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Hydraulischer Teleskopschwingungsdämpfer mit abnehmender
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Dämpfungskraft in der Druckstufe, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Teleskopschwingungsdämpfer
mit abnehmender Dämpfungskraft in der Druckstufe, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem Dämpfer dieser Art sind in der Druckstufe in Abhängigkeit
von der zunehmenden Dämpfergeschwindigkeit drei Phasen des Ölflusses vom bodenseitigen
Arbeitsraum in den Ausgleichsraum zu unterscheiden. In allen drei Phasen besteht
ein Druckunterschied dp1 zwischen dem bodenseitigen Arbeitsraum und dem Zwischenraum
und ein Druckunterschied dp2 zwischen dem Zwischenraum und dem Ausgleichsraum. Die
Summe der Druckunterschiede (dp1 + dp2) erzeugt im bodenseitigen Arbeitsraum eine
Druckkraft auf den Arbeitskolben, der eine durch den Druck im deckelseitigen Arbeitsraum
erzeugte Zugkraft entgegensteht, wobei die Differenz dieser beiden Kräfte die Dämpfungskraft
ist und eine Zunahme von dpt + dp2 eine Zunahme der Dämpfungskraft, eine Abnahme
von dpj + dp2 eine Abnahme der Dämpfungskraft bewirkt. In der ersten Phase strömt
das Öl nacheinander ausschl iißl ich durch die enge Verbindungsöffnung in den Zwischenraum
und von dort durch die Drosselöffnung in den Ausgleichsraum, wobei dpl + dp2 und
ebenso die Dämpfungskraft zunehmen. In der zweiten Phase strömt das Öl durch die
enge Verbindungsöffnung und zusätzlich durch das geöffnete Druckventil in den Zwischenraum,
sobald die an der Druckventilöffnung aus dpt resultierende Kraft zusammen mit der
an der Trennwand aus dp2 resultierende Kraft die Kraft der Ventilfeder überwunden
hat, und aus dem Zwischenraum durch die Drosselöffnung in den Ausgleichsraum. Die
Anordnung kann, insbesondere wenn die Querschnittsfläche der Trennwand erheblich
größer ist als die der Druckventilöffnung, so getroffen werden,
daß
die Größe des Druckventilöffnungsspaltes schnell zunimmt und dabei dpj schneller
abnimmt als dp2 zunimmt, so daß in der zweiten Phase die Summe dp1 + dp2 und damit
die Dämpfungskraft abnehmen. Am Ende der zweiten Phase steigt dp2 stärker und nimmt
die Dämpfungskraft wieder zu. In der dritten Phase strömt das Öl durch die enge
Verbindungsöffnung und das Druckventil in den Zwischenraum und von diesem durch
die Drosselöffnung und zusätzlich durch ein Druckbegrenzungs ventil in den Ausgleichsraum,
sobald das Druckbegrenzungsventil beim Überschreiten eines vorbestimmten Druckes
im Zwischenraum bzw. im bodenseitigen Arbeitsraum geöffnet hat.
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Mit einem so abgestimmten Dämpfer läßt sich -in der Druckstufe für
ein Kraftfahrzeug beispielsweise eine Dämpfungskennlinie verwirklichen, bei der
in der ersten Phase die Dämpfungskräfte in der Druck- und der Zugstufe gleich groß
sind, wie in vielen Fällen verlangt wird, bei der in der zweiten Phase die Dämpfungskräfte
in der Druckstufe kleiner sind als in der Zugstufe, um einen komfortvermindernden
Einfluß des Dämpfers beim schnellen Überfahren erhabener Hindernisse durch große
Dämpfungskräfte in der Druckstufe zu vermeiden, und bei der in der dritten Phase
bei sehr schnellem Überfahren erhabener Hindernisse von extremer Höhe vermieden
wird, daß die Dämpfungskräfte in der Druckstufe unzulässig hohe Werte annehmen könnten,
wenn ohne Vorhandensein eines Druckbegrenzungsventils beim ausschließlichen Fluss
des Öls vom Zwischenraum in den Ausgleichsraum durch die Drosselöffnung ein zu hoher
Strömungswiderstand auftreten würde. Die erste Phase kann, um mit Zahlen zu sprechen,
einem auf das Fahrzeugrad bezogenen Dämpfergeschwindigkeitsbereich von 0 bis 0,5
m/s, die zweite Phase einem soichen von 0,5 bis 1,5 m/s und die dritte Phase einem
solchen über 1,5 m/s entsprechen.
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Wenn die Drosselöffnung so groß ist, daß bei allen praktisch vorkommenden
Dämpfergeschwindigkeiten die Dämpfungskräfte nicht unzulässig steigen oder der Druck
im bodenseitigen
Arbeitsraum nicht die Festigkeit der Bauteile übersteigen
kann, kann ein Druckbegrenzungsventil in Fortfall kommen.
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Bei der entsprechenden Dämpfungskennlinie fehlt in diesem Fall die
dritte Phase.
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Der aus der DT-OS 22 01 532 bekannte Dämpfer der eingangs genannten
Art, bei dem das gesamte vom Arbeitskolben verdrängte 01 über das Druckventil in
den Zwischenraum und von dort zum Teil in den Ausgleichsraum und zum anderen Teil
in den deckelseitigen Arbeitsraum fließt, weist als Druckventilkörper eine Kugel,
als Trennwand einen in einem besonderen Zylinder geführten Trennkolben und als Ventilfeder
eine Schraubenfeder auf, wobei in nachteiliger Weise der Aufwand für diese Teile
groß ist und in weiterhin nachteiliger Weise diese Teile eine sehr große Einbaulänge
in Anspruch nehmen.
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Es besteht die Aufgabe, einen Dämpfer der eingangs genannten Art zu
schaffen, bei dem der Aufwand für den Druckventilkörper, die Trennwand und die Ventilfeder
klein ist und auch die benötigten Einbaulängen für diese Teile klein sind.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Ahspruchs 1 genannten
Maßnahmen gelöst.
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In vorteilhafter Weise übernimmt so die Trennwand auf kleinstem Raum
zugleich die Funktion der Ventilfeder. Der für den Druckventilkörper, die Trennwand
und die Ventilfeder erforderliche Aufwand und die erforderliche Einbaulänge sind
in besonders vorteilhafter Weise so klein, daß handelsübliche, in großen Stückzahlen
hergestellte Dämpfer der Zweirohr- oder Einrohrbauart ohne großen Mehraufwand auf
einen Dämpfer nach der Erfindung umgestellt werden können, wenn nur das von der
Kolbenstange verdrängte 01 durch das Druckventil in den Zwischenraum fließen soll.
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Besonders einfach läßt sich ein Dämpfer nach der Erfindung ausbilden,
wenn eine Federplatte eine Druckventilöffnung unmittelbar abdeckt und so die Trennwand
auch noch die Funktion des Druckventilkörpers übernimmt. Die Trennwand kann als
volle Federplatte oder als Ringfederplatte gestaltet sein, wobei auch mehrere aufeinander
liegende Platten Verwendung finden können. Die Trennwand wird zweckmäßig so eingebaut,
daß ihr Außenumfang sich an einer Dichtkante abstützt, die durch einen nach innen
vorspringenden Rand eines den Zwischenraum einschließenden Mantelrings gebildet
ist, wobei die Trennwand auf dem Rand frei aufliegen oder eingespannt sein kann.
Um die Vorspannung der Trennwand veränderbar zu gestalten, kann in einer den bodenseitigen
Arbeitsraum von dem Zwischenraum trennenden Zwischenwand eine verdrehbare Hohlschraube
mit einem durchgehenden Kanal vorgesehen sein, dessen Mündung in den Zwischenraum
die Druckventilöffnung bildet. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der Trennwand
so gewählt, daß dem Ausgleichsraum zugewandte Öffnungen eines den bodenseitigen
Arbeitsraum in der Zugstufe mit dem Ausgleichsraum verbindenden Füllventils im Bereich
einer Kreisringfläche münden, deren Außendurchmesser kleiner ist als der der des
Arbeitszylinders und deren Innendurchmesser größer ist als der der Trennwand. Ein
Druckbegrenzungsventil kann in einfacher Weise durch von einer ringförmigen Federscheibe
abgedeckte Öffnungen einer Federplatte gebildet werden, wobei die Federscheibe zwischen
dem oben erwähnten Rand und der Federplatte eingespannt sein kann. Ein Druckbegrenzungsventil
kann auch vom bodenseitigen Arbeitsraum unmittelbar in den Ausgleichsraum führen
und beispielsweise mit einem Druckventilkörper vereinigt sein, indem dieser von
einem Kanal durchsetzt ist, dessen in den Ausgleichsraum mündende Öffnung von einem
Druckbegrenzungsventil abgedeckt ist.
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Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Dämpfern nach der
Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Zweirohrdämpfer im Schnitt, bei dem
eine als Federplatte ausgebildete Trennwand die Öffnung eines Druckventils unmittelbar
abdeckt, Fig. 2 einen Ausschnitt eines Dämpfers, bei dem eine als Federplatte ausgebildete
Trennwand die Druckventilöffnung unmittelbar abdeckt und durch ein Druckbegrenzungsventil
abgedeckte Öffnungen aufweist, Fig. 3 einen Ausschnitt eines Dämpfers, bei dem eine
aus zwei Ringplatten bestehende Trennwand einen Druckventilkörper gegen eine Druckventilöffnung
spannt und im Druckventilkörper ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist.
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Nach Fig. 1 ist ein ölgefüllter Arbeitszylinder 1 oben durch einen
Deckel Z und unten durch eine Bodengruppe 3 abgeschlossen. Am inneren Ende einer
durch den Deckel 2 dicht nach außen geführten Kolbenstange 4 ist ein in dem Arbeitszylinder
1 verschieblich geführter Arbeitskolben 5 befestigt, der den Arbeitszylinder 1 in
einen deckelseitigen Arbeitsraum 6 und einen bodenseitigen Arbeitsraum 7 unterteilt
und mit Drosselventilen 8 und 9 für beide Strönungsrichtungen bestückt ist. Die
Bodengruppe 3, der Arbeitszylinder 1 und der Deckel 2 sind hintereinander in ein
aus einem Außenrohr 12 und einem mit diese. verschweißten Boden 11 bestehendes Gehäuse
10 eingesetzt und durch eine Bördelung 13 des Rohres 12 fest gegen den Boden 11
gespannt, wobei ein O-Ring 14 den Deckel 2 gegenüber dem Rohr 12 dichtet. Das freie
Ende der Kolbenstange 4 und der Boden 11 sind mit Befestigungsstiften 4' bzw. 11'
versehen, die in üblicher Weise mit einem Fahrzeugaufbau bzw. einer Fahrzeugachse
verbunden zu denken sind.
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Zwischen dem Arbeitszylinder 1 und der Bodengruppe 3 einerseits und
dem Gehäuse 10 andererseits ist ein im unteren Teil mit Öl und im oberen Teil mit
Gas gefüllter Ausgleichsraum 15 gebildet, in den der deckelseitige Arbeitsraum 6
mittels eines engen Durchbruchs 16 in seinem oberen Bereich entlüftet ist.
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Die Bodengruppe 3, über die der bodenseitige Arbeitsraum 7 mit dem
Ausgleichsraum 15 kommuniziert, umfaßt eine diese Räume trennende, an ihrem äußeren
Umfang mit durchgehenden Bohrungen 18 versehene Zwischenwand 17, eine Ventilscheibe
19, eine Kegelfeder 20, eine die Zwischenwand 17 durchdringende Hohl schraube 21,
eine die Hohl schraube 21 sichernde, mit einem Bund 23 versehene Kontermutter 22,
einen mit der Zwischenwand 17 dicht verbundenen, sich am Boden 11 abstützenden Ringmantel
24 und eine als Federplatte ausgebildete Trennwand 25. In der Bodengruppe 3 ist
ein von dem Ringmantel 24 eingeschlossener und durch die Trennwand 25 abgeschlossener
Zwischenraum 26 gebildet, der eine in den Ausgleichsraum 15 führende, im Ringmantel
24 angeordnete Drosselöffnung 27 aufweist. Die Trennwand 25 liegt dicht oder nahezu
dicht auf einem nach innen vorspringenen Rand 28 des Ringmantels 24 auf. Der dem
Boden 11 zugewandte Raum 30 auf der Rückseite der Trennwand 25 steht durch einen
Schlitz 29 in offener Verbindung mit dem Ausgleichsraum 15. Die Hohl schraube 21
weist einen zum bodenseitigen Arbeitsraum 7 offenen Hohlraum 31 auf, der auf der
Seite des Zwischenraums 26 in eine mit einer Dichtkante 32 versehene Druckventilöffnung
33 übergeht. Die Trennwand 25 berührt die Dichtkante 32 und deckt die Druckventilöffnung
33 unmittelbar ab. Durch Drehung der Hohlschraube 21 ist eine vorgegebene Vorspannung
zwischen der Dichtkante 32 und der Trennwand 25 einstellbar, die im ungespannten
Zustand eine nach oben gewölbte Form haben möge.
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Aus dem Hohlraum 31 führt eine enge Verbindungsöffnung 34 des bodenseitigen
Arbeitsraumes 7 mit dem Zwischenraum 26.
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Die Bohrungen 18 sind arbeitsraumseitig durch die Ventilscheibe 19
abgedeckt, die unter einer Vorspannung der sich an dem Blind 23 abstützenden Kegelfeder
20 steht, und münden im Bereich einer Kreisringfiäche 35 in den Ausgleichsraum 15.
Die Bohrungen 18 sind in der Zugstufe als Füllventil des bodenseitigen Arbeitsraums
7 wirksam und in der Druckstufe geschlossen. Der Außendurchmesser der Kreisringfläche
35 ist kleiner als der des Arbeitszylinders 1. Der Innendurchmesser der Kreisringfläche
35 ist größer als der der Trennwand 25.
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In der Druckstufe ist die Bodengruppe 3 in der Weise wirksam, daß
das Öl in der weiter oben genannten ersten Phase vom bodenseitigen Arbeitsraum 7
ausschließlich durch die enge Verbindungsöffnung 34 in den Zwischenraum 26 und von
diesem ausschließlich durch die Drosselöffnung 27 in den Aussleichsraum 15 fließt
und daß das Öl in der zweiten Phase vom bodenseitigen Arbeitsraum 7 durch die enge
Verbindungsöffnung 34 und durch den sich unter Durchbiegung der Trennwand 25 nach
unten an der Dichtkante 32 bildenden Öffnungsspalt in den Zwischenraum 26 und von
diesem ausschließlich durch die Drosselöffnung 27 in den Ausgleichsraum 15 fließt.
Die erwähnte dritte Phase ist bei einer Ausbildung eines Dämpfers nach Fig. 1 nicht
vorhanden.
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Bei dem Dämpfer nach Fig. 2 mit einem Arbeitszylinder 101, einer Bodengruppe
103, einem bodenseitigen Arbeitsraum 107, einem Außenrohr 112, einem Boden 111 und
einem Ausgleichsraum 115 umfaßt die Bodengruppe 103 in ähnlicher Weise wie die Bodengruppe
3 nach Fig. 1 eine mit Bohrungen 118 versehene Zwischenwand 117, eine Ventilscheibe
119, eine Kegelfeder 120, eine mit einem Hohlraum 131 und einer Druckventilöffnung
133 versehene Hohlschraube 121, eine Kontermutter 122 und eine als Federplatte ausgebildete,
die Druckventilöffnung 133 abdeckende Trennwand 125. Ein Zwischenraum 126 ist von
einem an der Zwischenwand 117 gebildeten Kragen 117' eingeschlossen,
durch
die Trennwand 125 abgeschlossen und mittels einer den Kragen 117' durchdringenden
Drosselöffnung 127 mit dem Ausgleichsraum 115 verbunden. Die Trennwand 125 ist zusammen
mit einer auf ihrer Rückseite angeordneten ringförmigen Federscheibe 136 zwischen
dem Kragen 117' und einem Ringmantel 124 eingespannt. Ein auf der Rückseite der
Trennwand 125 von dem Ringmantel 124 eingeschlossener Raum 130 steht über Bohrungen
129 im Ringmantel 124 mit dem Ausgleichsraum 115 in offener Verbindung. Die Federscheibe
136 deckt in der Trennwand 125 angeordnete Öffnungen 137 mit vorgegebener Vorspannung
ab und wirkt so als Druckbegrenzungsventil des Druckes im Zwischenraum 126. Die
Hohlschraube 121 weist im Bereich der Druckventilöffnung 133 einen Schlitz 134 auf,
der als enge Verbindungsöffnung zwischen dem bodenseitigen Arbeitsraum 107 und dem
Zwischenraum 126 dient. In der Druckstufe ist die Bodengruppe 103 mittels der engen
Verbindungsöffnung 134, der Drosselöffnung 127 und der Druckventilöffnung 133 in
der ersten Phase und der zweiten Phase in der gleichen Weise wirksam wie die Bodengruppe
3 nach Fig. 1. In der dritten Phase öffnet das durch die Öffnungen 137 und die Federscheibe
136 gebildete Druckbegrenzungsventil.
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Bei dem Dämpfer nach Fig. 3 mit einem Arbeitszylinder 201, einer Bodengruppe
203, einem bodenseitigen Arbeitsraum 207, einem Außenrohr 212, einem Boden 211 und
einem Ausgleichsraum 215 umfaßt die Bodengruppe 203 eine mit Bohrungen 218 versehene
Zwischenwand 217, eine die Bohrungen 218 abdeckende federnde Ventilscheibe 219,
eine Hohlschraube 221 mit einem Hohlraum 231, einer Druckventilöffnung 233 und einer
als Schlitz im Bereich der Druckventilöffnung 233 ausgebildeten engen Verbindungsöffnung
234, eine Kontermutter 222, einen Mantelring 224, einen Druckventilkörper 238 und
eine aus zwei Ringfederplatten bestehende Trennwand 225. Ein Zwischenraum 226 ist
von dem Ringmantel 224 eingeschlossen, von der Trennwand 225 zusammen mit dem Druckventilkörper
238 abgeschlossen
und mittels einer als Schlitz in der Wand des
Ringmantels 224 ausgebildeten Drosselöffnung 227 mit dem Ausgleichsraum 215 verbunden.
Die Drosselöffnung 227 ist im oberen Bereich des Zwischenraums 226 angeordnet, um
eine gute Entlüftung des Zwischenraums 226 zu gewährleisten. Die Trennwand 225 liegt
auf einem Rand 228 des Ringmantels 224, umfaßt einen Schaft 239 des Druckventilkörpers
238 und spannt den Druckventilkörper 238 gegen die Druckventilöffnung 233. Der Schaft
239 ist in einer Querwand 224' des Ringmantels 224 verschieblich geführt. Die auf
beiden Seiten der Querwand 224' bestehenden Räume 230 und 230' sind durch eine Bohrung
229' untereinander und durch einen Schlitz 229 mit dem Ausgleichsraum 215 verbunden.
Der Schaft 239 ist hohl und nimmt einen Ventilkörper 241 sowie eine Druckfeder 243
auf, die sich an einer Bördelung 244 des Schaftes 239 abstützt und den Ventilkörper
241 dicht gegen eine den Druckventilkörper 238 durchdringende, der Druckventilöffnung
233 zugewandte Bohrung 240 drückt. Ein den Ventilkörper 241 umgebender Freiraum
hat über Bohrungen 242 im hohlen Schaft 239 Verbindung mit dem Raum 230', dem Raum
230 und dem Ausgleichsraum 215.
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Der Ventilkörper 241 bildet zusammen mit der Bohrung 240 und der auf
einen vorgegebenen Wert vorgespannten Druckfeder 243 ein Druckbegrenzungsventil,
das aus dem bodenseitigen Arbeitsraum 207 in den Ausgleichsraum 215 führt. In der
Druckstufe ist die Bodengruppe 203 sinngemäß in der gleichen Weise wirksam wie die
Bodengruppe 103 nach Fig. 2.
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Bei einem Dämpfer nach der Erfindung in einer Zweirohr-Bauart kann
auch in Abweichung von den gezeigten Ausführungsbeispielen in der Druckstufe ein
größeres Volumen, als der Kolbenstangenverdrängung entspricht, durch das Druckventil
in den Zwischenraum fließen, wenn beispielsweise im deckelseitigen Arbeitsraum ein
aus dem Ausgleichsraum in den Arbeitsraum öffnendes Rückschlagventil vorgesehen
und die Möglichkeit des
Ansaugens von Gas in den Arbeitsraum durch
bekannte Mittel ausgeschlossen wird, die in der Anordnung einer von dem Rückschlagventil
unter den Ölspiegel im Ausgleichsraum führenden Leitung oder in der Trennung von
Gas und Öl durch Einschluß des Gases in ein Gaskissen bestehen können.
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Bei einem Dämpfer nach der Erfindung in einer Einrohr-Bauart kann
sich ein Ausgleichsraum in axialer Verlängerung des Arbeitszylinders an die Bodengruppe
anschließen. Wenn Gas und Öl im Ausgleichsraum einen freien 0spiegel aufweisen,
wird zweckmäßig eine Einbaulage mit oben liegendem Ausgleichsraum und unten austretender
Kolbenstange gewählt.