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Trennkolben für hydropneumatische Einrohr-Teleskopschwingungsdämpfer,
insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Die Erfindung betrifft die Verbesserung und Weiterentwicklung von
Trennkolben für hydropneumatische Einrohr- Teleskopschwingungsdämpfer, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, die aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, beispielsweise
Gummi, bestehen.
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Solche Trennkolben aus Gummi haben den Vorteil, dass sie den Casraum
sicherer gegenüber dem Flüssigkeitsraum abdichten als Trennkolben aus metall. Die
bis jetzt bekanntgewordenen Ausführungsformen von Trennkolben aus Gummi haben aber
auch Nachteile, die so gross sind, dass sich solche Trennkolben bis jetzt nicht
durchsetzen konnten.
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Ihr. Hauptnachteile sind einmal der grosse Reibungswiderstand, der
beim Verschieben zu überwinden ist und der den Fahrkomfort beeinträchtigt, und zum
anderen ist es der aus dieser Reibung resultierende Verschleiss, der die Lebensdauer
verkürzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Trennkolben der eingange
beschriebenen Art zu verbessern und zu einer neuen Ausführungsform weiterzuentwickeln,
die bei Erhaltung ihres Abdichtungsvorteiles frei von den vorgenannten Nachteilen
ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Boden
des Trennkolbene flexibel gestaltet und so nachgiebig ist, dass bei einem Hub der
Kolbenstange bis tu mehr als 20 millimeter relativ zum Arbeitszylinder keine Relativbewec'unp
gung
zwischen dem Trennkolben und dem Arbeitszylinder zustandekommt, Der Boden kann aus
einem Ende eines ringfdrmigen Trennkolbens herauswachsen und membranartig ausgsbildet
sein, wie es bei stationären Trennvorrichtungen an sich schon bekant ist. Hierbei
ist die Wanddicke des Bodens vorzugsweise verschieden und zwar so, dass sie in der
mitte am grössten ist und mit zunehmendem Durchmesser abnimmt. Innerhalb des ringförmigen
Trennkolbens befindet sich ein steifer, beispielsweise metallener Ring, der lose
eingebettet ist, und der in einer Richtung durch den membranartig ausgebildeten
Boden und in der anderen Richtung durch einen Bund festgehalten ist. Der Boden kann
aber auch aus der mitte eines ringförmigen Trennkolbens herauswachsen und membranartig
ausgebildet sein. Das Ausschwingen dieses membranartigen Bodens wird durch einen
festen Anschlag begrenzt, der die Form eines Hohlkugelabschnittes hat und mehrere
Ausnehmungen aufweist. Vorzugsweise sind zwei solcher fester Anschläge vorgesehen,
die einen ringförmigen Bund aufweisen, welcher die Dichtfläche des Trennkolbens
gegen die Bohrung des Arbeitszylinders drückt.
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Die zwei festen Anschläge sind lose in den Trennkolben eingebettet
und sie sind über ihren ringförmigen Bund in einer Richtung durch den membranartig
ausgebildeten Boden und in der anderen Richtung durch einen Bund festgehalten.
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Der mit der Erfindung erzielte Hauptvorteil besteht darin, dass der
Boden des Trennkolbens flexibel gestaltet und so nachgiebig ist, dass bei einem
Hub der Kolbenstange bis zu mehr als 20 millimeter relativ zum Arbeitszylinder keine
Relativbewegung zwischen dem Trennkolben und dem Arbeitszylinder zustandekommt.
Hierdurch wird erreicht, dass die kleinen Schwingungen, welche die Räder eines Kraftfahrzeuges
auch beim Befahren von Autobahnen und guten Landstrassen infolge der kleinen Unebenheiten
der Fahrbahn dauernd gegenüber dem Aufbau vollführen, nur den flexiblen Boden des
Trennkolbens bewegen, nicht aber den Trennkolben selbst relativ zum Arbeitszylinder.
Da diese dauernden kleinen Schwingungen bei vielen Kraftfahrzeugen bis zu 80% der
gesamten Arbeit eines Trennkolbens ausmachen, wird
wird die Lebensdauer
des Trennkolbens auf einen Ulert vergrössert, der weit über der Gesamtlebensdauer
des Kraftfahrzeuges liegt. Das ist insoferne von grosser Bedeutung, als die Lebensdauer
des Trennkolbens zusammen mit der Lebensdauer der Kolbenstangenabdichtung die Gesamtlebensdauereines
hydropneumatischen Einrohr- Teleskopschwingungsdämpfers bestimmt. Da der Boden des
Trennkolbens membranartig ausgebildet ist, und da die Kräfte für das Bewegen einer
membran minimal sind, kommt es gegenüber den heute üblichen Ausführungsformen von
Trennkolben zu einer grossen Verbesserung des Fahrkomforts. Die Vorteile, die sich
aus der besonderen Durchbildung der möglichen Ausführungsformen von Trennkolben
gemäss der Erfindung ergeben, sind aus der Zeichnungsbeschreibung zu ersehen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und sie werden im folgenden näher beschrieben.
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Fig.l zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Trennkolbens
gemäss der Erfindung, dessen membranartig-ausgebildeter Boden am oberen Ende des
ringförmigen Trennkolbens herauswächst. Der membranartig ausgebildete Boden ist
in Mittellage dargestellt.
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Fig.2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Trennkolben gemäss Fig.1,
dessen membranartig ausgebildeter Boden ganz nach oben durchgewölbt ist.
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Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Trennkolben gemäss Fig.1,
dessen membranartig ausgebildeter Boden ganz nach unten durchgeuiölbt ist.
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Fig.4 zeigt einen hydropneumatischen Einrohr- Teleskopschwingungsdäipfer
für Kraftfahrzeuge in verkleinerter Darstellung mit einem erfindungsgemässen Trennkolben.
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Fig.5 zeigt einen Längaschnitt durch eine Ausführungsform eines Trennkolbens
gemäss der Erfindung, dessen membranartig ausgebildeter Boden aus der mitte des
ringfbrmigen Trennkolbens herauswächst undder mit zwei festen Anschläge gen versehen
ist. Der membranart-igausgebildete boden ist in Mittellage dargestellt.
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Fig.6
Fig.6 zeigt einen Längsæchnitt durch eine Ausführungsform
eines Trennkolbens semäss Fig.5, dessen membrenartig ausgebildeter Boden ganz nach
oben durchgewölbt ist.
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Fig.7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Trennkolbens
gemäss Fix,5, dessen membranartig ausgebildeter Boden ganz nach unten durchgewölbt
ist.
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Der ringförmige Trennkolben 1 besteht aus einem elastisch verformbaren
Werkstoff, beispielsweise Gummi, d ein steifer, beispielsweise metallener Ring 2
drückt seine Dichtfläche gegen die Bohrung des Arbeitszylinders 5, sodass eine guR
Abdichtung zwischen dem Flüssigkeitsraum 9 und dem Gasraum 14 zustandekommt.
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Der steife Ring 2 ist lose in den Trennkolben eingebettet und wird
in einer Richtung durch den membranartig ausgeb:ldeten Boden 3 und in der anderen
Richtung durch den Bund 12 ttstgehalten. Die Wanddicke des Bodens 3 ist verschieden
und zwar so, dass sie in der mitte am grössten ist und mit zunehmenden Durchmesser
abnimmt. Wenn sich die Kolbenstange 4, die an ihre oberen Ende mit dem Aufbau des
Kraftfahrzeuges verbunden istv relativ zum Arbeitezylinder 5, der mit seinem unteren
Ende mit der Radaufhängung verbunden ist, auf- und abbewegt, dann wird das Volumen
des Casraumes 14 entsprechend der Volumensänderung der in die Flüssigkeit eintauchenden
Kolbenstange 4 verändert.
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Bei den heute üblichen Trennkolben verursachen schon die kleinsten
Bewegungen der Kolbenstange relativ zum Arbeitezylinder eine Bewegung des Trennkolbens
relativ zum Arbeitszylinder. Bei Trennkolben gemäss der Erfindung kommt bei einem
Hub 11 der Kolbenstenge 4 bis zu mehr als 20 millimeter relativ zum Arbeitszylinder
5 keine Relativbewegung zwischen dem Trennkolben 1 und dem Arbeitszylinder 5 zustande,
weil sich der mimbranartig ausgebildete Boden 3 so verformen kann, wie es die Figuren
1 bis 3 zeigen. Erst bei grossen Hüben der Kolbenstange 4, wie sie beispielsweise
beim Überfahren einer Bodenwelle oder beim Befahren von schlechten Strassen mit
Schlaglöchern zustandekommen, wird der Trennkolben 1 relativ zum Arbeitszylinder
5 bewegt. Je nach dem Durchmesser der Bohrung d 8
des Arbeitszylinders
5 und dem Durchmesser der Kolbenstange 4 ergibt sich die Grösss des Hubes 11. Normalerweise
wird dieser Hub etwa so sein, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. - 8 versinnbildlicht
die Lage des Dämpfungskolbens in der Normalstellung des Kraftfahrzeuges. Bewegt
sich bei kleinen und mittelgrossen Schwingungen der Räder gegenüber dem Aufbau des
Kraftfahrzeuges der Dämpfungskolben von 8 nach 7 und von 7 nach 10, so wird innerhalb
dieses Hubes 11 der Trennkolben keine Bewegung relativ zum Arbeitszylinder vollführen.
Erst wenn sich der Dämpfungskolben über den Hub 11 hinaus in Richtung auf die Endstellungen
6 und 13 bewegt, bewegt sich auch der Trennkolben 1 relativ zum Arbeitszylinder
5. Da dies nur selten der Fall ist, und da die dauernden kleinen Schwingungen innerhalb
des Hubes 11 bei vielen Kraftfahrzeugen bis zu 80% der gesamten Arbeit eines Trennkolbens
ausmachen, wird die Lebensdauer eines Trennkolbens gemäss der Erfindung auf einen
Wert vergrösssrt, der weit über der gesamten Lebensdauer des Kraftfahrzeuges liegt.
Da zum Verschieben des Trennkolbens 1 relativ zum Arbeitszylinder 5 eine bestimmte
Kraft notwendig ist, die eine Zugbeanspruchung im membranartig ausgebildeten Boden
3 verursacht, hat dieser eine ungleiche Wanddicke, die in der mitte am grössten
ist und mit zunehmendem Durchmesser abnimmt. Die materialanhäufung in der mitte
dient gewissermassen als Speicher, in dem elastisch vertormbaror Werkstoff angehäuft
ist, damit bei ruckartigen Zugbeanspruchungn eine dämpfende Wirkung und damit eine
Verringerung der Beanspruchung des Werkstoffes erreicht wird. Bei der Ausführungsforn
nach den Figuren 5 bis 7 ist zum Schutz gegen Überb@anspruchungen des membranartig
ausgebildeten Bodens 19 ein rester Anschlag 20 vorgesehen, der aus einem dünnen
Stahlbloch oder Leichtmetall- Druckguss hergestellt sein kann.
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Dieser feste Anschlag ist lose eingebettet in den ringförmigan Trennkolb.n1S.
Der ringförmige Bund 17, 18 des festen Anschlages 20 drückt die Dichtfläche 22 des
Trennkolbens 15 gegen die Bohrung 23 des Arbeitszylinders 24. Der lose eing@-bettste
die Anschlug 20 ist in einer Richtung durch den mmbransritlS
membranartig
ausgebildeten Boden 19 und in der anderen Richtung durch den Bund 16 festgehalten.
Die Löcher 21 sind notwendig, damit die Dämpfungsflüssigkeit durch den festen Anschlag
strömen kann. Der Gesamtquerschnitt aller Löcher sollte so gross wie möglich sein,
um einen geringen Strömungswiderstand zu erreichen, damit kein unnötiges Verschieben
des Trennkolbens 15 relativ zum Arbeltszylinder 24 verursacht wird.
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Trennkolben gemäss der Erfindung können billig hergestellt werden,
weil die Vulkanisierformen einfach sind und die Wietallteile nach dem Vulkanisieren
lose eingebettet werden können. Sie haben eine lange Lebensdauer, die erheblich
über der Gasamtlebensdauer des Kraftfahrzeuges liegt, und sie ergeben einen Fahrkomfort,
der von keiner bis jetzt bekenntgewordenen Ausführungsform von Trennkolben erreicht
wird, und durch den auch die Fahrsicherheit erhöht wird.
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Patentansprüche