DE4013054C2 - Schwingungsdämpfer mit hubabhängig variabler Kennlinie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Schwingungsdämpfer mit hubabhängig variabler Kennlinie für eine Fahrzeugradaufhängung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mit dieser variablen Kennlinie wird das Dämpfungsverhalten verbessert.

In der JP-63-2 03 939 A ist ein Schwingungsdämpfer mit variabler Dämpfungskraft ange­ geben, der eine in Abhängigkeit vom Kolbenhub variable Däm­ pfungscharakteristik bzw. Kennlinie hat. Bei der dort beschriebenen Konstruk­ tion ist eine Federscheibe zum Öffnen und Schließen eines Fluid­ strömungskanals vorgesehen, der durch den Kolben geht, um den durch diesen gehenden Fluidstrom zu drosseln und hierdurch ei­ ne Dämpfungskraft zu erzeugen. Eine Schraubenfeder ist der Fe­ derscheibe zugeordnet.

Bei der dort gezeigten Konstruktion wirkt die Schraubenfeder auf die untere Federscheibe derart ein, daß diese mit einer Federkraft während des Einfederns be­ aufschlagt wird. Wie hieraus zu ersehen ist, nimmt die die Fe­ derscheibe durch die Schraubenfeder beaufschlagte Federkraft bei größer werdender Einfederung zu.

Andererseits wirkt die Federkraft als Integralkraft aus der Federscheibe und der Schraubenfeder derart, daß die Feder­ scheibe in Schließrichtung des Fluidströmungskanales nie­ dergedrückt wird, wodurch das Arbeits­ fluid unter zunehmender Dämpfung von einer oberen Fluidkammer zu einer unteren Fluidkam­ mer strömen kann. Daher ist im Übergang zum Ausfederungshub im Anschluß an den Einfederungshub eine Fluidkraft er­ forderlich, die die integrale Federkraft überwindet. Daher kann man in diesem Anfangsbereich des Ausfederungshubes ei­ ne größere Dämpfungskraft erhalten. Nach Maßgabe der Dehnungsabnahme der Schraubenfeder beim Ausfedern nimmt die auf die Federscheibe wirkende Federkraft allmählich ab. Eine sol­ che Änderung der Charakteristik der Dämpfungskraft gewährlei­ stet die Fahrstabilität des Fahrzeuges.

Bei einem solchen üblichen Stoßdämpfer ist die Schrau­ benfeder ständig in Kontakt mit der Federscheibe derart, daß die auf dieselbe ausgeübte Federkraft erst in der Kolbenneutral­ stellung etwa Null wird. Dies bedeutet, daß eine erhöhte Federkraft der Dämpfungsventile selbst bei einer geringfügigen Kolbenschwingung erzeugt wird.

Da die integrale Federkraft aus der Schraubenfeder und der Federscheibe dahingehend wirksam ist, daß die Verformung der Fe­ derscheibe begrenzt wird, kann die Kombination aus der Schrau­ benfeder und der Federscheibe zu einer beträchtlichen Zunahme des Federkoeffizienten führen, wodurch sich der Fahr­ komfort verschlechtert.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeich­ nung. Darin zeigen:

Fig. 1(A), 1(B) und 1(C) eine Reihe von Schnittansich­ ten einer bevorzugten Ausführungsform eines Schwingungsdämpfers mit variabler Dämpfungskraft nach der Erfindung,

Fig. 2(A) und 2(B) Teilschnittansichten der bevorzugten Ausführungsform des Schwingungsdämpfers zur Verdeutli­ chung der Wirkungsweise einer Hilfsschraubenfeder während des Kolbenrückhubs,

Fig. 3(A), 3(B), 3(C) Diagramme zur Verdeutlichung der aktiven Bereiche der Federn, und

Fig. 4(A), 4(B) und 4(C) und 4(D) Diagramme zur Verdeutli­ chung der Dämpfungskraftänderungscharakteristika bzw. Kennlinien bei ver­ schiedenen Hubstellen eines Kolbens bei der bevor­ zugten Ausführungsform des Schwingungsdämpfers nach der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf die Fig. 1(A), 1(B) und 1(C) ist eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform eines Stoßdämpfers aber Schwingungsdämpfers mit einer variablen hubabhängigen Dämpfungs­ kraft bzw. Kennlinie nach der Erfindung in Form einer Unterteilung in drei unterschiedliche Abschnitte verdeutlicht. Die dargestellte bevorzugte Ausführungsform bezieht sich auf einen doppelt wirkenden Stoßdämpfer mit Doppelrohranordnung, welcher ein inneres Zylinderrohr 1, das einen Hohlraum darin bildet, und ein äußeres Zylinderrohr 2 aufweist, das koaxial zu dem in­ neren Zylinderrohr angeordnet ist und dazwischen eine Vor­ ratskammer 8 mit einem Kreisringquerschnitt bildet. Das obe­ re Ende der inneren und äußeren Zylinderrohre 1 und 2 ist mittels eines Verschlußstopfens 1a auf flüssigkeitsdichte Weise verschlossen. Der Verschlußstopfen 1a trägt einen Stoß­ fängerhalter 6, der einen Rückfeder-Stoßfänger 5 hält, der aus Kautschuk, synthetischem Kautschuk oder einem äquivalenten federnd nachgiebigen oder elastischen Material hergestellt ist. Dem Rückfederstoßdämpfer 5 gegenüberliegend ist ein Rück­ federanschlag 4 vorgesehen, der fest an einer Kolbenstange 3 derart angebracht ist, daß der Druckhub der Kolbenstange begrenzt wird, wie dies in Fig. 1(B) gezeigt ist. Ein Dichtring 9 ist ebenfalls zur Herstellung eines flüs­ sigkeitsdichten Abschlusses zwischen dem äußeren Umfang der Kolbenstange 3 vorgesehen.

Eine bodenseitige Ventilanordnung 7 ist passend auf dem unte­ ren Ende des inneren Zylinders 1 vorgesehen, um den Innenraum des inneren Zylinders und die Vorratskammer 8 abzuteilen. Die Vorratskammer 8 umfaßt eine Gaskammer, die mit einem gasför­ migen Arbeitsmedium gefüllt ist, um flüssige Arbeitsmedien zu sammeln, die nachstehend als Arbeitsfluid bezeichnet wer­ den.

Ein Dämpfungskolben 10 ist fest am unteren Ende der Kolbenstange 3 mit Hilfe einer Befestigungsschraube 11 angebracht, um eine Schub­ bewegung zusammen mit der Kolbenstange 3 auszuführen. Der Kol­ ben 10 unterteilt den Innenraum des inneren Zylinderrohrs 1 derart, daß eine obere und eine untere Fluidkammer 1a und 1b gebildet werden, die mit dem Arbeitsfluid gefüllt sind. Der Kolben 10 hat einen Kolbenkörper 12, der im Innern einen Dämpfungskanal oder Fluid­ kanal 13 für einen Fluidstrom von der oberen Fluidkammer 1a zu der unteren Fluidkammer 1b während des Kolbenzughubes bildet, und der einen Dämpfungskanal oder Fluidkanal 14 für einen Fluidstrom von der unteren Fluidkammer 1b zu der oberen Fluidkammer 1a wäh­ rend des Kolbendruckhubs bildet. Der erstgenannte Fluidkanal 13 wird nachstehend als "Zughubkanal" bezeichnet. Der letzt­ genannte Fluidkanal 14 wird nachstehend als "Druckhubkanal" bezeichnet. Eine obere Ventilplatte der Ventilfederscheibe 15 ist den inneren und äußeren, ringförmigen Ausnehmungen 13a und 13b gegenüberliegend vorgesehen, die auf der oberen Fläche des Kolbenkörpers 12 aus­ gebildet sind. Die innere, ringförmige Ausnehmung 13a steht in Fluidverbindung mit der oberen Fluidkammer 1a über eine oder mehrere radiale Durchgänge 13c. Andererseits steht die äußere, ringförmige Ausnehmung 13b in Fluidverbindung mit der oberen endseitigen Öffnung des Zughubkanals 13. Die obere Ventilfederscheibe 15 schließt somit federnd nachgiebig das obere Ende der inneren und äußeren, ringförmigen Ausnehmun­ gen 13a und 13b ab. Eine untere Ventilplatte oder Ventilfederscheibe 16 ist ebenfalls der unteren Fläche des Kolbenkörpers 12 gegenüberliegend vor­ gesehen, um die inneren und äußeren, ringförmigen Ausnehmun­ gen 14a und 14b federnd nachgiebig zu verschließen. Die in­ nere, ringförmige Ausnehmung 14a steht in Verbindung mit der unteren endseitigen Öffnung des Druckhubkanals 14. Anderer­ seits ist die äußere, ringförmige Ausnehmung 14b in Fluidver­ bindung mit der inneren, ringförmigen Ausnehmung 14a über eine oder mehrere radiale Öffnungen 14c.

Die obere Ventilfederscheibe 15 wird von einer federnd nachgiebig verformbaren Blattfeder gebildet, so daß mittels Federein­ griff ein Dichtkontakt mit dem zugeordneten Abschnitt der oberen Fläche des Kolbenkörpers 12 hergestellt wird. Der oberen Ventilfederscheibe 15 ist einer Schraubenfeder 20 zugeordnet, die zwischen einem Federsitz 18 und einem Federhalter 19 der­ art angeordnet ist, daß sie eine Federkraft auf die obere Ventilfederscheibe 15 ausübt. Eine durchmesserkleinere Ventilfederscheibe 17 ist zwischen dem Federsitz 18 und der oberen Ventilfederscheibe 15 zur Vergleichmäßigung der Verteilung der Federkraft angeord­ net. In ähnlicher Weise wird die untere Ventilfederscheibe 16 von einer federnd nachgiebig verformbaren Blattfeder gebildet. Der unteren Ventilfederscheibe 16 ist eine Schraubenfeder 23 zuge­ ordnet, die zwischen einem Federsitz 22 und einem Schrauben­ kopf der Befestigungsschraube 11 angeordnet ist. Eine durch­ messerkleinere Ventilfederscheibe 21 ist zwischen dem Federsitz 22 und der unteren Ventilfederscheibe 16 zur Vergleichmäßigung der Ver­ teilung der Federkraft angeordnet.

Eine obere Hilfsschraubenfeder 27 ist in der oberen Fluidkam­ mer 1a angeordnet. Die obere Hilfsschraubenfeder 27 sitzt auf dem Stoßfängerhalter 6 am oberen Ende 27a und auf einem ring­ förmigen Federsitzteil bzw. Anschlagring 29 auf. Andererseits ist eine untere Hilfsschraubenfeder 28 in der unteren Fluidkammer 1b angeord­ net. Die untere Hilfsschraubenfeder 28 liegt auf einem boden­ seitigen Ventilkörper 7a an dem unteren Ende 28a und auf ei­ nem ringförmigen Federsitzteil bzw. Anschlagring 30 auf. Jeweils das untere En­ de 27b und das obere Ende 28b der oberen und unteren Hilfs­ schraubenfedern 27 und 28 sind an den zugeordneten Anschlagringen 29 und 30 mit Hilfe von Vorsprüngen 29a und 29b festgelegt, die von den Außenumfangsflächen aus ra­ dial weg verlaufen. Die Anschlagringe 29 und 30 sind mit radial verlaufenden Flanschen 29b, 30b versehen, welche Durch­ messer haben, die im wesentlichen mit dem Innendurchmesser des inneren Zylinderrohrs 1 übereinstimmen. Axial verlaufende Ausnehmungen 31 und 32 sind auf der äußeren Umfangsfläche der Flansche der Anschlagringe 29 und 30 aus­ gebildet, um den Widerstand bei einer Axialbewegung so ge­ ring wie möglich zu halten. Die obere Hilfsschraubenfeder 27 und der Anschlagring 29 bilden eine obere Federanordnung, und die untere Hilfsschraubenfeder 28 und der Anschlagring 30 bilden eine untere Federan­ ordnung 26. Wie sich aus der Zeichnung ersehen läßt, sind die Innendurchmesser der Anschlagringe 29 und 30 derart gewählt, daß sie größer als die Außendurchmesser der Federsitze 18 und 22 sind und somit in Kontakt mit dem Ab­ schnitt der oberen und unteren Ventilfederscheiben in der Nähe der äußeren Umfangsflächen kommen.

Wie sich aus der Zeichnung ersehen läßt, sind die Längen der oberen und unteren Hilfsschraubenfedern 27 und 28 derart ge­ wählt, daß die Anschlagringe 29 und 30 in ei­ nem Abstand angeordnet sind, und zwar in einem Anfangsab­ stand x₁ und x₂, wenn der Kolben 10 in der Neutralstellung ist und wenn die Schraubenfedern 27 und 28 vollständig ex­ pandiert sind. Der Abstand x₁ und x₂ stellt die Kolbenhubbe­ reiche dar, in denen keine der oberen und unteren Federan­ ordnungen 25 und 26 aktiv ist, um eine Federkraft zur be­ grenzten Verformung des zugeordneten Endes der oberen und un­ teren Ventilfederscheiben 15 und 16 auszuüben.

Weiterhin ist bei der bevorzugten Ausführungsform ein oberer Federsitz 60 vorgesehen, um das obere Ende der Schraubenfeder 20 aufzunehmen. Auch ist ein unterer Federsitz 62 vorgesehen, um das untere Ende der Schraubenfeder 23 aufzunehmen. Wie sich aus Fig. 1(A) ersehen läßt, beläuft sich der Abstand zwi­ schen den ringförmigen Federsitzteilen 29 und 30 und den zuge­ ordneten Paßflächen 60a und 62a auf jeweils x₁ und x₂. Anderer­ seits sind die Abstände des Umfangsrandabschnittes der oberen und unteren Federsitze 60 und 62 und der zugeordneten Ventil­ federscheiben 15 und 16 jeweils mit x₃ und x₄ angegeben. Die oberen und unteren Hilfsfederanordnungen 25 und 26 sind somit zu Beginn wirksam und beaufschlagen die oberen und unteren Feder­ sitze 60 und 62, wenn der Kolbenhub größer als x₁ wird, wie dies in Fig. 2(A) gezeigt ist. Bei einem weitergehenden Kol­ benhub kommt dann der Federsitz 60 und 62 in Berührung mit der zugeordneten Ventilfederscheibe 15 und 16, wie dies in Fig. 2(B) gezeigt ist.

Bei dieser Auslegungsform kann man eine Änderung der Federkraft, die das Veränderungsverhältnis ändert, zweimal an den zugeordneten Punkten a, b und c, d er­ halten, wie dies in den Fig. 3(A) bis 3(C) gezeigt ist. Durch Änderung der vorstehend angegebenen Federcharakteristika bzw. Kennlinien kann man eine Veränderung der Dämpfungskraft erhalten, wie dies in den Fig. 4(A), 4(B) und 4(C) verdeutlicht ist. Wie sich aus diesen Ausführungen ergibt, kann man bei dieser darge­ stellten Auslegungsform eine beträchtlich große Dämpfungskraft bei dem Druckhub nach dem Zug- oder Druckhub über die vorbestimmte Größe hinaus erhalten.

Nach der Erfindung läßt sich somit eine relativ weiche Fede­ rungscharakteristik in Abhängigkeit von einer im wesentlichen kleinen Schwingungsstärke bereitstellen, und es wird eine aus­ reichende Dämpfungskraft in Abhängigkeit von einer Schwingung über eine vorbestimmte Stärke hinaus erzeugt. Somit werden bei der Erfindung die angegebenen Vorteile und Zielsetzungen erreicht.

Claims (1)

1. Schwingungsdämpfer mit hubabhängiger variabler Kennlinie, mit einem in einem Zylinder beweglichen an einer Kolbenstange gehaltenen Dämpfungskolben mit von vier Scheibenventilen beaufschlagten Dämpfungskanälen, wobei der Dämpfungskolben mit seinen Ventilfederscheiben nach Durchlaufen eines vorgegebenen Weges aus einer neutralen Stellung heraus jeweils mit gegenüber den Endstellungen des Dämpfungskolbens im Zylinder gegen Feder elastisch gehaltenen Anschlagringen in Eingriff kommt, so daß die Ventilfederscheiben dann in ihrer die Dämpfungskanäle öffnenden Verformung eingeschränkt werden,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Ventilfederscheiben (15, 17; 16, 21) in ihrem radial inneren Bereich durch Federn (20; 23) in Schließrichtung der Dämpfungskanäle (13; 14) belastet sind,
   daß die Federn (20; 23) über in Federrichtung verschiebliche Federsitze (60; 62) gegen Anschläge (Federhalter 19, Befestigungsschraube 11) abgestützt sind,
   daß die Federsitze (60; 62) so ausgebildet sind, daß sie nach einem (X₁ bzw. X₂) des Dämpfungskolbens (10) mit dem Anschlagring (29 bzw. 30) in Eingriff kommen, wonach bei weiterer Hubbewegung des Dämpfungskolbens (10) die auf die radial inneren Bereiche der Ventilfederscheiben (15, 17; 16, 21) wirkende Vorspannung erhöht wird,
   und daß sie sich nach einem Federweg (X₃ bzw. X₄) gegen die Ventilfederscheiben (15; 16) in deren radial äußeren Bereich abstützen.