DE112014001675T5

DE112014001675T5 - Stossdämpfer

Info

Publication number: DE112014001675T5
Application number: DE112014001675.6T
Authority: DE
Inventors: Masaru Fukushima; Toshiharu Kawabe
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-12-24
Also published as: JP2014190406A; CN105190083A; WO2014157041A1; JP5822359B2; US20160025180A1

Abstract

Ein Stoßdämpfer enthält expansionsseitige und kontraktionsseitige Kammern, die in einem Zylinder ausgebildet sind, ein Gehäuse, das eine Druckkammer bildet, einen freien Kolben, der die Druckkammer in eine Expansions-Druckkammer, die mit der expansionsseitigen Kammer verbunden ist, und in eine Kontraktions-Druckkammer, die mit der kontraktionsseitigen Kammer verbunden ist, teilt, und expansionsseitige und kontraktionsseitige Federn, die Vorspannungskräfte zum Unterdrücken einer Verschiebung des freien Kolbens aus einer neutralen Position ausüben. Die kontraktionsseitige Feder weist eine nicht-lineare Eigenschaft auf, sodass die Federkonstante bei einer Komprimierung größer wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung an einem Stoßdämpfer.
Stand der Technik
In JP 2008-215459 A wird ein Stoßdämpfer erläutert, der umfasst: einen Zylinder; einen Kolben, der gleitbar in den Zylinder eingesteckt ist, um den Zylinder in eine expansionsseitige Kammer und eine kontraktionsseitige Kammer zu teilen; einen Dämpfungsdurchgang, der in dem Kolben vorgesehen ist und die expansionsseitige Kammer und die kontraktionsseitige Kammer miteinander verbindet; ein Gehäuse, das in einem vorderen Ende einer Kolbenstange vorgesehen ist, um eine Druckkammer zu bilden; einen freien Kolben, der gleitbar in die Druckkammer eingesteckt ist, um die Druckkammer in eine Expansions-Druckkammer und in eine Kontraktions-Druckkammer zu teilen; eine Spiralfeder, die den freien Kolben vorspannt; einen expansionsseitigen Durchgang, der die expansionsseitige Kammer und die Expansions-Druckkammer miteinander verbindet; und einen kontraktionsseitigen Durchgang, der die kontraktionsseitige Kammer und die Kontraktions-Druckkammer miteinander verbindet.
In diesem Stoßdämpfer sind die expansionsseitige Kammer und die kontraktionsseitige Kammer nicht direkt miteinander verbunden. Wenn sich jedoch der freie Kolben bewegt, verändert sich das Volumenverhältnis zwischen der expansionsseitigen Kammer und der kontraktionsseitigen Kammer, sodass eine Flüssigkeit im Inneren der Druckkammer zu der expansionsseitigen Kammer oder der kontraktionsseitigen Kammer in Abhängigkeit von der Bewegungsgröße des freien Kolbens geht. Aus diesem Grund scheinen die expansionsseitige Kammer und die kontraktionsseitige Kammer miteinander zu kommunizieren.
Ein derartiger Stoßdämpfer erzeugt eine starke Dämpfungskraft für eine niederfrequente Vibrationseingabe und erzeugt eine schwache Dämpfungskraft für eine hochfrequente Vibrationseingabe. Der Stoßdämpfer erzeugt eine starke Dämpfungskraft, wenn die Eingabevibrationsfrequenz niedrig ist, zum Beispiel während ein Fahrzeug eine Kurve fährt. Der Stoßdämpfer erzeugt eine schwache Dämpfungskraft, wenn die Eingabevibrationsfrequenz hoch ist, zum Beispiel während ein Fahrzeug auf einer unebenen Straßenoberfläche fährt. Der Stoßdämpfer kann also die Fahrqualität eines Fahrzeugs verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
In dem Stoßdämpfer von JP 2008-215459 A ist ein Stufenteil an dem Innenumfang des Gehäuses vorgesehen. Wenn der freie Kolben nach unten verschoben wird, um die Kontraktions-Druckkammer zu komprimieren, und seine Bewegungsgrenze erreicht, kollidiert das untere Ende des freien Kolbens mit dem Stufenteil, sodass die Verschiebung des freien Kolbens beschränkt wird. Wenn der freie Kolben nach oben verschoben wird, um die Expansions-Druckkammer zu komprimieren, und seine Bewegungsgrenze erreicht, kollidiert das obere Ende des freien Kolbens mit dem oberen Ende des Gehäuses, sodass die Verschiebung des freien Kolbens begrenzt wird.
Wenn zum Beispiel eine Vibration mit einer großen Amplitude eingegeben wird, wird die Verschiebung des freien Kolbens beschränkt und geht keine Flüssigkeit durch die Druckkammer hindurch. Daraus resultiert, dass der Stoßdämpfer eine starke Dämpfungskraft ausüben kann, um eine volle Expansion oder eine volle Kontraktion zu unterdrücken.
Es wird ein Schlaggeräusch erzeugt, wenn der freie Kolben mit dem Stufenteil des Gehäuses kollidiert. Dieses Schlaggeräusch kann durch eine Fahrzeugkarosserie übertragen werden und in der Kabine widerhallen, was für einen Insassen unangenehm sein kann und die Fahrqualität des Fahrzeugs beeinträchtigen kann.
Angesichts der oben geschilderten Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Stoßdämpfer anzugeben, der die Erzeugung eines Schlaggeräusches unterdrücken und die Fahrqualität eines Fahrzeugs verbessern kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Stoßdämpfer: einen Zylinder; einen Kolben, der gleitbar in den Zylinder eingesteckt ist, um den Zylinder in eine expansionsseitige Kammer und eine kontraktionsseitige Kammer zu teilen; einen Dämpfungsdurchgang, der die expansionsseitige Kammer mit der kontraktionsseitigen Kammer verbindet; ein Gehäuse, das eine Druckkammer bildet; einen freien Kolben, der gleitbar in die Druckkammer eingesteckt ist, um die Druckkammer in eine Expansions-Druckkammer und eine Kontraktions-Druckkammer zu teilen; einen expansionsseitigen Durchgang, der die expansionsseitige Kammer mit der Expansions-Druckkammer verbindet; einen kontraktionsseitigen Durchgang, der die kontraktionsseitige Kammer mit der Kontraktions-Druckkammer verbindet; und ein Federelement, das konfiguriert ist, um den freien Kolben an einer neutralen Position in Bezug auf das Gehäuse zu positionieren, wobei das Federelement konfiguriert ist, um eine Vorspannungskraft für das Unterdrücken einer Verschiebung des freien Kolbens aus der neutralen Position auszuüben. Das Federelement umfasst eine expansionsseitige Feder, die in der Expansions-Druckkammer aufgenommen ist, und eine kontraktionsseitige Feder, die in der Kontraktions-Druckkammer aufgenommen ist, wobei der freie Kolben zwischen den beiden Federn angeordnet ist. Die kontraktionsseitige Feder weist eine nicht-lineare Eigenschaft auf, sodass die Federkonstante bei einer Komprimierung größer wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittansicht, die einen Stoßdämpfer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2A ist eine Querschnittansicht, die eine konische Spiralfeder zeigt, die als ein Federelement verwendet wird.
2B ist eine Querschnittansicht, die eine sich verjüngende Spiralfeder zeigt, die als ein Federelement verwendet wird.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird ein Stoßdämpfer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 1 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Stoßdämpfer D einen Zylinder 1, einen Kolben 2, der gleitbar in den Zylinder 1 eingesteckt ist, um den Zylinder 1 in eine expansionsseitige Kammer R1 und eine kontraktionsseitige Kammer R2 zu teilen, Dämpfungsdurchgänge 4 und 5, die die expansionsseitige Kammer R1 und die kontraktionsseitige Kammer R2 miteinander verbinden, ein Gehäuse 6, das eine Druckkammer C bildet, einen freien Kolben 9, der gleitbar in das Gehäuse 6 eingesteckt ist, um die Druckkammer C in eine Expansions-Druckkammer 7 und eine Kontraktions-Druckkammer 8 zu teilen, einen expansionsseitigen Durchgang 10, der die expansionsseitige Kammer R1 und die Expansions-Druckkammer 7 miteinander verbindet, einen kontraktionsseitigen Durchgang 11, der die kontraktionsseitige Kammer R2 und die Kontraktions-Druckkammer 8 miteinander verbindet, und expansionsseitige und kontraktionsseitige Federn 12 und 13 als ein Federelement zum Ausüben einer Vorspannungskraft auf den freien Kolben 9.
Der Stoßdämpfer D umfasst weiterhin eine Kolbenstange 3, die beweglich in den Zylinder 1 eingesteckt ist. Ein Ende der Kolbenstange 3 ist mit dem Kolben 2 verbunden, und das andere Ende wird als ein oberes Ende gleitbar und axial durch eine ringförmige Stangenführung (nicht gezeigt) gehalten, die das obere Ende des Zylinders 1 abdichtet. Das untere Ende des Zylinders 1 wird durch ein unteres Glied (nicht gezeigt) abgedichtet.
Eine Flüssigkeit wie etwa ein Hydrauliköl ist in die expansionsseitige Kammer R1, die kompressionsseitige Kammer R2 und die Druckkammer C gefüllt. Eine Gleittrennwand 14, die einen Gleitkontakt mit dem Innenumfang des Zylinders 1 herstellt, um den Zylinder 1 in die kontraktionsseitige Kammer R2 und die Gaskammer G zu teilen, ist unter dem Zylinder 1 von 1 vorgesehen. Die in die expansionsseitige Kammer R1, die kontraktionsseitige Kammer R2 und die Druckkammer C gefüllte Flüssigkeit kann zum Beispiel Wasser, eine wässrige Lösung usw. anstatt des Hydrauliköls sein.
Der Stoßdämpfer D ist ein Stoßdämpfer des Ein-Stangen-Typs, in dem die Kolbenstange 3 nur in die expansionsseitige Kammer R1 eingesteckt ist. Aus diesem Grund wird das Volumen der Kolbenstange 3, die in den Zylinder 1 eingeführt oder aus diesem herausgezogen wird, wenn der Stoßdämpfer D expandiert oder kontrahiert, durch die Bewegung der Gleittrennwand 14 in einer vertikalen Richtung von 1 kompensiert, die durch die Expansion oder Kontraktion des Gasvolumens in der Gaskammer G veranlasst wird. Um das durch die in den Zylinder 1 eingeführte oder aus diesem herausgezogene Kolbenstange 3 verursachte Volumen zu kompensieren, kann ein Reservoir innerhalb oder außerhalb des Zylinders zusätzlich oder anstelle der Gaskammer G in dem Zylinder 1 vorgesehen sein. Wenn das Reservoir außerhalb des Zylinders 1 vorgesehen ist, kann ein Außenrohr, das den Außenumfang des Zylinders 1 bedeckt, vorgesehen sein, um ein Reservoir zwischen dem Zylinder 1 und dem Außenrohr zu bilden und als ein Stoßdämpfer des Doppelrohrtyps zu dienen. Außerdem kann ein Tank separat zu dem Zylinder 1 vorgesehen sein, um das Reservoir zu bilden. Wenn das Reservoir vorgesehen ist, können weiterhin ein Trennglied, das das Innere in die kontraktionsseitige Kammer R2 und das Reservoir teilt, um den Druck der kontraktionsseitigen Kammer R2 während eines Kontraktionsvorgangs des Stoßdämpfers D zu erhöhen, und ein Basisventil, das in dem Trennglied angeordnet ist, um einen Widerstand auf die von der kontraktionsseitigen Kammer R2 zu dem Reservoir fließende Flüssigkeit auszuüben, vorgesehen sein. Außerdem kann der Stoßdämpfer D von einem Zwei-Stangen-Typ anstatt von einem Eine-Stange-Typ sein.
Im Folgenden werden die einzelnen Teile des Stoßdämpfers D im größeren Detail beschrieben.
Der Kolben 2 ist mit einem Ende 3a (dem unteren Ende in 1) der beweglich in den Zylinder 1 eingesteckten Kolbenstange 3 verbunden. Das andere Ende der Kolbenstange 3 steht nach außen durch den Innenumfang einer ringförmigen Stangenführung (nicht gezeigt) vor, die an dem oberen Ende des Zylinders 1 in 1 fixiert ist. Weil ein Zwischenraum zwischen der Kolbenstange 3 und der Stangenführung durch ein Dichtungsglied (nicht gezeigt) abgedichtet ist, ist der Zylinder 1 flüssigkeitsdicht eingekapselt.
Der Kolben 2 ist mit einem Paar von Dämpfungsdurchgängen 4 und 5 versehen, die die expansionsseitige Kammer R1 und die kontraktionsseitige Kammer R2 miteinander verbinden. Das untere Ende eines der Dämpfungsdurchgänge 4 in 1 wird durch ein Klappenventil V1 geöffnet oder geschlossen, das unter dem Kolben 2 in 1 liegt. Das obere Ende des anderen Dämpfungsdurchgangs 5 in 1 wird durch ein Klappenventil V2 geöffnet oder geschlossen, das über dem Kolben 2 in 1 liegt.
Das Klappenventil V1 ist ringförmig und ist an einem Ende 3a der Kolbenstange 3 zusammen mit dem Kolben 2 montiert. Das Klappenventil V1 wird gebogen, wenn die Flüssigkeit von der expansionsseitigen Kammer R1 zu der kontraktionsseitigen Kammer R2 durch den Dämpfungsdurchgang 4 fließt, wenn sich während des Expansionsvorgangs des Stoßdämpfers D der Kolben 2 nach oben in 1 bewegt, um den Dämpfungsdurchgang 4 zu öffnen und einen Widerstand auf den Flüssigkeitsfluss auszuüben. Der Dämpfungsdurchgang 4 wird während des Kontraktionsprozesses des Stoßdämpfers D geschlossen. Das heißt, dass das Klappenventil V1 dafür sorgt, dass der Dämpfungsdurchgang 4 als ein Einweg-Durchgang dient, der nur einen Fluss von der expansionsseitigen Kammer R1 zu der kontraktionsseitigen Kammer R2 gestattet.
Das Klappenventil V2 ist ringförmig und ist an einem Ende 3a der Kolbenstange 3 zusammen mit dem Kolben 2 montiert. Das Klappenventil V2 wird gebogen, wenn die Flüssigkeit von der kontraktionsseitigen Kammer R2 zu der expansionsseitigen Kammer R1 durch den Dämpfungsdurchgang 5 fließt, wenn sich während des Kontraktionsvorgangs des Stoßdämpfers D der Kolben 2 nach unten in 1 bewegt, um den Dämpfungsdurchgang 5 zu öffnen und einen Widerstand auf den Flüssigkeitsfluss auszuüben. Der Dämpfungsdurchgang 5 wird während des Expansionsvorgangs des Stoßdämpfers D geschlossen. Das heißt, dass das Klappenventil V2 dafür sorgt, dass der Dämpfungsdurchgang 5 als ein Einweg-Durchgang dient, der nur einen Fluss von der kontraktionsseitigen Kammer R2 zu der expansionsseitigen Kammer R1 gestattet.
Das heißt, dass das Klappenventil V1 als ein expansionsseitiges Dämpfungsventil dient, das einen Widerstand auf die während des Expansionsvorgangs durch den Dämpfungsdurchgang 4 fließende Flüssigkeit ausübt, während das Klappenventil V2 als ein kontraktionsseitiges Dämpfungsventil dient, das einen Widerstand auf die während des Kontraktionsvorgangs durch den Dämpfungsdurchgang 5 fließende Flüssigkeit ausübt.
Wenn eine Vielzahl von Dämpfungsdurchgängen 4 und 5 vorgesehen sind, können die Dämpfungsvorgänge als Einweg-Durchgänge konfiguriert sein, sodass die Flüssigkeit nur während des Expansions- oder Kontraktionsvorgangs fließt. Alternativ hierzu können die Dämpfungsdurchgänge auch konfiguriert sein, um einen bidirektionalen Fluss zu gestatten und einen Widerstand auf den hindurchgehenden Flüssigkeitsfluss auszuüben. Um einen Widerstand auf den durch die Dämpfungsdurchgänge hindurchgehenden Flüssigkeitsfluss auszuüben, können verschiedene Dämpfungsventile wie etwa ein Tellerventil, eine Düse oder Kreide anstelle des oben beschriebenen Klappenventils verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Dämpfungsdurchgänge 4 und 5 auch an anderen Positionen als dem Kolben 2 vorgesehen sein können.
Die Druckkammer C wird durch das Gehäuse 6 gebildet, das als ein Hohlraum auf einen Gewindeteil 3b am Außenumfang der vorderen Kante des einen Endes 3d der Kolbenstange 3 geschraubt ist. Das Gehäuse 6 dient auch als eine Kolbennut für das Fixieren des Kolbens 2 und der Klappenventile V1 und V2 an dem einen Ende 3a der Kolbenstange 3.
Die in dem Gehäuse 6 ausgebildete Druckkammer C wird durch den freien Kolben 9, der gleitbar in die Druckkammer C eingesteckt ist, in eine Expansions-Druckkammer 7 in der oberen Hälfte von 1 und eine Kontraktions-Druckkammer 8 in der unteren Hälfte von 1 geteilt. Der freie Kolben 9 kann in einer vertikalen Richtung von 1 in Bezug auf das Gehäuse 6 im Inneren der Druckkammer C verschoben werden.
Das Gehäuse 6 ist mit einem Mutternteil 20, der auf den Gewindeteil 3b an dem einen Ende 3a der Kolbenstange 3 geschraubt ist, und einem unten geschlossenen zylindrischen Gehäusezylinder 21, der an dem Mutternteil 20 fixiert ist, versehen.
Der Innenumfang des Mutternteils 20 ist mit einem Gewinderohr 20a, das auf den Gewindeteil 3b der Kolbenstange 3 geschraubt ist, und mit einem Rand 20b, der an dem Außenumfang des Gewinderohrs 20 nach außen vorstehend vorgesehen ist, versehen.
Der Gehäusezylinder 21 umfasst einen Rohrteil 22 mit einer oberen Endöffnung, die auf den Außenumfang des Rands 20b gestemmt ist, und einen unteren Teil 23, der das untere Ende des Rohrteils 22 schließt. Der Rohrteil 22 umfasst einen Teil 22a mit einem großen Innendurchmesser, der auf der Mutternteilseite ausgebildet ist und einen Gleitkontakt mit dem freien Kolben 9 herstellt, einen Teil 22b mit einem kleinen Innendurchmesser, der gegenüber der Mutternteilseite ausgebildet ist, und einen Stufenteil 22c, der zwischen dem Teil 22a mit einem großen Innendurchmesser und dem Teil 22b mit einem kleinen Innendurchmesser vorgesehen ist. Die Integration zwischen dem Mutternteil 20 und dem Gehäusezylinder 21 kann auch durch andere Herstellungsmethoden wie etwa Schweißen oder Schrauben anstelle von Verstemmen bewerkstelligt werden.
Der Außenumfang in wenigstens einem Teil des Rohrteils 22 des Gehäusezylinders 21 weist eine nicht-kreisrunde Querschnittform für das Greifen durch ein Werkzeug (nicht gezeigt) auf. Eine derartige Form kann eine beliebige dem Werkzeug entsprechende Form wie etwa teilweise gekerbte Form oder eine hexagonale Form sein. Das Gehäuse 6 kann auf einen Gewindeteil 3b geschraubt werden, indem der Außenumfang des Rohrteils 22 mit einem Werkzeug gegriffen wird und das Gehäuse 6 in einer Umfangsrichtung gedreht wird.
Eine Öffnung 22d ist in der lateralen Seite des Rohrteils 22 vorgesehen, und eine Öffnung 23a ist in dem unteren Teil 23 vorgesehen. Die Öffnungen 22d und 23a veranlassen, dass die Druckkammer C und die kontraktionsseitige Kammer R2 miteinander kommunizieren.
Die Expansions-Druckkammer 7 ist mit der expansionsseitigen Kammer R1 über den expansionsseitigen Durchgang 10 in der Kolbenstange 3 verbunden. Der expansionsseitige Durchgang 10 enthält ein Längsloch 10a, das sich zu der lateralen Seite der Kolbenstange 3 der expansionsseitigen Kammer R1 zugewandt öffnet, und ein Querloch 10b, das sich an einem Spitzenteil des einen Endes 3a öffnet, um mit dem Längsloch 10a verbunden zu sein.
Der freie Kolben 9, der in die Druckkammer C eingesteckt ist, ist ein unten geschlossenes zylindrisches Glied mit einem Gleitkontaktrohr 30, das einen Gleitkontakt mit der Innenumfangsfläche des Teils 22a mit einem großen Innendurchmesser des Gehäusezylinders 21 herstellt, und einem unteren Teil 31, der das untere Ende des Gleitkontaktrohrs 30 schließt. Der freie Kolben 9 umfasst weiterhin eine ringförmige Vertiefung 32, die über den gesamten Außenumfang des Gleitkontaktrohrs 30 ausgebildet ist, und ein Verbindungsloch 33, das die ringförmige Vertiefung 32 mit der Kontraktions-Druckkammer 8 verbindet. Wenn die ringförmige Vertiefung 32 der Öffnung 22d in dem Rohrteil 22 des Gehäuses 6 zugewandt ist, ist die kontraktionsseitige Kammer R2 mit der Kontraktions-Druckkammer 8 über die Öffnung 22d verbunden. Wenn die ringförmige Vertiefung 32 nicht der Öffnung 22d zugewandt ist und die Öffnung 22d durch das Gleitkontaktrohr 30 geschlossen wird, werden die kontraktionsseitige Kammer R2 und die Kontraktions-Druckkammer 8 nicht durch die Öffnung 22d miteinander verbunden.
Die Öffnung 22d übt einen Widerstand auf den Fluss der hindurchgehenden Flüssigkeit aus, um einen vorbestimmten Druckverlust und eine Druckdifferenz zwischen der kontraktionsseitigen Kammer R2 und der Kontraktions-Druckkammer 8 zu erzeugen. Ähnlich wie die Öffnung 22d dient die Öffnung 23a, die in dem unteren Teil 23 des Gehäusezylinders 21 vorgesehen ist, auch als ein Öffnungsdurchgang, der eine Druckdifferenz zwischen der kontraktionsseitigen Kammer R2 und der Kontraktions-Druckkammer 8 erzeugt. Es ist zu beachten, dass die Öffnung 23a in dem unteren Teil 23 nicht durch den freien Kolben 9 geschlossen wird und immer geöffnet ist. Wenn also die Öffnung 22d geöffnet ist, ist die Kontraktions-Druckkammer 8 mit der kontraktionsseitigen Kammer R2 über ein Paar von Öffnungen 22d und 23a verbunden. Wenn die Öffnung 22d geschlossen ist, ist die Kontraktions-Druckkammer 8 mit der kontraktionsseitigen Kammer R2 nur über die Öffnung 23a verbunden. Der kontraktionsseitige Durchgang 11, der die kontraktionsseitige Kammer R2 und die Kontraktions-Druckkammer 8 miteinander verbindet, umfasst die Öffnungen 22d und 23a, die ringförmige Vertiefung 32 und das Kommunikationsloch 33.
Ein Federelement ist in dem Gehäuse 6 vorgesehen, um eine Verschiebung des freien Kolbens 9 in Bezug auf das Gehäuse 6 zu unterdrücken. Das Federelement umfasst eine expansionsseitige Feder 12, die in der Expansions-Druckkammer 7 vorgesehen ist und zwischen dem Rand 20b des Mutternteils 20 und dem unteren Teil 31 des freien Kolbens 9 in einem komprimierten Zustand angeordnet ist, und eine kontraktionsseitige Feder 13, die in der Kontraktions-Druckkammer 8 vorgesehen ist und zwischen dem unteren Teil 23 und dem unteren Teil 31 des freien Kolbens 9 in einem komprimierten Zustand angeordnet ist.
Der freie Kolben 9 ist vertikal zwischen der expansionsseitigen Feder 12 und der kontraktionsseitigen Feder 13 angeordnet, um an einer vorbestimmten neutralen Position in der Druckkammer C positioniert zu werden. Wenn der freie Kolben 9 aus der neutralen Position verschoben wird, üben die expansionsseitige Feder 12 und die kontraktionsseitige Feder 13 eine Vorspannungskraft aus, um den freien Kolben 9 zu der neutralen Position zurückzuversetzen. Die neutrale Position ist nicht die Mitte der Druckkammer C in der Axialrichtung, sondern die durch das Federelement bestimmte Position des freien Kolbens 9.
Die expansionsseitige Feder 12 ist eine Spiralfeder mit einer variablen Steigung. Während der freie Kolben 9 aus der neutralen Position verschoben wird, um die Expansions-Druckkammer 7 zu komprimieren und das Hubende zu erreichen, nähern sich zuerst die Spiralen auf der Seite mit einer geringen Steigung der expansionsseitigen Feder 12 aneinander an und stoßen gegeneinander an und werden dann die Spiralen auf der Seite mit einer großen Steigung komprimiert. Die expansionsseitige Feder 12 weist also eine nicht-lineare Eigenschaft auf, wobei die Federkonstante bei einer Komprimierung größer wird. Wenn also die Verschiebungsgröße des freien Kolbens 9 größer wird, wird auch die Federkonstante der expansionsseitigen Feder 12 allmählich größer und wird die Reaktionskraft der expansionsseitigen Feder 12 stark, sodass eine Verschiebung des freien Kolbens 9 unterdrückt wird.
Ähnlich wie bei der expansionsseitigen Feder 12 ist auch die kontraktionsseitige Feder 13 eine Spiralfeder mit einer variablen Steigung. Während der freie Kolben 9 aus der neutralen Position verschoben wird, um die Kontraktions-Druckkammer 8 zu komprimieren und das Hubende zu erreichen, nähern sich die Spiralen auf der Seite der geringen Steigung der kontraktionsseitigen Feder 13 aneinander an und stoßen gegeneinander an, wobei dann die Spiralen auf der Seite mit einer großen Steigung komprimiert werden. Die kontraktionsseitige Feder 13 weist also eine nicht-lineare Eigenschaft auf, wobei die Federkonstante bei einer Komprimierung größer wird. Wenn also die Verschiebungsgröße des freien Kolbens 9 größer wird, wird die Federkonstante der kontraktionsseitigen Feder 13 allmählich größer und wird die Reaktionskraft der kontraktionsseitigen Feder 13 stark, sodass eine Verschiebung des freien Kolbens 9 unterdrückt wird.
Es kann ein beliebiges Federelement für die expansionsseitige Feder 12 und die kontraktionsseitige Feder 13 verwendet werden, solange die Federkonstante größer wird, wenn die Verschiebungsgröße des freien Kolbens 9 größer wird. Zum Beispiel kann eine konische Spiralfeder 15a wie in 2A gezeigt verwendet werden, deren Federkonstante allmählich größer wird, wenn sie komprimiert wird. Alternativ kann eine sich verjüngende Spiralfeder 15b wie in 2B gezeigt verwendet werden, deren Federkonstante größer wird, wenn sie mit einer vorbestimmten Größe komprimiert wird, weil sich der Windungsdurchmesser ändert. Außerdem können die expansionsseitige Feder 12 und die kontraktionsseitige Feder 13 jeweils eine Feder, die eine lange natürliche Länge aufweist und immer einen Kontakt mit dem freien Kolben 9 herstellt, und eine Feder, die eine kurze natürliche Länge aufweist und einen Kontakt mit dem freien Kolben 9 herstellt, um die Federreaktionskraft auszuüben, wenn der freie Kolben 9 um eine vorbestimmte Größe aus der neutralen Position verschoben wird, sein.
Wie oben beschrieben, wird der freie Kolben 9 elastisch durch die expansionsseitige Feder 12 und die kontraktionsseitige Feder 13 gehalten, die als ein Federelement in dem Gehäuse 6 vorgesehen sind. Wenn keine Kraft auf den freien Kolben 9 mit Ausnahme der Vorspannungskräfte der expansionsseitigen Feder 12 und der kontraktionsseitigen Feder 13 ausgeübt werden, befindet sich der freie Kolben 9 in der neutralen Position in dem Gehäuse 6. Wenn sich der freie Kolben 9 in der neutralen Position befindet, ist die ringförmige Vertiefung 32 der Öffnung 22d zugewandt, sodass die Kontraktions-Druckkammer 8 und die kontraktionsseitige Kammer R2 durch die Öffnung 22d miteinander verbunden sind. Wenn der freie Kolben 9 um eine vorbestimmte Größe aus der neutralen Position verschoben ist, schließt der Außenumfang des Gleitkontaktrohrs 30 des freien Kolbens 9 die Öffnung 22d perfekt. Die Verschiebungsgröße aus der neutralen Position, bei welcher der freie Kolben 9 beginnt, die Öffnung 22d zu schließen, kann beliebig gesetzt sein. Die Verschiebungsgröße des freien Kolbens 9 aus der neutralen Position zu der Seite der Expansions-Druckkammer 7, d. h. nach oben in 1, bei welcher die Öffnung 22d geschlossen zu werden beginnt, kann anders gesetzt sein als die Verschiebungsgröße des freien Kolbens 9 aus der neutralen Position zu der Seite der Kontraktions-Druckkammer 8, d. h. nach unten in 1, bei welcher die Öffnung 22d geschlossen zu werden beginnt. In dieser Ausführungsform ist ein Paar von Öffnungen 22d vorgesehen, wobei die Anzahl von Öffnungen 22d jedoch auf eine beliebige andere Anzahl gesetzt sein kann. Außerdem kann eine ringförmige Vertiefung in dem Innenumfang des Rohrteils 22 vorgesehen sein und kann eine Öffnung, die die Außenumfangsseite des freien Kolbens 9 mit der Kontraktions-Druckkammer 8 verbindet, in dem freien Kolben 9 vorgesehen sein.
Wenn sich in dem wie oben beschrieben konfigurierten Stoßdämpfer D der freie Kolben 9 bewegt, ändert sich das Volumenverhältnis zwischen der expansionsseitigen Kammer R1 und der kontraktionsseitigen Kammer R2, sodass die Flüssigkeit in der Druckkammer C zu der expansionsseitigen Kammer R1 oder der kontraktionsseitigen Kammer R2 in Abhängigkeit von der Bewegungsgröße des freien Kolbens 9 geht. Aus diesem Grund scheint sich der Stoßdämpfer so zu verhalten, als ob die expansionsseitige Kammer R1 und die kontraktionsseitige Kammer R2 miteinander verbunden wären.
Wenn angenommen wird, dass „P” einen Differenzdruck zwischen der expansionsseitigen Kammer R1 und der kontraktionsseitigen Kammer R2 während der Expansion oder Kontraktion des Stoßdämpfers angibt, „Q” eine Flussrate der von der expansionsseitigen Kammer R1 fließenden Flüssigkeit angibt, „C1” einen Koeffizienten angibt, der die Beziehung zwischen dem Differenzdruck P und der Flussrate Q1 der durch die Dämpfungsdurchgänge 4 und 5 hindurchgehenden Flüssigkeit wiedergibt, „P1” den Druck der Expansions-Druckkammer 7 angibt, „C2” einen Koeffizienten angibt, der die Beziehung zwischen einer Differenz zwischen dem Differenzdruck P und dem Druck P1 und einer Flussrate Q2 der von der expansionsseitigen Kammer R1 zu der Expansions-Druckkammer 7 fließenden Flüssigkeit wiedergibt, „P2” den Druck der Kontraktions-Druckkammer 8 angibt, „C3” einen Koeffizienten angibt, der die Beziehung zwischen dem Druck P2 und der Flussrate Q2 der von der Kontraktions-Druckkammer 8 zu der kontraktionsseitigen Kammer R2 fließenden Flüssigkeit wiedergibt, „A” die Druckempfangs-Querschnittfläche des freien Kolbens 9 angibt, „X” die Verschiebung des freien Kolbens 9 in Bezug auf die Druckkammer C angibt, „K” eine Federkonstante des Federelements und damit eine zusammengesetzte Federkonstante der expansionsseitigen Feder 12 und der kontraktionsseitigen Feder 13 angibt, und „s” einen Laplace-Operator angibt, kann eine Übertragungsfunktion des Differenzdrucks P gegen die Flussrate Q wie folgt erhalten werden: [Gleichung 1]
Indem der Laplace-Operator „s” der Übertragungsfunktion der Gleichung 1 durch „jω” ersetzt wird, kann ein absoluter Wert der Frequenzübertragungsfunktion „G(jω)” wie folgt erhalten werden. [Gleichung 2]
Aus den beiden vorstehenden Gleichungen geht hervor, dass eine Frequenzkennlinie der Übertragungsfunktion des Differenzdrucks P gegen die Flussrate Q in dem Stoßdämpfer D1 zwei Brechpunktfrequenzen aufweist: „F_a = K/{2πA²(C1 + C2 + C3)}” und „F_b = K/{2πA²(C2 + C3)}”. Außerdem nähert sich eine Verstärkung der Übertragungsfunktion zu „C1” innerhalb eines Bereichs von F < F_a, verkleinert sich allmählich von „C1” zu „C1(C2 + C3)/(C1 + C2 + C3)” innerhalb eines Bereichs von F_a ≤ F ≤ F_b und wird innerhalb eines Bereichs von F > F_b konstant. Das heißt, dass sich die Frequenzkennlinie der Übertragungsfunktion des Differenzdrucks P gegen die Flussrate Q derart ändert, dass die Verstärkung der Übertragungsfunktion in einem niederfrequenten Bereich größer wird und in einem hochfrequenten Bereich kleiner wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsformen können die folgenden Effekte erhalten werden.
In dem Stoßdämpfer D1 gemäß dieser Ausführungsform kann eine starke Dämpfungskraft für eine niederfrequente Vibrationseingabe erzeugt werden und kann eine schwache Dämpfungskraft für eine hochfrequente Vibrationseingabe dank des Dämpfungskraft-Reduktionseffekts erzeugt werden. Aus diesem Grund wird eine starke Dämpfungskraft erzeugt, wenn die Frequenz der Eingabevibration niedrig ist, zum Beispiel wenn ein Fahrzeug eine Kurve fährt. Andererseits wird eine schwache Dämpfungskraft erzeug, wenn die Frequenz der Eingabevibration hoch ist, zum Beispiel wenn ein Fahrzeug auf einer unebenen Straßenoberfläche fährt. Auf diese Weise kann die Fahrqualität eines Fahrzeugs verbessert werden.
Wenn der freie Kolben 9 aus der neutralen Position verschoben wird, um die Öffnung 22d zu schließen, wird der Flusswiderstand des kontraktionsseitigen Durchgangs 11 allmählich größer, bis die Öffnung 22d nach dem Beginn des Schließvorgangs perfekt geschlossen ist. Aus diesem Grund verlangsamt sich die Bewegungsgeschwindigkeit des freien Kolbens 9 zu dem Hubende und vermindert sich auch die scheinbare Bewegungsgröße der durch die Druckkammer C hindurchgehenden Flüssigkeit zwischen der expansionsseitigen Kammer R1 und der kontraktionsseitigen Kammer R2. Wenn die scheinbare Bewegungsgröße der Flüssigkeit kleiner wird, wird die Menge der durch die Dämpfungsdurchgänge 4 und 5 hindurchgehenden Flüssigkeit entsprechend größer. Deshalb wird die in dem Stoßdämpfer D erzeugte Dämpfungskraft allmählich unabhängig davon größer, ob die Vibrationsfrequenz hoch oder niedrig ist. Auf diese Weise kann die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers D1 allmählich größer werden. Es kann also verhindert werden, dass der Stoßdämpfer D1 abrupt von einem niedrigen Dämpfungskraftzustand zu einem hohen Dämpfungskraftzustand wechselt, wenn eine hochfrequente Vibration eingegeben wird. Dementsprechend kann verhindert werden, dass ein Insasse einen Stoß spürt, der durch eine Änderung der Dämpfungskraft verursacht wird. In dieser Ausführungsform wird also die Flusspfadfläche des kontraktionsseitigen Durchgangs 11 reduziert, sodass der Flusswiderstand allmählich in Abhängigkeit von der Verschiebung des freien Kolbens 9 größer wird, wobei der gleiche Effekt aber auch erzielt werden kann, indem stattdessen oder zusätzlich dazu der Flusswiderstand des expansionsseitigen Durchgangs 10 derart gesetzt wird, dass er größer wird.
Wenn der Stoßdämpfer D1 eine Vibration mit einer großen Amplitude in der Kontraktionsrichtung empfängt und der freie Kolben 9 aus der neutralen Position zu der Seite der Expansions-Druckkammer mit einer vorbestimmten Verschiebungsgröße verschoben wird, wird die Federkonstante der expansionsseitigen Feder 12 allmählich größer und wird auch die auf den freien Kolben 9 ausgeübte Vorspannungskraft allmählich größer. Aus diesem Grund wird eine Verschiebung des freien Kolbens 9 zu der Seite der Expansions-Druckkammer unterdrückt, sodass die Verschiebungsgeschwindigkeit des freien Kolbens 9 zu der Seite der Expansions-Druckkammer verringert wird. Daraus resultiert, dass eine starke Kollision des freien Kolbens 9 mit dem Gehäuse 6 unterdrückt und somit die Erzeugung eines Schlaggeräusches verhindert werden kann.
Wenn der Stoßdämpfer D1 eine Vibration mit einer großen Amplitude in der Expansionsrichtung empfängt und der freie Kolben 9 aus der neutralen Position zu der Seite der Kontraktions-Druckkammer um eine vorbestimmte Verschiebungsgröße verschoben wird, wird die Federkonstante der kontraktionsseitigen Feder 13 allmählich größer und wird auch die auf den freien Kolben 9 ausgeübte Vorspannungskraft größer. Aus diesem Grund wird eine Verschiebung des freien Kolbens 9 zu der Seite der Kontraktions-Druckkammer unterdrückt, sodass die Verschiebungsgeschwindigkeit des freien Kolbens 9 zu der Seite der Kontraktions-Druckkammer verringert wird. Daraus resultiert, dass eine starke Kollision des freien Kolbens 9 mit dem Gehäuse 6 unterdrückt und somit die Erzeugung eines Schlaggeräusches verhindert werden kann.
Indem also in dem Stoßdämpfer D gemäß dieser Ausführungsform die expansionsseitige Feder 12 und die kontraktionsseitige Feder 13 mit Federkonstanten versehen werden, die derart gesetzt sind, dass sie bei einer Kompression größer werden, kann die Erzeugung eines Schlaggeräusches verhindert werden. Auf diese Weise kann ein unangenehmes Gefühl für einen Fahrzeuginsassen verhindert werden und kann die Fahrqualität eines Fahrzeugs verbessert werden.
Es ist weiterhin zu beachten, dass der an einer Fahrzeugaufhängung montierte Stoßdämpfer D allgemein eingestellt ist, um eine Expansions-Dämpfungskraft zu erzeugen, die größer als eine Kontraktions-Dämpfungskraft ist. Deshalb neigt die expansionsseitige Kammer R1 zu einem größeren Druck als die kontraktionsseitige Kammer R2, sodass der freie Kolben 9 einfach zu der Seite der Kontraktions-Druckkammer 8 vorgespannt wird. Aus diesem Grund wird der freie Kolben 9 häufiger verschoben, um die Kontraktions-Druckkammer 8 zu komprimieren und mit dem Gehäuse 6 zu kollidieren. Weiterhin wird der freie Kolben 9 weniger häufig verschoben, um die Expansions-Druckkammer 7 zu komprimieren und mit dem Gehäuse 6 zu kollidieren. Aus diesem Grund kann die Erzeugung eines Schlaggeräusches auch dann unterdrückt werden, wenn die Federkonstante nur der kontraktionsseitigen Feder 13 derart gesetzt ist, dass sie bei einer Kompression größer wird.
Vorstehend wurden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei diese Ausführungsformen jedoch lediglich beispielhaft für die Anwendungen der vorliegenden Erfindung sind und wobei der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die spezifischen Aufbauten der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
Diese Anmeldung beansprucht Priorität auf der Grundlage der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-65546 , die am 27. März 2013 am japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.

Claims

Stoßdämpfer, der umfasst: einen Zylinder, einen Kolben, der gleitbar in den Zylinder eingesteckt ist, um den Zylinder in eine expansionsseitige Kammer und eine kontraktionsseitige Kammer zu teilen, einen Dämpfungsdurchgang, der die expansionsseitige Kammer mit der kontraktionsseitigen Kammer verbindet, ein Gehäuse, das eine Druckkammer bildet, einen freien Kolben, der gleitbar in die Druckkammer eingesteckt ist, um die Druckkammer in eine Expansions-Druckkammer und eine Kontraktions-Druckkammer zu teilen, einen expansionsseitigen Durchgang, der die expansionsseitige Kammer mit der Expansions-Druckkammer verbindet, einen kontraktionsseitigen Durchgang, der die kontraktionsseitige Kammer mit der Kontraktions-Druckkammer verbindet, und ein Federelement, das konfiguriert ist, um den freien Kolben an einer neutralen Position in Bezug auf das Gehäuse zu positionieren, wobei das Federelement konfiguriert ist, um eine Vorspannungskraft zum Unterdrücken einer Verschiebung des freien Kolbens aus der neutralen Position auszuüben, wobei das Federelement eine expansionsseitige Feder, die in der Expansions-Druckkammer aufgenommen ist, und eine kontraktionsseitige Feder, die in der Kontraktions-Druckkammer aufgenommen ist, umfasst, wobei dazwischen der freie Kolben angeordnet ist, und wobei die kontraktionsseitige Feder eine nicht-lineare Eigenschaft aufweist, sodass die Federkonstante bei einer Komprimierung größer wird.
Stoßdämpfer nach Anspruch 1, wobei die expansionsseitige Feder eine nicht-lineare Eigenschaft aufweist, sodass die Federkonstante bei einer Komprimierung größer wird.
Stoßdämpfer nach Anspruch 1, wobei die kontraktionsseitige Feder eine Spiralfeder mit einer variablen Steigung, eine konische Spiralfeder oder eine sich verjüngende Spiralfeder ist.
Stoßdämpfer nach Anspruch 1, wobei die expansionsseitige Feder eine Spiralfeder mit einer variablen Steigung, eine konische Spiralfeder oder eine sich verjüngende Spiralfeder ist.