DE2339355A1

DE2339355A1 - Lasttragendes federbein

Info

Publication number: DE2339355A1
Application number: DE19732339355
Authority: DE
Inventors: Carl-Ullrich Dr Peddinghaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-08-03
Filing date: 1973-08-03
Publication date: 1975-02-20
Also published as: FR2239356B3; BE818326A; US3917244A; FR2239356A1; JPS5044380A

Description

4 DOSSELDORF-BENRATH 27, 7. 1973

BENilAlHEfl SCHLOSSALUE M TELEFON 713234 PL/Ja

UlEX «5β7β4Ι

r ATENTAMWALT

UUIICH PLDCi η I REG. NR. 2397/98

Dr. Carl Ullrich Peddinghaus

56 Wuppertal - Barmen, Obere Liohtenplatzer Straße 276

Lasttragendes Federuein

Die Erfindung bezieht sich auf ein lasttragendes Federbein, bestehend aus einer Feder und einem hydraulischen Schwingungsdämpfer, der in Wirkungsrichtung der Feder angeordnet ist und einen Zylinder aufweist, in welchem ein an einer Kolbenstange befestigter Dämpfungskolben verschieblich ist, und in welchem ein Ausgleichsraum ^Für das von der Kolbenstange verdrängb.ire Volumen der Dämpfungsflüssigkeit besteht.

Lasttragende Federbeine dieser Art finden yor allem für Kraftfahrzeuge Verwendung. Sie sind dann einerseits an der Karosserie befestigt, wohingegen sie andererseits den Achsschenkelbolzen für ein Straßenrad tragen. Dank der hydrau-ÜRCjien Dämpfung werden die infolge der Unebenheiten der Fahrbahn entstehenden Schwingungen sehr gut gedämpft. Durch entsprechend differ? iziert gestaltete Ventilöffnungen des Dämpfungfv.clbens kam der Schwingungsdämpfer mit geringerer Kraft eingefahren als anschließend ausgefahren werden.

BAD ORIGINAL

509808/0090

Um eine vorgesehene Dämpfungscharakteristik auch bei größeren Schwingungsfrequenzen und - Amplituden zu gewährleisten, muß verhindert werden, daß es innerhalb der Hydraulikflüssigkeit, also in der Regel innerhalb des Öles, zu Kavitationen kommt, weil dann die für Flüssigkeitsströmungen bemessenen Ventilöffnungen von den Kavitationen betroffen würden und wesentlich geringere Dämpfungskräfte erzeugen würden. Hinzu kommt, daß Kavitationen nach längerer Betriebszeit zu erhöhtem Verschleiß führen. Daher wird bei lasttragenden Federbeinen der Ausgleichsraum mit einem unter hohem Druck stehenden Gas gefüllt, wobei der Druck Größenordnungen von 2 5 bis 80 Atmosphären haben kann. Somit steht die Dämpfungsflüssigkeit ständig unter hohem Druck, so daß es auch bei extremen Belastungen nicht zu den erwähnten Kavitationserscheinungen kommen kann. Vielmehr gewährleistet der hohe Druck, unter dem die Dämpfungsflüssigkeit steht, auch dann noch eine zuverlässige Dämpfung. Von beträchtlichem Nachteil ist jedoch, daß man den während des Betriebes auftretenden Biege- und Knickbelastungen Rechnung tragen muß. Zweifellos könnte man dies durch eine entsprechend stark dimensionierte Kolbenstange mit einem Durchmesser von z.B. 20 mm oder mehr erreichen, doch beginnt dann der Druck des GasVolumens mit einer erheblichen Ausschubkraft auf die Kolbenstange 'einzuwirken, so daß erhebliche Auswirkungen auf die Federkraft die Folge sind, das Federbein arbeitet dann zunehmend härter, welche Erscheinung bei längeren Fahrten noch ausgeprägter wird, weil sich das Druckgasvolumen erwärmt. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird nach dem Vorschlag der DT-PS 1 625 418 die Kolbenstange des Schwingungsdämpfers mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser ausgebildet , so daß die infolge des Druckes des Gasvolumens ausgeübte Ausschubkraft vergleichsweise niedrig und ohne nennenswerten Einfluss bleibt. Um jedoch den Biege- und Knickbelastungen Rechnung zu tragen, wird hierbei ein Teleskoprohr verwendet, an dessen Boden die nach unten ausfahrende Kolbenstange des Schwingungsdämpfers befestigt ist, und bei welchem zwei

509808/0090

mit konstant bleibendem Abstand vorgesehene Führungen und Dichtungen die äußere Mantelfläche des Schwingungsdämpfers führen; zur Schmierung dient dabei ein zwischen den beiden Führungen und Dichtungen befindliches Schmiermittel. Für eine zuverlässige Abdichtung der Führung muß man hierbei entweder die äußere Mantelfläche des Zylinders des Schwin gungsdämpfers oder die Innenwandung des genannten Rohres mit einer entsprechenden Oberflächengüte herstellen, so daß insgesamt nicht rur der Aufwand eines zusätzlichen Rohres, sondern auch noch ein er■ tspi^echender, nennenswerter Bearbeitungsaufwand entsteht.

Der Erfindung liegt ciie Aufgabe zugrunde, ein lasttragendes Federbein der einleitend beschriebenen Art so auszubilden, daß es den vorstehend beschriebenen Bedingungen besonders zuverlässig Rechnung tragen kann, wobei auch der Herstellungsaufwand mit Rücksicht auf eine angestrebte, preiswerte Massenfabrikation gering bleiben soll. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Dämpfungsflüssigkeit im Zylinder des Schwingungsdämpfers vom Ausgleichsraum durch einen verschieblichen, dichtenden Trennkolben in an sich bekannter Weise abgetrennt ist, an dessen der Dämpfungsflüssigkeit gegenüberliegender Seite das eine Ende eines •weiteren, mit kleineren Abmessungen ausgeführten Schwingungsdämpfers angreift, dessen anderes Ende am Boden des Zylinders des größeren Schwingur.gsdämpfers befestigt ist, wobei der Hub des kleineren Schwingungsdämpfers demjenigen dee Trennkolbens entspricht, und sein Ausgleichsraum für die Aufnahme eines Druckgasvolumens ausgeführt ist, und wpbei der größere Schwingungsdämpfer mit einem Kolbenstangenquetfschnitt ausgebildet ist, der den Knick- und Biegebelastungen während des Betriebes entspricht.

Bei einem auf diese Weise ausgebildeten Federbein ist das üblicherweise im Auagleichsraum befindliche Druckgasvolumen

509808/0090

also durch einen zweiten Stoßdämpfer ersetzt . Dieser zweite Stoßdämpfer hat, seinen kleineren Abmessungen entsprechend, insbesondere eine mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Kolbenstange, die bei der Ermittlung der Ausschubkraft, welche das Durckgasvolumen erzeugt, zu berücksichtigen ist. Obwohl das Gasvolumen im Ausgleichsraum des kleineren Schwingungsdämpfers unter dem sonst bei Stoßdämpfern üblichen, hohen Druck steht, übt es wegen der mit kleinerem Durchmesser, z.B. mit 8 mm, ausgeführten Kolbenstange nur einen auf deren Querschnitt bezogenen, verhältnismäßig geringe Ausschubkraft aus. Im Bereich geringer Schwingungsamplituden und - Frequenzen drückt der kleinere Stoßdämpfer mit der vorerwähnten, praktisch lediglich durch den Druck des eingeschlossenen Gases aufgebrachten Kraft auf den Trennkolben des größeren Schwingungsdämpfers. Diese Kraft reicht zunächst noch vollständig aus, um Kavitationen der Dämpfungsflüssigkeit des größeren Schwingungsdämpfers zu verhindern. Da diese Kraft weiterhin auf die Fläche des Trennkolbens bezogen werden muß, um den Druck der Dämpfungsflüssigkeit im größeren Schwingungsdämpfer zu ermitteln, ergibt sich nur ein vergleichsweise niedriger Druck von wenigen Atmosphären, mit welchem letztlich die erheblich stärker ausgeführte Kplbenstange des größeren Schwingungsdämpfers zu beaufschlagen ist, um deren Aueschubkraft zu erhalten. Die letztgenannte Ausschubkraft bleibt dementsprechend im normalen Fahrbetrieb auch bei längerer Fahrzeit und Erwärmung des Druckgasvolumens so gering, daß kein nennenswerter Einfluß auf die Federcharakteristik entsteht. Wenn plötzlich größere Schwingungsamplituden bzw. - Frequenzen auftreten, beginnt beim kleineren Schwingungsdämpfer die Dämpfungscharakteri stik ihren Einfluß auszuüben . Diese hängt nunmehr von den erforderlichen Kräften für das weitere Öffnen der Ventile im Dämpfungskolben des kleineren Schwingungsdämpfers ab. Sofern die Ventilöffnungen des kleineren Schwingungsdämpfers von mit starker Spannung angezogenen Ventilscheiben

509808/0090

abgedeckt sind, sind entsprechend größere Kräfte notwendig, um Verschiebungen beim kleineren Schwingungsdämpfer herbeizuführen, was sich bei der V/irkungsweise des größeren Schwingungsdämpfer dahingehend bemerkbar macht, daß dessen Dämpfungsflüssigkeit dann unter finem entsprechend erhöhten Druck steht und an Kavitationen gehindert int. Der kleinere Schwingungsdämpfer kann also einerseits infolge des Druckes seines Gasvolumens auf den größeren Schwingungsdämpfer einwirken, was bei den überwiegenden Schwingungen geringer Amplituden und Frequenzen der Fall ist. Bei größeren Belastungen wirkt er jedoch, über seine von den Ventilöffnungen und- Federn erzeugte Dämpfungskraft auf den größeren Schwingungsdämpfer ein. Dies kann bereits dadurch gewährleistet werden, daß die für die /.bdeckung der Ventilöffnungen beim kleineren Schwingungsdämpfer vorgesehenen Ventilscheiben eine progressive "ederkraft derart haben, daß sie einer anfänglichen Belastung sehr leicht nachgeben. Man kann die genannte Wirkung abor auch dadurch unterstützen, daß der Dämpfungskolben des kleineren Schwingungsdämpfers in an sich bekannter Weise zusätzlich zu den durch federnde Ventilscheiben abgedeckte Ventilöffnungen mit öffnungen bzw. Üffnungsbereichen der Ventilöffnungen ausgeführt ist, die in beiden Richtungen frei durchströmbar sind. Bei einer derartigen Ausf ürirungsf orm wirkt also lediglich eine stärkere Kinschubkraft dazu, daß die Ventilscheiben abgehobei· werden, während im Bereich normaler Frequenzen und - Amplituden die ständig frei bleibenden Ventilöffnungen bzw. Offnungsber?iche durchströmt werden.

Bei dem er'"indungsgem-'ißen Federbein besteht der weitere Vorteil, d ü'> man die Kolbenstange buim größeren Schwingungsdämpfer naoh oben au:;, ahrend einordnen kann, so daß sich der Achsschenkelbolzen am Zylinder des größeren Schwingungsdämpfers befindet. Diese Anordnung ermöglicht eine bessere Abstützung der auftretenden Biegvmomente. Zweckmäßig wird dann der k Leine v.rxvii -.gungs-iäiTipf ν vet. nach unten ausfahren-

509808/0090

der Kolbenstange ausgebildet, weil sich hierbei das Druckgasvolumen oben befindet und mithin durch die Dämpfungsflüssigkeit des kleineren Schwingungdämpfers abgedichtet ist. Im übrigen ist von Vorteil, daß man den kleineren Schwingungsdämpfer mit einer Kolbenstangenlänge ausbilden kann, die nur ein Bruchteil derjenigen des größeren Schwxngungsdämpfers ist. Dies liegt daran, daß der kleinere Schwingungsdämpfer lediglich den Verschiebungen des Trennkolbens, an dessen Unterseite er mit seinem Zylinder zweckmäßig befestigt ist, folgen muß, und daß letztererwegen des Größenverhältnisses zur Kolbenstange des größeren Schwingungsdämpfers sich nur in einem Brucateil des Hubes des größeren Schwingungsdämpfers jewegt.

Da der kleinere Schwingungsdämpfer die Dämpfungsflüssigkeit des größeren Sc.iwingunp.sdämpfers im normalen Betriebsfall ,nur unter einem sehr geringen Druck stellt, führt auch eine Temperatursteigerung des Druckgasvolumens beim kleineren Schwingungsdämpfer nach längerer Fahrzeit nicht zu einer nennenswerten Beeinträchtigung der Wirkung des Federbeins. Um unerwünschte Oberhitzungen auszugleichen, kann man den Zylinder des größeren Schwxngungsdämpfers im Bereich des vollständig eingefahrenen kleineren Schwingungsdämpfer noch mit Ventilationsöffnungen ausbilden.

Zur weiteren Verarischaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, die das erfindungsgemäße Federbein in schematischer Darstellung in teilweisem Längsschnitt wiedergibt.

An der Fahrzeugkaroseerie 1 ist in üblicher Weise, beispielsweise mittels «liner Gehraubmutter 2 das abgesetzte Ende der Kolbenstange 3 befestigt. Innerhalb eines an der Korosserie 1 befindlichen Bundes 4 ist die Feder 5 abgestützt, deren anderes Ende auf dem Teller G gelagert ist.

ORIGINAL INSPECTED

509808/0090 - 7

_ 7 _ ά O O ο vJ J

Letzterer ist am Zylinder 7 des größeren Schwingungsdämpfers befestigt. Zwisbhen dem Teller 6 und dem Bundt ist weiterhin ein üblicher Faltenbalg 8 vorgesehen, der den Eintritt von Verunreinigungen in die Kolbenstangendichtung 9 verhindert .

Das untere, abgesetzte Ende der Kolbenstange 9 trägt den Dämpfungskolben 10, der mit entsprechend differenziert gestalteten Ventilöffnungen 11 und 12 ausgebildet ist. Zu deren Abdeckung sind Ventilscheiben 13 und 14 vorgesehen, die zwischen der Schulter des abgesetzten, unteren Endes der Kolbenstange 3, dem Dämpfungskolben 10 und der Kolbenstangenmutter 15 elastisch gehalten sind. Beim Einfahren wird die Ventilöffnung 12 durch Abheben der Ventilscheibe 14 freigegeben, wohingegen beim Ausfahren die Ventilöffnung 11 durch Abheben der Ventilscheibe 13 freigegeben wird. Wie schematisch veranschaulicht ist, entsteht im erstgenannten Fall eine größere Strömungsöffnung als im zweitgenannten Fall, so daß die Dämpfungswirkung entsprechend differenziert ist.

Weiterhin erkennt man den Dämpfungskolben 16, für den im Gegensatz zum Dämpfungskolben 10 Dichtungen 17 vorgesehen sind. Durch letztere ist die im Zylinder 7 befindliche .Dämpfungsflüssigkeit daran gehindert, auszutreten. Das Querschnittsverhältnis des Trennkolbens 16 zur Kolbenstange 3 ist dafür maßgeblich, wie stark die achsiale Verschiebung des Trennkolbens 16 gegenüber derjenigen der Kolbenstange 3 untersetzt ist.

An der äußeren Wandung des unteren Teils des Zylinders 7 befindet sich der Achsschenkelbolzen 18, der in an sich üblicher Weise mit einem Zapfen für die Lagerung eines Rades ausgeführt ist. Man erkennt weiterhin eine Öffnung 19, durch die der vom unteren Teil des Zylinders 7 gebildete Raum belüftet werden kann.

509808/0090

An der unteren Seite des Trennkolbens 16 ist der Zylinder 20 des kleineren Schwingungsdämpfers befestigt. Mittels der Dichtung 21 ist die Kolbenstange 22, die am Boden 2 3 des Zylinders 7 befestigt ist, aus dem Zylinder 20 herausgeführt. Die Kolbenstange 22 trägt an ihrem abgesetzten Ende den Dämpfungskolben 24, der mit Ventilöffnungen 25 und 26 ausgeführt ist, die gleichfalls differenziert gestaltet sein können. Die letztgenanten Ventilöffnungen sind mit Hilfe der Ventilscheiben 27 und 2 8 nur teilweise abgedeckt, so daß sich üffnungsbereiche ergeben, die stets frei bleiben und demnach in beiden Richtungen frei durchströmbar sind.

Die Ventilationsöffnung 19 ist mit einem Innenschirm so ausgeführt, daß Staubablagerungen nicht zur Verschmutzung der Kolbenstange 22 oder aber des Dichtungsbereiches des Trennkolbens 16 führen können. Man kann eine weitere Absicherung gegen Verschmutzung bei gleichzeitiger Verbesserung der Kühlung dadurch schaffen, daß letztgenannte öffnung mit dem Innern des Dichtungsbalges 8 verbunden wird.

Der Ausgleichsraum 29 des größeren Schwingungsdämpfers ist somit praktisch drucklos, wohingegen der Ausgleichsraum 30 des kleineren Schwingungsdämpfers das unter Druck stehende Gasvolumen aufnimmt, welches in Verbindung mit der Dämpfung des kleineren Schwingungsdämpfers die beschriebene Wirkung auf den größeren Schwingungsdämpfer ausübt.

B098Ö8/0090

Claims

PATENTANSPRÜCHE: JQ .

Lasttragendes Federbein, bestehend aus einer Feder und einem hydraulischen Schwingungsdämpfer, der in Wirkungsrichtung der Feder angeordnet ist und einen Zylinder aufweist, in welchem ein an einer Kolbenstange befestigter Dämpfungskolben verschieblich ist, und in welchem ein Ausgleichraum für das von der Kolbenstange verdrängbare Volumen der Dämpfungsflüssigkeit besteht, dadurch gekenn zeichnet j daß die Dämpfungsflüssigkeit im Zylinder (7) des Schwingungsdämpfers vom Ausgleichsraum (29) durch einen verschieblichen, dichtenden Trennkolben (16) in an sich bekannter Weise abgetrennt ist, an dessen der Dämpfungsflüssigkeit gegenüberliegender Seite das eine Ende eines weiteren, mit kleineren Abmessungen ausgeführten Schwingungsdämpfers angreift, dessen anderes Ende am Boden (2 3) des Zylinders (7) des größeren Schwingungsdämpfers befestigt ist, wobei der Hub des kleineren Schwingungsdämpfers demjenigen des Trennkolbens (16) entspricht ,und sein Ausgleichsraum (3o) für die Aufnahme eines Druckgasvolumens ausgeführt ist, und wobei der größere Schwingungsdämpfer mit einem Kolbenstangenquerschnitt ausgebildet·ist, der den Knick- und Biegebelastungen während des Betriebes entspricht.
2. Lasttragendes Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kolbenstange (3) beim größeren Schwingungsdämpfer nach oben und beim kleineren nach unten ausfahrend angeordnet ist.
3. Lasttragendes Federbein nach Anspmich 2, dadurch gekenn zeichnet j daß der geschlossene Zylinderboden des kleineren Schwingungsdämpfers mit dem Trennkolben (16) fest verbunden ist.

- 10

50980Ö/OÖ9Ö
4. Lasttragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (24) des kleineren Schwingungsdämpfers in an sich bekannter Weise zusätzlich zu den durch federnde Ventilscheiben (27,28) abgedeckten Ventilöffnungen (25,26) mit öffnungen bzw. Öffnungsbereichen der Ventilöffnungen (25,26) ausgeführt ist, die in beiden Richtungen frei durchströmbar sind,
5. Lasttragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (7) des größeren Schwingungsdämpfers im Bereich des vollständig eingefahrenen , kleineren Schwingungsdämpfers eine oder mehrere Ventilationsöffnungen (19) aufweist.

509808/0090