DE3721915C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Zweirohr­ stoßdämpfer und insbesondere auf einen umgekehrten oder kopf­ stehenden Zweirohr-Stoßdämpfer, bei dem sich eine Kolbenstan­ ge abwärts erstreckt.

Ein hydraulischer Stoßdämpfer bildet ein Bauteil in einem Aufhängesystem eines Kraftfahrzeugs und dient der Dämpfung der Ein- sowie Ausfederbewegung des Fahrzeugs.

Ein gattungsgemäßer Zweirohrstoßdämpfer ist beispielsweise aus der GB-PS 7 48 471 bekannt.

Diese Konstruktion hat folgende Nachteile:

• 1. Die beim Einfahren der Kolbenstange in den Dämpfer verdrängte Fluidmenge wird zunächst durch einen Ringkanal direkt in die Entlastungskammer der Dichtung gedrückt und dann erst in der Ausgleichskammer gegen das Gaspolster ausgeglichen. Beim Ausfahren der Kolbenstange ergibt sich zunächst ein Sog an der Dichtung, der auch erst mit Verzögerung ausgeglichen wird, dadurch wird die Dichtung einer Zug/Druckbeanspruchung ausgesetzt.
• 2. Die Arbeitskammern des Dämpfers, in denen sich durch die Kolbenbewegung das Fluid stark erwärmt, werden durch die am Umfang des Gehäuses angeordnete Ausgleichskammer stark von der den Dämpfer kühlenden Umgebungsluft isoliert. Als Folge davon erhitzt sich das Fluid in den Arbeitskammern übermäßig, die Viskosität des Fluids sinkt und führt zu einer unerwünschten Änderung der Dämpfercharakteristik.

Bei der Dämpferkonstruktion nach GB-PS 7 48 471 wird die Dichtung somit zwar vor den sich in den Arbeitskammern ergebenden hohen Arbeitsdrücken geschützt, dafür aber einer wechselnden Druck/Zugbeanspruchung ausgesetzt. Ferner wird durch die relativ starke Fluidbewegung in der Umgebung der Dichtung das Fluid erwärmt und damit dünnflüssiger, was Leckage fördert.

Aufgabe des Anmeldungsgegenstandes ist es, einen für hochbelastete diskontinuierliche Dämpfungssysteme geeigneten Dämpfer zu verwirklichen, dessen Kolbenstangendichtung bei vertretbarem konstruktivem Aufwand zur Verbesserung der Standzeit und Leckage weitgehendst von schädlichen Beanspruchungen abgeschirmt wird.

Diese Aufgabe wird anmeldungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des neuen Hauptanspruchs gelöst.

Dadurch, daß die ringförmige Kammer nur der Verbindung der Entlastungskammer mit der oben liegenden Ausgleichskammer dient, befindet sich das Fluid in der Entlastungskammer weitgehend in Ruhe, wodurch eine Wechselbeanspruchung der Dichtung vermieden wird und eine reibungsbedingte Erwärmung des Fluids in der Entlastungksammer ausgeschlossen ist. Durch den geringen Ringspalt der Verbindungskammer wird eine gute Kühlung der Arbeitskammern über die Umgebungsluft erreicht, womit bei variierender Dämpferbelastung Schwankungen der Fluidtemperatur und damit der Dämpfercharakteristik gemindert werden.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Zweirohr-Dämpfers in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Axialschnitt eines Zweirohr-Dämpfers in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 im Axialschnitt insgesamt gezeigte Zweirohr- Stoßdämpfer 20 in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung umfaßt einen Außenmantel 23, einen Zylinder 24, ein Boden­ ventil 25, eine Stangenführung 26, einen Kolben 27, eine Kol­ benstange 28 und eine Dichtung 60.

Der Außenmantel 23 erstreckt sich im wesentlichen in vertika­ ler Richtung, wobei diese Richtung exakt vertikal sein oder gegenüber der exakten Vertikalrichtung etwas geneigt sein kann. Am oberen Endabschnitt des Außenmantels 23 ist eine Stirnplatte 21 angebracht, während sich am unteren Endab­ schnitt des Außenmantels eine Dichtungshalterung 22 befin­ det. Der einen geringeren Außendurchmesser als der Außenman­ tel 23 aufweisende Zylinder 24 ist innerhalb des Außenman­ tels derart angeordnet, daß zwischen der Außenfläche des Zy­ linders 24 und der Innenfläche des Außenmantels 23 in radia­ ler Richtung ein Ringraum gebildet wird. Der Zylinder 24 er­ streckt sich von einem in der vertikalen Richtung mittleren Teil des Außenmantels 23 bis in die Nähe der Dichtungshalte­ rung 22. Der Außenmantel 23 und der Zylinder 24 bilden zusam­ men ein Doppel- oder Zwillingsrohr.

Das Bodenventil 25 ist mit einem oberen Endabschnitt des Zy­ linders 24 verbunden, wobei seine radial außenliegende Flä­ che an der Innenfläche eines in vertikaler Richtung mittle­ ren Teils des Außenmantels 23 befestigt ist. Im Bodenventil 25 sind eine erste Drosselöffnung 39, eine erste Rücklauföff­ nung 38 und ein erster Verbindungskanal 37 ausgebildet.

Die Stangenführung 26 ist mit einem unteren Endabschnitt des Zylinders 24 verbunden und nahe der Dichtungshalterung 22 sowie oberhalb dieser bzw. an deren Oberfläche angeordnet. Ein zweiter Verbindungskanal 58 durchsetzt die Stangenfüh­ rung 26.

Der Kolben 27 ist im Zylinder 24 verschiebbar aufgenommen, wobei die radial außenliegende Fläche des Kolbens mit der Innenfläche des Zylinders 24 in Gleitanlage ist. Eine zwei­ te Drosselöffnung 44 sowie eine zweite Rücklauföffnung 45 sind im Kolben 27 ausgebildet.

Mit dem Kolben 27 ist die mit ihm bewegbare Kolbenstange 28 verbunden, die sich vom Kolben abwärts erstreckt und gleitend die Stangenführung 26 sowie die Dichtungshalterung 22 durch­ setzt.

Die Dichtung 60, deren Hauptteil aus Gummi gefertigt ist, wird von der Dichtungshalterung 22 abgestützt und ist zwi­ schen der Kolbenstange 28 sowie der Dichtungshalterung 22 angeordnet, wobei die Kolbenstange 28 mit der Dichtung 60 gleitend in Anlage ist.

Der Außenmantel 23 und das Bodenventil 25 bestimmen eine er­ ste, oberhalb des Bodenventils 25 angeordnete Kammer. Der obere Teil dieser ersten Kammer ist mit Gas, der untere Teil dieser Kammer 31 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt. Die erste Kammer 31 bildet eine Hauptkammer eines Speicherraumes des Stoßdämpfers 20.

Der Zylinder 24, das Bodenventil 25 und der Kolben 27 begren­ zen eine zweite, unterhalb des Bodenventils 25 und oberhalb des Kolbens 27 angeordnete Kammer 32, die mit Flüssigkeit gefüllt und mit der ersten Kammer 31 über die Drosselöffnung 39 sowie die Rücklauföffnung 38 flüssigkeitsseitig verbunden ist.

Der Zylinder 24, der Kolben 27 und die Stangenführung 26 be­ stimmen eine dritte, unterhalb des Kolbens 27 und oberhalb der Stangenführung 28 befindliche Kammer 33, die mit Flüssig­ keit gefüllt und mit der zweiten Kammer 32 über die zweite Drosselöffnung 44 sowie die zweite Rücklauföffnung 45 flüs­ sigkeitsseitig verbunden ist.

Der Außenmantel 23, der Zylinder 24, das Bodenventil 25 und die Stangenführung 26 begrenzen eine vierte Kammer 34, die zwischen dem Außenmantel 23 sowie dem Zylinder 24 und unter­ halb des Bodenventils 25 sowie oberhalb der Stangenführung 26 angeordnet ist. Die vierte Kammer 34 ist mit Flüssigkeit gefüllt und mit der ersten Kammer 31 über den im Bodenventil 25 ausgebildeten ersten Verbindungskanal 37 flüssigkeitssei­ tig verbunden. Die vierte Kammer 34 bildet somit eine Hilfs­ kammer des Speicherraumes des Stoßdämpfers 20.

Die Stangenführung 26 und die Dichtungshalterung 22 bestim­ men eine fünfte, unterhalb der Stangenführung 26 und oberhalb der Dichtungshalterung 22 angeordnete Kammer 35, die mit Flüssigkeit gefüllt und über den zweiten Verbindungskanal 58, der in der Stangenführung 26 ausgebildet ist, flüssig­ keitsseitig mit der vierten Kammer 34 verbunden ist.

In den Außenmantel 23 wird mit Ausnahme des oberen Teils der ersten Kammer 31 eine Flüssigkeit 30 eingefüllt. Die Menge der einzufüllenden Flüssigkeit 30 wird so bestimmt, daß der Flüssigkeitsspiegel niemals sich unter der oberen Fläche des Bodenventils 25 befindet, wobei zu bemerken ist, daß der Spiegel der Flüssigkeit 30 bei dem größten Ausfederungshub des Stoßdämpfers 20 am niedrigsten ist. Als Flüssigkeit 30 kommt vorzugsweise Öl zur Anwendung.

Der Druck des in den oberen Teil der ersten Kammer 31 einge­ füllten Gases 29 ist immer geringer als ca. 20 bar, bei­ spielsweise ist er 3-6 bar, und der Druck ist gewöhnlich sehr viel niedriger als der Druck (ca. 20-30 bar) des in einen herkömmlichen Einrohr-Stoßdämpfer eingefüllten Gases. Der niedrige Druck des Gases 29 vermindert den Druck, der über die Flüssigkeit 30 auf die Dichtung 60 wirkt und führt zu einem sehr ruhigen, stetigen Gleiten der Kolbenstange 28 mit Bezug zur Dichtung 60.

Der Außenmantel 23 ist mit einem aufbauseitigen Bauteil einer Aufhängefeder des Fahrzeugaufhängesystems verbunden. Als Ergebnis dieser Anordnung wird die Masse der unterhalb der Feder des Fahrzeugaufhängesystems befindlichen Bauteile durch den Stoßdämpfer nicht wesentlich erhöht, und die inner­ halb des Stoßdämpfers 20 befindliche Flüssigkeit unterliegt keinen wesentlichen Schwingungen oder Vibrationen. Demzufol­ ge werden die Dämpfungseigenschaften oder -kennwerte des Auf­ hängesystems verbessert und eine Blasenbildung an der Ober­ fläche der Flüssigkeit 30 unterdrückt.

Wenn eine weitere Unterdrückung der Blasenbildung an der Flüssigkeitsoberfläche erforderlich ist, so kann, wie die Fig. 2 zeigt, ein freier Kolben 61 in der ersten Kammer 31 aufgenommen werden. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs­ form ist der freie Kolben 61 so in den Außenmantel 23 einge­ setzt, daß er mit Bezug zu diesem Mantel verschiebbar ist. Der freie Kolben 61 trennt das Gas 29 von der Flüssigkeit 30 in der ersten Kammer 31. Mit Ausnahme des freien Kolbens 61 ist der Aufbau des Stoßdämpfers von Fig. 2 derselbe wie derjenige von Fig. 1, so daß folglich die Erläuterung des Stoßdämpfers 20, die anhand der Fig. 1 gegeben wird, auch auf den Stoßdämpfer von Fig. 2 voll und ganz zutrifft.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Zweirohr-Stoßdämpfers 20 erläutert. Die stoßdämpfende Funktion des Stoßdämpfers 20 ist im wesentlichen zu derjenigen eines herkömmlichen Zwei­ rohr-Stoßdämpfers gleichartig.

Wenn bei einer Einfederbewegung, d. h. bei einem Kompressions­ hub des Stoßdämpfers 20, der Kolben 27 und die Kolbenstange 28 eine schnelle Aufwärtsbewegung mit Bezug zum Zylinder 24 ausführen, wird der Druck in der zweiten Kammer 32 hoch. Die in dieser Kammer 32 unter Druck gesetzte Flüssigkeit drückt das am Bodenventil 25 befindliche erste Klappenventil 41 auf­ wärts, so daß die Flüssigkeit durch die erste Drosselöffnung 39 in die erste Kammer 31 fließt. Die Flüssigkeit, die be­ strebt ist, zur unteren Seite des Kolbens 27 hin zu fließen, drückt das zweite Rückschlagventil 51, das am Kolben 27 vor­ gesehen ist, abwärts und fließt durch die zweite Rücklauf­ öffnung 45 in die dritte Kammer 33. Der auf der Seite des Bodenventils 25 erzeugte Strömungswiderstand liefert die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers 20 im Kompressionshub.

Wenn bei einer Ausfederbewegung, d. h. bei einem Expansions­ hub des Stoßdämpfers 20, der Kolben 27 und die Kolbenstange 28 mit Bezug zum Zylinder 24 eine schnelle Abwärtsbewegung ausführen, wird ein am Bodenventil 25 befindliches erstes Rückschlagventil auf Grund des Druckunterschieds zwi­ schen der ersten Kammer 31 und der zweiten Kammer 32 abwärts­ bewegt, so daß die Flüssigkeit aus der ersten Kammer 31 durch die erste Rücklauföffnung 45 in die zweite Kammer 32 fließt. Da der Druck in der dritten Kammer ansteigt, verformt die Flüssigkeit in der dritten Kammer 33 ein am Kolben 27 befind­ liches zweites Klappenventil nach oben, und sie fließt von der dritten Kammer 33 durch die zweite Drosselöffnung 44 in die zweite Kammer 32. Der auf der Seite des Kolbens 27 erzeug­ te Strömungswiderstand liefert die Dämpfungskraft des Stoß­ dämpfers 20 bei einem Expansionshub.

Entweder bei einem Kompressions- oder bei einem Expansions­ hub wird das Gas 29 in der ersten Kammer 31 in deren oberem Teil, in dem die Kolbenstange 28 die Wand des Stoßdämpfers nicht durchdringt, gehalten. Derjenige Teil, in dem die Kol­ benstange 28 die Wand des Stoßdämpfers 20 durchdringt, ist ständig mit der Flüssigkeit gefüllt. Zusätzlich wird der nie­ drige Druck des Gases immer auf die Dichtung 60 über die Flüssigkeit in der ersten Kammer 31, die Flüssigkeit in der vierten Kammer 34 und die Flüssigkeit in der fünften Kammer 35, welche durch den ersten sowie zweiten Verbindungskanal 37 und 58 miteinander in Verbindung stehen, übertragen.

Durch die Erfindung werden die folgenden Wirkungen und Vor­ teile erzielt.

Da erstens die Dichtung 60 nicht dem Gas in der ersten Kam­ mer 31 ausgesetzt ist und immer mit der Flüssigkeit in Berüh­ rung ist, tritt eine langsame Leckage des Gases 29 durch den Teil, wo die Kolbenstange 28 die Wand des Außenmantels 23 durchdringt, während der gesamten Lebensdauer des Stoßdämp­ fers 20 nicht auf. Das bedeutet auch, daß kein Absinken des Spiegels der Flüssigkeit 30 bei dem erfindungsgemäßen Stoß­ dämpfer 20 auftritt. Insofern werden die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Stoßdämpfers 20 erhöht.

Zweitens sind alle Bauteile des Stoßdämpfers 20 mit Ausnahme der vom Kolben 27 nach unten sich erstreckenden Kolbenstange 28 mit einen Bauteil auf der Fahrzeugaufbauseite der Aufhän­ gefeder eines Fahrzeugs verbunden, so daß ein Anstieg in der Masse der Bauteile, die auf der Radseite der Aufhängefeder des Fahrzeugs angeordnet sind, minimal gehalten wird. Dadurch werden die Schwingungseigenschaften der aufbauseitigen Bau­ teile der Aufhängefeder verbessert und auch die Blasenbil­ dung der Flüssigkeit 30 im Stoßdämpfer 20 unterdrückt, weil die Bewegungen des Außenmantels 23 und des inneren Zylinders 24 im wesentlichen von schnellen Bewegungen der Kolbenstange 28, die sich mit den Rädern des Fahrzeugs bewegt, unabhängig sind. Als Ergebnis dessen wird ein Fluß von Gasblasen vom Speicherraum (erste Kammer 31) in die zweite Kammer 32 unter­ drückt, womit die guten anfänglichen Dämpfungseigenschaften des Stoßdämpfers 20 aufrechterhalten werden. Darüber hinaus wird, wenn der freie Kolben 61 von Fig. 5 vorgesehen wird, die Blasenbildung noch weiter unterdrückt.

Drittens ist die Stangenführung 26 nicht mit dem Gas 29 im Speicherraum (erste Kammer 31) in Berührung, so daß zwischen der dritten Kammer 33 und der vierten Kammer 34 keine Gasströ­ mung auftritt, womit die Dämpfungseigenschaften und -kennwerte des Stoßdämpfers 20 beibehalten werden.

Weil das Gas 29 im oberen Teil des Außenmantels 23 angesam­ melt ist, ist viertens die Fläche desjenigen Teils des Außen­ mantels 23, der mit dem Gas 29 in Berührung ist, klein, so daß die Fähigkeit des Stoßdämpfers 20 gemäß der Erfindung zur Wärmeableitung sehr groß ist.

Weil sechstens der Druck des Gases 29 geringer ist als der Gasdruck eines herkömmlichen Einrohrdämpfers, ist der an der Dichtung 69, die mit der Kolbenstange 28 in Gleitanlage ist, wirkende Druck gering und wird ein gutes Gleiten der Kolben­ stange 28 mit Bezug zur Dichtung 60 erhalten, während im Ge­ gensatz hierzu ein derartiges gutes Gleiten bei einem Einrohr­ dämpfer nicht erhalten werden kann. Darüber hinaus ent­ steht ein geringerer Abrieb des Gummis der Dichtung 60, so daß deren Standzeit verlängert wird.

Claims (3)

1. Zweirohrdämpfer mit einem Gehäuse (21, 23), das mittels einer am unteren Ende des Gehäuses (21, 23) befindlichen Dichtung (60) abgedichtet, über eine Kolbenstangenführung (26) eine auf- und abbewegbare Kolbenstange (28) aufnimmt, die mit einem Kolben (27) verbunden ist, der in beide Richtungen durchströmbar einen fluidgefüllten Innenraum in eine erste, sich beim Einfahren der Kolbenstange vergrößernde Kammer (33) und eine zweite, sich verkleinernde Kammer (32) teilt, wobei die zweite Kammer (32) über ein in beiden Richtungen durchströmbares Ventil (25) mit einer teils fluid- teils gasgefüllten Ausgleichskammer (29) verbunden ist, die mit einer sich zwischen Dichtung (60) und Kolbenstangenführung (26) befindlichen Entlastungskammer (35) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausgleichskammer (29) über dem Ventil (25) im oberen Teil des Gehäuses (21, 23) befindet, und zur Verbindung dieser mit der Entlastungskammer (35) eine Verbindungskammer (34) vorgesehen ist, die sich mit ringförmigem Querschnitt am inneren Umfang des Gehäuses (21, 23) nach unten erstreckt.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druck des in den oberen Teil der ersten Kam­ mer (31) eingefüllten Gases (29) geringer ist als 20 bar.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen freien Kolben (61), der in der ersten Kammer (31) mit Bezug zum Außenmantel (23) ver­ schiebbar angeordnet ist und das Gas (29) von der Flüs­ sigkeit (30) in der ersten Kammer (31) trennt.