DE3913912A1 - Hydraulischer einrohr-gasdruck-stossdaempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer für Kraftfahrzeuge, dessen Dämpfkraft zur Größe des Federweges aus der statischen Mittellage proportional ist, wobei die Dämpfkraft nur bei Rückfederung zur Mittellage wirksam ist (Dämpfungsvorschrift).

Es wurde bereits ein Stoßdämpfer mit der im Oberbegriff genannten Dämpfungs­ schrift vorgeschlagen (P 38 35 917.0). Bei diesem Stoßdämpfer stützt sich eine Druckfeder auf einer Seite auf einen mit einer Drosselbohrung versehenen Freikolben und auf der anderen Seite auf einen im Stoßdämpfer angeordneten Druckventilkorper ab. Je nach Ausfederung aus der Mittellage wird der Druckventilkörper mit der Kraft dieser Druckfeder beaufschlagt und bewirkt entsprechend der Federkraft dieser Feder durch Drosselung eine Druckdifferenz des durchströmenden Dämpfermediums und damit eine entsprechende Dämpfkraft. Damit diese Dämpfkraft nur bei Rückfe­ derung in die Mittellage wirksam wird, sind parallel zum Druckventilkörper im Stoß­ dämpferkolben Rückschlagventile angeordnet.

Dieser vorgeschlagene Stoßdämpfer hatte folgende Nachteile:

• - Die Druckfeder muß sämtliche Federbewegungen mit ausführen und wird entspre­ chend beansprucht,
• - die Baulänge des Stoßdämpfers vergrößert sich um die Blockhöhe der Druckfeder und um die Bauhöhe des Freikolbens,
• - der Bauaufwand eines solchen Stoßdämpfers ist wesentlich größer als der eines herkömmlichen Einrohr-Gasdruck-Stoßdämpfers.

Die Erfindung setzt sich das Ziel, einen Stoßdämpfer mit dem im Oberbegriff defi­ nierten Dämpfungsgesetz mit gleichem Bauaufwand und gleicher Bauform wie bei herkömmlichen Einrohr-Gasdruck-Stoßdämpfern zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Kriterium für die Be­ messung der Dämpferkraft nicht der Federweg bzw. der Hub des Stoßdämpferkolbens sondern die Änderung des Gasdrucks des Gasdruck-Stoßdämpfers bzw. der Weg des Trennkolbens herangezogen wird.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch folgende Anordnung erreicht: Ein Druckventilkörper mit zwei Dichtflächen, vorzugsweise Dichtkegeln, stützt sich, je nach der auf ihn wirkenden Kraft, auf eine obere oder untere Dichtkante des Kolbens ab, ist mit seinem unteren, zylindrisch ausgebildeten Ende in einer Längs­ bohrung der Kolbenstange dichtend geführt, ist längsdurchbohrt und weist an seinem unteren Ende eine Drosselbohrung auf, die bspw. durch eine eingeschraubte Düse ge­ bildet sein kann.

ln der Längsbohrung der Kolbenstange gleitet dichtend ein mit einer elastischen Dichtung versehener Freikolben, dessen Unterseite vom atmosphärischen Druck sowie von der Federkraft einer unterhalb des Freikolbens angeordneten Druckfeder und dessen, vom Dämpfermedium benetzte, Oberseite vom Gasdruck bzw. dem Druck des Dämpfermediums beaufschlagt ist.

Die Dichtungsfunktion des Kolbens wird durch einen Rückschlagring bewirkt, der sich je nach Bewegungsrichtung des Kolbens einmal oben an einen Steg des Kolbens, und einmal unten an eine Scheibe, mit der der Kolben auf der Kolbenstange gekontert ist, anlegt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein durch den Druckventilkörper und Kolben umschlossener Ringraum mit einem äußeren, durch den Kolben und den Rück­ schlagring umschlossenen Ringraum durch radiale Bohrungen im Kolben verbunden. Nach diesem Merkmal wird durch den Druckventilkörper und die Längsbohrung der Kolbenstange ein weiterer, unterer Ringraum gebildet, der über radiale Bohrungen in der Kolbenstange mit dem unteren Arbeitsraum des Stoßdämpfers verbunden ist.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß unterhalb des an sich bei Gasdruck-Dämpfern üblichen Trennkolbens eine den oberen Arbeitsraum unterteilende, feste Trennwand angeordnet ist, die nach unten öffnende Rückschlag­ ventile in sich aufnimmt, die eine zentrale Bohrung besitzt, auf welche ein einfacher Druckventilkörper wirkt, der sich nach oben auf eine Druckfeder abstützt, die sich wiederum auf einen mit einer Drosselbohrung versehenen Freikolben abstützt, der in einer Bohrung des Trennkolbens gleitet, die nach oben, zum Gasraum hin, in geeig­ neter Weise verschlossen ist.

Fig. 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zur besseren Darstellung der Dichtkanten, Ventilkegel und der für die Funktion maßgeblichen Parameter wie Durchmesser D und Flächen A, ist der Stoßdämpferkolben in Fig. 3 und 4 vergrö­ ßert dargestellt. Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere vorteilhafte Variante, welche größere Dämpfungskräfte zur Mittellage hin ermöglicht. Je 2 Figuren zeigen den Stoß­ dämpfer in aus- und eingefederter Stellung, wobei die linken Seiten jeweils die Ven­ tilstellungen für die Bewegung von der Mittellage und die rechte Seite die Ventils­ tellungen für die Bewegung zur statischen Mittellage hin zeigen.

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer nach Fig. 1 bis 4 ist bis auf den Stoßdämpferkol­ ben wie ein Einrohr-Gasdruckstoßdämpfer einfacher und herkömmlicher Bauart ge­ staltet, so daß eine erfindungsgemäße Realisierung mit nur geringen Änderungen möglich ist.

In einem Rohr 1, das oben durch einen Deckel 2 und unter durch eine Führung 3 in der eine Kolbenstange 4 dichtend gleitet, verschlossen ist, befinden sich ein oberer und ein unterer Arbeitsraum 20 und 21, die durch einen Kolben 5 mit Rückschlag­ ring 6 voneinander getrennt sind. Die Kolbenstange 4 weist eine Längsbohrung auf, in der ein Freikolben 7 dichtend gleitet, der sich nach unten auf eine Feder 7 a ab­ stützt. Der Raum unterhalb des Freikolbens 7 ist mit der Atmosphäre durch eine kleine Bohrung 4 b verbunden. lm oberen Ende der Längsbohrung der Kolbenstange 4 ist ein Druckventilkörper 8 gleitend und dichtend angeordnet, dessen Dichtkegel sich auf eine obere und eine untere Dichtkante 5 a und 5 b des Kolbens abstützen können, wie Fig. 3 und 4 zeigen. Aus konstruktiven Gründen muß, wie Fig. 3 zeigt, der obe­ re Ventilkegel 8 a lösbar gestaltet sein.

Für bestimmte Durchflußrichtungen sind obere, radiale Bohrungen 5 c im Kolben 5 und untere radiale Bohrungen 4 a in der Kolbenstange 4 angeordnet.

Wie bei den herkömmlichen Einrohr-Gasdruck-Stoßdämpfern ist der Gasraum 22 vom oberen Arbeitsraum 20 durch einen Trennkolben 9 getrennt.

Die Wirkungsweise wird nachfolgend anhand Fig. 1 bis 4 beschrieben: Entsprechend Fig. 1 bzw. Fig. 4 befindet sich der Stoßdämpferkolben unterhalb sein­ er Mittellage, ist also ausgefedert. Die linke Seite zeigt die Ventilstellungen des Stoßdämpfers bei Ausfederungsrichtung, d.h. der Stoßdämpferkolben geht nach unten und das Dämpfermedium muß aus dem unteren Arbeitsraum 21 in den oberen Ar­ beitsraum 20 fließen. Gemäß Dämpfungsvorschrift hat keine Dämpfung zu erfolgen.

Wie wird dies erreicht? Bei Stellung unterhalb der Mittellage, d.h. bei ausgetauchter Kolbenstange, ist der Gasdruck im Dämpfer und damit auch der Druck in den Ar­ beitsräumen 20 und 21 abgesunken, so daß die Feder 7 a den Freikolben und damit auch den Druckventilkörper 8 nach oben drückt. Der obere Dichtkegel 8 a gibt dem­ gemäß die Dichtkante 5 a frei. Das vom unteren Arbeitsraum 21 in den oberen Ar- beitsraum 20 drängende Dämpfermedium kann also ungehindert am oben anliegenden Rückschlagring 6 vorbei durch den Ringraum 25 am abgehobenen Dichtkegel 8 a vor­ bei nach oben in den Arbeitsraum 20 fließen.

Die rechte Seite zeigt, wie der Stoßdämpfer wieder nach oben zur Mittellage zu­ rückfedert. Laut Dämpfungsvorschrift soll Dämpfung eintreten. Der Rückschlagring 6 hat sich an die Scheibe 10 angelegt, so daß das Dämpfermedium durch die Boh­ rungen 5 c strömen und den unteren Dichtkegel von der Dichtkante 5 d entgegen der Wirkung der Kraft der Feder 7 a abheben muß. Die Dämpfungskraft ist somit abhän­ gig von der Größe der Ausfederung aus der Mittellage. Bei Rückkehr zur Mittellage wird die Dämpfungskraft immer geringer und bei Erreichen der Mittellage gleich Null.

Fig. 2 und 3 zeigen in der linken Hälfte die Einfederung aus der Mittellage. Hierbei soll laut Dämpfungsvorschrift keine Dämpfung eintreten. Weil infolge Verdrängung durch die Kolbenstange 4 der Gasdruck und damit auch der Druck im Dämpfermedi­ um angestiegen ist, bewirkt dieser, daß der Druckventilkörper nach unten gedrückt wird, so daß der obere Ventilkegel 8 a an der oberen Dichtkante 5 a anliegt. Die un­ tere Dichtkante 5 b ist jedoch frei, so daß das Dämpfermedium von oben an der Oberkante des Rückschlagrings 6 vorbei, durch die radialen Bohrungen 5 c, durch den Ringraum 24 und durch die radialen Bohrungen 4 a in den Arbeitsraum 21 strömen kann.

Bewegt sich der Kolben - wie in der rechten Seite, Fig. 2 und 3 dargestellt - wieder von oben nach unten zurück in die Mittellage, so soll gemäß Dämpfungsvorschrift Dämpfung eintreten. Das Dämpfermedium muß von unten aus dem Arbeitsraum 21 in den Arbeitsraum 20 fließen. Der Rückschlagring liegt oben am Kolben an, so daß das Dämpfermedium zunächst durch den Ringraum 25 und durch die radialen Bohrun­ gen 5 c strömen kann. Dann muß es jedoch den Druckventilkörper gegen den Gasüber­ druck anheben, damit das Dämpfermedium zwischen Ventilkegel 8 a und Dichtkante 5 a in den Arbeitsraum 20 srömen kann, wie dies die gestrichelte Pfeilrichtung zeigt. Ab Mittellage ist der Gasüberdruck wieder verschwunden, so daß die Dämpfung ent­ sprechend Dämpfungsvorschrift wieder zu Null wird.

Die Dämpfungsvorschrift fordert weiter, daß sich die Mittellage der Dämpfung an die jeweilige statische Mittellage der Federung, die sich jeweils durch die Beladung ändern kann, anpaßt. Diese Anpassung ermöglicht die Drosselbohrung im Druckventil­ körper 8. In Fig. 3 ist diese als auswechselbare Schraubdüse dargestellt. Über einen Zeitraum von einigen Sekunden ermöglicht diese Drosselbohrung die Anpassung der Federkraft der Feder 7 a an den durch die Beladungsänderung sich ergebenden Gas­ druck bzw. Druck im Dämpfermedium

Zur Funktion des Stoßdämpfers bei Rückfederung nach oben, zur Mittellage hin, ist kritisch zu vermerken, daß im unteren Arbeitsraum 21 Unterdruck entstehen kann. Die Dämpfungswirkung ist durch den abnehmenden Druck im Gasraum begrenzt.

Der Nachteil der Begrenzung der Dämpfungskraft bei Einfederung zur Mittellage wird durch eine weitere, vorteilhafte Variante der Erfindung, wie sie in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, beseitigt. Wie aus Fig. 5 zu entnehmen, ist zwischen Stoßdämpfer­ kolben und Trennkolben 13 eine Trennwand 11 mit darin, durch ein mit Löchern ver­ sehenes Blech, gehaltenen plattenförmigen Rückschlagventilen 11 a angeordnet. Die Trennwand 11 besitzt eine zentrale Bohrung, auf die, je nach Stellung des Trennkol­ bens 13, ein einfacher Druckventilkörper 12 durch eine Druckfeder 14 a gedrückt wird. Die Druckfeder 14 a stützt sich nach oben nicht direkt auf den Trennkolben 13 sondern auf einen Freikolben 14 ab. Dieser gleitet dichtend in einer nach oben zum Gasraum 23 durch einen Stopfen oder dergl. verschlossenen Bohrung des Trennkolbens 13 und ist mit einer Drosselbohrung versehen.

Der Stoßdämpferkolben kann wie bisher ausgebildet oder auch vereinfacht sein. In Fig. 5 und 6 ist eine vereinfachte Ausführung dargestellt. Der Druckventilkörper kann hier einstückig ausgeführt werden und weist nur einen Ventilkegel 8 a auf, der sich auf einer Dichtkante 4 b am oberen Ende der Kolbenstange 4 abstützen kann. Der Ringraum 24 ist über radiale Bohrungen 4 a mit dem unteren Arbeitsraum 21 verbunden. Der Kolben 5 weist keine radialen Bohrungen auf. Ein innerer Bund 5 e am Kolben 5 hält den Druckventilkörper mit einem gewissen axialen Spiel in der Längsbohrung der Kolbenstange 4 fest. Bohrungen im Bund 5 e ermöglichen den über­ tritt von Dämpfermedium aus dem Ringraum 24 in den Arbeitsraum 20 b. Die Trenn­ wand 11 unterteilt den bisherigen oberen Arbeitsraum 20 in die Räume 20 a und 20 b.

Federt der Stoßdämpfer nach Fig. 5 aus der Mittellage aus, so bewegt sich der Trennkolben infolge des austauchenden Kolbenstangenvolumens nach unten. Der Freikolben 14 bewegt sich infolge der Wirkung der Drosselbohrung mit und die zu­ nehmende Kraft der Feder 14 a drückt den einfachen Druckventilkörper 14 an die Dichtkante der zentralen Bohrung in der Trennwand 11 an. Das Dämpfermedium kann an den Rückschlagventilen 11 a vorbei durch die Bohrungen in der Trennwand 11 und im Halteblech vom Arbeitsraum 20 a in den Arbeitsraum 20 b fließen. Keine Dämpfung! Federt der Stoßdämpfer wieder zur Mittellage ein, so schließen die Rück­ schlagventile und das Dämpfermedium muß den Druckventilkörper anheben, wozu ein höherer Druck im Arbeitsraum 20 b erforderlich ist und wodurch eine von der Größe der Ausfederung abhängige Dämpfungskraft erreicht und somit die Dämpfungsvor­ schrift erfüllt wird.

Die Dämpfungskraft kann im Rahmen der Erfordernisse beliebig hoch gewählt werden und ist nicht an den bei Ausfederung ohnehin abnehmenden Gasdruck gebunden.

Bei Ausfederung aus der Mittellage und nachfolgender Einfederung zur Mittellage spielt sich im Stoßdämpferkolben der analoge Vorgang, wie bereits bei der ersten Variante beschrieben, ab. Auch die Anordnung des Freikolbens 7, die hier nicht dar­ gestellt ist, ist die gleiche.

Die Drosselbohrung im oberen Freikolben 14 hat dieselbe Aufgabe, nämlich die An­ passung an eine statisch veränderte Mittellage. Die Feder 14 a sollte formschlüssig mit dem Freikolben 14 und dem Druckventilkörper 12 verbunden sein. Wird der Druckventilkörper durch ein Halteblech mit Spiel gegenüber der Trennwand 11 fest­ gehalten (nicht dargestellt), so kann die obere Druckfeder 14 b entfallen.

Claims (3)

1. Hydraulischer Einrohr-Gasdruck-Stoßdämpfer mit einer von der Größe des Feder­ weges bzw. Stoßdämpferhubes abhängigen und nur bei Rückhub in die Mittellage wirksamen Dämpfung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckventilkörper (8) mit zwei einander zugewandten Dichtkegeln, die sich, je nach der auf den Druckven­ tilkörper wirkenden Kraft, auf eine obere (5 a) oder untere Dichtkante (5 b) eines Kolbens (5) abstützen können, mit seinem unteren zylindrischen Ende in einer Längsbohrung einer Kolbenstange (4) dichtend gleitet, längsdurchbohrt ist und eine Drosselbohrung besitzt und daß in der Längsbohrung der Kolbenstange (4) weiter­ hin ein mit einer elastischen Dichtung versehender Freikolben (7) dichtend gleitet, dessen Unterseite durch eine Bohrung (4 b) in der Kolbenstange (4) druckentlastet ist und daß sich der Freikolben (7) auf eine Druckfeder (7 a) abstützt, die dem Gasdruck bzw. Flüssigkeitsdruck im Stoßdämpfer - mit einer durch die Drosselstel­ le im Druckventilkörper (8) bedingten Verzögerung - das Gleichgewicht hält.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den oberen Dichtkegel (8 a) und die Innenkontur des Kolbens (5) gebildete Ringraum (23) über radiale Bohrungen (5 c) mit einem weiteren Ringraum (25), der innen durch den Kolben (5) und außen durch den Rückschlagring (6) begrenzt ist, der sich je nach Bewegungsrichtung der Kolbenstange (4) an einen oberen, äußeren Bund des Kol­ bens (5) oder an eine untere Scheibe (10) dichtend anlegt, durch radiale Bohrun­ gen (5 c) verbunden ist und daß weiterhin der Schaft des Druckventilkörpers (8) und die Längsbohrung der Kolbenstange (4) einen weiteren, unteren Ringraum (24) bilden, der mit dem Arbeitsraum (21) durch radiale Bohrungen (4 a) verbunden ist.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stoß­ dämpferkolben und Trennkolben (14) eine fest mit dem Rohr (1) verbundene Trennwand (11) angeordnet ist, die den oberen Arbeitsraum in die Arbeitsräume (20 a) und (20 b) unterteilt und die nach unten zum Arbeitsraum (20 b) öffnende vorteilhaft plattenförmig ausgebildete Rückschlagventile (11 a) enthält und auf deren vorteilhaft zentral angeordneter Bohrung sich ein einfacher Druckventilkör­ per (12) infolge Wirkung einer auf einen Freikolben (14) sich abstützenden Feder (14 a) anlegt, wobei der mit einer Drosselbohrung versehene Freikolben (14) dich­ tend in einer Längsbohrung des Trennkolbens (13) gleitet, wobei die Längsbohrung zum Gasraum (23) hin durch geeignete Mittel verschlossen ist.