DE2460275C3

DE2460275C3 - Stoß- und Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE2460275C3
Application number: DE2460275A
Authority: DE
Inventors: Patrice Paris Pelat
Original assignee: Vibrachoc SAS
Current assignee: Vibrachoc SAS
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-12-19
Publication date: 1979-11-08
Also published as: DE2460275B2; US3947007A; FR2255508A1; DE2460275A1; FR2255508B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoß- und Schwingungsdämpfer, bestehend aus einem mit Strömungsmittel gefüllten Zylinder, in den eine Stange hineinragt, an deren F.ndc ein scheibenförmiger Kolben befestigt ist, der in der Kammer verschiebbar ist und der in die Ringnut eines Bauteils hineinragt, das dichtend an der Innenwand des Zylinders anliegt, wobei in der Ringnut eine mit dem Strömungsmittel gefüllte Ringkammer gebildet ist, die radial nach innen im wesentlichen von dem scheibenförmigen Kolben begrenzt ist.

Derartige Stoß- und Schwingungsdämpfer werden insbesondere für die Aufhängung von Schwingungen ausgesetzten Teilen auf einem Chassis oder Rahmen verwendet. Bekannte Stoß- und Schwingungsdämpfer dieser Art weisen ein starres mittleres Element zumeist in Form einer Stange sowie ein starres äußeres Element in Form eines Zylinders sowie zumindestens eine Membran aus einem elastomeren Material auf, das die beiden starren Elemente miteinander verbindet, wobei das auf diese Weise umgrenzte Volumen mit einem Strömungsmittel oder einer Flüssigkeit wie /.. B. einem Fett gefüllt ist und wobei zumeist an dem mittleren starren Element in Form der Stange ein scheibenförmiges radiales Element befestigt ist, das einen Kolben bildet, um in dem dicht abgeschlossenen Volumen zwei Teilvolumen abzugrenzen, die durch eine Drosselöffnung verbunden sind, um das Strömungsmittel während einer Relativbewegung der beiden starren Elemente von einem Volumen in das andere /u drücken.

Derartige Stoß- und Schwingungsdämpfer weisen gute Eigenschaften bc/iiglich der Schwingungen und Slöße auf, die in Axialrichtiing des Stoß- und Schwingungsdänipfers verlaufen. Andererseits ist es jedoch in vielen Fällen erforderlich, die Bewegungen der beiden starren Elemente relativ zueinander genau auf Axialbewegungen zu begrenzen, da anderenfalls eine schnelle Abnutzung der gegeneinander bewegten Teile auftritt

Es ist jedoch bereits auch ein Stoß- und Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art bekannt, bei dem radiale Bewegungen des einen starren Elementes gegenüber dem anderen in weitem Umfang zugelassen werden können. Bei diesem bekannten Stoß- und Schwingungsdämpfer ist an der Stange ein scheibenförmiger Kolben befestigt, der mit großem Axial- und Radialspiel in die Ringnut eines Sauteils hineinragt, wobei das Strömungsmittel aus dem einen Teilvolumen während der Relativbewegung der beiden starren Elemente an dem Umfang des scheibenförmigen Kolbens durch die Ringnut hindurchströmt, so daß keine zusätzlichen Drosselöffnungen in dem scheibenförmigen Kolben erforderlich sind. Da der Außendurchmesser des scheibenförmigen Kolbens wesenllich kleiner als der Innendurchmesser am Boden der Ringnut ist, ist ein erhebliches radiales Spiel oder eine Bewegung der Stange möglich, ohne daß eine übermäßige Abnutzung auftritt. Eine Dämpfung dieser radialen Bewegungen ist jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stoß- und Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine große Dämpfung nicht nur bei einer Axialbewegung sondern auch bei radialen

w Bewegungen der beiden starren Elemente gegeneinander auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringkammer durch den in die Ringnut hineinragenden und Drosselöffnungen aufweisenden

·> Kolben praktisch verschlossen ist und daß in der Ringkammer ein elastisches Unterteilungselement, das Teilvolumen in der Ringkammer sowie enge Durchlässe zwischen zumindestens einigen dieser Teilvolumen für den Durchlaß des Strömungsmittels festlegt und/oder ein hochviskoses Strömungsmittel angeordnet ist.

Dadurch, daß die Ringkammer durch den scheibenförmigen Kolben praktisch verschlossen ist, erfordert jede radiale Bewegung des Kolbens bzw. der damit verbundenen Stange eine Verschiebung des Strömungsmittels in der Ringkammer, so daß eine Dämpfung erzielt wird. Bei ausreichend hoher Viskosität des .Strömungsmittels in der Ringkammer ist die hierdurch erzielte Dämpfung bereits ausreichend; wird jedoch im Hinblick auf die erzielte axiale Dämpfung eine

'" geringere Viskosität des Strömungsmittels verwendet, so wird die radiale Dämpfung durch das elastische Unterteilungselemenl vergrößert, das den .Strömungsquerschnitt bei einer Verschiebung des Kolbens in radialer Richtung in der Ringkammer verkleinert.

>> Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Unterteilungselement eine gewellte Feder, die mit einigen Kuppen am in die Ringnut hineinragenden scheibenförmigen Kolben und mit anderen Kuppen gegen den Boden der Ringnut anliegt, wobei die Höhe

^h" der Feder geringfügig kleiner als die Breite der Ringnut ist.

Der scheibenförmige Kolben kann selbstverständlich auch an dem Zylinder befestigt sein, wobei in diesem Falle dann die Stange mit zwei elastischen Membranen

·''" unterhalb und oberhalb des scheibenförmigen Kolbens verbunden ist, so daß oberhalb und unterhalb des scheibenförmigen Kolbens /wei Teilvoliimen gebildet werden, die bei einer Bewegung der Stange vergrößert

bzw. verkleinert werden. Der scheibenförmige Kolben weist hierbei eine Mittelöffnung auf, in der sich die Stange gleitend verschieben kann und andererseits kann der Kolben sich gleitend in Radialdichtung in der Ringnut des Bauteils verschieben.

Andererseits ist es auch möglicii, das die Ringnut aufweisende Bauteil an der Stange zu befestigen und den scheibenförmigen Kolben in der Ringnut derart anzuordnen, daß er in Axialrichtung an den Zylinderwänden gleitet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Ausführungsform des Stoß- und Schwingungsdämpfers;

Fig.2 eine Radialschnittansicht der Kolbenanordnung nach F i g. I;

F i g. 3 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform des Stoß- und Schwingungsdän.pfers;

Fig.4 einen Axialschnilt einer weiteren Ausführungsform einer Kolbenanordnung;

Fig.5 einen Axialschnilt einer weiteren Ausführungsform des Stoß- und Schwingungsdämpfers mit einer radialen Symmetrieebene.

In der folgenden Beschreibung wird der Stoß- und Schwingungsdämpfer aus Vereinfachungsgründen lediglich als Schwingungsdämpfer bezeichnet, obwohl selbstverständlich beide Anwendungsmöglichkeiten möglich sind.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des Stoß- und Schwingungsdämpfers weist eine Drehsymmetrie um eine vertikale Achse auf. Der Schwingungsdämpfer weist ein erstes starres axiales Element in Form einer zylindrischen Stange 1 auf, die gegebenenfalls mit (nicht dargestellten) Einrichtungen wie z. B. einem Gewinde für die Befestigung an einem Teil einer Einrichtung versehen ist. Der Schwingungsdämpfer weist andererseits ein zweites starres äußeres Element in Form eines Zylinders 2 mit einem äußeren Flansch 3 auf. Der Zylinder 2 weist weiterhin eine ringförmige Platte 4 auf, die an dem Flansch 3 befestigt ist und eine innere Öffnung mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders ist. An der Stange 1 ist eine Membran 5 aus Elastomer befestigt, die allgemein eine nach außen gewölbte Form aufweist, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Diese Membran ist außerdem am Umfang an dem oberen Teil des Zylinders 2 befestigt.

An der inneren Oberfläche der ringförmigen Platte 4 ist eine zweite Membran 6 aus einem Elastomermaterial befestigt oder anvulkanisiert, die im wesentlichen die Form einer Kuppe aufweist. Es ist zu erkennen, daß auf diese Weise eine Kammer 7 gebildet ist, die vollständig mit einem Strömungsmittel gefüllt ist, vorzugsweise mit einer Flüssigkeit, deren Viskosität in Abhängigkeit von den gewünschten Charakterislika des Schwingungsdämpfers gewählt ist.

Im Inneren der Kammer 7 ist an der Stange t eine Kolbcnanordnung befestigt, die aus starren scheibenförmigen Kolben 8 in Form einer kreisförmigen Platte mit zwei Drosselöffnungen 9 sowie aus einem Bauteil 10 besteht, das außen die Form eines abgeflachten Ringes hat, dessen größler Durchmesser sehr wenig kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders 2 ist und dessen Innendurchmesser beträchtlich kleiner als der Außendtirchmesscrdes scheibenförmigen Kolbens 8 ist. Dieses Bauteil 10 weist in seinem Inneren eine Ringnut 11 auf, die durch zwei radiale Wände 12 bzw. 1} abgegrenzt ist, die ar; der Seite des äußeren Umfanges durch einen Teil 14 miteinander verbunden sind. In diese Ringnut dringt mit einem eine Verschiebung ermöglichenden Spiel der Kolben 8 derart ein, daß eine Ringkammer gebildet wird, die mit dem gleichen Strömungsmittel wie die Kammer 7 gefüllt ist.

Das Bauteil 10 kann mit Vorteil durch einstückige Formung aus einem elastischen Material hergestellt werden, dessen Verformung die Einführung des Kolbens

ίο 8 ermöglicht oder es kann beispielsweise in zwei Teilen hergestellt werden, die jeweils die Wände 12 bzw. 13 bilden, die dann aneinander geschweißt werden.

Eine Spiralschraubenfeder 15 kann vorteilhafterweise derart vorgesehen sein, daß sie sich mit ihrer Basis an der Platte 4 und mit dem Scheitel an dem scheibenförmigen Kolben 8 abstützt.

Schließlich ist vorzugsweise eine gewellte Feder 16 in der Ringkammer angeordnet. Wie es insbesondere aus F i g. 2 zu erkennen ist, weist diese Feder Wellungen auf, deren Kuppen sich abwechselnd an der äußeren Kante des Kolbens 8 und am Boden der Ringnut 11 des Bauteils 10 abstützen. Wie es aus F i g. 1 zu erkennen ist, ist die Höhe dieser Feder 16 etwas kleiner als die Höhe der Ringnut. Die Feder 16 grenzt in der Ringnut eine bestimmte Anzahl von Teilvolumen 17,18 ... ab und das in den Tuilvolumen enthaltene Strömungsmittel ist praktisch in diesen Teilvolumen eingeschlossen und von den anderen Teilvolumen getrennt.

Die Wirkungsweise dieses Schwingungsdämpfers ist folgende:

Es sei angenommen, daß ausgehend von der in F i g. 1 dargestellten Ruhestellung beispielsweise unter der Wirkung von Schwingungen die Stange 1 in Richtung des Pfeils F nach unten gedrückt wird. Unter diesen Bedingungen sucht sich das obere Halbvolumen aufgrund der Verschiebung des durch den Kolben 8 und das Bauteil 10 gebildeten Drosselelementes nach unten zu vergrößern, während das untere llaibvolumen sich trotz einer gewissen Verformung der elastischen

■)o Membran 6 zu verringern versucht. Unter diesen Bedingungen strömt das in dem unteren Halbvolumer. angeordnete Strömungsmittel durch die Drosselöffnungen 9 und entspannt sich in das obere llaibvolumen, wobei dieses erzwungene Durchströmen des Strö-

4ϊ mungsmittels eine Dämpfung hervorruft. Die Feder 15 ergibt eine Versteifung und trägt gleichzeitig dazu bei, am Ende des Druckes den Schwingungsdämpfer in die Anfangsstellung zurückzuführen.

Es ist zu erkennen, daß es bei dieser Ausführungsform

w möglich ist, die elastische Membran 5 durch eine dichte nichtelastische verformbare Membran zu ersetzen, beispielsweise durch eine Gewebemembran, wobei die Verformung der Membran 6 es ermöglicht, das Volumen des Strömungsmittels konstant zu halten.

Wenn im Gegensatz hierzu, wie es bei einer abgeänderten Ausführungsform möglich ist, die Platte 4 durch eine geschlossene ebene Scheibe unter Fortlassen der Membran 6 ersetzt wird, ist es erforderlich, die Membran 5 in elastische*- Form auszuführen, damit diese sich dehnen kann, um das Innenvolumen für das Strömungsmittel kon a::t zu halten.

Es ist weiterhin zu erkennen, daß es nicht erforderlich ist, Jaß das Bauteil 10 mit einem sehr genauen Spiel auf dem Kolben 8 befestigt ist, um eine Abdichtung

b5 aufrechtzuerhalten, weil während der Verschiebung beispielsweise nach unten in Richtung des Pfeils F der Druck in dem unteren Halbvolumen anwächst, wodurch die Wand 12 gegen den Kolben 8 angepreßt wird und

wodurch praktisch jedes Fließen des Strömungsmittels entlang einer Bahn außerhalb der Drosselöffnungen 9 unterbunden wird.

Selbstverständlich können die Drosselöffnungen 9 bei einer anderen Ausführungsform forlgelassen werden, wenn der Außendurchmesser des Bauteils 10 beträchtlich kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders 2 ist, so daß sich zwischen diesem Bauteil und dem Zylinder 2 ein Drosscldurchlaß ergibt, der das Durchfließen des Strömungsmittel von dem einen Halbvolumen zum anderen ermöglicht.

Wenn andererseits die Stange 1 in radialer Richtung beispielsweise entlang des Pfeils E verschoben wird, wird das Bauteil 10 in Radialrichtung durch den Zylinder 2 blockiert. Der Kolben 8 verschiebt sich dann nach links im inneren des Bauteils iO in Richtung auf den Boden der Ringnut 11. Es ist verständlich, daß bei dieser Verschiebung das Gesamtvolumen in der Ringkammer konstant bleibt. Während dieser Verschiebung werden die Wcllungcn der Feder 16 in dem Bereich der Zusamnicndrückung der Ringkammer jedoch mehr und mehr zusammengedrückt, wodurch die Teilvolumen wie z. B. 17a und 18a verkleinert werden. Weil die Höhe der Feder 16 praktisch gleich der Höhe der Ringkammer 11 ist, kann das Fett oder ein anderes Strömungsmittel nur in sehr begrenzter Menge an den Kanten der Feder entweichen und entsprechend erhöht sich der Druck des Fettes in dem linken Volumen 17a bzw. 18a während der Druck in den anderen Teilvolumen verringert wird. Nach einer gewissen Zeit wird der Druck des Fettes in jo dem Volumen I7a und 18a größer als die Kraft der Feder, die die Kuppen 16a, 166 der Wellen gegen die Ränder des Kolbens 8 bzw. des Bauteils 10 andrückt, wodurch ein Durchlaß beispielsweise zwischen den Kuppen 16Zj und dem Boden der Ringnut freigegeben wird, so daß das in dem Volumen 18a enthaltene Strömungsmittel entweichen und in die benachbarten Volumen 18 gelangen kanr. Dies iriffi ebenfalls für die Volumen 17a zu. Das Strömungsmittel wird daher zwischen den Kuppen der Feder und dem Boden der Ringnut 11 oder der Kante des Kolbens 8 ausgepreßt, wodurch eine Dämpfung während der radialen Verschiebung hervorgerufen wird, die die Dämpfung ergänzt, die durch den Durchgang des Strömungsmittels zwischen der Feder und den Wänden 12 und 13 hervorgerufen wird.

Die Dämpfung ist eine anwachsende Funktion der Verschiebung, weil die Federkraft mit der Verschiebung anwächst.

Wenn eine ausreichend viskose Flüssigkeit, beispielsweise eine Viskosität in der Größenordnung von 100 (XK) Zeniisiuke verwende'! wiiu, kann die Feder 16 fortgelassen werden und in diesem Fall wird eine radiale Dämpfung erzielt, wenn sich der Kolben 8 nach links gegenüber dem Bauteil 10 verschiebt, weil das Strömungsmittel mit viskoser Konsistenz, beispielsweise ein Fett, sich zum rechten Teil der Ringkammer hin verschiebt.

Daraus ergibt es sich, daß es möglich ist, eine äußerst genaue Einstellung der gewünschten Dämpfung zu wi erzielen, weil es möglich ist, verschiedene Faktoren zu beeinflussen, nämlich die Viskosität des Strömungsmittels, die Steifigkeit der Feder 16, die Abmessungen der Teilvolumen 17,18, die Höhe der Feder mit einem mehr oder weniger großen Spiel zwischen der Feder 16 und (■■> den Wänden 12 und 13 und schließlich eine gegebenenfalls verwendbare Vorspannung der Feder 16.

Im folgenden wird die Ausführungsform gemäß F i g. 3 beschrieben.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von de Ausführungsform nach Fig. I hauptsächlich dadurch daß zwei Spiralschraubenfedern 15 und 19 vorgesehei sind, die entgegengesetzt angeordnet sind, wobei de Zylinder 2 an seinem oberen Teil einen Vorsprung 2( aufweist, der als Anlage für die Basis der Feder 19 dient.

In Fig. 4 ist eine Kolbcnanordnung dargestellt, di< einen ersten scheibenförmigen Kolbenteil 21 aufweisi der direkt an der Stange 1 befestigt ist und eine radial· Ringnut 22 aufweist, die diesmal zum äußeren Umfanj des Kolbenteils 21 hin geöffnet ist. Der zwcili Kolbenteil ist durch einen ebenen Ring 23 gebildet, de sich im Inneren der durch die Ringnut 22 gcbildetci Ringkammer verschieben kann. Die auf diese Wcisi gebildete Kolbenanordnung unterscheidet sich von de Kolbcnanordnung nach Fig. 1 nur dadurch, daß di( Teile 8 und 10 miteinander vertauscht sind, während di( Wirkungsweise identisch bleibt.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform is die Stange 1 zentral bezüglich eines Zylinders 2' angeordnet, der eine Grundplatte 25 sowie einen radia nach innen gerichteten Flansch 26 aufweist. Zwe Membranen 27, 28 aus einem elastomeren Material, di( symmetrisch zu einer radialen Mittelebene angeordne sind, sind an ihrem Mittelteil an der Stange 1 beispielsweise durch Vulkanisieren befestigt, währenc sie an ihrem Umfangsteil an dem Zylinder 24 befestig sind. Diese Membranen umgrenzen auf diese Weise eint Kammer 29, die mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt ist Diese Kammer 29 ist in zwei Halbvolumen durch eir Drosselelement in Form einer Kolbenanordnunj unterteilt, die zwei ebene radiale Ringe 30, 31 umfaßt die sich von dem Zylinder 24 aus erstrecken, die jedoch einen inneren Durchmesser aufweisen, der beträchtlich größer als der Außendurchmesser der Stange 1 ist Diese Ringe 30 und 31 sind durch einen Abstandsring 32 getrennt.

Um die beiden Ringe 30,31 in einer festen Position in der Mitte des äußeren Elementes 24 zu halten, sind zwei weitere zylindrische Abstandsringe 33, 34 auf beiden Seiten der Ringe30 und 31 vorgesehen.

Auf diese Weise bilden die beiden Ringe 30 und 31 zwischen sich eine Ringnut 35, die ebenfalls mit dem Strömungsmittel gefüllt ist und eine Scheibe 36 aufnimmt, die den zweiten Teil der Kolbenanordnung bildet und die mit Drossclöffnungen 37 versehen ist, die den Drosselöffnungen 9 entsprechen. Die Scheibe 36 weist eine Mitlelöffnung auf, deren Durchmesser nur geringfügig größer als der Durchmesser der Stange 1 derart ist, daß die Bewegung dieser Stange durch diese öffnung hindurch ermöglicht wird.

In der durch die Ringnut 35 gebildeten Ringkammer, die in gleicher Weise mit dem Strömungsmittel gefüllt ist, kann eine Feder angeordnet werden, die ähnlich der Feder 16 ist.

Es ist zu erkennen, daß die Wirkungsweise dieses Stoß- und Schwingungsdämpfers der Wirkungsweise der Schwingungsdämpfer nach den F i g. 1 bis 3 ähnlich ist. Die Axialbewegung der Stange 1 ruft eine Vergrößerung bzw. eine Verkleinerung der Halbvolumen hervor, die im Inneren der Kammer 29 durch die Kolbenanordnung gebildet sind, so daß das Strömungsmittel durch die Drosselöffnungen 37 hindurchgedrückt wird, um eine Dämpfungswirkung zu erzielen. Bei einer radialen Verschiebung der Stange 1 ergibt sich eine Radialbewegung der Scheibe 36 in der Ringnut 35. wodurch eine Dämpfung durch die Verschiebung des

Strömungsmittels in der Ringnut hervorgerufen wird.

Es ist weiterhin zu erkennen, daß die beschriebenen Ausführungsformen des Schwingungsdämpfers in einen doppelwirkenden Hydraulikzylinder eingefügt werden können. Bei Betrachtung der F i g. 1 ist zu erkennen, daß der Zylinder 2 dann den Zylinder des Hydraulikzylinders darstellt, während die Stange 1 die Kolbenstange ist. Die Membranen 5 und 6 werden fortgelassen und Zuführungs- bzw. Abführungsleitungen für das Strö-

mungsmittel sind an ihrer Stelle vorgesehen. Weiterhin sind die Drosselöffnungen 9 verschlossen, so daß die beiden Halbvolumen voneinander getrennt sind. Unter diesen Bedingungen wird ein Hydraulikzylinder erzielt, dessen Kolben durch die beiden Teile 8 und 10 gebildet ist und dessen Kolbenstange t sich in gleicher Weise in Radialrichtung bewegen kann, wobei ggf. eine Dämpfung während dieser Bewegung erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stoß- und Schwingungsdämpfer, bestehend aus einem mit Strömungsmittel gefüllten Zylinder, in den eine Stange hineinragt, an deren Ende ein scheibenförmiger Kolben befestigt ist, der in der Kammer verschiebbar ist und der in die Ringnut eines Bauteils hineinragt, das dichtend an der Innenwand des Zylinders anliegt, wobei in der Ringnut eine mit dem Strömungsmittel gefüllte Ringkammer gebildet ist, die radial nach innen im wesentlichen von dem scheibenförmigen Kolben begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer durch den in die Ringnut (11) hineinragenden und Drosselöffnungen (9) aufweisenden Kolben (8) praktisch verschlossen ist und daß in der Ringkammer ein elastisches Unterteihingselement (16), das Teil volumen (17a, 18a, 18) in der Ringkammer sowie enge Durchlässe zwischen zumindestens einigen dieser Teilvolumen für den Durchlaß des Strömungsinittels festlegt und/oder ein hochviskoses Strömungsmittel angeordnet ist.

2. Stoß- und Schwingungsdämpfer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteilungselement (16) eine gewellte Feder ist, die mit einigen Kuppen (I6a)am in die Ringnut (11) hineinragenden scheibenförmigen Kolben (8) und mit anderen Kuppen (IGb) gegen den Boden der Ringnut (11) anliegt, wobei die Höhe der Feder geringfügig kleiner als die Breite der Ringnut ist.