DE3943767C2 - Hydraulischer Stoßdämpfer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen hydraulischen Stoßdämpfer, geeignet zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug-Aufhängungssystem.

Allgemein wird die von einem hydraulischen Stoßdämpfer erzeugte Dämpfungskraft durch eine Druckdifferenz über eine Strömungsdrosselung durch eine Ventilanordnung bestimmt. Hierbei ist die Druckdifferenz in Abhängigkeit von der Größe der Strömungsdrosselung im Bereich der Strömungsdrosselungs-Ventilanordnung und der Größe der Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluides veränderlich. Die Größe bzw. Geschwindigkeit der Arbeitsfluidströmung wird durch die Größe und Geschwindigkeit des Kolbenhubes bestimmt.

Wenn ein Stoßdämpfer verwendet wird, bei dem eine konstante Drosselstelle verwandt wird, verändert sich die Dämpfungskraft mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen proportional dem Quadrat der Kolbenhubgeschwindigkeit ist. Daher neigt die Dämpfungskraft dazu, in einem Bereich verhältnismäßig niedriger Kolbenhubgeschwindigkeit unzureichend zu werden, so daß keine ausreichende Dämpfungskraft für eine erfolgreiche Dämpfung der Relativverlagerung einer Fahrzeugkarosserie und eines Fahrzeugrades zueinander erzeugt wird.

Um dies zu verbessern, ist eine Zweistufen-Scheibenventilanordnung vorgeschlagen worden, um eine Dämpfungskraft durch eine erste Ventilstufe für verhältnismäßig niedrige Kolbenhubgeschwindigkeiten zu erzeugen und eine zweite Dämpfungskraft für höhere Kolbenhubgeschwindigkeiten durch eine zweite Ventilstufe bereitzustellen. Solch eine zweistufige Scheibenventilanordnung ist z. B. in der DE-PS 8 33 574 dargestellt. Bei dem vorgeschlagenen Stoßdämpfer sind die Scheibenventile der ersten und zweiten Stufe in einer Tandemanordnung bzw. hintereinander angeordnet. Das Scheibenventil der ersten Stufe ist im wesentlichen wirksam, um eine Dämpfungskraft in einem Bereich verhältnismäßig niedriger Hubgeschwindigkeit zu erzeugen. Andererseits ist das Scheibenventil der zweiten Stufe im wesentlichen wirksam, um die Dämpfungskraft für einen Bereich höherer Kolbenhubgeschwindigkeiten zu erzeugen. Daher kann durch Kombination der Scheibenventile der ersten und zweiten Stufe eine verbesserte Dämpfungscharakteristik in Abhängigkeit von der Kolbenhubgeschwindigkeit erhalten werden. In der vorerwähnten DE-PS 8 33 574 ändert sich die Dämpfungskraft in einem Maße bzw. mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen proportional dem S^(2/3)-fachen der Kolbenhubgeschwindigkeit S ist.

Andererseits ist es bei der Abstimmung des Kraftfahrzeug-Aufhängungssystem es wünschenswert, einen Stoßdämpfer vorzusehen, dessen Dämpfungscharakteristik linear proportional der Kolbenhubgeschwindigkeit ist, um sowohl Fahrkomfort als auch Antriebsstabilität optimal sicherzustellen. Im Hinblick auf dieses Erfordernis sind die herkömmlich vorgeschlagenen Stoßdämpfer nicht zufriedenstellend.

Aus der DE-AS 21 09 398 ist ein Stoßdämpfer mit Durchflußöffnungen, die in Ringgräben münden bekannt. Die Ringgräben werden von einer gegen den Kolben gedrückten Tellerfeder abgedeckt und sind exzentrisch zur inneren Auflagefläche der Tellerfeder angeordnet.

Aus der DE-GM 16 78 593 ist ein Bodenventil für einen Stoßdäm­ pfer bekannt, das ein mit ständigen Durchgangsöffnungen Verse­ henes Scheibenventil aufweist, welches als Hauptventil wirkt sowie ein Zusatzventil, das den Verbindungskanal von der Druck­ kammer zum Hauptventil abschließt. Ein Abfließen von Dämpfungs­ flüssigkeit aus der Kammer wird bei nicht abgehobener Ventil­ platte des Zusatzventils verhindert.

Aus der DE-OS 29 09 278 ist ein Stoßdämpfer mit einem Scheiben­ ventil bekannt, in dessen obere Scheibe ein Ausschnitt einge­ formt ist, wodurch ein laminarer Fluß von hydraulischer Flüs­ sigkeit ermöglicht wird, selbst wenn das Scheibenventil an seinem Sitz anliegt.

In der DE 39 32 258 A1 ist ein Stoßdämpfer mit einem ersten und zweiten Scheibenventil vorgeschlagen worden, wobei zwischen dem ersten und zweiten Scheibenventil ein Durchlaß mit konstantem Öffnungsdurchmesser ausgebildet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hydraulischen Stoßdämpfer anzugeben, der eine Dämpfungscharakteristik be­ sitzt, welche sowohl für niedrige als auch für hohe Kolbenhub­ geschwindigkeiten zufriedenstellend ist.

Diese Aufgabe wird von einem hydraulischen Stoßdämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung wird noch deutlicher durch die nachfolgende detaillierte Erläuterung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung, welches jedoch die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt, sondern lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis dient. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines bevorzugten Aus­ führungsbeispieles eines Stoßdämpfers nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt des Hauptteiles eines Kolbens, der in dem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel des Stoßdämpfers nach Fig. 1 verwendet wird, wobei diese Darstellung in Fig. 1 als Einzelheit A bezeichnet und eingekreist ist,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Dämpfungscharakteristik des modifizierten Ausführungsbeispieles des Stoßdämpfers im Vergleich mit der Dämpfungs­ charakteristik eines herkömmlichen Stoßdämp­ fers zeigt.

Bezug nehmend nunmehr auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, ist in diesen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Stoßdämpfers nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, der eine Anordnung mit Doppelwirkung bildet bzw. in zwei Richtungen wirksam ist, mit einem Innen- und einem Außenzylinder 1 und 6. Das obere Ende des Innenzylinders 1 ist durch ein Führungsteil 2 und eine Dichtung 3 verschlossen. Am anderen Ende ist eine Bodengruppe 4 vorgesehen. Daher bildet der Innenzylinder 1 einen geschlossenen Innenraum, gefüllt mit einem Arbeitsfluid. Ein Kolben 5 ist innerhalb des umschlossenen Raumes des Innenzylinders 1 für eine Druckbewegung in diesem angeordnet und unterteilt den umschlossenen Innenraum in eine obere und eine untere Fluidkammer 1a und 1b. Andererseits ist eine ringförmige Vorratskammer 7 mit einem Arbeitsfluid und einem Arbeitsgas gefüllt.

Der Kolben 5 ist am unteren Ende einer Kolbenstange 8 zur Druckbewegung mit dieser befestigt. Der Kolben 5 umfaßt einen Halter 5a, eine Ventilplatte 5b, einen Kolbenkörper 5c, ein erstes Scheibenventil 5d, eine Scheibe 5e, eine Anschlagplatte 5f, ein zweites Scheibenventil 5g, eine Scheibe 5h, einen Kragen 5j einen Federsitz 5k und eine Unterstützungsfeder 5m. Diese Elemente sind auf dem Abschnitt 3b der Kolbenstange 8 von kleinerem Durchmesser zusammen aufgenommen und fest an dem unteren Ende durch eine Befestigungsmutter 5n befestigt, die in Eingriff ist mit einem Gewindeabschnitt 8a des einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 8b der Kolbenstange 8.

Der Kolbenkörper 5c besitzt eine Durchgangsöffnung 502, die in der Nähe seines Außenumfanges ausgerichtet ist. Die Durchgangsöffnung 502 wird nachfolgend als "äußere Axialöffnung" bezeichnet. Der Kolbenkörper 5c besitzt ebenfalls eine Durchgangsöffnung 503, die an einer Stelle nahe einer Mittelöffnung 501 orientiert ist, wobei diese Mittelöffnung 501 den Abschnitt 8b von kleinerem Durchmesser der Kolbenstange 8 aufnimmt. Die Öffnung 503 wird nachfolgend als "innere Axialöffnung" bezeichnet. Das obere Ende der äußeren Axialöffnung 502 ist durch die Ventilplatte 5b verschließbar, so daß dieses obere Ende auch geöffnet werden kann. Die Halte- oder Einwegventilplatte 5b blockiert die Fluidströmung von der oberen Fluidkammer 1a zu der unteren Fluidkammer 1b. Andererseits arbeitet die Einwegventilplatte 5b in Abhängigkeit von dem Fluidstrom in der unteren Fluidkammer 1b, um eine Fluidströmung durch einen Spalt zu ermöglichen, der durch eine Verformung der Ventilplatte 5b gebildet wird, so daß eine Fluidströmung von der unteren Fluidkammer 1b zu der oberen Fluidkammer 1a möglich ist.

Die Bodengruppe 4 weist eine äußere und innere Axialöffnung 402 und 403 auf, die durch einen Körper 4f des Einsatzes hindurch ausgebildet sind. Die Ventilanordnung umfaßt auch eine Scheibe 4b, ein zweites Scheibenventil 4c, eine Scheibe 4d, ein erstes Scheibenventil 4e, eine Arretierungs- bzw. Einwegventilplatte 4g, eine Ventilfeder 4h und einen Kragen. Diese Bestandteile sind auf dem Einsatzkörper 4f aufgenommen und durch eine Befestigungsschraube 4a, mit der eine Befestigungsmutter 4k in Eingriff ist, befestigt. Das obere Ende der äußeren Axialöffnung 402 ist betätigbar durch die Ventilplatte 4g verschlossen, indem diese auf Sitzflächen aufsitzt, die auf der Oberseite des Einsatzes gebildet sind. Die Einwegventilplatte 4g kann jedoch die Axialöffnung 402 in einer Richtung freigeben. Daher ist die Fluidströmung von der unteren Fluidkammer 1b zu der Vorratskammer 7 blockiert und die Fluidströmung in der entgegengesetzten Richtung möglich.

Die Arbeitsweise des gezeigten Stoßdämpfers wird nachfolgend in bezug jeweils auf einen Abwärtshub und einen Rückkehr- oder Ausfederungshub erläutert.

In dem Kolbenaufwärtsbewegungs- oder -Ausfederungshub bewegt sich der Kolben 5 relativ zu dem Innenzylinder 1 nach oben, um das Volumen der oberen Fluidkammer 1a zusammenzudrücken und das Volumen der unteren Fluidkammer b zu vergrößern bzw. zu erweitern.

Durch die Veränderung der Volumina wird eine Fluiddruckdifferenz erzeugt so daß der Fluiddruck in der oberen Fluidkammer 1a höher wird als in der unteren Fluidkammer 1b. Daher wird eine Fluidströmung von der oberen Fluidkammer 1a zu der unteren Fluidkammer 1b erzeugt. Außerdem wird wegen der Verminderung des Fluiddruckes in der unteren Fluidkammer 1b der Fluiddruck in der Vorratskammer 7 höher als in der unteren Fluidkammer 1b, um eine Fluidströmung durch die Bodenventilanordnung 4 zu veranlassen. Daher strömt Arbeitsfluid aus der oberen Fluidkammer 1a und der Vorratskammer 7 in die untere Fluidkammer 1b, bis der Druckausgleich zwischen der oberen und unteren Fluidkammer 1a, 1b und der Vorratskammer 7 hergestellt ist.

Während des Kolbenabwärts- oder -Einfederungshubes strömt das Arbeitsfluid in der oberen Fluidkammer 1a in die innere Axialöffnung 503. Entgegen der Fluidströmung sind das erste und zweite Scheibenventil 5d und 5g wirksam, um eine Strömungsbegrenzung zu bilden und so eine Dämpfungskraft zu erzeugen.

Andererseits findet während des Kolbeneinfederungshubes der Kolbenhub unter Kompression der unteren Fluidkammer 1b statt, um eine Fluiddruckdifferenz zwischen der oberen und unteren Fluidkammer 1a, 1b und zwischen der unteren Fluidkammer 1b und der Vorratskammer 7 zu erzeugen. Im Ergebnis dessen wird eine Fluidströmung in Richtung der oberen Fluidkammer 1a und in Richtung der Fluidreservoirkammer 7 von der unteren Fluidkammer 1b erzeugt. Dann werden die Scheibenventile 4f und 4c der ersten und zweiten Stufe wirksam, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, die sich entsprechend einer im wesentlichen linearen Kennlinie ändert.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des Stoßdämpfers nach der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, dient das zweite Scheibenventil 5g als Anschlag zur Begrenzung der Größe der Verformung des ersten Scheibenventiles 5d.

Um den Verformungshub H₁′ des ersten Scheibenventiles 5d einzustellen, wird der Anschlagpunkt 512 zwischen der Sitzfläche 506 und dem zweiten Scheibenventil 5g nach oben um eine Größe H₂′ verlagert. Durch diesen Aufbau wird im Bereich eines mittleren Kolbenhubes bzw. mittlere Kolbenhubgeschwindigkeit, in dem das erste Scheibenventil 5d in einer vollständig offenen Stellung gehalten ist und das zweite Scheibenventil 5g noch in einer geschlossenen Stellung gehalten ist, ein größeres Maß bzw. eine größere Geschwindigkeit der Veränderung der Dämpfungskraft in Abhängigkeit von der Kolbenhubgeschwindigkeit erhalten. Andererseits kann nach dem Beginn der Verformung des zweiten Ventiles 5g das erste Scheibenventil 5d sich wieder verformen, um die Wachstumsrate der Dämpfungskraft zu vermindern. Da gleichzeitig das zweite Scheibenventil 5g verformt wird, wird die Dämpfungscharakteristik des zweiten Scheibenventiles 5g proportional dem S^(2/3)-fachen der Größe der Kolbenhubgeschwindigkeit S. Im Ergebnis wird im Bereich hoher Kolbenhubgeschwindigkeiten die Veränderungsgröße bzw. Veränderungsgeschwindigkeit der Dämpfungskraft relativ zur Kolbenhubgeschwindigkeit kleiner.

Daher kann die Dämpfungskennlinie erhalten werden, die in Fig. 3 durch eine Vollinie dargestellt ist. In Fig. 3 wird die Dämpfungskennlinie, die durch den erfindungsgemäßen Stoßdämpfer erhalten wird, mit den Kennlinien verglichen, die durch unterbrochene Linien (1) und (2) gezeigt sind. Die unterbrochene Linie (1) zeigt die Dämpfungskennlinie des herkömmlichen Scheibenventiles, das in seiner Verformungsweise nicht beschränkt ist. Andererseits zeigt die unterbrochene Linie (2) ein Beispiel einer Dämpfungskennlinie, die durch Einstellen des Strömungsquerschnittes der Axialöffnung erhalten wird. Obwohl in solch einem Fall die größere Veränderungsgeschwindigkeit der Dämpfungskraft im Bereich mittlerer Kolbenhubgeschwindigkeit erreicht werden kann, wird es möglich, eine kleinere Veränderungsgröße der Dämpfungskraft vorzusehen. Daher kann eine verbesserte Dämpfungskennlinie in Abhängigkeit von der Kolbenhubgeschwindigkeit in dem Stoßdämpfer erhalten werden.

Claims (1)

1. Hydraulischer Stoßdämpfer mit einem äußeren Zylinder (6) und einem inneren Zylinder (1), wobei das obere Ende des inneren Zylinders (1) von einem Führungsteil (2) und einer Dichtung (3) und das untere Ende von einer Bodengruppe (4) verschlossen ist, weiterhin mit einem Kolben (5), der eine im Innenraum des inneren Zylinders (1) angeordnete Kolbenstange (8) aufweist und den mit einem Arbeitsfluid gefüllten Innenraum des Zylinders (1) in eine obere Fluidkammer (1a) und eine untere Fluidkammer (1b) unterteilt, wobei der äußere und innere Zylinder (6,1) eine Vorratskammer (7) zwischen sich ausbilden, die mit dem Arbeitsfluid und einem Gas gefüllt ist,
   wobei die Dichtung (3) ein Dichtelement mit einem zylindrischen Teil aufweist, welches an dem äußeren Umfang der Kolbenstange (8) an liegt wobei in dem Führungsteil (2) eine mittige Öffnung ausgebildet ist, in der die Kolbenstange (8) geführt ist und eine Führungsbuchse entlang dem inneren Umfang der mittigen Öffnung angeordnet ist, die sich in dichtender Anlage mit dem äußeren Umfang der Kolbenstange (8) befindet,
   wobei der Kolben (5) einen Kolbenkörper (5c) besitzt mit einer Durchgangsbohrung (503), deren oberes Ende mit der oberen Fluidkammer (1a) in Verbindung steht und deren unteres Ende von einer Scheibenventilbaugruppe verschließbar ist, die ein erstes und zweites Scheibenventil (5d bzw. 5g) umfaßt,
   wobei das erste Scheibenventil (5d) eine niedrigere Federkonstante als das zweite Scheibenventil (5g) aufweist, und wobei das erste Scheibenventil (5d) im unbelasteten Zustand dicht an einer das untere Ende der Durchgangsbohrung (503) umgebenden ersten Sitzfläche (504, 505) anliegt, um das untere Ende der Durchgangsbohrung (503) zu verschließen und das im belasteten Zustand unter Verformung offenbar ist,
   wobei ferner das zweite Scheibenventil (5g) ausgehend von der Durchgangsbohrung (503) nach dem ersten Scheibenventil (5d) angeordnet ist und an einer radial inneren Sitzfläche an einer Scheibe (5e) dicht gehalten ist sowie im unbelasteten Zustand an einem Anschlagpunkt (512) einer radial äußeren Ringsitzfläche (506) anliegt,
   wobei die innere Sitzfläche und die äußere Ringsitzfläche (506) das untere Ende der Durchgangsbohrung (503) umgeben und wenigstens einen Durchlaß (508) mit konstantem Öffnungsdurchmesser in der Ringsitzfläche (506) ausgebildet ist,
   wobei der Anschlagpunkt (512) der Ringsitzfläche (506) in einem vorbestimmten axialen Abstand (H₂′) von der inneren Sitzfläche an der Scheibe (5e) in Richtung auf das erste Scheibenventil (5d) angeordnet, wodurch das zweite Scheibenventil (5g) eine Verformung zum ersten Scheibenventil (5d) hin aufweist und wobei das zweite Scheibenventil (5g) einen Anschlag zur Begrenzung der Verformung des ersten Scheibenventils (5d) bildet.