Hydraulický tlumič

Oblast techniky

Vynález se týká hydraulického tlumiče, v jehož plášti vyplněném kapalinou je uspořádán suvně píst spojený s pístnicí, přičemž prostor nad pístem a pod pístem jsou propojeny propojovacími kanály, v nichž jsou uspořádány ovládací členy průtoku kapaliny.

Dosavadní stav techniky

Hydraulický tlumič, dále jen tlumič je důležitý prvek podvozků automobilů pro zajištění jednak vibračního pohodlí osádky a nákladu a jednak pro zajištění rovnoměrného kontaktu kola s vozovkou. Ukazuje se však, že při nájezdu vozidla na velkou nerovnost vzroste tlumicí síla do té míry, že představuje pro osádku, náklad a pro nosnou konstrukci vozidla rázové zatížení značné velikosti. Hledá se proto ochrana proti takto velkému zatížení formou degresivní charakteristiky tlumiče, kde tlumicí síla po překročení jisté relativní rychlosti tlumiče klesá místo, aby rostla, přičemž jde o pasivní neřízený tlumič. U tlumičů (např. DE 102005055801 B3) se běžně užívá poddajností ovládané prvky, které způsobí pokles nárůstu tlumicí síly s nárůstem relativní rychlosti pohybu tlumiče. Tyto charakteristiky jsou označovány také jako degresivní, ale degresivní jsou jen ve směrnici, nikoli v absolutní hodnotě tlumicí síly, a to pro ochranu před rázy nestačí. Byly proto navrženy tlumiče (např. DE 10T05098 Cl, US 2005/0 016 805 AI), které degresivní charakteristiku zajistí, ale jen nevratnou změnou tlumiče danou roztržením jeho konstrukčních prvků. Další řešení je navrženo pomocí řízených tlumičů (např. US 2004/0 200 946 AI, US 5 937 975 A), ale to vyžaduje složitější konstrukci, zdroj energie a elektroniku, která může být nespolehlivá. Řešení degresivní charakteristiky tlumiče v absolutní hodnotě s vratným chováním založené na pasivním (neřízeném) tlumiči je stále otevřený problém.

Cílem tohoto vynálezu je vytvořit řešení pasivního tlumiče s degresivní charakteristikou v absolutní hodnotě tlumicí síly, kdy od jisté velikosti relativní rychlosti tlumiče tlumicí síla klesá.

Podstata vynálezu

Podstata hydraulického tlumiče, v jehož plášti vyplněném kapalinou je uspořádán suvně píst spojený s pístnicí, přičemž prostor nad pístem a pod pístem jsou propojeny propojovacími kanály, v nichž jsou uspořádány ovládací členy průtoku kapaliny, spočívá podle vynálezu v tom, že v pístu tlumiče je uspořádán propojovací otvor pro řízený průtok kapaliny mezi prostorem nad pístem a pod pístem regulačním členem, který je spojen s hysterezním mechanismem.

Regulačním členem pro řízení průtoku kapaliny v propojovacím otvoru je otočná destička spojená s ovládacím pístkem suvně vedeným v pístu tlumiče a spojeným s tlačnou pružinou. Alternativně může být regulačním členem pro řízení průtoku kapaliny v propojovacím otvoru posuvná destička spojená s ovládacím pístkem suvně vedeným v pístu tlumiče a spojeným s tlačnou pružinou.

Dalším alternativním provedením regulačního členu pro řízení průtoku kapaliny v propojovacím otvoru je kulový ventil spojený s ovládacím pístkem suvně vedeným v pístu tlumiče a spojeným s tlačnou pružinou.

Dalším alternativním provedením regulačního členu pro řízení průtoku kapaliny v propojovacím otvoru je posuvná destička spojená s pístem tlačnou pružinou a táhlem nebo další tlačnou pružinou s hysterezním mechanizmem.

- 1 CZ 306614 B6

Hysterezní mechanizmus je představován šoupátkem s vnitřním pístkem nebo kuličkou s pístnicí pro spojení s regulačním členem. Mezi pístnicí hysterezního mechanizmu a regulačním členem je uspořádána vnější pružina a hysterezní mechanizmus je případně spojen s regulačním členem paralelní pružinou.

Alternativně je hysterezní mechanizmus představován šoupátkem s kuličkou s pístnicí pro spojení s regulačním členem, přičemž šoupátko obsahuje přímou větev se vstupní záklopkou a oválnou větev s výstupní záklopkou, přičemž vstupní záklopka a výstupní záklopka jsou spojeny s vnitřní pružinou.

Dalším alternativní provedení hysterezního mechanizmu je představováno šoupátkem s vnitřním pístkem nebo kuličkou s pístnicí pro spojení s regulačním členem, přičemž mezi šoupátkem s vnitřním pístkem nebo kuličkou s pístnicí a regulačním členem je uspořádán čtyřkloubový mechanismus s táhlem.

Objasnění výkresů

Hydraulický tlumič podle vynálezu je znázorněn na přiložených obrázcích, kde představuje 20 obr. 1 schematické znázornění požadovaného průběhu tlumicí síly obr. 2 schematicky základní koncept pasivního tlumiče s degresivní charakteristikou obr. 3 prostorový pohled na koncept řešení pasivního tlumiče s degresivní charakteristikou podle obr. 2 obr. 4 schematicky alternativní provedení základního konceptu pasivního tlumiče s degresivní charakteristikou obr. 5 schematicky prostorový pohled na koncept řešení pasivního tlumiče s degresivní charakteristikou podle obr. 4 obr. 6 až 10 schematické znázornění dalších provedení obr. 11 až 16 schematické znázornění různých provedení hysterezního prvku.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je schematicky znázorněn požadovaný průběh tlumicí síly F tlumiče v závislosti na relativní rychlosti v_rei pohybu tlumiče. Pro relativní rychlost 0 < v_rei < vi jde o progresivní charakteristiku, kdy tlumicí síla F roste s nárůstem relativní rychlosti jak v absolutní hodnotě, tak ve směrnici tak, že jednak platí, že směrnice závislosti dF/dv_rei > 0 je kladná, a jednak platí, že 45 směrnice závislosti roste d(dF/dv_rei)/dv_rei >0. Pro relativní rychlost vi < v_rei < v₂ jde o progresivní charakteristiku v absolutní hodnotě, kdy tlumicí síla F roste s nárůstem relativní rychlosti v absolutní hodnotě (směrnice závislosti dF/dv_rei > 0 je kladná), a jde o degresivní charakteristiku ve směrnici, kdy směrnice závislosti klesá (přírůstek směrnice d(dF/dv_rei)/dv_rei <0 je záporný). Pro relativní rychlost v₂ < v_re] jde o degresivní charakteristiku v absolutní hodnotě, kdy tlumicí síla F 50 klesá s nárůstem relativní rychlosti v absolutní hodnotě v₃>v₂ a F₃<F₂ (směrnice závislosti dF/dv_rei < 0 je záporná). Dále popisované konstrukční řešení tlumiče zajišťuje průběh tlumicí síly pro v>v₂. Pro řešení závislostí v intervalu <0, v₂> se užije dnešních standardních řešení.

Na obr. 2 je znázorněn schematicky v řezu a na obr. 3 schematicky v pohledu základní koncept 55 řešení degresivního tlumiče skládajícího se z pláště 1 tlumiče, z pístu 2 tlumiče pohybovaného pístní tyčí 3. V pístu 2 tlumiče je umístěn propojovací otvor 7 mezi prostory nad a pod pístem 2, jehož otevření slouží pro pokles tlumicí síly tlumiče. V pístu 2 tlumiče je dále umístěn ovládací pístek 5, na který působí tlak hydraulické kapaliny nad pístem proti tlačné pružině 8 a pohyb ovládacího pístku 5 je omezen dorazem 6. Od pohybu ovládacího pístku 5 je odvozen pohyb táhla 11 ovládající přes hysterezní mechanismus 4 otočnou těsnicí destičku 9, která otevírá nebo zavírá propojovací otvor 7 mezi prostory nad a pod pístem 2, a tak způsobuje pokles tlumicí síly nad pístem 2. Táhlo 11 je upevněno otočnými klouby k ovládacímu pístku 5 a hystereznímu mechanismu 4. Velikost propojovacího otvoru 7 je taková, že při jeho otevření dojde při relativních rychlostech pohybu tlumiče, a tedy pohybu pístu 2 s pístní tyčí 3 vůči plášti tlumiče 1, větších než rychlost v₂ z obr. 1 k poklesu tlumicí síly podle obr. 1. Hysterezní mechanismus 4 slouží k prodlevě začátku opětovného zavírání otvoru 7 mezi prostory nad a pod pístem 2.

Funkce degresivního tlumiče je následující. Jestliže roste relativní rychlost v_rei pístu 2 tlumiče vůči plášti 1 tlumiče při pohybu pístu 2 směrem nahoru, pak roste tlak nad pístem 2 a roste síla tohoto tlaku působící na ovládací pístek 5, která překoná sílu tlačné pružiny 8 působící proti ní. Překonáním síly tlačné pružiny 8 dojde k pohybu táhla 11 a přes hysterezní mechanismus 4 k pootočení otočné těsnicí destičky 9 upevněné na otočném čepu 12, která otevře propojovací otvor 7 mezi prostory nad a pod pístem 2. Tím dojde k proudění hydraulické kapaliny z prostoru nad pístem 2 do prostoru pod pístem 2 a k poklesu tlaku působícího nad píst 2, a tak k poklesu tlumicí síly F₂ tlumiče podle obr. 1. Aby však došlo k poklesu tlumicí síly pod hodnotu F₂ na obr. 1, musí být otvor 7 otevřen nějakou dobu. K tomu je užit hysterezní mechanismus 4. Po poklesu tlaku a tlumicí síly nad pístem 2 dojde k návratu polohy ovládacího pístku 5, ale hysterezní mechanismus 4 zajistí, že ještě nějakou dobu je otevřen propojovací otvor 7 a probíhá pokles tlaku a tlumicí síly nad pístem 2. Jinak by nedošlo k degresivní charakteristice v absolutní hodnotě, ale jen k degresivní charakteristice ve směrnici, jak to nastává u dnešních tradičních konstrukcí tlumičů.

Užití hysterezního mechanismu je podstata popisovaného vynálezu. Hysterezní mechanismus 4 zajišťuje, že při pohybu ovládacího pístku 5 nahoru působením tlačné pružiny 8, a tak pohybu táhla Hje časový počátek působení táhla 11 skrze hysterezní mechanismus 4 na zpětné zavírání propojovacího otvoru 7 posunuto (zdrženo). Konkrétní varianty řešení hysterezních mechanismů jsou popsány na dalších obrázcích 11 až 16. Dnešní tradiční tlumiče mají různě otevírané propojovací otvory 7 po překonání sil pružin odpovídajících tlaku v tlumiči způsobeném velikostí relativní rychlosti tlumiče.

Na obr. 4 je znázorněn schematicky v řezu a na obr. 5 schematicky v pohledu další koncept řešení degresivního tlumiče skládajícího se z pláště 1 tlumiče, z pístu 2 tlumiče pohybovaného pístní tyčí 3. V pístu 2 tlumiče je umístěn propojovací otvor 7 mezi prostoiy nad a pod pístem 2, jehož otevření slouží pro pokles tlumicí síly tlumiče nad pístem 2. V pístu 2 tlumiče je dále umístěn ovládací pístek 5, na který působí tlak hydraulické kapaliny nad pístem proti tlačné pružině 8 a pohyb ovládacího pístku 5 je omezen dorazem 6. Od pohybu ovládacího pístku 5 je odvozen pohyb táhla 11 ovládající přes hysterezní mechanismus 4 posuvnou těsnicí destičku 10 vedenou v posuvném vedení 13 posuvné těsnicí destičky 10, která otevírá nebo zavírá propojovací otvor 7 mezi prostory nad a pod pístem, a tak způsobuje pokles tlumicí síly nad pístem 2. Velikost propojovacího otvoru 7 je taková, že při jeho otevření dojde při relativních rychlostech pohybu tlumiče, a tedy pohybu pístu 2 s pístní tyčí 3 vůči plášti tlumiče 1, větších než rychlost v₂ uvedené na obr. 1 k poklesu tlumicí síly nad pístem 2, jak je znázorněno na obr. 1. Hysterezní mechanismus 4 slouží k prodlevě začátku opětovného zavírání otvoru 7 mezi prostory nad a pod pístem.

Funkce degresivního tlumiče je obdobná funkci na obr. 2 a 3. Jestliže roste relativní rychlost v_re] pístu 2 tlumiče vůči plášti 1 tlumiče, pak roste tlak nad pístem 2 a roste síla tohoto tlaku působící na ovládací pístek 5, která překoná sílu tlačné pružiny 8 působící proti ní. Překonáním síly tlačné pružiny 8 dojde k posuvu ovládacího pístku 5 a tím zároveň k pohybu táhla 11 hysterezního mechanismu 4 a s ním spojené posuvné těsnicí destičky 10 uložené v posuvném vedení 13. Posuvem těsnicí destičky 10 se otevře propojovací otvor 7 mezi prostory nad a pod pístem 2. Tím dojde k proudění hydraulické kapaliny z prostoru nad pístem 2 do prostoru pod pístem a k poklesu tlaku a

působícího na píst 2, a tak k poklesu tlumicí síly F tlumiče. Aby však došlo k poklesu tlumicí síly pod hodnotu F2 uvedené na obr. 1, musí být otvor 7 otevřen nějakou dobu. K tomu je užit hysterezní mechanismus 4. Po poklesu tlaku a tlumicí síly nad pístem 2 dojde k návratu polohy ovládacího pístku 5 k dorazu 6, ale hysterezní mechanismus 4 zajistí, že ještě nějakou dobu je otevřen otvor 7 a dále probíhá pokles tlaku a tlumicí síly. Bez působení hysterezního mechanismu 4 by nedošlo k degresivní charakteristice v absolutní hodnotě tlumicí síly, ale jen k degresivní charakteristice ve směrnici závislosti tlumicí síly a rychlosti, jak to nastává u dnešních tradičních konstrukcí tlumičů. Hysterezní mechanismus 4 zajišťuje, že při pohybu ovládacího pístku 5 nahoru působením tlačné pružiny 8, a tak pohybu táhla 11 je Časový počátek působení táhla 11 skrze hysterezní mechanismus 4 na zpětné zavírání otvoru 7 posunuto (zdrženo). Konkrétní varianty řešení hysterezních mechanismů jsou popsány na dalších obrázcích.

Na obr. 6 je znázorněn schematicky v řezu další alternativní koncept řešení degresivního tlumiče k řešení na obr. 2 a 3 s užitím otáčení otočné těsnicí destičky 9 pro otevírání a uzavírání propojovacího otvoru 7. Zde pohyb ovládacího pístku 5 působí na táhlo 11 přes hysterezní mechanismus 4 a táhlo 11 již přímo působí na otáčení otočné těsnicí destičky 9 upevněné na otočném čepu 12. Táhlo 11 je upevněno otočnými klouby k hystereznímu mechanismu 4 a k páce otočné těsnicí destičky 9. Funkce je shodná jako u provedení na obr. 2 a 3.

Na obr. 7 je znázorněn schematicky v řezu další alternativní koncept řešení degresivního tlumiče k řešení uvedeném na obr. 2 a 3. Zde je otočná těsnicí destička 9 z obr. 2, 3, 6 nahrazena kulovým ventilem 14, ve kterém je umístěn vlastní funkční propojovací otvor 7 spojující prostory nad a pod pístem 2. Kulový ventil 14 je uspořádán otočně v pístu 2. Zde pohyb ovládacího pístku 5 působí na táhlo 11 přes hysterezní mechanismus 4 a táhlo 11 již přímo působí pákou na otáčení kulového ventilu M. Funkce je shodná jako u provedení podle na obr. 2 a 3.

Na obr. 8 je znázorněn schematicky v řezu další alternativní koncept řešení degresivního tlumiče k řešení na obr. 4 a 5 s užitím posouvání posuvné těsnicí destičky 10 pro otevírání a uzavírání propojovacího otvoru 7. Zde pohyb ovládacího pístku 5 působí na táhlo 15 přes hysterezní mechanismus 4 a táhlo 15 již přímo působí na posunutí posuvné těsnicí destičky 10 uložené v posuvném vedení 13. Táhlo 15 je pevně upevněno k hystereznímu mechanismu 4 a k posuvné těsnicí destičce JO. Funkce je shodná jako u provedení uvedeném na obr. 4 a 5.

Na obr. 9 je znázorněn schematicky v řezu další alternativní koncept řešení degresivního tlumiče k řešení na obr. 4 a 5 s užitím posouvání posuvné těsnicí destičky 10 pro otevírání a uzavírání propojovacího otvoru 7. Zde posuvná těsnicí destička 10 plní současně funkci ovládacího pístku 5. Posuvná těsnicí destička JO je táhlem 15 přímo spojena s hysterezním mechanismem 4 upevněným na pístu 2 tlumiče. Funkci posuvného vedení 13 plní hysterezní mechanismus 4 přes táhlo 15. Táhlo 15 je pevně upevněno k hystereznímu mechanismu 4 a k posuvné těsnicí destičce 10. Funkce je obdobná jako u provedení uvedeném na obr. 4 a 5.

Na obr. 10 je znázorněn schematicky v řezu další alternativní koncept řešení degresivního tlumiče k řešení na obr. 9 s užitím posouvání posuvné těsnicí destičky 10 pro otevírání a uzavírání propojovacího otvoru 7. Zde posuvná těsnicí destička 10 opět plní současně funkci ovládacího pístku 5. Není užito táhla 15, ale posuvná těsnicí destička 10 je další tlačnou pružinou 8 přímo spojena s hysterezním mechanismem 4 upevněným na pístu 2 tlumiče. Funkci posuvného vedení 13 plní hysterezní mechanismus 4 přes tlačnou pružinu 8. Funkce je obdobná jako u provedení uvedeném na obr. 4 a 5.

Na obr. 11 je hysterezní mechanismus 4 realizován jako vnitřní pístek nebo kulička 20 v šoupátku 21. Pro přenos síly se musí vnitřní pístek 20 přemístit od levé stěny šoupátka 21 k pravé stěně šoupátka 21 a obráceně od pravé stěny šoupátka 21 k levé stěně šoupátka 21. Tím je uskutečněno zpoždění začátku působení táhel přes hysterezní mechanismus 4.

Na obr. 12 je hystereze hysterezního mechanismu 4 z obr. 11 posílena vnější pružinou 22. Začátek přenosu síly je ještě posunut o dobu potřebnou ke stlačení nebo roztažení vnější pružiny 22, což je například i třeba pro překonání pasivních odporů.

Na obr. 13 je hysterezní mechanismus 4 realizován paralelně vnitřním pístkem 20 v šoupátku 21 s vnější pružinou 22 a paralelní pružinou 23.

Na obr. 14 je hysterezní mechanismus 4 realizován jako pístek v šoupátku 21, kde pístek je nahrazen kuličkou 20 nebo válečkem, který umožňuje kuličku 20 v šoupátku 21 natáčet.

Na obr. 15 je hysterezní mechanismus 4 realizován rozvětveným vedením pístku v šoupátku 21, kde pístek je nahrazen kuličkou 20 nebo válečkem, který umožňuje pístek natáčet. V šoupátku jsou umístěny vstupní záklopka 24 a výstupní záklopka 25, které jsou v nakreslené poloze udržovány nebo při vychýlení do ní zpět přemisťovány vnitřními pružinami 26. Při pohybu kuličky 20 v přímé větvi šoupátka 21 od levé stěny šoupátka 21 kolem výstupní záklopky 25 kulička 20 zaklopí vstupní záklopku 24 a přemístí se až k pravé stěně šoupátka 21, kde začne přenášet sílu na šoupátko 21. Při opačném pohybu ale vstupní záklopka 24 způsobí pohyb kuličky 20 do spodní oválné větve šoupátka 21 a návrat z ní do přímé větve šoupátka přes výstupní záklopku 25. Spodní oválná větev šoupátka 21 je delší než její přímá větev a to způsobuje zvětšení hystereze při pohybu pístku 20 na obr. 15 zprava doleva.

Na obr. 16 je hysterezní mechanismus 4 realizován čtyřkloubovým mechanismem 27, který vede pístek 20 v šoupátku 21. Čtyřkloubový mechanismus 27 zlepší přenos síly šoupátkem 21.

Všechna uvedená řešení a jejich části se mohou vzájemně kombinovat. Například všechny mechanismy pro otevírání otvoru 7 mohou být uspořádány na opačné straně pístu 2, vnější pružina 22 může být užita i u hysterezního mechanismu na obr. 14 až 16.