DE10022029A1

DE10022029A1 - Zweistufiger Stoßdämpfer

Info

Publication number: DE10022029A1
Application number: DE10022029A
Authority: DE
Inventors: Stefan Deferme
Original assignee: Tenneco Automotive Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Inc
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2020-05-06
Also published as: JP3538364B2; GB2349681A; US6220409B1; JP2000356237A; DE10022029B4; GB2349681B; GB0010947D0

Abstract

Ein Stoßdämpfer (20) hat ein Druckrohr (30), in dem eine Kolbeneinheit (32) verschieblich ist, die an einer Kolbenstange (34) befestigt ist. Die Kolbeneinheit (32) teilt das Druckrohr (30) in eine obere Arbeitskammer (44) und eine untere Arbeitskammer (46) und hat eine Druckstufen- und eine Zugstufenventileinheit (62, 64) sowie ein an der Kolbenstange (34) befestigtes Gehäuse (96), in dem verschieblich ein Gleitkolben (98) liegt, der mit dem Gehäuse (96) eine Kammer (104) bildet. Die Kammer (104) steht durch einen durch die Kolbenstange (34) laufenden Kanal (94) in Verbindung mit einer der Arbeitskammern (44). Das Gehäuse (96) und der Gleitkolben (98) bewirken eine variable, hubabhängige Dämpfung in der Zug- und der Druckstufe mit einem weichen Übergang zwischen geringer und starker Dämpfung.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwingungsdämpfer oder Stoß dämpfer für ein Aufhängungsystem, beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug, der eine zweistufige Dämpfcharakteristik mit geringerer Dämpfung bei kleinen Bewe gungsamplituden und höherer Dämpfung bei großen Dämpfungsamplituden hat.

Hydraulische Stoßdämpfer haben üblicherweise einen eine Arbeitskammer festlegenden Zylinder, in dem ein Kolben verschieblich liegt, so daß er das Innere des Zylinders in eine obere und eine untere Arbeitskammer teilt. Mit dem Kolben ist eine Kolbenstange verbunden, die aus einem Ende des Zylinders herausragt. Ein erstes Ventilsystem ist zur Erzeugung der Dämpfkraft in der Zugstufe und ein zweites Ventilsystem zur Erzeugung der Dämpfkraft in der Druckstufe des hydrau lischen Stoßdämpfers vorgesehen.

Bei der normalen Fahrt eines Fahrzeuges treten kleine Vibrationen in der ungefederten Masse des Fahrzeugs auf, wodurch man für eine ruhige Fahrt ein ge ring gedämpftes Aufhängungssystem benötigt, um diese feinen Vibrationen von der gefederten Masse fern zu halten. Bei der Kurvenfahrt oder dem Bremsen eines Fahrzeuges ist die gefederte Masse eines Fahrzeugs jedoch beispielsweise einer re lativ langsamen bzw. großen Schwingung ausgesetzt, für die man eine starke Dämp fung in der Aufhängung benötigt, um die gefederte Masse abzustützen und ein sta biles Fahrverhalten des Fahrzeugs zu erreichen. Deshalb verwendet man Einrich tungen zur Erzeugung der Dämpfkraft, die Sollkräfte abhängig von der Bewegungs geschwindigkeit und/oder der Verschiebung des Kolbens im Zylinder zu erzeugen. Diese variable Dämpfkräfte erzeugenden Einrichtungen bewirken dabei eine relativ kleine Dämpfkraft im Normalbetrieb des Fahrzeuges und eine relativ große Dämpf kraft in Fahrzuständen, bei denen eine große Fahrwerksauslenkung vorliegt. Die variable Dämpfkraft erzeugenden Einrichtungen haben somit den Vorteil einer wei chen gleichmäßigen Fahrt, da hochfrequente bzw. kleine Anregungen der gefeder ten Masse unterdrückt werden, und gewährleisten zugleich die notwenige Dämp fung oder straffe Aufhängung bei Fahrzuständen, bei denen größere Anregungen der gefederten Masse auftreten.

Die Weiterentwicklung von hydraulischen Stoßdämpfern erfordert Einrichtungen zur Erzeugung variabler Dämpfkräfte, die einfach und kostengünstig herzustellen sind, und die bessere Solldämpfkrafterzeugungseigenschaflen haben.

Die vorliegende Erfindung ist durch die Ansprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung schafft einen variablen hydraulischen Stoßdämpfer, dessen Dämpfung von der Hubamplitude abhängt. Für kleine Hübe ergibt sich eine geringe Dämpfung, für große Hübe eine starke Dämpfung. Die variable Dämpfung wird von einer Einheit aus einem Fluidzylinder und einem Gleitkolben bewirkt, die am Ende der Kolbenstange in der unteren Arbeitskammer liegt. Das Innere des Fluidzylinders steht in Verbindung mit dem Hydraulikfluid in der oberen Arbeitskammer. Führt der Stoßdämpfer einen kleinen Hub aus, fließt das Fluid durch zwei getrennte Fluß kanäle, so daß eine geringe Dämpfung erreicht wird. Führt der Stoßdämpfer einen großen Hub aus, wird der Fluidfluß in einem der beiden Kanäle progressiv verrin gert, so daß sich eine starke Dämpfung einstellt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung, auf deren Offenbarungs gehalt als erfindungswesentlich hingewiesen wird, zeigt:

Fig. 1 die Schemazeichnung eines Fahrzeugs mit Stoßdämpfern, die variable Dämpfkraft erzeugen,

Fig. 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Einrohrstoßdämpfers mit variabler Dämpfkrafterzeugung,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Kolben des Stoßdämpfers der Fig. 1 während eines Druckhubes und

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich der Fig. 3 während eines Zughubes.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile in den verschiedenen Figuren. Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 10, das vier Stoßdämpfer mit variabler Dämpfkraft aufweist. Das Fahrzeug 10 hat eine hintere Aufhängung 13, eine vordere Aufhängung 14 sowie eine Karosserie 16. Die hintere Aufhängung 14 hat eine Hinterachskonstruktion (nicht dargestellt), an der die Hinterräder 18 befe stigt sind. Die Hinterachskonstruktion ist mit der Karosserie 16 über zwei Stoß dämpfer 20 sowie zwei Schraubenfedern 22 verbunden. Die vordere Aufhängung 14 hat eine Vorderachskonstruktion (nicht dargestellt), an der die Vorderräder 24 befe stigt sind. Die Vorderachskonstruktion ist über ein zweites Paar Stoßdämpfer 26 und zwei Schraubenfedern 28 mit der Karosserie 16 verbunden. Die Stoßdämpfer 20 und 26 dämpfen die Relativbewegung zwischen dem ungefederten Teil, also der vorderen und hinteren Aufhängung 12 und 14, und dem gefederten Teil, also der Karosserie 16 des Fahrzeuges 10. Als Fahrzeug 10 ist ein Personenwagen darge stellt, jedoch können die Stoßdämpfer 20 und 26 auch bei anderen Fahrzeugarten oder anderen Aufhängungssystemen angewendet werden. Darüber hinaus wird über den Begriff Stoßdämpfer hier ein beliebiger Schwingungsdämpfer, auch beispiels weise ein McPherson Federbein verstanden.

Fig. 2 zeigt den Stoßdämpfer 20 genauer. Die Stoßdämpfer 26 der Fig. 1 sind natürlich ebenso wie der Stoßdämpfer 20 aufgebaut, weshalb hier zur Vereinfa chung nur der Stoßdämpfer 20 erläutert wird. Der Stoßdämpfer 20 hat ein Druck rohr 30, eine Kolbeneinheit 32 und eine Kolbenstange 34.

Das Druckrohr 30 legt eine Arbeitskammer 42 fest. Die Kolbeneinheit 32 liegt verschieblich im Druckrohr 30 und teilt die Arbeitskammer 42 in eine obere Arbeitskammer 44 und eine untere Arbeitskammer 46. Im Druckrohr 30 befindet sich ein Fluid. Eine Dichtung 48 zwischen der Kolbeneinheit 32 und dem Druckrohr 30 ermöglicht eine Verschiebung der Kolbeneinheit 32 innerhalb des Druckrohres 30 ohne übermäßige bzw. ungewünschte Reibkräfte und dichtet die obere Arbeits kammer 44 gegenüber der unteren Arbeitskammer 46 ab. Die Kolbenstange 34 ist an der Kolbeneinheit 32 befestigt und läuft durch die obere Arbeitskammer 44 so wie durch eine obere Endkappe 50, die das Druckrohr 30 am oberen Ende ver schließt. Ein Dichtsystem 42 dichtet zwischen der oberen Endkappe 50 und der Kolbenstange 34 ab. Das der Kolbeneinheit 32 abgewandte Ende der Kolbenstange 34 ist zur Befestigung am gefederten Teil des Fahrzeugs 10 geeignet ausgebildet. In einer bevorzugten Ausbildungsform ist die Kolbenstange 34 an der Karosserie 16 bzw. dem gefederten Teil des Fahrzeugs 10 befestigt. Das Druckrohr 30 hat einen Befestigungspunkt 54 der zur Befestigung am ungefederten Teil des Fahrzeugs 10 ausgebildet ist. Natürlich kann der Stoßdämpfer 20 auch andersherum eingebaut werden.

Die Bewegung der ungefederten Teile des Fahrzeugs verursacht somit eine Zugbewegung bzw. eine Druckbewegung (im folgenden als Zug- und Druckstufe bezeichnet) der Kolbeneinheit 32 gegenüber dem Druckrohr 30. Ventile in der Kol beneinheit 32 steuern die Strömung des Fluids zwischen der oberen Arbeitskammer 44 und der unteren Arbeitskammer 44 bei Bewegung der Kolbeneinheit 32 im Druckrohr 30.

In den Fig. 3 und 4 ist die Kolbeneinheit 32 vergrößert dargestellt. Sie ist an der Kolbenstange 34 befestigt und hat einen Kolbenkörper 60, eine Druckventilein heit 62, eine Zugventileinheit 64 und eine Gleitkolbeneinheit 66. Die Kolbenstange 34 hat einen Abschnitt 68 mit verringertem Durchmesser an ihrem im Druckrohr 30 liegenden Ende, so daß eine Schulter 70 gebildet ist, an der die Bauteile der Kol beneinheit 32 befestigt sind. Der Kolbenkörper 60 befindet sich auf diesem Ab schnitt 68 mit verringertem Durchmesser, wobei die Druckventileinheit 62 zwi schen dem Kolbenkörper 60 und der Schulter 70 und die Zugventileinheit 64 zwi schen dem Kolbenkörper 60 und dem mit Gewinde versehenen Ende 72 der Kol benstange 34 liegt. Der Kolbenkörper 60 hat mehrere Strömungskanäle 74 für die Druckstufe und mehrere Strömungskanäle 76 für die Zugstufe.

Die Druckventileinheit 62 hat mehrere Druckventilplatten 78 sowie einen Ventilanschlag 80. Die Druckventilplatten 78 liegen benachbart dem Kolbenkörper 60 und decken die Strömungskanäle 74 für die Druckstufe ab. Der Ventilanschlag 80 liegt zwischen den Druckventilplatten 78 und der Schulter 70 und begrenzt die Auslenkung der Druckventilplatten 78.

In der Druckstufe des Stoßdämpfers 20 wird Fluiddruck in der unteren Ar beitskammer 46 aufgebaut, bis der auf die Druckventilplatten 78 durch die Strö mungskanäle 74 wirkende Druck ausreicht, die Druckventilplatten 78 auszulenken. Die Druckventilplatten 78 öffnen durch elastische Auslenkungen die Strömungska näle 74, so daß Fluid aus der unteren Arbeitskammer 46 in die obere Arbeitskam mer 44 strömen kann, wie durch den Pfeil 82 in Fig. 3 angedeutet ist.

Die Zugventileinheit 64 weist mehrere Zugventilplatten 86 auf. Die Zugventilplatten 86 liegen am Kolbenkörper 60 an und decken die Strömungskanäle 76 für die Zugstufe ab. Die Gleitkolbeneinheit 66 ist auf das Ende 72 der Kolben stange 34 aufgeschraubt, so daß die Zugventilplatten 68 am Kolbenkörper 60 in der Verschlußstellung für die Strömungskanäle 76 gehalten werden.

In der Zugstufe des Stoßdämpfers 20 wird in der oberen Arbeitskammer 44 ein Druck aufgebaut, bis der auf die Zugventilplatten 86 durch die Strömungskanäle 76 wirkende Druck zum Auslenken der Zugventilplatten 86 ausreicht. Diese lenken elastisch aus und öffnen die Strömungskanäle 76, so daß Fluid aus der oberen Ar beitskammer 44 in die untere Arbeitskammer 46 strömen kann wir durch den Pfeil 92 in Fig. 4 veranschaulicht ist.

Die Gleitkolbeneinheit 66 weist einen Strömungskanal 94, ein Gehäuse 96 und einen Gleitkolben 98 auf. Der Strömungskanal 94 verläuft durch die Kolben stange 34 und hat einen radialen Kanalteil 100 und einen axialen Kanalteil 102, der in eine Kammer 104 mündet, die vom Gehäuse 96 und dem Gleitkolben 98 gebildet sind. Der radiale Kanalteil 100 hat eine Flußbegrenzung 106, die den durch den Flußkanal 94 strömenden Fluidfluß begrenzt. Das Gehäuse 96 hat Topfprofil und ist auf das Ende 74 der Kolbenstange 34 aufgeschraubt. Es klemmt die Zugventilplat ten 86 gegen den Kolbenkörper 60 und fungiert somit gleichzeitig als Anschlag, der die Auslenkung der Zugventilplatten 86 begrenzt. Der Gleitkolben 98 sitzt ver schieblich im Gehäuse 96, so daß eine Kammer 104 gebildet ist. Zwischen dem Gleitkolben 98 und dem Gehäuse 96 sitzt eine Dichtung 108, die ein Gleiten des Gleitkolbens 98 im Gehäuse 96 ermöglicht, so daß keine übermäßigen Reibkräfte entstehen und die Kammer 104 gegenüber der unteren Arbeitskammer 46 abge dichtet ist. Ein erster Gummiring 110 liegt zwischen dem Gleitkolben 98 und dem Gehäuse 96. Ein zweiter Gummiring 114 liegt zwischen dem Gleitkolben 98 und einem Haltering 114. Der Haltering 114 hält die Gleitkolbeneinheit 66 zusammen und dient zugleich als Abstützung für den Gummiring 114. Die Gummiringe 110 und 112 begrenzen die Bewegung des Gleitkolbens 98 und sorgen für einen Über gang zwischen niedriger und hoher Dämpfung, wie später noch erläutert werden wird.

In Fig. 3 ist die Druckstufe dargestellt, bei der das Fluid in der unteren Arbeitskammer 46 unter Druck gesetzt und aus der unteren Arbeitskammer 46 in die obere Arbeitskammer 44 durch die Strömungskanäle 74 strömt, sobald der zum Auslenken der Druckventilplatten 78 erforderliche Druck erreicht ist (Pfeile 82). Der Fluiddruck in der unteren Arbeitskammer 46 wirkt aber auch auf den Boden des Leitkolbens 98, so daß das Fluid in der Kammer 104 unter Druck gesetzt wird. Da durch strömt Fluid aus der Kammer 104 durch den Kanal 94 in die obere Arbeits kammer 44, wie dies durch die Pfeile 116 veranschaulicht ist. Die Menge des Fluid flusses hängt vom in der unteren Arbeitskammer 46 und der Kammer 104 aufge bauten Druck, der möglichen Bewegung des Gleitkolbens 98 zwischen den Gummi ringen 110 und 112 und der von der Härte des Gummirings 110 bewirkten Federräte ab. Für kleine Bewegung gibt es somit zwei Flußstrecken, die durch die Pfeile 82 und 116 symbolisiert sind. Nimmt der Hub in der Druckstufe zu, nimmt der Fluid fluß durch den Kanal 94, wie er durch den Pfeil 116 symbolisiert ist, allmählich ab, so daß ein weicher Übergang von einer anfangs geringen Dämpfung zu einer star ken Dämpfung des Stoßdämpfers 20 erreicht ist. Zum weichen Übergang trägt die Kompression des Gummirings 110 bei.

In Fig. 4 ist die Zugstufe dargestellt, bei der Fluid in der oberen Arbeitskam mer 44 unter Druck gesetzt und aus der oberen Arbeitskammer 44 in die untere Ar beitskammer 46 durch Kanäle 76 strömt, sobald der zum Auslenken der Zugventil platten 66, welche die Kanäle 76 freigeben, nötige Druck erreicht ist. Der Fluid druck in der oberen Arbeitskammer 44 wird ebenfalls durch den Kanal 94 in die Kammer 104 übertragen, und wirkt auf die Oberseite des Kolbens 98 in Richtung der Pfeile 118. Der Fluidfluß hängt vom Druckaufbau in der oberen Arbeitskammer 44 und der Kammer 104, der möglichen Bewegung des Gleitkolbens 98 zwischen den Gummiringen 110 und 112 und der von der Kompression des Gummirings 112 abhängenden Federrate ab. Für kleine Bewegung gibt es somit zwei Flußstrecken, die durch die Pfeile 92 und 118 veranschaulicht sind. Nimmt die Bewegung in der Zugstufe zu, so nimmt der Fluidfluß durch den Kanal 94 entlang des Pfeiles 118 allmählich ab, so daß ein weicher Übergang von einer anfangs geringen Dämpfung zu einer großen Dämpfung des Stoßdämpfers 20 erreicht ist. Die Kompression des Gummirings 112 gewährleistet diesen weichen Übergang.

Der Schwingungsdämpfer 20 hat somit eine geringe Dämpfung bzw. eine komfortable Einstellung für kleine Hübe und eine große Dämpfung oder Sicher heitseinstellung für große Hübe. Die variable Dämpfcharakteristik ist sowohl in der Druck- als auch in der Zugstufe gegeben. Darüber hinaus ist die variable Dämpf kraft nicht lageabhängig, und es ist ein weicher Übergang zwischen geringer und starker Dämpfung ohne unerwünschte Umschalteffekte gewährleistet. Vorstehend wurde ein Einrohrstoßdämpfer beschrieben, natürlich kann man dieses Prinzip auch bei einem Mehrrohrstoßdämpfer anwenden.

Claims

1. Zweistufiger Stoßdämpfer (20) mit:
einem eine Arbeitskammer (42) bildenden Druckrohr (30),
einer verschieblich im Druckrohr (30) liegenden Kolbeneinheit (32), die die Arbeitskammer (42) in eine obere Arbeitskammer (44) und eine untere Arbeits kammer (46) teilt,
einer durch eine der Arbeitskammern (44, 46) laufenden Kolbenstange (44), die aus dem Druckrohr (30) ragt und an der die Kolbeneinheit (32) befestigt ist,
einer an der Kolbeneinheit (32) befestigten Ventileinheit (62, 64), die minde stens einen ersten und mindestens einen zweiten Fluidkanal (74, 76) durch die Kol beneinheit (32) hindurch aufweist,
einem dritten Fluidkanal (94) in der Kolbenstange (34), der zwischen einer der beiden Arbeitskammern (44) und einer von der Kolbeneinheit (32) gebildeten Druckkammer (104) verläuft.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit eine Druckstufenventileinheit (62) und eine Zugstufenventileinheit (64) aufweist.

3. Stoßdämpfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Druckkammer (104) von einem an der Kolbenstange (34) befestigten Gehäuse (96) gebildet ist, in dem ein Gleitkolben (98) verschieblich liegt.

4. Stoßdämpfer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein flexibles Ele ment (110, 112) zwischen dem Gleitkolben (98) und dem Gehäuse (96).

5. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen am Gehäuse (96) befestigten Haltering (140), der den Gleitkolben (98) im Gehäuse (96) hält.

6. Stoßdämpfer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein erstes flexibles Element (112) zwischen dem Gleitkolben (98) und dem Haltering (114).

7. Stoßdämpfer nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein zweites flexibles Element (110) zwischen dem Gleitkol ben (98) und dem Gehäuse (96).

8. Stoßdämpfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Druckkammer (104) von einem auf die Kolbenstange (34) aufge schraubten Gehäuse (96) und einem verschieblich darin liegenden Gleitkolben (98) gebildet ist.

9. Zweistufiger Stoßdämpfer (20) mit:
einem eine Arbeitskammer (42) bildenden Druckrohr (30),
einer verschieblich im Druckrohr (30) liegenden Kolbeneinheit (32), die die Arbeitskammer (42) in eine obere Arbeitskammer (44) und eine untere Arbeits kammer (46) teilt,
einer durch eine der Arbeitskammern (44, 46) laufenden Kolbenstange (44), die aus dem Druckrohr (30) ragt und an der die Kolbeneinheit (32) befestigt ist,
einem an der Kolbeneinheit (32) befestigten ersten Ventil (62), das minde stens einen Fluidkanal (74) durch die Kolbeneinheit (32) hat,
einem an der Kolbenstange (34) befestigten Gehäuse (96),
einem im Gehäuse (96) liegenden Gleitkolben (98), wobei Gleitkolben (98) und Gehäuse (96) zusammen eine Druckkammer (104) bilden, und
einem dritten Fluidkanal (96), der zwischen einer der Arbeitskammern (44) und der Druckkammer (104) verläuft.

10. Stoßdämpfer (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (96) auf die Kolbenstange (34) geschraubt ist.

11. Stoßdämpfer nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein flexi bles Element (110, 112) zwischen dem Gleitkolben (98) und dem Gehäuse (96).

12. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch einen am Gehäuse (96) befestigten Haltering (114), der den Gleitkolben (98) im Gehäuse (96) hält.

13. Stoßdämpfer nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein erstes flexibles Element (112) zwischen dem Gleitkolben (98) und dem Haltering (114).

14. Stoßdämpfer nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch ein zweites flexibles Element (110) zwischen dem Gleitkol ben (98) und dem Gehäuse (96).

15. Stoßdämpfer (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (104) sich in der oberen oder der unteren Arbeitskammer (44, 46) befindet und der dritte Fluidkanal (94) zur anderen Ar beitskammer (46, 44) hin läuft.