DE19853029B4 - Kolben-Zylinderaggregat - Google Patents
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Abstract
Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, der von einem Kolben (5) an einer Kolbenstange in zwei Arbeitsräume (9, 11) unterteilt wird, wobei zwischen den beiden Arbeitsräumen eine Fluidenverbindung (15) vorliegt, die mittels einer Ventileinrichtung (13) blockierbar ist, wobei die Ventileinrichtung (13) zwei Ventilbaugruppen umfaßt, die den Fluidstrom zwischen den Arbeitsräumen (9, 11) in beiden Strömungsrichtungen beeinflussen und der Ventileinrichtung (13) mindestens eine Strömungsverbindung (23) zwischen den Arbeitsräumen (9, 11) beigeordnet ist, die einen der beiden Arbeitsräume (9, 11) in Durchlaßrichtung mit einer der Ventilbaugruppen verbindet, wobei eine weitere Strömungsverbindung (21) des anderen der beiden Arbeitsräume(9, 11)mit der anderen der beiden Ventilbaugruppen blockiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilbaugruppe (17; 19) eine erste Ventilschaltstufe (25) und eine zweite Ventilschaltstufe (27) umfaßt, wobei die erste Ventilschaltstufe (25) eine größere Ventilöffnungskraft aufweist als die zweite Ventilschaltstufe (27), wobei im Strömungsweg zwischen den Ventilschaltstufen eine Drosseleinrichtung (49) angeordnet ist, die eine Druckreduzierung zwischen der Ventilabströmseite der...
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- Aus der
DE 44 31 626 A1 , insbesondere der Ausführung nach4 , ist ein gattungsbildendes Kolben-Zylinderaggregat bekannt, umfassend einen Zylinder, der von einem Kolben an einer Kolbenstange in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei zwischen den beiden Arbeitsräumen eine Fluidenverbindung vorliegt, die mittels einer Ventileinrichtung blockierbar ist, wobei die Ventileinrichtung zwei Ventilbaugruppen umfaßt, die den Fluidstrom zwischen den Arbeitsräumen in beiden Strömungsrichtungen beeinflussen und der Ventileinrichtung mindestens eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitsräumen beigeordnet ist, die einen der beiden Arbeitsräume in Durchlaßrichtung mit einer der Ventilbaugruppe verbindet, wobei eine weitere Strömungsverbindung des anderen der beiden Arbeitsräume mit der anderen der beiden Ventilbaugruppen blockiert ist. - Man hat festgestellt, daß Kolben-Zylinderaggregate in dieser Bauform zu Schaltgeräuschen neigen, die in der Anwendung häufig als Komfortmangel zu bewerten sind.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Schaltgeräusche zu minimieren, wobei der Gesamtaufbau des Aggregats konstruktiv und fertigungstechnisch einfach bleiben soll.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Die Ursache für die aus dem Stand der Technik bekannten Schaltgeräusche ist darin zu sehen, daß bei der Durchströmung der Ventilbaugruppen ein plötzlicher Druckabfall stattfindet. Dieser plötzliche Druckabfall wird durch die erfindungsgemäße Drosseleinrichtung gezielt vorgenommen, so daß Schaltgeräusche zumindest minimiert werden konnten. Damit die Drosseleinrichtung nicht permanent wirksam ist und unter Umständen den Bedienungskomfort des Kolben-Zylinderaggregates beeinträchtigt, nimmt die Wirkung der Drosseleinrichtung mit zunehmendem Öffnungsgrad der ersten Ventilstufe ab.
- Im Hinblick auf einen geringen konstruktiven Aufwand werden die beiden Strömungsverbindungen von einem Wechselventil gegensinnig in Durchlaufrichtung und in Blockierfunktion geschaltet. Das Wechselventil kann sehr kompakt gebaut werden und verfügt nur über ein einziges bewegliches Ventilelement.
- In weiterer konstruktiver Ausgestaltung ist die Ventileinrichtung im Kolben angeordnet und das Wechselventil wird von einem axial beweglichen Kolbenring gebildet, der in einer Kolbenringnut mit einem Axialspiel gekammert ist, wobei die Kolbenringnut an die Ventileinrichtung angebunden ist. Damit kann ein ohnehin notwendiger Kolbenring eine weitere Funktion, nämlich die eines Wechselventils übernehmen, ohne daß weitere Bauteile oder ein zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt werden müssen. Des weiteren besteht stets ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Bewegungsrichtung des Kolbens und der gewünschten Schaltstellung des Wechselventils. Dafür sorgt die Reibungskraft zwischen dem Kolbenring und der Innenwandung des Zylinders.
- Es ist vorgesehen, daß die beiden Ventilschaltstufen der Ventilbaugruppe in Wirkverbindung stehen-, so daß eine Öffnungsbewegung der ersten Ventilschaltstufe auf die zweite Ventilschaltstufe übertragen wird. Dazu sind die beiden Ventilschaltstufen über ein Trägerelement starr miteinander verbunden.
- Im Hinblick auf eine geringe Toleranzempfindlichkeit der Ventilbaugruppe ist mindestens eine Ventilschaltstufe als Schieberventil ausgeführt.
- Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
1 Kolben-Zylinderaggregat in Schnittdarstellung; -
2 Abwandlung der Ventileinrichtung nach1 . - Die
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat1 , das eine Kolbenstange3 umfaßt, die mit einem Kolben5 in einem Zylinder7 axial beweglich angeordnet ist. Der Kolben5 teilt den Zylinder7 in einen ersten Arbeitsraum9 und einen zweiten Arbeitsraum11 . Je nach Anwendung kann das Aggregat mit einer durchgehenden Kolbenstange in der Bauform eines Gleichgangaggregates oder mit einer einseitig aus dem Zylinder fahrenden Kolbenstange in der Bauform eines Differentialzylinders ausgeführt sein, der dann einen nicht dargestellten Ausgleichsraum mit einer Druckvorspannung, z. B. einem Gas oder einer mechanischen Feder in Verbindung mit einem Trennkolben aufweist. - Im Kolben
5 ist eine Ventileinrichtung13 angeordnet, die eine Fluidverbindung15 zwischen den Arbeitsräumen9 und11 steuert. Dazu verfügt die Ventileinrichtung über zwei Ventilbaugruppen17 ,19 , die jeweils über eine Strömungsverbindung21 ,23 , ausgehend von den Arbeitsräumen, mit der Fluidverbindung15 verbindbar sind. Jede der beiden Ventilbaugruppen besteht aus einer ersten Ventilschaltstufe25 ,27 für jeweils eine Durchströmungsrichtung. Der Zeichnungsausschnitt ist so gewählt, daß man nur die Ventilschaltstufen für die Zugrichtung erkennen kann. - Die erste Ventilschaltstufe
25 ist an einem Ende der Fluidverbindung15 angeordnet und besteht aus einem ersten und einem zweiten Dichtring29 ,31 zwischen denen ein Ventilkörper33 ein- und ausfahren kann, und damit ein Schieberventil bildet. Der Ventilkörper33 der ersten Ventilschaltstufe ist mit einem Trägerelement35 einstückig ausgeführt. Der Ventilkörper33 kann stiftförmig oder als umlaufender Steg ausgeführt sein. In der Stiftausführung muß gewährleistet sein, daß sich das Trägerelement35 nicht verdrehen kann. Das Trägerelement verfügt über eine Lagerstelle37 zur Kolbenstange3 , und sorgt für eine radiale Zentrierung des Trägerelementes auf der Kolbenstange und für eine dynamische Dichtung zwischen der Vorder- und Rückseite des Trägerelementes. Axial ebenfalls im Trägerelement nachgeschaltet ist die zweite Ventilschaltstufe27 . Die zweite Ventilschaltstufe besteht aus einem im Trägerelement35 gekammerten Ventildicht-ring39 , der an einer Innenwandung41 des Kolbens radial vorgespannt ist. - Zwischen den beiden Dichtringen
29 ,31 und dem Ventildichtring39 erstreckt sich ein Steuerraum43 . Der Steuerraum43 ist dann minimal, wenn das Trägerelement35 an. einer Anschlagfläche45 des Kolbens5 anliegt. In diesem Zustand sind beide Ventilschaltstufen durch die Vorspannkraft einer Ventilschließfeder47 geschlossen. - Die Innenwandung
41 des Kolbens verfügt im Bereich zwischen den beiden Ventilschaltstufen über eine Drosseleinrichtung49 , die aus radial sich vergrößernden Längskanälen besteht. - Gesteuert wird die Ventileinrichtung durch ein Wechselventil
51 , das als Ventilkörper einen Kolbenring53 aufweist, der in einer Kolbnringnut55 mit axialem Spiel gekammert ist. Die Kolbenringnut steht in Verbindung mit der Fluidenverbindung15 . - Bei einer Bewegung der Kolbenstange in Pfeilrichtung relativ zum ortsfesten Zylinder
7 , wird flüssiges oder gasförmiges Betriebsmedium aus dem Arbeitsraum9 von dem Kolben5 verdrängt. Das verdrängte Betriebsmedium strömt in die erste Strömungsverbindung21 bis zum Wechselventil51 , das reibkraftbedingt die dargestellte Betriebsposition einnimmt. Das geöffnete Wechselventil stellt die Verbindung zwischen der Strömungsverbindung21 und der Fluidverbindung15 her, so daß das Betriebsmedium an der Stirnfläche des Ventilkörpers33 ansteht. Der Ventilkörper33 verfügt über eine relativ kleine Stirnfläche, so daß ein höherer Druck aufgebaut werden muß, um über die Stirnfläche eine ausreichende Öffnungskraft der Ventilbaugruppe17 zu erreichen. - Ist gegen die Kraft der Schließfeder
47 eine ausreichend große Öffnungskraft erreicht, bewegt sich der Ventilkörper33 zusammen mit dem Trägerelement35 , wobei das Trägerelement von der Anschlagfläche45 abhebt. Das Betriebsmedium dringt in den Steuerraum43 , wobei über die Drosseleinrichtung49 ein gezielter Druckabbau vorgenommen wird. In dieser Bewegungsphase der Ventilschaltstufe25 ist die zweite Ventilschaltstufe27 noch geschlossen. Es steht als druckbeaufschlagte Fläche die Kreisringfläche zwischen der Kolbenstange3 und der Innenwandung41 zur Verfügung. Die notwendige Öffnungskraft für die zweite Ventilschaltstufe27 ist folglich viel kleiner als die Öffnungskraft für die erste Ventilschaltstufe25 . - Damit sich im Steuerraum
43 kein Unterdruck einstellen kann, verfügt die Ventileinrichtung13 über ein Steuerraumunterdruckventil57 , das aus einem Druckausgleichskanal59 und einem Scheibenventil61 besteht. Der Druckausgleichskanal59 ist zwischen dem Arbeitsraum11 und dem Steuerraum43 angeordnet. Das Scheibenventil ist in einer V-Nut axial und radial positioniert. Bei einem sich aufbauenden Unterdruck im Steuerraum43 öffnet das Scheibenventil, so daß der Steuerraum mit dem Arbeitsraum11 verbunden ist, und kein Unterdruck auftreten kann. - Wenn die erste Ventilschaltstufte
25 ihre maximale Öffnungsposition erreicht hat, bewegt sich der Ventildichtring39 der zweiten Ventilschaltstufe in einen mit Schlitzen63 versehenen Bereich des Kolbens, so daß ein Übertritt von Betriebsmedium aus den Steuerraum in den Arbeitsraum11 erfolgen kann, und damit eine vollständige Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen9 ,11 vorliegt. Die besagten Schlitze63 stellen eine weitere Drosseleinrichtung dar, um einen gezielten Druckabbau zwischen dem Steuerraum43 und dem zweiten Arbeitsraum11 zu erreichen. - Bei einer Bewegungsrichtungsumkehr der Kolbenstange
3 wird der Kolbenring53 an die linke Seite der Kolbenringnut55 angelegt. Damit kann Betriebsmedium aus dem Arbeitsraum11 über die zweite Strömungsverbindung23 , die ebenfalls von einem Spalt zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Zylinders gebildet wird, über eine Anbindung in die Fluidenverbindung15 eintreten, um die Ventilbaugruppe19 für diese Bewegungsrichtung mit Druck zu beaufschlagen. Bei diesem Vorgang wird die Ventilbaugruppe17 von der Schließfeder47 in die Blockierposition gebracht, hingegen die Ventilbaugruppe19 in die Öffnungsbewegung. Die Ventileinrichtung als Baugruppe ist zu einer Kolbeninnendichtung65 , die die beiden Steuerräume43 der Ventileinrichtung13 voneinander trennt, symmetrisch ausgeführt, so daß gleiche Ventilbauteile für beide Ventilbaugruppen zur Anwendung kommen können. - Je nach Anwendungsfall kann der Zylinder
7 mit einer Bypassnut67 versehen sein, um die Wirkung der Ventileinrichtung13 zu überbrücken. - Die
2 zeigt eine Abwandlung der1 . Funktional sind beide Varianten völlig identisch. Der konstruktive Unterschied besteht darin, daß die Kolbeninnendichtung65 entfallen kann, da jeweils die Dichtringe29 und31 der ersten Ventilschaltstufe25 beider Ventilbaugruppen17 und19 die Funktion der Trennung der beiden Steuerräume43 übernehmen. Die Dichtringe31 sind jeweils auf der Kolbenstange3 fixiert und für die Montage besonders leicht zugänglich. Des weiteren sind die Nenndurchmesser beider Dichtringe29 ,31 kleiner als in der Ausführung nach1 , womit ein Kostenvorteil verbunden ist.
Claims (6)
- Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, der von einem Kolben (
5 ) an einer Kolbenstange in zwei Arbeitsräume (9 ,11 ) unterteilt wird, wobei zwischen den beiden Arbeitsräumen eine Fluidenverbindung (15 ) vorliegt, die mittels einer Ventileinrichtung (13 ) blockierbar ist, wobei die Ventileinrichtung (13 ) zwei Ventilbaugruppen umfaßt, die den Fluidstrom zwischen den Arbeitsräumen (9 ,11 ) in beiden Strömungsrichtungen beeinflussen und der Ventileinrichtung (13 ) mindestens eine Strömungsverbindung (23 ) zwischen den Arbeitsräumen (9 ,11 ) beigeordnet ist, die einen der beiden Arbeitsräume (9 ,11 ) in Durchlaßrichtung mit einer der Ventilbaugruppen verbindet, wobei eine weitere Strömungsverbindung (21 ) des anderen der beiden Arbeitsräume(9 ,11 )mit der anderen der beiden Ventilbaugruppen blockiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilbaugruppe (17 ;19 ) eine erste Ventilschaltstufe (25 ) und eine zweite Ventilschaltstufe (27 ) umfaßt, wobei die erste Ventilschaltstufe (25 ) eine größere Ventilöffnungskraft aufweist als die zweite Ventilschaltstufe (27 ), wobei im Strömungsweg zwischen den Ventilschaltstufen eine Drosseleinrichtung (49 ) angeordnet ist, die eine Druckreduzierung zwischen der Ventilabströmseite der ersten Ventilschaltstufe (25 ) zur Ventileinströmseite der folgenden Ventilschaltstufe (27 ) aufweist, wobei die Drosseleinrichtung (49 ) mit zunehmendem Öffnungsgrad der ersten Ventilschaltstufe (25 ) an Wirkung abnimmt und im selben Maß die Druckbeaufschlagung der folgenden Ventilschaltstufe (27 ) an der Ventileinströmseite zunimmt. - Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strömungsverbindungen (
21 ;23 ) von einem Wechselventil (51 ) gegensinnig in Durchlaßrichtung und in Blockierfunktion geschaltet werden. - Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (
13 ) in dem Kolben (5 ) angeordnet ist und das Wechselventil (51 ) von einem axial beweglichen Kolbenring (53 ) bildet wird, der in einer Kolbenringnut (55 ) mit einem Axialspiel gekammert ist, wobei die Kolbenringnut an die Ventileinrichtung (13 ) angebunden ist. - Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilschaltstufen (
25 ;27 ) in Wirkverbindung stehen, so daß eine Öffnungsbewegung der ersten Ventilschaltstufe (25 ) auf die zweite Ventilschaltstufe (27 ) übertragen wird. - Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilschaltstufen (
25 ;27 ) über ein Trägerelement (35 ) starr miteinander verbunden sind. - Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilschaltstufe (
25 ) als Schieberventil ausgeführt ist.
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