DE3109960A1

DE3109960A1 - Hydraulischer schwingungsdaempfer, insbesondere zur gelenkstabilisierung von gelenkbussen

Info

Publication number: DE3109960A1
Application number: DE19813109960
Authority: DE
Inventors: Winfried Ing.(grad.) 5227 Windeck-Leuscheid Geilhausen; Albrecht Ing.(Grad.) 5208 Eitorf Nachtigall
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Boge GmbH
Priority date: 1981-03-14
Filing date: 1981-03-14
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DE3109960C2

Description

Hydraulischer Schwingungsdämpfer, insbesondere
zur Gelenkstabilisierung von Gelenkbussen Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Schwingungsdämpfer, insbesondere zur Gelenkstabilisierung von Gelenkbussen, mit einem in einem zylindrischen, mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum hin- und herbewegbaren Arbeitskolben, der mindestens einen Durchflußkanal zur Aufnahme eines in einer Strömungsrichtung strömungsgeschwindigkeitsabhängig blockierbaren Ventils mit einem durch eine Feder belasteten Ventilkörper aufweist.
Gelenkbusse mit heckseitigem Antrieb neigen bekanntlich bei Kurvenfahrt und in der Schubphase zu seitlichem Ausbrechen der nächst am Drehkranz sitzenden mittleren Achse, was sich besonders bei ungünstigen Witterungs- und Straßenverhältnissen, wie Nässe und Glatteis, nachteilig auswirkt und die Sicherheit der Insassen, aber auch der Straßenpassanten erheblich beeinträchtigt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden zur Gelenkstabilisierung von Gelenkbussen Schwingungsdämpfer verwendet, die einerseits bei normaler Kurvenfahrt die auftretenden Drehkranzgeschwindigkeiten möglichst wenig dämpfen, andererseits aber bei plötzlich auftretenden großen Drehkranzgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise beim seitlichen Ausbrechen der mittleren Achse in unfallähnlichen Situationen entstehen, durch starke Dämpfung das Gelenk versteifen und dadurch das Fahrverhalten stabilisieren.
Ein solches Dämpfungsverhalten wird bei den bekannten Schwingungsdämpfern im allgemeinen durch fremdgesteuerte oder selbststeuernde Ventile erreicht.
Aus der DE-OS 27 21 933 ist beispielsweise eine selbststeuernde, geschwindigkeitsabhängig blockierende Ventileinrichtung, insbesondere für hydraulische Teleskop-Schwingungsdämpfer von Kraftfahrzeugen, bekannt, die im Arbeitskolben des Schwingungsdämpfers angeordnet ist. Diese Ventileinrichtung besitzt eine zwischen zwei Ventilsitzen arbeitende Ventilplatte, die federbelastet eine erste Ventilöffnung schließt. Im Betriebszustand hebt die Ventil platte von der ersten Ventilöffnung ab und schließt allmählich eine stromabwärts liegende zweite Ventilöffnung. Ab einer bestimmten, kritischen Durchflußmenge der Dämpfungsflüssigkeit, der eine entsprechende kritische Abhubhöhe der Ventilplatte zugeordnet ist, schließt die Ventilplatte schlagartig die zweite Ventilöffnung und blockiert den weiteren Durchfluß der Dämpfungsflüssigkeit. Ein hydraulischer Schwingungsdämpfer mit einer derartig blockierenden Ventileinrichtung ist absolut unnachgiebig, so daß einer solchen Ventileinrichtung im allgemeinen ein Oberdruck-Ventil parallel zugeschaltet ist, welches nach dem Blockieren öffnet und schlagartig entsprechend große Dämpfungskräfte erzeugt.
Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist das Auftreten von kritischen Fahrzuständen bei Gelenkbussen besonders stark von der Witterung und den Straßenverhältnissen abhängig.
Grundsätzlich ist festzustellen, daß bei kalter Witterung die Fahrstabilität geringer ist als bei warmer Witterung, da kalte Reifen auf möglicherweise feuchten oder gar vereisten Straßen einen schlechteren Xraftschlußbeiwert haben als warme Reifen auf trockener Straße. Die Korrelation dieses Verhaltens zur Temperatur und zu den Jahreszeiten ist evident. Diesem Unterschied wird in der Praxis durch unterschiedliche mittlere Fahrgeschwindigkeit Rechnung getragen.
Es wird somit ein hydraulischer Schwingungsdämpfer angestrebt, der diesen Verhältnissen gerecht wird. Dabei stellt die Einstellung einer bestimmten Blockiergeschwindigkeit eines Ventiles im Arbeitskolben eines hydraulischen Schwingungsdämpfers in der Praxis immer einen Kompromiß dar. Im Sommer, wenn es warm und trokken ist, bedingt das - gemessen an den Straßenverhältnissen - verfrühte Ansprechen des Blockierventils eine unerwünschte Einschränkung der fahrerischen Möglichkeiten, während im Winter, wenn es kalt, feucht oder glatt ist, das Blockierventil - gemessen an den jetzt herrschenden Straßenverhältnissen - zu spät anspricht und dadurch seiner Sicherheitsfunktion nicht voll gerecht wird. Dieser Nachteil wird in der Praxis teilweise dadurch kompensiert, daß durch die Viskositätszunahme der abkühlenden Dämpfungsflüssigkeit eine geringfügige Verschiebung der Blockiergeschwindigkeit nach unten eintritt. Dieser Effekt ist jedoch unzureichend und vor allem nicht im gewünschten Maße steuerbar.
Aus der DE-OS 20 02 078 ist ein federbelastetes Ventil für hydraulische Teleskop-Dämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem zur weitgehenden Konstanthaltung der Dämpfungskräfte unabhängig von der Ultemperatur der Querschnitt eines ringförmigen Strömungsspaltes dadurch temperaturabhängig verändert wird, daß ein den Ringspalt begrenzender Ring aus einem Werkstoff besteht, dessen Wärmeausdehnungszahl erheblich größer ist als diejenige des Ventilplattenwerkstoffes.
Aus der DE-AS 22 32 282 ist ein temperaturgesteuertes Drosselelement für einen hydraulischen Stoßdämpfer bekannt, das in einen axialen Kanal eingesetzt ist und aufgrund seines großen Wärmeausdehnungskoeffizienten den Querschnitt eines radialen Strömungskanales derart beeinflußt, daß bei Temperaturanstieg der Dämpfungsflüssigkeit und der damit verbundenen Abnahme der Viskosität derselben die Strömung zwischen den auf beiden Seiten des Arbeitskolbens befindlichen Kammern des Stoßdämpfers stärker gedrosselt wird. Derartige bekannte Anordnungen sind für eine temperaturabhängige Veränderung der Blockiergeschwindigkeit eines im Arbeitskolben eines hydraulischen Schwingungsdämpfers angeordneten Blockierventils nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Schwingungsdämpfer, insbesondere zur Gelenkstabilisierung von Gelenkbussen, der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß sich die Blockiergeschwindigkeit mit steigender Temperatur der Dämpfungsflüssigkeit erhöht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventil mit mindestens einer die Blockiergeschwindigkeit temperaturabhängig gleichsinnig ändernden Thermobimetall-Tellerfeder ausgerüstet ist.
Durch diese Thermobimetall-Tellerfeder ist sichergestellt, daß sich mit steigender Temperatur der Dämpfungsfl üssigkeit die Blockiergeschwindigkeit vergrößert und umgekehrt, Dadurch paßt sich in vorteilhafter Weise die Blockiergeschwindigkeit im gewünschten Umfang den fahrerischen Möglichkeiten der Jahreszeit an.
Die Thermobimetall-Tellerfeder bildet entweder zumindest einen Teil der Ventilkörper-Feder oder eine dichtende Anschlagfläche für den Ventilkörper. Sie kann - in Strömungsrichtung gesehen - sowohl vor als auch hinter dem Ventilkörper angeordnet sein. In Abhängigkeit von dieser Anordnung der Thermobimetall-Tellerfeder ist dieselbe bei Temperaturerhöhung entweder expandierend oder kontrahierend ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen Figur 1 einen Schnitt durch einen Arbeitskolben eines hydraulischen Schwingungsdämpfers gemäß der Erfindung, Figur 2 ein gegenüber der Figur 1 abgeändertes Blockierventil und Figur 3 eine weitere Ausbildung eines Blockierventils.
Von einem hydraulischen Schwingungsdämpfer zur Gelenkstabilisierung von Gelenkbussen ist in der Figur 1 der Zeichnung der Einfachheit halber nur ein Arbeitskolben 1 dargestellt, der auf einer Kolbenstange 2 befestigt ist.
In der geschnittenen Darstellung des 4rbeitskolbens 1 sind zwei in axialer Richtung verlaufende Durchflußkanäle 3,4 zu erkennen, über die die Dämpfungsflüssigkeit von der oberen Kammer in die untere Kammer strömen kann. Zusätzlich ist noch mindestens ein weiterer, für die vorliegende Erfindung nicht bedeutender Kanal vorgesehen, über den die Dämpfungsflüssigkeit wieder von der unteren Kammer in die obere Kammer zurückströmen kann. Der Durchflußkanal 3 geht in einen erweiterten, zylindrischen, nach außen offenen Raum 5 über, dessen Ringfläche 6 mit einem Ventilkörper 7 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 7 ist axial im zylindrischen Raum 5 bewegbar und liegt durch die Kraft einer vorgespannten Druckfeder 8 mit einer ringförmigen Dichtfläche 9 an der Ringfläche 6 an. Die Druckfeder 8 ist auf einem Schaft 10 des Ventilkörpers 7 geführt und stützt sich auf einem Widerlager 11 ab, welches in den Raum 5 eingeschraubt ist.
Das Widerlager 11 besitzt eine Bohrung 12. Diese Bohrung 12 erstreckt sich auch durch einen Schaft 13 des Widerlagers 11, der mit geringem Abstand vor dem Schaft 10 des Ventilkörpers 7 endet.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 liegt die Druckfeder 8 nicht direkt, sondern über eine Thermobimetall-Tellerfeder 14 am Ventilkörper 7 an. Diese Thermobimetall-Tellerfeder 14 ist so ausgebildet, daß sie sich bei Erwärmung in axialer Richtung vergrößert und dadurch eine höhere Federkraft auf den Ventil körper 7 bringt. Im Betriebszustand wird der Ventilkörper 7 mit seiner Dichtfläche 9 allmählich von der Ringfläche 6 abgehoben und geringfügig in Richtung auf den Schaft 13 bewegt.
Dadurch kann Dämpfungsflüssigkeit von der oberen Kammer in die untere Kammer strömen. Sobald diese Strömungsgeschwindigkeit einen vorgegebenen, kritischen Wert erreicht bzw. übersteigt, wird der Schaft 10 gegen den Schaft 13 bewegt und damit die Bohrung 12 verschlossen.
Damit ist der weitere Durchfluß von Dämpfungsflüssigkeit blockiert. Durch entsprechende Anzahl und Auswahl von Thermobimetall-Tellerfedern 14 kann die kritische Strömungsgeschwindigkeit genau eingestellt werden.
Ein hydraulischer Schwingungsdämpfer mit einem sich im blockierten Zustand befindlichen Ventil ist absolut unnachgiebig. Um allzugroße Drücke im Schwingungsdämpfer zu vermeiden, ist im Durchflußkanal 4 ein an sich bekanntes Oberdruckventil 15 angeordnet, welches nach dem Blockieren bei Erreichen eines vorgegebenen Oberdruckes öffnen und schlagartig entsprechend große Dämpfungskräfte erzeugen kann. Die Anordnung eines solchen Oberdruckventiles 15 ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die Tellerfeder 14 aus Thermobimetall mit ihrem kleineren Durchmesser an einem Kragen 16 der Ringfläche 6 gehalten. Mit ihrer äußeren Ringfläche liegt die Tellerfeder 14 an dem Ventilkörper 7 an und bildet gleichzeitig den Ventilsitz. Bei Erwärmung der Thermobimetall-Tellerfeder 14 wird der Ventil körper 7 mit seinem Schaft 10 in Richtung auf den Schaft 13 des Widerlagers 11 verschoben.Damit erhöht sich ebenfalls die Anpreßkraft der Druckfeder 8, während sich gleichzeitig der freie Strömungsquerschnitt zwischen dem Schaft 10 und dem Schaft 13 verringert.
Dies bedeutet, daß auch die kritische Durchflußgeschwindigkeit abnimmt. Um jedoch bei Erwärmung eine Erhöhung der kritischen Durchflußgeschwindigkeit - wie bei Figur 1 - zu erreichen, muß hier die Thermobimetall-Tellerfeder 14 umgekehrt orientiert sein, das heißt, sie muß mit zunehmender Erwärmung flacher werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die Thermobimetall-Tellerfeder 14 in Strömungsrichtung hinter dem Ventilkörper 7 angeordnet und wird an ihrem äußeren Durchmesser von einem umlaufenden Kragen 17 des Schaftes 13 gehalten. Die Thermobimetall-Tellerfeder ist auch hier bei Temperaturerhöhung kontrahierend ausgebildet, so daß sie mit zunehmender Temperatur flacher wird. Dies hat dann ebenfalls eine Erhöhung der kritischen Durchflußgeschwindigkeit zur Folge.
Hier hat die Thermobimetall-Tellerfeder 14 keinen Einfluß auf die Druckfeder 8.
Aus den Ausführungen ergibt sich in naheliegender Weise, daß bei Einsatz von gegensinnig orientierten Thermobimetall-Tellerfedern in den einzelnen Ausführungsbeispielen, also kontrahierend anstelle von expandierend und umgekehrt, sich auch die gegensinnige Wirkung ergibt, d. h. Zunahme der Blockiergeschwindigkeit mit Temperaturabnahme. Das Wesen der Erfindung wird deshalb nicht verlassen, wenn im Falle der gegensinnigen Aufgabenstellung die Lösung mittels gegensinnig orientierten Thermobimetall-Tellerfedern erfolgt Bezugszeichenliste 1 Arbeitskolben 2 Kolbenstange 3 Durchflußkanal 4 Durchflußkanal 5 zyl. Raum 6 Ringfläche 7 Ventilkörper 8 Druckfeder 9 Dichtfläche 10 Schaft 11 Widerlager 12 Bohrung 13 Schaft 14 Thermobimetall-Tellerfeder 15 überdruckventil 16 Kragen 17 Kragen Leerseite

Claims

Patentansprüche Hydraulischer Schwingungsdämpfer, insbesondere zur Gelenkstabilisierung von Gelenkbussen, mit einem in einem zylindrischen, mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum hin- und herbewegbaren Arbeitskolben, der mindestens einen Durchflußkanal zur Aufnahme eines in einer Strömungsrichtung strömungsgeschwindigkeitsabhängig blockierbaren Ventils mit einem durch eine Feder belasteten Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (6 bis 13) mit mindestens einer die Blockiergeschwindigkeit temperaturabhängig gleichsinnig ändernden Thermobimetall-Tellerfeder (]4) ausgerüstet ist.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermobimetall-Tellerfeder (14) zumindest einen Teil der Ventilkörper-Feder (8) bildet.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermobimetall-Tellerfeder (14) eine dichtende Anschlagfläche für den Ventilkörper (7) bildet.
4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermobimetall-Tellerfeder (14) in Strömungsrichtung vor dem Ventil körper (7) angeordnet ist.
5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermobimetall-Tellerfeder (14) in Strömungsrichtung hinter dem Ventilkörper (7) angeordnet ist.
6. Schwingungsdämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermobimetall-Tellerfeder (14) bei Temperaturerhöhung expandierend ausgebildet ist.
7. Schwingungsdämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermobimetall-Tellerfeder (14) bei Temperaturerhöhung kontrahierend ausgebildet ist.