DE1455861B2 - Flüssigkeitsstoßdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstoßdämpfer für eine hydropneumatische Aufhängung von Fahrzeugrädern mit Niveauregelung, mit einem Zylinder und einem Kolben, die einen Raum einschließen, der einen Auslaß für die durch eine Relativbewegung zwischen Zylinder und Kolben verdrängte Hydraulikflüssigkeit aufweist.

Aus der US-PS 29 16 281 ist ein Flüssigkeitsstoßdämpfer bekannt, bei dem zum Übertritt von Hydraulikflüssigkeit von der einen Zylinderkammer in die andere Zylinderkammer und umgekehrt Steuerventile vorgesehen sind. Während für den Übertritt von Hydraulikflüssigkeit nach der einen Richtung diese Steuerventile im Stoßdämpferkolben angeordnete Rückschlagventile sind, ist für den Übertritt von Hydraulikflüssigkeit nach der anderen Richtung ein Steuerventil mit variabler Durchgangsöffnung vorgesehen.

Dieses Steuerventil setzt sich aus zwei Ventilteilen zusammen, von denen eines mit dem Zylinder fest verbunden und das andere über zwei Federn zwischen Zylinder und Kolben eingespannt ist. Beide Ventilteile weisen Durchgangsöffnungen gewünschter Querschnittsform auf.

Bei Stoßeinwirkung auf den Flüssigkeitsstoßdämpfer ist die Bewegung des über zwei Federn zwischen Zylinder und Kolben eingespannten Ventilteils eine Funktion des auf seine Stirnfläche einwirkenden Flussigkeitsdrucks und des Verhältnisses der beiden Federkräfte. Je nach axialer Stellung dieses Ventilteils fluch- · ten die Durchgangsöffnungen in den beiden Ventilteilen mehr oder minder, so daß sich dementsprechend der Durchlaßquerschnitt und mit diesem das Dämpfungsverhalten des Stoßdämpfers ändert. Es soll damit ein weicher Flüssigkeitsstoßdämpfer geschaffen werden, dessen Verhalten mit der Amplitude und der Geschwindigkeit des Kolbenausschlags härter wird.

Die DT-PS 8 02 211 beschreibt einen Flüssigkeitsstoßdämpfer, bei dem das Auslaßsteuerventil für die verdrängte Hydraulikflüssigkeit ein schwingungsfähiges System aufweist, das mit seiner Eigenfrequenz auf die Hub- oder Nickfrequenz des Fahrzeugs abgestimmt ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß Schwingungen in der Nähe der Eigenfrequenz sehr stark gedämpft werden, im übrigen jedoch von dem Stoßdämpfer keine wesentlichen Kräfte übertragen werden.

Aus der DT-PS. 9 19 867 ist ein Flüssigkeitsstoßdämpfer bekannt, bei dem ebenfalls die Durchgangsöffnung eines Auslaßsteuerventils für die verdrängte Hydraulikflüssigkeit gesteuert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Beschleunigung der gefederten oder ungefederten Masse des Fahrzeugs. Hierzu ist ein auf der Kolbenstange oder im Kolbenkörper verschiebbares ein- oder beidseitig federbelastetes Massenträgheitsventil vorgesehen, das bei Beschleunigung der Kolbenstange mehr oder weniger hinter der Bewegung der Kolbenstange zurückbleibt und dadurch die in der Mittellage des Ventils verschlossenen Durchtrittsöffnungen entsprechend freigibt.

Für eine weiche Fahrzeugaufhängung müssen die im Flüssigkeitsstoßdämpfer vorgesehenen Durchgangsöffnungen für verdrängte Hydraulikflüssigkeit möglichst großen Querschnitt aufweisen, wobei die Grenze dort liegt, wo die Dämpfung der Bewegungen von Rad und Fahrzeugaufbau unzureichend wird, was auf schlechten Straßen zum Springen der Räder und beim Überfahren von hohen Hindernissen zu starken Stoßen auf die der Begrenzung des Springens dienenden Anschläge der Aufhängung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsstoßdämpfer zu schaffen, der eine weiche Aufhängung sicherstellt, aber dennoch das Schlagen oder Springen der Räder auf kurzwelligen Straßen vermindert oder verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Flüssigkeitsstoßdämpfer gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der Flüssigkeitsstoßdämpfer nach vorliegender Erfindung soll ausgangsgemäß eine weiche Aufhängung ermöglichen. Damit treten zwischen Zylinder und Kolben des Stoßdämpfers große Relativverschiebungen auf. Die Einspannung des beweglichen Ventilteils des Steuerventils zwischen zwei, einerseits mit dem Zylinder und andererseits mit dem Kolben verbundenen Federn eines bestimmten Federratenverhältnisses bringt eine Untersetzung in die Übertragung der Relativbewegung von Kolben und Zylinder auf das Auslaßsteüerventil. Trotz weicher Aufhängungscharakteristik des Stoßdämpfers kann deshalb das Steuerventil mit einem geringeren Platzbedarf konstruiert werden, als es die gegenseitige Verschiebung von Zylinder und Kolben erfordern würde, wenn zwischen diesen beiden und den Teilen des Ventils eine starre Verbindung bestünde.

Indem das bewegliche Ventilteil Druckausgleichsbohrungen aufweist, ist sichergestellt, daß trotz statischer Laständerungen, die bei einer Niveauregelung

des Fahrzeugs zu einer Druckänderung im Zylinder führen, die Ausgangslage des Steuerventils unverändert bleibt. Es ist also gewährleistet, daß einer bestimmten Verschiebung des Kolbens im Zylinder jeweils nur eine einzige Stellung des beweglichen Ventilteils bezüglich des festen Ventilteils unabhängig von der Fahrzeugbelastung entspricht.

Da darüber hinaus das aus beweglichem Ventilteil und Federn gebildete Schwingungssystem mit seiner Eigenfrequenz auf die Eigenfrequenz der Aufhängung der Fahrzeugräder abgestimmt ist, wird, wie später eingehend erläutert werden wird, beim Schlagen oder Springen der Räder eine starke Dämpfung erzielt, aufgrund welcher der unerwünschte Zustand überwunden wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstoßdämpfers,

F i g. 2 einen schematischen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers und

F i g. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen Kraft und Verschiebung des Stoßdämpfers von F i g. 2 außerhalb des Frequenzbereichs des »Radspringens«.

Der in F i g. 1 dargestellte Flüssigkeitsstoßdämpfer für eine hydropneumatische Aufhängung von Fahrzeugrädern mit Niveauregelung weist eine-n"Zylinder 1 auf, in dem sich ein Kolben 2 bewegt.

Während der· Kolben 2 mit dem (nicht gezeigten) Fahrzeugrad verbunden ist, ist der Zylinder 1 an dem (ebenfalls nicht gezeigten) Fahrzeugaufbau angebracht.

Am Boden 3 des Zylinders 1 ist ein Rohr 4 angeordnet, das den zwischen Zylinder und Kolben eingeschlossenen Raum 5 mit einem außerhalb des Zylinders 1 befindlichen (nicht gezeigten) Raum verbindet, der, wie an sich bekannt, eine diesem Raum und einem die Federung der Aufhängung bildenden Luftkissen gemeinsame bewegliche Wand aufweist.

Dort wo das Rohr 4 in den Zylinderboden 3 eintritt, ist ein Stutzen 6 mit geschlossenem Boden angeformt, der seitliche Löcher 7 besitzt und das eine von zwei Ventilteilen eines Steuerventils darstellt. Ein zweites Ventilteil wird durch eine Hülse 8 gebildet, die auf dem Stutzen 6 verschiebbar ist und seitliche Löcher 9 aufweist, die den Löchern 7 des Stutzens 6 gegenüberliegen.

Die bewegliche Hülse 8 ist nachgiebig einerseits über eine Feder 10 mit dem Boden des Stutzens 6, d. h. also mit dem Zylinder 1, verbunden und andererseits durch eine Feder 11 an den Kolben 2 angeschlossen. Die Federn sind so ausgelegt, daß bei der für Zylinder und Kolben vorgesehenen Mittellage, wenn die Aufhängung in Ruhe ist, die Löcher 7 und 9 des Stutzens und der Hülse miteinander fluchten.

Die Federn 10 und 11 besitzen ein solches Federratenverhältnis, das dem Verhältnis der maximalen Verschiebungswege von Hülse 8 und Kolben 2 entspricht, d. h. die Stärke der Feder 10 ist wesentlich größer als die der Feder 11.

Damit die Bewegung der Hülse 8 vom Druck der Hydraulikflüssigkeit im Raum 5 unbeeinflußt bleibt, sind im Boden der Hülse Druckausgleichsbohrungen 13 vorgesehen. Damit ist sichergestellt, daß trotz unterschiedicher Beladungen des Fahrzeugs, die auf Grund der Niveauregelung zu einer Druckänderung im Zylinder führen, die Ausgangslage des Steuerventils unverändert bleibt.

Schließlich sind die Masse des beweglichen Ventilteils, d. h. der Hülse 8, und die Federraten der Federn 10 und 11 derart aufeinander abgestimmt, daß die Eigenfrequenz dieses von der Hülse 8 und den Federn 10 und 11 gebildeten Schwingungssystems der Eigenfrequenz der Aufhängung des zugeordneten Fahrzeugrads entspricht.

Der beschriebene Flüssigkeitsstoßdämpfer arbeitet folgendermaßen:

In der Ruhelage des Fahrzeugs, in der die Löcher 7 und 9 von Stutzen 6 bzw. Hülse 8 einander gegenüberliegen, steht der Raum 5 mit dem Rohr 4 durch den Gesamtquerschnitt, den die Löcher bieten, miteinander in Verbindung.

Wenn eine Bewegung des Rads gegenüber dem Fahrzeugaufbau stattfindet, d. h. eine Relativbewegung zwischen Zylinder 1 und Kolben 2, erfolgt auch eine Relativbewegung zwischen Stutzen 6 und Hülse 8 derart, daß die Löcher 7 und 9 sich umso weiter gegeneinander verschieben, je größer die Amplitude der Relativbewegung zwischen Zylinder und Kolben ist. Mit der gegenseitigen Verschiebung der Löcher 7 und 9 verringert sich deren Durchlaßquerschnitt, so daß das Ausströmen von Hydraulikflüssigkeit gebremst und damit die Relativbewegung umso mehr gedämpft wird, je mehr sich der Stoßdämpfer den vorgesehenen Grenzen seiner Auslenkung nähert. Zum Beispiel nähert sich die Größe des Durchlaßquerschnitts der Löcher dem Wert Null, wenn die Radaufhängung sich den üblicherweise vorgesehenen Begrenzungsanschlägen nähert.

Auf schlechten, mit kurzen Wellen versehenen Straßen besteht für die Radaufhängung die Gefahr, daß der bekannte Vorgang des Schiagens oder Springens in ihrer Eigenfrequenz eintritt. Während dieses Vorgangs bleiben der Zylinder 1 und der Kolben 2 in der Nähe ihrer normalen Mittellage, so daß die Löcher 7 und 9 einander im wesentlichen gegenüberstehen und den Vorgang nicht merklich dämpfen würden, wenn nicht die Eigenfrequenz des Schwingungssystems aus Hülse 8 und Federn 10, 11, wie oben erwähnt, auf die Eigenfrequenz der Radaufhängung abgestimmt wäre. Angeregt durch die Oszillationen des Rades, gerät das erwähnte Schwingungssystem in Resonanz, und da in einem derartigen Fall die Erregung und die Bewegung um eine Viertelperiode phasenverschoben sind, ist der Durchlaßquerschnitt der Löcher 7 und 9 maximal groß, wenn der Kolben 2 sich im Totpunkt seiner Bewegung befindet, und erreicht er seinen Kleinstwert, wenn die Bahngeschwindigkeit des Kolbens ihren Maximalwert durchläuft. Das bedeutet, daß eine starke Dämpfung der erwähnten Schlag- oder Springbewegungen der Radaufhängung erhalten wird, während außerhalb des Schlag- oder Springvorganges die Radaufhängung eine nur schwache Dämpfung aufweisen kann, um einen weichen Lauf des Fahrzeugs zu gewährleisten.

Der Flüssigkeitsstoßdämpfer nach F i g. 2 stimmt in seinem wesentlichen Aufbau mit dem von F i g. 1 überein. Dabei wurden übereinstimmende Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Verbesserung gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 1 besteht in der Anbringung einer Ablenkscheibe 12 am Boden der Hülse 8. Die Druckausgleichsbohrungen 13 sind durch die Ablenkscheibe fortgesetzt. Der Durchmesser der Scheibe 12 ist geringer als die Innendurchmesser des Zylinders 1.

Wenn der Kolben 2 in der einen oder anderen Richtung verschoben wird, versucht die Flüssigkeitsströmung die Ablenkscheibe 12 und damit die Hülse 8 im gleichen Sinne mitzunehmen. Die Mitnahmekraft hängt einerseits von der Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 2 und andererseits vom Durchmesser der Scheibe 12 ab. je größer der Durchmesser der Scheibe, umso mehr wird die Dämpfung erhöht. Dadurch wird jedoch der weiche Charakter der Aufhängung nicht beeinträchtigt, weil bei geringen Verschiebungen die Hülse 8 den Bewegungen des Kolbens 2 folgen kann, ohne die Löcher 7 und 9 zu sehr abzudecken.

Man kann der Ablenkscheibe eine gewisse Elastizität

geben, indem man für sie etwa einen weichen Werkstoff verwendet. Es kann auch die Weite der Druckausgleichsbohrungen 13 zum Anpassen der Eigendämpfung der Hülse 8 verändert werden, wodurch die Schließgeschwindigkeit der Löcher 7 und 9 beeinflußt wird.

In F i g. 3 ist die Beziehung Kraft (OE) — Verschiebung (OD) dargestellt, wie sie an einem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer außerhalb des Bereichs der Frequenz der Schlag- oder Springbewegung des Rades (d. h. außerhalb der Resonanz der beweglichen Hülse 8) besteht. Man sieht, daß die Dämpfungskraft am Beginn des Weges gering bleibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsstoßdämpfer für eine hydropneumatische Aufhängung von Fahrzeugrädern mit Niveauregelung, mit einem Zylinder und einem Kolben, die einen Raum einschließen, der einen Auslaß für die durch eine Relativbewegung zwischen Zylinder und Kolben verdrängte Hydraulikflüssigkeit aufweist, wobei dem Auslaß ein innerhalb des Zylinders angeordnetes Steuerventil mit zwei Ventilteilen zugeordnet ist, von denen eines mit dem Kolben oder Zylinder fest verbunden und das andere über zwei Federn zwischen Zylinder und Kolben eingespannt ist. und welch beide Durchgangsöffnungen aufweisen, die in der mittleren Ruhelage von Zylinder und Kolben miteinander fluchten, so daß der Durchlaßquerschnitt in dieser Stellung am größten ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Federratenverhältnis der das andere Ventilteil (8) einspannenden Federn (10, 11) umgekehrt proportional ist dem Verhältnis des maximalen Verschiebeweges des Ventils (8) zum maximalen Verschiebeweg des Kolbens (2);

b) das andere Ventilteil (8) Druckausgleichsbohrungen (13) aufweist;

. c) die Masse des anderen Ventilteils (8) und die Federraten der Federn (10,11) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Eigenfrequenz dieses vom anderen Ventilteil (8) und den Federn (10, 11) gebildeten Schwingungssystems der Eigenfrequenz der Aufhängung von Fahrzeugrädern entspricht.

2. Flüssigkeitsstoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem anderen Ventilteil (8) des Steuerventils eine Ablenkscheibe (12) verbunden ist, deren Durchmesser kleiner als der des Zylinders (1) ist.