DE3720584C2

DE3720584C2 - Trennkörper

Info

Publication number: DE3720584C2
Application number: DE19873720584
Authority: DE
Inventors: Yuji Yokoya
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-07-25
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2007-06-23
Also published as: JP2570266B2; JPS6334337A; DE3720584A1; US4821852A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trennkörper und ins besondere auf einen Trennkolben eines Stoßdämpfers, der das Innere eines Zylinders in zwei Flüssigkeitskammern unterteilt, wobei eine Strömungsmittel verbindung zwischen den beiden Flüssigkeitskammern mit Hilfe wenigstens eines Durchlasses ermöglicht und ein Ventilkörper gegen den Trennkörper hin vorgespannt wird, um den Durchlaß zu öffnen und zu schließen.

Ein bekannter Trennkörper zur Teilung des Inneren des Zylin ders in zwei Flüssigkeitskammern unter Ermöglichung einer Strömungsmittelverbindung zwischen diesen beiden Kammern mittels wenigstens eines Durchlasses, z.B. ein Kolben in einem Zylinder eines hydraulischen Stoßdämpfers oder ein Ventilgehäuse eines Bodenventils, das bei einem hydrauli schen Zweirohr-Stoßdämpfer am Boden eines inneren Zylinders angeordnet ist, ist so ausgestaltet, daß im Zusammenwirken mit einem zum Trennwandkörper hin durch eine Feder belaste ten Ventil- oder Absperrkörper die Flüssigkeitsströmung ge regelt wird. Insbesondere hat ein bekannter, in eine Aufhän gung eines Automobils eingegliederter Stoßdämpfer einen Trennkörper, der zusätzlich zum Durchlaß mit einer oder meh reren Drosselöffnungen versehen ist, was z.B. die JP-GM-OS Nr. 64 536/86 offenbart.

Bei einem derartigen, mit einer Drosselöffnung versehenen Stoßdämpfer wird die Dämpfungskraft in Übereinstimmung mit der Kolbengeschwindigkeit erzeugt, wie die beigefügte Fig. 5 zeigt. Wenn die Kolbengeschwindigkeit zwischen 0 und V₁ liegt, dann fließt Flüssigkeit durch die Drosselöffnung, wobei die zu dieser Zeit durch den viskosen Widerstand der Flüssigkeit erzeugte Dämpfungskraft in Form einer nicht-line aren Kurve zweiter Ordnung ansteigt, wenn sich die Kolbenge schwindigkeit erhöht. Wenn die Kolbengeschwindigkeit den Wert V₁ erreicht und die Dämpfungskraft zu F₁ wird, so ist letztere gleich der auf den Ventilkörper einwirkenden Feder kraft. Liegt die Kolbengeschwindigkeit zwischen V₁ und V₂, so drückt die fließende Flüssigkeit den Ventilkörper gegen die Federkraft vom Trennkörper ab, womit sich die Dämpfungs kraft nahezu linear erhöht. Wenn die Kolbengeschwindigkeit den Wert V₂ erreicht und die Dämpfungskraft zu F₂ wird, dann ist der viskose Widerstand der durch den Durchlaß fließen den Flüssigkeit gleich der Federkraft. Bei Überschreiten der Kolbengeschwindigkeit V₂ steigt die durch den viskosen Wider stand der durch den Durchlaß fließenden Flüssigkeit erzeug te Dämpfungskraft in Form einer nicht-linearen Kurve zweiter Ordnung an, wenn sich die Kolbengeschwindigkeit erhöht.

Die Dämpfungskraft eines derartigen Stoßdämpfers ist so aus gelegt, daß sie aus den folgenden Gründen eine sog. zwei stufige Kennung hat, wie die Fig. 5 zeigt. Im Bereich einer niedrigen Kolbengeschwindigkeit - bis V₁ - wird die Dämpfungskraft, die relatiav groß ist und in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit rapid ansteigen kann, notwen dig, um ein Nicken des Vorderteils und ein Rollen des Fahrzeugs zur Zeit einer Bremsung und einer gefederten Schwingung ein zuschränken. Im Bereich der Kolbengeschwindigkeit zwischen V₁ und V₂ wird jedoch der Anstieg in der Dämpfungskraft bei einer Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit bevorzugterweise begrenzt, um den Fahrkomfort oder die Fahreigenschaften nicht zu verschlechtern. Überschreitet die Kolbengeschwin digkeit den Wert V₂ (üblicherweise steigt die Kolbenge schwindigkeit bei einem Fahren auf schlechter Straße an), so ist eine hohe Dämpfungskraft erforderlich, um eine unge federte Schwingung einzuschränken.

Liegt die Kolbengeschwindigkeit zwischen 0 und V₁ und über steigt sie den Wert V₂, dann wird die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers unter Ausnutzung des viskosen Widerstandes der Flüssigkeit erzeugt. Folglich ist der Einfluß der Temperatur der Flüssigkeit sehr beträchtlich, was bedeutet, daß, wie die Fig. 5 zeigt, die Dämpfungskraftkennung sich bei einer niedrigen Temperatur T₁ und einer hohen Temperatur T₂ mit Bezug zur Auslegungstemperatur T₀ erheblich ändert, wie durch die drei Kurven T₀, T₁ und T₂ angegeben ist. Dadurch wird bewirkt, daß sich die Dämpfungskraft entsprechend der Jahres zeit und zusätzlich unmittelbar nach einem Betrieb bei nie driger Temperatur sowie nach Verstreichen einer langen Zeit spanne und einer ausreichenden Erhöhung der Flüssigkeitstempe ratur ändert, so daß die Fahreigenschaften und -kennwerte eines Fahrzeugs großen Schwankungen unterliegen.

Um die obigen Probleme zu meistern, wurde beispielsweise durch die JP-GM-OS Nr. 56 940/80 vorgeschlagen, daß ein Bimetallelement zwischen die den Ventilkörper zum Kolben (Trennkörper) hin belastende Feder und ein die Feder abstüt zendes Bauteil eingesetzt wird, um die Federkraft entspre chend der Flüssigkeitstemperatur zu verändern und damit eine Änderung in der Viskosität zu kompensieren. Eine derartige Anordnung weist jedoch eine komplizierte Konstruktion auf und erfordert hohe Kosten.

Als eine Folge der großen Schwankung in der Dämpfungskraft auf Grund des Temperaturunterschieds der Flüssigkeit in einem Hochgeschwindigkeitsbereich ist die Dämpfungskraft in diesem Bereich extrem groß, wenn das Fahrzeug bei niedrigen Flüssigkeitstemperaturen auf einer schlechten Straße fährt. Deshalb wird der Fahrkomfort verschlechtert. Ferner wird durch die übermäßige Dämpfungskraft die Festigkeit des Befe stigungsteils des Stoßdämpfers am Fahrzeugaufbau in hohem Maß beeinträchtigt. Auch wird bei hohen Flüssigkeitstempera turen oder bei einem Fahren auf schlechter Straße für eine lange Zeitspanne die Dämpfungskraft im Hochgeschwindigkeits bereich zu gering, was bewirkt, daß der Radhub zu groß wird und die Dämpfungs- sowie Federelemente häufig angeschlagen oder angestoßen werden. Als Ergebnis dessen wird nicht nur der Fahrkomfort verschlechtert, sondern es wird auch die Fe stigkeit des Befestigungsteils am Fahrzeugaufbau in hohem Maß herabgesetzt.

Ein weiterer herkömmlicher Trennkörper ist aus der DE-OS 20 05 430 bekannt. Er weist Durchlässe auf, um einen Flüssigkeitsaustausch zwischen zwei Flüssigkeitskammern zu ermöglichen. Die Durchlässe sind durch einen Ventilkörper verschließbar. Mit zunehmender Öffnung des Ventilkörpers vergrößert sich zunächst die effektive Durchflußfläche bis zu einem Maximum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trennkörper zu schaffen, mit dem der Durchfluß weitgehend temperaturunabhängig zu regeln ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Trennkörper ein Ringstück, wobei der Durchtritt oder Weg für die Flüssigkeit durch das Ringstück sowie den Ventilkörper gebildet wird.

Da die maximale Wirkfläche des vom Ventilkörper und Ring stück gebildeten Durchtritts nicht größer ist als diejenige des Durchlasses, wird die Flüssigkeitsmenge immer durch die Fläche des Durchtritts bestimmt und die erzeugte Dämpfungs kraft nicht durch den Durchlaß beeinflußt.

Wenn die Kolbengeschwindigkeit den Hochgeschwindigkeitsbe reich bei einer niedrigen Flüssigkeitstemperatur erreicht, dann wird die erzeugte Dämpfungskraft, bevor der Ventilkör per sich wesentlich geöffnet hat, d.h., während die Fläche des Durchtritts groß ist, eher von der Viskosität der Flüs sigkeit als von der Elastizität der Feder abhängen. Da die Viskosität der Flüssigkeit zu dieser Zeit hoch ist, wird die Dämpfungskraft annähernd die Auslegungskennwerte haben, weil die Fläche des Flüssigkeitsdurchtritts ebenfalls groß ist.

Ist die Flüssigkeitstemperatur hoch, dann wird die Visko sität der Flüssigkeit klein. In diesem Fall wird sich, wenn nicht die Fläche des Durchtritts klein wird, die von der Elastizität der Feder abhängige Dämpfungskraft nicht mit der jenigen ausgleichen, die von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt. Somit ist, wenn beide miteinander ausgeglichen sind, die Viskosität der Flüssigkeit klein, während auch die Fläche des Flüssigkeitsdurchtritts klein ist. Deshalb wird die Dämpfungskraft nahezu die Auslegungskennwerte aufweisen.

Insbesondere kann auf dieseWeise die auf der Änderung in der Flüs sigkeitstemperatur im hohen Geschwindigkeitsbereich des Kol bens beruhende Änderung in der Dämpfungskraft automatisch eingeregelt werden.

Da der Trennkörper lediglich mit dem Ringstück versehen wird, ergibt sich eine vereinfachte Konstruktion und können die Kosten auf ein Minimum gesenkt werden.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Aus führungsformen deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung der Hauptteile eines Stoß dämpfers;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt zur Darstellung eines durch einen Ventilkörper und ein Ringstück gebildeten Durchtritts;

Fig. 3 einen Teilschnitt zur Darstellung des von dem Ventil körper von Fig. 2 und einem anderen Ringstück gebil deten Durchtritts;

Fig. 4 und 5 Kurven zur Dämpfungskraftkennung in Überein stimmung mit der Kolbengeschwindigkeit und der Tem peratur für den Stoßdämpfer gemäß der Erfindung bzw. einen solchen nach dem Stand der Technik.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Stoßdämpfer 10 einen Trennkörper 14, der das Innere eines Zylinders 12 in zwei Flüssigkeitskammern oder Arbeitsräume teilt. Der Stoßdämpfer 10 ist ein sog. Zweirohrdämpfer mit einem Innenzylinder 12 sowie einem zu diesem beabstandeten Außenzylinder 13.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Trennkörper 14 ein Kolben. Das eine Ende einer Kolbenstange 16 erstreckt sich durch den Kolben bzw. Trennkolben 14 und ist in einen Gewindering 18 ge schraubt, der als Federteller dient und den Kolben 14 an der Kolbenstange 16 festlegt. Am Außenumfang des Kolbens 14 sind Kolbenringe 20 und 22 angebracht. Das Innere des Zylinders 12 ist in flüssigkeitsdichtem Zustand in die beiden Arbeits räume bzw. Flüssigkeitskammern A und B unterteilt. Der Kolben 14 ist mit mehreren Durchlässen 24, durch die bei einem Ausfahren (Ausfedern) der Kolbenstange 16 Flüssigkeit fließt, und mit mehreren Durchlässen 26, durch die bei einem Einfahren (Einfedern) der Kolbenstange 16 Flüssigkeit fließt, versehen, wobei die Durchlässe, von denen jeweils nur zwei dargestellt sind, alle in der Umfangsrichtung zueinander einen Abstand haben. Die beiden Arbeitsräume A und B stehen über die Durchlässe miteinander in Verbindung.

Die oben liegenden Öffnungen der Durchlässe 24 sind von einer Innenfläche 15a sowie einer Zwischenfläche 15b im Kolben um schlossen, während die unten liegenden Öffnungen der Durch lässe 24 von einer Innenfläche 15c und einer Zwischenfläche 15d umschlossen sind. Die oben liegenden Öffnungen der Durch lässe 26 sind andererseits von der Zwischenfläche 15b sowie von einer Außenfläche 15e im Kolben 14 umschlossen, während die unten liegenden Öffnungen dieser Durchlässe 26 von einer Innen- sowie Außenumfangswand 15f bzw. 15g umgeben sind, die zylindrisch in der Achsrichtung des Zylinders 12 verlau fen. Diese Flächen verbessern bevorzugterweise eine Haftungs eigenschaft eines noch zu beschreibenden Ventilkörpers. Die Außenfläche 15e ist mit wenigstens einer Drosselöffnung 27 versehen, die einerseits zum Arbeitsraum A und andererseits zum Durchlaß 26 Verbindung hat (haben).

An der Unterseite der Durchlässe 24 ist ein Ventilkörper (Ventilplatte) 28 angeordnet, der die Durchlässe 24 öffnet sowie schließt und als Plattenfeder ausgebildet ist. Der Innenumfangsabschnitt der Ventilplatte 28 ist zusammen mit einem Abstandsring 30 zwischen den Gewindering 18 und den Kolben 14 geklemmt, während der Außenumfangsabschnitt der Ventilplatte 28 über einen Federteller 32 der Kraft einer Schraubenfeder 34 ausgesetzt ist. Die Ventilplatte 28 wird somit durch die Federkraft der Ventilplatte selbst und durch die Kraft der Schraubenfeder 34 zum Kolben 14 hin gedrückt.

Eine Ventilscheibe 36, die als Tellerfeder ausgebildet ist, ist an der Oberseite der Durchlässe 26 angeordnet, um diese zu öffnen und zu schließen. Der Innenumfangsabschnitt der Ventilscheibe 36 ist zusammen mit einem Abstandsglied 38, dem Innenumfangsabschnitt einer Kegelfeder 40 und dem Innen umfangsabschnitt eines Anschlags 42 zwischen den Kolben 14 sowie eine Schulter an der Kolbenstange 16 eingefügt. Der Außenumfangsabschnitt der Ventilscheibe 36 unterliegt der Kraft der Kegelfeder 40. Somit wird die Ventilscheibe 36 durch ihre eigene Federkraft und durch die Federkraft der Kegelfeder 40 zum Kolben 14 hin gedrückt.

Der Kolben 14 ist mit einem Ringstück 15h versehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist das Ringstück 15h als ein eigenes, ringförmiges Teil ausgebildet, das vom Kolben 14 unabhängig und unter Preßsitz an der Innenumfangswand 15f gehalten ist. Zusammen mit der Ventilplatte 28 bildet das Ringstück 15h einen Durchtritt 44 zur Regelung der Flüssig keitsmenge, die von den Durchlässen 24 zum Arbeitsraum B um die Außenumfangskante der Ventilplatte 28 herum fließt. Die maximale Wirkfläche des Durchtritts 44, d.h., wenn die Ven tilplatte 28 mit den Kolbenflächen 15c und 15d in enger Be rührung ist, ist kleiner als die gesamte Wirkfläche der in Mehrzahl vorhandenen Durchlässe 24. Somit wird der viskose Widerstand der durch die Durchlässe 24 fließenden Flüssig keit geringer als derjenige der durch den Durchtritt 44 flie ßenden Flüssigkeit, womit die Dämpfungskraft ausschließlich durch die Wirkfläche des Durchtritts 44 beeinflußt wird.

Bei der Ausführungsform von Fig. 3 ist ein Ringstück 15h als ein Teil mit dem Kolben 14 ausgebildet und ragt von dessen Innenumfangswand 15f zur Kolbenachse hin einwärts. Der von der Ventilplatte 28 zusammen mit dem Ringstück 15h bestimm te Durchtritt 44 ist zu dem vorher beschriebenen Durchtritt identisch. Wenn der Außendurchmesser der Ventilplatte 28 größer ist als die vom Ringstück 15h begrenzte Bohrung, so wird die Ventilplatte 28 verformt, um sie mit einem leichten Preßsitz zu montieren.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist der Trennkörper der Kolben eines Zweirohr-Stoßdämpfers. Jedoch kann der Trenn körper auch ein Kolben in einem Einrohr-Stoßdämpfer sein. Ferner kann der Trennkörper ein Ventilgehäuse eines Bodenven tils sein, das am Boden des Innenzylinders 12 in dem in Fig. 1 gezeigten Zweirohrdämpfer angeordnet ist.

Wenn bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 3 die Kolbenstange 16 ausgefahren wird, dann biegt sich die Ventil platte 28 und regelt der Durchtritt 44 den Flüssigkeitsfluß. Statt dessen kann durch die Ventilscheibe 36 im Zusammenwir ken mit dem Kolben 14 ein Durchtritt gebildet werden, der bei einem Einfahren der Kolbenstange wirksam wird.

Im folgenden wird auf die Arbeitsweise der beschriebenen Ausführungsform von erfindungsgemäßen Stoßdämpfern einge gangen.

Der Stoßdämpfer 10 kommt zum Einsatz, indem Öl oder eine andere Flüssigkeit in den Zylinder 12 eingebracht wird.

Wenn die Temperatur der Flüssigkeit unter dem Bezugswert oder -zustand T₀ ist und die Kolbenstange 16 ausfährt, wie Fig. 4 zeigt, dann fließt die Flüssigkeit im Arbeitsraum A von der Drosselöffnung 27 durch die Durchlässe 26 zum Ar beitsraum B, bis die Geschwindigkeit des Kolbens 14 den Wert V₁ erreicht. Während dieser Zeit wird die Dämpfungskraft durch den viskosen Widerstand der Flüssigkeit erzeugt. Wenn die Kolbengeschwindigkeit den Wert V₁ erreicht, dann wird die Ventilplatte 28 durch die durch die Durchlässe 24 fließen de Flüssigkeit nach unten gebogen. Zu dieser Zeit hängt die Dämpfungskraft von der Federkraft ab. Nach dem Überschreiten der Kolbengeschwindigkeit V₂ hängt die Dämpfungskraft von der Viskosität der durch den Durchtritt 44 fließenden Flüssig keit ab.

Ist die Flüssigkeitstemperatur niedrig (T₁), so wird die Dämpfungskraft vom viskosen Widerstand der durch den Durch tritt 44 fließenden Flüssigkeit abhängen, bevor die Ventil platte 28 in größerem Ausmaß geöffnet hat, d.h., während die die Wirkfläche A₀ des Durchtritts 44 groß ist. Das hat zum Ergebnis, daß sich die Kennwerte der Dämpfungskraft der im Bezugszustand geltenden Kennung T₀ annähern.

Wenn andererseits die Flüssigkeitstemperatur hoch ist (T₂), dann ist die Viskosität der Flüssigkeit gering, so daß die Dämpfungskraft vom viskosen Widerstand der durch den Durch tritt 44 fließenden Flüssigkeit, nachdem die Wirkfläche A₀ des Durchtritts 44 klein wird, abhängt. Deshalb nähern sich die Kennwerte der Dämpfungskraft noch immer der im Bezugszu stand geltenden Kennung T₀.

Claims

1. Trennkörper (14), insbesondere Trennkolben eines Stoßdämpfers mit mindestens einem Durchlaß (24) zum kontrollierten Flüssigkeitsaustausch zwischen zwei Flüssigkeitskammern (A, B) und mit einem den Durchlaß (24) schließenden und öffnenden Ventilkörper (28), der zusammen mit einem auf der dem Durchlaß (24) abgewandten Seite des Ventilkörpers (28) angeordneten Teil (15h) des Trennkörpers (14) einen Durchtritt (44) bildet, dessen maximaler Querschnitt bei der den Durchlaß (24) schließenden Lage des Ventilkörpers (28) kleiner als der Querschnitt aller Durchlässe (24) ist und dessen Querschnitt sich mit sich zunehmend öffnendem Ventilkörper (28) verkleinert.

2. Trennkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (15h) des Trennkörpers (14) durch ein Ringstück gebildet ist, das zusammen mit dem Ventilkörper (28) den Durchtritt (44) bildet.

3. Trennkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch ein Ringstück gebildete Teil (15h) ein eigenes Bauteil bildet, das fest am Trennkörper (14) angebracht ist.

4. Trennkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch ein Ringstück gebildete Teil (15h) einstückig mit dem Trennkörper (14) ausgebildet ist.

5. Trennkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (28) als Tellerfeder ausgebildet ist, die zusätzlich durch eine Schraubenfeder (34) in Schließstellung vorspannbar ist.