DE2364800B2

DE2364800B2 - Hydraulischer Stoßdämpfer

Info

Publication number: DE2364800B2
Application number: DE19732364800
Authority: DE
Inventors: Teiji Yokohama Katsumori; Shinji Kokubunji Tokio Yokoyama
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1972-12-27
Filing date: 1973-12-27
Publication date: 1979-11-29
Also published as: DE2364800A1; JPS4987969A; FR2212504A1; GB1451646A; JPS533477B2; FR2212504B1; DE2364800C3

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stoßdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Stoßdämpfer dieser Art (FR-PS 76 159) ist die wirksame Hublänge von der Wegstrecke abhängig, die dem Freikolben zum Zurückweichen in die beispielsweise als Gaskammer ausgebildete Federeinrichtung des Innenzylinders zur Verfügung steht. Wenn beim Zusammenbau des Stoßdämpfers der Innenzylinder in den Außenzylinder eingesetzt wird, ergibt sich hierbei jedoch zwangsläufig bereits schon bis zu einem gewissen Ausmaß eine Volumenverminderung der Gaskammer, da spätestens dann, wenn der zweite Kolben des Innenzylinders mit dem äußeren offenen Ende des Außenzylinders fluchtet und demgemäß den zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben vorliegenden axialen Ringraum verschlossen hat, die vom ersten Kolben innerhalb des Außenzylinders verdrängte Hydraulikflüssigkeit nicht mehr aus dem Außenzylinder entweichen kann und somit zwangsläufig den Freikolben vorzeitig in die

to Gaskammer mit der Folge einer Verringerung deren Volumens hineindrückt Hierauf ist ein unwirksamer Tothub im Stoßdämpfer zurückzuführen, weshalb es andererseits wieder erforderlich ist, zur Erzielung des erwünscht großen Arbeitshubes des Stoßdämpfers dem Innenzylinder eine ausreichende Gesamtlänge zu verleihen. Dies ist jedoch nicht nur unwirtschaftlich, sondern führt auch zu einem Stoßdämpfer mit übergroßen Abmessungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Stoßdämpfer der gattungsgemäßen Art zur Beseitigung der geschilderten Nachteile derart auszugestalten, daß die unerwünschte Volumenverminderung in der Gaskammer beim Einsetzen des Innenzylinders in den Außenzylinder während des Zusammenbaus des Stoßdämpfers erheblich reduziert und dadurch auch der unwirksame Totbereich der Hubstrecke bedeutend verkleinert wird.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Da bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Stoßdämpfer der im Innenzylinder vorgesehene, den Ringraum mit der Flüssigkeitskammer verbindende radiale Durchlaß mit der weiterhin vorgesehenen, als Entlastungsöffnung dienenden Ausnehmung zusammenwirkt, kann hierdurch in vorteilhafter Weise der unwirksame Totbereich der Hubstrecke des Freikolbens ganz bedeutend verringert werden, so daß sich nicht nur ein Stoßdämpfer mit kompaktem Aufbau ergibt, sondern dieser auch den erwünscht großen Arbeitshub für den Freikolben besitzt. Dies beruht darauf, daß der beim Einsetzen des Innenzylinders in den Außenzylinder anfänglich offene axiale Ringraum zwischen den beiden Kolben des Innenzylinders das Ausfließen des Hydraulikmediums aus dem Außenzylinder auch noch dann zuläßt, wenn der zweite Kolben mit seiner vorderen Stirnfläche das äußere offene Ende des Außenzylinders überstrichen hat, da ja bei einem solchen Montagezustand das im Außenzylinder befindliche Hydraulikmedium nach wie vor über den radialen Durchlaß und die Entlastungsöffnung aus dem Außenzylinder herausströmen kann. Erst dann, wenn gegen Ende des Zusammenbaus die Dichtung des zweiten Kolbens das innere Ende der Entlastungsöffnung überstrichen hat, ist das gesamte Innere des Außenzylinders gegenüber der Atmosphäre abgedichtet, so daß erst dann der im Innenzylinder verschiebliche Freikolben in seine Wirkungsstellung verbracht wird und das in der Gaskammer enthaltene Gas komprimiert, ohne daß sich jedoch ein übergroßer Tothub des Stoßdämpfers ergibt.

Bei dem eingangs erwähnten bekannten Stoßdämpfer

ist zwar schon im äußeren offenen Ende dessen Außenzylinders eine Ausnehmung vorgesehen, jedoch dient diese zu einem ganz anderen Zweck und wirkt auch nicht in der erfindungsgemäßen Weise mit einem im Innenzylinder vorgesehenen radialen Durchlaß derart zusammen, daß beim Zusammenbau des Stoß-

dämpfers das überschüssige Hydraulikfluid so lange wie möglich ausgetragen werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert Diese zeigt in

F i g. l(a) im Längsschnitt den Stoßdämpfer nach dem Zusammenbau und

F i g. 1 (b) während des Zusammenbaues,

F i g. 1 (c) einen Querschnitt durch den Stoßdämpfer auf der Höhe der Entlastungsöffnung,

F i g. 2 im Längsschnitt eine zweite Ausführungsform des Stoßdämpfers,

F i g. 3 (a) einen Teil einer dritten Ausführungsform im Längsschnitt und

Fig.3(b) im Querschnitt gemäß Linie X-X nach Fig.3(a),

F i g. 4 (a) einen Teil einer vierten Ausführungsform im Längsschnitt und

Fig.4(b) im Querschnitt gemäß Linie Y-Y nach Fig.4(a).

Wie aus F i g. 1 (a) und 1 (b) ersichtlich, weist der dargestellte Stoßdämpfer einen Innenzylinder 1 auf, der einen Hohlraum 2 mit gleichförmigem Durchmesser umschließt Das rechte Stirnende des Innenzylinders 1 ist mittels eines Flansches 3 verschlossen. In dem am linken Stirnende des Innenzylinders 1 offenen Ende des Hohlraumes 2 ist eine Flüssigkeitskammer 4 gebildet, deren Durchmesser größer ist als derjenige des übrigen Hohlraumes 2 und in deren Wand ein radialer Durchlaß 5 vorgesehen ist

In den Hohlraum 2 des lnnenzyünders 1 ist verschieblich ein Freikolben 6 eingepaßt, der an -.einem Umfang eine Dichtung 7 aufweist und an seiner linken Stirnfläche starr befestigte Vorsprünge 9 trägt. Durch den Freikolben 6 wird der Hohlraum 2 in die Flüssigkeitskammer 4 und in eine als Federeinrichtung für den Freikolben 6 dienende Gaskammer 8 unterteilt.

Am inneren Ende des lnnenzyünders 1 ist ein erster Kolben 10 starr befestigt, der mit einer mittigen axialen Durchgangsbohrung 11 versehen ist. Wenn in die Gaskammer 8 Druckgas eingefüllt wird, wird der Freikolben 6 nach links gedrückt, bis die Vorsprünge 9 am ersten Kolben 10 anliegen. Dementsprechend wird um den Freikolben 6 ein erster Freiraum 12 gemäß F i g. 1 (b) im Bereich der Flüssigkeitskammer 4 gebildet. Gleichzeitig wird zwischen der Stirnfläche des Freiitolbens 6 und der gegenüberliegenden Stirnfläche des ersten Kolbens 10 ein zweiter Freiraum 13 gebildet.

Der radiale Durchlaß 5 steht übir die beiden Freiräume 12, 13 mit der mittigen Durchgangsbohrung 11 des ersten Kolbens 10 in Verbindung.

Auf dem Innenzylinder 1 ist ein zweiter Kolben 14 starr befestigt, der zwischen dem Flansch 3 und dem ersten Kolben 10 im axialen Abstand zu letzterem angeordnet ist. Der zweite Kolben 14 woist denselben Durchmesser wie der erste Kolben 10 auf und besitzt an seinem Umfang eine Dichtung 15.

Ein mit Hydraulikflüssigkeit gefüllter Außenzylinder 16, dessen eines Stirnende zur Atmosphäre hin offen ist, nimmt an seiner Innenwand gleitend den ersten Kolben 10 und den zweiten Kolben 14 auf. Von der ω verschlossenen Stirnwand 17 des Außenzylinders 16 ragt axial ein konischer Dosierzapfen 18 weg, der starr an der Stirnwand 17 befestigt ist und sich derart durch die Durchgangsbohrung 11 des ersten Kolbens 10 erstreckt, daß der freie Ringraum zwischen der Durchgangsbohrung 11 und dem Dosierzapfen 18 als eine Dämpfung erzeugende Düse dient. Auf diese Weise wirken also die Durchgangsbohrung 11 und der Dosierzapfen 18 zur Bildung einer Dämpfungseinrichtung zusammen.

In der Innenwand des Außenzylinders 16 ist in der Nähe dessen nach außen offenen Endes eine als Entlastungsöffnung dienende Ausnehmung 19 in Form einer sich nach innen erstreckenden Axialnut vorgesehen. Diese erstreckt sich vom offenen Ende des Außenzylinders 16 axial nach innen bis zu einer Stelle, die sich bei voll ausgezogenem Inoe>izylinder 1 gemäß F i g. 1 (a) nahe der Dichtung 15 des zweiten Kolbens 14 befindet Ein Anschlag 20, der üblicherweise in Form eines Spaltringes oder Sprengringes zur Anwendung gelangt, begrenzt den Hub des Innenzylinders 1 gegenüber dem Außenzylinder 16. Am Außenzylinder 16 ist in der Nähe seines offenen Endes starr ein Flansch ?.l befestigt.

Innenzylinder 1, erster Kolben 10 und zweiter Kolben 14 werden folgendermaßen im Außenzylinder 16 montiert: Wie aus F i g. 1 (b) ersichtlich, wird zuerst der erste Kolben 10 in den Außenzylinder 16 eingeführt, wobei letzterer in vertikaler Stellung gehalten wird, in den Außenzylinder 16 eingefüllte Hydraulikflüssigkeit fließt dann über die mittige axiale Durchgangsbohrung Ii, den zweiten Freiraum 13, den ersten Freiraum 12 und den radialen Durchlaß 5 in einen offenen Ringraum 22, der zwischen der Innenwand des Außenzylinders 16 und der Außenfläche des Innenzylinders 1 gebildet ist und sodann aus dem Außenzylinder 16 heraus. Da um den ersten Kolben 10 herum keine Dichtung vorgesehen ist und der erste Kolben 10 den Innenzylinder 1 gegenüber dem Außenzylinder 16 lagen, ist zwischen diesen Teilen ein kleiner Spielraum gebildet, durch den die Hydraulikflüssigkeit jedoch nur in sehr geringer Menge strömt.

Wenn dann der Innenzylinder 1 weiter in den Außenzylinder 16 eingeführt wird und die linke Stirnfläche des zweiten Kolbens 14 mit dem Außenzylinderstirnende fluchtet, kann der zuvor offene Ringraum 22 nun als geschlossener Ringraum 23 betrachtet werden. Wenn der Innenzylinder 1 weiter in den Außenzylinder 16 eingeschoben wird, kommt die Dichtung 15 des zweiten Kolbens 14 in Eingriff mit der Innenwand des Außenzylinders 16. Da jedoch die als Entlastungsöffnung dienende Axialnut 19 vorgesehen ist, wird das Ausfließen der Hydraulikflüssigkeit vorläufig nicht unterbrochen. Wenn die Dichtung 15 dann jedoch das vordere Ende 19' der Axialnut 19 überstrichen hat, ist das Innere des Außenzylinders 16 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet. Dementsprechend wird, wenn der Innenzylinder 1 weiter in den Außenzylinder 16 eingeschoben wird, die Hydraulikflüssigkeit das in der Gaskammer 8 enthaltene Gas in einem dem vorrückenden Hub entsprechenden Ausmaß komprimieren, wobei sich der Freikolben 6 nach rechts in F i g. 1 (b) verschiebt.

Wenn dann der Innenzylinder 1 in den Außenzylinder 16 bis zu der erwünschten Tiefe eingeschoben ist, wird der Anschlag 20 am Außenzylinder 16 montiert.

Die Verschiebung des Freikolbens 6 führt gegen Ende des Zusammenbaues des Stoßdämpfers zu dem unerwünschten Tothub, der jedoch, wie im folgenden näher erläutert, durch die als Entlastungsöffnung dienende Axialnut 19 auf ein Minimum begrenzt.

Es sei angenommen, daß sich die Dichtfunktion der Dichtung 15 an deren Stirnfläche 15' auswirkt, die mit der Hydraulikflüssigkeit in Berührung steht. Bei der Erläuterung des mittels der Axialnut 19 auf ein Minimum reduzierten unwirksamen Tothubes werden

folgende Definitionen verwendet:

Di: Innendurchmesser des Außenzylinders 16,

Di- Innendurchmesser der Gaskammer 8,

/i: Abstand zwischen der Innenfläche 20' des Anschlages 20 und der äußeren Stirnfläche 14' des zweiten Kolbens 14,

J₂: maximaler Hub, mit dem sich theoretisch der Freikolben 6 durch die Gaskammer 8 bewegen kann,

Vf. effektiver maximaler Hub des Freikolbens 6,

Iy. maximaler Dämpfungshub des Innenzylinders 1,

W- unerwünschter unwirksamer Tothub.

Wenn die vordere Stirnfläche 15' der Dichtung 15 das vordere Ende 19' der Axialnut 19 passiert hat, bildet sich im Außenzylinder J6 dtr geschlossene Ringraum 23. Wenn der Innenzylinder 1 um den Abstand /| weiter eingeschoben wird, bis der Anschlag 20 eingesetzt werden kann und damit zur Wirkung kommt, kann das Flüssigkeitsvolumen, das durch dieses weitere Einschieben ausgeflossen ist, durch die Formel kD\² 1\IA ausgedrückt werden. Andererseits ist ein derartiges Einschieben zum Anbringen des Anschlages 20 erforderlich. Dementsprechend fließt auch die Hydraulikflüssigkeit in die Flüssigkeitskammer 4, und der Freikolben 6 verschiebt sich derart nach rechts, daß das Volumen der Gaskammer 8 durch einen Hub entsprechi nd dem Volumen πΰ\² /|/4, d. h. um den Tothub U, vermindert wird. Der Tothub h, kann dementsprechend durch die Formel

ausgedrückt werden. Der effektive maximale Hub /'2 des Freikolbens 6 kann durch die Formel

/'2-4-4

ausgedrückt werden.

Um einen möglichst kleinen Tothub zu bekommen, sollte der Abstand A möglichst klein gehalten werden. Das Verhältnis des Innendurchmessers Di des Außenzylinders 16 zu dem Innendurchmesser D3 der Gaskammer 8 soll vorzugsweise, wenn möglich, möglichst nahe dem Wert 1 liegen.

Die Unzulänglichkeiten der bekannten Stoßdämpfer liegen in folgendem begründet:

Da die Dichtung 15 des zweiten Kolbens 14 den Innendruck während der Arbeit des Stoßdämpfers aufnehmen muß, ist es nicht günstig, die Dichtung 15 am Außenzylinder 16 vorzusehen, insbesondere vom Standpunkt der Festigkeit her. Dementsprechend wird die Dichtung 15 im allgemeinen am zweiten Kolben 14 angeordnet Andererseits ist es zur Erzielung eines maximalen Volumens der Gaskammer 8 erforderlich, daß das Verhältnis des Innendurchmessers des Außenzylinders 16 zum Außendurchmesser des Innenzylinders i (Di-. D₃) möglichst nahe bei 1 liegt Um diese beiden Erfordernisse zu erfüllen, ist es allgemeine Praxis, die Dichtung 15 an der inneren Stirnfläche des zweiten Kolbens 14 vorzusehen, wenn der Innendurchmesser des Außenzylinders 16 relativ klein ist Da jedoch der zweite Kolben 14 als Halterung für den Innenzylinder 1 dient, sollte der zweite Kolben 14 eine nennenswerte axiale Länge besitzen.

Aus den angegebenen Gründen — insbesondere im Fall eines Stoßdämpfers mit kleinen Abmessungen — wird bereits schon zu dem Zeitpunkt, in dem der zweite Kolben 14 in den Außenzylinder 16 eingesetzt wird, der geschlossene Ringraum 23 im Außenzylinder 16 gebildet. Wenn anschließend der zweite Kolben 14 weiter in den Außenzylinder 16 bis zu einer Stellung eingeschoben wird, welche die Anbringung des Anschlages 20 ermöglicht, führt dies notwendigerweise zu einem größeren Hub /1 mit dem Ergebnis, daß der Tothub einen beträchtlichen Wert annimmt. Aus liesem Grund muß zur Erzielung des gewünscht graßen Arbeitshubes eine ausreichende Gesamtlänge des Innenzylinders 1 vorgesehen werden, was jedoch nicht nur unwirtschaftlich ist, sondern auch zu einem Stoßdämpfer mit übergroßen Abmessungen führt. Diese Nachteile werden bei dem beschriebenen Stoßdämpfer mittels der als Entlastungsöffnung dienenden Axialnut 19 vermieden, da hierdurch der Abstand A und damit auch der Tothub A verringert wird.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist als Entlastungsöffnung anstelle der Axialnut 19 eine Ringnut 19" vorgesehen, die im gleichen Bereich wie die Axialnut 19 gemäß F i g. 1 (a) und 1 (b) angeordnet ist, sich jedoch über den gesamten Innenumfang des äußeren offenen Endes des Außenzylinders 16 erstreckt. Die Ringnut 19", die einen größeren Innendurchmesser

als der Außenzylinder 16 aufweist, funktioniert in derselben Weise wie die Axialnut 19. Durch den rundum vergrößerten Innendurchmesser wird jedoch zusätzlich noch das Einsetzen des ringförmigen Anschlages 20 oder eines nicht dargestellten Staubschutzes u.dgl.

erleichtert.

Der Flansch 21 sollte vorzugsweise aus Gründen der Festigkeit und Arbeitsvereinfachung am äußeren Umfang des Zylinders 16 durch Schweißen befestigt werden. Das Anschweißen führt jedoch zu einer Deformation der geschweißten Teile aufgrund der dabei auftretenden thermischen Beanspruchung, so daß sich ein ungünstiger Effekt auf den zweiten Kolben 14 ergibt. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 erbringt die Ringnut 19" jedoch den zusätzlichen wesentlichen Vorteil, daß eine solche thermische Deformation nicht nachteilig ist da keine unmittelbare Verbindung der Innenfläche des Außenzylinders 16 mit der Schweißstelle gegeben ist.
Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig.3(a) und 3(b) ist die Dichtung 15 an dem dem offenen Zylinderende abgewandten inneren Ende des zweiten Kolbens 14 angeordnet, so daß der Abstand zwischen dem rinförmigen Anschlag 20 und der Dichtung 15 größer ist. Es ist dementsprechend möglich, die Axialnut 19 in Kombination mit der einen größeren Innendurchmesser aufweisenden Ringnut 19" vorzusehen. Dies bedeutet daß die Axialnut 19 hauptsächlich als Entlastungsöffnung für die Hydraulikflüssigkeit beim Zusammenbau des Stoßdämpfers dient während die Ringnut 19" außerdem der Vermeidung einer Nachbearbeitung aufgrund einer Deformation infolge thermi scher Beanspruchung und dem erleichterten Einsetzen des ringförmigen Anschlages 20 o. dgL dient
Bei der gegenüber F i g. 3 (a) und 3 (b) abgewandelten vierten Ausführungsform nach F i g. 4 (a) und 4 (b) sind die Axialnut 19 und die Ringnut 19" des AuBenzylinders 16 durch einen einzigen Arbeitsgang unter Verwendung einer Presse gefertigt Hier kann zusätzlich das offene Ende des Außenzylinders 16 mittels einer Presse abgedichtet werden, nachdem der Innenzylinder 1 in den Außenzylinder 16 eingesetzt wurde.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Stoßdämpfer mit einem Innenzyünder, der mit einem an seinem inneren Ende befestigten ersten Kolben sowie mit einem im axialen Abstand hierzu vorgesehenen, durch eine Dichtung gegenüber der Atmosphäre abgedichteten zweiten Kolben von gleichem Außendurchmesser wie der erste Kolben verschieblich in einem einen gleichförmigen Innendurchmesser aufweisenden Außenzylinder geführt ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben in axialer Richtung ein Ringraum begrenzt ist, einem im Innenzylinder verschieblichen Freikolben, der mittels einer Federeinrichtung in Richtung des inneren Endes des Innenzylinders drückbar ist, einer im Innenzylinder vor dem Freikolben gebildeten Flüssigkeitskammer, die über eine mittige axiale Durchgangsbohrung des ersten Kolbens mit einem im Außenzylinder enthaltenen Hydraulikfluid in Verbindung steht, und einem am Außenzylinder befestigten, axial verlaufenden Dosierzapfen, der zur Bildung einer Dämpfungseinrichtung mit der Durchgangsbohrung des ersten Kolbens zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Innenzylinder (1) vorgesehener radialer Durchlaß (5) den Ringraum (22 bzw. 23) mit der Flüssigkeitskammer (4) verbindet und beim Zusammenbau des Stoßdämpfers zum Austragen des überschüssigen Hydraulikfluids mit einer als Entlastungsöffnung dienenden, in der Innenwand des Außenzylinders (16) nahe dessen äußerem offenen Ende vorgesehenen Ausnehmung (19, 19") zusammenwirkt, die mit ihrem einen Ende zur Atmosphäre hin mündet und sich mit ihrem anderen Ende axial nach innen bis zu einer Stelle erstreckt, die bei voll ausgezogenem Innenzylinder (1) nahe der Dichtung (15) des zweiten Kolbens (14) liegt.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19) eine Axialnut ist.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19") eine sich über den gesamten Innenumfang des äußeren offenen Endes des Außenzylinders (16) erstreckende Ringnut ist.

4. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19 und 19") als Kombination aus der Ringnut und der Axialnut ausgebildet ist, wobei sich die Axialnut von der Ringnut aus ins Innere des Außenzylinders (16) erstreckt.