DE2207720A1 - Dämpfer vorrichtung - Google Patents

Dämpfer vorrichtung

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    • F16F9/32—Details
    • F16F9/58—Stroke limiting stops, e.g. arranged on the piston rod outside the cylinder
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Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. HER. NAT. K. HOFFMANN
PATENTANWÄLTE
D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 . TELEFON (08TI) 911087 220/720
Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha, Toyota / Japan
Dämpfervorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfervorrichtung und betrifft insbesondere eine Dämpfervorrichtung mit kombinierter Viskositäts- und Reibungsdämpfung, welche in einem begrenzten Hubbereich wirksam die Aufprallenergie bei einem Zusammenstoß im Zeitpunkt des Zusammenstoßes von Fahrzeugen, wie z.B. Kraftfahrzeugen, aufnehmen, kann.
Ziel der Erfindung ist es, eine Dämpfervorrieiitimg vorzusehen, welche einen größeren Betrag von Aufprallenergie pro Flächeneinheit als übliche Dämpfervorrichtungen mit Viskositätsdämpfung aufnehmen kann. Dies ist möglich infolge der Tatsache, daß eine Dämpfereinrichtung mit Reibungswiderstand in Kombination
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mit einer Dämpfereinrichtung mit Viskositätswiderstand verwendet wird, welche nur während des Kompressionshubes von dem Viskositätswiderstand gesteuert wird. Es soll dabei eine Dämpfervorrichtung vorgesehen werden, welche einen Viskositätswiderstand zusätzlich zu einem Reibungswiderstand bietet, so daß die Dämpfervorrichtung einen geringen Betrag eines Reibungswiderstandes bieten kann, wenn der Zusammenstoß nur von einem kleineren Unfall herrührt, und einen großen Betrag von Reibungswiderstand bieten kann, wenn der Zusammenstoß von einem größeren Unfall herrührt.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Dämpfervorrichtung aufweist ein mit einer öffnung ausgebildetes erstes, die Aufprallenergie aufnehmendes Glied durch welche öffnung beim Zusammendrücken Strömungsmittel in einem Zylinder fließen kann, um eine Anfangsaufprallkraft durch den Viskositätswiderstand des durch die öffnung scrömenden Strömungsmittels zu dämpfen, ein von dem ersten die Aufprallenergie absorbierenden Glied gesteuertes zweites, die Aufprallenergie absorbierendes Glied zum Erzeugen eines Reibungswiderstandes zwischen einer Außenfläche des zweiten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedes und einer Innenwandfläche des Zylinders zur weiteren Dämpfung der Aufprallkraft, ein aus einem zusammendrückbaren Material hergestelltes und in dem Zylinder angeordnetes drittes die Aufprallkraftabsorbierendes Glied zum kontinuierlichen Dämpfen der Aufprallkraft durch den Gegendruck des Strömungsmittels in dem Zylinder, welcher durch das erste die Aufprallenergie absorbierende Glied erzeugt ist, und ein viertes die Aufprallenergie absorbierendes Glied, welches mit den ersten und dritten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedern zur weiteren Absorption und Dämpfung der Restaufprallkraft zusammenarbeitet.
Weiterbildungen bzw. zweckmäßige Ausführungsformen sowie weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den An-
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Sprüchen und der folgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittansicht einer Dämpfervorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Querschnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Querschnittansicht der ersten und zweiten Einrichtung zum Absorbieren der Aufprallenergie der Dämpfervorrichtung entsprechend der Erfindung,
Fig. 4 eine Querschnittansicht längs der Linie IV-IVin Fig. 3*
Fig. 5 eine Querschnittansicht einerDämpfervorrichtung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine Querschnittansicht längs der Linie VI-YI in Fig. 5>
Fig. 7 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Art und Weise, wie die erfindungsgemäße Dämpfervorrichtung an einem Fahrzeug befestigt ist, und
Fig. ÖA bis 8E Kennliniendiagramme zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Last und dem Hub der die Aufprallenergie absorbierenden Glieder.
In Fig. 1, welche eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist ein kegelstumpfförmiger Kolben 1 mit einer Mutter 201 und einer Scheibe 202 an dem einen Ende einer Kolbenstange 2 befestigt, welche an ihrem anderen Ende mit einer Mutter 33 an einer Zylinderführung 32 befestigt ist, die ihrerseits durch Schrauben 31 an einer Stoßstange 3 befestigt ist,
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Ein Zylinder 4 1st auf geeignete Welse an dem Rahmen oder der Karosserle eines nloht gezeigten Fahrzeugs befestigt. Ein becherförmiger Schieber 5* welcher wie in Pig. 2 gezeigt, aus mehreren Stücken aufgebaut ist und eine Ausnehmung mit einer geneigten Innwandfläche zur Aufnahme der konischen Fläche des Kolbens 1 aufweist, ist leicht radial gleitbeweglich zwischen einem mit öffnungen 203 für Strömungsmittel ausgebildeten und auf- einem Teil mit verringertem Durchmesser der Kolbenstange 2 befestigten Halteteil 204 einerseits und einem Ende einer Feder 203 angebracht, welche in eine zwischen dem Kolben 1 und einer Hülse 104 ausgebildeten Ausnehmung 101 eingeführt und andererseits auf dem Teil mit verringertem Durchmesser der Kolbenstange 2 angebracht ist.
Mit 41 und 42 sind Kammern für Strömungsmittel bezeichnet, welche mit einem Arbeitsströmungsmittel gefüllt sind und über eine öffnung 103 in den Kolben 1 miteinander in Verbindung gehalten werden.
Eine an der Kolbenstange 2 befestigte bewegliche Trennwand 6 trennt die Kammer 41 für Strömungsmittel von einer Luftkammer 43, und zwischen dem Außenumfang der Trennwand 6 und der Innenwand des Zylinders 4 sowie einer Innenwand der Trennwand 6 und der Oberfläche der Kolbenstange 2 sind Dichtungen 61 vorgesehen. Die Luftkammer 43 ist zwischen der beweglichen Trennwand 6 und einem Stopfen 44 für den Zylinder 4 definiert, und eine Druckgummifeder 7, welche als zusammengedrücktes Glied dient, ist in der Lufrkammer 43 zwischen der beweglichen Trennwand 6 und dem Stopfen 44 angebracht. Mit 72 ist ein Halteteil für die Druckgummifeder 7 und mit 8 ein Stopper bezeichnet, welcher auf einem geeigneten Teil in einem Raum 9 zwischen der Zylinderführung 32 und dem Stopfen 44 befestigt ist.
In Fig. 3 ist mit 51 eine andereAusführungsform eines Schiebers bezeichnet, welcher aus nachgiebigem Material hergestellt und mit Durchbrüchen 5IO und öffnungen 5II für Strömungsmittel wie in Fig. 4 gezeigt, ausgebildet ist.
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In Pig. 5, welche eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist ein scheibenförmiger Kolben 11 mit einer Klammer 206 am einen Ende einer Kolbenstange 21 befestigt, welche ihrerseits am anderen Ende mit einem kegeistumpfförmigen Vorsprung 111 ausgebildet ist. Kammern 41 und 42 für Strömungsmittel, welche mit einem Arbeitsströmungsmittel gefüllt sind, werden über eine Öffnung 103 in dem scheibenförmigen Kolben 11 miteinander in Verbindung gehalten.
Andererseits ist eine Schubstange 22, welche an einem Ende mit einer Mutter 33 an einer an der Stoßstange 3 befestigten Zylinderführung 32 befestigt ist, am anderen Ende mit einem in einer Luftkammer 4-3 angeordneten Vorsprung 23 ausgebildet. Ein Schieber 52, welcher wie in Fig. 6 gezeigt, aus mehreren Stücken aufgebaut und mit einer Innenwandfläche zur Aufnahme der konischen Oberfläche des an dem anderen Ende der Kolbenstange 21 ausgebildeten kegelstumpfförmigen Vorsprungs 111 versehen ist, ist zwischen dem Vorsprung 23 und dem kegelstumpfförmigen Vorsprung 111 angeordnet. Der Schieber 52 ist durch die Vorspannkraft einer Feder 205* welche in einer Ausnehmung 101 in dem kegelstumpfförmigen Vorsprung 111 angebracht ist, radial beweglich.
Eine bewegliche Trennwand 6 mit Dichtungen 61 zum Abschließen der Kammer 41 für Strömungsmittel von der Luftkammer 43 ist auf der Kolbenstange 21 angebracht, und eine Druckfeder 71* welche als zusammengedrücktes Glied dient, ist zwischen der beweglichen Trennwand 6 und einem hinteren Teil des kegelstumpfförmigen Vorsprungs 111, welcher an dem anderen Ende der Kolbens tange 21 ausgebildet ist, angebracht. Ein Stopper 8 hat den gleichen Aufbau wie der in Fig. 1 gezeigte Stopper.
In Fig. 7 ist mit S ein Hindernis, mit 3 eine Stoßstange, mit B die Karosserie eines Fahrzeugs und mit D eine Dämpfervorrichtung bezeichnet.
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Der Betrieb der Dämpfervorrichtung entsprechend der Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen näher erläutert werden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird sich die Kolbenstange 2, wenn die Stoßstange 3 gegen ein Hindernis S stößt, in Flg. 1 nach unten bewegen und bewirken« daß das Halteteil 204 den Schieber 5 ebenfalls nach unten bewegt. Als Ergebnis bewegt sich auch der Kolben 1 in Fig. 1 nach unten und der Innendruck der Kammer 42 für Strömungsmittel wird vergrößert.
Das Arbeitsströmungsmittel in der Kammer 42 wird sich durch die öffnung 103 in dem Kolben 1 in die Hydraulikkammer oder Kammer 41 für Strömungsmittel bewegen. Der Kolben 1 ist ein erstes die .Aufprallenergie absorbierendes Glied zum Dämpfen der Anfangsaufprallkraft durch den Viskositätswiderstand. Wenn jedoch die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Kolben 1 und das Halteteil 204 nach unten bewegen, groß ist, nimmt der Innendruck der hydraulischen Kammer oder Kammer 42 einen größeren Wert an und drückt den Schieber 5 gegen den Kolben 1.
Da der Kolben 1, welcher das erste die Aufprallenergie absorbierende Glied ist, und der Schieber 5 keilartig miteinander verbunden sind, wird die von der Kolbenstange 2 axial ausgeübte Kraft in eine radial gerichtete Kraft umgewandelt, so daß der Schieber 5, welcher ein zweites die Aufprallenergie absorbierendes Glied ist, verformt und gezwungen wird, sich radial nach außen zu bewegen und gegen eine Innenwandfläche des Zylinders 4 zu drücken. So wird ein Reibungswiderstand zwischen dem äußeren Umfang des Schiebers 5 und der Innenwandfläche des Zylinders 4 erzeugt und der Grenzflächendruck zwischen dem Schieber 5 und dem Zylinder 4 wird vergrößert, so daß die Reibungskraft zwischen dem Schieber 5 und der Innenwandfläche des Zylinders 4 vergrößert wird.
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Andererseits wird die bewegliche Trennwand 6 durch die Menge von Strömungsmittel entsprechend dem Volumen des Teiles der Kolbenstange 2, welche in die Kammer 42 für Strömungsmittel eingeführt wird, und den Gegendruck des Strömungsmittels, welcher durch das erste die Aufprallenergie absorbierende Glied in dem Zylinder 4 erzeugt wird, in Fig. 1 nach oben bewegt, so daß die in der Luftkammer 4j5 angeordnete Druckgummifeder 1J, welche ein drittes die Aufprallenergie absorbierendes Glied ist, zusammengedrückt wird. So wird die Aufprallenergie absorbiert und gedämpft.
Die von dem ersten und dritten die Aufprallenergie absorbierenden Glied absorbierte und gedämpfe Aufprallkraft wird weiter durch den Stopper 8 absorbiert und gedämpft, welcher ein viertes die Aufprallenergie absorbierendes Glied ist. Der Innendruck der Kammer 41 und 42 für Strömungsmittel wird während des Ausübens einer äußeren Kraft auf die Stoßstange 3 auf einem Wert größer als Atmosphärendruck gehalten, so daß ständig Kräfte wirken, welche die Kolbenstange 2 in Fig. 1 nach oben in ihre ursprüngliche Lage zurückzubewegen suchen.
Wenn daher die auf die Stoßstange 3 ausgeübte äußere Kraft beseitigt wird, wird sich der Kolben 1 in Fig. lnach oben bewegen, um seine ursprüngliche Lage wieder einzunehmen, in welcher er sich vor dem Zusammenstoß befunden hat. Anders ausgedrückt wird, wenn die den Kolben 1 und das Halteteil 204 in Fig. 1 nach unten drückende Kraft durch Lösen der Stoßstange 3 aus der Berührung mit dem Hindernis S nach dem Zusammenstoß entfernt wird, der Druck in den Kammern 41 und 42 für Strömungsmittel wieder in Gleichgewicht kommen, und der Kolben 1 und der Schieber 5 werden durch die Vorspannkraft der Feder 205 voneinander getrennt werden, so daß der Schieber 5 in seine ursprüngliche Form und aus seiner radial nach außen bewegten Lage in seine ursprüngliche Lage zurückgebracht wird. Hierdurch wird auch die Reibungskraft beseitigt, welche zwischen der Innenwandfläche des Zylinders 4 und dem Schieber 5 auftritt,
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Die Kraft, welche den Kolben 1 nach oben bewegt, ist proportional dem Grad der Abwärtsbewegung des Kolbens 1. Da der Grad der Abwärtsbewegung des Kolbens am größten ist, wenn die Stoßstange 3 zuerst auf das Hindernis S auftrifft, wird der Schieber 5 in den Anfangsstufen des Zusammenstoßes mit einer maximalen Kraft gegen den Kolben 1 gedrückt.
Die senkrecht auf die konische Fläche des Kolbens 1 und die geneigte Innenwandfläche des Schiebers 5 ausgeübte Kraft wird konstant gehalten, bis ein relativer Schlupf zwischen dem Kolben 1 und dem Schieber 5 auftritt. Durch Einstellung des Winkels der konischen Fläche des Kolbens 1 und der Setzlast der Feder 205*auf Größen, daß ein solcher relativer Schlupf zwischen dem Kolben 1 und dem Schieber 5 während der Endstufen des Zusammenstoßes auftritt, ist es möglich, die Bewegung des Schiebers 5 auf der Innenwandfläche des Zylinders 4 unter Reibungseinfluß von den Anfangs- bis zu den Endstufen des Zusammenstoßes im wesentlichen konstant zu halten.
Da die zwischen dem Schieber 5 und der Innenwandfläche des Zylinders 4 während der Anfangsstufen des Zusammenstoßes erzeugte Reibungskraft im wesentlichen proportional dem Grad der Abwärtsbewegung des Kolbens 1 oder der Kollisionsgeschwindigkeit ist, kann sich die Reibungskraft während der Anfangsstufen des Zusammenstoßes abhängig von der Kollisionsgeschwindigkeit ändern.
Der Zusammenhang zwischen der Last und dem Hub des oben beschriebenen ersten bis vierten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedes ist schematisch in Fig. 8A bis Flg. 8E gezeigt. Fig. 8a zeigt die Kennlinie des ersten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedes, Fig. 8B die Kennlinie des zweiten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedes, Fig. 8C die Kennlinie des dritten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedes, und Fig. 8D die Kennlinie des vierten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedes. Fig. 8E zeigt die Gesamtkennlinie der ersten bis vierten
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die Aufprallenergie absorbierenden Glieder. Durch Kombination der ersten bis vierten die Aufprallenergie absorbierenden Glieder miteinander wie hier beschrieben, ist es möglich, eine Dämpfervorrichtung vorzusehen, welche eine im wesentlichen rechteckigen Absorptionskennlinie für die Aufprallenergie aufweist, was für die Stoßabsorption sehr wünschenswert ist.
Der Betrieb der zweiten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert werden. In der ersten in Fig. bis 4 gezeigten Ausführungsform sind das erste die Aufprallenergie absorbierende Glied und das zweite die Aufprallenergie absorbierende Glied in dem den Reibungswiderstand erzeugenden Teil als Einheit miteinander verbunden, um in der Kammer 42 für Strömungsmittel zu wirken. In der zweiten Ausführungsform jedoch wird der Schieber 52, welcher das zweite die Aufprallenergie absorbierende Glied ist, in der Luftkammer 4j5 zum Wirken gebracht, so daß es möglich ist, eine vergrößerte Wirksamkeit des Reibungswiderstandes und einen größeren Spielraum bei der Auswahl der Materialien vorzusehen.
Im einzelnen wird, wenn die axial gerichtete Kraft auf einen Teil zwischen der Schubstange 22 und der Kolbenstange 21 ausgeübt wird, der Schieber 52 durch den am anderen Ende der Kolbenstange 21 ausgebildeten konischen Vorsprung zu einer Bewegung radial nach außen gezwungen werden, so daß eine Reibungskraft zwischen dem Schieber 52 und dem Zylinder 4 erzeugt wird.
Wenndie Stoßstange 3 nach dem Zusammenstoß aus der Berührung mit dem Hindernis S gelöst wird, wird die Federkraft der Feder 205 den konischen Vorsprung 111 und den Schieber 52 außer Eingriff miteinander drücken, und das zweite die Aufprallenergie absorbierende Glied oder der Schieber 42 wird durch die Vorspannkraft der Druckfeder 71, welche aus einem zusammendrückbaren Material hergestellt ist und das dritte,
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die Aufprallenergie absorbierende Glied darstellt, in seine ursprüngliche Lage zurückgebracht werden, in welcher er sich vor dem Zusammenstoß befand. In den weiteren Einzelheiten ist der Betrieb der Ausführungsform nach Fig. 5 ähnlich dem der AusfUhrungsform nach Pig. I.
Aus der obigen Beschreibung ist zu erkennen, daß die wie oben beschrieben aufgebaute und arbeitende Dämpfervorrichtung die beste Ausnutzung ihres Hubes zu bringen vermag und hierdurch eine Dämpfung der Aufprallenergie mit hoher Wirksamkeit erreicht wird. D.h., daß es durch Ausnutzung des Reibungswiderstandes zusätzlich zum von dem Arbeitsströmungsmittel gebotenen Viskositätswiderstand möglich ist, die Wirksamkeit und den Wirkungsgrad der Absorption der Aufprallener-gie zu vergrößern. Außerdem kann die Dämpfervorriohtung als ein weicher Dämpfer arbeiten, wenn der auftretende Zusammenstoß von einem kleineren Unfall herrührt, bei welchem die Kollisionsgeschwindigkeit klein ist, und sie kann als ein harter Dämpfer arbeiten, wenn der Zusammenstoß bei einem größeren Unfall auftritt, weil hierbei die Kollisionsgeschwindigkeit groß ist. Nach dem Zusammenstoß wird die Kolbengeschwindigkeit auf Null verringert, so daß es möglich ist, den Kolben durch die Vorspannkraft einer Feder in seine ursprüngliche Lage wie vor dem Zusammenstoß zurückzubringen. Die Erfindung macht es möglich, den Grenzflächendruck der Reibungsfläche unabhängig von der Kolbengeschwindigkeit zu ändern, was bisher bei bekannten Dämpfern unmöglich gewesen ist.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Dämpfervorrichtung, gekennzeichnet durch ein mit einer öffnung (103) ausgebildetes erstes die Aufprallenergie aufnehmendes Glied (1, 11) durch welche öffnung (103) beim Zusammendrücken Strömungsmittel in einem Zylinder (4) fließen kann, um eine Anfangsaufprallkraft durch den ■Viskositätswiderstand des durch die öffnung (103) strömenden Strömungsmittels zu dämpfen, ein von dem ersten die Aufprallenergie absorbierenden Glied (1, 11) gesteuertes zweites die Aufprallenergie absorbierendes Glied (5, 51» 52) zum Erzeugen eines Reibungswiderstandes zwischen einer Außenfläche des zweiten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedes (5, 51» 52) und einer Innenwandfläche des Zylinders (4) zur weiteren Dämpfung der Aufprallkraft, ein aus einem zusammendrückbaren Material hergestelltes und in dem Zylinder (4) angeordnetes drittes die Aufprallenergie absorbierendes Glied (7» 71) zum kontinuierlichen Dämpfen der Aufprallkraft durch den Gegendruck des Strömungsmittels in dem Zylinder (4), welcher durch das erste die Aufprallenergie absorbierende Glied (1, 11) erzeugt ist, und ein viertes die Aufprallenergie absorbierendes Glied (8), welches mit den ersten und dritten die Aufprallenergie absorbierenden Gliedern (1, 11; 7, 71) zur weiteren Absorption und Dämpfung der Restaufprallkraft zusammenarbeitet.
  2. 2. Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten die Aufprallenergie absorbierenden Glied (1, 11) und dem zweiten die Aufprallenergie absorbierenden Glied (5, 51, 52) eine Feder (205) angeordnet ist.
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  4. ι% §77
  5. 5. liefervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, djaduj:ch g g kennzeichnet, daß das er· te die Aufprallenergie absorbi^end.e Glied ein mijt einer ZylinderfUhruniE (|&) Jaundener und in dem Zylinder (4) anjgec>rdnet;er KQlben [I, 1st, das zweite die Aufprallener£ie absorbierend.e Glied in dem Zylinder (4) so angeordneter Schieber (5, 5I, 5«!J deßBen Außenfläche in Berührung mit der Innenwandfl|Lche dies Zylinders (4) gehalten ist, das dritte die Aufprallenergie absorbierende Glied eine Druckgummifeder (7) oder Jpruckffdjpr (71) ist, und da.e vierte die Aufprallenergie absQrbierejnde Glied ein zwischen dem Zylinder (4) und der Zyl4J^de^f^Jt^ng (52) angeordneter Stopper (8) ist.
    4. Dämpfervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g eke umzeichnet, daß das zweite die Aufprallenergie absorierende Glied (52) zwischen einem am vorderen Ende einer vop der Zylinderführung (J2) durch den Zylinder (4) verlaufenden Schubstange (22) ausgebildeten Vorsprung (2J) und einem mit dem Kolben (11) verbundenen Vorsprung (111) gehalten 1st.
    5. Dämpfervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Zylinder (4) durch eine bewegliche Trennwand (6) in zwei Kammern (42, 43) für Strömungsmittel geteilt ist, und daß der Kolben (11) und der mit diesem verbundene Vorsprung ( 111) jeder in einer der beiden Kammern (42, 43) für Strömungsmittel angeordnet sind.
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    BAD ORIGINAL
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