DE2165435C3 - Stoßdämpfer fur Kraft- und Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer für Kraft- und Schienenfahrzeuge, mit einem eine Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Zylinder, einem im Zylinder gleitbaren Kolben, der den Innenraum des Zylinders in eine erste und zweite Flüssigkeitskammer unterteilt, einer die Dämpfungskraft erzeugenden Einrichtung am Kolben, die eine begrenzte Flüssigkeitsströmungspassage zwischen der ersten und zweiten Kammer ermöglicht, und einer hohlen, an ihrem unteren Ende fest mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, deren Innenraum zur zweiten Kammer hin offen ist, wobei der untere Teil des Innenraumes der Kolbenstange eine dritte, mit der zweiten in Verbindung stehende Flüssigkeitskammer und der obere Teil des Innenraumes eine Hochdruck-Gas- oder -Luftkammer bildet

Ein derartiger Stoßdämpfer ist aus dem DE-Gbm 58 487 bekannt. Hierbei handelt es sich um einen Stoßdämpfer mit Trennkolben, mit dem erhebliche Reibungsverluste verbunden sind, wobei zur Schaffung eines genauen Paßsitzes zwischen Trennkolben und der Bohrung in der Kolbenstange eine Fertigung mit engen Toleranzen Voraussetzung ist,

Demgegenüber liegt der Erfindung, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, einen Stoßdämpfer der eingangs erwähnten Gattung dahingehend zu verbessern, daß er ohne einen Trennkolben auskommt und der Austritt von Gas oder Luft in die Atmosphäre ohne aufwendige Abdichtmaßnahmen weitestgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Kolbenstange ein eine begrenzte Strömungspassage von der ersten Flüssigkeitskammer zu dem Innenraum der Kolbenstange ermöglichendes Rückschlagventil im Innenraum der Kolbenstange vbrgesehen ist, wobei die Lage der Mündungsöffnung des Rückschlagventils in die erste Flüssigkeitskammer in Höhe von oder oberhalb eines den Ausdehnungsweg der Kolbenstange begrenzenden Flansches angeordnet ist

ίο Außer dem Umstand, daß der erfindungsgemäße Stoßdämpfer aufgrund seiner Konstruktion ohne einen Trennkolben arbeitet, wird durch das Vorsehen des Rückschlagventils, das an einer bestimmten Stelle der Kolbenstange mit der ersten Flüssigkeitskammer in Verbindung steht, der Vorteil erzielt, daß die Gase, die sich am oberen Ende der ersten Flüssigkeitskammer im Laufe der Betriebszeit angesammelt haben, in die Gasoder Luftkammer zurückleitbar sind, sobald sie einen bestimmten Druck überschreiten. Durch diese relativ

>n einfache Maßnahme wird verhindert, daß die Gase über die am Ende des Zylinders angeordnete Abdichtung in die Atmosphäre austreten können. Wegen der Rückführung der angesammelten Gase kann die Abdichtung am Ende des Zylinders 1 relativ einfach gestaltet werden, da sie bei der Erfindung im wesentlichen nur hinsichtlich der Abdichtung gegenüber einem Flüsdgkeitsaustritt ausgelegt zu werden braucht, wozu vergleichbar geringere Maßnahmen ausreichen. Bei der Erfindung kann weiter eine größere Kolbenstange vorgesehen

jo werden, so daß dem Stoßdämpfer eine größere Steifigkeit und Festigkeit verliehen wird. Da die unter hohem Druck stehende Luft oder das Gas in dem inneren Hohlraum der Kolbenstange eingeschlossen ist, weist der erfindungsgemäße Stoßdämpfer eine sehr

r, stabile dämpfende Wirkung auf. Durch die Verwendung eines einfachen Rohres für Zylinder und Kolbenstange läßt sich der Stoßdämpfer weiter kostengünstig herstellen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das Rückschlagventil im Bereich des Kolbens angeordnet und steht über ein Verbindungsrohr mit der ersten Flüssigkeitskammer in Verbindung.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel von einem erfindungsgemäß aufgebauten Stoßdämpfer,

Fig. 2 eine geschnittene Detailansicht des bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 verwendeten Rück-

,0 schlagventils zur Rückführung von Luft aus der ersten Kammer in die Gas- oder Luftkammer in der Kolbenstange,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel von einem erfindungsgemäß aufgebauten

v. Stoßdämpfer.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein feststehender, aufrechter Zylinder bezeichnet, der in seinem Innenraum öl oder eine ähnliche, nicht kompressible Flüssigkeit aufweist. Ein Kolben 2 ist dicht

mi und verschiebbar in dem Zylinder 1 untergebracht und [eilt dessen Innenraum in eine obere oder erste Druckkammer A und eine untere oder /weite Druckkammer B auf; der Zylinder ist oben offen und unten durch die Boden wand la verschlossen. Eine

ι,Ί Kolbenstange 3 weis! an ihrem unteren Ende einen hohlen Bereich 3,7 auf, (Irr sich in den Innenraum des Zylinders 1 erstreckt und durch eine Schraubverbindung 100 am untersten Ende fest mit dem Kolben 2

verbunden ist

Eine Staubdichtung 4 aus einem elastischen Material, beispielsweise aus einem weichen, gummiartigen Kunststoff oder dergleichen, ist an einem Metallring 8 angebracht, am oberen Ende des Zylinders 1 zwischen diesem und der hohlen Kolbenstange 3 eingesetzt und wird durch seine Eigenelastizität in dieser Lage gehalten; durch die Staubabdichtung wird ein Eindringen von Fremdstoffen von außen in den Innenraum des Zylinders verhindert Ein Dichtungsstück oder -ring 5 aus weichem Gummi oder einem ähnlichen Material ist dicht in einer Lage unmittelbar unter der Staubabdichtung 4 und zwischen dem Zylinder 1 und der Kolbenstange 3 gehalten, um Ölleckverluste aus dem Innenraum des Zylinders 1 nach außen zu verhindern. Unmittelbar unter dem Dichtungsring 5 ist ein Führungsring 6 zwischen dem Zylinder 1 und der Kolbenstange 3 angeordnet, der die Gleitbewegung der Stange 3 wirksam führt

Um die Staubabdichtung 4 in ihrer richtigen Lage zu halten, sind weiter die Druckfcderbüge! 1Oi und 102 vorgesehen. Zur Lokalisierung des Führungsringes 6 ist ein weiterer Federbügel oder -ring 9 vorgesehen, wie aus F i g. 1 zu ersehen ist Der Führungsring 6 weist eine Ausnehmung in Form eines Ringraumes 7 auf, der über einen feinen Spalt zwischen Kolbenstange 3 und dem Führungsring 6 mit dem Fluid oder der Flüssigkeit in der Kammer A in Verbindung steht, die durch die Teile 1,2, 3 und 6 begrenzt und mit Ul gefüllt ist. Durch die im wesentlichen aus den Teilen 4, 5, 6 und 8 bestehende Anordnung ist somit eine wirksame Dichtungs- und Führungseinrichtung an dem oberen offenen Ende des Zylinders 1 sowie für die verschiebbare hohle Kolbenstange 3 geschaffen.

Durch die Mitte des Kolbens 2 erstreckt sich in axialer Richtung eine große Durchgangsöffnung 10, so daß eine Verbindung zwischen dem Innenraum der Kolbenstange 3 und der unteren Kammer B vorliegt. Der Innenraum der hohlen Kolbenstange ist in eine untere öl- bzw. Flüasigkeitskammer C und in eine obere Gaskammer D unterteilt. Der Gasdruck in der Kammer D kann beispielsweise 30 bis 35 kp/cm² betragen.

In dem Kolben 2 sind eine Anzahl konzentrisch angeordneter, axial verlaufender öldurchflußöffnungen 11 ausgebildet, über die, wenn notwendig, eine Verbindung zwischen den Kammern ü und A möglich ist. Jede Durchgangsöffnung 11, von denen nur eine zu sehen ist, ist zwischen ihren beiden äußeren Enden erweitert, um eine Ventilkammer 113 zu schaffen, in der ein Rückschlagventil 12 und eine Ventilfeder 13 angeordnet sind, so daß nur in einer Richtung ein Olfluß von der obersn Kammer A zu der unteren Kammer B möglich ist Eine Anzahl ähnlicher Durchgangsöffnungen 14, von denen ebenfalls nur eine zu sehen ist, sind in axialer Richtung in dem Kolben 2 ausgebildet, wobei auf ähnliche Weise eine Ventilkammer 116 zwischen dem oberen und dem unteren Ende jeder Durchgangsöffnung 14 geschaffen ist. Die Ventilkammer 116 weist ein Rückschlagventil 15 und eine Ventilfeder 16 auf, wodurch ein ölfluß in umgekehrter Richtung von der unteren Kammer B zu der oberen ölkammer A ermöglicht wird.

Die Ventilanordnung aus der Durchgangsöffnung 11, dem Rückschlagventil 12 und der Feder 13 wirkt als erste, eine Dämpfungskraft erzeugende Einrichtung während einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 bei einer teleskopartigen Ausü hnung des Dämpfers, wobei die wesentliche Widerstands- oder Dämpfungskraft durch den ölfluß von der Kammer A in die Kammer B zustandekommt Auf ähnliche Weise wirkt die Ventilanordnung aus der Durchgangsöffnung 14, dem Rückschlagventil 15 und der Feder 16 als zweite, eine -, Dämpfungskraft erzeugende Einrichtung während einer Abwärtsbewegung des Kolbens bei dem teleskopartigen Zusammenschieben des Dämpfers, wobei die wesentliche Widerstands- oder Dämpfungskraft durch den ölfluß in der umgekehrten Richtung geschaffen ist

κι Obwohl im vorhergehenden Absatz eine spezifisch ausgewählte Rückschlagventil-Dämpfungseinrichtung dargestellt und beschrieben worden ist, kann sie durch eine entsprechende Anzahl die Strömung reduzierender Düsen- oder Drosseleinrichtungen ersetzt werden. Als eine weitere Alternative kann die Rückschlagventileinrichtung oder eine ähnliche, die Strömung vermindernde oder hemmende Einrichtung zwischen den Kammern A und C anstelle der Einrichtung zwischen den Kammern A. und B vorgesehen sein. Als weitere Alternative kann schließlich die zenf, ve Durchgangsöffnung 10 verschlossen sein und eine Art Dämpfungseinrichtung durch den nicht dargestellten Verschluß gebildet werden.

In der Zwischenstelle zwischen dem oberen und

_>5 unteren Ende der hohlen Kolbenstange 3 ist an deren äußerer Umfangsfläche ein kreisförmiger Flansch 17 befestigt, der als Anschlag für den Verschiebungsweg der Stange 3 dient, indem dann die obere Fläche 17a des Flansches an der Unterfläche 6a des Fährungsringes

jo zum Anliegen kommt

Etwas höher als der Ringflansch 17 ist ein Rückschlagventil 418 angeordnet, das fest an der Wand der hohlen Kolbenstange 3 angebracht ist und seitlich nach innen ausgerichtet ist Das Rückschlagventil 418

)·■> weist gemäß F i g. 3 ein Paar Flüssigkeitsdurchgangsöffnungen 419a und 4196, die miteinander fluchten, und eine Ventilkammer 419 auf, über die eine Flüssigkeitsverbindung hergestellt ist. Die Durchgangsöffnung £19a ist normalerweise von der Innenseite her durch einen Ventilteller 420 abgeschlossen, der in Schließrichtung federnd durch eine Ventilfeder 422 angedrückt wird. Der Ventilteller 420 und die Ventilfeder 422 sind in der Ventilkammer 419 untergebracht An dem Ventilteller 420 ist fest ein Dichtungsring 421 angebracht, so daß

4'. eine dicht verschlossene Ventilstellung bezüglich der Einlaßöffnung 419a sichergestellt ist Die Rückschlagventileinheit 418 ermöglicht eine ölströmung nur in einer Richtung, und zwar in der Richtung der Kammer A zu dem Innenraum der hohlen Kolbenstange 3.

^ri<> Wenn der Kolben 2 seine oberste Lage erreicht, wo die Einlaßöffnung 419a (F i g. 2) mit dem oberen Teil der Kammer A oder sogar mit dem Gassammelringraum 7 in Verbindung kommt, wird das dort angesammelte Gas über das Ventil 418 in die Gaskammer /^abgeleitet

Yi Mit dem Bezugs/eichen 19 ist eine langgestreckte, becherförmige Abdeckung bezeichnet, die fest an dem verschlossenen oberen Ende der Kolbenstange 3 angebracht ist; ein Dämpfungs- oder Pufferelement 20 ist fest an einem Ansatz 3b der Kolbenstange 3

mi angebracht. Zur Befestigung des Pufferelements 20, das aus den beiden zusammenpassenden Teilen 20a und 20b besteht, ist eine Unterlegscheibe 21 und eine Mutter 22 vorgesehen, die fest auf den oberen Gewindebereich des Stangenansatzes 3b aufgeschraubt ist. Mit dem Bezugs-

('"> zeichen 23 ist ein Teil des Fahrzeugfahrgestells bezeichnet, das federnd durch und zwischen die Pufferteile 20a und 20b zur Halterung der Kolbenstange gedrückt wird.

Das untere geschlossene Ende la des Zylinders 1 ist fest mit einem Befestigungsteil JA, das, wie dargestellt, vorzugsweise in Form eines Ringes ausgebildet ist, z. B. durch Anschweißen verbunden. Dieses Befestigungsteil 24 wird an einer nicht dargestellten, die Achse haltenden Einrichtung befestigt. Die gesamte dargestellte und beschriebene Anordnung kann je nach dem als Stoßdämpfer oder als Fahrzeugaufhängung verwendet werden.

Wenn das Fahrzeug steht, befindet sich der Kolben 2 in einer neutralen Zwischenlage im Innern des Zylinders 1. In diesem Fall trägt der gesamte Mechanismus das Gewicht des Fahrgestells. Die Lagerbelastung kann natürlich verringert werden, wenn der Mechanismus mit einer mechanischen oder pneumatischen, an ihm angebrachten Aufhängungsfeder versehen ist, die nicht dargestellt ist.

Π U Λ S-> 1 I. J-- J U -J » I 1

L/U1CII IiCIf \-fa3UtUCfl, UCf UUICII UO3 UlIlCl IICIICIII

Druck stehende Gas oder die unter hohem Druck stehende Luft in der zentralen Kammer D ausgeübt wird, wird die Kolbenstange 3 gezwungen, sich nach oben unter einer bestimmten, nach oben gerichteten Kraft W zu bewegen, um das zugeteilte Fahrgestellgewicht zu tragen.

Wenn sich der Kolben 2 in der neutralen Stellung befindet und der Gasdruck in der Kammer D dabei P beträgt, kann die nach oben wirkende Kraft Wdurch die folgenden Gleichungen (1) und (2) berechnet werden:

I₁,

wobei V₀ das in der Kammer D enthaltene Gasvolumen darstellt, wenn der Kolben in eine maximale Einfederungslage ausgefahren ist, Po den entsprechenden Gasdruck darstellt, S der maximale Verformungsabstand ist, der von der maximalen Einfederungslage bis zu der neutralen Lage gemessen ist, und c/der Außendurchmesser der hohlen Kolbenstange 3 ist. Wie bereits oben erwähnt, wird die zugeteilte Fahrgestellbelastung durch diese nach oben wirkende Kraft VVgetragen.

Bekanntlich soll die Höhe des Fahrgestells über dem Untergrund, wenn möglich auf einem konstanten Niveau gehalten werden, und zwar unabhängig von einer Zu- oder Abnahme einer einseitigen Belastung des Fahrgestells. Mit Hilfe des Mechanismus gemäß der Erfindung kann die gewünschte konstante Höhe durch Verändern der nach oben wirkenden Kraft W zufriedenstellend beibehalten werden, was im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

Wenn das Fahrzeug in stationärem Zustand gehalten wird und die seitliche Belastung oder das Gewicht des Fahrgestells um einen Wert W_x erhöht wird und wenn der Gasdruck in der Kammer Dum P₁ erhöht wird, dann gilt:

W₁

Unter diesen Bedingungen wird die Seitengewichtszunahme W\ des Fahrgestells durch den um den Wert P^ erhöhten Druck getragen; die Fahrgestellhöhe des Fahrzeuges, das in stationärem Zustand gehalten ist, wird daher keiner Änderung unterworfen.

Wenn dagegen das seitliche Gewicht des Fahrgestells um W₂ verringert wird, wobei das Fahrzeug ebenfalls in stationärer Lage gehalten ist, und wenn der in der Kammer D herrschende Gasdruck um P₂ vermindert wird, der durch die folgende Gleichung berechnet werden kann:

dann ändert sich die Fahrgestellhöhe des stationär gehaltenen Fahrzeugs nicht.

Wenn das Fahrzeug fährt und das Fahrgestell auf- und abschwingt, wird der Stoßdämpfer einer ausdeh-

IICIIUCII OCII tTIII0£1YIII\UII|£ UIfICI VTlH ICH. I~/<1L/CI VTIlCi StCII

der Kolben 2 in dem Zylinder 1 anheben, so daß das öl in der Kammer A weiter unter Druck gesetzt wird, wobei das öl über das nun geöffnete Rückschlagventil 418 ins Innere der Kolbenstange 3 entweichen kann. Der erhöhte Öldruck in der Kammer A öffnet weiter die Rückschlagventile 12 gegen die Wirkung der Ventilfedern 13 und entweicht über die verkleinerten, dann geöffneten Strömungsdurchgänge 11 in die Druckölkamme ' B. Der dabei erzeugte Strömungswiderstand wirkt schwingungsdämpfend, so daß die Schwingungsenergie des Fahrzeugs gedämpft wird. Dabei wird die ölmenge, die dem zurückgewichenen oder verdrängten Volumen entspricht, das durch dia Ausweichsbewegung der Kolbenstange 3 in den Innenraum des Zylinders 1 hervorgerufen wird, durch einen ölstrom aus der Kammer C über die Durchgangsbohrung 10 in der Kammer B ergänzt. In diesem Fall wird dann das tatsächliche Volumen der Kammer D einer entsprechenden Ausdehnung ausgesetzt und der in ihr herrschende Gasdruck wird ensprechend erniedrigt.

Wenn im Unterschied hierzu der Stoßdämpfer d'-ch die umgekehrte Schwingbewegung des Fahrzeugs zusammengedrückt wird, bewegt sich der Kolben in den Zylinder 1 und das in der Kammer Bbefindliche Ol wird weiter unter Druck gesetzt, wodurch die Strömungsdurchgänge 14 in den betreffenden Rückschlagventilen 15 gegen die Wirkung der Ventilfedern 16 geöffnet werden und eine Verbindung zur Kammer A zustandekommt. Der dabei hervorgerufene Strömungswiderstand wirkt dämpfend, so daß die Schwingungsenergie des Fahrzeugs teilweise absorbiert und somit gedämpft wird. Die ölmenge, die dem verkleinerten Zylindc volumen aufgrund der Bewegung der Kolbenstange 3 in den Innenraum des Zylinders 1 entspricht, wird von der Kammer B über die Durchgangsbohrung 10 in die Kammer C ausgestoßen; auf diese Weise wird das tatsächliche Volumen der Gaskammer D entsprechend verkleinert und der in ihr herrschende Druck entsprechend erhöht

Das Rückschlagventil 418 wirkt normalerweise beim Ausdehnhub wie eine Art dämpfende einrichtung und bringt weiter den folgenden Vorteil.

Wenn bei dem vorerwähnten Stoßdämpfer bei dessen Transport oder Zusammenbau oder während des Betriebs ein Teil des unter Druck gesetzten Gases von der Kammer D in das Innere des Zylinders 1 entweicht, sammelt es sich gegebenenfalls in dem obersten Teil der Kammer A an. Bei zunehmender Gasansammlung wird das Gas schließlich zwischen Kolben 3 und Kolbenführungsteil 6 in den Ringraum 7 entweichen und dort

angesammelt. Dies bedeutet, daß die Dichtungsstücke 5 auch ein Ausströmen des Gases ebenso wie des unter Druck gesetzten Öles verhindern müßten. Bekanntlich jedoch ist ein Abdichten eines gasförmigen Mediums sehr viel schwieriger als das Abdichten voü öl; daher ist häufig von Fachleuten gefolgert worden, daß ein wii> lames Abdichten eines unter einem hohen Druck von beispielsweise 30 bis 40 kp/cm² stehenden Gases praktisch unmöglich ist. Das Rückschlagventil 418 kann aber diese Funktion übernehmen, indem es das angesammelte, unter hohem Druck stehende Gas im obersten Teil der Kammer A und/oder im Ringraum 7 in die Gaskammer D, die in dem Innenraum der hohlen Kolbenstange 3 ausgebildet ist, zurückleitet. Auf diese Weise kann ein Entweichen oder ein Leckaustritt des Gases aus dem Dämpfungssystem nach außen über die an der oberen offenen Seite des Zylinders vorgesehene

In Fig.3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform weist ein Rückschlagventil 312, eine Ventilfeder 313 und einen begrenzten Strömungsdurchgang 318c auf, wobei diese Teile den in F i g. 1 mit den Bezugszeichen 12,13 und 11 bezeichneten Teilen ähnlich sind. Dieses Rückschlagventil 312 ist am unteren Ende eines Verbindungsrohres 18 angebracht, dessen Mündungsöffnung 18b in die Kammer A etwas höher als der Ringflansch 17 liegt, während sein unteres Ende 18a mit dem Rückschlagventil 312 verbunden ist. Die räumliche Lage der Mündungsöffnung 18/> ist dabei so, daß eine Verbindung mit der Flüssigkeit in dem obersten Teil der Kammer A oder sogar mit dem Ringraum 7 Zustandekommen kann, wenn die Kolbenstange ihre obere Endlage einnimmt.

Maßnahmen, die in der Ausführungsbeschreibung erwähnt, nicht jedoch im Patentbegehren gekennzeich-

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Hierzu I Hlatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Stoßdämpfer für Kraft- und Schienenfahrzeuge, mit einem eine Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Zylinder, einem im Zylinder gleitbaren Kolben, der den Innenraum des Zylinders in eine erste und zweite Flüssigkeitskammer unterteilt, einer die Dämpfungskraft erzeugenden Einrichtung am Kolben, die eine begrenzte Flüssigkeitsströmungspassage zwischen der ersten und zweiten Kammer ermöglicht, und einer hohlen, an ihrem unteren Ende fest mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, deren Innenraum zur zweiten Kammer hin offen ist, wobei der untere Teil des Innenraumes der Kolbenstange eine dritte, mit der zweiten in Verbindung stehende Flüssigkeitskammer und der obere Teil des Innenraumes eine Hochdruck-Gasoder -Luftkammer bildet, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kolbenstange (3) ein eine begrenzte Strömungspassage von der ersten Fiüssigkeitskammer (A) zu dem Innenraum der Kolbenstange ermöglichendes Rückschlagventil (312, 418) im Innenraum der Kolbenstange vorgesehen ist, wobei die Lage der Mündungsöffnung des Rückschlagventils in die erste Flfcsigkeitskammer in Höhe von oder oberhalb eines den Ausdehnweg der Kolbenstange (3) begrenzenden Flansches (17) angeordnet ist

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (312) im Bereich des Kolbens (2) angeordnet ist und über ein Verbindungsrohr (18) mit der ersten Flüssigkeitskammer (A)\n Verbindung sieht