DE1755838A1 - Hydraulisches Ventil mit doppeltem Durchlass fuer Kraftfahrzeug-Stossdaempfer - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. R.Beetz u.
Dipl.-Ing. Umprecht

München 22, Steinidorfstr. 10

310-13.65ΟΡ(13·651Η) 28.6.1968

Maurice KATZ, Paris 16e"me (Prankreich)

Hydraulisches Ventil mit doppeltem Durchlaß für Kraftfahrzeug-Stoßdämpfer

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Ventil mit doppeltem Durchlaß für Kraftfahrzeugstoßdämpfer.

Die federnden Abstützungen der Straßenfahrzeuge müssen sehr unterschiedlichen Dämpfungaansprüchen genügen, insbesondere in Abhängigkeit von dem Zustand der Straßenoberfläche und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.

Insbesondere führen grob rauhe Straßenbeläge, wie Steinpflaster, zu Vibrationen kleiner Amplitude in der Fahrzeugfederung, deren Frequenz relativ hoch liegt; diese Vibratio-

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nen werden Über die Stoßdämpfer auf die Aufhftngungselemente des Fahrzeugs übertragen. Derartige Vibrationen, die insbesondere bei geringer Geschwindigkeit fühlbar werden und sich deutlioh von den Verformungen der Federung mit großen Amplituden abheben, sind für die Fahrzeuginsassen unangenehm und können auch AnIaB zu Schäden oder vermehrtem Unterhaltungsaufwand am Fahrzeug sein·

Um die Wirkungen dieser relativ schnellen Vibrationen zu vermindern, wendet man im allgemeinen zwei bekannte Maßnahmen an, die entweder einzeln oder meist in Kombination benutzt werdent

Die erste dieser Maßnahmen besteht darin, elastische Stutzringe aus Kautaohuk oder ähnlichem Material an den Verbindungsstellen des Stoßdämpfers mit denjenigen bei den Bauelementen anzuordnen, mit denen er verbunden ist« Diese w gummielastisohen Ringe müssen jedoch unter Berücksichtigung der maximalen zu übertragenden Kräfte berechnet und ausgelegt werden; sie sind infolgedessen für kleine Kräfte zu hart. Außerdem nimmt ihre Härte mit der Benutzungsdauer zu und sie haben schließlich für die Dämpfung leichter kleiner Vibrationen keine Bedeutung mehr·

Die zweite dieser Maßnahmen besteht darin, in den Stoßdämpfern außer den Flüssigkeitsdurchlässen, von denen der hydraulische Widerstand des Stoßdämpfers abhängt und die zu I

OR»Q«NAL

diesem Zweck durch federbelastete Ventile oder Klappen gesteuert werden, zumindest einen ständig offenen Durchlaßkanal vorzusehen, der einen freien Flüssigkeitsdurchtritt gestattet? durch diesen Kanal werden Flüssigkeitspulsationen, welche auf Vibrationsstöße kleiner Amplitude und hoher Frequenz zurückzuführen sind, möglich, ohne nennenswerte hydraulische Widerstände im Stoßdämpfer zu erzeugen, die sich auf das aufgehängte Bauelement des Fahr- ™ zeugs übertragen könnten. Der Querschnitt dieser ständig offenen Kanäle kommt jedoch zu dem durch ein Ventil oder eine Klappe gesteuerten Flüssigkeits-Durchflußquerschnitt des Stoßdämpfers hinzu, der geöffnet wird, wenn Schwingungen mit großer Amplitude auftreten. Die Dämpfung dieser großen Schwingungen erfordert jedoch einen großen hydraulischen Widerstand und bedingt infolgedessen einen sehr kleinen Durchflußquerschnitt der Flüssigkeit. Bei dieser bekannten Maßnahme ist also die für Vibrationen mit kleiner i Amplitude angestrebte "Weichheit" der Stoßdämpferwirkung unvereinbar mit dem Erzielan eines großen Dämpfungswiderstandes für Schwingungen großer Amplitude.

Andererseits hat ein ständig offener Durchflußkanal, selbst von kleinem Querschnitt, den Nachteil, daß man keinen Dämpfungswiderstand erhalten kann, der langsame sekundäre Schwingungsbewegungen oder Schwankungen kleiner Frequenz verhindert; es treten infolgedf r:;or Itoll- und Hick-

bewegungen des Fahrzeuges sowie bei Kurvenfahrt starke Seitenneigungen auf, die wiederum von den Inaassen als störend empfunden werden und ein einwandfreies Spurhalten auf der Straße beeinträchtigen·

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, die soeben erwähnten Nachteile der bisher bekannten hydraulischen Ventile mit doppeltem Durchlaß für Kraftfahrzeug-P Stoßdämpfer zu vermeiden·

Ein erfindungsgemäßes hydraulisches Ventil mit doppeltem Durchlaß für Kraftfahrzeug-Stoßdämpfer, das zwischen die durch den Stoßdämpferkolben getrennten Flüssigkeitsräume eingeschaltet ist und zumindest ein bewegliches Abschlußglied enthält, das gegen eine elastische Rückführkraft von dem Plüssigkeitsdruck gesteuert wird, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß es zumindest zwei unterschiedliche Flüssigkeits-Durchflußkanäle mit unter-P schiedlichen Querschnitten aufweist, die relativ zueinander in der Richtung der Bewegungen des Abschlußgliedee versetzt sind und in der Ruhestellung des Abschlußorgans durch einen Teil bzw· einen Träger dieses Organs verschlossen sind, wobei der Kanal mit größerem Querschnitt durch Bewegungen kleiner Amplitude des .Abschlußorgans unter der Wirkung plötzlicher Flüssigkeitsdrücke, die durch Stoßbewegungen kleiner Amplitude entstehen, geöffnet wird und der Kanal mit kleinerem Querschnitt bei größeren Bewegunga-

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BAO ORIGiNAt.

amplituden des Abschlußorgans an die Stelle des Kanals mit großem Querschnitt tritt»

Nähere Einzelheiten und technische Vorteile des erfindungsgemäßen hydraulischen Stoßdämpfer-Ventils werden sich aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind ο In der Zeichnung zeigen» ^

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Stoßdämpferventil mit einem Abschlußorgan, das zwei Durchflußöffnungen aufweist und durch eine einzige Rückführfeder gesteuert ist 5

Figo 2 einen Querschnitt durch das Ventil nach Jig« 1 längs der linie II-II der Figo 1;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich der in Figo 1, wobei jedoch das Abschlußorgan in der Stellung nach Schließen des Durchlasses oder Kanals von großem Querschnitt dargestellt ist j ä

Figo 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 von einer Ausführungsvariante mit zwei Rüokführfedern für das Abschlußorgan j

Fig. 5 eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung mit zwei Abschlußorganen, die ie aus einer elastischen Membran bestehen.

i;ei deiii Ausführimgübeispiel nuch Figo 1 hat, d;^ Ventil elnt;n Vfiijtilkorper 1 mit einer Bohrung, in der 3in Ab-

./iiduüur^in ;: η iah verweb ie bor kann, da;; ;j.t-i tiri^-r;, Kolben

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besteht, der einen Außenbund 3 zum Abdichten und Abstützen an dem den Träger des Abschlußorgans bildenden Ventilkörper 1 aufweist und unter der Wirkung einer Rückstellfeder 4 steht, die sich auf einen druckaufnehmenden Bauteil 5 abstützt, der seinerseits fest mit dem Körper 1 verbunden ist β An einer der Seiten des Abschlußorgans 2 ist ein seitlich offener Längs-Kanal 6 mit großem Querschnitt angeordnet, während auf der gegenüberliegenden Seite des Abschlußorgans (Figo 2) ein Kanal 7 von kleinem Querschnitt vorgesehen ist; der Kanal 7 kann vorzugsweise einen veränderlichen Querschnitt aufweisen, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Es sei darauf aufmerksam gemacht, daß das dargestellte Ventil entweder in dem Kolben des Stoßdämpfers sitzen kann, wobei der Kolben den Körper für das Ventil - oder vielmehr zwei gegensinnig angeordneten Ventile - bildet, oder das Ventil kann in irgendeinem anderen geeigneten Bauteil des Stoßdämpfers angeordnet sein.

Das dargestellte Ventil wirkt in folgender Weiset

In der Ruhestellung liegt der Bund 3 des Abschlußorgans 2 an der unteren Sitzfläche am Körper 1 an, er wird durch die Feder 4 angedrückt; damit ist ,jeder Durchtritt von Flüssigkeit durch die Kanäle 6 und 7 unterbundene Wenn aer Stoßdämpfer einem kurzzeitigen Stoß kleiner Amplitude ausgesetzt wird, so verschiebt der oberhalb deg Abschluß-

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BAD ORIGINAL

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organs 2 entstehende Druck dieses Organ gegen die Wirkung der Rückführfeder 4, wobei der Kanal 6 freigelegt wird, der ein plötzliches Hindurchfließen der Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles f.. gestattet. Da die anfängliche Spannung der Feder 4 sehr klein, gegebenenfalls sogar etwa Hull sein kann, bleibt der Flüssigkeitsdruck ebenfalls gering. Der hydraulische Widerstand, den der Stoßdämpfer einer kurzen und schwachen Stoßbeanspruchung entgegensetzt, ™ ist auf einen geringen Betrag begrenzt, er wirkt nur während der sehr kurzen Dauer des ersten Stoßes; die Stoßwirkungen werden nicht auf den aufgehängten Fahrzeugteil übertragen. Andererseits ist der durch den Stoßdämpfer erzeugte hydraulische Widerstand stets genügend groß, um langsame Bewegungen kleiner Frequenz zu unterbinden, wie die RoIl- und Hickbewegungen des aufgehängten Fahrzeugteils oder die Seitenneigungen beim Durchfahren von Kurven,

Bei einer Schwingungsbewegung wesentlich größerer Amplitude und infolgedessen längerer Dauer wird auch der Weg des Abschlußorgans entsprechend größer; die Rückführwirkung der Feder 4 bleibt zunächst noch relativ gering, bis der Durchlaßkanal 6 durch einen über ihm an dem Absehlußorgan 2 vorgesehenen Abschlußteil 2a geschlossen ist. Gleichzeitig wird jedoch der Durchflußkanal 7 von kleinem querschnitt stetig geöffnet (Fig. 3), er steuert dann das Durchfließen der Flüssigkeit auf dem durch den Pfeil f_? bezeichneten Weg« Dabei tritt eine schnelle Steigerung des

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Flüssigkeitsdruckes und der Gegenkraft der RüokfUhrfeder 4 ein, die in'jedem Augenblick dem Flüssigkeitsdruck die Waage hält; die Größe dieser Drücke ist von den Augenblickswerten der Bewegungsgeschwindigkeit des Stoßdämpferkolbens und dem Widerstand im Durohflußkanal abhängig. Auf diese Weise kann der hydraulische Widerstand des Stoßdämpfers bei Schwingungen großer Amplitude leicht in Abhängigkeit von der ge-™ wünschten Dämpfung vorherbestimmt werden, unabhängig von der Dämpfung der Vibrationen kleiner Amplitude·

Die Fig. 3 zeigt, daß der Anfang des Kanals 7 von kleinem Querschnitt, relativ zu dem Kanal 6 mit großem Querschnitt derart angeordnet ist, daß bereits vor dem vollständigen Abschließen des Kanals 6 ein geringer Durchfluß duroh den Kanal 7 möglich ist, um eine gewisse Kontinuität für das Durchlassen der Flüs sigkeit bei Schwingungen großer Amplitude zu gewährleisten·

In bestimmten Fällen kann es sich als vorteilhaft erweisen, zwei Rückführfedern für das Abschlußorgan vorzusehen, um zwei unterschiedliche Federoharakteristiken für das Rückführen dieaes Organs zu erhalten·

Das Absohlußorgan 2 wird dann duroh eine wenig belastete und für die Dämpfung von Vibrationen kleiner Amplitude bestimmte Feder 8 in seine Ruhestellung zurüokgeführt} die starke Feder 4, die zur Dämpfung der Schwingungen großer

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Amplitude vorgesehen ist, wirkt auf eine das Abschlußorgan "unterseitig" abdeckende Ringhaube 9» die an ihrem Rand mit Durchbrüchen 10 für das Hindurohtreten der Pludsigkeit versehen ist und einen hart federnden Anschlag bildet, auf · den sich das Abschlußorgan 2 vor dem Verschließen des mit großem Querschnitt ausgeführten Kanals 6 abstützt. Diß se Abstufung der Federungscharakteristik durch· die Verwendung zweier Federn unterschiedlicher Spannung oder Steifigkeit macht es möglich, der Feder 4 bereits eine verhältnismäßig große Anfangsspannung zu geben, ohne dadurch die Weichheit der Dämpfung kleiner Vibrationen zu beeinträchtigen.

Die Fig· 4 zeigt außerdem, daß der Kanal 7 mit kleinem Querschnitt, der zunächst auf der dem Kanal 6 gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, auch durch einen Kanal 7* ersetzt werden kann, der in der Verlängerung des Kanals 6 an dem Ventilabschlußorgan vorgesehen ist_e λ

Die Fig» 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der das Ventil zwei gegensinnig wirkende Abschlußorgane für den Flüssigkeitsdurchtritt in beiden Richtungen aufweist, die je aus einer ringförmigen, federnden ^mbran bestehen und an einem gemeinsamen Ventilkörper anliegen, der beispielsweise der Kolben des Stoßdämpfers sein kann»

Ein den Stoßdämpferkolben bildender Körper 11 ist an der Kolbenstange 12 mit Hilfe einer Spannmutter 13 festge-

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legt,· der Kolben verschiebt sich im Inneren des Arbeitszylinders 14 des Stoßdämpfers» Eine elastische Membran 15 in Ringscheibenform, die beispielsweise aus mehreren aufeinandergelegten Ringscheiben bestehen kann, ruht mit ihrem Umfang auf einem Ringsitz 16 an dem Körper 11 und wird durch eine schwache flache Scheibenfeder 17 angedrückt, die ihrerseits an der Stange 12 durch einen Sprengring 18 gehalten ist. An der gegenüberliegenden Stirnfläche des Körpers ist eine zweite elastische Ring-Membran 19 angeordnet, ähnlich der Membran 15; diese Membran 19 liegt mit ihrem Umfang auf einem runden Sitz 20 an dem Körper 11 auf· Die Membran 19 wird durch eine Schulter 21 der Mutter 13 ohne Anfangsspannung oder unter einer nur sehr geringen Anfangsspannung an den Sitz 20 angelegte

Die Membranen 15 und 19 können mit einem sehr geringen Spiel auf den zylindrischen Abschnitten 22 und 23 der •Kolbenstange 12 und der Kolbenspannmutter 13 gleiten; sie begrenzen zusammen mit dem Körper 11 je einen flachen Hohlraum 24 beziehungsweise 25, die Hohlräume stehen miteinander durch Bohrungen 26 in Verbindung.

An der Kolbenstange 12 ist ein Kanal 27 von großem Querschnitt, der durch eine eingeschnittene Nut gebildet ist, und weiterhin ein Kanal 29 mit kleinem Querschnitt vorgesehen. Gleicherweise ist die Kolbenspannmutter 13 mit einem Kanal 28 von großem Querschnitt versehen, der durch eine Längsausfräsung gebildet ist, sowie mit einem Kanal

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von kleinem Querschnitt. Die Kanäle 27, 28 und 29, 30 entsprechen wirkungsmäßig den Kanälen 6 und 7 des Ventils nach den Figo 1 und 4*

Die Arbeitsweise eines Klappenventils mit durch die Membranen 15 und 19 gebildeten Absohlußorganen entspricht grundsätzlich der Wirkungsweise der oben beschriebenen federbelasteten Ventile. -

In ihren Ruhestellungen schließen die Membranen 15 und 19 sämtliche Kanäle 27, 28, 29 und 30 ab„ Bei einem plötzlichen Stoß kleiner Amplitude, der beispielsweise mechanisch von oben nach unten auf den Kolben wirkt, kann sich die untere Ringmembran 19 im Bereich ihres inneren Randes unter der Wirkung einer selbst sehr kleinen Flüssigkeitsdruckkraft nach oben durchbiegen und damit den Kanal 28 mit großem Querschnitt freigeben, wie dies im unteren Teil der Figo 5 mit gestrichelten Linien veranschaulicht ist«. Die Flüssigkeit aus dem unteren Stoßdämpferraum strömt dann leicht durch den Kanal 28, die Bohrungen 26 und an dem Umfang der gegenüberliegenden oder oberen Membran 15 in Richtung des Pfeiles f, in den oberen Stoßdämpferraum hinein, ohne einen nennenswerten hydraulischen Widerstand zu ergeben·

Bei einer Bewegung mit wesentlich größerer Amplitude, die beispielsweise den Kolben nach oben zu drücken sucht, schließt die nach unten gedrückte obere Membran 15 den zu-

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nächst kurzzeitig freigegebenen Kanal 27 mit großem Querschnitt ab. Die Flüssigkeit aus dem oberen Stoßdämpferraum kann dann nur durch den Kanal 29 mit kleinem Querschnitt längs des Pfeiles £, durch den Kolben hindurchfließen| infolgedessen steigt der Druck im oberen Stoßdämpferraum sehr rasch an unefc wölbt die Membran nach unten in die Form einer Kugelkalotte aus, wie dies mit gestrichelten Linien im oberen Teil der Fig· 5 dargestellt ist, bis ein Gleichgewicht zwischen dem Flüssigkeitsdruck und der Spannung der Membran erzielt ist.

Die langsamen Schwingungsbewegungen werden nach Erzeugen der - wenn auch relativ geringen - Drücke gedämpft, die erforderlich sind, um das anfängliche Durchbiegen oder Durchwölben der Membranen 15 und/oder 19 - etwa bis zum Verschließen der Kanäle 27 oder 28 - zu bewirken.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Hydraulisches Ventil mit doppeltem Durchlaß für Kraftfahrzeug-Stoßdämpfer, das zwischen die durch den Kolben des' Stoßdämpfers getrennten Flüa sigkeitsräume eingeschaltet ist und zumindest ein bewegliches Abschlußorgan aufweist, das gegen eine elastische Rückführkraft dem Flüssigkeitsdruck unterworfen wird, gekennzeichnet durch zumindest zwei unterschiedliche Flüs sigkeits-Durehflußkanäle *(6, 7 bzw, 27, 28, 29, 30} von unterschiedlichen Querschnitten, die in Richtung der Bewegungen des Abschlußorgans (2 bzw» 15» 19) relativ zueinander versetzt und in der Ruhestellung des Abschlußorgans durch einen Teil bzw· einen Träger (3» 1 bzw. 15, 16, 19» 20) dieses Organs verschlossen sind, wobei der Kanal (6 bzw· 27» 28} mit größerem Querschnitt durch Bewegungen kleiner Amplitude des Abschlußorgans unter der Wirkung plötzlicher Drücke der Flüssigkeit, die durch Stoßbewegungen kleiner Amplitude entstehen, freigegeben wird und der Kanal (7 bzw_e 29» 30): mit kleinerem Querschnitt durch Bewegungen des Absohlußorgans mit größerer Amplitude anstelle des Kanals mit großem Querschnitt tritt·
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhestellung des Abschlußorgans (2 bzw· 15» 19) die elactische Rückstellkraft kleiner als diejenige Kraft iat, die

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   auf das Abschlußorgan durch Flüssigkeitsdrücke auf Grund langsamer Schwingungen einwirkt·
3. 3. Ventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Rückführkraft durch zwei Federn (4/ 8) mit unterschiedlichen Kennlinien erzeugt ist, Von denen die schwächere (8) zur Steuerung der Bewegungen des Abschlußorgans (2) während des öffnens des Kanals (6) mit großem Querschnitt wirkt und die gemeinsame Wirkung beider Federn zur Steuerung der Bewegungen des Abschlußorgans mit großer Amplitude bestimmt ist.
4. 4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! daß das Abschlußorgan aus einem Kolben (2) besteht, in dem die unterschiedlichen DurchflußkanÄle (6, 7) für die Flüssigkeit angeordnet sind und der in einem Führungsträger (1) gehalten und geführt ist, welcher die betreffenden Kanäle in der Ruhestellung des Abschlußorgans abschließt·
5. 5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußorgan aus einer elastischen Scheibenmembran (15 bzw· 19) besteht, deren den Drücken proportionale Verformungen nacheinander den Kanal (27 bzw. 28) von großem Querschnitt und den Kanal (29 bzw. 30) mit kleinem Querschnitt öffnet, die ihrerseits in einem Zentrier- und axialen Hältekörper (12 bzw. 13) der kiembran vorgesehen sind·

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