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Dokumentenidentifikation DE102007010347A1 27.09.2007
Titel Kolbenanordnung mit einer Ventileinrichtung
Anmelder Stabilus GmbH, 56070 Koblenz, DE
Erfinder Burg, Stefan, 56729 Ettringen, DE;
Fuhrmann, Castor, 56761 Brachtendorf, DE;
Görgen, Andreas, 56072 Koblenz, DE;
Schilz, Arnold, 56112 Lahnstein, DE
DE-Anmeldedatum 03.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007010347
Offenlegungstag 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse F16F 9/18(2006.01)A, F, I, 20070303, B, H, DE
Zusammenfassung Es wird eine Kolbenanordnung (1) vorgeschlagen, ausgelegt zum Unterteilen eines Hohlzylinders (5) in zwei Arbeitsräume (33, 35) mit einer Ventileinrichtung (47), durch die ein Strom eines Mediums zwischen den zwei Arbeitsräumen (33, 35) mit Hilfe einer Dichteinrichtung beeinflusst wird, die einen Dichtring (57) umfasst, der axial verschieblich in einer radial umlaufenden Ausnehmung (43) aufgenommen ist und einen Innenradius aufweist. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichteinrichtung zusätzlich zu dem Dichtring (57) ein Dichtelement (31) umfasst, das in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung (1) einen ersten Strömungsweg (39) freigibt oder unterbricht, und dadurch, dass der Dichtring (57) in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung (1) einen zweiten Strömungsweg (55) freigibt oder unterbricht, wobei in jeder axialen Stellung zwischen einer auf dem kleinsten Innenradius des Dichtrings (57) liegenden Umfangslinie (69) und der Ausnehmung (43) ein Freiraum (71) verbleibt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung ausgelegt zum Unterteilen eines Hohlzylinders in zwei Arbeitsräume.

Kolbenanordnungen werden insbesondere für Kolbenzylinderanordnungen, die einen Hohlzylinder aufweisen, verwendet. Die Kolbenanordnung kann mit einer in den Hohlzylinder ragenden Stange verbunden sein, so dass die Kolbenanordnung über die Kolbenstange innerhalb des Hohlzylinders axial verschieblich ist. Die Kolbenanordnung kann außerdem den Hohlzylinder der Kolbenzylinderanordnung in zwei Arbeitsräume unterteilen. Es ist bekannt, eine solche Kolbenanordnung mit einer Ventileinrichtung zu versehen, wobei die Ventileinrichtung einen Strom eines Mediums, beispielsweise ein Gas und/oder eine Flüssigkeit, zwischen den Arbeitsräumen beeinflussen beziehungsweise schalten kann. Die DE 197 06 919 C1 der gleichen Anmelderin beschreibt ein Kolbenzylinderaggregat, umfassend einen Kolben, der mit einer Stange axial beweglich geführt ist und einen Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt. Das Kolbenzylinderaggregat weist ein Schließventil auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kolbenanordnung und/oder Kolbenzylinderanordnung bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Entsprechend den Ausführungsbeispielen der Erfindung wird eine Kolbenanordnung ausgelegt zum Unterteilen eines Hohlzylinders in zwei Arbeitsräume vorgeschlagen. Die Kolbenanordnung weist eine Ventileinrichtung auf. Die Ventileinrichtung ist dazu ausgelegt, den Strom eines Mediums zwischen den zwei Arbeitsräumen des Hohlzylinders zu beeinflussen, beispielsweise zu ermöglichen oder abzusperren. Die Kolbenanordnung weist einen Dichtring auf, der in einer radial umlaufenden Ausnehmung der Kolbenanordnung angeordnet ist. Innerhalb der radial umlaufenden Ausnehmung ist der Dichtring entlang einer Mittelachse der Kolbenanordnung axial verschieblich angeordnet. Der Dichtring kann zu der Mittelachse zentriert angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann durch die axiale Verschiebung des Dichtrings der Strom des Mediums zwischen den zwei Arbeitsräumen beeinflusst werden, beispielsweise durch das Verschließen oder Freigeben eines die zwei Arbeitsräume verbindenden Strömungsweges. Vorteilhaft ist, dass in jeder axialen Stellung zwischen einer auf dem kleinsten Radius – von der Mittelachse des Dichtrings ausgehend – liegenden inneren Umfangslinie des Dichtrings und der Oberfläche beziehungsweise dem Grund der umlaufenden Ausnehmung ein Freiraum verbleibt.

Unter Freiraum kann in dieser Anmeldung eine Anordnung des Dichtrings in der radial umlaufenden Ausnehmung in Form einer Spielpassung verstanden werden. Des Weiteren kann es sich dabei um eine im Wesentlichen spannungsfreie und/oder klemmfreie Anordnung des Dichtrings auf der umlaufenden Ausnehmung handeln. Ferner kann es sich bei dem Freiraum um einen radial umlaufenden Spalt zwischen der Oberfläche beziehungsweise dem Grund der umlaufenden Ausnehmung sowie dem Dichtring handeln.

Vorteilhafterweise führt dies dazu, dass die umlaufende Ausnehmung der Kolbenanordnung keine direkt radial nach außen gerichtete Kraft auf den Dichtring ausübt. Der Dichtring der Kolbenanordnung kann, sofern diese in dem Hohlzylinder angebracht ist, an einer Innenfläche des Hohlzylinders, insbesondere in einem dichtenden Anlagekontakt, anliegen. Mithin würde eine von der radial umlaufenden Ausnehmung radial direkt nach außen gerichtete Kraft auf den Dichtring auf die Anlagefläche zwischen dem Dichtring und dem Hohlzylinder übertragen. Da die Kolbenanordnung innerhalb des Hohlzylinders axial verschieblich gelagert ist, würde dies zu einer erhöhten Reibung führen, die besonders vorteilhafterweise minimiert und/oder gänzlich vermieden werden kann. Unabhängig davon kann der Dichtring – soweit zur Verbesserung der Dichtwirkung gegenüber der Zylinderinnenwand notwendig – vorgespannt sein, also zum Beispiel auf Grund seiner Elastizität an diese angepresst sein.

Mithin lässt sich die Kolbenanordnung vorteilhafterweise mit einer besonders geringen dynamischen Reibung axial innerhalb des Hohlzylinders verschieben. Vorteilhaft ist auch, dass sich dadurch eine geringere Temperatursensibilität bezüglich der auftretenden dynamischen Reibung ergibt. Aufgrund des nicht oder nur sehr gering vorgespannten Dichtrings kann eine Temperatur bedingte Verhärtung des Dichtrings nicht oder nur in sehr geringem Maße zu einer erhöhten dynamischen Reibung der Kolbenanordnung innerhalb des Hohlzylinders führen.

Die Dichteinrichtung umfasst zusätzlich zu dem Dichtring ein Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere ein Dichtelement, das in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung auf einen ersten Strömungsweg wirkt, insbesondere diesen freigibt oder unterbricht. Bei dem Strömungsbeeinflussungselement kann es sich um ein Drosselelement handeln. Das Dichtelement beeinflusst ebenfalls den Strom des Mediums zwischen den zwei Arbeitsräumen des Hohlzylinders. Um den vorteilhaften Freiraum mit der zusätzlichen Möglichkeit zu kombinieren, den Fluss des Mediums zu beeinflussen, wird im Vergleich zu der DE 197 06 919 C1 bewusst ein zweites Dichtelement vorgesehen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausnehmung eine Abschrägung aufweist, an der der Dichtring in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Kolbenanordnung zur Anlage kommt. Vorteilhafterweise kann der Dichtring an der Abschrägung in einem dichtenden Anlagekontakt anliegen, um den Fluss des Mediums bei einer bestimmten Bewegungsrichtung der Kolbenanordnung abzusperren. Außerdem kann in Abhängigkeit von dem Winkel der Abschrägung zur Zylinderinnenwand eine zusätzliche Kraft auf den Dichtring aufgebracht werden, wobei sich eine den dichtenden Anlagekontakt mit der Zylinderaußenwand verbessernde Kraftkomponente ergibt. Der Winkel kann so gewählt werden, dass dennoch der vorteilhafte Freiraum zu der Ausnehmung verbleibt und die radial nach außen gerichtete Kraftkomponente verhältnismäßig gering bleibt. Der Winkel kann beispielsweise zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 45° und 90°, liegen. Insbesondere um die dynamische Reibung so gering wie möglich zu halten, kann der Winkel so gewählt werden, dass sich keine Klemmung des Dichtrings zwischen der Zylinderinnenwand und der Abschrägung der Ausnehmung mit Selbsthemmung ergibt. Bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung kann der Anlagekontakt zu der Abschrägung aufgehoben werden, wobei auch die radial nach außen wirkende Kraftkomponente entfällt, sich also auch in umgekehrter Bewegungsrichtung eine vergleichsweise niedrige dynamische Reibung ergibt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Ventileinrichtung eine Feder und einen mit der Feder vorgespannten Schieber aufweist. Mit Hilfe der Feder und des Schiebers kann ein Strömungsweg zwischen den Arbeitsräumen abgesperrt beziehungsweise ab einem bestimmten Druckunterschied, der sich zwischen den zwei Arbeitsräumen durch eine Verlagerung der Kolbenanordnung ergeben kann, analog einem Rückschlagventil, geöffnet beziehungsweise verschlossen werden.

Vorteilhafterweise kann der Schieber auf ein Dichtelement wirken, das über den Schieber und auf den Schieber wirkende Federkraft dichtend an einem Kolben angepresst ist. Aufgrund des Druckunterschieds kann der Schieber so betätigt werden, dass der dichtende Anlagekontakt des Dichtelements mit dem Kolben aufgehoben wird und so ein Strömungsweg zwischen den zwei Arbeitsräumen freigegeben wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Kolbenzylinderanordnung mit einem Hohlzylinder. Der Hohlzylinder ist zum Einschließen eines Mediums ausgelegt. Der Hohlzylinder kann durch eine Kolbenanordnung wie oben beschrieben in zwei Arbeitsräume unterteilt werden. Dabei ist es möglich, den Hohlzylinder vollständig gegen die Umwelt hin abzudichten, also das Medium, beispielsweise Gas und/oder Öl hermetisch innerhalb des Hohlzylinders einzuschließen. Insbesondere zur Realisierung einer Gasfeder ist es möglich, dass das Medium im Vergleich zum Umgebungsdruck einen höheren, insbesondere einen sehr viel höheren, beispielsweise bis zu 100 bar oder mehr, Druck aufweist.

Zur Übertragung der Federkräfte beziehungsweise der in dem Druck des Mediums gespeicherten Energie, weist die Kolbenzylinderanordnung eine Kolbenstange auf, die der Kolbenanordnung fest zugeordnet ist. Die Kolbenstange ist axial verschieblich entlang der Mittelachse des Hohlzylinders angeordnet, wobei die Kolbenanordnung und die Kolbenzylinderanordnung koaxial zueinander angeordnet sind. Aufgrund der oben beschriebenen verringerten dynamischen Reibung des Dichtrings der Kolbenanordnung lässt sich beispielsweise eine Gasfeder mit verringerter dynamischer Reibung darstellen. Vorteilhaft ist es möglich, eine verringerte dynamische Reibung über einen großen Temperaturbereich, beispielsweise zwischen minus 40 und plus 80 Grad Celsius, insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen, zu realisieren.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Ventileinrichtung der Kolbenzylinderanordnung unterschiedliche von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung innerhalb des Hohlzylinders abhängige Schaltstellungen realisiert. Es ist also beispielsweise möglich, eine Bewegung der Kolbenanordnung innerhalb des Hohlzylinders in eine Richtung nur gegen den Öffnungsdruck eines sich durch die Ventileinrichtung ergebenden Rückschlagventils zu ermöglichen. Je nach Auslegung der Ventileinrichtung können so also unterschiedliche Einschubkräfte und Ausschubkräfte realisiert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass in einem ersten Bewegungszustand, der einer innerhalb des Hohlzylinders ruhenden Kolbenanordnung entspricht, ein erster Strömungsweg geschlossen ist.

In einem zweiten Bewegungszustand, bei dem sich ein erster Arbeitsraum der Kolbenzylinderanordnung verkleinert und ein zweiter Arbeitsraum der Kolbenzylinderanordnung sich dementsprechend vergrößert, ist es möglich, dass sich der erste Strömungsweg automatisch öffnet, beispielsweise durch die sich zwischen den zwei Arbeitsräumen einstellende Druckdifferenz. Der von der Ventileinrichtung beeinflusste erste Strömungsweg ist also entsprechend dem Öffnungsdruck gedrosselt, so dass sich bei dem zweiten Bewegungszustand, eine verhältnismäßig kleine Bewegungsgeschwindigkeit vorausgesetzt, bei der auftretende Strömungswiderstände vernachlässigbar klein werden, zwischen den zwei Arbeitsräumen die dem Öffnungsdruck des Rückschlagventils entsprechende Druckdifferenz einstellt.

Bei einem dritten Bewegungszustand, bei dem sich der erste Arbeitsraum vergrößert und der zweite Arbeitsraum entsprechend verkleinert, ist es möglich, dass sich ein zweiter Strömungsweg der Ventileinrichtung automatisch öffnet.

Die Kolbenanordnung beziehungsweise die Ventileinrichtung der Kolbenanordnung kann also zwei mittels des ersten Strömungsweges und des zweiten Strömungsweges gegenläufig parallel geschaltete Rückschlagventile zwischen den zwei Arbeitsräumen des Hohlzylinders realisieren. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass das den zweiten Strömungsweg schaltende Rückschlagventil einen vergleichsweise geringen Öffnungsdruck aufweist und das den ersten Strömungsweg schaltende Rückschlagventil der Ventileinrichtung einen vergleichsweise großen Öffnungsdruck aufweist. So ist es also möglich, abhängig von der Bewegungsrichtung der Kolbenanordnung innerhalb des Hohlzylinders eine starke beziehungsweise schwache Dämpfung und/oder Erniedrigung beziehungsweise Erhöhung der Betätigungskraft zu realisieren.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Zylinderwand der Kolbenzylinderanordnung zumindest einen dritten Strömungsweg auf. Hierzu kann die Zylinderwand beispielsweise zumindest eine im Wesentlichen in Bewegungsrichtung des Hohlzylinders verlaufende Nut aufweisen. Der dritte Strömungsweg bildet also einen Bypass zum ersten und zweiten Strömungsweg. Mithin ist es also möglich, Bewegungsbereiche innerhalb des Bewegungsweges der Kolbenanordnung zu realisieren, die im Wesentlichen ein ungedrosseltes Überströmen des Mediums zwischen den Arbeitsräumen der Kolbenzylinderanordnung ermöglichen. Hiermit kombinierbar sind beispielsweise Abschnitte innerhalb des Hohlzylinders, die keinen Bypass, also keinen dritten Strömungsweg, aufweisen. Insbesondere vorteilhaft kann dies dazu ausgenutzt werden, die Kolbenstange beziehungsweise die Kolbenanordnung und die Kolbenstange nur teilweise auszufahren, nämlich genau so weit, bis kein Bypass im Bereich der Kolbenanordnung vorhanden ist.

Die Ventileinrichtung kann dabei so ausgelegt werden, dass sich in dem Bereich ohne Bypass, also ohne dritten Strömungsweg, aufgrund des Staudrucks des entsprechenden Rückschlagventils der Ventileinrichtung zwischen den Arbeitsräumen eine so hohe Druckdifferenz einstellt, dass Kräftegleichgewicht herrscht, also dass sich die Kolbenstange sowie die Kolbenanordnung in Ruhe befinden. Durch eine zusätzlich eingeleitete Kraft, kann dann der Druckunterschied zwischen den Arbeitsräumen durch eine weitere Bewegung der Kolbenanordnung soweit erhöht werden, dass sich das entsprechende Rückschlagventil der Ventileinrichtung öffnet. Sofern ein weiterer Bereich mit einem Bypass vorgesehen ist, kann beispielsweise die Kolbenanordnung, insbesondere manuell, soweit weiterbewegt werden, bis sich wieder ein Bypass zu dem entsprechend gedrosselten bzw. abgesperrten Strömungsweg ergibt, so dass die Kolbenstange ohne weiteres Zutun zu einem Endanschlag ausfährt. Die DE 197 06 919 C1 zeigt eine Kolbenzylinderanordnung mit einem solchen vorteilhaften Bypass. Die entsprechenden Figuren sowie die dazugehörige Beschreibung, insbesondere die 4 nebst Beschreibung, werden hiermit durch konkrete Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung eine Feder und einen mit der Feder vorgespannten Schieber aufweist. Der Schieber kann auf ein Dichtelement wirken, wobei das Dichtelement über den Schieber durch die Federkraft an einen Kolben angepresst ist. Vorteilhafterweise kann das angepresste Dichtelement dadurch den ersten Strömungsweg absperren. Ein entsprechender auf das Dichtelement wirkender Gegendruck kann den Schieber entgegen der Federkraft so verlagern, dass sich dadurch automatisch der erste Strömungsweg öffnet. Mithin kann mittels des Schiebers, des Dichtelements und des Kolbens ein Rückschlagventil realisiert werden.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der Dichtring der Ventilanordnung an der Innenwand des Hohlzylinders anliegt und in dem zweiten Bewegungszustand den zweiten Strömungsweg verschließt, also ein Rückschlagventil realisiert. In dem dritten Bewegungszustand kann sich der Dichtring axial so verlagern, dass sich der zweite Strömungsweg öffnet. Da auf dem Dichtring aufgrund des vorhandenen Freiraums zu der umlaufenden Ausnehmung außer einer geringen Reibungskraft an der Zylinderinnenwand keine weiteren Kräfte wirken, realisiert der Dichtring der Ventileinrichtung ein Rückschlagventil mit einem verhältnismäßig geringen Öffnungsdruck. Ferner wird das sich ergebende Ventil aufgrund des Stehenbleibens des Dichtrings an der Zylinderinnenwand automatisch bei einer entsprechenden Richtungsumkehr der Kolbenanordnung geöffnet, so dass sich quasi ein Rückschlagventil mit einem Öffnungsdruck von null bar ergibt.

Vorteilhaft kann auf Grund der minimierten Vorspannung – auch bei einer Ausschubbewegung – des Dichtrings zwischen der Kolbenanordnung und der Zylinderinnenwand die dynamische Reibung minimiert werden. Durch diesen Verzicht einer dynamischen Belastung des Dichtrings, insbesondere wenn dieser als Rechteckring ausgeführt ist, kann die dynamische Reibung reduziert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Kolbenzylinderanordnung.

Andere Aufgaben und viele sich daraus ergebende Vorteile und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden leichter zugänglich und besser verständlich in Bezug auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die dazu gehörige Zeichnung. Ähnliche, im Wesentlichen gleiche, funktionsgleiche oder gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1 einen teilweise dargestellten Längsschnitt einer Kolbenzylinderanordnung mit einer Kolbenanordnung, die eine Ventileinrichtung aufweist;

2 und 3 jeweils eine schematisierte Teilansicht eines in einer Ausnehmung der Kolbenanordnung befindlichen Dichtrings in verschiedenen Funktionsstellungen;

4 einen teilweise dargestellten Längsschnitt eines weiteren Ausführungs-beispiels einer Kolbenzylinderanordnung mit einer Kolbenanordnung, die eine Ventileinrichtung aufweist, und

5 und 6 jeweils eine schematisierte Teilansicht eines Dichtrings der in 4 dargestellten Kolbenzylinderanordnung in verschiedenen Funktionsstellungen.

1 zeigt einen Längsschnitt einer Kolbenanordnung 1 als Teil einer Kolbenzylinderanordnung 3 mit einem Hohlzylinder 5. 1 zeigt den Hohlzylinder 5 der Kolbenzylinderanordnung 3 nur teilweise. Die Kolbenanordnung 1 weist eine Kolbenstange 7 auf, die mittels eines Nietzapfens 9 fest mit der Kolbenanordnung 1 verbunden ist. Der Nietzapfen 9 kann beispielsweise aus demselben Material bestehen wie die Kolbenstange 7, also einstückig mit dem Nietzapfen 9 verbunden sein. Der Nietzapfen 9 weist einen geringeren Durchmesser auf als die Kolbenstange 7. Hierdurch ergibt sich eine Stufe 11, die einen Anschlag 13 bildet. Es ist jedoch auch möglich, den Nietzapfen 9 als separates Bauteil vorzusehen, beispielsweise in ein entsprechendes Gewinde der Kolbenstange 7 einzuschrauben. Dabei wäre es auch möglich, die Verbindung nicht durch eine Vernietung, sondern durch entsprechendes Einschrauben des Nietzapfens 9 vorzunehmen. Ferner kann der Nietzapfen auch an einem Befestigungselement angeordnet werden, das, wie noch unter 7 beschrieben wird, an der Kolbenstange angebracht ist. Der Nietzapfen 9 der Kolbenanordnung 1 dient dazu, alle Bauteile der Kolbenanordnung 1 zu fixieren beziehungsweise aufgrund der Nietkräfte einzuspannen. Von links nach rechts, in Ausrichtung der 1 gesehen, fixiert der Nietzapfen 9 folgende Bauteile:

An dem Anschlag 13 der Kolbenstange 7 liegt eine untere Anschlagscheibe 15 an. An der Anschlagscheibe 15 liegt ein Kolben 17 an. Der weitere Kraftfluss erfolgt über eine auf den Nietzapfen 9 aufgesteckte Hülse 19, die wiederum an dem Kolben 17 anliegt. An der Hülse 19 liegt eine obere Abdeckscheibe 21 an. Diese wiederum wird von einem Nietkopf 23 des Nietzapfens 9 entsprechend fixiert beziehungsweise gegen die obere Abdeckscheibe 21 gepresst. Um die Hülse 19 herum beziehungsweise auf die Hülse 19 aufgesteckt ist ein Federelement 25, das hier als Spiralfeder ausgeführt ist. Bei dem Federelement 25 kann es sich um ein beliebiges anderes Federelement, insbesondere eine beliebige Linearfeder, beispielsweise ein Elastomer, handeln. Das Federelement 25 steht unter Vorspannung und schlägt an der oberen Abdeckscheibe 21 rechtsseitig und linksseitig an einer tellerförmigen Stützscheibe 27 an. In einer tellerförmigen Öffnung 29 der Stützscheibe 27 befindet sich ein Strombeeinflussungselement 30, das ein Dichtelement 31 aufweist, das durch die Federkraft des Federelements 25 mittels der Stützscheibe 27 gegen den Kolben 17 der Kolbenanordnung 1 gepresst wird. Es ist denkbar, auf das Dichtelement 31 zu verzichten, also das Strömungsbeeinflussungselement 30 ohne das Dichtelement 31 vorzusehen. Das Strömungsbeeinflussungselement 30 kann eine integrierte Dichtung aufweisen oder beispielsweise nur als Drosselelement ausgeführt sein.

Die Kolbenanordnung 1 unterteilt den Hohlzylinder 5 der Kolbenzylinderanordnung 3 in einen ersten Arbeitsraum 33 und in einen zweiten Arbeitsraum 35. Die Arbeitsräume 33, 35 können durch verschiedene Strömungswege der Kolbenanordnung 1, insbesondere abhängig von der Bewegungsrichtung der Kolbenanordnung 1 beziehungsweise von dem sich daraus ergebenden Druckunterschied zwischen den Arbeitsräumen 33 und 35 miteinander verbunden sein.

Die eigentliche Trennung der Arbeitsräume 33 und 35 erfolgt durch den Kolben 17 der Kolbenanordnung 1. Die Anschlagscheibe 15 weist zumindest eine Nut 37 auf, die ein Überströmen des sich in den Arbeitsräumen 33 und 35 befindlichen Mediums ermöglicht. Die obere Anschlagscheibe 21 kann gegebenenfalls ebenfalls zumindest eine Nut aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, diese mit einem kleineren Durchmesser als der Hohlzylinder 5 auszulegen, so dass ein Überströmen durch den sich ergebenden Spalt zwischen der oberen Anschlagscheibe 21 und der Innenwand des Hohlzylinders 5 möglich ist. Die Kolbenanordnung 1 weist einen ersten Strömungsweg 39 auf. Dieser führt vom ersten Arbeitsraum 33 kommend über die Nut 37 der Anschlagscheibe 15 in eine umlaufende Ausnehmung 43, die durch die Anschlagscheibe 15 und eine Ausnehmung des Kolbens 17 gebildet wird, über eine Bohrung 41, die den Kolben 17 durchdringt, über eine ringförmige Nut 45 des Kolbens 17. In der Darstellung gemäß 1 ist die ringförmige Nut 45 des Kolbens 17 vollständig durch das Dichtelement 31, das Teil einer Ventileinrichtung 47 ist, verschlossen. Die Ventileinrichtung 47 weist das Dichtelement 31, die Stützscheibe 27 sowie das Federelement 25 auf und realisiert ein erstes Rückschlagventil 49 für den ersten Strömungsweg 39.

Sofern der Druck in dem ersten Arbeitsraum 33 um ein dem Öffnungsdruck des ersten Rückschlagventils 49 entsprechendes Maß höher ist als in dem zweiten Arbeitsraum 35, wird aufgrund der auf das Dichtelement 31 wirkenden Druckkräfte das Federelement 25 und das erste Dichtelement 31, in Ausrichtung der 1 gesehen, nach rechts verlagert, so dass ein Überströmen in einen Zwischenraum 51 möglich ist. Bei geöffnetem ersten Rückschlagventil 49 verläuft der erste Strömungsweg 39 also über einen sich zwischen dem Kolben 17 und dem Dichtelement 31 ergebenden Öffnungsspalt in den Zwischenraum 51 und von dort weiter über einen ringförmigen Spalt 53 zwischen der oberen Abdeckscheibe 21 und dem Hohlzylinder 5 in den zweiten Arbeitsraum 35.

Der erste Strömungsweg 39 ist in einem ersten Bewegungszustand, der einem Ruhen der Kolbenanordnung 1 entspricht, geschlossen. In einem zweiten Bewegungszustand, bei dem sich das Volumen des ersten Arbeitsraums 33 verkleinert und sich das Volumen des zweiten Arbeitsraums 35 entsprechend vergrößert, also in Ausrichtung der 1 gesehen, sich die Kolbenanordnung 1 nach links bewegt, so dass sich der Druck im ersten Arbeitsraum 33 relativ zum zweiten Arbeitsraum 35 vergrößert, ist der erste Strömungsweg 39 durchgängig, sofern die Druckdifferenz über dem Öffnungsdruck des ersten Rückschlagventils 49 der Ventileinrichtung 47 liegt.

In einem dritten Bewegungszustand, bei dem sich der erste Arbeitsraum 33 vergrößert und sich der zweite Arbeitsraum 35 entsprechend verkleinert, also in Ausrichtung der 1 gesehen, sich das die Kolbenanordnung 1 nach rechts bewegt, bleibt der erste Strömungsweg 39 geschlossen.

Die Kolbenanordnung 1 weist einen zweiten Strömungsweg 55 auf, der von dem zweiten Arbeitsraum 35 ausgehend über den Spalt 53, den Zwischenraum 51, einen Spalt 56 zwischen dem Kolben 17 und dem Hohlzylinder 5, die Ausnehmung 43 sowie die zumindest eine Nut 37 in den ersten Arbeitsraum 33 führt. In der Darstellung gemäß 1 ist der zweite Strömungsweg 55 durch einen Dichtring 57 verschlossen. Davon ausgehend, dass in dem ersten Arbeitsraum 33 ein höherer Druck herrscht als in dem zweiten Arbeitsraum 35, wird der Dichtring 57, der gemäß der Darstellung der 1 als O-Ring ausgeführt ist, so, in Ausrichtung der 1 gesehen, nach rechts gedrückt, dass dieser in einem dichten Anlagekontakt mit dem Kolben 17 und einer Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 steht, also den Spalt zwischen dem Kolben 17 und Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 verschließt.

Die 2 und 3 zeigen schematisierte Teilansichten des sich in der umlaufenden Ausnehmung 43 befindenden Dichtrings 57. 2 zeigt dabei den Dichtring 57 in einer Stellung, bei der sich der Dichtring 57 in einem dichtenden Anlagekontakt mit dem Hohlzylinder 5 und dem Kolben 17 befindet. Dabei ist der Dichtring 57, in Ausrichtung der 2 gesehen, innerhalb der Ausnehmung 43 gänzlich nach rechts verlagert. Die Ausnehmung 43 weist eine Abschrägung 61 auf, an der an einem ersten Anlagepunkt 63 der Dichtring 57 anliegt. Hierdurch erfährt der Dichtring 57 eine senkrecht zu der Abschrägung 61 stehende Kraft, die eine senkrecht zur Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 wirkende Kraftkomponente aufweist. Diese Kraftkomponente dient neben einer möglicherweise vorhandenen Vorspannung des Dichtrings 57 gegenüber des Hohlzylinders 5 als Dichtkraft. Es ist zu erkennen, dass sich bei einem Überdruck in dem ersten Arbeitsraum 33 gegenüber dem zweiten Arbeitsraum 35 der Dichtring 57 zwischen der Abschrägung 61 des Kolbens 17 und der Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 in einem dichtenden Anlagekontakt verkeilt. Um hierbei die Kräfte nicht zu groß werden zu lassen, ist es möglich, den Dichtring 57 zusätzlich an einem zweiten Anlagepunkt 65 eines im Wesentlichen senkrecht stehenden Abschnitts 67 der Ausnehmung 43 des Kolbens 17 abzustützen. Durch die Dimensionierung des Abschnitts 67, der Abschrägung 61 des Kolbens 17 sowie des Durchmessers des Dichtrings 57 und des entsprechenden Abstands zur Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 ist es möglich, die Anpresskraft des Dichtrings 57 an dem Hohlzylinder 5 so auszulegen, dass sich eine minimale dynamische Reibung ergibt, jedoch die Dichtfunktion des Dichtrings 57 für den zweiten Strömungsweg 55 noch gegeben ist. Schließlich ist es möglich auf einen Anlagekontakt an dem ersten Anlagepunkt 63 ganz zu verzichten und die Dichtung nur durch den Anlagekontakt an dem zweiten Anlagepunkt 65 und durch den Anlagekontakt mit der Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 zu gewährleisten. Der Dichtring 57 kann hierzu entsprechend vorgespannt sein.

In 2 ist weiter zu erkennen, dass sich zwischen einer auf dem kleinsten Radius des Dichtrings 57 liegenden Umfangslinie 69 und der sich radial darunter liegenden Ausnehmung 43 ein Freiraum 71 ergibt, der durch einen Doppelpfeil 73 angedeutet ist.

In 3 ist der Dichtring 57 in einer zweiten Schaltstellung gezeigt, wobei in dieser, in Ausrichtung der 3 gesehen, sich ganz links in der Ausnehmung 43 des Kolbens 17 befindet, also an der Anschlagscheibe 15 anschlägt. Auch in dieser Funktionsstellung, wie in 3 gezeigt, ergibt sich der Freiraum 71 symbolisiert durch den Doppelpfeil 73. Außerdem ist zu erkennen, dass der zweite Strömungsweg 55 freigegeben ist, was durch einen geschwungenen Pfeil 75 angedeutet ist.

4 zeigt einen Längsschnitt eines Teils einer Kolbenzylinderanordnung 3 mit einer Kolbenanordnung 1. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist der Dichtring 57 als Rechteckring ausgeführt. Der Dichtring 57 kann unterschiedliche Materialien aufweisen, beispielsweise PU, FEP, Teflon etc. Auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 liegt der Dichtring 57 in einem dichtenden Anlagekontakt an der Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 an. Im Unterschied zu dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung 43 rechteckförmig gestaltet.

Als weiterer Unterschied verläuft der erste Strömungsweg 39 nicht durch eine Bohrung des Kolbens 17, sondern vom ersten Arbeitsraum 33 kommend über eine Nut 77 des Kolbens 17 durch die Ausnehmung 43 des Kolbens 17 durch den Freiraum 71 zwischen dem Dichtring 57 und dem Kolben 17 hindurch an einem zwischen dem Kolben 17 und einem Schieber 79 eingeklemmten Dichtelement 31, das als O-Ring ausgeführt ist, vorbei durch einen Überströmkanal 81 des Schiebers 79 in den Zwischenraum 51 und von dort schließlich über den Spalt 53 in den zweiten Arbeitsraum 35. Vorteilhafterweise ist das Dichtelement 31 nur statisch beansprucht. In der Darstellung gemäß 4 ist der erste Strömungsweg 39 versperrt. Analog dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, öffnet sich der erste Strömungsweg 39 aufgrund eines Überdrucks in dem ersten Arbeitsraum 33. Der Schieber 79 ist durch das Federelement 25, in Ausrichtung der 4 gesehen, nach links gegen das Dichtelement 31 gepresst, so dass sich ein dichtender Anlagekontakt des Dichtelements 31 an dem Schieber 79 sowie an dem Kolben 17 ergibt. Hierzu weist der Kolben 17 einen abgeschrägten Dichtsitz 82 auf, an dem das Dichtelement 31 dichtend anliegt. Bei einem entsprechenden Überdruck im ersten Arbeitsraum 33 wird der Schieber 79 entgegen der Federkraft des Federelements 25, in Ausrichtung der 4 gesehen, nach rechts bewegt, so dass der erste Strömungsweg 39 freigegeben ist. Mithin realisieren das erste Dichtelement 31, der Schieber 79 sowie das Federelement 25 ein erstes Rückschlagventil 49 für den ersten Strömungsweg 39. Ein zweites Rückschlagventil 83 wird durch den Dichtring 57, der in den 1 bis 3 als O-Ring und in den 3 bis 6 als Viereckring ausgeführt ist, realisiert.

Der Kolben 17 kann als Bundscheibe mit eine Phase, die den Dichtsitz 82 bildet, ausgeführt sein, wobei die Unterteilung des Hohlzylinders 3 in die Arbeitsräume 33 und 35 – im Vergleich zu der Ausführung gemäß der 1 bis 3 – durch den Kolben 17 und den Schieber 79 erfolgt.

Die 5 und 6 zeigen schematisierte detaillierte Darstellungen des in 4 gezeigten Dichtrings 57 in der Ausnehmung 43. In 5 ist der Dichtring 57 innerhalb der Ausnehmung 43 ganz nach rechts verlagert und steht in einem dichtenden Anlagekontakt mit der Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 und einer Seitenflanke 85 des Schiebers 79.

Im Unterschied zur Darstellung gemäß der 1 bis 3 führt der zweite Strömungsweg 55 ausgehend vom zweiten Arbeitsraum 35 über den Spalt 53 in den Zwischenraum 51 entlang eines Spalts 87 zwischen dem Schieber 79 und der Oberfläche 59 des Hohlzylinders 5 in die Ausnehmung 43 durch den Freiraum 71 zwischen dem Dichtring 57 und der Ausnehmung 43 durch die Nut 77 des Kolbens 17 schließlich in den ersten Arbeitsraum 33 der Kolbenzylinderanordnung 3. Der zweite Strömungsweg 55 ist in 6 durch einen geschwungenen Pfeil 89 angedeutet.

Um den Kolben 17 statisch gegen den Nietzapfen 9 abzudichten, weist die Kolbenanordnung 1 einen Dichtring 91 auf. Als weiteren Unterschied weist die Kolbenanordnung 1 gemäß den 4 bis 6 an Stelle der Hülse 19 und der oberen Abdeckscheibe 21 eine Bundscheibe 93 auf. Schließlich kann der Dichtring 57 integraler Bestandteil, beispielsweise durch Anspritzen, des Kolbens 17 sein.

7 zeigt eine weitere Kolbenanordnung 1, bei der die Kolbenstange 7 über ein Befestigungselement 93 fest mit dem Nietzapfen 9 verbunden ist. Das Befestigungselement 93 weist in seiner zur Kolbenstange 7 gerichteten Stirnseite 95 eine Bohrung 97 auf, in die das kolbenseitige Ende der Kolbenstange 7 eingesteckt wird. Das kolbenseitige Ende der Kolbenstange 7 weist in dem Bereich, in dem es in der Bohrung 97 des Befestigungselements 93 eingesetzt ist, eine umlaufende Nut 99 auf, in die Material des Befestigungselementes 93 gebracht wird, wenn das Befestigungselement 93 auf die Kolbenstange geknautscht wird.

Der Nietzapfen 9 weist einen geringeren Durchmesser auf als das Befestigungselement 93. Hierdurch ergibt sich eine Stufe 11, die einen Anschlag 13 bildet. Wie vorstehend schon beschrieben, dient der Nietzapfen 9 der Kolbenanordnung 1 dazu, alle Bauteile der Kolbenanordnung 1 zu fixieren beziehungsweise aufgrund der Nietkräfte einzuspannen. Im Unterschied zu den vorhergehend beschriebenen Kolbenanordnungen sind der Kolben 17 und die Hülse 19 einstückig miteinander verbunden. Die Hülse 19 stützt sich dabei auf einem hülsenartigen, sich in Richtung Hülse 19 erstreckenden Ansatz an der Abdeckscheibe 21 ab.

Die Kolbenzylinderanordnung 3 kann vorteilhaft in einem Kraftfahrzeug verwendet beziehungsweise eingebaut werden, beispielsweise zur Kraftunterstützung einer Klappe, beispielsweise einer Heckklappe. Vorteilhafterweise kann auf Grund der verringerten dynamischen Reibung, insbesondere bei tiefen, winterlichen Temperaturen ein früher Selbstlauf – beziehungsweise ein betriebssicheres selbsttätiges Öffnen – der Klappe ermöglicht werden.

1
Kolbenanordnung
3
Kolbenzylinderanordnung
5
Hohlzylinder
7
Kolbenstange
9
Nietzapfen
11
Stufe
13
Anschlag
15
Anschlagscheibe
17
Kolben
19
Hülse
21
Abdeckscheibe
23
Nietkopf
25
Federelement
27
Stützscheibe
29
Öffnung
30
Strömungsbeeinflussungselement
31
Dichtring
33
erster Arbeitsraum
35
zweiter Arbeitsraum
37
Nut
39
erster Strömungsweg
41
Bohrung
43
Ausnehmung
45
Nut
47
Ventileinrichtung
49
Rückschlagventil
51
Zwischenraum
53
Spalt
55
zweiter Strömungsweg
56
Spalt
57
Dichtring
59
Oberfläche
61
Abschrägung
63
erster Anlagepunkt
65
zweiter Anlagepunkt
67
Abschnitt
69
Umfangslinie
71
Freiraum
73
Doppelpfeil
75
Pfeil
77
Nut
79
Schieber
81
Überströmkanal
82
Dichtsitz
83
Rückschlagventil
85
Seitenflanke
87
Spalt
89
Pfeil
91
Dichtring
93
Befestigungselement
95
Stirnseite
97
Bohrung
99
Nut


Anspruch[de]
Kolbenanordnung (1) ausgelegt zum Unterteilen eines Hohlzylinders (5) in zwei Arbeitsräume (33, 35) mit einer Ventileinrichtung (47), durch die ein Strom eines Mediums zwischen den zwei Arbeitsräumen (33, 35) mit Hilfe einer Dichteinrichtung beeinflusst wird, die einen Dichtring (57) umfasst, der axial verschieblich in einer radial umlaufenden Ausnehmung (43) aufgenommen ist und einen Innenradius aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung zusätzlich zu dem Dichtring (57) ein Strömungsbeeinflussungselement (30) umfasst, das in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung (1) auf einen ersten Strömungsweg (39) wirkt, und dadurch, dass der Dichtring (57) in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung (1) einen zweiten Strömungsweg (55) freigibt oder unterbricht, wobei in jeder axialen Stellung zwischen einer auf dem kleinsten Innenradius des Dichtrings (57) liegenden Umfangslinie (69) und der Ausnehmung (43) ein Freiraum (71) verbleibt. Kolbenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (57) der Ventileinrichtung (47) unabhängig von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung (1) an der Innenfläche (59) des Hohlzylinders (5) anliegt. Kolbenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (43) eine Abschrägung (61) aufweist, an der der Dichtring (57) in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung (1) zur Anlage kommt. Kolbenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungsweg (39) in einem ersten Bewegungszustand, der dem Zustand der Ruhe entspricht, geschlossen ist. Kolbenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Strömungsweg (39) in einem zweiten Bewegungszustand, bei dem der erste Arbeitsraum (33) kleiner und der zweite Arbeitsraum (35) größer wird, öffnet. Kolbenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Strömungsweg (55) in einem dritten Bewegungszustand, bei dem der erste Arbeitsraum (33) größer und der zweite Arbeitsraum (35) kleiner wird, öffnet. Kolbenanordnung (1) nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (57) der Ventileinrichtung (47) in dem zweiten Bewegungszustand den zweiten Strömungsweg (55) verschließt und sich in dem dritten Bewegungszustand axial so verlagert, dass sich der zweite Strömungsweg (55) öffnet. Kolbenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsbeeinflussungselement (30) ein Dichtelement (31) umfasst, das in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der Kolbenanordnung (1) den ersten Strömungsweg (39) freigibt oder unterbricht. Kolbenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (47) ein Federelement (25), einen mit dem Federelement (25) vorgespannten Schieber (79) oder eine Stützscheibe (27) und das Dichtelement (31) aufweist. Kolbenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (79) oder die Stützscheibe (27) auf das Dichtelement (31) wirkt, das über den Schieber (79) oder die Stützscheibe (27) durch die Federkraft an einen Kolben (17) angepresst ist, um den ersten Strömungsweg (39) zu unterbrechen. Kolbenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenanordnung (1) eine Kolbenstange (7) zugeordnet ist, die dazu dient die Kolbenanordnung (1) innerhalb des Hohlzylinders (5) in axialer Richtung zu verschieben. Kolbenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (5) einen dritten Strömungsweg, insbesondere eine Nut aufweist, der einen Bypass zu dem ersten Strömungsweg (39) und dem zweiten Strömungsweg (55) bildet. Kolbenzylinderanordnung (3) mit einem Hohlzylinder (5), in dem eine Kolbenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist. Kraftfahrzeug mit einer Kolbenzylinderanordnung (3) nach Anspruch 13.






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