DE102010060792A1

DE102010060792A1 - Hydraulischer Dämpfer

Info

Publication number: DE102010060792A1
Application number: DE201010060792
Authority: DE
Inventors: Kais Saadeddin
Original assignee: ThyssenKrupp Bilstein Suspension GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-05-31
Also published as: WO2012069213A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Dämpfer (1), insbesondere für ein Fahrzeugfahrwerk, mit einem Zylinder (10) und einem innerhalb des Zylinders (10) axial bewegbaren, mit einer Kolbenstange (32) verbundenen Kolben (12), wobei der Kolben (12) axiale Durchlassöffnungen (13, 14) aufweist, die mit einer ersten Ventilbaugruppe (15) zur Erzeugung einer Dämpfkraft bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange (32) aus dem Zylinder (10) und mit einer zweiten Ventilbaugruppe (16) zur Erzeugung einer Dämpfkraft bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange (32) in den Zylinder (10) fluidisch zusammenwirken, wobei die Ventilbaugruppen (15, 16) zumindest eine Stützscheibe (17) mit wenigstens einer Öffnung (18) zur Bildung eines Voröffnungskanals aufweisen, und wobei eine Rückschlagscheibe (19) zur federbelasteten Anlage gegen die Stützscheibe (17) vorgesehen ist, durch die die Öffnung (18) für das hydraulische Dämpfungsfluid in einer Durchlassrichtung öffenbar und in einer Sperrrichtung verschließbar ist, wobei zur Bildung des Voröffnungskanals zumindest eine die Öffnung (18) überdeckende Funktionsfläche (20) am Kolben (12) vorgesehen ist und wobei Kanalausbildungsmittel vorgesehen sind, durch deren geometrische Ausbildung der freie Durchströmquerschnitt des Voröffnungskanals bestimmbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Dämpfer, insbesondere für ein Fahrzeugfahrwerk, mit einem Zylinder und einem innerhalb des Zylinders axial bewegbaren, mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben, wobei der Kolben axiale Durchlassöffnungen aufweist, die mit einer ersten Ventilbaugruppe zur Erzeugung einer Dämpfkraft bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange aus dem Zylinder und mit einer zweiten Ventilbaugruppe zur Erzeugung einer Dämpfkraft bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange in den Zylinder fluidisch zusammenwirken.
STAND DER TECHNIK
Aus der DE 199 23 927 C1 ist ein hydraulischer Dämpfer für ein Fahrzeugfahrwerk bekannt, der einen Kolben aufweist, welcher an einer Kolbenstange mittels einer Kolbenmutter befestigt ist und in einem Zylinder des Dämpfers axial beweglich ist. Der Zylinder ist mit einem hydraulischen Dämpfungsfluid gefüllt, und der Kolben weist axiale Durchlassöffnungen auf, durch die das Dämpfungsfluid bei einer axialen Bewegung des Kolbens hindurchströmen kann.
Die Durchlassöffnungen können in erste Durchlassöffnungen und in zweite Durchlassöffnungen unterteilt werden, wobei die ersten Durchlassöffnungen mit einer ersten Ventilbaugruppe fluidisch zusammenwirken, um beispielsweise die Ausfahrbewegung der Kolbenstange aus dem Zylinder zu dämpfen, und wobei die zweiten Durchlassöffnungen mit einer zweiten Ventilbaugruppe zusammenwirken, um beispielsweise die Einfahrbewegung der Kolbenstange in den Zylinder zu dämpfen. Die Kolbenbewegung in der Ausfahrbewegung ist der Kolbenbewegung in der Einfahrbewegung entgegengesetzt, und die Einfahrbewegung kann beispielsweise das Einfedern eines Federbeins eines Kraftfahrzeugs beschreiben, während die Ausfahrbewegung das Ausfedern des Federbeins beschreibt.
Häufig wird von Kundenseite gewünscht, den Dämpfungskraftverlauf über der Kolbengeschwindigkeit beim Einfedern und beim Ausfedern gezielt unterschiedlich zu gestalten. Beispielsweise kann es von Vorteil sein, dass beim Einfedern des Federbeins mit einer bestimmten Kolbenstangengeschwindigkeit niedrigere Dämpfungskräfte entstehen als beim Ausfedern des Federbeins mit derselben Kolbenstangengeschwindigkeit, um den Fahrkomfort des Fahrzeugs zu optimieren. Ferner ist es wünschenswert, z. B. die Dämpfungskraft über der Kolbengeschwindigkeit zunächst progressiv, ab einer Grenzgeschwindigkeit des Kolbens im Zylinder jedoch degressiv zu gestalten. Dieser progressiv-degressive Verlauf kann dabei sowohl beim Einfedern als auch beim Ausfedern des Federbeins erforderlich sein.
Die Ventilbaugruppen sind mit Drosselscheiben gezeigt, in denen zumindest eine Voröffnung eingebracht ist, und angrenzend an die Drosselscheibe ist eine Umschaltscheibe angeordnet, die auf der Drosselscheibe aufliegen kann um die Voröffnung zu schließen und die von der Voröffnung abheben kann, um die Voröffnung freizugeben, um eine Ventilfunktion zu schaffen. Die Öffnungen münden frei in die Durchlassöffnung im Kolben, und die Drosselfunktion wird durch den Durchmesser der Voröffnung bestimmt.
Um den vorstehend beschriebenen progressiven Dämpfungskraftverlauf unterhalb der Grenzgeschwindigkeit zu schaffen, muss der Durchmesser der Voröffnung sehr klein gewählt werden, um durch die Voröffnung die Funktion einer Blende zu bilden und um einen hohen Strömungswiderstand zu ermöglichen, wenn der Kolben im Zylinder eine Geschwindigkeit aufnimmt, die nahe an die Grenzgeschwindigkeit heranreicht. Bei einer Anwendung des hydraulischen Dämpfers in einem Fahrzeugfahrwerk können in der Drosselscheibe Voröffnungen mit einem Durchmesser erforderlich sein, die Werte von unter 1 mm aufweisen. Da die Drosselscheiben mit fertigungstechnischem Vorteil mittels Scherschneidverfahren hergestellt werden, ergeben sich für die Herstellung von Löchern zur Bildung der Voröffnungen Nachteile, da ein Scherschnitt von Löchern mit einem Durchmesser von beispielsweise unter 1 mm bei einer entsprechenden Dicke der Drosselscheiben Probleme bereitet. Alternative Fertigungsverfahren zur Herstellung der Löcher wie beispielsweise ein Laserstrahlschneiden oder ein Erodieren, das das Scherschneiden ersetzen kann, verursachen erhebliche Fertigungskosten, die vermieden werden sollen.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass der Kolben aus einer Vielzahl von Einzelteilen aufgebaut ist, wodurch sich eine aufwendige und kostenintensive Ausgestaltung des hydraulischen Dämpfers ergibt. Beispielsweise ist aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der Ventilbaugruppen ein Auflagering und ein Spannring erforderlich, und ferner ist eine Haltescheibe notwendig, die Führungs- und Formschlusssegmente benötigt, über die die Haltescheibe geführt werden muss.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydraulischen Dämpfer mit einer feinen Einstellbarkeit des Dämpfungskraftverlaufes für kleine und mittlere Kolbengeschwindigkeiten zur schaffen, insbesondere unter Beibehaltung fertigungstechnisch vorteilhaft herstellbarer Ventilbaugruppen zur Dämpfung des den Kolben durchströmenden Dämpfungsfluids.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem hydraulischen Dämpfer gemäß den vorstehend zitierten Merkmalen des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Ventilbaugruppen zumindest eine Stützscheibe mit wenigstens einer Öffnung zur Bildung eines Voröffnungskanals aufweisen, und wobei eine Rückschlagscheibe zur federbelasteten Anlage gegen die Stützscheibe vorgesehen ist, durch die die Öffnung für das hydraulische Dämpfungsfluid in einer Durchlassrichtung öffenbar und in einer Sperrrichtung verschließbar ist, wobei zur Bildung des Voröffnungskanals zumindest eine die Öffnung überdeckende Funktionsfläche am Kolben vorgesehen ist und wobei Kanalausbildungsmittel vorgesehen sind, durch deren geometrische Ausbildung der freie Durchströmquerschnitt des Voröffnungskanals bestimmbar ist.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, eine Drosselfunktion nicht lediglich mittels einer blendenartigen Öffnung in einer plan ausgebildeten Drosselscheibe zu schaffen, sondern es wird ein Kanal geschaffen, der wenigstens durch die Öffnung in der Stützscheibe und durch die Funktionsfläche am Kolben geschaffen wird. Erst durch das Zusammenwirken der Öffnung mit der Funktionsfläche am Kolben können Mittel mit einer geometrischen Ausbildung vorgesehen werden, durch die der freie Durchströmquerschnitt des Voröffnungskanals bestimmbar ist, und es muss die Öffnung nicht mehr mit einem sehr kleinen Durchmesser ausgebildet werden, um lediglich dadurch eine Drosselfunktion zu schaffen. Folglich kann die Stützscheine durch fertigungstechnisch vorteilhafte Scherschnittoperationen mit einer Öffnung hergestellt werden, die hinsichtlich ihres Durchmessers fertigungstechnisch problemlos herstellbar ist.
Durch die Anwendung einer Rückschlagscheibe, die bei einer Durchströmung der Ventilbaugruppe in Durchlassrichtung wenigstens im Bereich der Öffnung von der Stützscheibe abhebt, wird die Rückschlagscheibe an der Bildung einer Drosselwirkung nicht beteiligt, denn die Rückschlagscheibe bildet bei Durchströmung der Ventilbaugruppe in Durchlassrichtung keinen Strömungswiderstand für das Dämpfungsfluid. Folglich kann ein progressiver Verlauf der Dämpfungskraft wenigstens bis vor Erreichen einer Grenzgeschwindigkeit des Kolbens im Zylinder durch die erfindungsgemäße Öffnung in der Stützscheibe in Zusammenwirken mit der Funktionsfläche am Kolben und Mitteln bestimmter geometrischer Ausbildung genau bestimmt werden.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Kanalbildungsmittel können diese als eine zwischen dem Kolben und der Stützscheibe angeordnete Deckscheibe ausgebildet sein, in der zumindest eine Steueröffnung eingebracht ist, die mit der Öffnung korrespondierend ausgebildet ist und wobei die Steueröffnung mit einer Teilüberdeckung auf der Funktionsfläche aufliegt. Zusätzlich zur geometrischen Ausgestaltung der Funktionsfläche am Kolben kann durch Verwendung einer Deckscheibe zwischen dem Kolben und der Stützscheibe eine Bestimmungsgröße geschaffen werden, mit der der frei durchströmbare Querschnitt des Voröffnungskanals für das Dämpfungsfluid beeinflusst werden kann, und damit das Dämpfungsverhalten des hydraulischen Dämpfers zu bestimmen. Durch einen einfachen Austausch der Deckscheibe mit verschieden ausgebildeten Steueröffnungen kann unter Beibehaltung der übrigen Elemente zur Schaffung des Voröffnungskanals, insbesondere dem Kolben und der Stützscheibe, der Voröffnungskanal variiert werden, und das Dämpfungsverhalten des hydraulischen Dämpfers kann an die geforderten Dämpfungseigenschaften angepasst werden. Findet die Deckscheibe zwischen dem Kolben und der Stützscheibe Verwendung, so wird der Voröffnungskanal wenigstens gebildet durch die Öffnung in der Stützscheibe, durch die Steueröffnung in der Deckscheibe und durch die geometrische Ausbildung der Funktionsfläche am Kolben. Die Teilüberdeckung beschreibt dabei eine teilweise Überdeckung zwischen der Steueröffnung und der Funktionsfläche in einer Projektion aus Richtung der Hubachse, und die Steueröffnung kann mit einem Teil die Funktionsfläche überdecken und mit einem Teil in die Durchlassöffnung weisen.
Mit weiterem Vorteil kann die Funktionsfläche eine Berandung aufweisen, mit der die Funktionsfläche an die Durchlassöffnung im Kolben angrenzt und in diese übergeht, wobei die Steueröffnung eine Position in Bezug auf eine Hubachse des Kolbens aufweist, in der die Berandung der Funktionsfläche radial innerhalb der Steueröffnung liegt. Die Position der Steueröffnung in der Deckscheibe relativ zur Berandung der Funktionsfläche am Kolben kann damit eine Stellgröße bilden, über die der frei durchströmbare Querschnitt durch den Voröffnungskanal verändert werden kann, insbesondere durch den Austausch der Deckscheibe mit in dieser verschieben positionierten Steueröffnungen.
Mit besonderem Vorteil kann die Steueröffnung eine Dreieckform mit zwei Flanken aufweisen, die einen Winkel zueinander einschließen, sodass der freie Durchströmquerschnitt des Voröffnungskanals durch den radialen Abstand der Steueröffnung zur Hubachse bestimmt ist. Beispielsweise können die Flanken zu einer Ecke der dreieckigen Grundform der Steueröffnung zusammenlaufen, wobei die Ecke in Richtung zur Hubachse weist. Folglich nimmt der Abstand der beiden Flanken mit zunehmendem Abstand von der Hubachse zu. Verläuft die an die Steueröffnung angrenzende Berandung der Funktionsfläche nun in seitlicher Richtung zwischen den Flanken, so wird der frei durchströmbare Querschnitt des Voröffnungskanals dann reduziert, wenn der Abstand der Steueröffnung zur Hubachse des Kolbens vergrößert wird, da die frei umströmbare Breite der Berandung der Funktionsfläche im Übergang von der Durchlassöffnung in die Öffnung in der Stützscheibe durch die Flanken stärker begrenzt wird. Die Änderung des frei durchströmbaren Querschnittes des Voröffnungskanals kann folglich allein durch die Position der Steueröffnung in der Deckscheibe variiert werden, ohne die Größe der Steueröffnung zu verändern. Gleichwohl kann der frei durchströmbare Querschnitt des Voröffnungskanals durch die Dicke der zwischen dem Kolben und der Stützscheibe angeordneten Deckscheibe variabel bestimmt werden.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Mittel können diese als ein in der Funktionsfläche eingebrachter Kanal ausgebildet sein, der mit der Öffnung in der Stützscheibe zur Bestimmung des freien Durchströmquerschnittes des Voröffnungskanals zusammenwirkt. Der Kanal kann in Gestalt einer Kerbe in den Bereich der Funktionsfläche eingebracht sein, der sich mit der Öffnung in der Stützscheibe in Überdeckung befindet. Der Kanal in der Funktionsfläche verläuft im Wesentlichen radial zur Hubachse und kann beispielsweise in die Funktionsfläche eingeprägt werden. Ist ein Kanal in der Funktionsfläche des Kolbens eingebracht, so ist eine Deckscheibe mit einer Steueröffnung nicht erforderlich, und die Anzahl an notwendigen Einzelteilen kann bei zugleich sehr klein ausgeführtem freien Durchströmungsquerschnitt des Voröffnungskanals weiter reduziert werden. Der Kanal gibt dem Konstrukteur somit einen freien Gestaltungsparameter an die Hand, durch den der Dämpfungskraftverlauf an die gestellten Anforderungen im Bereich kleiner und mittlerer Kolbengeschwindigkeiten angepasst werden kann.
Die Stützscheibe kann als flache Scheibe oder als Konturscheibe mit einer in Axialrichtung verlaufenden Randkontur ausgebildet sein, wodurch die Konturscheibe einen Bewegungsraum definiert, in dem die Rückschlagscheibe beweglich aufgenommen ist. Ist die Stützscheibe als Konturscheibe ausgebildet, so ist diese durch eine Randkontur berandet, die sich in Axialrichtung erstreckt, so dass die Konturscheibe eine topfähnliche Form erhält. Durch die in Axialrichtung verlaufende Randkontur definiert die Konturscheibe einen Bewegungsraum, und in dem Bewegungsraum kann die Rückschlagscheibe beweglich aufgenommen werden. Die Rückschlagscheibe kann dabei im Bewegungsraum der Konturscheibe eine Hubbewegung ausführen, und gelangt die Rückschlagscheibe gegen die Innenseite der Konturscheibe zur Anlage, so wird die Öffnung des Voröffnungskanals in der Konturscheibe verschlossen, und hebt die Rückschlagscheibe von der Innenseite der Konturscheibe ab, so wird die Öffnung freigegeben. Folglich kann mit der Anordnung der Rückschlagscheibe angrenzend an die Stützscheibe eine Ventilfunktion erfüllt werden und es ist keine Haltescheibe mehr erforderlich, wie diese im Stand der Technik gezeigt ist.
Die Ventilbaugruppen können durch zumindest je ein Vorspannelement axial vorgespannt werden. Die Vorspannung kann mittels einer Kolbenmutter, die auf einem Aufnahmeabschnitt der Kolbenstange aufschraubbar ist, aufgebracht werden, indem die Ventilbaugruppen und der Kolben durch die Kolbenmutter axial miteinander verspannt werden.
Für den Fall, dass die Stützscheibe als Konturscheibe mit einer in Axialrichtung verlaufenden Randkontur ausgebildet ist, kann das Vorspannelement wenigstens eine Federscheibe und insbesondere mehrere Federscheiben in einer Paketanordnung aufweisen, die gegen die Randkontur der Konturscheibe vorgespannt ist bzw. sind und den Bewegungsraum begrenzt bzw. begrenzen.
Für den Fall, dass die Stützscheibe als flache Scheibe ausgebildet ist, kann das Vorspannelement wenigstens eine Tellerfeder aufweisen, die angrenzend an die Stützscheibe angeordnet ist, wobei insbesondere zwischen der Tellerfeder und der Stützscheibe ein Bewegungsraum für die Rückschlagscheibe gebildet ist.
Die Tellerfeder kann nach einer noch weiteren Ausführungsform auch mit der als Konturscheibe ausgebildeten Stützscheibe kombiniert angeordnet werden, jedoch weist eine Tellerfeder bauartbedingt bereits einen kegelförmigen Innenraum auf, der ebenfalls als Bewegungsraum zur Aufnahme der Rückschlagscheibe hinreichend sein kann. Das Vorspannelement in Gestalt der vorzugsweise plan ausgebildeten Federscheibe oder in Gestalt der Tellerfeder dient zum elastischen Vorspannen der Stützscheibe und ggf. der Deckscheibe gegen den Kolben.
Wird aufgrund einer größeren Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens im Zylinder die Druckdifferenz zwischen den Fluidkammern im Kolben stark erhöht, so kann unter elastischer Verformung des Vorspannelementes die Stützscheibe bzw. gegebenenfalls zusätzlich die Deckscheibe vom Kolben abheben und damit einen Zusatzströmungsquerschnitt freigeben. Ein Abheben der Stützscheibe bzw. der Deckscheibe vom Kolben erfolgt dann, wenn durch den hohen Fluiddruck in der Durchlassöffnung aufgrund einer Kolbengeschwindigkeit, die größer ist als die Grenzgeschwindigkeit, die Stützscheibe bzw. die Deckscheibe stark druckbeaufschlagt wird. Über den Zusatzströmungsquerschnitt kann im Ergebnis eine größere Menge an Dämpfungsfluid abströmen als durch den Voröffnungskanal, wodurch sich ein degressiver Verlauf der Dämpfungskraft über der erhöhten Kolbengeschwindigkeit ergibt, welcher sich an den progressiven Verlauf der Dämpfungskraft bei Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit des Kolbens anschließt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Rückschlagscheibe als eine aus einem Blechelement ausgebildete Flachformfeder gebildet sein und einen Grundkörper aufweisen, an dem elastisch verformbare Federzungen angeordnet und derart gegen das Vorspannelement vorgespannt sind, dass der Grundkörper im Ruhezustand des Kolbens wenigstens im Bereich der in der Stützscheibe eingebrachten Öffnung gegen die Innenseite der Stützscheibe anliegt und die Öffnung verschließt. Dabei spannen die Federzungen den Grundkörper der Rückschlagscheibe gegen die Stützscheibe zum Verschließen der Öffnung in der Stützscheibe vor, und der Grundkörper der Rückschlagscheibe kann dann von der Öffnung in der Stützscheibe abheben, wenn der Fluiddruck im Voröffnungskanal einen Mindestdruck erreicht, um die Federzungen der Rückschlagscheibe elastisch zu verformen.
Insbesondere kann zwischen dem Kolben und dem Vorspannelement eine Vorspannscheibe angeordnet sein, durch welche die Vorspannung des Vorspannelementes gegen die Stützscheibe einstellbar ist und die eine Hubbegrenzung für die Flachformfeder bildet. Der Kolben und die Ventilbaugruppen sind in einer Paketanordnung auf einem zylindrischen Aufnahmeteil der Kolbenstange aufgenommen und durch eine Kolbenmutter axial gegenüberliegend vorgespannt. Durch die Dicke der Vorspannscheibe kann somit die Vorspannung des Vorspannelementes gegen die Stützscheibe eingestellt werden, und je größer die Dicke der Vorspannscheibe gewählt wird, desto geringer wird die Vorspannung des Vorspannelementes.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Kolben eine Dichtkante aufweisen, gegen die die Stützscheibe oder die Deckscheibe dichtend anliegt, wobei sich bei Überschreiten einer Grenzdruckdifferenz zwischen den durch den Kolben voneinander getrennten Fluidkammern im Zylinder das wenigstens eine Vorspannelement elastisch verformt, sodass sich die Stützscheibe bzw. die Deckscheibe von der Dichtkante abhebt und den Zusatzströmungsquerschnitt freigibt. Je stärker das Vorspannelement durch die Vorspannscheibe vorgespannt ist, desto größer muss die Grenzdruckdifferenz sein, um die Stützscheibe bzw. die Deckscheibe von der Dichtkante des Kolbens abzuheben. Durch das Öffnen des Zusatzströmungsquerschnittes ergibt sich ein Übergang von einem progressiven Kraftverlauf in einen degressiven Kraftverlauf über der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens im Zylinder.
Mit weiterem Vorteil kann der Kolben einen umlaufenden Zusatzkanal aufweisen, durch den eine Fluidbeaufschlagung der Stützscheibe oder der Deckscheibe über eine um die Hubachse umlaufende Beaufschlagungsfläche erfolgen kann. Der Kolben kann beispielhaft vier Durchlassöffnungen aufweisen, die in Bezug auf die Hubachse 90° zueinander versetzt den Kolben axial durchsetzen. Jeweils zwei Durchlassöffnungen können sich diametral gegenüberliegen, und in einer ersten Strömungsrichtung mit dem Dämpfungsfluid durchströmbar sein, während ein weiteres Durchlassöffnungspaar in diametral gegenüberliegender Anordnung zum ersten Durchlassöffnungspaar in einem 90° Versatz in entgegengesetzter Richtung mit dem Dämpfungsfluid durchströmbar sind. Folglich ergeben sich auf der Stützscheibe oder auf der Deckscheibe Beaufschlagungsflächen zur Druckbeaufschlagung mit dem Dämpfungsfluid, die sich diametral gegenüberliegen. Wird ein Zusatzkanal vorgesehen, so verbindet der Zusatzkanal die sich diametral gegenüberliegenden Druckbeaufschlagungsflächen, und die Stützscheibe bzw. die Deckscheibe wird auch in den Segmenten mit dem Dämpfungsfluid beaufschlagt, die lateral neben den Durchlassöffnungen gelegen sind. Im Ergebnis ergibt sich eine vollumfängliche Druckbeaufschlagung der Stützscheibe bzw. der Deckscheibe, wodurch das Hubverhalten der Stützscheibe über dem Kolben zur Öffnung des Zusatzströmungsquerschnittes verbessert wird.
Weiterhin kann der Kolben sich gegenüberliegende abgesenkte Einströmöffnungen aufweisen, die fluidisch mit den Durchlassöffnungen verbunden sind. Die Einströmöffnungen können als abgesenkte Öffnungsfenster ausgeführt sein, und eine Einströmöffnung auf der Seite einer ersten Ventilbaugruppe ermöglicht das Einströmen des Dämpfungsfluids in eine Durchlassöffnung, die mit der zweiten Ventilbaugruppe auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens fluidisch zusammenwirkt. Der Kolben kann vorzugsweise mit vier Durchlassöffnungen durchsetzt sein, so dass sich zwei Einströmöffnungen auf der ersten Seite des Kolbens und zwei weitere Einströmöffnungen auf der zweiten Seite des Kolbens befinden, die 90° zueinander versetzt sind. Eine höhere oder niedrigere Anzahl von Durchlassöffnungen und eine entsprechend höhere oder niedrigere Anzahl von Einströmöffnungen können ebenfalls vorgesehen sein.
Weiterführend kann der Kolben eine Anformung zur Verdrehsicherung aufweisen, um wenigstens die Stützscheibe und/oder die Rückschlagscheibe in Umfangsrichtung um die Hubachse auszurichten, insbesondere um die Öffnung in der Stützscheibe mit der Funktionsfläche am Kolben in Überdeckung zu halten. Auf gleiche Weise kann die Steueröffnung der Deckscheibe in Umfangsrichtung um die Hubachse an der Funktionsfläche ausgerichtet sein. Die Anformung kann als Nase, als Nocke oder bevorzugt als eine Abflachung in einem zylindrischen Fortsatz des Kolbens ausgeführt sein, und wenigstens die Stützscheibe, die Rückschlagscheibe und/oder die Deckscheibe besitzen zentrische Öffnungen, die in einem Bereich von einer Kreisform abweichen, sodass der abweichende Bereich der Kreisform mit der Anformung am Kolben in Überdeckung gelangt. Im Ergebnis ist eine Verdrehung der Stützscheibe, der Rückschlagscheibe und/oder der Deckscheibe um die Hubachse am Kolben verhindert.
Vorteilhafterweise ist der Kolben einteilig ausgebildet, insbesondere kann der Kolben derart ausgebildet sein, dass dieser als Sinterbauteil aus einem einteiligen und insbesondere in einem einhubigen Pressformschritt herstellbaren Grünling herstellbar ist. Damit ergeben sich fertigungstechnische Vorteile, die neben der Reduktion der Anzahl von Einzelteilen zur Bildung der Ventilbaugruppen eine vereinfachte Herstellung des Kolbens ermöglicht. Insbesondere weist der Kolben eine Form auf, die in Bezug auf die Hubachse keine Hinterschnitte besitzt, und der Grünling zur Herstellung des als Sinterbauteil ausgeführten Kolbens kann in lediglich einer Hubrichtung gepresst werden.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Weiter, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Dämpfers in einer quergeschnittenen Ansicht, in der der Kolben in einem Zylinder gezeigt ist, wobei der Kolben mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Ventilbaugruppe versehen ist,
2 eine quergeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Ventilbaugruppe in einem ersten Funktionszustand,
3 das Ausführungsbeispiel der Ventilbaugruppe gemäß 2 in einem zweiten Funktionszustand,
4 eine quergeschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Ventilbaugruppe in einem ersten Funktionszustand,
5 das Ausführungsbeispiel der Ventilbaugruppe gemäß 4 in einem zweiten Funktionszustand,
6 eine fliegende Ansicht des Kolbens mit einer Ventilbaugruppe,
7 die Darstellung eines Kolbens mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Funktionsflächen,
8 das Ausführungsbeispiel des Kolbens gemäß 7, wobei in den Funktionsflächen Kanäle eingebracht sind,
9 die Anordnung eines Kolbens und einer Stützscheibe in einer perspektivischen Ansicht,
10 die Draufsicht auf eine Stützscheibe, die zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen aufweist und als Konturscheibe ausgebildet ist,
11 eine Ansicht einer Stützscheibe, die weiterte Abströmöffnungen aufweist,
12 die Ansicht einer Flachformfeder mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung,
13 die Ansicht einer Deckscheibe mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung und
14 eine graphische Darstellung eines Dämpfungskraftverlaufes über der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Dämpfers 1 in einer quer geschnittenen Ansicht. Der hydraulische Dämpfer 1 ist Bestandteil eines Fahrzeugfahrwerkes und kann Teil eines Federbeins einer Vorderachse sein oder als hydraulischer Dämpfer 1 in der Hinterachse eines Fahrzeuges angewendet werden. Der hydraulische Dämpfer 1 weist einen Zylinder 10 auf, der mit einem Dämpfungsfluid gefüllt ist. Im Zylinder 10 ist ein an einer Kolbenstange 32 angeordneter Kolben 12 hubbeweglich aufgenommen, und die Hubbewegung des Kolbens 12 kann entlang einer Hubachse 11 erfolgen. Der Kolben 12 dichtet mit einem nicht näher gezeigten Dichtelement gegen die Innenwand des Zylinders 10 ab, sodass der Kolben 12 eine Fluidkammer 28 von einer Fluidkammer 29 im Zylinder 10 trennt. Die Fluidkammern 28 und 29 bilden ein vorzugsweise geschlossenes Gesamtvolumen des Dämpfungsfluides im Zylinder 10, und wenn der Kolben 12 entlang der Hubachse 11 im Zylinder 10 bewegt wird, ergibt sich eine Druckdifferenz im Dämpfungsfluid in der Fluidkammer 28 zum Dämpfungsfluid in der Fluidkammer 29.
Der Kolben 12 weist Durchlassöffnungen 13 und 14 auf. Angrenzend an den Kolben 12 ist eine erste Ventilbaugruppe 15 und auf einer gegenüberliegenden Seite eine zweite Ventilbaugruppe 16 gezeigt. Die Ventilbaugruppen 15 und 16 wirken mit den Durchlassöffnungen 13 und 14 fluidisch zusammen, und wenn der Kolben 12 beispielsweise in Richtung zur Fluidkammer 28 bewegt wird, so durchströmt das Dämpfungsfluid die Durchlassöffnung 14 und wirkt mit der ersten Ventilbaugruppe 15 zusammen. Wird der Kolben 12 in Richtung zur Fluidkammer 29 bewegt, so durchströmt das Dämpfungsfluid die Durchlassöffnung 13 und wirkt mit der zweiten Ventilbaugruppe 16 zusammen. Folglich werden getrennt voneinander Durchlassöffnungen 13 und 14 durchströmt, wobei die Durchströmung abhängt von der Hubrichtung des Kolbens 12. Die Hubbewegung des Kolbens 12 wird durch die Kolbenstange 32 eingeleitet, die aus dem Zylinder 10 des hydraulischen Dämpfers 1 herausgeführt und beispielsweise mit der Achse des Fahrzeuges oder dem Federdom des Fahrzeugrahmens verbunden sein kann.
Die Ventilbaugruppen 15 und 16 weisen jeweils eine Stützscheibe 17 auf, die durch eine Federscheibe 25, dargestellt als Federscheibenpaket, gegen den Kolben 12 vorgespannt ist. Die Vorspannung der Federscheibe 25 gegen den Kolben 12 kann über die Dicke einer Vorspannscheibe 26 eingestellt werden, wobei eine dünne Ausführung der Vorspannscheibe 26 eine größere Vorspannung und eine dicke Ausführung der Vorspannscheibe 26 eine geringere Vorspannung der Federscheibe 25 bewirkt.
Zwischen der Stützscheibe 17 und dem Kolben 12 ist eine Deckscheibe 21 angeordnet, die auf der Oberseite des Kolbens 12 aufliegt. Die Stützscheibe 17 ist in Form einer Konturscheibe 17 ausgestaltet, und in der Konturscheibe 17 ist eine Rückschlagscheibe 19 in Form einer Flachformfeder 19 innenliegend aufgenommen, die in Richtung zur Hubachse 11 hubbeweglich ist, um für die Ventilbaugruppen 15 und 16 eine Ventilfunktion zu erfüllen.
Die 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ventilbaugruppe 16, die in 2 in einem ersten Funktionszustand und in 3 einem zweiten Funktionszustand dargestellt ist.
Die Ventilbaugruppe 16 ist angrenzend an den Kolben 12 angeordnet, der auf der Kolbenstange 32 montiert ist. Die Kolbenstange 32 weist einen Vorsprung 38 auf, und der Kolben 12 ist mit den baugleichen Ventilbaugruppen 15 und 16 durch die Kolbenmutter 34 (siehe hierzu 1) auf der Kolbenstange 32 in einer axial vorgespannten Anordnung gegen den Vorsprung 38 montiert. Angrenzend an den Kolben 12 ist eine Vorspannscheibe 26 angeordnet, auf die in axialer Richtung eine Federscheibe 25 folgt. Angrenzend an eine Dichtkante 27 am Kolben 12 ist eine Deckscheibe 21 vorgesehen, und auf der Deckscheibe 21 ist eine Stützscheibe 17, ausgeführt als Konturscheibe 17, angeordnet.
Die Konturscheibe 17 besitzt eine Randkontur 17a, in der Abströmöffnungen 33 eingebracht sind. Die Federscheibe 25 besitzt einen geringfügig größeren Durchmesser als die Randkontur 17a der Stützscheibe 17, sodass sich zwischen der Stützscheibe 17 und der Federscheibe 25 ein Bewegungsraum 24 ergibt. Im Bewegungsraum 24 ist eine Flachformfeder 19 eingebracht, die im Bewegungsraum 24 hubbeweglich aufgenommen ist. Durch die vorgespannte Anordnung der Federscheibe 25 drückt diese auf den äußeren Rand der Randkontur 17a der Konturscheibe 17, sodass die Konturscheibe 17 und die Deckscheibe 21 gegen die Dichtkante 27 vorgespannt sind.
Der in 2 gezeigte erste Funktionszustand der Ventilbaugruppe 16 herrscht vor, wenn der Fluiddruck durch die Durchlassöffnung 13 einen Wert unterhalb eines Grenzdruckes aufweist. Der Kolben 12 besitzt eine Funktionsfläche 20, auf der die Deckscheibe 21 aufliegt. In der Deckscheibe 21 ist eine Steueröffnung 22 eingebracht, die mit einer Öffnung 18 in der Konturscheibe 17 in Überdeckung angeordnet ist. Das Dämpfungsfluid strömt durch die Durchlassöffnung 13 in Richtung eines Voröffnungskanals, der durch die Steueröffnung 22 in der Deckscheibe 21 und durch die Öffnung 18 in der Konturscheibe 17 gebildet ist. Durch den Fluiddruck, der die Unterseite der Flachformfeder 19 beaufschlagt, hebt diese leicht von der Innenseite 17b der Konturscheibe 17 ab, und das Dämpfungsfluid gelangt in den Bewegungsraum 24 und kann über die Abströmöffnung 33 in die Fluidkammer 28 abströmen. Dabei verbleibt die Deckscheibe 21 in aufliegender Anordnung auf der Dichtkante 27 des Kolbens 12, und der Strömungsquerschnitt zwischen der Durchlassöffnung 13 und der Fluidkammer 28 oberseitig der Ventilbaugruppe 16 ist auf den Voröffnungskanal zwischen der Funktionsfläche 20, der Öffnung 18 und der Steueröffnung 22 begrenzt. Die Steueröffnung 22 ist in einem radialen Abstand von der Kolbenstange 32 gezeigt, in dem diese die Funktionsfläche 20 in Richtung zur radialen Außenseite leicht überragt. Durch das radiale Maß der Überdeckung der Steueröffnung 22 mit der Funktionsfläche 20 ergibt sich eine einstellbare Strömungsverengung im Übergang von der Berandung der Funktionsfläche 20 und der Steueröffnung 22, die für kleine und mittlere Durchströmraten des Dämpfungsfluids durch den Voröffnungskanal ausreichend ist. Erst wenn der Grenzdruck des Dämpfungsfluides einen Wert übersteigt, der so groß ist, dass der Voröffnungskanal für eine größere Durchströmrate des Dämpfungsfluides nicht mehr hinreichend ist, geht die Ventilbaugruppe 16 in den zweiten Funktionszustand über, der in 3 gezeigt ist.
3 zeigt die Ventilbaugruppe 16 im zweiten Funktionszustand, in dem unter elastischer Verformung der Federscheibe 25 die Konturscheibe 17 und die Deckscheibe 21 von der Dichtkante 27 des Kolbens 12 abgehoben sind. Die Flachformfeder 19 grenzt dabei an die Vorspannscheibe 26 an und ist somit gegen die Innenseite 17b der Konturscheibe 17 gehalten. Dadurch sind die Öffnung 18 und die Steueröffnung 22 von der Funktionsfläche 20 des Kolbens 12 abgehoben. Durch den abgehobenen Zustand der Konturscheibe 17 und der Deckscheibe 21 von der Dichtkante 27 des Kolbens 12 ergibt sich ein Zusatzströmungsquerschnitt 30, durch den das Dämpfungsfluid aus der Durchlassöffnung 13 in die Fluidkammer 28 abströmen kann. Der Zusatzströmungsquerschnitt 30 ist dabei deutlich größer als der Voröffnungskanal, der durch die Öffnung 18 und die Steueröffnung 22 in Wirkverbindung mit der Funktionsfläche 20 am Kolben 12 gebildet ist. Sinkt der Druck des Dämpfungsfluides in der Durchlassöffnung 13 wieder unter einen Grenzwert, so werden unter elastischer Rückfederung der Federscheibe 25 die Konturscheibe 17 und die Deckscheibe 21 wieder gegen die Dichtkante 27 bewegt, und der Zusatzströmungsquerschnitt 30 ist wieder verschlossen.
Die 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ventilbaugruppen 16 in einem ersten (4) und in einem zweiten Funktionszustand (5). Die Ventilbaugruppe 16 ist angrenzend an den Kolben 12 angeordnet ist, der an der Kolbenstange 32 aufgenommen ist. Die Ventilbaugruppe 16 weist eine Stützscheibe 17 auf, die als flache Scheibe ausgeführt ist und in die eine Öffnung 18 eingebracht ist. Zwischen der Stützscheibe 17 und dem Kolben 12 ist eine Deckscheibe 21 angeordnet, in der eine Steueröffnung 22 eingebracht ist. Damit ergibt sich für das Dämpfungsfluid aus der Durchlassöffnung 13 ein Strömungspfand durch die Steueröffnung 22 und die Öffnung 18 in den Bewegungsraum 24', um einen Voröffnungskanal der Ventilbaugruppe 16 zu bilden. Angrenzend an die Stützscheibe 17 ist ein Vorspannelement angeordnet, das als Tellerfeder 37 ausgeführt ist. Zwischen der Stützscheibe 17 und der Tellerfeder 37 ergibt sich der Bewegungsraum 24', in dem eine Rückschlagscheibe 19 aufgenommen ist.
Die Kolbenstange 32 besitzt einen Vorsprung 38', gegen die eine Vorspannscheibe 26' abgestützt ist, und gegen die die Tellerfeder 37 angrenzt. Über die Dicke der Vorspannscheibe 26' kann wiederum die Vorspannung in der Tellerfeder 37 eingestellt werden, mit der die Stützscheibe 17 und die Deckscheibe 21 gegen die Dichtkante 27 des Kolbens 12 angedrückt sind.
Im ersten Funktionszustand der Ventilbaugruppe 16 liegt der Druckwert des Dämpfungsfluides unterhalb eines Grenzdruckwertes. Das Dämpfungsfluid durchströmt die Durchlassöffnung 13 in Richtung zur Steueröffnung 22 in der Deckscheibe und der Öffnung 18 in der Stützscheibe 17 und gelangt in den Bewegungsraum 24'. Aus dem Bewegungsraum 24' kann das Dämpfungsfluid durch nicht näher gezeigte Abströmöffnungen in die Fluidkammer 28 gelangen. Die Tellerfeder 27 besitzt im ersten Funktionszustand eine Vorspannung, die durch die Vorspannscheibe 26' bestimmt ist. Wird der Druckwert des Dämpfungsfluides erhöht und übersteigt dieser einen Grenzdruckwert, so stellt sich der zweite Funktionszustand der Ventilbaugruppe 16 ein, der in 5 gezeigt ist.
5 zeigt die Ventilbaugruppe 16 in einem zweiten Funktionszustand, in dem unter elastischer Verformung der Tellerfeder 37 die Stützscheibe 17 und die Deckscheibe 21 von der Dichtkante 27 des Kolbens 12 abgehoben sind. Dabei ergibt sich ein Zusatzströmungsquerschnitt 30, durch den das Dämpfungsfluid in die Fluidkammer 28 abströmen kann. Durch die kegelförmige Gestalt der Tellerfeder 37 ergibt sich zwischen der Tellerfeder 37 und der Stützscheibe 17 bereits der Bewegungsraum 24', der hinreichend groß ist, um die Rückschlagscheibe 19 aufzunehmen. Durch die Verwendung der Tellerfeder 37 kann die Stützscheibe 17 als einfach herzustellende flache Scheibe ausgeführt werden, und der Bewegungsraum 24' wird durch den Innenraum der kegelförmigen Gestalt der Tellerfeder 37 gebildet, die vorteilhaft als Standard-Normbauteil ausgeführt ist.
6 zeigt in einer perspektivischen, fliegenden Ansicht den Aufbau des Kolbens 12 und beispielhaft die Anordnung der ersten Ventilbaugruppe 15, die baugleich mit einer zweiten nicht näher gezeigten zweiten Ventilbaugruppe 16 ausgeführt ist. Die Ventilbaugruppe 15 weist eine Deckscheibe 21, eine Stützscheibe 17, eine Rückschlagscheibe 19 und eine Vorspannscheibe 26 auf. Der Kolben 12 besitzt eine Dichtkante 27, gegen die die Deckscheibe 21 plan anliegt. In der Deckscheibe 21 ist eine dreieckförmige Steueröffnung 22 eingebracht, die mit einer Funktionsfläche 20 am Kolben 12 in Überdeckung gebracht ist. Ferner ist die Öffnung 18 in der Konturscheibe 17 gezeigt, die mit der Steueröffnung 22 in der Deckscheibe 21 in Überdeckung gebracht ist. Die Rückschlagscheibe 19 ist als Flachformfeder 19 ausgeführt und besitzt einen ringförmigen Grundkörper 19a, an dem vier Federzungen 19b angeformt sind, die elastisch verformbar sind. Die Vorspannscheibe 26 ist als rotationssymmetrische Ringscheibe ausgestaltet und weist einen Durchmesser auf, der derart bestimmt ist, dass die Vorspannscheibe 26 den Grundkörper 19a der Flachformfeder 19 überdeckt, und die Federzungen 19b können die Vorspannscheibe 26 radial außenseitig überragen. Im montierten Zustand können damit die Federzungen 19 gegen das Vorspannelement abgestützt sein, das beispielsweise als Federscheibe 25 oder als Tellerfeder 37 ausgeführt sein kann.
Die Deckscheibe 21 dient mit ihrer geometrischen Ausbildung der Steueröffnung 22 als Mittel zur Bestimmung des frei durchströmbaren Querschnittes durch den Voröffnungskanal. Die Steueröffnung 22 besitzt eine Dreiecksform mit zwei Flanken 22a und 22b und kann an einer Position mit einem bestimmten radialen Abstand zur Hubachse 11 in der Deckscheibe 21 eingebracht sein. Eine Ecke des Dreiecks ist zwischen den Flanken 22a, 22b gebildet, die einen Winkel zueinander einschließen. Der freie Durchströmquerschnitt durch die Steueröffnung 22 kann verändert werden, indem die seitliche Begrenzung der Berandung der Funktionsfläche 20 durch die Flanken 22a, 22b der Steueröffnung 22 mittels der Änderung des radialen Abstandes der Steueröffnung 22 zur Hubachse 11 geändert wird. Da die Flanken 22a, 22b zur Ecke der dreieckigen Grundform der Steueröffnung 22 hin zusammenlaufen, und die Ecke in Richtung zur Hubachse 11 weist, nimmt auch der Abstand der Flanken 22a, 22b zueinander in Richtung zur Ecke der Dreiecksform hin ab. Wird also der Abstand zwischen der Steueröffnung 22 und der Hubachse 11 verkleinert, so vergrößert sich der frei durchströmbare Querschnitt durch den Voröffnungskanal, wird der Abstand zwischen der Steueröffnung 22 und der Hubachse 11 hingegen vergrößert, so verkleinert sich der frei durchströmbare Querschnitt durch den Voröffnungskanal.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kolbens 12 mit einer Zentralbohrung 39, durch die sich die Kolbenstange 32 hindurch erstreckt, wenn der Kolben 12 auf dieser montiert wird. Der Kolben 12 weist vier Durchlassöffnungen 13 und 14 auf, die den Kolben 12 in Axialrichtung durchsetzen. Zwei Durchlassöffnungen 13 dienen zur fluidischen Wirkverbindung mit einer Ventilbaugruppe, die zur dichtenden Anlage gegen die oberseitig dargestellte Dichtkante 27 am Kolben 12 angeordnet wird. Auf der Unterseite des perspektivisch dargestellten Kolbens 12 wiederholt sich die Geometrie der Dichtkante 27, die jedoch um 90° versetzt um die Hubachse 11 des Kolbens angeordnet ist. Folglich können die ebenfalls 90° zueinander versetzt angeordneten sich diametral gegenüberliegenden Durchlassöffnungen 14 mit einer Ventilbaugruppe zusammenwirken, die auf der Unterseite des Kolbens 12 angeordnet wird.
Die Durchlassöffnungen 14 münden in Einströmöffnungen 35, die durch eine abgesenkte Kante und durch eine radial nach innen geführte Kontur der Dichtkante 27 gebildet sind. Ist eine Ventilbaugruppe angrenzend an die Dichtkante 27 angeordnet, so verbleibt ein Strömungsfenster durch die Einströmöffnung 35, damit das Dämpfungsfluid durch die Durchlassöffnungen 14 hindurchströmen kann. Auf der unteren Seite des Kolbens 12 sind die Einströmöffnungen 35' ebenfalls 90° versetzt zu den oberseitig dargestellten Einströmöffnungen 35 am Kolben 12 angeordnet. Im Ergebnis kann eine erste Ventilbaugruppe, die auf der Oberseite des Kolbens 12 angeordnet wird, mit den Durchlassöffnungen 13 fluidisch zusammenwirken und gegen die gezeigte Dichtkante 27 abdichten, wobei eine zweite Ventilbaugruppe auf der Unterseite des Kolbens 12 angeordnet wird und mit den Durchlassöffnungen 14 fluidisch zusammenwirken kann. Der Kolben 12 ist dabei einteilig ausgeführt und zur dichtenden Anordnung im Zylinder 10 des hydraulischen Dämpfers wird auf nicht näher gezeigte Weise ein Dichtelement umfangsseitig am Kolben 12 angeordnet.
Der Kolben 12 weist zwei diametral gegenüberliegende Funktionsflächen 20 auf, die in der Struktur des Kolbens 12 eingebracht sind. Die Funktionsflächen 20 erstrecken sich in einer Ebene, zu der die Hubachse 11 eine Flächennormale bildet. Wird eine Ventilbaugruppe auf der durch die umlaufende Dichtkante 27 gebildete Planseite des Kolbens 12 angeordnet, können zwei sich gegenüberliegende Voröffnungskanäle gebildet werden, und die Funktionsflächen 20 sind dabei an der Bildung der Voröffnungskanäle beteiligt. Innenseitig der Dichtkante 27 ist ein abschnittsweise umlaufender Zusatzkanal 31 eingebracht, durch den eine Fluidbeaufschlagung der Stützscheibe 17 oder der Deckscheibe 21 mit dem durch die Durchlassöffnungen 13, 14 gelangenden Dämpfungsfluid über eine um die Hubachse 11 umlaufende Beaufschlagungsfläche erfolgt.
8 zeigt einen Kolben 12 in einer perspektivischen Ansicht, der zwei Funktionsflächen 20 in einer diametral gegenüberliegenden Anordnung aufweist. In den Funktionsflächen 20 sind Kanäle 23 als erfindungsgemäßes Mittel zur Bestimmung des frei durchströmbaren Querschnittes durch den Voröffnungskanal eingebracht. Die Kanäle 23 erstrecken sich etwa radial von der Hubachse 11 des Kolbens 12 weg bis hin zur Berandung der Funktionsflächen 20. Je größer die Kanäle 23 ausgebildet sind, desto größer wird der Strömungsquerschnitt der Öffnungskanäle, und desto geringer wird folglich der Strömungswiderstand. Damit ist eine direkte Beeinflussung der Dämpfungsrate des hydraulischen Dämpfers 1 möglich.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnung aus dem Kolben 12 und der Stützscheibe 17, die als Konturscheibe 17 ausgebildet ist und auf der Dichtkante 27 des Kolbens 12 aufliegt. Die Öffnung 18 in der Konturscheibe 17 ist mit einem Kanal 23 in der Funktionsfläche am Kolben 12 in Überdeckung gebracht, wobei der Kanal 23 ein alternatives Mittel zur Bestimmung des frei durchströmbaren Querschnittes durch den Voröffnungskanal bildet.
Um die Position der Konturscheibe 17 um die Hubachse 11 auszurichten, ist am Kolben 12 eine Anformung 36 angebracht, die in Gestalt einer Abflachung ausgebildet ist. In der Konturscheibe 17 ist in der Mittelbohrung ein gerades Segment eingebracht, das mit der Anformung 36 am Kolben 12 in Überdeckung gebracht ist. Folglich wird eine Verdrehung der Konturscheibe 17 um die Hubachse 11 verhindert, und die Überdeckung der Funktionsfläche 20 mit der Konturscheibe 17 ist sichergestellt. Auf gleiche Weise können auch die Deckscheibe 21 und die Rückschlagsscheibe 19 auf dem Kolben 12 verdrehsicher angeordnet werden.
10 zeigt eine Stützscheibe 17, die als Konturscheibe 17 ausgebildet ist und in die zwei Öffnungen 18 eingebracht sind. Die Konturscheibe 17 weist eine Randkontur 17a auf, die an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Abströmöffnungen 33 besitzt, die als Durchbrüche durch die Randkontur 17a ausgebildet sind. Ist eine Federscheibe 25 in angrenzender Anordnung an die Oberseite der Randkontur 17a gegen diese vorgespannt (siehe hierzu 2), so bilden die Abströmöffnungen 33 die Fluidverbindung zwischen dem Bewegungsraum 24 innerhalb der Konturscheibe 17 und der Fluidkammer im Zylinder.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Konturscheibe 17, in der zusätzlich zu den sich gegenüberliegenden Abströmöffnungen 33 weitere Abströmöffnungen 33' vorgesehen sind. Durch die weiteren Abströmöffnungen 33' wird der resultierende Abströmquerschnitt aus dem Bewegungsraum der Konturscheibe 17 in die Fluidkammer weiter vergrößert.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer als Flachformfeder 19 ausgebildeten Rückschlagscheibe 19, die einen Grundkörper 19a aufweist, an dem vier Federzungen 19b angeordnet sind. Die Federzungen 19b erstrecken sich aus der Ebene des Grundkörpers 19a heraus, wenn sich die Flachformfeder 19 im nicht vorgespannten Zustand befindet. Wird die Flachformfeder 19 in Überdeckung mit der Konturscheibe 17 gebracht, so werden die Öffnungen 18 in der Stützscheibe 17 durch den Grundkörper 19a der Flachformfeder 19 verdeckt.
13 zeigt schließlich eine Deckscheibe 21 mit beispielhaft nur einer Steueröffnung 22, die eine Dreiecksform aufweist und zwei Flanken 22a und 22b besitzt. Die Flanken 22a und 22b laufen in einer Ecke des Dreiecks zusammen und dienen als Steuergeometrien, indem der Abstand A der Steueröffnung 22 zur die Mittelachse der Deckscheibe 21 verändert wird. Die Funktionsfläche 20 des Kolbens ist schematisch angedeutet, und es ist gezeigt, dass die Berandung der Funktionsfläche 20 seitlich durch die Flanken 22a und 22b begrenzt wird. Wird der Abstand A zwischen der Steueröffnung 22 und der Mittelachse der Deckscheibe 21 verkleinert, so vergrößert sich folglich der frei durchströmbare Querschnitt durch den Voröffnungskanal, wird der Abstand zwischen der Steueröffnung 22 und der Mittelachse vergrößert, so verkleinert sich der frei durchströmbare Querschnitt durch den Voröffnungskanal.
14 zeigt einen qualitativen Lauf einer Dämpfungskraft F über einer Kolbengeschwindigkeit v. Weist die Kolbengeschwindigkeit v den Wert Null auf, d. h., dass sich der Kolben 12 im Zylinder 10 nicht bewegt, so ist die Dämpfungskraft F ebenfalls mit Null angegeben. Diese Situation liegt vor, wenn gemäß der Darstellung in 1 die Rückschlagscheibe 19 an der Stützscheibe 17 anliegt, und sowohl der Voröffnungskanal als auch der Zusatzströmungsquerschnitt geschlossen sind. Nimmt der Kolben 12 im Zylinder 10 eine Geschwindigkeit in Richtung zur Hubachse 11 auf (siehe hierzu 1), so hebt die Flachformfeder 19 von der Innenseite 17b der Stützscheibe 17 ab, wie dies in 2 dargestellt ist. Das Dämpfungsfluid durchströmt dabei die Ventilbaugruppe durch den Voröffnungskanal. Der S-förmige Verlauf der Dämpfungskraft F ist im Diagramm in einem Bereich I gezeigt, der einen ersten Funktionszustand der Ventilbaugruppe für kleine und mittlere Kolbengeschwindigkeiten darstellt.
Wird die Kolbengeschwindigkeit weiter erhöht und übersteigt die Kolbengeschwindigkeit eine Grenzgeschwindigkeit v_G, so öffnet sich der Zusatzströmungsquerschnitt 30 gemäß der Darstellung in 3, indem die Stützscheibe 17 ggf. mit der Deckscheibe 21 von der Dichtkante 27 des Kolbens 12 abhebt.
Der Verlauf der Dämpfungskraft F über der Kolbengeschwindigkeit v zeigt, dass im Bereich des ersten Funktionszustandes I der Verlauf eine progressive Form einnimmt, und nach Erreichen der Grenzgeschwindigkeit v_G und einer weiteren Vergrößerung der Kolbengeschwindigkeit v geht der progressive Verlauf der Dämpfungskraft F in einen degressiven Verlauf der Dämpfungskraft F über, der als Bereich II dargestellt ist.
Wird der Kolben in entgegensetzter Richtung bewegt, so erfolgt eine Umkehr der Dämpfungskraft in eine entgegensetzte Richtung, und der Dämpfungskraftverlauf kann dem umgekehrten, mit einem gestrichelten Graphen dargestellten Verlauf entsprechen. Dieser kann gleich zum Kraftverlauf in der ersten Bewegungsrichtung des Kolbens ausgebildet sein, wobei das Einfedern und das Ausfedern des hydraulischen Dämpfers 1 bevorzugt mit unterschiedlichen Kraftverläufen erfolgen kann und beispielsweise kann das Einfedern eine geringere Kraft erfordern als das Ausfedern des hydraulischen Dämpfers.
Die unterschiedlichen Kraftverläufe zwischen der Einfederbewegung und der Ausfederbewegung können für den Bereich I beispielsweise eingestellt werden, indem die Funktionsfläche 20 in Wirkverbindung mit einer Deckscheibe 21 mit einer bestimmten radialen Position der Steueröffnung 22 oder mit Verwendung eines Kanals 23 für die erste Ventilbaugruppe 15 anders ausgestaltet wird als für die zweite Ventilbaugruppe 16.
Die unterschiedlichen Kraftverläufe zwischen der Einfederbewegung und der Ausfederbewegung können für den Bereich II eingestellt werden, indem das Vorspannelement für die Ventilbaugruppen 15, 16 beispielsweise verschiedene Steifigkeiten aufweisen, indem die Pakete aus den Federscheiben 25 beispielsweise eine unterschiedliche Anzahl von Federscheiben 25 besitzen oder die Federscheiben 25 sind für die Ventilbaugruppen 15, 16 unterschiedlich stark vorgespannt, indem verschieden dicke Vorspannscheiben 26 gewählt werden. Beispielsweise kann für eine erste Ventilbaugruppe 15 das Vorspannelement aus einer oder mehreren Federscheiben 25 bestehen, und für eine zweite Ventilbaugruppe 16 kann das Vorspannelement beispielsweise aus einer Tellerfeder 37 gebildet sein.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten oder räumlichen Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulischer Dämpfer
10: Zylinder
11: Hubachse
12: Kolben
13: Durchlassöffnung
14: Durchlassöffnung
15: erste Ventilbaugruppe
16: zweite Ventilbaugruppe
17: Stützscheibe, Konturscheibe
17a: Randkontur
17b: Innenseite
18: Öffnung
19: Rückschlagscheibe, Flachformfeder
19a: Grundkörper
19b: Federzunge
20: Funktionsfläche
21: Deckscheibe
22: Steueröffnung
22a: erste Flanke der Steueröffnung
22b: erste Flanke der Steueröffnung
23: Kanal
24: Bewegungsraum
24': Bewegungsraum
25: Federscheibe
26: Vorspannscheibe
26': Vorspannscheibe
27: Dichtkante
28: Fluidkammer
29: Fluidkammer
30: Zusatzströmungsquerschnitt
31: Zusatzkanal
32: Kolbenstange
33: Abströmöffnung
33': Abströmöffnung
34: Kolbenmutter
35: Einströmöffnung
35': Einströmöffnung
36: Anformung
37: Tellerfeder
38: Vorsprung
39: Zentralbohrung
v: Kolbengeschwindigkeit
V_G: Grenzgeschwindigkeit des Kolbens
F: Dämpfungskraft
I: Bereich des ersten Funktionszustandes
II: Bereich des zweiten Funktionszustandes
A: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19923927 C1 [0002]

Claims

Hydraulischer Dämpfer (1), insbesondere für ein Fahrzeugfahrwerk, mit einem Zylinder (10) und einem innerhalb des Zylinders (10) entlang einer Hubachse (11) axial bewegbaren, mit einer Kolbenstange (32) verbundenen Kolben (12), der Kolben (12) axiale Durchlassöffnungen (13, 14) aufweist, die mit einer ersten Ventilbaugruppe (15) zur Erzeugung einer Dämpfkraft bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange (32) aus dem Zylinder (10) und mit einer zweiten Ventilbaugruppe (16) zur Erzeugung einer Dämpfkraft bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange (32) in den Zylinder (10) fluidisch zusammenwirken, wobei die Ventilbaugruppen (15, 16) zumindest eine Stützscheibe (17) mit wenigstens einer Öffnung (18) zur Bildung eines Voröffnungskanals aufweisen, und wobei eine Rückschlagscheibe (19) zur federbelasteten Anlage gegen die Stützscheibe (17) vorgesehen ist, durch die die Öffnung (18) für das hydraulische Dämpfungsfluid in einer Durchlassrichtung öffenbar und in einer Sperrrichtung verschließbar ist, wobei zur Bildung des Voröffnungskanals zumindest eine die Öffnung (18) überdeckende Funktionsfläche (20) am Kolben (12) vorgesehen ist und wobei Kanalausbildungsmittel vorgesehen sind, durch deren geometrische Ausbildung der freie Durchströmquerschnitt des Voröffnungskanals bestimmbar ist.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbildungsmittel als eine zwischen dem Kolben (12) und der Stützscheibe (17) angeordnete Deckscheibe (21) ausgebildet sind, in der zumindest eine Steueröffnung (22) eingebracht ist, die mit der Öffnung (18) korrespondierend ausgebildet ist und wobei die Steueröffnung (22) mit einer Teilüberdeckung auf der Funktionsfläche (20) aufliegt.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfläche (20) eine Berandung aufweist, mit der die Funktionsfläche (20) an die Durchlassöffnung (13, 14) angrenzt, wobei die Steueröffnung (22) eine Position in Bezug auf eine Hubachse (11) des Kolbens (12) aufweist, in der die Berandung der Funktionsfläche (20) radial innerhalb der Steueröffnung (22) liegt.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueröffnung (22) eine Dreieckform mit zwei Flanken (22a, 22b) aufweist und die einen Winkel zueinander einschließen, sodass der freie Durchströmquerschnitt des Voröffnungskanals durch den radialen Abstand der Steueröffnung (22) zur Hubachse (11) bestimmt ist.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbildungsmittel als ein in der Funktionsfläche (20) eingebrachter Kanal (23) ausgebildet sind, der mit der Öffnung (18) in der Stützscheibe (17) zur Bestimmung des freien Durchströmquerschnittes des Voröffnungskanals zusammenwirkt.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (17) als flache Scheibe oder als Konturscheibe (17) mit einer in Axialrichtung verlaufenden Randkontur (17a) ausgebildet ist, wodurch die Konturscheibe (17) einen Bewegungsraum (24) definiert, in dem die Rückschlagscheibe (19) beweglich aufgenommen ist.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbaugruppen (15, 16) durch zumindest je ein Vorspannelement axial vorgespannt sind.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Stützscheibe (17) als Konturscheibe (17) mit einer in Axialrichtung verlaufenden Randkontur (17a) ausgebildet ist, das Vorspannelement wenigstens eine Federscheibe (25) und insbesondere mehrere Federscheiben (25) in einer Paketanordnung aufweist, die gegen die Randkontur (17a) der Konturscheibe (17) vorgespannt ist bzw. sind und den Bewegungsraum (24) begrenzt bzw. begrenzen.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Stützscheibe (17) als flache Scheibe ausgebildet ist, das Vorspannelement wenigstens eine Tellerfeder (37) aufweist, die angrenzend an die Stützscheibe (17) angeordnet ist, wobei insbesondere zwischen der Tellerfeder (37) und der Stützscheibe (17) ein Bewegungsraum (24') für die Rückschlagscheibe (19) gebildet ist.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagscheibe (19) als eine aus einem Blechelement ausgebildete Flachformfeder (19) gebildet ist und einen Grundkörper (19a) aufweist, an dem elastisch verformbare Federzungen (19b) angeordnet und derart gegen das Vorspannelement vorgespannt sind, dass der Grundkörper (19a) im Ruhezustand des Kolbens (12) wenigstens im Bereich der in der Stützscheibe (17) eingebrachten Öffnung (18) gegen die Innenseite (17b) der Stützscheibe (17) anliegt und die Öffnung (18) verschließt.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (12) und dem Vorspannelement eine Vorspannscheibe (26, 26') angeordnet ist, durch welche die Vorspannung des Vorspannelementes gegen die Stützscheibe (17) einstellbar ist und die eine Hubbegrenzung für die Rückschlagscheibe (19) bildet.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) eine Dichtkante (27) aufweist, gegen die die Stützscheibe (17) oder die Deckscheibe (21) dichtend anliegt, wobei sich bei Überschreiten einer Grenzdruckdifferenz zwischen den durch den Kolben (12) voneinander getrennten Fluidkammern (28, 29) im Zylinder (10) das wenigstens eine Vorspannelement elastisch verformt, sodass sich die Stützscheibe (17) oder die Deckscheibe (21) von der Dichtkante (27) abhebt und wenigstens einen Zusatzströmungsquerschnitt (30) freigibt.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) einen umlaufenden Zusatzkanal (31) aufweist, durch den eine Fluidbeaufschlagung der Stützscheibe (17) oder der Deckscheibe (21) über eine um die Hubachse (11) umlaufende Beaufschlagungsfläche erfolgt.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) diametral gegenüberliegende abgesenkte Einströmöffnungen (35) aufweist, die fluidisch mit den Durchlassöffnungen (13, 14) verbunden sind.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) eine Anformung (36) zur Verdrehsicherung aufweist, um wenigstens die Stützscheibe (17) und/oder die Rückschlagscheibe (19) in Umfangsrichtung um die Hubachse (11) auszurichten, insbesondere um die Öffnung (18) in der Stützscheibe (17) mit der Funktionsfläche (20) am Kolben (12) in Überdeckung zu halten.
Hydraulischer Dämpfer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) einteilig ausgebildet ist, insbesondere dass der Kolben (12) derart ausgebildet ist, dass dieser als Sinterbauteil aus einem einteiligen und insbesondere in einem einhubigen Pressformschritt herstellbaren Grünling herstellbar ist.