DE2745768A1

DE2745768A1 - Hydraulischer stossdaempfer

Info

Publication number: DE2745768A1
Application number: DE19772745768
Authority: DE
Inventors: Roger Clark
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1976-10-19
Filing date: 1977-10-12
Publication date: 1978-04-20
Also published as: FR2368649A1; GB1593258A

Description

PATKMTARWA LT

dim,, ing. K. HOLZEE

FHILIPPINB-WBL8BB-BTBA8BB14

8000 AUGSBUBO

TELEFON 51β«ΐβ TELKX 633 SOC *

N. 260

Augsburg, den 5. Oktober 1977

National Research Development Corporation, 66-74 Victoria Street, London SWl, England

Hydraulischer Stoßdämpfer

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stoßdämpfer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bezieht

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sich die Erfindung auf Stoßdämpfer für Fahrzeuge, weshalb die Erfindung in der folgenden Beschreibung anhand der Anwendung bei Fahrzeugen beschrieben wird. Die bei anderen Anwendungen des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gegebenenfalls erforderlichen Abwandlungen oder Anpassungsmaßnahmeη liegen für den Fachmann auf der Hand.

Insbesondere bei Radaufhängungen von Straßenfahrzeugen, bei denen zur Beherrschung der Relativbewegungen zwischen dem gefederten Rahmen und den ungefederten Radachsen eine Dämpfung erforderlich ist, besteht die Notwendigkeit, die Dämpfung für mehrere unterschiedliche, im Betrieb auftretende Bedingungen auszulegen. Würde man die Stoßdämpfer nur für die auf einer glatten Schnellstraße auftretenden geringen Radschwingungen auslegen, wären sie nicht imstande, die bei schlechteren Straßen auftretenden Stoßbelastungen aufzunehmen, und würde man umgekehrt die Stoßdämpfer speziell für schlechte Straßenverhältnisse auslegen, würden das Fahrverhalten und der Federungskomfort auf glatten Straßen leiden.

Bei guten, ebenen Straßen ist die Neigung zu Relativbewegungen zwischen den Rädern mit den zugehörigen ungefederten Teilen der Radaufhängung und dem Rahmen gering und die Räder bleiben mit der Straßenoberfläche in

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Kontakt, wozu nicht mehr als eine mäßige Drosselung der Druckmittelströmung im Stoßdämpfer, d.h. eine minimale Dämpfung, erforderlich ist. Sobald die Räder jedoch auf eine unebene Straßenoberfläche kommen, ergeben sich wesentlich andere Bedingungen.

Im Falle eines Buckels in der Straßenoberfläche werden das betreffende Rad und die zugehörige ungefederte Masse zunächst nach oben beschleunigt, aber infolge der Trägheit der ungefederten Radmasse bleibt das Rad weiter mit der Straßenoberfläche in Berührung und es ist nur eine minimale Dämpfungskraft wünschenswert, damit sich das Rad über den Straßenbuckel heben kann. Gegen Erreichen der Kuppe des Buckels tritt eine Verzögerung der Aufwärtsbewegung des Rades und der zugehörigen Masse auf, jedoch will sich diese Masse infolge ihrer Trägheit weiter nach oben bewegen, weshalb das Rad zum Abheben von der Straßenoberfläche neigt, wenn keine wesentliche Dämpfungskraft vorhanden ist.

Nach weiterer Verzögerung soll die Masse über der Kuppe des Buckels sich nun wieder nach unten bewegen, weshalb nunmehr wieder eine minimale Dämpfungskraft wünschenswert ist, damit die Federn der Radaufhängung das Rad in Berührung mit der Straßenoberfläche drücken können.

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Am Ende des Buckels schließlich, wo das normale Straßenniveau wieder erreicht wird, erfährt die Radmasse eine Aufwärtsbeschleunigung, und wegen der Trägheit des Rades vergrößert sich die auf die Straßenoberfläche wirkende Last. Zur Verringerung dieses unerwünschten Zustandes ist nunmehr wiederum eine verstärkte Dämpfung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

hydraulischen Stoßdämpfer zu schaffen, der die gewünschten

Dämpfungseigenschaften unter den eben erwähnten wechselnden Bedingungen besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Es sind zwar schon Versuche unternommen worden, Stoßdämpfer durch Verwendung von trägheitsgesteuerten Ventilen für die genannten Bedingungen auszulegen, um die Druckmittelbewegung in den Stoßdämpfern in Abhängigkeit von der Art der auftretenden Radauslenkung zu steuern. Bei diesen bekannten Anordnungen werden die Ventile jedoch nur im Ein-Aus-Betrieb betrieben, was zur Folge hat, daß die angestrebte Wirkung nur teilweise erreicht werden kann.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Strömungskanal außer dem trägheitsbetätigten Proportionalregelventil auch mindestens eine Drossel zur Durchflußsteuerung unter bestimmten Bedingungen enthalten, wobei es sich um eine feste Drossel oder eine stetig oder stufig variable Drossel handeln kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Radaufhängung mit einer ersten,

im Schnitt dargestellten Ausführungsform eines Stoßdämpfers nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Radaufhängung mit einer zwei

ten Ausführungsform eines Stoßdämpfers nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 enthält das Gehäuse 1 eines Stoßdämpfers 2 einen Zylinder 3, in welchem ein Kolben 4

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verschiebbar ist. Der Kolben ist über eine Kolbenstange und ein Gelenk 6 am Rahmen 7 eines Kraftfahrzeugs angelenkt. Das Stoßdämpfergehäuse ist bei 8 an der Radhalterung 9, d.h. an der das Rad 10 halternden ungefederten Masse angelenkt. Die Radaufhängung umfaßt außerdem eine Feder 11.

Die beiden Enden des Zylinders 3 sind durch Kanäle und 13 mit einer gemeinsamen Ventilkammer 14 verbunden. In jedem der Kanäle 12 und 13 ist ein Rückschlagventil 15 bzw. 16 angeordnet. Die Enden der Ventilkammer 14 sind als Ventilöffnungen 17 bzw. 18 ausgebildet, und diese Ventilöffnungen sind jeweils durch einen Kanal 19 bzw. 20 mit dem jeweils gegenüberliegenden Kanal 12 bzw. 13 verbunden. Die Kanäle 19 und 20 enthalten jeweils eine Strömungsdrossel 21 bzw. 22. Diese Drosseln können jeweils als feste oder variable Drossel oder als Kombination fester und/oder variabler Drosseln ausgebildet sein.

In der Ventilkammer 14 befindet sich ein Trägheitskörper 23, der auf einer Kompensationsfeder 24 geringer Steifigkeit sitzt, die den Körper 23 quasi gewichtslos schwebend in der Ventilkammer hält. Die Enden des Trägheitskörper 23 wirken mit den Ventilöffnungen 17 und 18 zusammen und steuern die Druckmittelströmungen zwischen

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den Zylinderenden und der Ventilkammer I¹I. Der Trägheitskörper 23 ist so geformt, daß er eine ungehinderte Druckmittelströmung innerhalb der Ventilkammer ermöglicht.

Der Trägheitskörper 23, der bei einer Bewegung des Stoßdämpfers 2 seine räumliche Lage beizubehalten sucht, bewirkt dadurch bei einer Aufwärtsbeschleunigung des Rades beim Auffahren auf einen Straßenbuckel ein Schließen der Ventilöffnung 18. Bei dieser Relativbewegung zwischen dem Körper 23 und dem Dämpfergehäuse 1 bleibt die Ventilöffnung 17 voll geöffnet und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens relativ zu der sich nach oben bewegenden Radmasse findet außer durch die Drossel 21 und das Rückschlagventil 15 keine Drosselung der Druckmittelströmung aus dem unteren Teil des Zylinders 3 in den oberen Zylinderteil statt. Wie oben erläutert, ist in dieser Phase ein Abheben des Rades von der Straßenoberfläche wenig wahrscheinlich, weshalb keine starke Dämpfung erforderlich ist.

Wenn sich das Rad jedoch der Kuppe des Buckels nähert, wird die Aufwärtsbewegung der Radmasse und damit auch des Dämpfergehäuses verzögert. Infolgedessen bewegt sich der Trägheitskörper 23 zum anderen Ende der Ventilkammer l¹» hin im Sinne einer Schließung der Ventilöffnung 17> wodurch die Druckmittelströmung aus dem unteren Zylinder-

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teil gedrosselt und dadurch einer weiteren relativen Abwärtsbewegung des Kolbens trotz des vergleichsweise freien Strömungsdurchgangs durch die Drossel 21 entgegengewirkt wird. Je größer die Verzögerungskräfte sind, um so größer ist auch der Druck des Trägheitskörpers 23 gegen aus der Ventilöffnung 17 ausströmendes Druckmittel, so daß durch den Trägheitskörper eine proportionale Steuerung der Druckmittelströmung erfolgt.

Während der nächsten Phase der Radbewegung über den Buckel wird die Radmasse weiter verzögert und will sich dann unter dem Druck der Feder 11 vom Rahmen weg den Buckel wieder hinunterbewegen, wobei, da der Trägheitskörper 23 noch weiter gegen die Ventilöffnung 17 gedrängt wird, die Ventilöffnung 18 voll geöffnet bleibt und damit die Druckmittelströmung vom oberen Teil des Zylinders durch die Ventilkammer I¹J und das Rückschlagventil 16 zum unteren Zylinderteil mit Ausnahme der Drosselung durch die Drossel 22 nicht gedrosselt wird. Das Rad ist dabei vergleichsweise frei, so daß es mit der Straße in Berührung bleiben kann.

Wenn sich das Rad dem fuß des Buckels nähert, werden die Radmasse und der Stoßdämpfer wiederum einer Beschleunigung zum Rahmen 7 hin ausgesetzt, weshalb der Trägheits-

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körper 23 sich von der Ventilöffnung 17 wegbewegt und beginnt, die Strömung durch die Ventilöffnung 18 zu steuern. Dadurch wird eine stärkere Dämpfung der weiteren Abwärtsbewegung der ungefederten Masse erzielt. Die Strömungssteuerung in dieser Phase ist wiederum proportional der Größe der Beschleunigung.

Es ist also ersichtlich, daß die Dämpfungscharakteristik des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers den bei jeder beliebigen Beschaffenheit der Straßenoberfläche veränderlichen Bedingungen gerecht wird.

Der in Fig. 1 gezeigte Stoßdämpfer besitzt ein Leitungssystem, das in einem sich an den Dämpferzylinder anschließenden Gehäuse angeordnet ist. Alternativ dazu können die Ventilöffnungen, die Rückschlagventile und der Trägheitskörper innerhalb des Dämpferkolbens untergebracht oder an diesem befestigt und alle diese Elemente innerhalb des Dämpferzylinders angeordnet sein. Eine derartige alternative Konstruktion ist in Fig. 2 gezeigt, in welcher ein Dämpferzylinder 30 mit einem Kolben 31 dargestellt ist, dessen Kolbenstange 32 bei 33 an der Radhalterung 34 angelenkt ist. Das obere Zylinderende ist bei 35 am Rahmen 36 angelenkt, und zwischen dem Rahmen und der Radhalterung

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ist wiederum eine parallel zum Stoßdämpfer verlaufende Feder 37 angeordnet.

Die flachen Mittelbereiche der oberen und unteren Stirnfläche des Kolbens 31 sind jeweils mit einer Ringnut bzw. 39 versehen. Die Ringnut 38 steht über Kanäle 40 mit der unteren Kolbenstirnfläche in Verbindung, während die Ringnut 39 über ähnliche Kanäle 41 mit der oberen Kolbenstirnfläche Verbindung hat.

Eine elastische Ringscheibe 42 bedeckt die öffnung der Nut 38 und wird über eine Unterlagscheibe 43 durch einen Ringbund eines Schraub Zapfens 44 auf dem flachen Teil der oberen Kolbenstirnfläche gehalten. Dieser Schraubzapfen 44 ist seinerseits mit einer Gewindebohrung versehen, die einen weiteren Zapfen 45 aufnimmt, dessen Schaft 46 durch eine mittige Bohrung 47 eines Trägheitskörpers 48 hindurchverläuft, so daß der Trägheitskörper auf dem Zapfen 45 auf- und abgleiten kann. Zwischen dem Trägheitskörper 48 und der Unterlagecheibe 43 ist eine Kompensationsfeder 49 angeordnet .

Auf der anderen Kolbenseite befindet sich ein weiterer Trägheitskörper 51, der auf einer Hülse 52 gleitend verschieblich ist, die ihrerseits bei 53 auf die Kolbenstange

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aufgeschraubt ist. Die eine Endfläche 5¹* der Hülse hält eine elastische Scheibe 55 auf dem ebenen Bereich der unteren Kolbenstirnseite. Zwischen einem unteren Plansch 57 der Hülse und dem Trägheitskörper 51 befindet sich eine weitere Kompensationsfeder 56.

Wenn bei fahrendem Fahrzeug das an der Halterung 34 befestigte Fahrzeugrad sich aus einer Vertiefung der Straßenoberfläche heraus und den nächsten Buckel hinauf bewegt, wird der Kolben 31 im Zylinder 30 nach oben beschleunigt. Diese Bewegung soll der Stoßdämpfer zulassen, was auch der Fall ist, da sowohl der Druck des Druckmittels in der oberen Zylinderkammer 60 als auch der Rand 61 des Trägheitskörpers 48 im Sinne eines Verschließens der Mündung der Nut 38 auf die Scheibe 42 drücken. Der Trägheitskörper 51 bleibt hinter dem ansteigenden Kolben zurück und ermöglicht daher, daß das in der Nut 39 und den Kanälen 41 befindliche Druckmittel die elastische Scheibe 55 von der Mündung der Nut 39 abhebt, so daß das Druckmittel verhältnismäßig ungehindert aus der oberen Zylinderkammer 60 durch die Kanäle 41 in die untere Zylinderkammer 62 strömen kann.

Nähert sich das Rad weiter der Kuppe des Buckels, bewegt sich das Rad zwar noch aufwärts, jedoch muß sich sein Beschleunigungszustand nunmehr in eine Abwärtsbeschleu-

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nigung umkehren, da sonst das Rad zum überspringen anstatt zum Überrollen der Kuppe neigt. Die in Fig. 2 gezeigte Konstuktion trägt zu dieser Beschleunigungsumkehr bei, da der auf die Beschleunigungsänderung ansprechende Trägheitskörper 51 sich weiter hebt, so daß sein Rand 63 sich an die elastische Scheibe 55 anlegt und die Mündung der Nut 39 mit zunehmender Abwärtsbeschleunigung des Rades vorschreitend stärker verschließt. Der Trägheitskörper hebt sich nunmehr von der Scheibe 42 ab, jedoch bewirkt der Druckunterschied zwischen der Kammer 60 und der Kammer 62, daß die Mündung der Nut 38 immer noch straff geschlossen gehalten wird, so daß ein Durchtritt von Druckmittel aus der Kammer 60 zur Kammer 62 fortschreitend stärker gedrosselt wird und die gefederte Masse des den Stoßdämpfer tragenden Fahrzeugs einem zu schnellen Anstieg des Fahrzeugrades entgegenwirkt.

Beim Abstieg des Rades von einem Buckel in die nächste Vertiefung arbeitet der Stoßdämpfer in ähnlicher Weise, indem nunmehr die Scheibe 55 die Mündung des Kanals 39 verschließt und die erforderliche Strömungssteuerung durch den Rand 6l des Trägheitskörpers 48, die Scheibe 42, die Nut 38 und die Kanäle 40 erfolgt.

Wenn zum Verschließen der Mündungen der Nuten 38 und

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eine größere Kraft erforderlich ist, als sie durch die direkte Berührung der Ränder 6l und 63 der Trägheitskörper ^8 und 51 mit den elastischen Scheiben k2 und 55 erhältlich ist, können natürlich auch Hebel oder andere, als Kraftraultiplikatoren wirkende Vorrichtung zwischengeschaltet werden.

Im Rahmen der Erfindung sind natürlich auch weitere Abwandlungen denkbar, beispielsweise hinsichtlich der Form der Ventilöffnungen und des Trägheitskörpers. Beispielsweise braucht der Trägheitskörper nicht unmittelbar mit der Ventilöffnung zusammenwirken. Es können auch Nadelventile oder Schieberventile Anwendung finden.

Gemäß einer anderen alternativen Anordnung können Kolben oder Membranen vorgesehen sein, die auf den Kolben geeignete Ausgleichskräfte ausüben, welche die gewünschte Beziehung zwischen dem Druckabfall an den Ventilöffnungen und der Beschleunigung herstellen. Gemäß einer noch weiteren Abwandlung kann der Trägheitskörper bei entsprechender Neuanordnung der Kanäle so ausgebildet werden, daß er als negative Masse wirkt, indem er in dem Hydraulikmittel des Stoßdämpfers schwimmfähig gemacht wird.

Gemäß einer noch weiteren Abwandlungsmöglichkeit kann 809816/0761

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die Steuerung elektronisch erfolgen, indem der Trägheitskörper über Wandler auf geeignete Ventilsteuerschaltungen wirkt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Ly Hydraulischer Stoßdämpfer, dessen Zylinder durch einen Kolben in zwei Kammern unterteilt ist, die durch mindestens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Strömungskanal (12, 13, 19, 20) mindestens ein trägheitsbetätigtes Proportionalregelventil (23) aufweist.
2. Hydraulischer Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Strömungskanal (19, 20) außerdem eine Drossel (21, 22) zur Durchflußsteuerung enthält.
3. Hydraulischer Stoßdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand mindestens einer Drossel (21, 22) verstellbar ist.
4. Hydraulischer Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das trägheitsbetätigte Proportionalregelventil (23) außerhalb des Zylinders (3) angeordnet ist.
5. Hydraulischer Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das trägheitsbetätigte Proportionalregelventil (48, 51) innerhalb des

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ORIGINAL INSPECTED

Zylinders (30) angeordnet ist und daß der Strömungskanal oder die Strömungskanäle (40, 4l) im Kolben (3D gebildet ist bzw.
6. Hydraulischer Stoßdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung durch die Strömungskanäle (40, 41) durch zwei jeweils in einer der beiden Kammern angeordnete trägheitsbetätigte Ventile (38, 39, 48, öl) gesteuert wird und daß jedes dieser Ventile im Sinne einer variablen Drosselung der Strömung in den Strömungskanälen bewegbar ist.
7. Hydraulischer Stoßdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein flexibles Ventilelement (42, t>5) die Mündungen (38, 39) der Strömungskanäle (40, Kl) abdeckt und daß ein trägheitsbetätigtes Steuerelement (48, 51) im Sinne einer Veränderbarkeit der Drosselwirkung des flexiblen Ventilelements mit dessen anderer Seite zusammenwirkt.
8. Radaufhängung für fahrzeuge, gekennzeichnet durch einen hydraulischen Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und durch eine Ansprechcharakteristik, die einem, einen von der Vertikalbeschleunigung der ungefederten Massen des Fahrzeugs abgeleiteten Ausdruck enthaltenden Gesetz folgt.

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