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Hydraulischer Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Schwingungsdämpfer, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, mit einem auf der hohlen Kolbenstange sitzenden, den Dämpferzylinder
in zwei Arbeitskammern trennenden Dämpferkolben und mit einem in die hohle Kolbenstange
greifenden, im wesentlichen stangenförmigen Steuerkörper mit Abschnitten verschiedenen
Durchmessers, der mit dem Dämpferzylinder verbunden ist und den Durchflußquerschnitt
des Kolbenstangenhohlraumes in Abhängigkeit von der axialen Kolbenstangenbewegung
im Bereich von den Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Arbeitskammern ermöglichenden,
im Dämpferkolben verlaufenden Kanälen verändert. Ein solcher Schwingungsdämpfer
ist bekannt.
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Bei periodisch auftretenden Schwingungen, in die ein Fahrzeug beim
Befahren einer Straße mit in gleichen Abständen auftretenden Querrillen, Erhöhungen,
Löchern od. dgl. geraten kann, besteht die Gefahr, daß die Schwingungszahl bis in
den Bereich der Eigenfrequenz des Fahrzeugs ansteigt. Daraus ergibt sich insbesondere
für Straßenfahrzeuge eine erhebliche Beeinträchtigung der Bodenhaftung, die die
Gefahr des Ausbrechens des Fahrzeugs in sich birgt.
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Bei einem bekannten hydraulischen Schwingungsdämpfer ist zur hubabhängig
gesteuerten Dämpfung in der hohlen Kolbenstange des Dämpferkolbens ein Steuerkörper
vorgesehen, durch den der Durchflußquerschnitt des Kolbenstangenhohlraumes in Abhängigkeit
von der axialen Kolbenstangenbewegung im Bereich von in der Kolbenstangenwand sitzenden,
mit den Arbeitsräumen des Dämpferzylinders in Verbindung stehenden Querbohrungen
verändert wird. Der Steuerkörper ist hierbei als ein konzentrisch am Zylinderboden
befestigter Rundstab ausgebildet, der der Länge nach in mehrere Abschnitte verschiedenen
Durchmessers unterteilt ist.
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Bei einer durch einen Stoß hervorgerufenen Verkürzung oder Verlängerung
des aus zwei Teleskoprohren bestehenden Dämpfergehäuses, von denen das untere, innere
Rohr als ein mit Flüssigkeit gefüllter Dämpferzylinder ausgebildet und gegenüber
dem oberen, äußeren Rohr mittels eines Stopfens verschlossen ist, strömt die Flüssigkeit
aus dem kleineren Zylinderraum durch eine Kolbenöffnung in den größeren. Die Durchflußöffnung
des Dämpferkolbens ist gleichzeiti- die zur Aufnahme des stangenförmigen Steuerkörpers
dienende Zentralbohrung. Da der Schaft des Steuerkörpers sich von beiden Enden nach
der Mitte zu verjüngt, entsteht während der Kolbenbewegung eine zunehmende Vergrößerung
oder Verkleinerung der ringförinigen Kolbendurchflußöffilung, die eine progressive
Zu- oder Abnahme der Dämpfung bewirkt. Bei einem starken Stoß wird dagegen die'Kolbenöffnung
von einem der beiden Schaftenden durchdrungen, deren Querschnitte so bemessen sind,
daß der Flüssigkeitsstrom von einem zum anderen Zylinderraum unterbrochen wird.
Damit ist eine der beiden Endstellungen erreicht. Auch wenn der Schaft des Steuerkörpers
abgestuft ist, wobei beispielsweise auf eine Verjüngung unmittelbar eine Verdickung
folgt, so entsteht dadurch ein plötzliches Ansteigen der Dämpfungskräfte, das zwar
einem Vergrößern der Schwingungsamplituden der Federung über ein gewisses Maß hinaus
einen verstärkten Widerstand entgegensetzt, aber starke mechanische Belastungen
und Stöße aus den Dämpferkräften ergibt und bei kleinen Amplituden noch nicht wirksam
ist.
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Bei einem weiterhin bekanntgewordenen hydraulischen Schwingungsdämpfer
ist der Dämpferzylinder mit einem zweiteiligen Kolben versehen, dessen beide Hälften
durch eine konzentrische, im Zylinder angeordnete, steilgängige Gewindespindel miteinander
verbunden sind. Die Kolbenbewegung wird über einen durch eine stirnseitige Zylinderöffnung
geführten und ani oberen Kolbenteil befestigten Kniehebel, an dessen anderem Ende
ein mit dem Aufhängeelement verbundenes Gestänge angreift, übertragen. Etwa in der
Mitte des Zylinders sind zwei gelochte Ringscheiben ortsfest angeordnet, deren Durchtrittsöffnungen
verschieden groß sind. Zwischen beiden durch die Spindel nicht beeinflußbaren Ringscheiben
befindet sich eine ebenfalls gelochte Spindelmutter, die bei einer Kolbenbewegung
durch die Spindel verdreht, jedoch nicht verschoben wird. Die Durchtrittsöffnungen
dieser drei Scheiben weisen. bei gleichem Teilkreis die gleiche Teilung auf, wodurch
sich, von der unterschiedlichen Lochgröße abgesehen, in einer
bestimmten
Stellung für sämtliche Öffnungen gemeinsame Lochachsen ergeben.
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Für die Dauer eines Kolbenhubes wird nun die Spindelmutter in Drehbewegung
versetzt, wodurch sie mit dem Abdecken und Freigeben der Öffnungen beider Ringscheiben
den Fluß der von einer zur anderen Arbeitskammer strömenden Dämpferflüssigkeit in
wechselnder Folge nahezu bis zur völligen Unterbrechung zu drosseln vermag. Lediglich
schmale Spalte zwischen den beiden äußeren und der mittleren Scheibe gestatten noch
einen begrenzten Durchfluß. Durch Spindel, Mutter und rotierende Teile ist dieser
Dämpfer sehr verschleißanfällig.
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Schließlich ist noch ein hydraulischer Schwingungsdämpfer bekanntgeworden,
bei dem in einem flüssigkeitsgefüllten Zylinder ein von der Flüssigkeit durchströmter
Dämpferkolben bewegt wird. Zu diesem Zweck ist der Kolben mit ringspaltförmigen
Durchbrechungen versehen, denen beiderseits Ringscheiben zugeordnet sind. Die innere
Wand des Ringspaltes ist als Bund einer federbeeinflußten, auf der Kolbenstange
beweglichen Büchse ausgebildet. Solange der auf der Oberseite des beweglichen Bundes
ausgeübte Druck die Kraft der auf der entgegengesetzten Bundseite wirkenden Feder
nicht übersteigt, bleibt der Bund unbeweglich. Wird dagegen bei einem heftigen Stoß
die Kraft der Feder überschritten, verschiebt sich der Bund unter Mitnahme der darunter
befindlichen Ringscheibe, wodurch eine beträchtliche Querschnittsvergrößerung hervorgerufen
und damit eine schnellere Kolbenbewegung erzielt wird. Bei der Rückfederung des
Kolbens wird der Ringspalt durch die Kraft einer gegen den Bund gerichteten Feder
nur geringfügig vergrößert, so daß hierdurch eine stärkere Dämpfung der Rückfederungsbewegungen
erreicht wird. Ein hubabhängiger Dämpfungskraftwechsel ist nicht gegeben.
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Ausgehend von den bekannten Dämpferausführangen mit hubabhängiger
Veränderung der Dämpfungskräfte, ist es Aufgabe der Erfindung, einen einfachen und
nicht verschleißanfälligen Dämpfer zu schaffen, bei dem durch periodischen, innerhalb
eines Hubes aufeinanderfolgenden Wechsel des Dämpfungsgrades schon bei kleinen Amplituden
ein Aufschaukein der Federungsschwingungen im Resonanzbereich vermieden wird.
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Zu diesem Zweck weist der in die hohle Kolbenstange eingreifende Steuerkörper
in Axialrichtung aufeinanderfolgend mehrere Abschnitte abwechselnd großen und kleinen
Durchmessers auf, und es sind mittels in der Kolbenstangenwand übereinander im Bereich
des Dämpferkolbens sitzenden Queröffnungen mindestens zwei durch eine Querwand voneinander
getrennte Kolbenkammein über den veränderlichen Durchflußquerschnitt des Kolbenstangenhohlraumes
miteinander verbunden, welche außerdem mit .der jeweils benachbarten Arbeitskammer
in Verbin-,dung stehen.
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Die besondere Ausbildung des stangenförmigen Steuerkörpers mit einer
Vielzahl von aufeinanderfolgenden Einschnürungen. und Verdickungen des Stangenquerschnittes
bewirkt infolge,des wechselnden Durchflußquerschnittes eine wechselnde Zu- und Abnahme
der Dämpfungskräfte und damit eine Unterbrechung des Dämpfungsfaktors von Stufe
zu Stufe, so daß bei gleichbleibender Erregerfrequenz infolge einer Verstimmung
der Eigenfrequenz keine 'Resonanzschwingungen auftreten können. Es ergibt sich eine
wesentliche Verbesserung der Bodenhaftung der Fahrzeugräder, wodurch die Gefahr
des Ausbrechens des Fahrzeuges nicht mehr besteht.
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Der Erfindungsgegenstand ist an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.-In dem Dämpferzylinder 1 ist axial verschiebbar der Dämpferkolben
2 angeordnet und mittels einer Mutter 4 an der hohlen Kolbenstange 3 befestigt.
In den Hohlraum 5 der Kolbenstange 3 ragt ein einen runden Querschnitt
besitzender, in etwa stangenförmiger Steuerkörper 6 hinein, der in der Stirnseite
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des Dämpferzylinders 1 ortsfest gelagert ist.
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Der Steuerkörper 6 weist mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte
unterschiedlichen Durchmessers auf, die z. B. aus dem vollen Material durch Eindrehungen
herausgearbeitet sein können. Die Ab-
schnitte 8 haben - wie
die Zeichnung erkennen läßt - einen kleineren Durchmesser als die
Ab-
schnitte 8'.
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In der Wand der hohlen Kolbenstange 3 befinden sich im Bereich
des Kolbens 2 mehrere Queröffnungen 9, 10.
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Der Kolben 2 ist als Hohlkolben ausgebildet und durch eine Querwand
11 in zwei voneinander getrennte Kammern 12, 13 unterteilt,
die durch die Queröffnungen 9, 10 miteinander in Verbindung stehen.
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Beiin Arbeiten des Dämpfers, und zwar bei der Bewegung des Kolbens
2 in Pfeilrichtung A, strömt das in der ArbeitskamTner über ihm befindliche
Öl
durch die Bohrungen 14 der Anschlagscheibe 15 und durch die Bohrungen
16 der Kolbenscheibe 17 hindurch und gelangt nach dem Abheben der
Tellerfeder 18 und Durchströmen der Bohrungen 19 der Zwischenscheibe
20 über die Queröffnungen 9 in den Hohlraum 5 der Kolbenstange
3. Von hier tritt das Öl wieder über die Queröffnungen 10 aus
dem Hohlraum 5 in den Kolben 2, durchströmt die Bohrungen 21 der Zwischenscheibe
22 und tritt nach dem Ab-
heben der Abdeckklappe 23, deren Weg durch
die Anschlagscheibe 23' begrenzt wird, durch die Bohrungen 24 der Kolbenscheibe
25 in die unter dem Kolben 2 befindliche Arbeitskammer des Dämpferzylinders
1.
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In der Zeichnung ist der vorstehend beschriebene Strömungsweg durch
die PfeillinieB wiedergegeben, Je nach der.jeweiligen Lage des Kolbens2 zum Steuerkörper6
befinden sich die Queröffnungen 9,
10 im Bereich eines Abschnittes8"
größeren oder eines Abschnittes8 kleineren Durchmessers des Steuerkörpers6. Dadurch
wird der Durchflußquerschnitt des Hohlraumes5 im Bereich der Queröffnungen
9, 10 wechselweise verengt und erweitert, da der Durchflußquerschnitt zwischen
der Zylinderwand und den Abschnitten 8' kleiner ist als der zwischen ihr
und den Abschnitten 8.
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Bei der Bewegung des Kolbens 2 entgegen der Pfeilrichtung
A spielt sich der gleiche Vorgang ab, nur daß jetzt das Öl von der
unter dem Kolben befindlichen Arbeitskammer durch die Bohrungen 26 der Kolbenscheibe25
strömt, die Tellerfeder27 überwindet, um dann über die Bohrungen21 der Zwischenscheibe
22 und die Queröffnungen 10 in den Hohlraum 5 der Kolbenstange
3 einzutreten. Von hier, fließt das Öl aus dem Hohlraum
5 durch die Queröffnungen 9 in den Kolben 2, durchströmt dann
die Bohrungen 19 der Zwischenscheibe 20 und tritt durch die Bohrungen 28
nach dem Abheben der Ab-
deckklappe 29, deren Hub
durch die Anschlagscheibe 15 begrenzt ist, in den über dem Kolben 2 befindlichen
Zylinderraum.
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Die Verwendung des erfindungsgemäß ausgebildeten Schwingungsdämpfers
ist nicht nur auf Landfahrzeuge beschränkt. Der Schwingungsdämpfer kann vielmehr
auch bei Luftfahrzeugen usw. Verwendung finden, überhaupt überall dort benutzt werden,
wo ein Ansteigen der Schwingungen bis in den Bereich der Eigenresonanz des betreffenden,
mit dem Dämpfer versehenen Objektes verhindert werden soll.