DE3931240C2 - Stoßdämpfungseinrichtung mit veränderlicher Dämpfungscharakteristik, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stoßdämpfungseinrichtung mit veränderlicher Dämpfungscharakteristik gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, geeignet zur Verwendung in einem Aufhängungssystem eines Kraftfahrzeuges.

Die japanische Gebrauchsmusteranmeldung 61-164 836 zeigt einen Stoßdämpfer mit veränderlicher Dämpfungscharakteristik. In der gezeigten Konstruktion wird durch einen Kolben eine Drosselstelle gebildet, um eine Dämpfungskraft in Abhängigkeit vom Kolbenhub entsprechend einer relativen Verlagerung einer Fahrzeugkarosserie und eines Aufhängungsteiles, welches ein Fahrzeugrad drehbar lagert, zu erzeugen. Das Ende der Strömungsdrosselstelle wird durch ein Scheibenventil geschlossen bzw. geöffnet. Ein Fluidkanal erstreckt sich durch eine Kolbenstange parallel zu der Strömungsdrosselstelle. Eine Strömungssteuereinrichtung ist dem Fluidkanal zugeordnet, um einen Fluidströmungsweg in dem Fluidkanal zur Einstellung der Dämpfungscharakteristik einzustellen.

In der gezeigten Einrichtung kann eine härtere Aufhängungscharakteristik oder größere Dämpfungskraft durch ein größeres Maß an Strömungsdrosselung, das durch die Strömungssteuereinrichtung erzeugt wird, erreicht werden. Bei größerer Strömungsdrosselung fließt eine kleinere Menge an Arbeitsfluid durch den Fluidkanal, um eine größere Fluiddruckdifferenz beiderseits des Kolbens zu erreichen und somit eine größere Dämpfungskraft zu erzeugen. Andererseits wird eine weichere Dämpfungscharakteristik durch eine geringere Strömungsdrosselung erreicht, wobei es einer größeren Menge von Arbeitsfluid gestattet wird, durch den Fluidkanal zu strömen. Die größere Menge an Fluidströmung durch den Fluidkanal kann die Fluiddruckdifferenz beiderseits des Kolbens vermindern, um eine geringere Dämpfungskraft zu erzeugen.

Bei Stoßdämpfern mit dem vorerwähnten Aufbau ist beobachtet worden, daß in einem verhältnismäßig niedrigeren Geschwindigkeitsbereich des Kolbenhubes die Strömungssteuereinrichtung des Fluidkanales im wesentlichen für die Erzeugung der Dämpfungskraft wirksam ist. Andererseits ist bei verhältnismäßig hohen Geschwindigkeitsbereichen des Kolbenhubes die Drosselstelle im wesentlichen zur Erzeugung der Dämpfungskraft wirksam. Da die Drosselstelle und die Strömungssteuereinrichtung unterschiedliche Veränderungskennlinien bezüglich der Größe der Einschränkung der Fluidströmung aufweisen, ist es schwierig, eine stetige Veränderung der Dämpfungscharakteristik über einen verhältnismäßig breiten Geschwindigkeitsbereich des Kolbenhubes zu erreichen.

Außerdem stellt weder die Drosselstelle noch die Strömungssteuereinrichtung lineare Kennlinien bei der Veränderung der Dämpfungscharakteristik bereit, so daß der vorgeschlagene Stoßdämpfer aus dem Stand der Technik im Hinblick auf die Gewährleistung sowohl einer guten Fahrzeugantriebsstabilität als auch eines guten Fahrkomfortes bei allen Fahrzeugantriebszuständen nicht zufriedenstellend ist.

Ein Stoßdämpfer der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 34 25 988 bekannt; auch hierbei wird allerdings keine hinreichende Linearisierung der Stoßdämpfer-Kennlinie in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit erreicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stoßdämpfungseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Dämpfungscharakteristik sich im wesentlichen mit linearer Kennlinie verändert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite axiale Endfläche des Kolbens einen ersten Ringsteg, eine radial außenliegende Nut, die durch den ersten Ringsteg umgeben wird, eine radial innenliegende Nut und einen zweiten Steg aufweist, der radial innenliegend in bezug auf den ersten Ringsteg angeordnet ist und die radial innenliegende Nut von der radial außenliegenden Nut trennt, wobei der erste Kanal ein Ende besitzt, das sich in die radial innenliegende Nut öffnet und der zweite Kanal ein Ende besitzt, das sich in die radial außenliegende Nut öffnet und die Ventilscheibe des Dämpfungsventiles gegen den ersten und zweiten Ringsteg anlegbar ist.

Die Stoßdämpfungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist demnach mit einer von der Geschwindigkeit des Kolbenhubes abhängigen linearen Veränderungscharakteristik bzw. linearen Veränderungskennlinien bezüglich der Dämpfungskraft versehen. Die Stoßdämpfungseinrichtung enthält veränderliche Drosselstellen in einer hintereinanderliegenden Anordnung (Tandemanordnung), um lineare Veränderungscharakteristika der Dämpfungskraft in Abhängigkeit von dem Kolbenhub bzw. der Kolbenhubgeschwindigkeit bereitzustellen. Eine der veränderlichen Drosselstellen ist mit einer Veränderungskennlinie der Strömungsbeschränkung für ein größeres Veränderungsmaß der Dämpfungskraft in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich des Kolbenhubes versehen und die andere Drosselstelle ist mit einer Veränderungscharakteristik der Strömungsbegrenzung für ein größeres Veränderungsmaß der Dämpfungskraft in dem Zwischen- bzw. Hochgeschwindigkeitsbereich des Kolbenhubes versehen. Die veränderlichen Drosselstellen können in einer Kolbenanordnung oder im Falle eines Stoßdämpfers von der Art eines zweiseitigen oder doppelwirkenden Stoßdämpfers alternativ hierzu in einem Bodeneinsatz vorgesehen sein.

Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Hauptteiles eines ersten Ausführungsbeispieles eines Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämpfungscharakteristik nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Kolben, der in dem ersten Ausführungsbeispiel des Stoßdämpfers nach Fig. 1 angewandt wird,

Fig. 3 eine Druntersicht des Kolbens, angewandt in dem ersten Ausführungsbeispiel des Stoßdämpfers nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung, die den Aufbau eines Bodenventiles zeigt, das in dem ersten Ausführungsbeispiel des Stoßdämpfers nach Fig. 1 angewandt wird,

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Druckdifferenz der Innen- und Außennut und einer Kolbenhubgeschwindigkeit während des Kolbenrückkehrhubes zeigt,

Fig. 6 ein Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen einer Druckdifferenz zwischen der Außennut und einer unteren Fluidkammer und der Kolbenhubgeschwindigkeit zeigt,

Fig. 7 ein Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen einer Dämpfungskraft, die während des Kolbenrückkehrhubes erzeugt wird, und der Kolbenhubgeschwindigkeit zeigt,

Fig. 8 ein Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen einer Dämpfungskraft, die während eines Kolbenauslenkungshubes erzeugt wird, und der Kolbenhubgeschwindigkeit zeigt,

Fig. 9 eine Schnittdarstellung eines Hauptteiles eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Stoßdämpfungseinrichtung bzw. eines Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämpfungscharakteristik nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Kolben, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel des Stoßdämpfers nach Fig. 9 angewandt wird,

Fig. 11 eine Druntersicht des Kolbens, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel des Stoßdämpfers nach Fig. 9 verwendet wird, und

Fig. 12 eine Schnittdarstellung eines Hauptteiles eines dritten Ausführungsbeispieles einer Stoßdämpfungseinrichtung bzw. eines Stoßdämpfers nach der vorliegenden Erfindung.

Bezugnehmend nunmehr auf die Zeichnungen, insbesondere auf die Fig. 1 bis 3, besteht ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stoßdämpfers aus einem Stoßdämpfer der in zwei Richtungen dämpfend wirksam ist, mit einem inneren und einem äußeren Zylinder, die koaxial zueinander angeordnet sind. In Fig. 1 ist nur der Innenzylinder 1 gezeigt. Der in zwei Richtungen wirkende Stoßdämpfer ist für sich allgemein im Stand der Technik bekannt und sein Aufbau muß daher hier nicht besonders in allen Einzelheiten erläutert oder gezeigt werden. Daher ist in den Zeichnungen der Außenzylinder zur Vereinfachung der Darstellung und der zugehörigen Beschreibung weggelassen.

Eine Kolbenanordnung 2 ist gleitend innerhalb des Innenraumes des Innenzylinders 1 angeordnet, um eine obere und eine untere Fluidkammer A und B zu begrenzen, die mit einem Arbeitsfluid gefüllt sind. Der Kolben 2 ist am unteren Ende einer Kolbenstange 3 mit einer Halterung 4, einer Scheibe 5, einem oberen Scheibenventil 6, einem Kolbenkörper 7, einem unteren Scheibenventil mit Ventilscheiben 8, 9 unterschiedlichen Durchmessers, einer Scheibe 10, einem Federsitzteil 11 und einer Feder 12 befestigt. Die vorerwähnten Elemente bilden eine Kolbenanordnung, die am unteren Endabschnitt der Kolbenstange 3 durch eine Befestigungsmutter 13 befestigt ist.

Der Kolbenkörper 7 ist mit axial sich erstreckenden Fluidkanälen 7a und 7e versehen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Fluidkanal 7a an einer Stelle angeordnet und axial ausgerichtet, die näher am Außenumfang des Kolbenkörpers liegt als dies bezüglich des Fluidkanales 7e der Fall ist. Daher wird in der nachfolgenden Erläuterung der Fluidkanal 7a als "äußerer Axialkanal" und der Fluidkanal 7e als "innerer Axialkanal" bezeichnet. Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei äußere Axialkanäle 7a in Umfangsrichtung, vorzugsweise gleichmäßig, beabstandet, verteilt vorgesehen. Jeder der äußeren Axialkanäle 7a ist in einer im wesentlichen bogenförmigen Konfiguration ausgebildet, mit einer bestimmten Umfangsbreite, und besitzt ein oberes Ende, das sich zu einer Nut 7a′ öffnet, welcher durch einen kontinuierlichen oder durchgehenden Steg 7b mit einer Ventilsitzfläche 7b′ öffnet. Das obere Scheibenventil 6 besitzt Umfangskantenabschnitte, die auf der Sitzfläche 7b′ des Steges 7b aufsitzen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sitzt das obere Scheibenventil 6 in einer Stellung, in der die Nut 7a′ vollständig verschlossen ist, auf der gesamten Sitzfläche 7b′ auf. Andererseits ist das untere Ende des äußeren Axialkanals 7a direkt der unteren Fluidkammer B ausgesetzt, so daß das Arbeitsfluid in der unteren Fluidkammer in dieses frei strömen kann.

Andererseits haben die inneren Axialkanäle 7e jeweils kreisförmigen Querschnitt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs innere Axialkanäle 7e in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Das obere Ende jedes der inneren Axialkanäle 7e ist direkt der oberen Fluidkammer A über einen Spalt 7e′ ausgesetzt, welcher zwischen der Oberseite des Kolbenkörpers 7 und dem oberen Scheibenventil 6 gebildet ist. Das untere Ende des inneren Axialkanales 7e ist zu einer inneren Ringnut 7c offen, welche zwischen einem mittleren Nabenabschnitt 7g und einem Ringsteg 7f gebildet bzw. begrenzt ist. Der Ringsteg 7f bildet außerdem eine äußere Ringnut 7d mit einem ringförmigen Steg 7h, wie insbesondere in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist. Die Ringstege 7f und 7h bilden jeweils Ventilsitzflächen 7f′ und 7h′, so daß auf diesen die Ventilscheibe 8 des unteren Scheibenventiles aufsitzen kann. In vergleichbarer Weise wie das obere Scheibenventil 6 sitzt das untere Scheibenventil (Ventilscheibe 8) normalerweise auf den Sitzflächen 7f′ und 7h′ auf, um die innere und äußere Nut 7c und 7d jeweils abdichtend zu verschließen und ist dem in der oberen Fluidkammer A herrschenden Fluiddruck unterworfen, der über den Spalt 7e′ in die inneren Axialkanäle 7e eingeführt bzw. an diese gelegt wird.

Die Kolbenstange 3 ist mit einer sich axial erstreckenden Mittelöffnung 3b versehen. Die Mittelöffnung 3b ist über radial sich erstreckende Öffnungen 3c in Fluidverbindung mit der oberen Fluidkammer A. Die radial sich erstreckenden Öffnungen 3c werden nachfolgend als "obere Anschlüsse" bezeichnet. Andererseits ist die Mittelöffnung 3b über sich radial erstreckende Öffnungen 3d, eine Ringnut 3a und sich radial erstreckende Öffnungen 7j, die sich schräg in bezug auf die Achse der Kolbenstange 3 erstrecken, mit der äußeren Ringnut 7d verbunden. Die radial sich erstreckenden Öffnungen werden nachfolgend als "untere Anschlüsse" bezeichnet.

Ein Drehventilteil 15 ist drehbar innerhalb der sich axial erstreckenden Öffnung 3b zur Drehung um diese angeordnet. Das Drehventilteil 15 ist durch eine obere und eine untere Druckhülse 16 und 17 jeweils gelagert oder gehalten. Das Drehventilteil 15 ist an dem unteren Ende einer Betätigungsstange 18 befestigt. Die Betätigungsstange 18 ist mit einer (nicht gezeigten) Drehbetätigungseinrichtung verbunden, um die Betätigungsstange 18 rotierend anzutreiben und treibt so das Drehventilteil 15 an. Die Drehbetätigungseinrichtung ist in der US-PS 4 776 437 der Patentinhaberin beispielhaft dargestellt. Das Drehventilteil 15 begrenzt eine Bohrung, die am unteren Ende offen ist und die mit der Mittelöffnung 3b der Kolbenstange 3 verbunden ist. Das Drehventil 15 hat eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Öffnungen an einer axialen Stelle, die der Lage der oberen Anschlüsse 3c entspricht. Die radial sich erstreckenden Öffnungen des Drehventilteiles 15 haben unterschiedliche Durchmesser bezüglich jeweils benachbarter Öffnungen, um so unterschiedliche Fluidströmungskanalquerschnitte an unterschiedlichen Umfangsstellen bzw. bei unterschiedlicher Winkellage zu bilden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Drehventilteil 15 mit Öffnungen 15b von kleinerem Durchmesser und Öffnungen 15c mit größerem Durchmesser in Winkelabständen von 90° versehen. Daher gelangt je nach der Winkellage des Drehventilteiles 15 wahlweise eine der Öffnungen 15b und 15c in Ausrichtung mit den oberen Anschlüssen 3c zur Ausbildung unterschiedlicher Strömungsquerschnitte für eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Drehventilteiles 15 und der oberen Fluidkammer A. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Innenraum des Drehventilteiles 15 in Fluidverbindung mit der Mittelöffnung 3b der Kolbenstange 3, um eine Kammer C zu bilden, die sich in axialer Richtung erstreckt. Daher werden die Kammer, die durch den Innenraum des Drehventilteiles 15 und die Mittelöffnung 3b gebildet wird, nachfolgend als "axiale Kammer" bezeichnet. Das Drehventilteil 15 ist auch mit einer Mehrzahl von sich radial erstreckenden Öffnungen an jeweils axialer Position, entsprechend derjenigen der unteren Anschlüsse 3d versehen. Ähnlich wie bei den vorerwähnten Öffnungen 15b und 15c, ist das gezeigte Ausführungsbeispiel mit Öffnungen 15d und 15e versehen, die unterschiedliche Durchmesser besitzen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Öffnung 15b so ausgebildet, daß sie mit den unteren Anschlüssen 3d in einer Winkellage des Drehventilteiles 15 ausgerichtet übereinstimmt, in der die Öffnungen 15b mit den oberen Anschlüssen 3c übereinstimmend ausgerüstet sind und die Öffnung 15d hat einen kleineren Durchmesser als die Öffnung 15e.

Die Mutter 13 ist im Eingriff mit dem mit Außengewinde versehenen unteren Ende der Kolbenstange. Die Mutter 13 bildet eine an ihrem unteren Ende offene Bohrung 13a, durch die der Innenraum der Mittelöffnung 3b der Kolbenstange 3 mit der unteren Fluidkammer B kommunizierend verbunden ist. Eine Rückschlagventilanordnung 14, die einen Ringventilsitz 14a, befestigt an dem unteren Ende der Mutter 13, eine Ventilscheibe 14b und eine Vorspannfeder 14c aufweist, ist innerhalb der Bohrung 13a angeordnet. Die Ventilscheibe 14b wird normalerweise gegen den Ventilsitz 14a durch die Vorspannfeder 14c vorgespannt, um eine Fluidströmung in Richtung von der unteren Fluidkammer B zu der oberen Fluidkammer A über die Mittelöffnung 3b zu gestatten und die Fluidströmung in entgegengesetzte Richtung zu blockieren. Ein Federsitz 11 ist mit der Mutter 13 zur Bewegung entlang dieser verbunden. Der Federsitz 11 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 11a und einen sich nach außen im wesentlichen horizontal erstreckenden flanschförmigen Abschnitt 11b, der einen Sitz für ein Ende der Feder 12 bildet. Das andere Ende der Feder 12 sitzt auf dem Stufenabschnitt der Mutter auf. Daher wird der Federsitz 11 normalerweise nach oben vorgespannt.

Die zweite Ventilscheibe 9 des unteren Scheibenventils besitzt einen Außendurchmesser, der im wesentlichen den Außendurchmesser der ringförmigen Sitzfläche 7f′ bzw. dem flanschförmigen Abschnitt 11b des Federsitzes 11 entspricht. Daher ist der Federsitz 11 der zweiten Ventilscheibe 9 des unteren Scheibenventiles zugeordnet, um eine Vorspannkraft der Feder 12 auf die Ventilscheibe 9 auszuüben und somit die Federbelastung auf die erste Ventilscheibe 8 zu übertragen.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine Bodenventilanordnung 20 in das untere Ende des Innenzylinders 1 eingesetzt, um die Fluidströmung zwischen der unteren Fluidkammer B und einer Ringreservoirkammer D, gebildet zwischen dem Innenzylinder 1 und einem Außenzylinder 2, zu steuern. Die Bodenventilanordnung 20 enthält einen Bodeneinsatz 20′, der starr in das untere Ende des Innenzylinders 1 eingesetzt ist. Der Bodeneinsatz 20′ bildet axiale Öffnungen 20a und 20b zur Fluidverbindung zwischen der unteren Fluidkammer B und einer Kammer E, die zwischen dem Bodeneinsatz 20′ und einem Bodendeckel 25 begrenzt ist. Das obere Ende der axialen Öffnung 20a öffnet sich in eine äußere Ringnut 21a, gebildet zwischen den Stegen 21b und 21c, wobei die äußere Ringnut 21a durch ein oberes Scheibenventil 21 verschlossen ist. Benachbart zu dem oberen Scheibenventil 21 ist eine Anschlagscheibe 24 vorgesehen, um die Größe der Verformung des Scheibenventils zur Begrenzung eines maximalen Strömungsquerschnittes, der zwischen dem Steg 21c und dem äußeren Umfangskantenabschnitt des oberen Scheibenventils 21 ausgebildet wird, zu beschränken. Das untere Ende der axialen Öffnung 20a ist der Kammer E ausgesetzt. Andererseits öffnet sich das obere Ende der axialen Öffnung 20b zu einer inneren Ringnut 21d, die in direkter Fluidverbindung über eine Durchgangsöffnung 21e, ausgebildet in dem Scheibenventil 21, mit der unteren Fluidkammer B ist. Das untere Ende der axialen Öffnung 20b öffnet sich zu einer Ringnut 22a, gebildet zwischen dem Steg 20c und einer Mittelbohrung 20f. Ein erstes, unteres Scheibenventil 22 sitzt auf dem Steg 20c auf, um normalerweise die Ringnut 22a zu verschließen. Ein zweites, unteres Scheibenventil 23, das auf einem Ringsteg 20d aufsitzt, ist beabstandet zu dem ersten, unteren Scheibenventil 22 über eine Abstandsscheibe 23b angeordnet. Der Steg 20d ist mit einer sich radial erstreckenden Nut 20e versehen, die als Strömungsdrosselstelle dient.

Die Kammer E, die in dem Bodeneinsatz 20′ gebildet wird, ist über einen radialen Kanal 20 g, gebildet durch den sich in Umfangsrichtung erstreckenden Zylinderabschnitt des Bodeneinsatzes, in Verbindung mit der Reservoirkammer D, gebildet.

Die Arbeitsweise des vorerläuterten, ersten Ausführungsbeispiels des Stoßdämpfers nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend bezüglich der Betriebszustände bei einer Auslenkungsbewegung und einer Rückkehrbewegung erläutert.

Während eines Kolbenausfederungshubes, der eine Kompression des Volumens der oberen Fluidkammer A veranlaßt, wird der Druck des Arbeitsfluides in der oberen Fluidkammer A erhöht, so daß er höher ist als derjenige in der unteren Fluidkammer B. Im Ergebnis dessen wird eine Arbeitsfluidströmung von der oberen Fluidkammer A zu der unteren Fluidkammer B erzeugt. Ein Teil des Arbeitsfluides strömt anschließend über den Spalt 7´ in den inneren Axialkanal 7e. Anschließend wird das Arbeitsfluid, das einen Druck besitzt, der größer ist als derjenige in der unteren Fluidkammer B, an einem Abschnitt der ersten Ventilscheibe 8 des unteren Scheibenventils wirksam, der der inneren Ringnut 7c gegenüberliegt, um eine Verformung der ersten und zweiten Ventilscheiben 8, 9 zu veranlassen, um in die äußere Ringkammer 7d und anschließend in die untere Fluidkammer B über einen Ringspalt zu strömen, der zwischen dem Umfangskantenabschnitt des ersten Scheibenventils 8 und der Sitzfläche 7h′ des Steges 7h gebildet bzw. begrenzt ist.

Andererseits strömt der andere Teil des Arbeitsfluides über die oberen Anschlüsse 3c und die Öffnungen 15c oder 15d, die in Ausrichtung mit den oberen Anschlüssen angeordnet sind, in die Axialkammer C. Da der Fluiddruck in der Axialkammer C höher gehalten wird als der Fluiddruck in der unteren Fluidkammer B, setzt zu diesem Zeitpunkt die Ventilscheibe 14b fest auf dem Ventilsitz 14a auf, um die Fluidströmung durch diesen hindurch zu blockieren. Daher strömt Fluid über die Öffnung 15d oder 15e, die unteren Anschlüsse 3d, die Ringnut 3a und den geneigten Kanal 7e und strömt anschließend in die untere Fluidkammer B, gebildet zwischen dem Umfangsabschnitt der ersten Ventilscheibe 8 und der Sitzfläche 7h′ des Steges 7h.

Da die größe der Verformung der ersten Ventilscheibe 8 des unteren Scheibenventils in bezug auf die Sitzfläche 7f′ durch die elastische Kraft der zweiten Ventilscheibe 9 des Scheibenventils, die durch die Federkraft der Feder 12 vorgespannt wird, begrenzt ist, ist die Verformungsgröße der ersten Ventilscheibe 8 in dem Bereich, der der Sitzfläche 7f′ entspricht, beschränkt, um eine größere Strömungsdrosselung bzw. -begrenzung herbeizuführen. Solch eine Strömungsdrosselung bzw. Strömungsbeschränkung kann wesentlich sein, weil die Druckdifferenz zwischen der oberen und unteren Fluidkammer A und B verhältnismäßig klein ist. Da die Druckdifferenz zwischen der oberen und unteren Fluidkammer im wesentlichen proportinal dem Kolbenhub ist, kann diese Strömungsdrosselung bzw. Strömungsbegrenzung während eines Kolbenhubbereiches niedriger Geschwindigkeit von Bedeutung sein. Andererseits wird durch Erhöhen der Hubgeschwindigkeit des Kolbens die Druckdifferenz größer, um die Federkraft der Feder 12 zu überwinden und ein Verschieben des Federsitzes 11 weg von der zweiten Ventilscheibe 9 zu veranlassen. Im Ergebnis dessen werden nur die elastischen Kräfte der ersten und zweiten Ventilscheiben 8, 9 des unteren Scheibenventils wirksam, um den Strömungsquerschnitt zu begrenzen, so daß eine größere Verformung für das Ausbilden eines breiteren Kanalquerschnittes oder Strömungsquerschnittes möglich ist. Wenn die Druckdifferenz wesentlich wird, wird der Drosselungseffekt der Tandem-Drosselstellen bzw. der hintereinanderliegenden Drosselstellen für die Erzeugung der Dämpfungskraft kleiner.

Daher sind in dem gezeigten Aufbau die Drosselstellen zwischen der ersten Ventilscheibe 8 und der Sitzfläche 7f′ des Steges 7f und zwischen der ersten Ventilscheibe 8 und der Sitzfläche 7h′ des Steges 7h in einer Tandemanordnung bzw. in hintereinanderliegender Anordnung gebildet. In einem Bereich verhältnismäßig niedriger Kolbengeschwindigkeit sind im wesentlichen diese Drosselstellen wirksam, um die Dämpfungskraft für eine verhältnimäßig niedrige Druckdifferenz zwischen der oberen und unteren Fluidkammer A und B und somit für eine geringe Verformung des ersten Scheibenventils 8 zu erzeugen. Andererseits wird in Bereichen höherer Kolbengeschwindigkeit bzw. in einem zwischen niedriger und hoher Kolbengeschwindigkeit liegenden Kolbengeschwindigkeitsbereich eine größere Druckdifferenz zwischen der oberen und unteren Fluidkammer A und B erzeugt, um eine größere Verformung der ersten Ventilscheibe 8 zu erzeugen, wodurch die Drosselungswirkung der Drosselstellen kleiner wird. Daher ist in diesen Kolbenhubgeschwindigkeitsbereichen der Drosselungseffekt der Öffnungen 15b oder 15e und 15d oder 15e im wesentlichen wirksam und für die Erzeugung der Dämpfungskraft verantwortlich.

Fig. 5 zeigt die Druckdifferenz zwischen der Innen- und Außennut 7 c und 7d in Abhängkeit von der Kolbenhubgeschwindigkeit. Es wird darauf hingewiesen, daß in den Kennlinien, die in Fig. 5 bis 8 dargestellt sind, die Linie a die Kennlinien repräsentiert, welche in der Winkellage des Drehventilteiles 15 erreicht werden, in der die Öffnungen 15c und 15e mit den oberen und unteren Anschlüssen 3c und 3d ausgerichtet sind, die Linien b die Kennlinien repräsentieren, die unter einer Winkellage des Drehventilteiles 15 erreicht werden, in der die Öffnungen 15b und 15d mit den oderen und unteren Anschlüssen übereinstimmend ausgerichtet sind und die Linie c jeweils Kennlinien repräsentiert, welche in einer Winkellage des Drehventilteiles 15 erreicht werden, in der die oberen und unteren Anschlüsse vollständig blockiert sind. Wie deutlich ist, führt diese Druckdifferenz zu einer Drosselungswirkung an der Drosselstelle, die zwischen der ersten Ventilscheibe 8 und der Stirnfläche 7f′ des Steges 7f gebildet ist. Wegen der wesentlichen Beschränkung der Verformung durch die Federkraft, die durch die zweite Ventilscheibe 9 ausgeübt wird, wird daher die Druckdifferenz während eines Kolbenhubes in einem Bereich niedriger Hubgeschwindigkeit klein gehalten. Andererseits wird die Veränderungsrate der Druckdifferenz entsprechend der Zunahme der Kolbenhubgeschwindigkeit größer. Außerdem kann aus Fig. 5 entnommen werden, daß die Veränderungskennlinien der Druckdifferenz, die an der Drosselstelle zwischen der Innen- und Außennut 7c und 7d erhalten werden, sich verhältnismäßig nahe an lineare Kennlinien annähern. Diese Tendenz wird mit Zunahme der Kolbenhubgeschwindigkeit größer.

Fig. 6 zeigt die Veränderung der Druckdifferenz zwischen der Außenut 7d und der unteren Fluidkammer B. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, wird bei jeder Winkellage des Drehventilteiles 15 eine größere Veränderung der Druckdifferenz in einem Bereich niedriger Kolbenhubgeschwindigkeit erreicht. Die Veränderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz vermindert sich mit Zunahme der Kolbenhubgeschwindigkeit. Außerdem sind die Kennlinien der Veränderung der Druckdifferenz für Bereiche mittlerer und hoher Kolbenhubgeschwindigkeiten im wesentlichen linear.

Da die Drosselstellen, die zwischen der ersten Ventilscheibe 8 und der Stirnfläche 7f′ und zwischen der ersten Ventilscheibe 8 und der Sitzfläche 7h′ gebildet werden, in einer Tandem-Anordnung bzw. in einer hintereinanderliegenden Serienanordnung vorgesehen sind, werden die zu erzeugenden Dämpfungskennlinien eine Kombination der Kennlinien von Fig. 5 und 6. Daher kann eine im wesentlichen lineare Dämpfungscharakteristik in bezug auf die Kolbenhubgeschwindigkeit in allen Geschwindigkeitsbereichen der Kolbenhubgeschwindigkeit erhalten werden.

Während eines Kolbeneinfederungshubes wird das Volumen der unteren Fluidkammer B zusammengedrückt, um einen höheren Fluiddruck zu veranlassen. Daher wird eine Fluidströmung von der unteren Fluidkammer B zu der oberen Fluidkammer A erzeugt.

Ein Teil des Arbeitsfluides strömt in den äußeren Axialkanal 7a, um den Fluiddruck auf den entsprechenden Teil des oberen Scheibenventils 6 zu übertragen und eine Verformung des Scheibenventils 6 zu veranlassen. Bei dieser Verformung wird eine ringförmige Drosselstelle zwischen dem oberen Scheibenventil 6 und der Stirnfläche 7b′ des Steges 7 ausgebildet, um eine Fluidströmung durch diesen Kanal hindurch zu ermöglichen. Der andere Teil des Arbeitsfluides strömt in die Axialkammer C durch Verschieben der Ventilscheibe 14b weg von dem Ventilsitz 14a. Anschließend strömt das Arbeitsfluid in der axialen Kammer C durch die Öffnungen 15b oder 15c und den oberen Anschluß 3c in die obere Fluidkammer A.

Gleichzeitig wirkt der erhöhte Fluiddruck der unteren Fluidkammer B über den Kanal 20b auf das erste, untere Scheibenventil 22, um eine Verformung desselben zu veranlassen und eine Ringdrosselstelle zwischen den passenden Oberflächen des Scheibenventils und der Stirnfläche 20c auszubilden. Daher wirkt der Arbeitsfluiddruck auf das zweite untere Scheibenventil 23. Während die Kolbenhubgeschwindigkeit verhältnismäßig gering ist, wird die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des zweiten, unteren Scheibenventils 23 klein gehalten, so daß keine Verformung des Scheibenventils erfolgt. Im Ergebnis dessen verbleibt das zweite, untere Scheibenventil 23 auf der Sitzfläche des Steges 20d. Daher kann die Fluidströmung anschließend nur durch die sich radial erstreckende Nut 20e erfolgen. Da die radial sich erstreckende Nut eine Strömungsdrosselung bewirkt, wird eine Dämpfungskraft erzeugt. Andererseits wird in Bereichen einer mittleren Kolbenhubgeschwindigkeit (Zwischenbereich) bzw. einer hohen Kolbenhubgeschwindigkeit die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des zweiten, unteren Scheibenventils 22 wesentlich, so daß sie eine Verformung des Scheibenventils 23 veranlaßt, um einen Ringkanal bzw. eine Ringdrosselstelle auszubilden, um eine Fluidströmung in die Fluidkammer E zu gestatten.

Durch die Kombination des Drosselungseffektes in der Ringdrosselstelle, ausgebildet zwischen dem oberen Scheibenventil 6 und der Sitzfläche 7b′ des Steges 7b, des Drosselungseffektes in der sich radial erstreckenden Nut 20e und der Drosselungswirkung in der Ringdrosselstelle, die zwischen dem zweiten, unteren Scheibenventil 23 und der Sitzfläche des Steges 20d hervorgerufen wird, werden lineare Kennlinien bei der Veränderung der Dämpfungscharakteristik für eine Kolbenauslenkung in bezug auf die Kolbenhubgeschwindigkeit erreicht, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist.

Fig. 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stoßdämpfungseinrichtung mit veränderlicher Dämpfungskraft nach der vorliegenden Erfindung. Das gezeigte, zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorangegangenen ersten Ausführungsbeispiel im Aufbau zur Einrichtung der Fluidverbindung zwischen der Axialkammer C und der Ringnut 7d. Auch sind in dem gesamten Ausführungsbeispiel der obere Anschluß und die zugeordnete, sich radial erstreckende Öffnung weggelassen. Daher werden die Elemente und Anordnungen, die mit dem vorangegangenen, ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, bezeichnet durch die gleichen Bezugszeichen wie beim vorigen Ausführungsbeispiel, nicht im einzelnen noch einmal erläutert, um eine wiederholte Erläuterung zu vermeiden und die Deutlichkeit der Darstellung nicht zu beeinträchtigen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der geneigte Kanal 7j in dem ersten Ausführungsbeispiel durch sich radial erstreckende Nuten 7m und 7n ersetzt. Die radial sich erstreckenden Nuten 7m und 7n sind so aufgebaut und angeordnet, daß durch die Kolbenstange 3 eine Fluidverbindung mit dem Anschluß 3c und 3d eingerichtet ist. Andererseits ist die sich radial erstreckende Drosselstelle 7m in Fluidverbindung mit der inneren Ringnut 7c und die sich radial erstreckende Nut 7n ist in Fluidverbindung mit der äußeren Ringnut 7d.

Bei diesem Aufbau strömt während eines Kolbenausfederungshubes das Hochdruckfluid in der oberen Fluidkammer A über den Spalt 7´ zu dem inneren Axialkanal 7e und anschließend in die innere Ringnut 7c. Das Arbeitsfluid in der Ringnut 7c strömt über die sich radial erstreckende Nut 7m und den Anschluß 3c in die Axialkammer C. Zu diesem Zeitpunkt ist der Fluiddruck in der Axialkammer C höher als der Fluiddruck in der unteren Fluidkammer B. Daher wird die Ventilscheibe 14b in einer Lage fest angedrückt auf dem Ventilsitz 14a gehalten. Daher strömt das Arbeitsfluid in der Axialkammer C über die sich radial erstreckende Öffnung 15c oder 15d und den Anschluß 3d in die sich radial erstreckende Nut 7n. Daher wird der Fluiddruck in die äußere Ringkammer 7d eingeführt.

Durch die vorbeschriebene Wirkungsweise ist der Fluiddruck sowohl in der Innen- als auch der Außennut 7c und 7d wirksam, um eine lineare Veränderung der Dämpfungscharakteristika zu erreichen, wie dies auch bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel der Fall war.

Andererseits strömt während eines Kolbeneinfederungshubes ein Teil des Arbeitsfluides durch den äußeren Axialkanal 7a und die Drosselstelle, die zwischen dem oberen Scheibenventil 6 und der Sitzfläche 7b′ des Steges 7b gebildet wird. Ein anderer Teil des Arbeitsfluides strömt in die Axialkammer C durch Verschieben des Scheibenventils 14b weg von dem Ventilsitz 14a. Das Fluid in der Axialkammer C strömt über die sich radial erstreckende Öffnung 15c oder 15d und den Anschluß 3c in die sich radial erstreckende Nut 7m und anschließend in den inneren Axialkanal 7e über die innere Ringnut 7c. Daher kann eine lineare Veränderung der Dämpfungskennlinien durch die Arbeitsweise des oberen Scheibenventiles 6 und der Bodenventilanordnung 20 erreicht werden, die in ihrem Aufbau identisch mit derjenigen ist, die in dem vorherigen Ausführungsbeispiel erläutert wurde.

Fig. 12 zeigt das dritte und vielleicht beste Ausführungsbeispiel eines Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämpfungskraft. Das gezeigte Ausführungsbeispiel hat Elemente und Anordnungen, die mit dem vorangegangenen, ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen. Die übereinstimmenden Teile werden durch die gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet und werden nicht im einzelnen nochmals erläutert.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel im Aufbau zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen der Axialkammer C und der äußeren Ringnut 7d. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die sich radial erstreckende Nut 7p auf der unteren Oberfläche des Kolbenkörpers 7 ausgebildet. Die sich radial erstreckende Nut 7p stellt eine Fluidverbindung zwischen der äußeren Ringnut 7d und einer sich axial erstreckenden Nut 7r her, die in Fluidverbindung mit einer am oberen Ende offenen Ringnut 7s ist. Die Ringnut 7s ist in Fluidverbindung mit der Axialkammer C.

Andererseits ist die Kolbenstange 3 axial zueinander versetzt mit einem oberen und einem unteren sich radial erstreckenden Anschluß 3b versehen. Beide, der obere und der untere Anschluß 3b sind in Fluidverbindung mit der oberen Fluidkammer A. Die Anschlüsse 3b sind ihrerseits über sich radial erstreckende Öffnungen 15a, 15b und 15c, 15d in Fluidverbindung mit der Axialkammer C, wobei die Öffnung 15a einen Durchmesser aufweist, der sich vom Durchmesser der Öffnung 15b unterscheidet und die Öffnung 15c einen vom Durchmesser der Öffnung 15d unterschiedlichen Durchmesser aufweist. Obwohl diesbezüglich in Fig. 12 alle Öffnungen 15a, 15b und 15c, 15d sich ausgerichtet mit den Anschlüssen 3b befinden, können diese Öffnungen auch ausgerichtet auf oder gegenüber dem Anschluß 3b verschoben sein, um die hierdurch geschaffene Strömungsdrosselung zu verändern.

Bei dem gezeigten Aufbau strömt das Arbeitsfluid aus der oberen Fluidkammer über die Anschlüsse 3b und die radialen Öffnungen 15a oder 15b und 15c oder 15d während eines Kolbenrückkehrhubes in die äußere Ringnut 7d. Der so in die äußere Ringnut 7d eingeführte Fluiddruck wirkt mit dem Fluiddruck zusammen, der über den inneren Axialkanal 7e in die innere Ringnut 7c eingeführt wurde, um so lineare Veränderungskennlinien für die Dämpfungscharakteristika zu schaffen, wie dies auch beim ersten Ausführungsbeispiel erreicht wurde.

Da die Fluidwirkung während des Kolbeneinfederungshubes mit derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmt, werden im wesentlichen die gleichen linearen Veränderungskennlinien und -charakteristika erreicht.

Da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Fluidverbindung zwischen der Axialkammer C und der oberen Fluidkammer über zwei axial versetzt zueinander liegende radiale Öffnungen hergestellt ist, kann in diesem Ausführungsbeispiel jede Öffnung kleiner sein als bei den vorhergegangenen Ausführungsbeispielen. Infolgedessen kann das Drehventilteil 15 kleiner ausgeführt werden, um die Kraft zu vermindern, die erforderlich ist, um dieses rotierend anzutreiben und es in der gewünschten Winkellage zu positionieren. Da die sich radial erstreckende Nut 7p nach dem dritten Ausführungsbeispiel eine axial langgestreckte Nut ist, kann eine Fluidverbindung selbst dann sichergestellt werden, wenn der Kolbenkörper und die Kolbenstange in ihrer Ausrichtung und Anordnung voneinander abweichen bzw. Toleranzen besitzen.

Claims (4)

1. Stoßdämpfungseinrichtung mit veränderlicher Dämpfungscharakteristik, mit:
einem Hohlzylinder (1), der eine Zylinderwand aufweist, die eine Zylinderbohrung begrenzt, in der ein hydraulisches Dämpfungsfluid aufgenommen ist,
einer hohlen Kolbenstange (3),
einem Kolben (7), der fest an der hohlen Kolbenstange (3) befestigt und gleitbar in der Zylinderbohrung gelagert ist, um die Zylinderbohrung in eine erste Kammer (A) und eine zweite Kammer (B) zu unterteilen,
wobei der Kolben (7) eine erste axiale Endfläche, die der ersten Kammer (A) zugewandt ist, und eine zweite axiale Endfläche, die der zweiten Kammer (B) zugewandt ist, aufweist,
einer Einrichtung zur Bildung eines ersten Kanales (7e), der sich durch den Kolben (7) erstreckt und eine Fluidverbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer (A, B) herstellt,
einer Einrichtung zur Bildung eines zweiten Kanales (7j, 3a, 3d, 3c; 7c, 7m, 3c; 7c, 7m, 3c, 7n), der eine Fluidverbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer (A, B) herstellt,
einem Dämpfungsventil, das eine Ventilscheibe (8) an der zweiten axialen Endfläche zur Beschränkung des Öffnungsgrades des ersten Kanales (7e) zu der zweiten Kammer (B) und zur Beschränkung des Öffnungsgrades des zweiten Kanales (7j, 3a, 3d, 3c; 7c, 7m, 7n, 3c) zu der zweiten Kammer (B) aufweist, und
einem einstellbaren Ventilteil (15), das beweglich innerhalb der hohlen Kolbenstange (3) gelagert ist, wobei das einstellbare Ventilteil (15) in Fluidverbindung mit dem zweiten Kanal angeordnet und bewegbar ist, um die Fluidströmung durch den zweiten Kanal zu beschränken,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite axiale Endfläche des Kolbens (7) einen ersten Ringsteg (7h), eine radial außenliegende Nut (7d), die durch den ersten Ringsteg (7h) umgeben wird, eine radial innenliegende Nut (7c) und einen zweiten Steg (7f) aufweist, der radial innenliegend in bezug auf den ersten Ringsteg (7h) angeordnet ist und die radial innenliegende Nut (7c) von der radial außenliegenden Nut (7d) trennt, wobei der erste Kanal (7e) ein Ende besitzt, das sich in die radial innenliegende Nut (7c) öffnet und der zweite Kanal (7j, 3a, 3b, 3c; 7c, 7m, 7n, 3d) ein Ende besitzt, das sich in die radial außenliegende Nut (7d) öffnet und die Ventilscheibe (8) des Dämpfungsventiles gegen den ersten und zweiten Ringsteg (7h, 7f) anlegbar ist.

2. Stoßdämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steg (7f) ein Ringsteg ist, die radial außenliegende Nut (7d) eine Ringnut ist, die zwischen dem ersten und zweiten Ringsteg (7h, 7f) angeordnet ist und die radial innenliegende Nut (7c) eine Ringnut ist, die innerhalb des zweiten Ringsteges (7f) ausgebildet ist.

3. Stoßdämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildung des zweiten Kanales eine erste Radialnut (7m) aufweist, die innerhalb der zweiten axialen Endfläche des Kolbens (7) ausgebildet ist und mit der radial innenliegenden Nut (7c) verbunden ist, und daß eine zweite Radialnut (7n) innerhalb der zweiten axialen Endfläche ausgebildet und mit der radial außenliegenden Nut (7d) verbunden ist, wobei die erste und zweite Radialnut (7m, 7n) Teile des zweiten Kanales sind.

4. Stoßdämpfungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steg (7f) parallele Radialabschnitte aufweist, die die radial innenliegende Nut (7c) von der zweiten Radialnut (7n) trennen.