DE2524317A1

DE2524317A1 - Hydraulischer stossdaempfer

Info

Publication number: DE2524317A1
Application number: DE19752524317
Authority: DE
Inventors: Rolf Robert Boesenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-11
Filing date: 1975-06-02
Publication date: 1976-01-02
Also published as: BE830408A; SE7506939L; FR2274834A1; IT1044571B; FR2274834B3; GB1497304A

Description

Patentanwalt

I MBadwfl 22, Htrrcstr. 15, TeJ. 292559
Postanschrift München 26, Postfach 4

München, den — 2. Juni 1975

Mein Zeichen: P 2042
Anmelder: Gustav Krause

Rua Trazibulo P.de Albuquerque 1129 Interlagos - Sao Paulo/Brasilien

Hydraulischer Stoßdämpfer

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Stoßdämpfer mit einem Hydraulikzylinder, in dem zwei veränderliche Zylinderräume durch einen in der Zylinderlängsachse beweglichen Kolben voneinander getrennt sind, wobei der Hydraulikzylinder an seinem Boden ein Befestigungs-

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organ zum Befestigen des Stoßdämpfers am einen der gegeneinander beweglichen Bauteile aufweist und am anderen Ende einen Deckel, durch den eine den Kolben tragende Kolbenstange mit einem Befestigungsorgan an dem dem Kolben abgewandten Ende hindurchgeführt ist. Ein solcher hydraulischer Stoßdämpfer ist ein bevorzugter Anwendungsfall der Erfindung; die Erfindung ist aber auch für hydraulische Maschinen anwendbar, um bei ihnen der Dämpfung hydraulischer Stöße zu dienen und für Wasserleitungen zur Dämpfung der in diesen auftretenden Stöße und Geräusche, die durch Schwingungen der Hydraulik verursacht werden können.

Stöße in hydraulischen Anlagen führen zu deren vorzeitigem Verschleiß, insbesondere der in diesen Anlagen verwendeten Dichtungen und Verbindungen. Aufgabe der Erfindung ist es, solche Stöße bzw. Rückschläge zu verringern oder ganz auszuschließen. Bei Stoßdämpfern, wie sie in Automobilen verwendet werden, soll durch die Erfindung ein Kompensationsraum geschaffen werden, der die Funktion hat, die Volumendifferenz zu kompensieren und den notwendigen Druck zu er zeugen, um eine angemessene Funktion des Stoßdämpfers innerhalb der gewünschten Werte zu garantieren. Die Funktionstüchtigkeit und die lange Lebensdauer des Gerätes sollen mit geringem baulichen Aufwand erzielt werden.

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Stoßdämpfersysteme unterschiedlicher Art mit einem Kompensationsraum sind zwar bekannt, aber mit Mangeln be-

/ oder haftet. So haben sie eine geringe Lebensdauer,/verursachen hohe Kosten denn es muß für ihre Herstellung besondere Sorgfalt aufgewendet werden, um ein perfektes Funktionieren des Stoßdämpfers zu gewährleisten.

Es existieren Kompensationsräume mit einem Diafragma, das an seinen Rändern eingespannt ist und die beiden Kammern eines Stoßdämpfers voneinander trennt, beispielsweise den Gasraum vom Ölraum. Eine solche Lösung mit einem durch ein Diafragma abgetrennten Kompensationsraum ist wenig dauerhaft. Während des Arbeitens des Stoßdämpfers, wenn also die Kolbenstange mit dem daran befestigten Kolben bewegt wird, wird das an seinem Umfang eingespannte Diafragna während seiner Hin- und Herbewegung insbesondere an seiner Einspannung stark belastet, was zur Zerstörung des Diafragmas bzw. seiner Einspannung und zu einer Vermischung des Gases mit dem öl führt, wodurch die Funktionsfähigkeit des Stoßdämpfers zumindest stark beeinflußt wird.

Eine andere Lösung mit einem Kompensationsraum weist zwei Rohre auf, von denen eines ein Innen-, das andere ein Außenrohr ist und deren Innenräume durch Ventile miteinander ver-

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bunden sind. Bei dieser Lösung wird die Voluinendifferenz dadurch kompensiert, daß das öl vom Arbeitsraum in das Außenrohr gedrückt wird, bzw. vom Außenrohr zurückgesaugt wird. Hierbei steht das öl im Außenrohr im direkten Kontakt mit dem Gas und führt zum Schäumen des Öles, wodurch die Funktion des hydraulischen Systeraes nachteilig beeinflußt wird, was zu harten Stoßen führt und den Fahrkomfort herabsetzt. Zusätzlich verringert die zweite Wand eine schnelle Abkühlung des Öles und erhöht die Innentemperatur in ungewünschtem Maße.

Eine andere Lösung mit einer Kompensationskammer weist einen fliegenden Kolben auf, welcher den Gasraum von dem ölraum separiert. Diese Lösung hat sich zwar in der Praxis als brauchbar erwiesen, sie ist jedoch sehr teuer, insbesondere weil zum Funktionieren eine große Herstellungsgenauigkeit erforderlich ist und zwar sowohl bei der Herstellung des fliegenden Kolbens als auch bei der Herstellung der genauen Oberflächengüte der Innenwand des Rohres. Das Rohr muß innen absolut fehlerfrei sowohl in der Oberflächengüte als auch in seinem Durchmesser sein, um gleichmäßige Reibungskräfte zu vermeiden, da sonst durch Verschleiß oder Verkanten des Kolbens die Abdichtung zwischen Gas und öl nicht mehr gewährleistet ist. Außerdem ist die Einstellung der gewünschten Kräfte nur schwierig möglich,

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgeraäß vorgeschlagen, daß in dem Zylinderraum zwischen dem Boden und dem Kolben eine gegenüber dem Zylinderraum abgeschlossene Kompensationskammer angeordnet ist, deren Volumen sich selbsttätig in dem Maße vergrößert und verkleinert, wie das Volumen im Zylinderraum zwischen Kolben und Deckel durch die Kolbenstange oder Temperaturunterschiede verkleinert und vergrößert wird. Die Kompensationskammer soll entweder mit einem pneu-

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matischen Druckmittel oder mit einem entsprechend wirkenden elastischen Schaumstoffkörper gefüllt sein.

Die mit einem Gas oder mit Schaumstoff gefüllte Kompensationskammer arbeitet abhängig von der Kolbenstangenbewegung und vergrößert dadurch ihren Durchmesser oder verkleinert ihn. Die Kompensationskammer wird zusammengepreßt, um die Volumendifferenz auszugleichen, welche sich beim Einfahren der Kolbenstange ergibt, und vergrößert sich sofort bei der Verringerung des Volumens durch Ausfahren der Kolbenstange, um diese Differenz zu kompensieren, wodurch eine einfache Regulierung der Kräfte der Zug- und Druckstufe möglich ist.

Das durch den Kolbenstangenweg verursachte Zunehmen oder Abnehmen des Volumens im Inneren des Stoßdämpfers wird durch die erfindungsgemäße Kompensationskammer kompensiert, ohne den nützlichen Arbeitsraum zu beeinträchtigen. Sie verringert oder erweitert sich im Durchmesser gemäß der Wirkung des hydraulischen Stoßdämpferteiles und nimmt die Kräfte über die ganze Fläche .gleichmäßig auf.

Bei der Bemessung der Kompensationskammer ist es wichtig zu beachten, daß die Kompensationskammer frei von Reibung an der Innenwand des Stoßdämpferrohres oder einem anderen Bauteil ist, da sonst zusätzliche Wärme erzeugt und die Charakteristik des Stoßdämpfers verfälscht würde.

Um eine weitgehend freigängige Einstellung der Kompensationskammer zu ermöglichen, soll sie nur mit einem sehr geringen Teil ihrer Oberfläche am Kolben gehalten sein, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines scharfe Kanten der Kolbenbefestigung abdeckenden Formstückes, um ein vorzeitiges Schadhaftwerden der Kompensationskammer zu vermeiden.

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So vermeidet die erfindungsgemäße Kompensationskammer die Nachteile der vorbekannten Lösungen, ein solcher Stoßdämpfer zeichnet sich durch eine lange Lebensdauer aus, da die Kräfte über die gesamte Fläche der Kompensationskammer verteilt sind, gibt es keine Stelle unterschiedlicher Beanspruchung, was zu einer Zerstörung führen könnte. Andererseits ist keine spezielle Oberflächengüte der Innenwand des Stoüdämpferrohres notwendig, da keine Reibungen zwischen den Elementen bestehen, die Herstellung 'ist einfach, was die Kosten des Teiles sehr verringert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt; es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer im Längsschnitt, wobei der Kolben des Stoßdämpfers seine innere Endstellung einnimmt, mit einer erfindungsgemäßen Kompensationskammer, die das Volumen des Arbeitskolbens bzw. dessen Kolbenstange kompensiert,

Fig. 2 die gleiche Anordnung, wobei der Arbeitskolben seine äußere Endstellung einnimmt,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Kompensationskammer losgelöst von den übrigen Teilen eines Stoßdämpfers,

Fig. 4-6

andere Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers in jeweils einer Fig.1 entsprechenden Darstellung und

Fig. 7+8

Einzelheiten der Lösungen nach Fig. 4-6.

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Ein erfindungsgemäßer Stoßdämpfer besteht aus einem Rohr 1, an dessen äußerem Ende sich eine Befestigungsöse 2 befindet. Am oberen Ende des Rohres 1 ist eine Kolbenstange 3 ,durch die Abdichtung des Deckels 4 hindurchgeführt, an deren äußerem Ende eine zweite-öse 5 angebracht ist. Mit den ösen 2 und 5 ist der Stoßdämpfer an den beiden gegeneinander beweglichen Bauteilen befestigt, deren Bewegungen gedämpft werden sollen. Am inneren Ende der Kolbenstange 3 ist der Kolben 6 befestigt, der die beiden ölkamraern 7, 8 voneinander trennt. In der ölkammer 8 ist an der Unterseite des Kolbens eine Kompensationskammer 9 angeordnet, die mit Gas oder Schaummaterial gefüllt ist. Die Kompensationskammer liegt lose in der Kammer 8 oder ist auf einem geringen Teil ihres ümfanges an der Unterseite des Kolbens, befestigt.

Die Kompensationskammer 9, die das Gas umschließt, ist aus Material von hoher Elastizität hergestellt, das widerstandsfähig gegenüber der Flüssigkeit ist, mit welcher sie Kontakt hat wie auch gegenüber den TemperatürSchwankungen, die durch das Funktionieren des Stoßdämpfers auftreten. In der Wand der Kompensationskammer ist ein Einlaßventil 10 angeordnet.

In der äußeren Endstellung des Kolbens ist die Kompensationskammer 9 um das Volumen der Arbeitskolbenstange 3 vergrößert. Wird der Kolben 6 aus der äußeren Endstellung (Fig.2) in die innere Endstellung (Fig.1) bewegt, so verkleinert sich das Volumen der Kompensationskammer 9 in dem Maße, wie es das Volumen der eindringenden Kolbenstange 3 bestimmt. Beim Bewegen des Kolbens in diese äußere Endstellung vergrößert sich das Volumen der Kompensationskammer 9 in dem Maße, wie sich das Volumen in der ölkammer 7 und 8 um das Volumen der aus der ölkammer 7 austretenden Kolbenstange 3 verkleinert, bis in der äußeren Endstellung des Kolbens 6 die Kompensation-

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kammer 9 mit etwas ovalem" Querschnitt mit geringer Spannung an der Wand des Innenrohres 1 anliegt.

Um ein Schadhaftwerden der Kompensationskammer 9 zu vermeiden, wird an der Unterseite des Arbeitskolbens 6, wo die Kompensationskammer 9 anliegt oder befestigt ist, ein Formstück 11 vorgesehen, das etwaige scharfe Kanten der Kolbenbefestigung an der Kolbenstange verdeckt.

Zum Anordnen der Kompensationskammer im Inneren des Stoßdämpfers muß diese mit noch geringem Innendruck ins Innere aes Rohres 1 des noch ungefüllten Stoßdämpfers eingeführt werden, so daß das Einlaßventil 10 mit einer öffnung 12, die sich am unteren Ende des Rohres 1 des Stoßdämpfers für diesen Zweck befindet, übereinstimmt. Mit einer durch das Einlaßventil 10 und die öffnung 12 gesteckten Einfüllnadel wird dann die Kompensationskammer 9 dichtend gegen die öffnung 12 gehalten, das hydraulische Druckmittel von oben in das Rohr eingefüllt, der Kolben 6 mit der Kolbenstange 3 eingeführt und mit dem Deckel 4 verschlossen. Dann wird die Kompensationskammer 9 durch die Einfüllnadel mit pneumatischem Druckmittel gefüllt, dach dem Herausziehen der Einfüllnadel schließt das Ventil 10 und die Kompensationskammer 9 ist verschlossen. Danach wird die öffnung 12 dann ebenfalls verschlossen. Bei betriebsbereitem Stoßdämpfer verhindert die verschlossene Öffnung 12 ein Auslaufen des hydraulischen Druckmittels aus dem Stoßdämpfer und das geschlossene Ventil 10 verhindert ein Vermischen von hydraulischem und pneumatischem Druckmittel sowohl in der Kompensationskammer 9 als auch im Hydraulikraum 7 und 8 des Stoßdämpfers.

Bei der Lösung nach Fig. 4- 6 ist wiederum die Kompensationskammer 9 mit Gas oder elastischem Schaummaterial gefüllt und funktioniert, seinen Durchmesser vergrößernd oder verkleinernd, entsprechend der Kolbenstangenbewegung. Die Kompen-

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sationskammer wird um die Volumendifferenz zusammengepreßt, welche sich beim Einfahren der Kolbenstange ergibt, und vergrößert sich sofort bei der Verringerung des Volumens durch das Ausfahren der Kolbenstange, um diese Differenz zu kompensieren, wodurch eine einfache Regulierung der Kräfte der Zug- und Druckstufe möglich ist.

Wenn aber der Stoßdämpfer mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, finuet in der Zugstufe eine schlagartige Ausdehnung der Kompensationskammer 9 statt, so daß diese durch starkes Anliegen an der Stoßdämpferwand eine unerwünscht ausgeprägte ovale Form annimmt, hervorgerufen durch den Strom der hydraulischen Flüssigkeit durch die Kanäle des Kolbens 6, welche die beiden ölräume 7, 8 verbinden. Der zentrale Bereich der Kompensationskammer wird zusätzlich durch den sich bildenden Unterdruck angesaugt. Bei schneller Bewegung des Arbeitskolbens strömt die hydraulische Flüssigkeit mit großer Geschwindigkeit durch die Kanäle des Arbeitskolbens, welche sich in der Nähe des äußeren Durchmessers befinden. Im mittleren Bereich des Kolbens ist die Befestigung mit der Kolbenstange und es befinden sich dort keine Durchflußkanäle. Das führt zu einem zeitweiligen Unterdruck im zentralen Bereich, dem die Kompensationskammer in seinem zentralen Bereich folgt. Bei Umkehrung der Bewegungsrichtung kann deshalb der Kolben mit der Kompensationskammer in Berührung kommen und diese zerstören.

Um das zu vermeiden, sieht die Lösung nach Fig. 4-6 .einen Niederhalter 100 über der Kompensationskammer vor, der aus Metall oder Plastikmaterial besteht, so ausgewählt, daß er der auftretenden Temperatur und dem Druck widersteht.

Dieser Niederhalter kann in den verschiedensten Formen gefertigt werden, insbesondere aber eine gewölbte Schale sein.

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Unabhängig von seiner Form muß der Niederhalter 100 mit einer Anzahl von Bohrungen versehen sein oder Kanäle am Außendurchmesser aufweisen, um einen freien Durchlaß der Hydraulikflüssigkeit zur Korapensationskammer 9 zu ermöglichen.

Der Zweck des Niederhalters 100 ist es also, die Kompensationskammer 9 in einem bestimmten Bereich des Stoßdämpferrohres zu halten um zu vermeiden, daß der Kolben 6 sich mit der Kompensationskammer 9 berührt. Für den gleichen Zweck kann statt des Niederhalters auch die Kompensationskammer mit einem Ventil gefertigt sein, welches abgedichtet durch die Wand des Stoßdämpferrohres 1 geführt und befestigt wird/ womit die Kompensationskammer in ihrer Lage gehalten ist. ' Dieses Ventil kann so gestaltet sein, daß ein Nachfüllen der Kompeneationskammer möglich ist. Eine weitere Möglichkeit ist, den Verschlußstopfen der öffnung 12 für das Stoßdämpferrohr so zu fertigen, daß dieser in das Füllventil der Kompensationskammer geführt wird und somit dichtend wirkt unter gleichzeitiger Fixierung der Kompensationskammer in der vorgesehenen Lage. Eine Weitere Möglichkeit ist, die Kompensationskamraer 9 durch eine der Bohrungen 14 im Niederhalter 100 mit pneumatischen» Druckmittel zu füllen. ^Vl

Gemäß Fig.4 ist der Niederhalter 100 als Hohlschale gefertigt und im Innern des Rohres 1 des Stoßdämpfers durch Einrollen 110 seiner Wand befestigt.

Bei der Lösung nach Fig.5 hat der Niederhalter 100 einen Rand 120 und er wird in seiner Position festgehalten durch Preßsitz gegen die Innenwand des Rohres 1 oder durch Einrasten in «ine gefertigte Ringnute.

Bei der Lösung nach Fig. 6 wird der niederhalter 100 in seiner Position Ia^ Inneren des Rohres 1 des Stoßdämpfers durch einen Spannring 130 gemäß Fig.8 in seiner Position gehalten.

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Claims

Ansprüche

( 1J Hydraulischer Stoßdämpfer mit einem Hydraulikzylinder, in dem zwei veränderliche Zylinderräume durch einen in der Zylinderlängsachse beweglichen Kolben voneinander getrennt sind, wobei der Hydraulikzylinder an seinem Boden ein Befestigungsorgan zum Befestigen, des Stoßdämpfers am einen der gegeneinander beweglichen Bauteile aufweist und am anderen Ende einen Deckel, durch den eine den Kolben tragende Kolbenstange mit einem Befestigungsorgan an dem dem Kolben abgewandten Ende hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinderraum (8) zwischen dem Boden und dem Kolben (6) eine gegenüber dem Zylinderraum abgeschlossene Korapensationskammer (9) angeordnet ist, deren Volumen sich selbsttätig in dem Maße vergrößert und verkleinert, wie das Volumen im Zylinderraum zwischen Kolben und Deckel durch die Kolbenstangenbewegung verkleinert und vergrößert wird.
2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationskammer eine ein pneumatisches Druckmittel einschließende Blase (9) aus elastischem Werkstoff ist.
3. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (9) mit einem sehr geringen Teil ihrer Oberfläche am Kolben (6) gehalten ist.

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4. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase in der äußeren Endstellung des Kolbens (6) an der Zylinderwand anliegt und bei
geringer Reibung zwischen Blase und Zylinderwand zu
einer Form mit ovalem Längsschnitt verformt ist.
5. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (9) unter Zwischenschaltung eines die scharfen Kanten der Befestigung des
Kolbens (6) an der Kolbenstange (3) abdeckenden
Formstückes (11) am Kolben gehalten ist.
6. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (9) mit einer Einfüllvorrichtung (10) versehen-ist, die in der inneren Endstellung des Kolbens (6) mit der Einfüllvorrichtung
(12) im Zylinderboden zum Einfüllen des pneumatischen Druckmittels in Deckung zu bringen ist.
7. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (9) in einem von einem
Niederhalter (100) abgeteilten Zylinderraum angeordnet ist.
8. Stoßdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (100) eine gewölbte Platte ist, die mit einem zylindrischen Rand mechanisch am Zylinder gehalten ist.

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9. Stoßdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gewölbte Platte des Niederhalters (100) mit öffnungen (14) versehen ist, durch die die Zylinderräume zu beiden Seiten des Niederhalters miteinander verbunden sind.
10. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationskammer die elastische Umhüllung eines in sich elastischen Schaumstoffkörpers ist.
11. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationskammer statt für einen, einer Federung parallelgeschalteten Stoßdämpfer für die Vermeidung von z.B. Wasserschlägen in strömenden Medien verwendet wird.

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