DE1775663A1

DE1775663A1 - Schwingungsdaempfer,insbesondere mit einer zwischen Kolbenstangenende und Zylinder eingespannten Schraubenfeder

Info

Publication number: DE1775663A1
Application number: DE19681775663
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl-Ing Lutz
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Sachs AG
Priority date: 1968-09-06
Filing date: 1968-09-06
Publication date: 1972-04-13
Also published as: US3625321A; GB1230231A; DE1775663C3; FR2017486A1; DE1775663B2

Description

FICHTEL & SACHS AG'- SCHWEINFURT/M

PATENT- UNn GRBRAUCHSMUSTERHILF.SANMELDUNG

Schwingungsdämpfer, insbesondere mit einer zwischen Kolbenstangenende und Zylinder eingespannten Schraubenfeder

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer, insbesondere * mit einer zwischen Kolbenstangenende und Zylinder eingespannten Schraubenfeder, der einen im Flüssigkeitsgefüllten Zylinder gleitenden Dämpfkolben aufweist, während der mit einer Flüssigkeits- und Gasfüllung versehene Ausgleichsraum fest mit der im Abschlußdeckel des Zylinders geführten Kolbenstange verbunden ist.

Durch die französische Patentschrift 1 512 209 ist ein Schwingungsdämpfer bekannt, dessen Ausgleichsraum fest mit der Kolbenstange verbunden und dem austrittsseitigen Ende der Kolbenstange zugewendet ist. Nachteilig bei dieser Ausführung ist die Befestigung des Ausgleichs- " behälters an der Kolbenstange und dem Kolben. Diese Teile müssen äußerst exakt hergestellt sein, damit keinerlei Fluchtungsfehler zwischen Kolbenstange, Kolben und Ausgleichsbehälter auftritt, denn ein solcher Pluchtungsfehler führt unweigerlich zu einem Führungsklemmen der KoI-benstange in der Kolbenstangenführung. Außerdem ist bei dieser Ausführung der Kolben selbst recht kompliziert in seinem Aufbau, denn in bzw. an diesem Teil müssen die Dämpfventile und Voröffnungen mit RUcksohlag-

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ventilen für die Zug- und Druokdämpfung sowie die Querbohrungen zum Ausgleichsraum und dessen Rückschlagventil untergebracht sein. Bei größeren senkrecht zur Kolbenstangenachse auftretenden Querkräften biegt sich bei einer derartigen Konstruktion die Kolbenstange durch und es kann leicht zu einem Klemmen der Kolbenstange in der Kolbenstangenführung kommen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der be- _ kannten Konstruktionen zu vermeiden und einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, der einfach in seinem Aufbau und billig in der Herstellung ist und ferner eine hohe Punktionssicherheit - auch bei größeren senkrecht zur Kolbenstangenachse auftretenden Kräften - besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise zwei Dämpfkolben fest auf der Kolbenstange angeordnet sind, wobei diese Dämpfkolben zusammen mit der Kolbenstange und der Innenwand des Zylinders einen Ringraum bilden und in diesen Ringraum der Verbindungskanal zum Ausgleichsraum mündet oder der Ausgleichsraum P selbst angeordnet ist. Insbesondere für sog. McPherson-Federbeine wird dadurch ein sehr einfacher Aufbau des Schwingungsdämpfers erzielt, da dieser in Einrohrbauart ausgeführt werden kann. Gerade durch die Anordnung des Ringraumes zwischen den Dämpfkolben erhält man eine Stützführung für die Kolbenstange, da bei senkrecht zur Kolbenstangenachse auftretenden Kräften sich beide Kolben an der Zylinderinnenwand abstützen und so die auf Biegung beanspruchte Kolbenstange in der Kolbenstangenführung keine Neigung zum Klemmen aufweist. Die Dämpfkolben selbst sind einfach in ihrer Herstellung und weisen lediglich die Dämpf-

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ventile auf. Schwierigkeiten hinsichtlich der Herstellung dieses Ringraumes treten dabei nicht auf, denn die Herstellung und Befestigung der Kolben auf der Kolbenstange ist technisch ohne weiteres mit der erforderlichen Genauigkeit lösbar, so daß Pluchtungsfehler zwischen Kolbenstange und Kolbenstangenführung nicht auftreten.

Damit erst ab einer bestimmten senkrecht auf die Kolbenstange wirkenden Kraft eine Abstützung durch den zweiten Dämpfkolben erzielt wird, ist dieser dem Abschlußdeckel des Zylinders näher gelegene Dämpfkolben, wie die Erfindung zeigt, mit einem kleineren Außendurchmesser versenen · ™ als der am Ende der Kolbenstange befestigte Dämpfkolben. Eine geringe Durchbiegung der Kolbenstange wird daher noch kein Anliegen des Dämpfkolbens an der Zylinderinnenwand hervorrufen und dementsprechend auch keinen erhöhten Reibwiderstand erzeugen. Dieser dem Abschlußdeckel des Zylinders näher gelegene Dämpfkolben weist einen in der Nut des Kolbens radial beweglichen Kolbenring auf, welcher den Abstand zwischen Kolben und Zylinderinnenwand überbrückt. Dieser Abstand beträgt im Mittel etwa 0,1-0,3 mm.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in dem Ringraum zwischen den Dämpfkolben eine Membrane eingespannt, welche die Gasfüllung von der PlUssigkeitsfüllung trennt. Die Anordnung der Membrane zwischen diesen beiden Dämpfkolben ergibt einen sehr einfachen Aufbau des Einrohr-Schwingungsdämpfers entsprechend der Erfindung. Gleichzeitig ist die Montage der Membrane recht einfach, da sie mittels eines Distanzrohres und an den Kolben anliegenden Abstützscheiben erfolgt.

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Um ein Anlegen der Membrane an dem Zylinderrohr in Jedem Falle zu vermeiden, weist - entsprechend der Erfindung - die zwischen den Dämpfkolben befindliche Membrane in der mittleren Kolbenstellung einen Querschnitt auf, der ungefähr der Form einer mehrbogigen Trochoide entspricht.

Entsprechend der Erfindung"ist die Membrane selbst bei mittlerer Kolbenstellung spannungslos. Dadurch werden die Biegespannungen der Membrane niedrig gehalten und es wird ein Undefiniertes Einknicken dieser Membrane vermieden, denn die mittlere Kolbenstellung entspricht der Niveaulage des Fahrzeuges, also dem normalen Fahrzustand des Kraftfahrzeuges.

Damit keine unbeeinflußbare Faltenbildung zu kleinen·Biegeradien führt und auf diese Weise die Membrane über ihre Festigkeit beansprucht wird, ist es entsprechend der Erfindung besonders zweckmäßig, daß die Membrane am Umfang eine unterschiedliche Wandstärke aufweist.

Naoh einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Kolbenstange in an sich bekannter Weise eine Längsbohrung auf, die über Rädialbohrungen mit der Gasfüllung des Ausgleichsraumes in Verbindung steht. Dadurch ist es möglich, das Gasvolumen auch bei relativ kleinem Ringraum groß zu halten, außerdem wird auf einfache Weise die Schaffung eines Anschlusses für die Niveauregelung erzielt.

Entsprechend der Erfindung ist es aber auch ohne weiteres möglich, den Ausgleichsraum in an sich bekannter Weise am gjrlinderaustrittsseitigen Ende der Kolbenstange anzuordnen und die Kolbenstange als Verbindungs-

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kanal zum Ringraum auszubilden.

Weitere Ausbildungsraöglichkeiten und vorteilhafte Wirkungen ergeben sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im nachfolgenden beispielsweise dargestellten Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform, bei der die

Kolbenstange hohl ausgebildet ist und eine Oasfüllung aufweist« die mit der Gasfüllung innerhalb der Membrane in Verbindung steht;

Fig. 3 den Ansohluß der Kolbenstange an eine Niveauregeleinriohtung;

Fig. k einen Querschnitt in vergrößerter Darstellung gemäß der Schnittlinie III/III in Fig. 1;

Fig. p einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,

wobei der Auegleichsraum am Ende der Kolbenstange angeordnet ist.

In der Ausführungafor« nach Fig. 1 sind die Dämpfkolben 2 und 3 i» Abstand voneinander auf der Kolbenstange 1 befestigt. Zwischen diesen beiden Dämpfkolben 2 und 3 befindet sich der Ringraun 10, der voa Arbeitsraum 9 oberhalb des Dämpfkolbens 2 duroh die Dämpfventil· 6 und getrennt ist, während der Arbeitsraum 8 unterhalb des Dlepfkolbens 3 über die DMapfventile 6 und 7 mit dem Ringrau« 10 in Verbindung steht.

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An zylinderaustrittsseitlgen Ende der Kolbenstange 1 ist der Abschlufideokel 5 1« Zylinder 4 befestigt. Dieser AbschluSdecfcel 5 dient als Führung für die Kolbenstange 1 und gleichzeitig zu deren Abdichtung gegenüber dem Arbeitsraue 9. Im Ringraum 10 ist die Membrane 11 angeordnet, die durch das Distanzrohr 15 und die Abstützsoheiben 12 zwischen den Dämpfkolben 2 und 3 eingespannt ist und die Gasfüllung von der Flüssigkeitsfüllung trennt. An einem in einer Nut der Kolbenstange befindlichen Drahtring stützt sich eine am Dämpfkolben 2 angeordnete ^ Abstützscheibe 13 ab, während die andere Abstützscheibe 13 am Dämpfkolben 3 angeordnet 1st und sich gegen die am Ende der Kolbenstange 1 befindliche Mutter anlegt. Die zwischen diesen beiden Abstützscheiben befindlichen Teile werden durch die am Ende der Kolbenstange befindliche Mutter zusammengedrückt. Der oberhalb des Drahtringes auf die Kolbenstange 1 aufgeschobene Anschlag 14 stützt sich auch an diesem Drahtring ab. Der Dämpfkolben 2 weist einen kleineren Außendurchmeeser auf als der Dämpfkolben 3 und besitzt eine Mut für den Kolbenring 16, die eine Radialbewegung des Kolbenringes um mindestens den Betrag des Spaltes zwischen Kolben und Zylinder zuläßt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß die Kolbenstange 1 eine Längsbohrung 17 aufweist, die über Radialbohrungen 18 mit der Oasfüllung innerhalb der Membrane 11 in Verbindung steht. Durch diese Ausgestaltung der Kolbenstange ist es ohne weiteres möglich, den Gasraum zu vergrößern. Ebenso kann, wie dies Fig. 3 zeigt, über die Kolbenstange 1 eine niveauregelung vorgenommen werden, indem die Kolbenstange 1 mit einem Anschlußstück 19 versehen ist, welches einen Kanal 20 aufweist, und dieses

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AnschlußstUck I9 mit einer Anschlußleitung 21 verbunden ist.

Die Fig. 4 zeigt die Membrane 11 im Querschnitt. Entsprechend der Kolbenstellung verändert diese Membrane 11 ihre Form und nimmt bei voll eingefahrenem Kolben die gestrichelt eingezeichnete Lage 23 ein, d. h., die Membrane liegt teilweise an dem auf der Kolbenstange 1 angeordneten Distanzrohr 15 an. Bei voll ausgefahrener Kolbenstange dagegen nimmt die Membrane 11 die Lage 22 ein, die in dieser Figur strichpunktiert dargestellt ist. In dieser Lage darf die Membrane 11 die Innenwand des Zylinders 4 nicht berühren, da beim Arbeiten des Λ Stoßdämpfers eine Relativbewegung zwischen dieser Membrane 11 und dem Zylinder 4 stattfindet.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von den beiden bisherigen Ausführungsformen dadurch, daß am 2yllnderaustrittsseitigen Ende der Kolbenstange 1 der Ausgleichsraum 26 angeordnet ist. Eine in diesem Ausgleichsraum 26 angeordnete Membrane trennt die Flüssigkeitsfüllung von der Gasfüllung. Der Verbindungskanal zwischen Ausgleichsraum 26 und Ringraum 10 wird durch die Längsbohrung 17 und die Radialbohrungen 18 in der Kolbenstange 1 gebildet. Zwischen dem Gehäuse des Ausgleichsrauraes 26 und einem auf dem Zylinder 4 befestigten Federteller 28 ist die Schraubenfeder 25 angeordnet, während der Achsschenkel 24 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Bei dieser Fig. 5 handelt es sich also um ein sog. McPherson-Federbein.

Durch entsprechende konstruktive Ergänzungen können ebenso gut die Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 als McPherson-Federbeine

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ausgebildet werden.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Wirkungsweise der.in den Figuren dargestellten Ausführungsformen wird davon ausgegangen, daß die Schwingungsdämpfer bzw. Federbeine zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern des Kraftfahrzeuges eingebaut sind. Beim Einfahren der Kolbenstange 1 in den Zylinder 4 wird durch den mit der Kolbenstange 1 verbundenen Dämpfkolben 3 und das Dämpfventil 7 dieses Dämpfkolbens im Arbeitsraum 8 ein höherer Druck erzeugt, der auf den Dämpfkolben 5 wirkt. Das in dem Arbeitsraum 8 beim Einfahren verdrängte Flüssigkeitsvolumen strömt über den Ringraum 10. Das Flüssigkeit svolumen in diesem Ringraum 10 vermehrt sich bei dieser Einfahrbewegung um das hierbei zusätzlich in den Zylinder 4 eintauchende Kolbenstangenvolumen, während das Restvolumen über das Rückschlagventil 6 im Dämpfkolben 2 in den Arbeitsraum 9 fließt. Hierbei wird die innerhalb der Membrane 11 befindliche Gasfüllung zusammengedrückt. Um eine größere Gasfüllung zu erhalten, kann dabei der Raum innerhalb der Membrane 11 mit einer Gasfüllung in der Bohrung 17 der Kolbenstange 1 verbunden werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Zur Zugdämpfung, d. h., beim Ausfahren der Kolbenstange 1 aus dem Zylinder 4 wird in dem Arbeitsraum 9 oberhalb des Dämpfkolbens 2 ein höherer Druck erzeugt, wobei die aus dem Arbeitsraum 9 verdrängte Flüssigkeit über das Dämpfventil 7 im Dämpfkolben 2 in den Ringraum fließt und von dort über das Rückschlagventil 6 in den Arbeitsraum 8. Da sich beim Ausfedern das Volumen für die Flüssigkeits- und Gasfüllung um den Betrag des ausgefahrenen Kolbenstangenvolumens erhöht, dehnt sich die Gasfüllung innerhalb der Membrane 11 um diesen Betrag aus,

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wodurch in den Arbeitsraum 8 diese zusätzliche Flüssigkeitsmenge aus dem Ringraum 10 über das Rückschlagventil 6 fließt. Sowohl bei der Druck- als auch bei der Zugdämpfung ergibt sich in den Arbeitsräumen 8 bzw. 9 ein von der Kolbengeschwindigkeit abhängiger Druck und es wird dementsprechend auch eine Kolbengeschwindigkeitsabhängige Dämpfung erzielt.

Die Membrane 11 nimmt in der mittleren Kolbenstellung dabei die Lage ein, wie sie in Fig. 4 durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist. Λ Hierbei ist es besonders vorteilhaft, diese Membrane so zu gestalten, daß in dieser Lage keine Eigenspannungen der Membrane auftreten, d. h., die Membrane 11 hat ungefähr die Form einer dreibogigen Trochoide. Die Biegespannungen dieser Membrane werden, wenn man von dieser der Mittelstellung des Kolbens entsprechenden Form ausgeht, beim Ein- bzw. Ausfahren der Kolbenstange nicht sehr hoch, so daß die Membrane in keinem Falle über ihre Festigkeit beansprucht wird. Gleichzeitig wird auch ein Anliegen der Membrane 11 an der Innenwand des Zylinders vermieden, so daß sich die Lebensdauer einer derartigen Membrane wesentlich erhöht .

Die Wirkungsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 5 entaprioht denen der bereits beschriebenen Ausführungsformen, denn der Ausgleicharaum 26 steht mit dem Ringraum 10 durch den ständig offenen Verbindungakanal 17 und 18 in der Kolbenstange 1 in Verbindung. Die Auaführungsformen entsprechend den Figuren 2, 3 und 5 gestatten auf einfache Weise den Anschluß an eine Niveauregeleinrichtung.

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Da McPherson-Federbeine mindestens einen Teil der Radführungskräfte übernehmen und dementsprechend Kräfte auf die Kolbenstange wirksam werden, die senkrecht zur Kolbenstangenachse verlaufen, werden diese Kolbenstangen sehr stark auf Biegung beansprucht. Um eine gute Führung für die Kolbenstange zu schaffen, ist der Dämpfkolben 2 mit einem um etwa 0,2-0,6 mm geringeren Durchmesser ausgeführt als der Dämpfkolben Der Dämpfkolben 2 besitzt außerdem einen Kolbenring 16, der in der Nut des Dämpfkolbens radial beweglich geführt ist. Beim Durchbiegen der Kolbenstange legt sich dieser Dämpfkolben 2 an die Innenwand des Zylinders 4 an, wodurch sich eine Abstützung der Kolbenstange an dieser Stelle ergibt. Die Kolbenstange wird also in ihrer Durchbiegung begrenzt, so daß keinerlei Klemmen der Kolbenstange in der Führung des Abschlußdeckels 5 eintreten kann.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielsweise dargestellten Ausführungsformen, sondern kann im Rahmen des Erfindungsgedankens weitgehend abgewandelt werden. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, ein derartiges Federbein in einfacher Weise als voll- oder teiltragendes Luftfederelement auszubilden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Schwingungsdämpfer, insbesondere mit.einer zwischen Kolbenstangenende und Zylinder eingespannten Schraubenfeder, der einen im flüssigkeitsgefüllten Zylinder gleitenden Dämpfkolben aufweist, während der mit einer Flüssigkeits- und Gasfüllung versehene Ausgleichsraum fest mit der im Abschlußdeckel des Zylinders geführten Kolbenstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwei Dämpfkolben (2, 3) fest auf der Kolbenstange (1) angeordnet sind, wobei diese Dämpfkolben (2, 3) zusammen mit der Kolbenstange (1) und der Innenwand des Zylinders (4) einen Ringraum (10) bilden und in diesen Ringraum (10) der Verbindungskanal (17* 18) zum '" Ausgleichsraum (26) mündet oder der Ringraum (10) selbst den Ausgleichsraum bildet.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Abschlußdeckel (5) des Zylinders (4) näher gelegene Dämpfkolben (2) einen etwa 0,2-0,6 mm kleineren Außendurchmesser aufweist als der am Ende der Kolbenstange (1) befestigte Dämpfkolben (3).

3. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- ä zeichnet, daß in dem Ringraum (1O) zwischen den Dämpf kolben (2, 3) eine Membrane (11) eingespannt ist, welche die Gasfüllung von der Flüssigkeitsfüllung trennt.

4. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Dämpfkolben (2, 3) befindliche Membrane (11) in der mittleren Kolbenstellung einen Querschnitt aufweist, der ungefähr der Form einer mehrbo^irren "JTrochoide entspricht.

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5. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (11) selbst bei mittlerer Kolbenstellung spannungslos ist.

6. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1-5# dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (11) am Umfang eine unterschiedliche Wandstärke aufweist.

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7. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (1) in an sich bekannter Weise eine Längsbohrung (17) aufweist, die über Radialbohrungen (18) mit der Gasfüllung

des Ausgleichsraumes in Verbindung steht.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (26) in an sich bekannter Weise am zylinderaustrittsseitigen Ende der Kolbenstange (1) angeordnet ist und die Kolbenstange (1) als Verbindungskanal (17* 18) zum Ringraum (1O) ausgebildet ist.

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