DE10047433C1 - Kolben-Zylinderaggregat mit Bremseinrichtung - Google Patents

Abstract

Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial beweglich angeordnet ist, wobei in dem Zylinder ein Blockiermedium enthalten ist und ab einer definierten Verstellgeschwindigkeit des Kolben-Zylinderaggregates eine Bremseinrichtung wirksam wird, die die Verstellgeschwindigkeit auf ein gewünschtes Maß begrenzt, wobei ein Ventilkörper den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, die über mindestens eine Durchströmungsöffnung verbunden sind und die Durchströmungsöffnung(en) aufgrund des Staudrucks im Arbeitsraum von einer Scheibe ab einer definierten Verstellgeschwindigkeit gegen eine Offenhaltekraft zumindest teilweise verschlossen wird/werden, indem der Staudruck in dem der Scheibe zugeordneten Arbeitsraum eine elastische Verformung der Scheibe mit sich bringt, wobei die Verformung einen Schließweg, bezogen auf die Querschnitte der Durchströmungsöffnung(en), darstellt und die Scheibe als axial beweglicher Ventilring innerhalb einer Ventilringnut angeordnet ist, wobei der Ventilring in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung gegen eine Nutseitenwand bewegt und aufgrund einer Staudruck-Deformation des Ventilringes die mindestens eine Durchströmungsöffnung zumindest teilverschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat mit einer Bremseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Die DE 196 49 836 A1 beschreibt ein Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial beweglich angeordnet ist, wobei in dem Zylinder eine Gasfüllung enthalten ist, die auf die Kolbenstange eine Auss­ chubkraft bewirkt, die eine maximale Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange mit sich bringt. Bei einer Verstellgeschwindigkeit aufgrund äußerer Kräfte ober­ halb der maximalen Ausfahrgeschwindigkeit wird eine Bremseinrichtung wirksam, die die Verstellgeschwindigkeit auf ein gewünschtes Maß begrenzt. An der Kol­ benstange ist ein Kolben befestigt, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume unter­ teilt, die über mindestens eine Durchströmungsöffnung verbunden sind, wobei die Durchströmungsöffnung(en) aufgrund des Staudrucks im Arbeitsraum von einer Abdeckscheibe ab einer definierten Verstellgeschwindigkeit gegen eine Offenhaltekraft zumindest teilweise verschlossen wird/werden. Der Staudruck in dem der Abdeckscheibe zugeordneten Arbeitsraum bringt eine elastische Verfor­ mung der Abdeckscheibe mit sich bringt, wobei die Verformung einen Schließ­ weg bezogen auf die Querschnitte der Durchströmungsöffnung(en) darstellt.

Es sind Ventilkonstruktionen vorstellbar, bei denen die Kolbenoberseite für eine Abdeckscheibe nicht zu Verfügung steht. In diesem Fall ist es u. U. möglich, ein Kolbenventil nach DE 39 23 512 A1 vorzusehen, wobei dann wiederum das Problem besteht, dass für eine besonders angepasste Strömungsverbindung zwischen den Arbeitsräumen nur noch eingeschränkte Möglichkeiten bestehen. Des weiteren ist die Ventilkonstruktion an sich schon ziemlich aufwändig.

Aus der DE 27 21 339 A1 ist ein geschwindigkeitsabhängig blockierbare Ventil­ einrichtung insbesondere für Teleskopschwingungsdämpfer bei Kraftfahrzeugen bekannt. Eine axial fest eingespannt Scheibe wird staudruckabhängig gegen eine Ventilauflagefläche gedrückt, so dass eine Strömungsverbindung zumindest ge­ drosselt wird.

Die DE 198 46 373 A1 offenbart einen Lenkungsdämpfer, dessen Dämpfungs­ ventil mit zunehmendem Staudruck eine größere Dämpfkraft wirksam werden lässt. Dazu verfügt das Dämpfungsventil über mindestes eine Ventilscheibe, die von einem Ringkolben in Richtung einer Stirnseite deformiert wird. Der Ringkol­ ben stellt ein starres Bauteil dar, das einzig der Druckkraftübertragung auf die Ventilscheibe dient.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kolben-Zylinderaggregat mit einer Bremseinrichtung zu realisieren, dass hinsichtlich der Ventilgestaltung einen mög­ lichst großen konstruktiven Freiraum gewährt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Der Vorteil beider Varianten besteht darin, dass ein sehr einfaches und robustes Bauteil wie der Ventilring an einer beliebigen Stelle innerhalb der Durchströ­ mungsöffnung angeordnet werden kann. Die z. B. von Zusatzfedern beaufschlag­ ten Kolbenober- oder Unterseite werden nicht durch Ventilteile abgedeckt. Des weiteren lässt sich der Ventilring sehr leicht montieren und man kann mit einem Ventilring mehrere Durchströmungsöffnungen beeinflussen.

Bei der Ausführungsvariante nach Anspruch 2 weist der Ventilring in Richtung der zu verschließenden Durchströmungsöffnung ein Wellenprofil auf. Der Bereich eines Wellentals des Ventilringes wird durch den Staudruck in die Durchströ­ mungsöffnung deformiert. Ansonsten bildet der Ventilring in diesem Bereich die Kontur der Durchströmungsöffnung mit.

Um ein Kleben des Ventilringes an der Nutseitenwand zu verhindern, steht der Ventilring im Reibschluss mit der Innenwandung des Zylinders.

Des weiteren ist es sehr leicht möglich, dass die Durchströmungsöffnungen in beiden Nutseitenwänden von dem Ventilring staudruckabhängig geschaltet wer­ den. Dadurch kann die Verstellgeschwindigkeit des Kolben-Zylinderaggregates in beiden Richtungen mit einem Ventilring begrenzt werden.

Es ist Vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Ventilkörper von dem Kolben des Kolben-Zylinderaggregat gebildet wird und zusätzlich ein weiteres staudruckab­ hängiges Ventil eingesetzt wird. Durch den Einsatz von zwei staudruckabhängi­ gen Ventilen kann die Bremswirkung auf die Verstellbewegung sehr hoch sein und bei Ausfall eines staudruckabhängigen Ventils ist eine Redundanz vorhan­ den.

Dabei kann der Kolben ein staudruckabhängiges Ventil für eine Bewegungsrich­ tung der Kolbenstange aufweisen und das weitere staudruckabhängige Ventil für die andere Kolbenstangenbewegungsrichtung ausgeführt sein. Damit lassen sich unterschiedliche Bremswirkungen für die jeweilige Verstellbewegung des Kolben- Zylinderaggregat realisieren.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Kolben-Zylinderaggregat im Schnitt

Fig. 2-4 Kolben der Fig. 2

Fig. 5-8 Kolbenvarianten

Die Fig. 1 stellt ein Kolben-Zylinderaggregat 1 dar, das einen Zylinder 3 aufweist, in dem eine axial bewegliche Kolbenstange 5 angeordnet ist. An der Kolbenstan­ ge 5 ist ein Kolben 7 befestigt, der den Zylinder 3 in zwei mit einem Blockierme­ dium, z. B. Öl, Arbeitsräume 9; 11 unterteilt. Der Kolben verfügt über eine An­ zahl von Durchströmungsöffnungen 13, die die beiden Arbeitsräume 9; 11 in Ab­ hängigkeit der Schaltstellung eines scheibenförmigen Ventilringes 15 miteinander verbindet. Ggf. kann das Kolben-Zylinderaggregat eine Zwischenwandung 17 aufweisen, in der ein staudruckabhängiges Ventil 19 angeordnet ist, das eine Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum 9 und einem weiteren mit Blo­ ckiermedium gefüllten Raum 21 verbindet. In Abhängigkeit der Einbaulage kann der Raum 21 von einem Trennkolben 23 von einem Ausgleichsraum 25 mit einer Gasfüllung getrennt sein, wobei die Gasfüllung in Abhängigkeit des Einsatzzwe­ ckes des Kolben-Zylinderaggregat oberhalb des Atmosphärendruckes ausgeführt ist.

Die Fig. 2 beschränkt sich auf einen vergrößert dargestellten Bereich des Kol­ bens 7 mit der Kolbenstange 5. Der Kolben stellt einen Ventilkörper dar, der eine Ventilringnut 27 aufweist, die mit den Durchströmungsöffnungen 13 verbunden ist. Die Ventilringnut ist geringfügig breiter ausgeführt als der Ventilring, so dass der Ventilring 15 innerhalb der Ventilringnut axial beweglich ist, wobei zwischen dem Ventilring und der Innenwandung des Zylinders 3 ein Reibschluss vorliegt. Der Ventilring besteht bevorzugt aus einem Kunststoff, der eine elastische De­ formation ermöglicht.

Der Kolben 5 besteht aus einem gestuften Kolbengrundkörper 29 mit den Durch­ lassöffnungen 13. Ein Flansch 31 des Kolbengrundkörpers bildet eine Nutseiten­ wand 33 und einen Nutgrund 35 der Ventilringnut 27. Eine Deckscheibe 37, die axial auf dem Kolbengrundkörper aufliegt, bildet mit ihrem Außenumfang und der Innenwandung des Zylinders eine Verlängerung 39 der Durchlassöffnungen 13. Die Deckscheibe 37 bildet eine zweite Nutseitenwand 41 für den Ventilring 15. Innerhalb der Deckscheibe im Bereich der Verlängerung 39 ist ein gestuftes Querschnittsprofil 43 in Form von Taschen ausgeführt. Die Taschen sind wellen­ förmig in der zweiten Nutseitenwand ausgeformt.

Bei einer Einschubbewegung der Kolbenstange in Richtung des Arbeitsraums 7 führt der Ventilring, ausgehend von der Schaltstellung in den Fig. 2 und 3, bei der die Durchlassöffnungen vollständig geöffnet sind, aufgrund des Reibschlusses zur Innenwand des Zylinders 3 eine Axialbewegung in Richtung der zweiten Nut­ seitenwand 41 aus. Ist die Verstellbewegungsgeschwindigkeit höher als vorge­ sehen, dann wirkt innerhalb der Ventilringnut 27 zwischen der Nutseitenwand 33 und dem Ventilring 15 ein Staudruck, der den Ventilring deformiert und in die Taschen der Deckscheibe 37 einen Schließweg 45, s. Fig. 4, ausführen lässt. Dabei wird der Strömungsweg zwischen der Verlängerung 39 von den Durch­ lassöffnungen im Kolbengrundkörper getrennt und die weitere Einfahrbewegung der Kolbenstange zumindest reduziert oder in Abhängigkeit der Dichtfunktion des Ventilringes auch blockiert.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen, dass der Ventilring 15 auch für beide Verstellbewegungs­ richtungen einsetzbar ist, wenn beide Nutseitenwände 33; 41 mit entsprechen gestuften Querschnittsprofilen ausgeführt sind. Des weiteren müssen die Durch­ lassöffnungen nicht unbedingt als Bohrungen vorliegen, sondern können wie in der Fig. 2 dargestellt auch beiderseits der Ventilring 27 als umlaufender Spalt dimensioniert sein. Alle Varianten nach den Fig. 5 bis 7 sind im Hinblick auf ihre Montagesicherheit optimiert. So kann z. B. die Deckscheibe 37 in der Fig. 6 wechselseitig montiert werden, da beiderseits die Querschnittsprofile 43 ausge­ formt sind. Des weiteren sind die Kolben nach den Fig. 6 und 7 vollständig sym­ metrisch aufgebaut, wobei der Kolben in der Fig. 7 aus zwei Kolbengrundkörpern 29 entsprechend der Fig. 2 besteht.

Alternativ zu den Querschnittsprofilen in den Nutseitenwänden 33; 41 kann der Ventilring 15 ein Wellenprofil aufweisen, wie in der Fig. 8 dargestellt ist.

In der Fig. 1 ist zusätzlich zum staudruck-geschalteten Ventil im Kolben ein wei­ teres staudruckgeschaltetes Ventil 19 vorgesehen, das sich wirkungsmäßig mit dem Kolbenventil überlagert, so dass insgesamt eine höhere Blockierwirkung er­ zielt werden kann. Das Ventil 19 besteht aus einem Ventilkörper mit konischer Ventilfläche, die gegen eine Feder auf eine Ventilsitzfläche der Zwischenwand bewegt werden kann. Es ist auch möglich, dass das Kolbenventil für die eine Verstellbewegungsrichtung der Kolbenstange und das Ventil in der Zwischen­ wand für die entgegengerichtete Verstellbewegung ausgeführt ist.

Claims (6)

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolben­ stange axial beweglich angeordnet ist, wobei in dem Zylinder ein Blockier­ medium enthalten ist und ab einer definierten Verstellgeschwindigkeit des Kolben-Zylinderaggregates eine Bremseinrichtung wirksam wird, die die Verstellgeschwindigkeit auf ein gewünschtes Maß begrenzt, wobei ein Ventilkörper den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, die über mindes­ tens eine Durchströmungsöffnung verbunden sind und die Durchströ­ mungsöffnung(en) aufgrund des Staudrucks im Arbeitsraum von einer Scheibe ab einer definierten Verstellgeschwindigkeit gegen eine Offenhal­ tekraft zumindest teilweise verschlossen wird/werden, indem der Stau­ druck in dem der Scheibe zugeordneten Arbeitsraum eine elastische Ver­ formung der Scheibe mit sich bringt, wobei die Verformung einen Schließweg bezogen auf die Querschnitte der Durchströmungsöffnung(en) darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe als axial beweglicher Ventilring (15) innerhalb einer Ven­ tilringnut (27) angeordnet ist, wobei der Ventilring in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung gegen eine Nutseitenwand (33; 41) bewegt und aufgrund einer Staudruck-Deformation des Ventilringes die mindestens eine Durchströmungsöffnung (13; 39) die im Bereich der Nutseiten­ wand (33; 41) ein gestuftes Querschnittsprofil (43) mit Taschen aufweist zumindest dadurch teilverschlossen wird, dass der Ventilring aufgrund sei­ ner Deformation einen Schließweg (45) in die Taschen ausführt

2. Kolben-Zylinderaggregat nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe als axial beweglicher Ventilring (15) innerhalb einer Ven­ tilringnut (27) angeordnet ist, wobei der Ventilring in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung gegen eine Nutseitenwand (33; 41) bewegt und auf­ grund einer Staudruck-Deformation des Ventilringes die mindestens eine Durchströmungsöffnung (13; 39) zumindest teilverschlossen wird, wobei der Ventilring (15) in Richtung der zu verschließenden Durchströmungsöff­ nung (13; 39) ein Wellenprofil aufweist.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilring (15) im Reibschluss mit der Innenwandung des Zylin­ ders (3) steht.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmungsöffnungen (13; 39) in beiden Nutseitenwän­ den (33; 41) von dem Ventilring (15) staudruckabhängig geschaltet wer­ den.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper von dem Kolben (7) des Kolben-Zylinderaggregat (1) gebildet wird und zusätzlich ein weiteres staudruckabhängiges Ventil (19) eingesetzt wird.

6. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) ein staudruckabhängiges Ventil für eine Bewegungs­ richtung der Kolbenstange (5) aufweist und das weitere staudruckabhängi­ ge Ventil (19) für die andere Kolbenstangenbewegungsrichtung ausgeführt ist.