DE2229945C2

DE2229945C2 - Pralldämpfer für Stoßstangen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2229945C2
Application number: DE2229945A
Authority: DE
Inventors: Felix Dipl.-Ing. 8720 Schweinfurt Wößner
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1972-06-20
Filing date: 1972-06-20
Publication date: 1982-06-03
Also published as: JPS5550577B2; US3865356A; DE2229945A1; IT986489B; FR2189659A1; GB1440247A; FR2189659B3; JPS4956335A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Pralldämpfer für Stoßstangen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem fluidgefüllten Zylinder, einem mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben, der mit Dämpfeinrichtungen versehen ist und diese Dämpfeinrichtungen durch die Bewegung des Kolbens in der Fluidfüllung betätigt werden, während als Federmittel ein Gasraum im Bereich des Zylinderbodens angeordnet ist und sich zwischen dem Gasraum und der Fluidfüllung ein mit einem Anschlag zusammenwirkender, verschiebbarer Trennkolben befindet.

Ein entsprechender Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge ist durch die DE-AS 11 54 980 bekannt. Dieser Einrohrschwingungsdämpfer besitzt einen Trennkolben zwischen Flüssigkeits- und Gasfüllung, wobei dieser Trennkolben einen Anschlag aufweist, der an einer beweglichen Trennwand zur Anlage kommt und diese bewegliche Trennwand einen zweiten Gasraum mit höherem Druck begrenzt. Mit einer solchen Konstruktion wird ab einem bestimmten Einfahrweg der Kolbenstange ein steiler Anstieg der Federkennung erzielt, jedoch sind Dämpfkraft und Druck im Ausgleichsraum so aufeinander abgestimmt, daß — wie bei Schwingungsdämpfern üblich — die Dämpfung der Kolbenstangenbewegung ohne Abreißen der Flüssigkeitssäule erfolgt.

Die Anordnung einer Trennwand zwischen der Flüssigkeitsfüllung und dem Ausgleichsraum ist bei EinrohrdämDfern sowohl durch das DE-GM 17 40 615

40

45

50

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65 als auch durch die DE-PS 11 46 706 bekannt Im ersteren Falle erfolgt die Rückstellung der Trennwand durch eine Metallfeder und im zweiten Falle durch eine unter Druck stehende Gasfüllung. Weder die Metallfeder noch die Gasfüllung dient dabei als Anschlag.

Durch die DE-PS 1142 470 ist ein kolbenförmiges Trennorgan für die Gas- und Flüssigkeitsfüllung bekannt, welches einen Ringspalt mit dem Zylinder bildet und der Öl-Gas-Emulsionsbildung entgegenwirkt. Als Trennkolben im Sinne einer dichten Trennung von Gas und Flüssigkeit kann dieser Trennkörper nicht aufgefaßt werden. Ebenso kann ein elastischer Anschlag für den Kolben entsprechend der FR-PS 10 45 365 weder die Aufgabe eines Trennkolbens noch die eines Anschlages für einen Trennkolben zeigen, da der Kolben durch Anlage an einem entsprechenden Element, d. h., bei nahezu voll eingefahrener Position, eine Wirkung dieses Anschlages hervorruft.

Einen Pralldämpfer für die Stoßstangen von Kraftfahrzeugen zeigt das DE-GM 71 42 324, wobei in der rohrförmigen Kolbenstange ein axial beweglicher Trennkolben zur Trennung der Flüssigkeits- und Gasfüllung angeordnet ist. Die Dämpfung selbst wird über einen Stößel erzielt, welcher in einer Kolbenöffnung geführt ist und mit dieser Kolbenöffnung eine wegabhängige Querschnittsänderung erzeugt. Der bei dieser Konstruktion infolge eines Aufpralles im Arbeitsraum zwischen Kolben und Zylinderboden auftretende hohe Druck pflanzt sich über die Laufbüchse fort und wirkt auf die Kolbenstangendichtung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Pralldämpfer mit möglichnt einfachem Aufbau zu schaffen, der eine geringe Baulänge aufweist, einen möglichst geringen Fülldruck besitzt und keine hohen Anforderungen an die Kolbenstangendichtung stellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gasraum einen Druck aufweist, der über einen vorbestimmten Einfahrweg der Kolbenstange kleiner ist als zum Öffnen des Dämpfventiles erforderliche Druck und der Einfahrweg des Trennkolbens bis zum Öffnen des Dämpfventiles ein geringfügig größeres Volumen schafft, welches dem maximal einfahrenden Kolbenstangenvolumen entspricht, während der Anschlag durch Mittel gebildet ist, die so dimensioniert sind, daß sie den Gegendruck aufbauen, welcher zum öffnen des mit einer vorbestimmten Dämpfkraft eingestellten Dämpfventiles führt. Ein derartiger Pralldämpfer ist sehr einfach in seinem Aufbau und kana da der Gasdruck lediglich zum Ausschieben der Kolbenstange ausgelegt ist, mit geringem Innendruck gefüllt werden. Außerdem ist durch den kurzen Einfahrweg des Trennkolbens gewährleistet, daß die Baulänge klein gehalten werden kann und die Dichtung ist nicht in dem Raum angeordnet, in welchem der Gegendruck aufgebaut wird. Dies rührt davon her, daß beim Aufprall während des Einfahrweges des Trennkolbens auf der Kolbenrückseite die ölsäule abreißt und dadurch in diesem Raum ein Unterdruck gebildet wird und erst bei aufgebautem Gegendruck die Kolbenstange mit vorbestimmter Dämpfkraft einfährt. Entsprechend wird ein Bewegungsablauf geschaffen, wobei in der ersten Einschubphase der Kolbenstange zunächst der Gegendruck aufgebaut wird und anschließend die vorbestimmte Dämpfkraft einsetzt. Der Einfahrweg des Trennkolbens und damit der Kolbenstange in dieser Phase ist im Verhältnis zum Gesamtweg des Dämpfers klein. Das Verhältnis der Kolbenstangen-Querschnittsfläche zur Kolbenauerschnittsfläche ist bei einem vorgegebenen

Hub das Maß für den Einfahrweg des Trennkolbens und beträgt bei den dargestellten Ausführungen ca. ein Zehntel des Gesamthubes. Dieser den Gegendruck aufbauende Einfahrweg hat sich insbesondere bei sehr leichter. Stoßen bewährt In diesen Fällen treten keinerlei Schaden am angestoßenen Fahrzeug auf, auch wenn dieses nicht mit Pralldämpfer^ ausgerüstet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einem Merkmal der Erfindung das den Anschlag bildende Mittel durch einen an sich bekannten starren Anschlag gebildet '.st Sobald hier der Einfahrweg des Trennkolbens vom Anschlag begrenzt ist, baut sich sofort der volle Gegendruck auf, der zum Öffnen des Dämpfventiles führt Dabei kann der Einfahrweg des Trennkolbens durch einen solchen starren Anschlag sehr exakt vorbestimmt werden. Um einen gleichmäßigeren und stärkeren Anstieg des Gegendruckes während des Einfahrweges zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn erfindungsgemäß das den Anschlag bildende Mittel durch einen elastischen Anschlag gebildet ist.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele ausführlicher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Pralldämpfer im Längsschnitt, wobei ein Anschlagring für den Trennkolben vorgesehen ist;

Fig.2 den unteren Teil eines Pralldämpfers im Schnitt, bei dem das den Anschlag bildende Mittel durch einen Vorsprung am Trennkolben gebildet ist;

F i g. 3 den unteren Teil eines Pralldämpfers mit einem Absatz in der Wand des Zylinders, welcher das den Anschlag bildende Mittel darstellt;

F i g. 4 eine weitere Ausführungsvariante eines Pralldämpfers im Schnitt, bei dem das den Anschlag bildende Mittel durch einen entsprechend ausgelegten Gasraum besteht; J5

Fig.5 einen Schnitt durch den unteren Teil eines Pralldämpfers, bei dem ein Elastomerkörper das den Anschlag bildende Mittel darstellt;

Fig. 6 eine Ausführungsform, welche einen aus Tellerfedern gebildeten, elastischen Anschlag besitzt, und

F i g. 7 Diagramme der verschiedenen Bauformen des Erfindungsgegenstandes.

Der in Fig. 1 dargestellte Pralldämpfer umfaßt einen Zylinder 21 mit darin verschiebbarem Kolben 22, der an der Kolbenstange 23 befestigt ist. Die Kolbenstange 23 tritt durch den Abschlußdeckel 26 aus dem Zylinder 21 aus, wobei die Abdichtung des Zylinderdeckels durch die Außendichtung 27 erfolgt. Die Kolbenstange 23 ist an ihrem äußeren Ende mit einem Abdeckrohr 24 5J verbunden. Der Innenraum des Zylinders 21 wird vom Kolben 22 in den Hochdruckraum 28 und den Niederdruckraum 29 unterteilt. Diese beiden Räume sind durch das von den Ventilöffnungen 2Sl. der Ventilplatte 212 und den Ventilfedern 213 gebildeten Dämpfventil miteinander verbindbar. An der dem Kolben 22 gegenüberliegenden Seite wird der Hochdruckraum 28 vom Trennkolben 25 begrenzt, der andererseits den Gasraum 210 gegenüber der im Hochdruckraum 28 befindlichen Flüssigkeit trennt. Zur Abdichtung ist im Gehäuse des Trennkoibens 25 die Trennkolbendichtung 214 vorgesehen. Der Weg des Trennkolbens 25 in Richtung auf das Zylinderende wird durch den Anschlagring 217 begrenzt, an den die Anschlagfläche 216 des Trennkolbens 25 zur Anlage μ kommen kann.

Der Druck im Gasraum wird im wesentlichen nach der Höhe der gewünschten Ausfahrkraft bemessen und ist kleiner als der zum Öffnen der Ventilplatte 212 erforderliche Druck. Die Auslegung der Ventilbohrungen 211, der Ventilplatte 212 und der Ventilfedern 213 erfolgt entsprechend der gewünschten Dämpfkraft (Fmax aus F i g. 7). Beim Auftreff en auf ein Hindernis wird somit die Kolbenstange um den Weg h eingeschoben, ohne daß hierbei das Dämpfventil öffnet, so daß hierbei im Niederdmckraum 29 hinter dem Kolben 22 ein Unterdruck entsteht, d. h, die Dämpfflüssigkeit reißt hinter dem Kolben 22 ab. Bei dieser Einfahrbewegung um den Weg h baut sich nicht die volle Dämpfkraft auf, sondern die Kennlinie verläuft, wie aus F i g. 7 ersichtlich, zunächst längs der Linie C\, deren Anstieg im Dämpfdiagramm von der Federkonstanten des Gasraumes 210 abhängt Nach Zurücklegung des Weges h entsteht eine starre Abstützfläche, die dann bei weiterer Einwärtsbewegung des Kolbens 22 und der Kolbenstange 23 zur Erreichung der vollen Dämpfkraft längs der Dämpfkraftkennlinie K führt. Dabei wird die Verschiebbarkeit des Trennkolbens 25 so ausgelegt, daß einerseits kein zu hoher Wirkungsgradveriust auftritt und andererseits das gesamte einfahrbare Volumen der Kolbenstange 23 einschließlich etwaiger Temperaturerhöhungen (z.B. bis auf 90⁰C) berücksichtigt ist. Diese Ausführungsform bietet die bauliche Einfachheit mit nur einer Abdichtung am Trennkolben 25 durch die Verwendbarkeit eines geringen Fülldruckes, der nur auf die Rückstellkraft ausgelegt werden muß. Die geringen statischen und dynamischen Druckbelastungen auf die Außendichtung 27 sind hierbei besonders hervorzuheben.

In den F i g. 2 und 3 sind im Prinzip und in der Funktion sehr ähnliche Ausführungsformen zu der nach F i g. 1 dargestellt, bei denen lediglich das den Anschlag bildende Mittel fcir den Trennkolben andersartig ausgebildet ist. So trägt in F i g. 2 der Trennkolben 35, der nach außen gegen den Zylinder 31 durch die Trennkolbendichtung 314 abgedichtet ist, an seinem dem Gasraum 310 zugekehrten Ende einen Vorsprung 319 mit einer Anschlagfläche 316. Diese Anschlagfläche ist nach Zurücklegung des Weges Λ dazu bestimmt, an der Zylinderanschlagfläche 318 zur Anlage zu gelangen, wodurch dann der Weg des Trennkolbens 35 begrenzt wird. In Fig. 3 ist eine weitere Variante der Anschlagbtgrenzung für den Trennkolben dargestellt, der hier mit 45 bezeichnet ist und über eine Dichtung 414 zum Zylinder 41 abgedichtet ist Die Wand des Zylinders 41 weist im Bereich des Gasraumes 410 einen Absatz 418 auf, der nach Zurücklegung des Weges h zur Anlage an der Anschlagfläche 416 des Trennkolbens 45 dient. Die Funktionsweise der Ausführungsformen nach den F i g. 2 und 3 entspricht der nach Fig. 1.

Auch die F i g. 4 ist in Aufbau und Wirkungsweise der Ausführung eines Pralldämpfers nach F i g. 1 ähnlich. Lediglich das den Anschlag bildende Mittel für den Trennkolben 45 ist beim Einschub des Kolbens 52 vom Gasraum 510 gebildet. Dieser Gasraum 510 bildet somit einen elastischen Anschlag, da nach Erreichen des der Dämpfkraft entsprechenden Druckes der Dämpfungsmitteldurchfluß durch die Ventilbohrungen 511 nach öffnen der Ventilplatte 512 entgegen der Kraft der Ventilfedern 513 erfolgt.

Infolge dieses Aufbaues ergibt sich in der Funktion eine etwas andere Kennlinie, nämlich die in F i g. 7 mit cj bezeichnete. Die Kolbenstange 53 fährt so lange in den Zylinder ein, bis die vom Gasiaum 510 auf den Trennkolben 55 ausgeübte Gegenkraft der maximalen Dämpfkraft F_ma, entspricht. Anschließend erfolgt der

Dämpfkraftverlauf bei weiterem Einschieben der Kolbenstange 53 gemäß K in F i g. 7. Diese Ausführung hat als Vorteil einen höheren Wirkungsgrad als die nach Fig. 1 und nach den Fig. 2 und 3, jedoch ist es unter Umständen schwierig, bei gegebenen baulichen Abmessungen mit einer bestimmten Rückstellkraft den Gasraum 510 so auszulegen, daß die gewünschte Federkennlinie erreichbar ist. Exakter und auch von den Temperaturen des Pralldämpfers selbst unabhängiger ist die Ausführung nach den F i g. 1 bis 3.

In den F i g. 5 und 6 sind Bauformen dargestellt, die eine Mischung der bisherigen Ausführungsformen zum Inhalt haben. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist für den Trennkolben 65, der durch die Trennkolbendichtung 614 im Zylinder 61 abgedichtet wird, ein Anschlag in Form eines Elastomerkörpers 620 vorgesehen, der sich im Gasraum 610 befindet. In der Funktion wird bei dieser Bauform im Anfangsbereich Λ ein Kennlinienverlauf gemäß Ci in F i g. 7 vorliegen. Nach dem Dämpfkrafteinbruch, der durch das Verschieben des Trennkolbens 65 über den Hochdruckraum erfolgt, wird sich während der ersten Phase ein Anstieg gemäß der Federkennlinie des Gasraumes 610 einstellen, wobei hier die Vorspannung des Gases schwächer zunimmt als bei einer Bauform nach F i g. 4. Nach Auftreffen des Trennkolbens 65 auf den Elastomerkörper 620 wird sich eine kombinierte Kennlinie aus der Kennlinie des Gasraumes 610 und des Elastomerkörpers 620 ausbilden, die entsprechend <^ nach Durchlaufen des Anfangsbereiches Λ dann zur vorgesehenen Dämpfkraft Fmax und dem weiteren Verlauf entlang der Dämpfkraftkennlinie K führt. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß man hinsichtlich der Wahl der Gasvorspannung im Gasraum 610 unabhängiger ist als bei der Ausführung nach F i g. 4 und auch Temperatureinflüsse geringer sind.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, in der zur Unterstützung der Federkraft des Gasraumes 710 Tellerfederpakete 720 vorgesehen sind. Diese Tellerfederpakete haben im vorliegenden Beispiel als Blockhöhe für die Begrenzung des Federweges den Weg h. Infolgedessen wird sich bei der Funktionsweise eine gegenüber C\ etwas abgewandelte Kennlinie ergeben, und zwar gemäß c« in Fig. 7. Diese kommt dadurch zustande, daß zunächst nach dem Dämpfkrafteinbruch eine kombinierte Kennlinie aus der Kennlinie des Gasraumes 710 und den Teüerfederpaketen 720 entsteht und dann nach Erreichen der Blockhöhe der Tellerfederpakete 720 ein steiler Anstieg der Dämpfkraft auf den Wert F_m,_x erfolgt, während der weitere Verlauf entsprechend K in F i g. 7 ist. Auch diese Ausführung macht den Konstrukteur von der Wahl des Gasdruckes im Raum 710 unabhängiger.

Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, daß der Weg h nicht größer sein sollte als 40% des gesamten zur

2¹S Verfügung stehenden Kolbenhubes. Besonders vorteilhaft erwies sich eine Ausführung, bei der der Weg h 10 ... 20% des Kolbenhubes beträgt. Bei einer solchen Ausgestaltung überwiegen die erzielten Vorteile den in Kauf zu nehmenden Verlust hinsichtlich des Wirkungsgrades.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuneen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Pralldämpfer für Stoßstangen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem fluidgefüllten Zylinder, einem mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben, der mit Dämpfeinrichtungen versehen is» und diese Dämpfeinrichtungen durch die Bewegung des Kolbens in der Fluidfüllung betätigt werden, während als Federmittel ein Gasraum im Bereich des Zylinderbodens angeordnet ist und sich zwisehen dem Gasraum und der Fluidfüllung ein mit einem Anschlag zusammenwirkender, verschiebbarer Trennkolben befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum (210, 310, 410, 510, 610, 710) einen Druck aufweist, der über einen vorbestimmten Einfahrweg (h) der Kolbenstange (23, 53) kleiner ist als der zum öffnen des Dämpfvtntils erforderliche Druck und der Einfahrweg (h) des Trennkolbens bis zum öffnen des Dämpfventils ein geringfügig größeres Volumen schafft, weiches dem maximal einfahrbaren Kolbenstangenvolumen entspricht, während der Anschlag durch Mittel gebildet ist, die so dimensioniert sind, daß sie den Gegendruck aufbauen, welcher zum öffnen des mit einer vorbestimmten Dämpfkraft eingestellten Dämpfventiles (Ventilplatte 212, 512; Ventilfedern 213,513) führt.

2. Pralldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Anschlag bildende Mittel durch einen an sich bekannten starren Anschlag(316,418,720) gebildet ist.

3. Pralldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Anschlag bildende Mittel durch einen elastischen Anschlag (217, 510, 620) gebildet ist. J5