DE10028114C2 - Schwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, insbesondere für eine Kraftfahrzeugaufhängung.

Die häufigste Bauart von Schwingungsdämpfern in Kraftfahrzeugen ist der Schwingungsdämpfer vom "dash-pot"-Typ, bei dem ein Kolben in einem Druckrohr angeordnet und mit den gefederten Massen des Fahrzeuges durch eine Kolbenstan­ ge verbunden ist. Der Kolben unterteilt den Innenraum des Druckrohres in eine obe­ re und eine untere Arbeitskammer. Bei einem Zweirohrdämpfer ist zwischen dem Druckrohr (Innenrohr) und dem Außenrohr ein Speicher vorgesehen. Ein Boden­ ventil ist zwischen der unteren Arbeitskammer und dem Speicher angeordnet, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, die ebenfalls zur Schwingungsdämpfung bei­ trägt.

Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfer sind üblicherweise mit Drosselöffnun­ gen versehen, die eine gedrosselte Strömung von Dämpfungsmittel von der Kolben- Oberseite (der Zugstufen-Seite) zu der Kolben-Unterseite (der Druckstufen-Seite) ermöglicht. Diese Drosselöffnungen verleihen dem Schwingungsdämpfer einen Teil seiner Dämpfungseigenschaften. Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfer können auch irgendein Blow-off-Ventil enthalten. Das Blow-off-Ventil befindet sich normaler­ weise in einer Schließstellung. Wenn jedoch der Strömungsmitteldruck im Druck­ zylinder einen vorgegebenen Wert erreicht, öffnet das Blow-off-Ventil, wodurch die Drosselung des Dämpfungsmittels zwischen den beiden Kolbenseiten beträchtlich reduziert wird.

Verschiedene Dämpferkonstruktionen des Standes der Technik kombinieren die herkömmliche Ventileinrichtung mit einem Blow-off-Ventil. Beispielsweise offenbart die US 4,721,130 eine Ventileinrichtung, die in einem hydraulischen Pufferspeicher verwendet wird. Ein Ventilglied wird zum Öffnen und Schließen von Durchlässen im Kolben verwendet. Wenn die Kolbenstange ausgefahren wird, biegt sich ein freies Ende des Ventilgliedes um einen ersten Drehpunkt, so daß Flüssig­ keit hindurchströmen kann. Wenn sich der Kolben mit hoher Geschwindigkeit bewegt und die Kraft der den Durchlaß durchströmenden Flüssigkeit die Vorspannung der Feder übersteigt, wird der Federhalter niedergedrückt, so daß mehr Flüssigkeit durch den Durchlaß strömen kann, während das Ventilglied um einen zweiten Drehpunkt gebogen wird.

Ferner offenbart die US 2,717,058 einen Schwingungsdämpfer mit einem Steuerventil zum Steuern der gedrosselten Strömung von Hydraulikflüssigkeit zwi­ schen den entgegengesetzten Enden eines Druckrohres. Eine Ventilscheibe verbiegt sich nach oben entgegen einer starren Halteplatte, was durch einen schrägen Verlauf des Stirnflächenabschnittes der Halteplatte ermöglicht wird. Wenn sich der Bedarf an Dämpfungsmitteldurchsatz erhöht, bewegen sich das Ventilglied und die Halte­ platte entgegen der Druckfeder, um den Durchsatz zu ändern.

Ähnliche Schwingungsdämpfer sind in der US 5,219 414, der DE 197 10 454 A1 und DE 196 15 585 A1 offenbart.

Wenngleich diese vorbekannten Schwingungsdämpfer zufriedenstellend arbeiten, stellen sie im allgemeinen keine optimalen Lösungen im Hinblick auf Ein­ fachheit der Konstruktion, Wirkungsgrad und Herstellungskosten dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwin­ gungsdämpfer zu schaffen, der bei möglichst einfacher Konstruktion und kosten­ günstiger Herstellbarkeit die Biegescheibenfunktion eines Zugstufen-Ventils mit der Blow-off-Funktion eines Blow-off-Ventils kombiniert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Schwingungsdämpfer umfaßt eine Biege­ scheibenanordnung, welche die Biegescheibenfunktion eines Zugstufenventils mit der Blow-off-Funktion kombiniert. Die Biegescheibenanordnung ermöglicht den Durchtritt von Dämpfungsmittel durch den Kolben zwischen den beiden Kolben­ seiten in dem Druckrohr. Die Ventilscheiben werden am Kolben von einer Feder und einer Beilagscheibe gehalten. Die Feder und die Beilagscheibe werden von ei­ ner Mutter gehalten und dadurch in Richtung auf die Ventilscheiben vorgespannt. Die Mutter ist auf das Ende der Kolbenstange aufgeschraubt. Ein Abstandsstück dient als Anschlag für die Mutter, wodurch die Federvorspannung eingestellt wer­ den kann, während eine unerwünschte Addition von Fertigungstoleranzen und eine Überkompression der Ventilscheiben vermieden werden.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit Schwingungsdämpfern;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Schwingungsdämpfers;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Kolbenanordnung des Schwin­ gungsdämpfers in Fig. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug 10 hat eine hintere Aufhängung 12, eine vordere Aufhängung 14 und einen Fahrzeugkörper 16. Die hintere Aufhängung 12 hat eine Hinterradachse (nicht gezeigt) mit Hinterrädern 18. Die Hinterradachse ist mit dem Fahrzeugkörper 16 durch zwei Schwingungsdämpfer 20 und zwei Schrau­ benfedern 22 verbunden. In der gleichen Weise hat die vordere Aufhängung 14 eine Vorderradachse (nicht gezeigt) mit Vorderrädern 24. Die Vorderradachse ist mit dem Fahrzeugkörper 16 ebenfalls durch zwei Schwingungsdämpfer 26 und zwei Schraubenfedern 28 verbunden. Die Schwingungsdämpfer 20 und 26 dienen zum Dämpfen der Relativbewegungen zwischen dem ungefederten Teil (d. h. der vorde­ ren und hinteren Aufhängung 12 bzw. 14) und dem gefederten Teil (dem Fahrzeug­ körper 16) des Fahrzeugs 10. Wenngleich das Fahrzeug 10 als Personenwagen dar­ gestellt wurde, versteht es sich jedoch, daß die Schwingungsdämpfer 20 und 26 auch bei anderen Fahrzeugen wie auch bei anderen Anwendungen eingesetzt wer­ den können. Außerdem ist der Ausdruck "Schwingungsdämpfer" in seiner weitesten Bedeutung zu verstehen und umfaßt beispielsweise auch MacPherson-Federbeine.

In Fig. 2 ist der Schwingungsdämpfer 26 genauer dargestellt. Wenngleich Fig. 2 nur den Schwingungsdämpfer 26 zeigt, versteht es sich jedoch, daß der Schwingungsdämpfer 20 in entsprechender Weise ausgebildet ist. Der Schwin­ gungsdämpfer 20 unterscheidet sich von dem Schwingungsdämpfer 26 lediglich in der Art und Weise, in der er mit den gefederten und ungefederten Teilen des Fahr­ zeuges 10 verbunden ist.

Der Schwingungsdämpfer 26 hat ein Druckrohr 30 (Innenrohr), eine Kolben­ anordnung 32, eine Kolbenstange 34, ein Außenrohr 36 und ein Bodenventil 40.

Das Druckrohr 30 bildet einen Innenraum 42. Die Kolbenanordnung 32 ist innerhalb des Druckrohres 30 gleitend angeordnet und unterteilt den Innenraum 42 in eine obere Arbeitskammer 44 und eine untere Arbeitskammer 46. Eine Kolben­ dichtung 48 ist zwischen der Kolbenanordnung 32 und dem Druckrohr 30 angeord­ net, um Gleitbewegungen der Kolbenanordnung 32 relativ zum Druckrohr 30 bei minimalen Reibungskräften zu ermöglichen und um die obere Arbeitskammer 44 gegenüber der unteren Arbeitskammer 46 abzudichten. Die Kolbenstange 34 ist an der Kolbenanordnung 32 befestigt und verläuft durch die obere Arbeitskammer 44 sowie durch eine Kappe 50, die das obere Ende des Druckrohres 30 verschließt. Ein Dichtungssystem dient als Abdichtung zwischen der oberen Kappe 50, dem Außen­ rohr 36 und der Kolbenstange 34. Das der Kolbenanordnung 32 gegenüber liegende Ende der Kolbenstange 34 ist an dem gefederten Teil des Fahrzeuges 10 befestig­ bar. Eine Ventileinrichtung innerhalb der Kolbenanordnung 32 steuert die Strömung des Dämpfungsmittels zwischen der oberen Arbeitskammer 44 und der unteren Ar­ beitskammer 46 bei Bewegungen der Kolbenanordnung 32 innerhalb des Druckroh­ res 30. Da sich die Kolbenstange 34 nur durch die obere Arbeitskammer 44 und nicht die untere Arbeitskammer 46 erstreckt, kommt es bei Bewegungen der Kol­ benanordnung 32 zu einem Unterschied zwischen der in der oberen Arbeitskammer 44 verdrängten Dämpfungsmittelmenge und der in der unteren Arbeitskammer 46 verdrängten Dämpfungsmittelmenge. Dieser Unterschied in der Dämpfungsmittel­ menge, der als "Stangenvolumen" bekannt ist, fließt durch das Bodenventil 40.

Das Außenrohr 36 umgibt das Druckrohr 30, wodurch eine Speicherkammer 54 zwischen ihnen gebildet wird. Das untere Ende des Außenrohres 36 wird von einer Kappe 56 verschlossen, die mit dem ungefederten Teil des Fahrzeuges 10 ver­ bunden werden kann. Das obere Ende des Außenrohres 36 ist an der oberen Kappe 50 befestigt. Das Bodenventil 40 ist zwischen der unteren Arbeitskammer 46 und der Speicherkammer 54 angeordnet, um die Strömung von Dämpfungsfluid zwi­ schen den beiden Kammern zu steuern. Wenn der Schwingungsdämpfer 26 aus­ fährt, ist ein zusätzliches Dämpfungsmittelvolumen in der unteren Arbeitskammer 46 erforderlich. Das Dämpfungsmittel strömt somit aus der Speicherkammer 54 durch das Bodenventil 40 in die untere Arbeitskammer 46. Wenn der Schwingungsdämpfer 26 einfährt, muß überschüssiges Dämpfungsmittel aus der unteren Arbeits­ kammer 46 entfernt werden. Dämpfungsmittel strömt dann aus der unteren Arbeits­ kammer 46 durch das Bodenventil 40 in die Speicherkammer 54.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Die dort dargestellte Kolbenan­ ordnung 32 besteht aus einem Kolben 60, einem Druckstufen-Ventil 62 und einem Zugstufen-Ventil 64. Das Druckstufen-Ventil 62 liegt an einer Schulter 66 der Kol­ benstange 34 an. Der Kolben 60 liegt an dem Druckstufen-Ventil 62 an, und das Zugstufen-Ventil 64 liegt am Kolben 60 an. Eine Mutter 68 sichert diese Bauteile an der Kolbenstange 34.

Der Kolben 60 hat einen Druckstufen-Kanal 70 in Form mehrerer Bohrungen und einen Zugstufen-Kanal 72 in Form mehrerer Bohrungen. Die Kolbendichtung 48 ist mit mehreren Rippen 74 versehen, die zu einer entsprechenden Anzahl von Ringnuten 76 passen, um die Gleitbewegung der Kolbenanordnung 32 zu ermögli­ chen.

Das Druckstufen-Ventil 62 besteht aus einem Halter 78, einer Ventilscheibe 80 und einer Feder 82. Der Halter 78 liegt mit einem Ende an der Schulter 66 und mit dem anderen Ende am Kolben 60 an. Die Ventilscheibe 80 liegt am Kolben 60 an und verschließt den Druckstufen-Kanal 70, während sie den Zugstufen-Kanal 72 offen läßt.

Die Feder 82 ist zwischen dem Halter 78 und der Ventilscheibe 80 angeord­ net, um die Ventilscheibe 80 gegen den Kolben 60 vorzuspannen. Bei einem Kol­ benhub in der Druckstufe wird Dämpfungsmittel in der unteren Arbeitskammer 46 unter Druck gesetzt, wodurch ein entsprechender Druck auf die Ventilscheibe 80 ausgeübt wird. Wenn dieser Druck die Vorspannkraft der Feder 82 überwindet, löst sich die Ventilscheibe 80 vom Kolben 60, so daß der Druckstufen-Kanal 70 geöff­ net wird und Dämpfungsmittel aus der unteren Arbeitskammer 46 in die obere Ar­ beitskammer 44 strömen kann. Die Stärke der Feder 82 und die Größe des Druck­ stufen-Kanals 70 bestimmen die Dämpfungseigenschaften des Schwingungsdämp­ fers 26 in der Druckstufe. Bei einem Kolbenhub in der Zugstufe wird der Druckstu­ fenkanal 70 von der Ventilscheibe 80 geschlossen, während Dämpfungsmittel in den Zugstufen-Kanal 72 strömen kann. Das Zugstufen-Ventil 64 besteht aus einem Abstandsstück 84, einer Scheibenanordnung 86, einem Halter 88 und einer Zugstu­ fen-Feder 90 in Form einer Tellerfeder. Das Abstandsstück 84 ist auf die Kolben­ stange 34 geschraubt und zwischen dem Kolben 60 und der Mutter 68 angeordnet. Das Abstandsstück 84 hält den Kolben 60 und das Druckstufen-Ventil 62, während es ein Festziehen der Mutter 68 zuläßt, ohne daß die Ventilscheibe 80 oder die Scheibenanordnung 86 komprimiert wird. Der Halter 78, der Kolben 60 und das Abstandsstück 84 bilden eine kontinuierliche feste Verbindung zwischen der Schul­ ter 66 und der Mutter 68, um das Festziehen und Sichern der Mutter 68 an der Kol­ benstange 34 zu erleichtern. Die Scheibenanordnung 86 ist auf dem Abstandsstück 84 gleitend gelagert und liegt am Kolben 60 an, um den Zugstufen-Kanal 72 zu ver­ schließen, während sie den Druckstufen-Kanal 70 offen läßt. Der Halter 88 ist eben­ falls auf dem Abstandsstück 84 gleitend gelagert und liegt an der Scheibenanord­ nung 86 an. Die Zugstufen-Feder 90 wird über das Abstandsstück 84 montiert und ist zwischen dem Halter 88 und der Mutter 68 angeordnet. Die Zugstufen-Feder 90 spannt den Halter 88 gegen die Scheibenanordnung 86 sowie die Scheibenanord­ nung 86 gegen den Kolben 60 vor. Die Scheibenanordnung 86 besteht aus einer Drosselscheibe 92, einer Ventilscheibe 94, einer Abstandsscheibe 96 und einer Drehpunktscheibe oder Auflagerscheibe 98. Die Drosselscheibe 92 hat mehrere Schlitze 100, welche eine gedrosselte Strömung von Dämpfungsmittel durch das Zugstufen-Ventil 64 erlauben. Die Auflagerscheibe 98 bildet einen Drehpunkt bzw. Abbiegepunkt für die Drosselscheibe 92, die Ventilscheibe 94 und die Abstands­ scheibe 96. Wenn Strömungsmitteldruck auf die Scheiben 92 und 94 ausgeübt wird, werden sie am Außenrand der Auflagerscheibe 98 elastisch umgebogen, wodurch das Zugstufenventil 64 geöffnet wird. Eine Beilagscheibe 102 ist zwischen der Mut­ ter 68 und der Zugstufen-Feder 90 angeordnet, um die Vorspannung der Feder 90 und damit den Blow-off-Druck zu steuern, wie oben beschrieben wurde. Die Kali­ brierung der Blow-off-Eigenschaft des Zugstufen-Ventils 64 ist somit getrennt vom Druckstufen-Ventil 62.

In der Zugstufe wird Dämpfungsmittel in der oberen Arbeitskammer 44 unter Druck gesetzt, wodurch ein entsprechender Strömungsmitteldruck auf die Scheiben­ anordnung 86 ausgeübt wird. Wenn der an der Scheibenanordnung 86 anliegende Strömungsmitteldruck die Biegekraft der Scheibenanordnung 86 übersteigt, wird die Scheibenanordnung 86 elastisch verformt bzw. umgebogen, wodurch der Zug­ stufen-Kanal 72 geöffnet wird und Dämpfungsmittel aus der oberen Arbeitskammer 44 in die untere Arbeitskammer 46 strömen kann. Die Stärke der Scheibenanord­ nung 86 und die Größe des Zugstufen-Kanals 72 bestimmen die Dämpfungseigen­ schaften des Schwingungsdämpfers 26 in der Zugstufe. Wenn der Strömungsmittel­ druck in der oberen Arbeitskammer 44 einen vorgegebenen Wert erreicht, überwin­ det der Strömungsmitteldruck die Vorspannkraft der Feder 90, was eine Axialbewe­ gung des Halters 88 und der Scheibenanordnung 86 hervorruft. Durch diese Axial­ bewegung des Halters 88 und der Scheibenanordnung 86 wird der Zugstufen-Kanal 72 vollständig geöffnet, so daß eine beträchtliche Menge an Dämpfungsmittel ent­ weichen kann. Hierdurch wird der Strömungsmitteldruck entsprechend reduziert ("blow-off"), was erforderlich ist, um Beschädigungen des Schwingungsdämpfers 26 und/oder des Fahrzeuges zu vermeiden.

Claims (8)

1. Schwingungsdämpfer mit:
einem Druckrohr (30), das einen Innenraum (42) bildet,
einer Kolbenstange (34), die durch ein Ende des Druckrohres (30) verläuft und eine Schulter (66) sowie ein Gewindeende aufweist,
einem Druckstufen-Halter (78), der an der Kolbenstange (34) in Anlage mit der Schulter (66) befestigt ist,
einem Kolben (60), der an der Kolbenstange (34) in Anlage mit dem Druckstufen-Halter (78) befestigt ist und den Innenraum (42) in eine obere Arbeitskammer (44) und eine untere Arbeitskammer (46) unterteilt,
einem Zugstufen-Abstandsstück (84), das an der Kolbenstange (34) in Anlage mit dem Kolben (60) befestigt ist,
einer Mutter (68), die auf das Gewindeende der Kolbenstange (34) aufgeschraubt ist und an dem Zugstufen-Abstandsstück (84) anliegt,
einem Zugstufen-Kanal (72), der durch den Kolben (60) verläuft,
einer Zugstufen-Ventilscheibe (94), die auf dem Zugstufen-Abstandsstück (84) gleitend gelagert und zwischen dem Kolben (60) und der Mutter (68) angeordnet ist, um den Zugstufen-Kanal (72) zu verschließen,
einem Zugstufen-Halter (88), der auf dem Zugstufen-Abstandsstück (84) gleitend gelagert und zwischen der Zugstufen-Ventilscheibe (94) und der Mutter (68) angeordnet ist, und
einer Zugstufen-Feder (90), die auf dem Zugstufen-Abstandsstück (84) gleitend gelagert und zwischen dem Zugstufen-Halter (88) und der Mutter (68) angeordnet ist, um die Zugstufen-Ventilscheibe (94) in Richtung auf den Kolben (60) elastisch vorzuspannen.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstufenfeder (90) eine Tellerfeder ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:
einen Druckstufen-Kanal (70), der durch den Kolben (60) verläuft,
eine Druckstufen-Ventilscheibe (80), die zwischen dem Druckstufenhalter (78) und dem Kolben (60) angeordnet ist, um den Druckstufen-Kanal (70) zu verschließen, und
eine Druckstufen-Feder (82), die zwischen der Druckstufen-Ventilscheibe (80) und dem Druckstufen-Halter (78) angeordnet ist und die Druckstufen- Ventilscheibe (80) in Richtung auf den Kolben (60) elastisch vorspannt.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen-Feder (82) eine Schraubenfeder ist.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auflagerscheibe (98), die zwischen der Zugstufen- Ventilscheibe (94) und dem Zugstufen-Halter (88) angeordnet ist.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselscheibe (92) zwischen der Zugstufen- Ventilscheibe (94) und dem Kolben (60) angeordnet ist.

7. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugstufen-Abstandsstück (84) auf das Gewindeende der Kolbenstange (34) aufgeschraubt ist.

8. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beilagscheibe (102) zwischen der Zugstufenfeder (90) und der Mutter (68) angeordnet ist.