DE19712640B4

DE19712640B4 - Dämpfer mit Geräuschdämpfung

Info

Publication number: DE19712640B4
Application number: DE1997112640
Authority: DE
Inventors: Stefan Deferme
Original assignee: Tenneco Automotive Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Inc
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: DE19712640A1

Abstract

Dämpfer mit:
einem Druckzylinder (20), der eine Arbeitskammer (22) zur Aufnahme eines Dämpfungsfluids bildet;
einer Kolbenstange (30), die zumindest teilweise innerhalb des Druckzylinders (20) angeordnet ist;
einem Kolbenkörper (40), der an der Kolbenstange (30) befestigt und in dem Druckzylinder (20) angeordnet ist, um die Arbeitskammer (22) in zwei Abschnitte (26, 28) zu unterteilen;
einer ständig offenen Strömungsverbindung zwischen den beiden Abschnitten (26, 28) der Arbeitskammer (22);
einem ersten ringförmigen, axial verlaufenden Steg (72), der zu dem Kolbenkörper (40) koaxial ist;
einem zweiten ringförmigen, axial verlaufenden Steg (74), der zu dem Kolbenkörper (40) koaxial ist;
einem dritten ringförmigen, axial verlaufenden Steg (86), der zu dem Kolbenkörper (40) koaxial und zwischen dem ersten Steg (72) und dem zweiten Steg (74) angeordnet ist;
wobei bei einer Bewegung des Kolbenkörpers (40) im Druckzylinder (20) Dämpfungsfluid über den ersten Steg (72) und dritten Steg (86) strömt;...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dämpfer, insbesondere einen Schwingungsdämpfer einer Aufhängung für ein Kraftfahrzeug.
Wenn in derartigen Dämpfern das Dämpfungsfluid in der Druck- und Zugstufe strömt, neigt das Dämpfungsfluid dazu, ein hörbares Zischgeräusch zu erzeugen, das für das menschliche Ohr unangenehm ist. Diese Zischgeräusche sind im allgemeinen bei Hüben geringer Geschwindigkeit zu hören, und zwar wegen der relativ geringen Umgebungsgeräusche zu diesem Zeitpunkt. Zischgeräusche sind jedoch manchmal auch bei Hüben höherer Geschwindigkeit zu hören. Die Zischgeräusche entstehen in erster Linie dadurch, dass das Dämpfungsfluid durch eine Öffnung strömt, die eine Strömungsdrosselung bewirkt, ehe das Dämpfungsfluid in eine Kolbenbohrung eintritt, in der die Strömungsdrosselung verringert wird (d.h. der Strömungsquerschnitt wird größer). Durch Verringerung der Strömungsdrosselung wird ein niedriger Druck (entsprechend der Bernoulli-Gleichung) am Eintrittspunkt oder -rand der Kolbenbohrung erzeugt, das zu Kavitation (d.h. Dampfblasenbildung) und hieraus resultierenden Zischgeräuschen führt. Bei herkömmlichen Dämpferkolben tritt dieser Punkt niedrigen Drucks am Eintrittsrand der Kolbenbohrung auf, wo das Fluid in den Strömungsdurchlaß eintritt, da es schwierig ist, Dämpfungsfluid diesem Punkt bzw. Rand zuzuführen.

Ein Dämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 27 27 407 A1 bekannt. Bei dem in 1 dieser Druckschrift offenbarten Schwingungsdämpfer sind an der Unterseite des Kolbens drei ringförmige Stege vorgesehen, die als Ventilsitze dienen und zusammen mit einem Ventilkörper drei Ventilspalte bilden. Alle Ventilsitze liegen in einer Ebene. Zwischen dem äußeren und mittleren Steg ist in dem Ventilkörper ein Entspannungsraum gebildet, der zur Vermeidung von Strömungsgeräuschen dient. Der Entspannungsraum hat die Form eines ringförmigen Kanals halbkreisförmigen Querschnitts. Die spezielle Ausgestaltung des Ventilkörpers erfordert einigen Herstellungsaufwand.

Aus der DE 196 15 584 A1 ist ein Schwingungsdämpfer einer etwas anderen Gattung bekannt, bei dem ein zum Dämpfen von Zischgeräuschen dienender Ring kanal trapezförmigen Querschnitts vorgesehen ist. Bei einer Ausführungsform gemäß 2 sind zwei gleich lange, sich in axialer Richtung erstreckende Stege in einer nicht ständig offenen Strömungsverbindung sowie bei einer Ausführungsform gemäß 3 in einer ständig offenen Strömungsverbindung lediglich zwei Voröffnungsquerschnitte in den sich gleich weit axial erstreckenden Stegen vorgesehen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Technik die Aufgabe zugrunde, einen Dämpfer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so weiterzubilden, dass als Ventilkörper einfache Ventilscheiben verwendet werden können, ohne dass die geräuschdämpfende Wirkung beeinträchtigt wird.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Dämpfer liegen die drei Stege nicht in einer Ebene. Vielmehr hat der mittlere Steg eine geringere axiale Erstreckung als die anderen Stege. Hierdurch wird es möglich, als Ventilkörper eine einfache Ventilplatte zu verwenden, die mit dem mittleren Steg einen geräuschdämpfenden Strömungsspalt bildet, obwohl die Ventilscheibe an den andere Stegen anliegt. Als Ventilkörper kann daher eine gängige standardisierte Ventilscheibe verwendet werden.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1A eine Teilschnittansicht des Dämpfers;
1B eine vergrößerte Schnittansicht eines Kolbens innerhalb des Dämpfers entlang der Linie 1B in 1A;
2A eine vergrößerte Schnittansicht eines oberen Teils der Kolbenanordnung in 1A;
2B eine vergrößerte Schnittansicht der Antizisch-Einrichtung entlang der Linie 2B in 2A;
2C eine Teildraufsicht auf die Antizisch-Einrichtung entlang der Linie 2C in 2B;
Wenngleich die Erfindung insbesondere bei Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, versteht es sich jedoch, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Antizisch-Einrichtung auch bei Dämpfern für andere Einsatzzwecke verwendet werden kann.
Der in 1A dargestellte Dämpfer 10 besitzt einen oberen Anschluß 12 und einen unteren Anschluß 14, die dazu dienen, den Dämpfer 10 an einem Kraftfahr zeug (nicht gezeigt) zu befestigen. Der obere Anschluß 12 ist mit einem oberen Kappenabschnitt 16 des Dämpfers 10 durch Schweißen verbunden. Der obere Anschluß 12 seinerseits wird mit einem Karosserieteil des Kraftfahrzeuges verbunden. In der gleichen Weise ist der untere Anschluß 14 mit einem unteren Kappenabschnitt 18 verbunden, um den Dämpfer 10 an einem Aufhängungsteil des Kraftfahrzeuges befestigen zu können. Das Wort „Dämpfer" wird im übrigen in seinem weitesten Sinne verwendet und umfaßt beispielsweise McPherson-Federbeine wie auch beliebige Stoßdämpfer.
Der Dämpfer 10 weist einen rohrförmigen Druckzylinder 20 auf, der eine ein Dämpfungsfluid enthaltende Arbeitskammer 22 bildet. Innerhalb der Arbeitskammer 22 befindet sich eine hin und her bewegbare Kolbenanordnung 24. Die Kolbenanordnung 24 dient dazu, die Strömung des Dämpfungsfluids zwischen einem oberen Abschnitt 26 und einem unteren Abschnitt 28 der Arbeitskammer 22 zu drosseln, um hierdurch Dämpfungskräfte zu erzeugen. Um Mittel zur Befestigung der Kolbenanordnung 24 innerhalb des Druckzylinders 20 vorzusehen, sind eine axial verlaufende Kolbenstange 30 und ein Kolbenzapfen 32 vorgesehen. Die Kolbenanordnung 24 ist an einem Ende des axial verlaufenden Kolbenzapfens 32 befestigt, der seinerseits mit der Kolbenstange 30 verbunden ist.

Ein Bodenventil 34 ist innerhalb des unteren Abschnitts 28 des Druckzylinders 20 angeordnet und dient dazu, die Strömung von Dämpfungsfluid zwischen der Arbeitskammer 22 und einem ringförmigen Reservoir 36 zu steuern. Das Reservoir 36 ist der Raum zwischen dem Außenumfang des Druckzylinders und dem Innenumfang eines Gehäuses 38. Aufbau und Funktionsweise des Bodenventils 34 können wie in U.S. 3,757,910 sein.

Wie am besten in 1B zu sehen ist, besitzt die Kolbenanordnung 24 einen Kolbenkörper 40 mit mehreren Rippen (nicht gezeigt), die am ringförmigen Außenumfang des Kolbenkörpers 40 angeordnet sind. Die Rippen dienen dazu, eine Hülse 42 aus Teflon festzulegen, die zwischen den Rippen des Kolbenkörpers 40 und dem Druckzylinder 20 angeordnet ist. Die Hülse 42 ermöglicht Bewegungen des Kol benkörpers 40 bezüglich des Druckzylinders 20, ohne zu große Reibkräfte zu erzeugen.

Aufwärtsbewegungen des Kolbenkörpers 40 werden von einem radial verlaufenden Stufenabschnitt 44 und einer Trägerscheibe 46 begrenzt. Abwärtsbewegungen des Kolbenkörpers 40 werden von einer Mutter 48 oder einem ähnlichen Befestigungselement begrenzt, die bzw. das auf den Zapfen 32 des Kolbens geschraubt ist. Eine Schraubendruckfeder 50 ist konzentrisch zu der Tragscheibe 46 angeordnet und liegt an einem Einlaßventil 52 an, das im folgenden noch genauer erläutert wird. Eine zum Rückfedern dienende Schraubenfeder 54 ist konzentrisch zu der Mutter 48 angeordnet und wird am unteren Ende von einem radial nach außen verlaufenden Flansch 56 am unteren Ende der Mutter 48 abgestützt. Das obere Ende der Feder 54 liegt an einem Federfänger 58 an, der seinerseits auf die Unterseite eines scheibenförmigen Ventilgliedes 60 einwirkt, um das Ventilglied 60 in Dichtungsanlage mit dem Kolbenkörper 40 zu drücken.

Der Kolbenkörper 40 besitzt eine erste Gruppe axial verlaufender, in Umfangsrichtung beabstandeter Strömungsdurchlässe 62 und eine zweite Gruppe axial verlaufender, in Umfangsrichtung beabstandeter Strömungsdurchlässe 64. Die erste Gruppe besteht aus drei in Umfangsrichtung beabstandeten Strömungsdurchlässen 62, die zu der ersten Gruppe von Strömungsdwchlässen 64 radial nach außen beabstandet und konzentrisch zu diesen angeordnet ist. Die zweite Gruppe besteht aus ungefähr zwei bis acht in Umfangsrichtung beabstandeten Strömungsdurchlässen 64. Es versteht sich jedoch, daß auch eine andere Anzahl und Konfiguration von Strömungsdurchlässen möglich sind.

Innerhalb einer axial nach unten verlaufenden Gegenbohrung 66 im Kolbenkörper 40 befindet sich ein unterer Ventilsitz 68 in Form eines ringförmig verlaufenden Steges, der zu der zweiten Gruppe von Strömungsdurchlässen 64 radial nach außen beabstandet ist. Der Ventilsitz 68 bildet eine radial verlaufende Fläche, an die sich die Oberseite des scheibenförmigen Ventilgliedes 60 anlegen kann. Das Ventilglied 60 kann am Kolbenkörper 40 dadurch festgelegt werden, daß es zwischen der Kombination aus Mutter 48 und Federfänger 58 und der Kombination aus Ventilsitz 68 und Schulter 70 am Kolbenkörper 40 eingespannt wird. Wenngleich ein einzelnes Ventilglied 60 dargestellt ist, versteht es sich jedoch, daß je nach den Dämpfungserfordernissen auch mehrere Ventilglieder 60 vorgesehen werden können. Wenn sich der Kolbenkörper 40 innerhalb der Arbeitskammer 22 bei einem Rückfederhub hoher Geschwindigkeit nach oben bewegt, strömt Dämpfungsfluid nach unten durch die zweite Gruppe von Strömungsdurchlässen 64, wodurch das Ventilglied 60 entgegen dem Widerstand der Feder 54 nach unten gedrückt wird und dadurch Dämpfungsfluid aus dem oberen Abschnitt 26 in den unteren Abschnitt 28 der Arbeitskammer 22 strömen kann.

Es wird nun auf die 2A und 2B Bezug genommen. Die Oberseite des Kolbenkörpers 40 besitzt einen als Ventilsitz dienenden ersten ringförmigen, axial verlaufenden Steg 72 und einen als Ventilsitz dienenden zweiten ringförmigen, axial verlaufenden Steg 74, der zu dem Steg 72 konzentrisch ist. Der erste Steg 72 und der zweite Steg 74 besitzen radial verlaufende Flächen, die jeweils in der gleichen, zu dem Kolbenzapfen 30 senkrechten Ebene liegen. Diese Flächen werden wahlweise von einer Ventilscheibe 76 des Einlaßventils 52 erfaßt. Die Ventilscheibe 76 ist ein ebenes Ventilglied mit mehreren Einlaßöffnungen 78 für die zweite Gruppe von Strömungsdurchlässen 64, was ermöglicht, daß Dämpfungsfluid bei Rückfederhüben hoher Geschwindigkeit von dem oberen Abschnitt 76 zu dem unteren Abschnitt 28 der Arbeitskammer 22 strömt. Die Ventilscheibe 76 besitzt zwölf Schlitze 80 (2C), die ermöglichen, daß Dämpfungsfluid durch die erste Gruppe von Strömungsdurchlässen 62 strömt, was noch genauer beschrieben wird. An der Oberseite und konzentrisch zu der Ventilscheibe 76 ist ein Einlaßventil 82 angeordnet, die ebenfalls eine ebene Ventilscheibe ist. Das Einlaßventilglied 82 besitzt mehrere Einlaßöffnungen 84, ebenfalls für die zweite Gruppe von Strömungsdurchlässen 64. Wenngleich das Einlaßventil 52 zwei Ventilglieder 76 und 82 besitzt, versteht es sich jedoch, daß das Einlaßventil 52 je nach den Dämpfungserfordernissen in der Druckstufe sowie unterschiedliche Anzahlen von Einlaßöffnungen 78 und 84 sowie Schlitze 80 aufweisen kann.

Konzentrisch zu und zwischen dem ersten Steg 72 und dem zweiten Steg 74 befindet sich ein axial verlaufender Untersteg 86. Der Untersteg 86 erstreckt sich in axialer Richtung geringfügig weniger weit als der erste Steg 72 und der zweite Steg 74, und zwar um ungefähr 0,09 mm, und besitzt eine obere radial verlaufende Fläche von ungefähr 0,30 mm Breite, was ungefähr die gleiche Breite wie die der beiden Stege 72 und 74 ist. Zwischen dem ersten Steg 72 und dem Untersteg 86 befindet sich eine ringförmige Antizisch-Kammer 88, die zu den Stegen 72, 74 und 86 konzentrisch ist. Die Kammer 88 hat eine ringförmige, konkave, halbkugelförmige Gestalt einer Breite von ungefähr 1,0 mm und eine Tiefe von ungefähr 0,6 mm. Die Ränder 90 der Kammer 88 haben einen Einlaßwinkel 91 von ungefähr 90°, im Gegensatz zu den Einlaßwinkeln von 120° an den Rändern 92 der Strömungsdurchlässe 62. Es versteht sich, daß die Kammer 88 nicht auf die beschriebenen Abmessungen beschränkt ist. Außerdem muß der Einlaßwinkel 91 am Rand nicht 90° sein, sondern kann auch weniger als 90° sein.

Wenn im Betrieb in der Zugstufe ein Rückfederhub niedriger Geschwindigkeit erfolgt, strömt Dämpfungsfluid aus dem ersten Abschnitt 26 durch die erste Gruppe von Strömungsdurchlässen 62 in den zweiten Abschnitt 28 der Arbeitskammer 22. Genauer gesagt, strömt das Dämpfungsfluid von dem oberen Abschnitt 26 der Arbeitskammer 22 durch die Öffnungen 80 in der Ventilscheibe 76 über den Steg 72 in die Antizisch-Kammer 88 und von da über den Untersteg 86 in die Strömungsdurchlässe 62. Wenn das Dämpfungsfluid dieser Bahn folgt, kommt es zu einer Hochgeschwindigkeitsströmung, die bei 94 angedeutet ist. Diese Hochgeschwindigkeitsströmung 94 induziert eine sekundäre Strömung 96 geringerer Geschwindigkeit.

Beim Eintritt in die Öffnungen 80 wird die Strömung aufgrund des Steges 72 gedrosselt, ehe das Dämpfungsfluid in die Kammer 88 eintritt. Bei Eintritt in die Kammer 88 wird die Drosselung wegen des größeren Strömungsquerschnittes in der Kammer 88 gemindert. Dies ruft einen geringen Unterdruck an dem Rand 90 des Steges 72 hervor. Da der Eintrittswinkel an dem Rand 90 jedoch ungefähr 90° beträgt, kommt es zu praktisch keinen Zischgeräuschen. Das Dämpfungsfluid strömt dann über den Spalt um den Umfang zwischen dem Untersteg 86 und der Ventilscheibe 76 herum, was lediglich eine geringfügige Drosselung der Strömung bewirkt. Das Dämpfungsfluid strömt dann durch die Strömungsdurchlässe 62. Da es beim Eintritt des Dämpfungsfluids in die Strömungsdurchlässe 62 nur zu einer geringfügigen Drosselung kommt, herrscht am Rand 92 des Untersteges 86 im wesentlichen kein Unterdruck, wodurch Zischgeräusche eliminiert bzw. gemindert werden, wenn das Dämpfungsfluid bei Rückfederhüben geringer Geschwindigkeit über den Rand 92 in die Strömungsdurchlässe 62 strömt. Die Kammer 88 bewirkt oder verstärkt eine Drehbewegung (Wirbelbewegung) der sekundären Strömung 96, so daß die sekundäre Strömung 96 den Bereich entlang des Randes 90 des Steges 72 ausfüllen kann, wodurch der Unterdruck (und damit Kavitation) in diesem Bereich eliminiert bzw. gemindert wird.

Wenn die Geschwindigkeit des Rückfederhubes größer wird, wird das Ventilglied 60 von dem Dämpfungsfluid in der zweiten Gruppe von Strömungsdurchlässen 64 gegen die Feder 54 elastisch angedrückt. Dies erzeugt einen zweiten Strömungsweg in der Zugstufe, welcher darin besteht, daß Dämpfungsfluid aus dem oberen Abschnitt 26 der Arbeitskammer 22 in die Öffnungen 84 und 78 strömt. Das Dämpfungsfluid gelangt in die Öffnungen 84 und 88 aus dem Bereich um die Scheibe 46 herum sowie durch drei axial verlaufende, in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen 98 in der Scheibe 46, die konzentrisch zu dem Kolbenzapfen 30 sind. Umgekehrt strömt Dämpfungsfluid in der Druckstufe aus dem unteren Abschnitt 28 der Arbeitskammer 22 nach oben durch die erste Gruppe von Strömungsdurchlässen 62 und drückt die Ventilscheibe 76 sowie das Einlaßventil 82 entgegen der Feder 50 nach oben.

Claims

Dämpfer mit: einem Druckzylinder (20), der eine Arbeitskammer (22) zur Aufnahme eines Dämpfungsfluids bildet; einer Kolbenstange (30), die zumindest teilweise innerhalb des Druckzylinders (20) angeordnet ist; einem Kolbenkörper (40), der an der Kolbenstange (30) befestigt und in dem Druckzylinder (20) angeordnet ist, um die Arbeitskammer (22) in zwei Abschnitte (26, 28) zu unterteilen; einer ständig offenen Strömungsverbindung zwischen den beiden Abschnitten (26, 28) der Arbeitskammer (22); einem ersten ringförmigen, axial verlaufenden Steg (72), der zu dem Kolbenkörper (40) koaxial ist; einem zweiten ringförmigen, axial verlaufenden Steg (74), der zu dem Kolbenkörper (40) koaxial ist; einem dritten ringförmigen, axial verlaufenden Steg (86), der zu dem Kolbenkörper (40) koaxial und zwischen dem ersten Steg (72) und dem zweiten Steg (74) angeordnet ist; wobei bei einer Bewegung des Kolbenkörpers (40) im Druckzylinder (20) Dämpfungsfluid über den ersten Steg (72) und dritten Steg (86) strömt; einer Gruppe axial verlaufender, in Umfangsrichtung beabstandeter Strömungsdurchlässe (62), die konzentrisch zu dem Kolbenkörper (40) zwischen dem ersten Steg (72) und dem dritten Steg (86) angeordnet sind, und einer Antizisch-Einrichtung in Form einer als Ringkanal ausgebildeter Antizischkammer (88), die in der offenen Strömungsverbindung zwischen dem ersten Steg (72) und dem dritten Steg (86) angeordnet ist, um Zischgeräusche bei Bewegungen des Kolbenkörpers (40) in dem Druckzylinder (20) zu mindern; dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Steg (86), der Teil der Antizisch-Einrichtung ist, als Untersteg ausgebildet ist, der sich in axialer Richtung weniger weit als der erste Steg (72) er streckt, so dass bei einer Strömung des Dämpfungsfluids über den Untersteg (86) der Untersteg (86) eine geringere Drosselung als der erste Steg (72) erzeugt.
Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Untersteg (86) angrenzend an den Strömungsdurchlässen (62) angeordnet ist.
Dämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antizisch-Kammer (88) konzentrisch zu dem Kolbenkörper (40) angeordnet ist.
Dämpfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antizisch-Kammer (88) eine halbkugelförmige Gestalt mit einem ersten Rand (90) angrenzend an dem ersten Steg (72) und einem zweiten Rand (90) angrenzend an dem Untersteg (86) hat, wobei der erste und zweite Rand (90) jeweils einen Eintrittswinkel von ungefähr 90° oder weniger hat.
Dämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Hub des Kolbenkörpers (40) Dämpfungsfluid über den ersten Steg (72) in die Antizisch-Kammer (88), über den Untersteg (86) und in die Strömungsdurchlässe (62) strömt, wobei die Strömung einen ersten Strom hoher Geschwindigkeit und einen zweiten Strom geringerer Geschwindigkeit bildet und die Antizisch-Kammer (88) eine Wirbelströmung des zweiten Stroms hervorruft, so dass das Dämpfungsfluid an einem Rand (90) des ersten Steges (72) entlangströmt, um einen Unterdruck entlang des Randes zu verringern und dadurch Zischgeräusche bei einer Bewegung des Kolbenkörpers (40) in dem Druckzylinder (20) zu mindern.