DE2547322A1

DE2547322A1 - Hydraulischer stossdaempfer

Info

Publication number: DE2547322A1
Application number: DE19752547322
Authority: DE
Inventors: William Arthur Duckett
Original assignee: Jonas Woodhead Ltd
Current assignee: Jonas Woodhead Ltd
Priority date: 1974-10-23
Filing date: 1975-10-22
Publication date: 1976-05-06
Also published as: FR2289805B1; BE834821A; ES442015A1; GB1482813A; TR19264A; FR2289805A1; US4060155A

Description

Dlpl.-I.«. H. MITSCHERLICH D-β MÖNCHEN 22 D_ipl.-I„_g. K. GUNSCHMANN Π???; 7 Q 9 Ί Dr. γ.γ. not. W. KÖRBER ^"^ I 411 Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS PATENTANWÄLTE

JOHAS ',70ODHSAD LIMITJaD 22. Oktober 1975

177, Kirkstall fioad

Leeds 4, Yorkshire, ängland

Patentanmeldung

Hydraulischer 3toiodämpfer

Die Erfindung betrifft hydraulische Schwingungs- bzw. Stoßdämpfer der Bauart mit einem in einem Zylinder gleitend geführten Kolben, der Ventile aufweist, welche es einem Flud ermöglichen, von der einen Seite des Kolbens zur anderen Seite zu strömen, wobei in dem Fludstrom ein Druckabfall herbeigeführt wird, um eine Dämpfungswirkung hervorzurufen.

Bei zahlreichen bekannten Konstruktionen von Stoßdämpfern dieser allgemeinen Bauart, z.B. bei dem in der britischen Patentschrift 1 132 038 beschriebenen, sind die Ventile zum Hegeln des Fludstroms in den beiden möglichen Richtungen auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens angeordnet, und beide Ventilsitze sind als Bestandteile des Kolbens ausgebildet. Bei dieser Anordnung ist es erforderlich, den Kolben mit zwei Sätzen von Strömungskanälen oder Durchlässen zu versehen; hierbei strömt das Flud durch den Kolben in der einen Richtung durch den einen Satz von Kanälen, während es in der entgegengesetzten Richtung durch die Kanäle des anderen Satzes strömt. Dadurch, daß der Kolben mit die genannten Kanäle bildenden Bohrungen versehen werden muß, erhöhen sich die Kosten der Herstellung des Kolbens. Ferner sind bei zahlreichen bekannten Stoßdämpfern die Kanäle unter einem Winkel zur Kolbenachse angeordnet; hierdurch wird nicht nur die Durchführung der Bohrarbeiten erschwert, sondern es erweist sich auch als schwierig,

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ORIGINAL INSPECTED

andere Fertigungsverfahren, z.B. ein Sinterverfahren, anzuwenden.

Durch die Erfindung ist nunmehr ein hydraulischer Stoßdämpfer geschaffen worden, der einen in einem Zylinder gleitend geführten Kolben aufweist, ferner ein erstes Ventil, zu dem mindestens eine ringförmige Ventilscheibe aus einem elastischen Flachmaterial gehört, die so angeordnet ist, daß sie mit einem ringförmigen Ventilsitz an dem Kolben zusammenarbeitet, um das Strömen des Fludes in der einen Richtung zwischen beiden Seiten des Kolbens zu regeln, sowie ein zweites Ventil, das. so eingerichtet ist, daß es das Strömen des Fludes in der entgegengesetzten Richtung von der einen Seite des Kolbens zur anderen steuert, und dieser Stoßdämpfer ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilscheibe mit einer oder mehreren Öffnungen versehen ist, die zu einer Zone innerhalb des ringförmigen Ventilsitzes führen, und daß die Fläche der Ventilscheibe, welche diese Öffnungen auf der gleichen Seite der Ventilscheibe umgibt, auf welcher sich der ringförmige Ventilsitz befindet, den Sitz für das zweite Ventilorgan bildet. Bei dieser Anordnung ist es möglich, in beiden Strömungsrichtungen die gleichen sich durch den Kolben erstreckenden Durchlässe zu benutzen, d.h. es ist nicht erforderlich, zwei Sätze von Durchlässen nur deshalb vorzusehen, weil zwei Ventile vorhanden sind. Außerdem ist es gemäß der Erfindung unschwer möglich, die Kanäle so anzuordnen, daß sie sich parallel zur Kolbenachse erstrecken; hierdurch wird die Herstellung des Kolbens vereinfacht.

Das zweite Ventilorgan kann ebenso wie das erste Ventilorgan bzw. die genannte Ventilscheibe in Form mindestens einer ringförmigen Ventilscheibe aus einem elastischen Flachmaterial ausgebildet sein. Diese Ventilscheibe kann längs des Umfangs ihrer zentralen Öffnung starr eingespannt sein, wie es bei federnden Ventilscheiben üblich ist; alternativ ist es jedoch möglich, dafür zu sorgen, daß sich die zweite Ventilscheibe ungehindert von der ersten Ventilscheibe entfernt, und zwar mindestens längs des ersten Teils ihrer Bewegungsstrecke, so daß bei

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kleinen Durchflußmengen an dem Ventil nur ein sehr geringer Druckabfall eintritt. Die Strecke, längs welcher sich die zweite Ventilscheibe ungehindert bewegen kann, kann sehr klein sein und z.B. etwa 0,1 mm betragen.

Die Öffnungen der ersten Ventilscheibe können dem ringförmigen Ventilsitz längs eines größeren Teils des Umfangs des Ventilsitzes nahe benachbart sein. Bei dieser Anordnung ist es möglich, eine optimale Ausnutzung des Durchtrittsquerschnitts zu erzielen, der zwischen der Ventilscheibe und dem Ventilsitz zur Verfügung steht, wenn sich das Ventil öffnet, und außerdem trägt diese Maßnahme dazu bei, daß ein gleichmäßiges Betriebsverhalten des Stoßdämpfers erzielt wird. Setzt sich das erste Ventil aus zwei in Deckung miteinander angeordneten ringförmigen Ventilscheiben zusammen, die beide mit Öffnungen versehen sind, damit das zweite Ventil durchströmt werden kann, ist es außerdem möglich, die Gleichmäßigkeit des Betriebsverhaltens des Stoßdämpfers dadurch weiter zu verbessern, daß man die Öffnungen so anordnet, daß der gesamte nutzbare Durchtrittsquerschnitt des durch die Öffnungen verlaufenden Strömungswegs von der relativen Winkelstellung der beiden Scheiben im wesentlichen unabhängig ist.

Die Erfindung läßt sich auf verschiedene Weise in die Praxis überführen, und sie ist sowohl bei einrohrigen als auch bei mehrrohrigen Stoßdämpfern anwendbar.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Stoßdämpfers;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 und 4 jeweils die Draufsicht einer von zwei Bestandteile einer Ventilbaugruppe bildenden Scheiben; und

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Fig. 5 einen einem Teil von Fig. 2 entsprechenden Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines Stoßdämpfers.

Zu dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Stoßdämpfer gehören ein innerer Arbeitszylinder 10, in dem ein Arbeitskolben 12 gleitend geführt ist, sowie ein äußerer Zylinder 14, der gleichachsig mit dem inneren Zylinder 10 angeordnet ist und zusammen mit ihm einen ringförmigen Behälter abgrenzt. Die oberen Enden der Zylinder 10 und 14 sind geschlossen und werden durch eine Abdichtungsbaugruppe 16 und eine Kolbenstangenführung 18 in ihrer gleichachsigen Lage gehalten, und die Kolbenstangenführung dient zum Führen einer Kolbenstange 20, die an ihrem unteren Ende den Arbeitskolben 12 trägt. Das untere Ende des inneren Zylinders 10 ist mit einer Basisventilbaugruppe 22 versehen. Das untere Ende des äußeren Zylinders 14 ist durch ein Kappenteil 24 abgeschlossen, an dessen Innenfläche sich die Basisventilbaugruppe 22 so abstützt, daß an dieser Stelle der innere Zylinder 10 in seiner gleichachsigen Lage zu dem äußeren Zylinder 14 gehalten wird.

Das Kappenteil 24 und das obere Ende der Kolbenstange 20 sind jeweils mit einem. Auge 26 versehen; diese Augen dienen dazu, den Stoßdämpfer mit den Teilen zu verbinden, zwischen denen Schwingungen auftreten, die gedämpft werden sollen, z.B. der Karosserie und einem Rad eines Kraftfahrzeugs. Der Arbeitskolben 12 weist Kanäle 28 auf, die sich von der einen Seite des Kolbens zur anderen erstrecken, jedoch durch eine Ventilbaugruppe 30 normalerweise geschlossen gehalten werden. Der innere Arbeitszylinder 10 und ein Teil des ringförmigen Behälters zwischen den Zylindern 10 und 14 sind mit Öl gefüllt; im übrigen enthält der ringförmige Behälter Luft unter einem Druck, der etwa dem Druck der Atmosphäre entspricht.

Beim Gebrauch des Stoßdämpfers nach Fig. 1 bis 4 führt eine Abwärtsbewegung des Kolbens 12 in dem Zylinder 10 dazu, daß Öl aus dem Raum unter dem Kolben durch die Ventilbaugruppe des Kolbens hindurch zu dem Raum über dem Kolben strömt; die Ventilbaugruppe ist so ausgebildet, daß das Strömen des Öls

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in dieser Aufwärtsrichtung nur geringfügig eingeschränkt wird. Außerdem strömt entsprechend der Verlagerung der Kolbenstange 20 Öl aus dem Arbeitszylinder 10 zu dem ringförmigen Behälter zwischen den beiden Zylindern. Dieser Ölstrom passiert ein einen Bestandteil der Basisventilbaugruppe 22 bildendes, unter Federspannung stehendes Ventil 32. Der Druck in dem Arbeitszylinder 10 muß in einem erheblichen Ausmaß zunehmen, bevor sich das Ventil 32 öffnet, so daß der Abwärtsbewegung des Kolbens 12 eine Dämpfungskraft entgegengesetzt wird.

Bewegt sich der Kolben 12 in dem Zylinder 10 nach oben, strömt Ol aus dem Raum über dem Kolben durch eine Ventilbaugruppe, mit welcher der Kolben versehen ist, zu dem Raum unter dem Kolben. Der Druck in dem Raum über dem Kolben 12 muß in einem erheblichen Ausmaß steigen, bis sich die Ventilbaugruppe öffnet, um ein Durchströmen von Öl in dieser Richtung zu ermöglichen, so daß auch der Aufwärtsbewegung des Kolbens eine Dämpfungskraft entgegengesetzt wird. Außerdem tritt hierbei Öl aus dem ringförmigen Behälter zwischen den beiden Zylindern in den Raum unter dem Kolben ein. Dieses Öl strömt durch ein weiteres unter Federspannung stehendes Ventil 34, das ebenfalls einen Bestandteil der Basisventilbaugruppe 22 bildet; das Ventil 34 ist nur einer geringen Federspannung ausgesetzt, so daß es das Strömen von Öl in der Richtung von unten nach oben nur geringfügig einschränkt.

Im folgenden wird anhand von Fig. 2 näher auf die Ausbildung des Kolbens 12 und der Ventilbaugruppe 30 eingegangen.

Der Kolben 12 ist mit vier in gleichmäßigen Abständen über den Umfang der Kolbenstange 20 verteilten Durchlässen bzw. Kanälen 28 versehen, die an ihren unteren Enden in einer ringförmigen Aussparung 36 münden, mit der der Kolben 12 auf seiner Unterseite versehen ist. Ferner weist der Kolben längs seiner Achse eine Bohrung 38 auf, mit der ein einen kleineren Durchmesser aufweisender Endabschnitt 68 der Kolbenstange in Eingriff steht, und eine Ringschulter 72 der Kolbenstange

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stützt sich an einer nach oben gerichteten Fläche des Kolbens ab. Der Abschnitt 68 von kleinerem Durchmesser ragt nach unten aus dem Kolben heraus und dient zum Zentrieren eines Satzes oder Pakets von die Ventilbaugruppe 30 bildenden ringförmigen Scheiben aus Federstahl. Die federnden Ventilscheiben werden in Anlage an der Unterseite des Kolbens 12 durch eine Stützscheibe 44 festgehalten, die auf den nach unten aus dem Kolben herausragenden Teil der Kolbenstange aufgesetzt ist. Um den Kolben fest mit der Kolbenstange zu verbinden, und um die federnden Ventilscheiben zusammen mit der Stützscheibe 44 in Anlage an der Unterseite des Kolbens zu halten, wird das untere Ende der Kolbenstange 20 gemäß Fig. 2 nach dem Aufschieben der Stützscheibe aufgeweitet. Dieser Auf v/ei tungsvorgang wird dadurch erleichtert, daß das untere Ende der Kolbenstange ;'O mit einer axialen Sackbohrung 70 versehen ist, so daß der aufzuweitende untere Endabschnitt der Kolbenstange nicht massiv, sondern rohrförmig ist.

Die ringförmige Aussparung 36 auf der Unterseite des Kolbens 12 ist normalerweise durch eine federnde Scheibe 46 abgeschlossen, bei der es sich dann, wenn man mit der Zählung der Scheiben von oben beginnt, um die dritte Scheibe handelt; gemäß Fig. 2 hat diese dritte Scheibe 46 einen so großen Durchmesser, daß sie mit einer Lippe 48 zusammenarbeitet, welche die Aussparung 36 an ihrem Umfang abgrenzt. Immer dann, wenn der Druck über dem Kolben 12 höher ist als unter dem Kolben, ist der vorhandene Druckunterschied bestrebt, die Scheibe 46 an ihrem äußeren Hand nach unten durchzubiegen, so daß Öl aus dem Raum über dem Kolben durch die Kanäle 28 sowie zwischen der Lippe 48 und der Oberseite der Scheibe 46 zu dem Raum unter dem Kolben strömen kann. Die vierte Scheibe 50 und die fünfte Scheibe 52 innerhalb des Scheibenpakets dienen dazu, die Steifigkeit der Scheibe 46 so zu erhöhen, daß ein erheblicher Druckunterschied auftreten muß, wenn die Ventilbaugruppe 30 geöffnet werden soll, um Ol nach unten strömen zu lassen; gemäß Fig. 2 hat die vierte Scheibe 50 den gleichen Durchmesser wie die dritte Scheibe 46, während der Durchmesser

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der fünften Scheibe 52 etwas kleiner ist. Gemäß Fig. 2 ist noch eine unterste Scheibe 54 als Bestandteil des Scheibenpakets vorhanden, und diese Scheibe kommt lediglich als Abstandhalter zur Wirkung, um zu gewährleisten, daß die Durchbiegung der Scheiben 46, 50 und 52 nicht durch die Stützscheibe 44 behindert wird.

Gemäß Fig. 3 und 4 weist die Scheibe 46 mehrere Öffnungen und die Scheibe 50 mehrere Öffnungen 58 auf, die in Abständen über den Umfang der zentralen Öffnungen der beiden Scheiben verteilt sind. Diese Öffnungen werden normalerweise durch die zweite Scheibe von oben, d.h. gemäß Fig. 2 die Scheibe 60, geschlossen gehalten. Der Durchmesser der zweiten Scheibe ist kleiner als der Außendurchmesser der Aussparung 36, so daß sich diese Scheibe innerhalb der Aussparung ungehindert nach oben durchbiegen kann. Immer dann, wenn der Druck unter dem Kolben 12 höher ist als über dem Kolben, kommt der vorhandene Druckunterschied über die Öffnungen 56 und 58 zur Wirkung auf die Unterseite der zweiten Scheibe 60, und er ist bestrebt, diese Scheibe an ihrem äußeren Rand nach oben durchzubiegen, so daß Öl von dem Raum unter dem Kolben aus durch die Öffnungen 56, 58, zwischen der dritten Scheibe 46 und der zweiten Scheibe 60 hindurch sowie durch die Kanäle 28 zu dem Raum über dem Kolben strömen kann. Das Scheibenpaket enthält gemäß Fig. 2 noch eine oberste oder erste Scheibe 64, die als Abstandhalter zur Wirkung kommt, jedoch auch eine geringfügige Erhöhung der Steifigkeit der zweiten Scheibe 60 hervorruft; trotzdem ist der Druckunterschied, der erforderlich ist, um die zweite Scheibe 60 durchzubiegen, erheblich kleiner als der zum Durchbiegen der dritten Scheibe 46 benötigte Druckunterschied, denn die zweite Scheibe 60 besteht aus einem viel dünneren Flachmaterial als die dritte Scheibe 46.

Die Öffnungen 56 der dritten Scheibe 46 bilden eine nahezu ununterbrochene ringförmige Öffnung, die gemäß Fig. 3 nur an vier in gleichmäßigen Winkelabständen verteilten Punkten Unterbrechungen aufweist. Diese Anordnung gewährleistet, daß nahezu die gesamte in der Umfangsriehtung verlaufende Öffnung, die

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freigegeben wird, wenn die zweite Scheibe 60 nach oben durchgebogen wird, für das Durchströmen von Öl zur Verfügung steht. Die vierte Scheibe 50 ist gemäß Fig. 4 mit einem Kranz von neun in gleichmäßigen Vinkelabständen verteilten kreisrunden Öffnungen 58 versehen, so daß es nicht erforderlich ist, dafür zu sorgen, daß die Scheiben 46 und 50 in einer bestimmten Winkellage zueinander vereinigt und in dieser Lage festgelegt werden, denn bei der soeben beschriebenen Anordnung der Öffnungen 56 und 58 bleibt die freie Querschnittsfläche der Öffnungen 58, die für das Hindurchströmen von Öl zur Verfügung steht, stets gleich oder praktisch im wesentlichen gleich der gesamten Querschnittsfläche, die durch acht von den neun Öffnungen gebildet wird. Bei bestimmten relativen Winkelstellungen der Scheiben 46 und 50 |st eine der Öffnungen 58 vollständig verdeckt, während die übrigen acht Öffnungen 58 praktisch vollständig freigelegt sind; bei anderen Stellungen der beiden Scheiben sind zwar zwei der öffnungen 58 teilweise verdeckt, doch sind die frei bleibenden Durchtrittsquerschnitte dieser beiden Öffnungen insgesamt einer vollständig unverdeckten Öffnung annähernd gleichwertig.

Die zweite Scheibe 52 überlappt die Öffnungen der vierten Scheibe 50 so, daß der freie Durchtrittsquerschnitt dieser Öffnungen annähernd halbiert wird. Daher kann man Scheiben 50 gleicher Art bei verschiedenen Konstruktionen von Stoßdämpfern verwenden, und hierbei ist es möglich, den Durchmesser der zugehörigen Scheibe 52 so zu wählen, daß sich der gewünschte Durchtrittsquerschnitt der Öffnungen 58 ergibt.

Bei manchen Stoßdämpferkonstruktionen kann es erforderlich sein, daß die Ventilbaugruppe 30 schon dann einen kleinen Ölstrom von dem Raum unter dem Kolben zu dem Raum über dem Kolben gelangen läßt, wenn zwischen den beiden Räumen erst ein sehr kleiner Druckunterschied vorhanden ist. Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Ventilbaugruppe 30, die zur Verwendung bei Stoßdämpfern der zuletzt genannten Art besonders geeignet ist.

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Zu der Ventilbaugruppe nach Fig. 5 gehören Scheiben 46, 50, 52, 54 und 64, die den anhand von Pig. 2 beschriebenen Scheiben entsprechen. Jedoch ist gemäß Fig. 5 die zweite Scheibe 60 nach Fig. 2 durch eine schwimmend gelagerte ringförmige Seheibe 72 und einen ringförmigen Abstandhalter 74 ersetzt. Der Außendurchmesser des Abstandhalters 74 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Scheibe 72, so daß der Abstandhalter die Scheibe 72 zentriert, und die Dicke des Abstandhalters 74 ist größer als die Dicke der Scheibe 72, so daß sich die Scheibe 72 in axialer Richtung innerhalb eines kleinen Bereichs ungehindert bewegen kann. Daher genügt schon ein sehr kleiner überschüssiger Druck, der auf der Unterseite des Kolbens 12 wirksam ist, um die Scheibe 72 von der Scheibe abzuheben, ohne daß eine elastische Verformung der Scheibe eintritt, damit die Ventilbaugruppe eine kleine Ölmenge durchläßt. Müssen größere Ölmengen durchgelassen werden, verformt sich die Scheibe 72 elastisch in der gleichen Weise, wie es bezüglich der zweiten Scheibe 60 des Stoßdämpfers nach Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde.

Ansprüche;

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Claims

ANSPRÜCHE

IJ Hydraulischer Stoßdämpfer mit einem in einem Zylinder gleitend geführten Kolben, einem ersten Ventil, das mindestens eine ringförmige Ventilscheibe aus elastischem Flachmaterial aufweist, die so angeordnet ist, daß sie mit einem ringförmigen Ventilsitz an dem Kolben zusammenarbeitet, um das Strömen eines hydraulischen Mediums in der einen Richtung von der einen Seite des Kolbens zur anderen zu steuern, sov/ie mit einem zweiten Ventil, das dazu dient, das Strömen des hydraulischen Mediums in der entgegengesetzten Richtung zwischen beiden Seiten des Kolbens zu steuern, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Ventilscheibe (46) mit einer oder mehreren Öffnungen (56, 58) versehen ist, die zu einer Zone innerhalb des ringförmigen Ventilsitzes (48) führen, und daß diejenige Fläche der genannten Ventilscheibe, welche die Öffnungen auf derjenigen Seite umgibt, auf welcher der ringförmige Ventilsitz angeordnet ist, einen Sitz für das zweite Ventilorgan (60) bildet.
2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem zweiten Ventilorgan (60) ebenfalls mindestens eine ringförmige Ventilscheibe aus einem elastischen Flachmaterial gehört.
3. Stoßdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es dem zweiten Ventilorgan (72) möglich ist, sich mindestens über einen Anfangsteil seiner Offnungsbewegung ungehindert von der ersten Ventilscheibe (46) abzuheben.
4. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungen (56) der ersten Ventilscheibe (46) dem ringförmigen Ventilsitz (48) über den größten Teil des Umfangs des Ventilsitzes nahe benachbart sind.

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5. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zu dem ersten Ventil zwei in Flächenberührung miteinander stehende ringförmige Ventilscheiben gehören, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ventilscheibe (46) mit Öffnungen (56) und die andere Ventilscheibe (50) mit Öffnungen (58) versehen ist, und daß diese Öffnungen so angeordnet sind, daß der freie Durchtrittsquerschnitt des durch die Öffnungen gebildeten Strömungswegs von der relativen Winkellage der beiden Ventilscheiben im wesentlichen unabhängig ist.

Der Patentanwalt

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