axialkanal 67 mit einem Außenzwischenraum 73 verbunden,
der sich größenveränderlich
zwischen dem axial verschiebbaren Kolben 49 und der Anschlagfläche 55 der
Schiebehülse 37 erstreckt.
Zur einfacheren Herstellung wird der in Richtung des ersten Kolbens 7 verschlossene
Axialkanal 67 von einer Sacklochbohrung in Verbindung mit
einer Verschlussschraube 75 gebildet.
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Der
Abstand einer Schieberöffnung 77 des zweiten
Radialkanals 71 zur Anschlagfläche 55 der Schieberhülse 37 ist
im Verhältnis
zur Länge
des zweiten Kolbens 49 derart bemessen, dass der zweite
Kolben 49 mit der Schieberöffnung 77 ein zumindest
teilverschließbares
Ventil bilden kann.
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Die 1 zeigt
eine Momentaufnahme, wenn die Kolbenstange 5 eine Hubbewegung
in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 11 abgeschlossen
hat. Am Ende dieser Hubbewegung liegt der zweite Kolben 49 an
der Stirnfläche 53 des ersten
Kolbens 7 an und die Schiebehülse 37 stützt sich
ebenfalls mit ihrem Innenring 41 in Richtung des ersten
Kolbens 7 axial ab. Der Bypasskanal zwischen den beiden
Arbeitsräumen 9; 11 ist
geöffnet.
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Bei
einer Kolbenstangenbewegung in Pfeilrichtung, s. 2,
bei der Dämpfmedium
im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum komprimiert wird, fließt Dämpfmedium
durch den ersten Teilabschnitt 61 des Bypasskanals innerhalb
der Kolbenstange 5 entsprechend der gestrichelten Strömungslinie über den Zwischenraum 63,
den Ringraum 45, dem ersten Radialkanal 69, dem
Axialkanal 67, dem zweiten Radialkanal 71 in den
Außenringraum 73.
Mit der Kolbenstangenbewegung relativ zum Zylinder 3 vergrößert sich
aufgrund der am zweiten Kolben 49 und am Absatz 57 der
Schiebehülse 37 wirksamen
Reibkräfte jeweils
der Abstand des Kolbens 49 und der Schiebehülse 37 zum
festen Kolben 7. Die Schieberöffnung 77 ist noch
offen, so dass das Dämpfmedium
von dem Außenringraum 73 über Durchgangsöffnungen 79 im
Absatz 57 der Schiebehülse 37 in
den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 fließt. Bei
einer entsprechend kleinen Kolbenstangengeschwindigkeit ist das
Dämpfventil 21 im
Kolben 7 noch geschlossen.
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Im
Bewegungsablauf nach 3 hat die Schiebehülse 37 auf
der Verlängerungshülse 27 ihre Endanschlagposition
erreicht, bei der der Innenring 41 der Schiebehülse 37 am
Ringsteg 33 der Verlängerungshülse 27 anliegt.
Der dabei zurückgelegte Verschiebeweg
der Schiebehülse 37 ist
im Verhältnis zum
Verschiebeweg des Kolbens 49 maximal so dimensioniert,
in diesem Fall kleiner als der mögliche Hubweg
des axial beweglichen Kolbens 49 auf der Schiebehülse 37,
dass die Schieberöffnung 77 noch auf
Durchlass steht und der Bypasskanal beide Arbeitsräume 9; 11 verbindet.
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Die 4 zeigt
den axial beweglichen Kolben 49 im maximalen Abstand zum
ersten Kolben 7, wobei der bewegliche Kolben 49 an
der Anschlagfläche 55 der
Schieberhülse 37 anliegt
und die Schieberöffnung 77 zumindest
teilweise verschließt.
Bei einer weiteren Kolbenstangenbewegung in Pfeilrichtung muss das
Dämpfmedium
unabhängig
von der Kolbenstangengeschwindigkeit durch das Dämpfventil 21 an der
Unterseite des Kolbens in einen Durchgangsraum 81 strömen. Der
weitere Strömungsweg
setzt sich durch mindestens eine Nut 83 in der Gleitfläche 47 der
Schiebehülse 37 und
den Durchgangsöffnungen 79 in
den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 fort.
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Die
Figurenfolge 5 bis 7 zeigt die Verschiebepositionen
des zweiten Kolbens 49 und der Schiebehülse 37 bei einer ausgehend
von der 4 in Pfeilrichtung verlaufenden
Kolbenstangenbewegung. Bei kleiner Kolbenstangengeschwindigkeit
verläuft
der Strömungsweg
des Dämpfmediums
vom kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 entgegengesetzt
zur Beschreibung entsprechend den 1 bis 4,
verdeutlicht durch die gestrichelte Strömungslinie. Wenn die Endposition
gemäß 1 wieder
erreicht ist, muss das Dämpfmedium
oberhalb einer definierten Kolbenstangengeschwindigkeit durch das
Dämpfventil 19 strömen.
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Die 1 und
die 8 zeigen in der Zusammenschau eine Alternativvariante
eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers,
bei der am Ende einer Einschubbewegung der Kolbenstange in Richtung
des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 11, wenn der zweite
Kolben 49 und die Schiebehülse 37 jeweils ihre
Anschlagposition in Richtung des ersten Kolbens 7 eingenommen
haben und der amplitudenabhängige
Hubbereich beendet ist, der Bypasskanal zwischen den Arbeitsräumen 9; 11 bei
weiterer Einschubbewegung der Kolbenstange 5 verschlossen ist.
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Die
Gleitfläche 47 der
Schiebehülse 37 wird, wie
die 9 zeigt, von mehreren Stegen 85; 87 der Schiebehülse 37 gebildet.
In mindestens einem Steg 85 der Schiebehülse 37 ist
ein Teilabschnitt des Bypasskanals gemäß den 1 bis 7 und
in mindestens einem Steg 87 ist ein Teilabschnitt des Bypasskanals
gemäß der 8 ausgeführt. Der
Unterschied zwischen den Teilabschnitten der 1 und 8 besteht
darin, dass zusätzlich
zu den in den 1 bis 7 beschriebenen
Merkmalen in der 8 der weitere Teilabschnitt
des Bypasskanals mit einem weiteren Radialkanal 89 und
mit einer zweiten Schieberöffnung 91 in
Richtung des Kolbens 49 ausgeführt, die ebenfalls von dem
axial beweglichen Kolben 49 zumindest teilverschlossen
werden kann, wenn die Schiebehülse 37 und
der bewegliche Kolben 49 ihre Anschlagposition in Richtung
des festen Kolbens 7 einnehmen.
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Ein
in Richtung der Verlängerungshülse 27 weisender
Radialkanal 70 der Schieberhülse 37 bildet in der 8 mit
einer Anschlussöffnung 93 des Anschlusskanals 65 der
Verlängerungshülse 27 ein Ventil 95 (s. 10).
Wie aus der Zusammenschau der 1 und 8 ersichtlich
ist, sind die beiden Teilabschnitte des Bypasskanals in der Schiebehülse 37 hydraulisch
parallel geschaltet.
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Unabhängig davon
wie die Reibungsverhältnisse
des axial beweglichen Kolbens 49 und der Schiebehülse 37 zur
Innenwandung des Zylinders 3 ablaufen, ist garantiert,
dass bis zur Endposition der Schiebehülse 37 und des axial
beweglichen Kolbens 49 mindestens eine Schieberöffnung 77; 91 in
der Schiebehülse 37 geöffnet ist.
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Wenn
z. B. der axial bewegliche Kolben 49 ausgehend von den 1 oder 8 bei
einer Verschiebebewegung in Richtung des Arbeitsraums 9 in seiner
Ausgangslage verharrt, also wie in 1 dargestellt,
dann steht der Strömungsweg über den
Teilabschnitt in der Schiebehülse 37 gemäß den 1 bis 4 mit
der Schieberöffnung 77 zur
Verfügung. Ein
optional eingesetzter Anschlag 97, z. B. in Form eines
Sicherungsrings, sorgt dafür,
dass der zweite Kolben 49 niemals von der Schiebehülse 37 gleiten kann.
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Sollte
der Fall eintreten, dass die Schiebehülse 37 eine größere Haltekraft
zur Verlängerungshülse 27 als
zum Zylinder 3 aufweist und die Schiebehülse 37 und
der Kolben 49 die in der in 7 dargestellten
Positionen beibehalten, dann gibt der axial bewegliche Kolben 49 den
Strömungsweg über die Schieberöffnung 91 frei.
In der maximalen Endstellung nach 10 werden
sämtliche
der Anschlagfläche 55 zugeordneten
Ventilöffnungen 77 vom
axial beweglichen Kolben 49 verschlossen. Die Zuströmung vom
ersten Teilabschnitt 61 in der Kolbenstange 5 wird
von dem zwischen der Schiebehülse 37 und
der Verlängerungshülse 27 gebildetem
Ventil 95 zumindest reduziert, so dass die Ventilöffnung 91 an dem
der Anschlagfläche
gegenüberliegenden
Ende zwar offen ist, jedoch keinen oder gewollt nur einen geringen
hydraulischen Kurzschluss zur Ventilöffnung 77 im Bereich
der Anschlagfläche 55 darstellt.