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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit einer amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Schwingungsdämpfer mit einer amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 103 51 353 B4 bekannt. Der Schwingungsdämpfer besitzt ein mit Dämpfungsflüssigkeit gefülltes Dämpferrohr, in welchem eine Kolbenstange hin und her bewegbar ist, und mit der Kolbenstange ist ein Dämpfungskolben mitbewegbar, durch den der Innenraum des Dämpferrohres in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum aufgeteilt ist. Der Dämpfungskolben weist Federscheibenpakete mit einer Hartkennung für die Zugstufe und die Druckstufe des Schwingungsdämpfers auf, und der Dämpfungskolben bildet den Haupt-Arbeitskolben des Schwingungsdämpfers.
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Zusätzlich zum Haupt-Arbeitskolben weist der Schwingungsdämpfer eine ebenfalls mit der Kolbenstange mitbewegte amplitudenselektive Dämpfungseinrichtung auf, die fluidisch parallel zum Dämpfungskolben einen Bypass bildet, der zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum ausgebildet ist. Der Bypass umfasst einen mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Ausgleichsraum, wobei der Ausgleichsraum mit dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und mit dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum fluidisch in Verbindung steht. Im Ausgleichsraum ist ein Trennkolben hubbeweglich aufgenommen, sodass der Ausgleichsraum in eine kolbenstangenseitige Kammer und in eine kolbenstangenferne Kammer unterteilt ist, wobei die kolbenstangenseitige Kammer mit dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und die kolbenstangenferne Kammer mit dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum fluidisch kommunizieren kann.
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Der Bypass dient dazu, dass höherfrequente Schwingungen mit kleinerer Schwingungsamplitude in der Bewegung der Kolbenstange im Dämpferrohr des Schwingungsdämpfers nicht zu einer Aktivierung des Dämpfungskolbens führen, und die Dämpfungsflüssigkeit kann zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum durch den Bypass hin und her strömen. Werden jedoch die Schwingungsamplituden größer, so gelangt der aufgrund der Durchströmung des Ausgleichsraums in Hubbewegung versetzte Trennkolben gegen Anlageflächen in der Dämpfungseinrichtung, wodurch der Bypass geschlossen wird. Ist der Trennkolben in der Zugstufe oder in der Druckstufe gegen eine seiner Anlageflächen gelangt und ist der Bypass somit verschlossen, so wird der Durchfluss der Dämpfungsflüssigkeit durch den Bypass gestoppt und die Dämpfungsflüssigkeit strömt unter entsprechend stärkerer Dämpfung durch den Dämpfungskolben zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum hin und her.
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Der Trennkolben weist einen Kolbengrundkörper auf, an dem zumindest ein Pufferkörper angeordnet ist, und die amplitudenselektive Dämpfungseinrichtung, die sich gemeinsam mit dem Dämpfungskolben mit der Kolbenstange hin und her bewegt, weist ein Modulgehäuse auf, in dem der Ausgleichsraum ausgebildet ist. Der Ausgleichsraum besitzt eine zylinderförmige Gestalt, und der Trennkolben kann über die Innenseite des Modulgehäuses zur Ausführung seiner Hubbewegung abgleiten.
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Gewöhnlich werden die Trennkolben mit einer Gleitmanschette ausgestattet, die den Kolbengrundkörper außenseitig umschließt. Derartige Gleitmanschetten sitzen in Foliennuten ein und können in die Foliennut einvulkanisiert sein. Bekannt sind dabei Kolbengrundkörper aus Aluminium, und die Gleitmanschette am Kolbengrundkörper verhindert einen Festkörperkontakt zwischen dem Kolbengrundkörper und der Innenseite des Modulgehäuses, das beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff besteht.
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Eine weitere Anordnung eines Trennkolbens in einem Modulgehäuse einer amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung zeigt die
DE 10 2005 055 801 B3 , und die Gleitmanschette umschließt den Kolbengrundkörper des Trennkolbens im Wesentlichen über seiner gesamten zylindrischen Höhe. Nachteilhafterweise wird durch die Verwendung einer Gleitmanschette der Trennkolben durch seine mehrteilige Ausgestaltung aufwendig in seiner Herstellung, und es hat sich gezeigt, dass die Gleitmanschetten am Trennkolben leicht Schaden nehmen können, wodurch ein Ausfall der Funktion der amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung gegeben sein kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungsdämpfer mit einer amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung derart weiterzubilden, dass die Dämpfungseinrichtung und insbesondere der Trennkolben der Dämpfungseinrichtung einfach ausgeführt wird und eine möglichst lange Gebrauchsdauer ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schwingungsdämpfer mit einer amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Kolbengrundkörper zum direkten Gleitkontakt auf der Innenseite des Modulgehäuses ausgebildet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Gleitkontakt zwischen dem Kolbengrundkörper und der Innenseite des Modulgehäuses unter Entfall des am Kolbengrundkörper angeordneten Dichtelementes, beispielsweise einer Gleitmanschette, ausgebildet ist. Der Entfall eines Dichtelementes bezeiht sich dabei auch auf ein Gleit- bzw. Führungselement, wobei der Kolbengrundkörper dabei auch ohne ein auf der Mantelfläche angebrachtes Fremdmaterial, insbesondere einer entsprechenden Beschichtung, ausgeführt ist. Der direkte Gleitkontakt entsteht insbesondere dadurch, dass das Material des Kolbengrundkörpers mit dem Material des Modulgehäuses tribologisch gepaart wird, wobei zu berücksichtigen ist, dass der Ausgleichsraum mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist, beispielsweise mit Öl, und die Dämpfungsflüssigkeit kann als Schmiermittel wirken, sodass durch den Effekt der Vollschmierung sogar eine geometrische Trennung der Gleitoberfläche des Kolbengrundkörpers von der Innenseite des Modulgehäuses erfolgen kann.
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Der Kolbengrundkörper kann ringförmig ausgebildet sein und eine zylindrische Mantelfläche umfassen, die auf der Innenseite des Modulgehäuses abgleitet. Die zylindrische Mantelfläche besitzt dabei eine bestimmte Höhe, die in Hubrichtung des Trennkolbens bezogen auf den Durchmesser der Mantelfläche gemessen werden kann, und das Verhältnis aus der Höhe der Mantelfläche in Hubrichtung des Trennkolbens zum Durchmesser der Mantelfläche kann beispielsweise 0,2 bis 0,4, vorzugsweise 0,25 bis 0,35 und besonders bevorzugt 0,3 betragen. Das Verhältnis aus der Höhe der Mantelfläche zum Durchmesser der Mantelfläche ist dabei so bemessen, dass der Trennkolben in seiner hubbeweglichen Führung im Modulgehäuse nicht verkanten kann.
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Ein weiterer, wichtiger Aspekt der Erfindung betrifft den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstoffes des Kolbengrundkörpers und den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstoffes des Modulgehäuses, und es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass beide Wärmeausdehnungskoeffizienten einen gleichen Wert aufweisen. Bei einer Temperaturänderung der amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung können sich das Modulgehäuse und der Trennkolben im Wesentlichen gleichermaßen erwärmen, insbesondere durch eine Erwärmung der Dämpfungsflüssigkeit. Bei einer Ausdehnung des Modulgehäuses dehnt sich der Kolbengrundkörper etwa gleichermaßen aus, sodass der Gleitspalt zwischen dem Kolbengrundkörper und der Innenseite des Modulgehäuses im Wesentlichen nicht verändert wird. Erst dadurch wird erreicht, dass der Trennkolben unter Entfall eines Dichtelementes im Modulgehäuse geführt werden kann, denn bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Kolbengrundkörpers und des Materials des Modulgehäuses kann ein Dichtelement eine Veränderung des Gleitspaltes ausgleichen. Entfällt das Dichtelement, so umfasst die Erfindung den weiteren Gedanken, die Werkstoffe des Kolbengrundkörpers und des Modulgehäuses so auszuwählen, dass diese im Wesentlichen einen zueinander gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
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Beispielsweise kann der Werkstoff des Kolbengrundkörpers einen duroplastischen Kunststoff umfassen, wobei der Werkstoff des Modulgehäuses beispielsweise einen Stahlwerkstoff umfassen kann. Somit kann der radiale Spalt zwischen der Innenseite des Modulgehäuses und der zylindrischen Mantelfläche des Kolbengrundkörpers beispielsweise 20 μm bis 80 μm, bevorzugt von 40 μm bis 60 μm und besonders bevorzugt beispielsweise etwa 50 μm betragen. Insbesondere kann durch den radialen Spalt eine geringe Menge an Dämpfungsflüssigkeit zwischen dem Trennkolben und der Innenseite des Modulgehäuses strömen, wodurch das Gleitverhalten des Trennkolbens im Modulgehäuse optimiert wird.
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Der Pufferkörper kann sich durch den ringförmigen Kolbengrundkörper hindurch erstrecken und den Anlageflächen zugewandte Abwälzkonturen aufweisen. Beispielsweise können die Abwälzkonturen durch Kegelformen gebildet sein, und die Kegelspitzen weisen dabei gegen die Anlageflächen, die innenseitig im Modulgehäuse ausgebildet sind.
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Gemäß einer weiterführenden Ausführungsvariante der amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung des Schwingungsdämpfers kann diese eine Ventileinheit mit einem Druckstufenventil und/oder mit einem Zugstufenventil umfassen. Dabei ist vorgesehen, dass die Ventileinheit im Bypass zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum angeordnet ist. Die Ventileinheit weist eine Weichkennung auf und bildet so eine abgeschwächte Flüssigkeitsdämpfung im Bypass, und das Druckstufenventil und/oder das Zugstufenventil der Ventileinheit besitzt eine wesentlich weichere Kennung als die Zug- und/oder Druckstufenventile des im Dämpferrohr geführten Dämpfungskolbens, der als Haupt-Arbeitskolben dient. Die Ventileinheit kann dabei im Modulgehäuse der Dämpfungseinrichtung aufgenommen sein, weiterhin kann sich an das Modulgehäuse ein Gehäuseanschlussteil anschließen, und die Ventileinheit kann zwischen dem Modulgehäuse und dem Gehäuseanschlussteil in einem Spannverband gehalten sein, während die Ventileinheit im Modulgehäuse einsitzt.
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BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 die Ansicht einer amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung eines Schwingungsdämpfers in einem Querschnitt und
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2 eine Detailansicht der amplitudenselektiven Dämpfungseinrichtung.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine amplitudenselektive Dämpfungseinrichtung im Dämpferrohr 10 eines Schwingungsdämpfers 1. Die Dämpfungseinrichtung befindet sich in Anordnung zwischen einer Kolbenstange 11 und einem Dämpfungskolben 12, wobei der Dämpfungskolben 12 den mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum des Dämpferrohres 10 in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 und in einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 14 unterteilt. Auf nicht näher gezeigte Weise umfasst der Dämpfungskolben 12 Federscheibenpakete mit einer Hartkennung, über die der Dämpfungskolben 12 mit der Dämpfungsflüssigkeit durchströmt werden kann, wenn der Dämpfungskolben 12 mittels der Kolbenstange 11 im Dämpferrohr 10 hin und her bewegt wird. Der Schwingungsdämpfer 1 ist beispielhaft als Einrohr-Dämpfer ausgeführt und kann auf gleiche Weise und mit den gleichen Merkmalen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Zweirohr-Schwingungsdämpfer beispielsweise zum Einsatz in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs ausgebildet sein.
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Die Dämpfungseinrichtung umfasst als wesentliches Strukturbauteil ein Modulgehäuse 21, das über eine Schraubverbindung 25 mit der Kolbenstange 11 verbunden ist. An das Modulgehäuse 21 schließt sich ein Gehäuseanschlussteil 26 an, das in die untere, offene und der Anordnung der Kolbenstange 11 gegenüberliegende Seite des Modulgehäuses 21 eingeschraubt ist. Am Gehäuseanschlussteil 26 ist der Dämpfungskolben 12 aufgenommen und über eine Kolbenmutter 27 an diesem gesichert. Folglich kann sich die Dämpfungseinrichtung in einem starren Verbund gemeinsam mit dem Dämpfungskolben 12 bei Bewegung der Kolbenstange 11 durch das Dämpferrohr 10 bewegen.
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Im Modulgehäuse 21 ist ein Ausgleichsraum 15 ausgebildet, und im Ausgleichsraum 15 ist ein Trennkolben 16 aufgenommen. Durch die Anordnung des Trennkolbens 16 im Ausgleichsraum 15 wird dieser in eine kolbenstangenseitige Kammer 15a und eine kolbenstangenferne Kammer 15b unterteilt.
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Weiterhin ist in einem Spannverband zwischen dem Modulgehäuse 21 und dem Gehäuseanschlussteil 26 eine Ventileinheit 28 aufgenommen, die sich folglich benachbart zum Trennkolben 16 ebenfalls in der Dämpfungseinrichtung angeordnet befindet. Die Ventileinheit 28 weist ein Druckstufenventil 29 und ein Zugstufenventil 30 mit einer jeweiligen Weichkennung auf, und die Ventilkennung der Ventileinheit 28 ist deutlich weicher eingestellt als die Ventilkennung des Dämpfungskolbens 12, der als Haupt-Arbeitskolben des Schwingungsdämpfers 1 dient.
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Die Dämpfungseinrichtung bildet einen Bypass zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 14. Führt die Kolbenstange im Verbund mit dem Dämpfungskolben 12 und der Dämpfungseinrichtung eine höherfrequente Schwingung kleiner Amplitude aus, so kann die Dämpfungsflüssigkeit zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 14 durch die Dämpfungseinrichtung strömen.
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In der Zugstufe, in der die Kolbenstange 11 im Dämpferrohr 10 in der Abbildungsebene nach oben gezogen wird, gelangt Dämpfungsflüssigkeit aus dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 durch mehrere in das Modulgehäuse 21 eingebrachte Zulaufbohrungen 31 in die kolbenstangenseitige Kammer 15a des Ausgleichsraums 15. Dabei füllt sich die kolbenstangenseitige Kammer 15a und der Trennkolben 16 wird nach unten in Richtung zur Ventileinheit 28 bewegt. In der Druckstufe, in der die Kolbenstange im Dämpferrohr 10 in der Abbildungsebene nach unten gedrückt wird, strömt über einen Fluidkanal 32, der im Gehäuseanschlussteil 26 eingebracht ist, Dämpfungsflüssigkeit unter Dämpfungswirkung durch die Ventileinheit 28 in die kolbenstangenferne Kammer 15b des Ausgleichsraum 15 ein. Dadurch füllt sich die kolbenstangenferne Kammer 15b mit Dämpfungsflüssigkeit, wodurch sich der Trennkolben 16 nach oben bewegt, während die kolbenstangenseitige Kammer 15a verkleinert wird, und Dämpfungsflüssigkeit durch die Zulaufbohrungen 31 wieder in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 überströmt.
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Der Trennkolben 16 kann sich zwischen einer ersten Anlagefläche 19 und einer zweiten Anlagefläche 20 in seiner Hubrichtung hin und her bewegen, und stößt der Trennkolben 16 gegen eine der Anlageflächen 19 oder 20, wird der Bypass in der Dämpfungseinrichtung geschlossen, woraufhin die Dämpfungsflüssigkeit bei weiterer Bewegung der Kolbenstange 11 unter härterer Dämpfungswirkung durch den Dämpfungskolben 12 gelangt.
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2 zeigt in einer detaillierten Darstellung die Anordnung des Trennkolbens 16 im Modulgehäuse 21 der Dämpfungseinrichtung, die endseitig an der Kolbenstange 11 angeordnet ist. Unterhalb des Trennkolbens 16 ist teilweise die Ventileinheit 28 dargestellt, durch die die Dämpfungsflüssigkeit hindurchfließen kann, um die kolbenstangenferne Kammer 15b zu füllen oder zu entleeren.
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Der Trennkolben 16 weist einen Kolbengrundkörper 17 auf, an dem ein Pufferkörper 18 angeordnet ist, mit dem der Trennkolben 16 an die Anlageflächen 19 oder 20 zur Anlage gelangen kann. Der Kolbengrundkörper 17 gleitet mit seiner zylindrischen Mantelfläche 23 in direktem Kontakt über der Innenseite 22 des Modulgehäuses 21 ab. Dabei ist der Kolbengrundkörper 17 ohne ein Dichtungselement wie beispielsweise eine Gleitmanschette oder dergleichen ausgebildet. Der Kolbengrundkörper 17 ist aus einem duroplastischen Kunststoff ausgebildet, und der Pufferkörper 18 ist aus einem Elastomer ausgebildet, der an den duroplastischen Kolbengrundkörper 17 anvulkanisiert oder angespritzt ist.
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Zwischen der zylindrischen Mantelfläche 23 des Kolbengrundkörper 17 und der Innenseite 22 des Modulgehäuses 21 ist ein radialer Spalt gezeigt, der beispielsweise 50 μm betragen kann, welcher nicht maßstäblich gezeigt ist. Folglich kann eine geringe Menge an Dämpfungsflüssigkeit auch durch den radialen Spalt zwischen der zylindrischen Mantelfläche 23 und der Innenseite 22 des Modulgehäuses zwischen der kolbenstangenseitigen Kammer 15a und der kolbenstangenfernen Kammer 15b des Ausgleichsraums 15 hin und her strömen.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Trennkolbens 16 mit einem Kolbengrundkörper 17, der aus einem duroplastischen Kunststoff ausgebildet ist und direkt über der Innenseite 22 des Modulgehäuses 21 abgleitet, ist eine vereinfachte Ausgestaltung eines Trennkolbens 16 umgesetzt worden, die auch ohne Verwendung eines Dichtelementes eine vorteilhafte Gleitführung des Trennkolbens 16 im Modulgehäuse 21 der Dämpfungseinrichtung ermöglicht. Insbesondere kann das Modulgehäuse 21 aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet sein, der bei Temperaturänderung der Dämpfungseinrichtung eine gleiche Wärmeausdehnung aufweist wie der Kolbengrundkörper 17, der aus einem duroplastischen Kunststoff bestehen kann. Somit kann über einen weiten Temperaturbereich eine vorteilhafte Führung des Trennkolbens 16 über die Innenseite 22 des Modulgehäuses 21 sichergestellt werden.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 10
- Dämpferrohr
- 11
- Kolbenstange
- 12
- Dämpfungskolben
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 14
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 15
- Ausgleichsraum
- 15a
- kolbenstangenseitige Kammer
- 15b
- kolbenstangenferne Kammer
- 16
- Trennkolben
- 17
- Kolbengrundkörper
- 18
- Pufferkörper
- 19
- Anlagefläche
- 20
- Anlagefläche
- 21
- Modulgehäuse
- 22
- Innenseite des Modulgehäuses
- 23
- zylindrische Mantelfläche
- 24
- Abwälzkontur
- 25
- Schraubverbindung
- 26
- Gehäuseanschlussteil
- 27
- Kolbenmutter
- 28
- Ventileinheit
- 29
- Druckstufenventil
- 30
- Zugstufenventil
- 31
- Zulaufbohrung
- 32
- Fluidkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10351353 B4 [0002]
- DE 102005055801 B3 [0007]
