Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Stoßdämpfer mit
variabler Dämpfungskraft
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher gattungsbildender Stoßdämpfer ist beispielsweise aus der
DE-OS 17 80 003 bekannt.
Ein typischer Aufbau eines Stoßdämpfers mit variabler
Dämpfungskraft ist aus JP 63-114 01-(Y2) bekannt. Der offen
barte Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft besitzt
eine untere Fluidkammer, die mit einer zwischen einem in
neren und einem äußeren Zylinderrohr definierten, ring
förmigen Vorratskammer verbunden ist. Die Fluidverbindung
zwischen der unteren Fluidkammer und der Vorratskammer
wird mittels einer Fluiddruckleitung und einer Druckne
benleitung hergestellt. In der Fluiddruckleitung ist ein
Dämpfungsventil vorgesehen, während in der Nebendrucklei
tung eine veränderbare Öffnung vorgesehen ist. Der verän
derbaren Öffnung ist eine Ventilspindel zugeordnet, mit
der die Fluidströmungs-Querschnittsfläche der veränderba
ren Öffnung mittels ihrer relativen Position eingestellt
wird.
In einem solchen Aufbau wirken das Dämpfungsventil und
die veränderbare Öffnung während des Kolbenkompressions-
oder Kolbenanprallhubes, um die Fluidströmung durch die
Fluiddruckleitung und die Nebendruckleitung von der unte
ren Fluidkammer zur Vorratskammer zu begrenzen, wobei sie
eine Dämpfungskraft erzeugen, die eine relative Verschie
bung zwischen der eine gefederte Masse darstellenden
Fahrzeugkarosserie und einem die ungefederte Masse dar
stellenden, mit einem Fahrzeugrad gekoppelten Radaufhän
gungselement wie etwa einem Aufhängungslenker, einem Auf
hängungsgelenk usw. unterdrücken. Wenn eine Schwingung
durch eine Bewegung der Fahrzeugkarosserie hervorgerufen
wird, etwa durch die Neigung, das Rollen derselben usw.,
ist die Schwingungsfrequenz relativ niedrig. Eine derar
tige durch die Fahrzeugbewegung hervorgerufene Schwin
gungsart wird im folgenden mit Schwingungsart mit niedri
ger Frequenz" oder mit "Niederfrequenz-Schwingungsart"
bezeichnet. In dem genannten, herkömmlichen Stoßdämpfer
spricht die Ventilspindel der veränderbaren Öffnung auf
eine derartige Schwingungsart mit niedriger Frequenz an,
um die Fluidströmung durch die veränderbare Öffnung zu
unterbrechen oder zu blockieren. Dies hat zur Folge, daß
eine Fluidverbindung nur über die Fluiddruckleitung her
gestellt wird. Daher wird mittels der Dämpfungskraft we
gen der hohen Strömungsbegrenzungsrate eine hohe Dämp
fungskraft erzeugt. In einem solchen Fall kann der Stoß
dämpfer deshalb in einem HARTEN Modus arbeiten.
Wenn die Schwingung andererseits durch eine Schwingungs
energie hervorgerufen wird, die vom Fahrzeugrad aufgrund
der Welligkeit oder Unebenheit der Fahrbahnoberfläche
übertragen wird, ist die Schwingungsfrequenz relativ
hoch. Eine solche Schwingungsart wird im folgenden mit
"Schwingungsart mit hoher Frequenz" oder mit
"Hochfrequenz-Schwingungsart" bezeichnet. In einem sol
chen Fall wird die Ventilspindel in der Nebendruckleitung
so angeordnet, daß eine Fluidverbindung durch diese her
gestellt wird. Daher kann das Fluid von der unteren
Fluidkammer zur Vorratskammer sowohl über die Fluiddruck
leitung als auch über die Drucknebenleitung strömen. Dies
hat zur Folge, daß die Fluidströmungsmenge auf die Fluid
druckleitung und die Drucknebenleitung aufgeteilt wird,
so daß eine kleinere Dämpfungskraft für die hydrodynami
sche Absorption der Schwingungsenergie erzeugt wird. In
diesem Fall arbeitet der Stoßdämpfer deshalb in einem
WEICHEN Modus.
Bei der veränderbaren Öffnung bleibt jedoch die Fluid
strömungs-Querschnittsfläche in der geöffneten Position
konstant. Es ist bekannt, daß dadurch die zu erzeugende
Dämpfungskraft proportional zum Quadrat der Hubgeschwin
digkeit des Kolbens im Stoßdämpfer wird. Deshalb besteht
die Neigung, daß die Dämpfungskraft in einem Bereich ver
hältnismäßig geringer Kolbengeschwindigkeit zu klein
wird, um eine ausreichende Stabilität des Fahrzeugs zu
erzielen. Selbstverständlich ist es möglich, bei der ver
änderbaren Öffnung eine ausreichende Dämpfungskraft zu
erhalten, indem die Fluidströmungs-Querschnittsfläche der
Öffnung so klein eingestellt wird, daß eine höhere Dämp
fungskraft geschaffen wird. In einem solchen Fall wird
die Dämpfungskraft jedoch in einem Bereich verhältnismä
ßig hoher Kolbengeschwindigkeit unannehmbar hoch. Daher
ist es schwierig, im Bereich verhältnismäßig niedriger
Kolbengeschwindigkeit eine hohe Dämpfungskraft zu erzie
len, wenn gleichzeitig im Bereich verhältnismäßig hoher
Kolbengeschwindigkeit eine übermäßige Dämpfungskraft ver
mieden werden soll.
Wenn andererseits die veränderbare Öffnung geschlossen
wird, wird eine Dämpfungskraft nur durch das Dämpfungs
ventil erzeugt, das einen elastisch verformbaren Ventil
teller umfaßt, der in der Normalposition auf einem Ven
tilsitz aufsitzt und so verformt wird, daß er vom Ventil
sitz weggeschoben wird, um so für die Ermöglichung einer
Fluidströmung eine Öffnung mit veränderbarem Leitungs
querschnitt auszubilden. In einem solchen Fall ist die
durch das Dämpfungsventil zu erzeugende Dämpfungskraft
proportional zur 2/3-ten Potenz der Kolbenhubgeschwindig
keit. Deshalb ist im Bereich verhältnismäßig niedriger
Kolbengeschwindigkeit die Dämpfungskraft-Veränderungsrate
verhältnismäßig hoch, so daß eine übermäßige Dämpfungs
kraft hervorgerufen wird.
Aus dem oben erwähnten Sachverhalt wird ersichtlich, daß
es zur Optimierung der Leistungsfähigkeit eines Fahrzeug-
Radaufhängungssystems wünschenswert ist, eine lineare
Veränderungscharakteristik der Dämpfungskraft in bezug
auf die Kolbenhubgeschwindigkeit zu schaffen. Es ist ins
besondere wünschenswert, eine Dämpfungskraft zu schaffen,
die im wesentlichen im unteren Kolbenhubgeschwindigkeits
bereich, etwa in einem Bereich kleiner oder gleich 0,1
m/s, eine lineare Veränderungscharakteristik aufweist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Stoßdämpfer mit veränderlicher Dämpfungskraft zu
schaffen, mit dem eine lineare Veränderung der Dämpfungs
kraft und somit eine gute Radaufhängungseigenschaft im
gesamten Geschwindigkeitsbereich des Stoßdämpferkolbens
erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird von einem Stoßdämpfer
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand
mehrerer Unteransprüche.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Aus
führungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen,
welche zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt einer ersten Ausführungsform ei
nes erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit variabler
Dämpfungskraft;
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt eines Kolbenven
tils der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungs
form des Stoßdämpfers mit variabler Dämpfungs
kraft, wobei der Ausschnitt in Fig. 1 durch einen
Kreis P gekennzeichnet ist;
Fig. 3 den Querschnitt eines unteren Ventils, wie es in
der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform
des Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämpfungs
kraft verwendet wird;
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt des unteren Ven
tils der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungs
form des Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämp
fungskraft, wobei der vergrößerte Bereich in Fig.
3 durch einen Kreis S gekennzeichnet ist;
Fig. 5 den Querschnitt einer zweiten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit veränderlicher
Dämpfungskraft;
Fig. 6 eine auseinandergezogene, perspektivische Dar
stellung einer Kolbenventilvorrichtung, wie sie
in der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungs
form des Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämp
fungskraft verwendet wird;
Fig. 7 den Querschnitt einer unteren Ventilvorrichtung,
die sowohl in der ersten als auch in der zweiten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßdämp
fers mit veränderlicher Dämpfungskraft verwendet
werden kann;
Fig. 8 die Draufsicht eines Rückschlagventils, das in
der in Fig. 7 gezeigten unteren Ventilvorrichtung
verwendet wird; und
Fig. 9 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht
des in Fig. 8 gezeigten Rückschlagventils.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 1 eine bevorzugte Ausfüh
rungsform des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit verän
derlicher Dämpfungskraft beschrieben. Dieser Stoßdämpfer
umfaßt ein Zylinderrohr 1 und eine im Innenraum des Zy
linderrohrs 1 angeordnete Kolbenvorrichtung 2 für die
Schubbewegung. Die Kolbenvorrichtung 2 bildet einen Ven
tilkörper für die Erzeugung einer Dämpfungskraft. Sie un
terteilt den Innenraum des Zylinderrohrs 1 in eine obere
Fluidkammer A und eine untere Fluidkammer B. Sowohl die
obere Fluidkammer A als auch die untere Fluidkammer B
sind mit einem Arbeitsfluid gefüllt. Die Kolbenvorrich
tung 2 ist an dem einen kleineren Durchmesser aufweisen
den Endbereich 3a einer Kolbenstange 3 starr befestigt.
Die Kolbenstange 3 ist mit einer in axialer Richtung sich
erstreckenden Bohrung 3b versehen, die sich zum unteren
Ende der Kolbenstange 3 hin öffnet. Die in axialer Rich
tung sich erstreckende Bohrung 3b steht mit in radialer
Richtung sich erstreckenden Kanälen 3c in Verbindung, de
ren äußere Öffnungen sich zur oberen Fluidkammer A hin
öffnen.
Die Kolbenvorrichtung 2 umfaßt einen Halter 4a, eine
Scheibe 5a, ein Kompressionsdämpfungsventil 6, das wäh
rend des Kolbenkompressions- oder Kolbenanprallhubes
wirkt, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, einen Kolben
körper 2A, ein erstes Expansionsventil 7, das während des
Kolbenexpansions- oder Kolbenrückprallhubes wirkt, um
eine hohe Dämpfungskraft zu erzeugen, eine Scheibe 5b,
einen Halter 4b, ein zweites Expansionsventil 8, das
ebenfalls während des Kolbenexpansionshubes arbeitet, um
eine hohe Dämpfungskraft zu erzeugen, eine Scheibe 5c,
ein Federsitzelement 9, eine Einstellfeder 10 und eine
Schraubenmutter 11. Die Bauteile werden an dem einen
kleineren Durchmesser aufweisenden Endbereich 3a der Kol
benstange 3 angeordnet und mittels der Schraubenmutter
11, die sich mit dem mit einem Gewinde versehenen Ende
der Kolbenstange 3 in einer Schraubverbindung befindet,
befestigt.
Der Kolbenkörper 2A ist mit einem inneren und einem äuße
ren ringförmigen Kanal 2a bzw. 2b versehen, die an der an
die obere Fluidkammer A angrenzenden Oberseite konzen
trisch ausgebildet sind. Der innere ringförmige Kanal 2a
und der äußere ringförmige Kanal 2b stehen mit der unte
ren Fluidkammer B über eine Mehrzahl von in axialer Rich
tung sich erstreckenden Verbindungskanälen 2c bzw. 2d in
Verbindung. Die in axialer Richtung sich erstreckenden
Verbindungsleitungen 2c sind in bezug auf die Mittelachse
der Kolbenstange 3 in radialer Richtung versetzt ausge
bildet und öffnen sich in den inneren ringförmigen Kanal
2a. Die in axialer Richtung sich erstreckenden Verbin
dungsleitungen 2c sind so konstruiert, daß sie eine
Fluidströmung von der oberen Fluidkammer A zur unteren
Fluidkammer B ermöglichen. Daher werden diese axial sich
erstreckenden Verbindungsleitungen 2c im folgenden mit
"Expansionshub-Fluidleitungen" bezeichnet. Analog sind
die in axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungs
leitungen 2d in radialer Richtung außerhalb der Expansi
onsleitungen angeordnet und öffnen sich in den äußeren
ringförmigen Kanal 2b. Diese axial sich erstreckenden
Verbindungsleitungen 2d sind so konstruiert, daß sie wäh
rend des Kolbenkompressions- oder Kolbenanprallhubes eine
Fluidströmung von der unteren Fluidkammer B zur oberen
Fluidkammer A ermöglichen. Daher werden die Leitungen 2b
im folgenden mit "Kompressionshub-Fluidleitungen" be
zeichnet. Der innere Kanal 2a und der äußere Kanal 2b
werden durch das im wesentlichen scheibenförmige Kom
pressionsdämpfungsventil 6 verschlossen. Das Kompressi
onsdämpfungsventil 6 ist mit einer oder mehreren Öffnun
gen 6a, die sich an dem inneren ringförmigen Kanal 2a
entsprechenden radialen Positionen befinden, versehen, um
so eine Fluidströmung zu ermöglichen. Daher schließt das
Kompressionsdämpfungsventil 6 den äußeren ringförmigen
Kanal 2b. Das Kompressionsdämpfungsventil 6 sitzt ela
stisch auf einem Ventilsitzboden, der sich entlang der in
radial er Richtung äußeren Kante des äußeren ringförmigen
Kanals 2b erstreckt. Daher bilden das Kompressionsdämp
fungsventil 6 und der zugehörige Ventilsitzboden eine
Öffnung mit veränderlichem Leitungsquerschnitt, der sich
in Abhängigkeit von der elastischen Verformung des Kom
pressionsdämpfungsventils 6, die wiederum vom Druckunter
schied zwischen der unteren Fluidkammer B und der oberen
Fluidkammer A abhängt, verändert.
Andererseits öffnen sich die Expansionshub-Fluidleitungen
2c in einen inneren, ringförmigen Kanal 2e, der an der in
axialer Richtung unteren Seite des Kolbenkörpers 2A aus
gebildet ist.
Wie besser aus Fig. 2 ersichtlich, ist entlang der äuße
ren Umfangskante des inneren ringförmigen Kanals 2e ein
ringförmiger Ventilsitzboden 2f ausgebildet. Das erste
Expansionsdämpfungsventil 7 sitzt auf dem ringförmigen
Ventilsitzboden 2f, um den inneren ringförmigen Kanal 2e
reversibel zu schließen. In radialer Richtung außerhalb
des Ventilsitzbodens 2f ist ein äußerer ringförmiger Ka
nal 2g ausgebildet. Dieser ringförmige Kanal 2g wird von
einem ringförmigen Ventilsitzboden 2h umgeben. Der Ven
tilsitzboden 2h besitzt eine Ventilsitzfläche, die in be
zug auf die Ventilsitze des Ventilsitzbodens 2f in axi
aler Richtung versetzt ist. Das zweite Expansionsdämp
fungsventil 8 sitzt auf dem Ventilsitzboden 2h, um den
äußeren ringförmigen Kanal 2g reversibel zu schließen.
Der Ventilsitzboden 2h ist mit einer oder mehreren radia
len Öffnungen versehen, die eine minimale Fluidströmungs-
Querschnittsfläche definieren, während das Expansionsven
til 8 auf der Ventilsitzfläche des Ventilsitzbodens 2h
aufsitzt. Wenn daher das zweite Expansionsventil 8 voll
ständig geschlossen ist, kann dennoch ein Arbeitsfluid
mit minimaler Strömungsrate von der oberen Fluidkammer A
zur unteren Fluidkammer B strömen. Das Federsitzelement 9
ist so angeordnet, daß es die Unterseite des zweiten Ex
pansionsdämpfungsventils 8 berührt, um auf die Einstell
feder 10 eine vorgegebene Kraft auszuüben. Die Schrauben
mutter 11 ist mit einer axialen Bohrung 11a ausgebildet,
die mit der axialen Bohrung 3b der Kolbenstange ausge
richtet und mit dieser in fluidaler Verbindung steht. Die
Öffnung des unteren Endes der axialen Öffnung 11a der
Schraubenmutter 11 ist mittels einer Rückschlag- und
Spindelventilvorrichtung verschlossen. Die Rückschlag-
und Spindelventilvorrichtung besitzt ein im wesentlichen
zylindrisches Gehäuse 14, dessen oberes Ende so konstru
iert ist, daß es mit dem axialen unteren Ende der Schrau
benmutter 11 eine Schraubverbindung eingehen kann.
Das zylindrische Gehäuse 14 besitzt in der Nähe seines
unteren Endes einen kleineren Durchmesser und definiert
an der Schnittstelle zu einem Bereich mit größerem Durch
messer eine Halterschulter 14a. Im Innenraum des zylin
drischen Gehäuses 14 werden eine Rückschlagventilvorrich
tung 12 und eine Spindelventilvorrichtung 13 gehalten.
Die Halterschulter 14a begrenzt die axiale Bewegung der
Rückschlagventilvorrichtung 12 und der Spindelventilvor
richtung 13.
Die Rückschlagventilvorrichtung 12 besitzt einen Rück
schlagventilkörper 12A, der mit einem ringförmigem Boden
12a versehen ist, auf dem eine elastisch verformbare
Sperrplatte 12b aufsitzt. Die Sperrplatte 12b ist mit ei
ner Mehrzahl von axialen Durchgangsbohrungen 12c verse
hen, die in bezug auf die Ventilsitzfläche des ringförmi
gen Bodens 12a in radialer Richtung nach außen versetzt
sind. Ferner ist die Sperrplatte 12b mit einer axialen
und im wesentlichen mittigen Öffnung 12d versehen. Die
axiale Öffnung 12d stellt eine fluidale Verbindung zwi
schen der axialen Öffnung 11a der Schraubenmutter 11 und
einem Mittelkanal 12h, der in der Oberseite des Rück
schlagventils ausgebildet ist, her. Andererseits stellen
die Durchgangsbohrungen 12c eine fluidale Verbindung zwi
schen der axialen Öffnung 11a, der Schraubenmutter 11 und
einem ringförmigen Kanal 12i, der in der Oberseite des
Rückschlagventils ausgebildet ist und den Mittelkanal 12h
umgeben, her. Der ringförmige Kanal 12i steht mit dem
Mittelkanal 12h über eine oder mehrere Öffnungen 12e in
einer fluidalen Verbindung. Ferner steht der Mittelkanal
12h mit einer axialen Öffnung 12g in Verbindung.
Die Ventilspindelvorrichtung 13 besitzt einen Spindelkör
per 13A, der eine axiale Öffnung 13a definiert. Die
axiale Öffnung 13a ist zum oberen Ende des Spindelkörpers
13A hin geöffnet. An der äußeren Umfangsfläche des Spin
delkörpers 13A sind ein oberer ringförmiger Kanal 13b und
ein unterer ringförmiger Kanal 13c ausgebildet. Diese
ringförmigen Kanäle 13b und 13c stehen mit der axialen
Öffnung 13a über radiale Öffnungen 13d und 13e in
fluidaler Verbindung. Der obere ringförmige Kanal 13b
steht mit der axialen Öffnung 11a über einen radialen Ka
nal 11b, der am unteren Ende der Schraubenmutter 11 aus
gebildet ist, und über einen axialen Kanal 12f, der an
der äußeren Umfangsfläche des Rückschlagventilkörpers 12A
ausgebildet ist, in fluidaler Verbindung. Andererseits
steht der untere ringförmige Kanal 13c mit einem ringför
migen Kanal 13f, der an der Unterseite des Spindelkörpers
13A ausgebildet ist, über axiale Leitungen 13h in
fluidaler Verbindung. Der ringförmige Kanal 13f wird mit
tels eines dritten Expansionsdämpfungsventils 16 ver
schlossen, das mit geringerer Steifigkeit als die ersten
und zweiten Expansionsdämpfungsventile 7 bzw. 8 versehen
und daher als Niederdämpfungsventil ausgebildet ist, um
während des Kolbenexpansionshubes eine geringere Dämp
fungskraft zu erzeugen. Das dritte Expansionsventil 16
sitzt auf einem ringförmigen Ventilsitzboden 13g auf.
In der axialen Öffnung 13a des Spindelkörpers 13A ist
eine Ventilspindel 19 in axialer Richtung beweglich ange
ordnet. Die Ventilspindel 19 ist mit einer im wesentli
chen zylindrischen Form ausgebildet und definiert eine am
oberen Ende verschlossene axiale Bohrung 19b. An der äu
ßeren Umfangsfläche der Ventilspindel 19 ist ein ringför
miger Kanal 19a ausgebildet. Die Breite des ringförmigen
Kanals 19a in axialer Richtung wird so gewählt, daß zwi
schen den radialen Öffnungen 13d und 13e eine fluidale
Verbindung hergestellt wird, wenn sich die Ventilspindel
19 in ihrer oberen Position befindet. Wie aus Fig. 1 er
sichtlich ist, sind die beiden radialen Öffnungen 13d ge
geneinander versetzt. Die Größe der gegenseitigen Verset
zung der radialen Öffnungen 13d entspricht dem Radius
dieser Öffnungen. Ferner definiert die Ventilspindel 19
einen Mittelkanal 19c, der mit dem Rückschlagventilkörper
12A so zusammenwirkt, daß eine Druckkammer D₁ definiert
wird. In der axialen Bohrung 19b der Ventilspindel 19 ist
eine Feder 15 angeordnet, die auf der die axiale Bohrung
19b am oberen Ende verschließenden oberen Wand aufsitzt.
Das untere Ende der Feder 15 sitzt auf einer Federsitz
platte 15a auf, die wiederum auf der ringförmigen Schul
ter 13i des Spindelkörpers 13A aufsitzt. Daher belastet
die Feder 15 die Ventilspindel 19 konstant in Aufwärts
richtung vor, um zwischen den radialen Öffnungen 13d und
13e eine fluidale Verbindung aufrechtzuerhalten. Wie in
Fig. 1 gezeigt, überlappt in der höchsten Position der
Ventilspindel 19 die nach oben versetzte radiale Öffnung
13b mit dem ringförmigen Kanal 19a der Ventilspindel 19
mit ihrer unteren Hälfte. D.h., daß die entsprechenden
Kanten der radialen Öffnung 13d und des ringförmigen Ka
nals 19a eine Öffnung 30 mit veränderlichem Leitungsquer
schnitt bilden, wobei die Größe der Fluidströmungs-Quer
schnittsfläche von der axialen Position der Ventilspindel
19 abhängt.
Das untere Ende der axialen Bohrung 13a des Spindelkör
pers 13A ist mittels eines Schraubenbolzens 17 verschlos
sen. Der Schraubenbolzen 17 weist eine axiale Öffnung 17a
auf, die zwischen der axialen Öffnung 13a und der unteren
Fluidkammer 13B eine fluidale Verbindung herstellt.
In dem beschriebenen Aufbau wird durch die Öffnung 6a des
Kompressionsdämpfungsventils 6, den inneren ringförmigen
Kanal 2a, die Expansionshub-Fluidleitung 2c, den inneren
ringförmigen Kanal 2e, das erste Expansions-Dämpfungsven
til 7 und das zweite Expansionsdämpfungsventil 8 ein er
ster Expansionshub-Fluidströmungsweg I definiert. Ande
rerseits wird durch die radiale Bohrung 3c, die axiale
Bohrung 3b, die axiale Öffnung 11a, den radialen Kanal
11b, den axialen Kanal 12f, den ringförmigen Kanal 13b,
die radiale Öffnung 13d, den ringförmigen Kanal 19a, die
radiale Öffnung 13e, den ringförmigen Kanal 13c, die
axialen Leitungen 13h, den ringförmigen Kanal 13f und das
dritte Expansionshub-Dämpfungsventil 16 ein zweiter Ex
pansionshub-Fluidströmungsweg II definiert.
In Fig. 3 ist eine untere Ventilvorrichtung gezeigt, die
zwischen der unteren Fluidkammer B und einer ringförmigen
Fluidvorratskammer C vorgesehen ist. Die ringförmige
Fluidvorratskammer C ist zwischen einem inneren Zylinder
rohr 1 und einem äußeren Zylinderrohr 21 definiert und
steht mit der unteren Fluidkammer B über eine Bodenkammer
E in fluidaler Verbindung, wobei die Bodenkammer E zwi
schen einem in den Boden des äußeren Zylinderrohrs 21
eingepaßten Bodenelement 21a und der unteren Ventilvor
richtung 20 definiert ist. Ähnlich wie die oben beschrie
bene Kolbenventilvorrichtung ist die untere Ventilvor
richtung 20 mit einer Rückschlag- und Spindelventilvor
richtung versehen.
Die untere Ventilvorrichtung 20 besitzt einen Grundkörper
20A, der am Boden des inneren Zylinderrohres 1 befestigt
ist. Die untere Ventilvorrichtung 20 umfaßt einen Halter
23, eine Sperrfeder 24, eine Sperrplatte 25, ein erstes
Kompressionsdämpfungsventil 26, das ein Ventil mit hoher
Dämpfungskraft darstellt, eine Scheibe 28a, ein zweites
Kompressionsdämpfungsventil 27, das ebenfalls ein Ventil
mit hoher Dämpfungskraft darstellt, eine Scheibe 28b und
eine Befestigungsmutter 29. Die erwähnten Bauteile sind
in dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Bereich 22a
eines Gehäuses 22 der Rückschlag- und Spindelventilvor
richtung vorgesehen. Der Grundkörper 20A ist an der der
unteren Fluidkammer B gegenüberliegenden Oberseite mit
konzentrisch angeordneten inneren und äußeren Kanälen 20a
und 20b versehen. Der innere Kanal 20a ist mit einer Kom
pressionshub-Fluidleitung 20c in Verbindung, während der
äußere Kanal 20b mit einer Expansionshub-Fluidleitung 20d
verbunden ist. Die Kompressionshub-Fluidleitung 20c ist
zu einem inneren ringförmigen Kanal 20e, der auf der Un
terseite des Grundkörpers 20A ausgebildet ist, geöffnet.
Andererseits öffnet sich die Expansionshub-Fluidleitung
20d direkt in die Bodenkammer E.
Die Sperrplatte 25 ist so vorbelastet, daß sie den äuße
ren ringförmigen Kanal 20b verschließt. Daher wird dem
Fluid durch die Sperrplatte 25 nur ein Strömen in Rich
tung von der Bodenkammer E zur unteren Fluidkammer B er
laubt. Die Sperrplatte 25 ist mit Durchgangsbohrungen 25a
versehen, mit denen zwischen der unteren Fluidkammer B
und dem inneren ringförmigen Kanal 20a eine fluidale Ver
bindung hergestellt wird. Daher ist der innere ringför
mige Kanal 20e ständig zur unteren Fluidkammer B geöff
net.
Entlang des äußeren Umfangs des inneren ringförmigen Ka
nals 20e erstreckt sich ein Ventilsitzboden 20f. Auf der
Ventilsitzfläche des Ventilsitzbodens 20f sitzt ein er
stes Kompressionsdämpfungsventil 26 auf. Daher wird der
innere ringförmige Kanal 20e durch das erste Kompressi
onsdämpfungsventil 26 reversibel verschlossen. In radi
aler Richtung außerhalb des Ventilsitzbodens 20f ist ein
äußerer ringförmiger Kanal 20g ausgebildet. Entlang des
Umfangs des ringförmigen Kanals 20g ist ein Ventilsitzbo
den 20h vorgesehen. Auf diesem Ventilsitzboden 20h sitzt
ein zweites Kompressionsdämpfungsventil 27 auf. Daher
wird der äußere ringförmige Kanal 20g durch das zweite
Kompressionsdämpfungsventil 27 reversibel verschlossen.
Im Ventilsitzboden 20h sind eine oder mehrere Öffnungen 20k
vorgesehen, um eine Fluidströmung mit minimaler oder
begrenzter Strömungsrate aufrechtzuerhalten.
Das Gehäuse 22 der Rückschlag- und Spindelventilvorrich
tung definiert eine im wesentlichen zylindrische und nach
oben geöffnete Bohrung 22b. Das obere Ende des Gehäuses
22 wird durch eine Scheibe 48 zum Verschließen des oberen
Endes verschlossen. Die Scheibe 48 zum Verschließen des
oberen Endes besitzt eine mit einem Gewinde versehene äu
ßere Umfangsfläche, die mit der inneren Umfangsfläche des
oberen Endes des Gehäuses 22 verschraubt wird. Unterhalb
der Scheibe 48 zum Verschließen des oberen Endes ist eine
Rückschlagventilvorrichtung 42 vorgesehen. Zwischen der
Scheibe 48 zum Verschließen des oberen Endes und der
Rückschlagventilvorrichtung 42 ist ein Abstandsring 41
angeordnet. Die Scheibe 48 ist mit in axialer Richtung
sich erstreckenden Leitungen 48a ausgebildet. Der Ab
standsring 41 definiert zwischen der Scheibe 48 und der
Rückschlagventilvorrichtung 42 eine im wesentlichen
kreisförmige Kammer 41a.
Die Rückschlagventilvorrichtung 42 besitzt einen Rück
schlagventilkörper 42A, der mit einem ringförmigen Boden
42a versehen ist, auf dem eine elastisch verformbare
Sperrplatte 42b aufsitzt. Die Sperrplatte 42b ist mit ei
ner Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 42c versehen, die in
bezug auf die Ventilsitzfläche des ringförmigen Bodens
42a in radialer Richtung nach außen versetzt sind. Außer
dem ist die Sperrplatte 42b mit einer axialen Öffnung 42d
versehen. Die axiale Öffnung 42d stellt zwischen der
kreisförmigen Kammer 41a des Abstandsrings 41 und einem
Mittelkanal 42h, der auf der Oberseite des Rückschlagven
tilkörpers 42A ausgebildet ist, eine fluidale Verbindung
her. Andererseits wird durch die Durchgangsbohrungen 42c
zwischen der kreisförmigen Kammer 41a und einem auf der
Oberseite des Rückschlagventils definierten und den Mit
telkanal 42h umgebenden ringförmigen Kanal 42i eine
fluidale Verbindung hergestellt. Der ringförmige Kanal
42i steht mit dem Mittelkanal 42h über eine oder mehrere
radiale Öffnungen 42e in fluidaler Verbindung. Der Mit
telkanal 42h; ist mit einer axialen Öffnung 42g verbunden.
Die Spindelventilvorrichtung 43 besitzt einen Spindelkör
per 43A, der eine axiale Öffnung 43a definiert. Die
axiale Öffnung 43a ist an der Oberseite des Spindelkör
pers 43A geöffnet. An der äußeren Umfangsfläche des Spin
delkörpers 43A sind ein oberer ringförmiger Kanal 43b und
ein unterer ringförmiger Kanal 43c ausgebildet. Diese
ringförmigen Kanäle 43b und 43c stehen über radiale Öff
nungen 43d und 43e mit der axialen Öffnung 43a in
fluidaler Verbindung. Der obere ringförmige Kanal 43b
steht über einen radialen Kanal 41b, der im Abstandsring
41 vorgesehen ist, und über einen axialen Kanal 42f, der
an der äußeren Umfangsfläche des Rückschlagventilkörpers
42A vorgesehen ist, mit der kreisförmigen Kammer 41a in
fluidaler Verbindung. Andererseits steht der untere ring
förmige Kanal 43c über axiale Leitungen 43h mit einem an
der Unterseite des Spindelkörpers 43A ausgebildeten ring
förmigen Kanal 43f in fluidaler Verbindung. Der ringför
mige Kanal 43f wird mittels eines dritten Expansionsdämp
fungsventils 46 verschlossen. Dieses dritte Expansions
dämpfungsventil 46 ist mit einer geringeren Steifigkeit
als diejenige der ersten und zweiten Expansionsdämpfungs
ventile 26 und 27 versehen und dient daher als Nieder
dämpfungsventil, um während des Kolbenexpansionshubes
eine geringere Dämpfungskraft zu erzeugen. Das dritte Ex
pansionsdämpfungsventil 46 sitzt auf einem ringförmigen
Ventilsitzboden 43g auf.
In der axialen Öffnung 43a des Spindelkörpers 43A ist
eine Ventilspindel 44 in axialer Richtung beweglich ange
ordnet. Die Ventilspindel 44 besitzt eine im wesentlichen
zylindrische Form, um eine am oberen Ende geschlossene,
axiale Bohrung 44b zu definieren. Die Ventilspindel 44
ist mit einem an der äußeren Umfangsfläche des Spindel
körpers 43A ausgebildeten ringförmigen Kanal 44a verse
hen. Die Breite des ringförmigen Kanals 44a in axialer
Richtung wird so gewählt, daß zwischen den radialen Öff
nungen 43d und 43e eine fluidale Verbindung hergestellt
wird, wenn sich die Ventilspindel 44 in der oberen Posi
tion befindet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die
beiden radialen Öffnungen 43d gegeneinander versetzt. Die
Größe der gegenseitigen Versetzung der radialen Öffnungen
43d entspricht dem Radius der Öffnung. Ferner definiert
die Ventilspindel 44 einen Mittelkanal 44c, der mit dem
Rückschlagventilkörper 42A zusammenwirkt, um so eine
Druckkammer D₂ zu definieren. In der axialen Bohrung 44b
der Ventilspindel 44 ist eine Feder 45 angeordnet, die
auf der die axiale Bohrung am oberen Ende verschließenden
oberen Wand aufsitzt. Das untere Ende der Feder 45 sitzt
auf einer ringförmigen Schulter 43i des Spindelkörpers
43A auf. Daher belastet die Feder 45 die Ventilspindel 44
in Aufwärtsrichtung ununterbrochen vor, um zwischen den
radialen Öffnungen 43d und 43e eine fluidale Verbindung
aufrechtzuerhalten. Wie in Fig. 3 gezeigt, überlappt in
der oberen Position der Ventilspindel 44 die nach oben
versetzte radiale Öffnung 43d mit dem ringförmigen Kanal
44a der Ventilspindel 44 mit ihrer unteren Hälfte. D.h.,
daß die entsprechenden Kanten der radialen Öffnung 43d
und des ringförmigen Kanals 44a eine Öffnung 31 mit va
riabler Querschnittsfläche bilden, deren Fluidströmungs-
Querschnittsfläche in Abhängigkeit von der axialen Posi
tion der Ventilspindel 44 veränderbar ist.
Das untere Ende der axialen Öffnung 43a des Spindelkör
pers 43A ist mit einem oberen Bolzen 40A, der mit einem
unteren Bolzen 40B gekoppelt ist, verschlossen. Die Bol
zen 40A und 40B definieren eine axiale Öffnung 40b, durch
die zwischen der axialen Öffnung 43a und der Bodenkammer
E eine fluidale Verbindung hergestellt wird.
In dem eben beschriebenen Aufbau wird durch die Öffnungen
25a des Kompressionsdämpfungsventils 25, den inneren
ringförmigen Kanal 20a, die Expansionshub-Fluidleitung
20c, den inneren ringförmigen Kanal 20e, das erste Expan
sionsdämpfungsventil 26 und das zweite Expansionsdämp
fungsventil 27 ein erster Expansionshub-Fluidströmungsweg
III definiert. Andererseits wird durch die axialen Öff
nungen 48a, die kreisförmige Kammer 41a, den radialen Ka
nal 41b, den axialen Kanal 24f, den ringförmigen Kanal
43b, die radiale Öffnung 43d, den ringförmigen Kanal 44a,
die radiale Öffnung 43e, den ringförmigen Kanal 43c, die
axialen Leitungen 43h und den ringförmigen Kanal 43f, das
dritte Expansionshub-Dämpfungsventil 46, eine im unteren
Bolzen 40b definierte, radiale Leitung 40a und eine im
einen kleinen Durchmesser aufweisenden Bereich des Gehäu
ses 22 definierte axiale Leitung 22c ein zweiter Expansi
onshub-Fluidströmungsweg IV definiert.
In diesem Aufbau befindet sich die Ventilspindel 44 nor
malerweise aufgrund der Federkraft der Feder 45 in der
höchsten Position. Wenn der Fluiddruck in der unteren
Fluidkammer B entsprechend dem Kolbenkompressionshub er
höht wird, wird die Ventilspindel 44 in eine Position
nach unten geschoben, in der ein Kräftegleichgewicht zwi
schen der Federkraft und der dem Fluiddruck in der Druck
kammer D₂ entsprechenden Fluidkraft hergestellt wird. Da
her wird die Fluidströmungs-Querschnittsfläche des Weges
IV in Abhängigkeit von der Position der Ventilspindel 44
verändert.
Im folgenden wird die Funktion der oben beschriebenen er
sten Ausführungsform des Stoßdämpfers mit variabler Dämp
fungskraft beschrieben.
Während eines Kolbenexpansionshubes wird die Kolbenvor
richtung 2 nach oben geschoben, um die obere Fluidkammer
A zu komprimieren. Dies hat zur Folge, daß der Fluiddruck
in der oberen Fluidkammer A höher als derjenige in der
unteren Fluidkammer B wird. Dadurch wird eine Fluidströ
mung von der oberen Fluidkammer A zur unteren Fluidkammer
B bewirkt. Gleichzeitig wird aufgrund der Volumenzunahme
der unteren Fluidkammer B der Fluiddruck in dieser unte
ren Fluidkammer B abgesenkt, so daß das Druckgleichge
wicht zwischen der unteren Fluidkammer B und der Vorrats
kammer C zerstört wird. Daher wird eine Fluidströmung von
der Vorratskammer C an die untere Fluidkammer B bewirkt.
Bei Beginn des Kolbenhubes ist der Fluiddruck in der obe
ren Fluidkammer A nicht so hoch, daß die ihm entspre
chende Kraft die Federkraft der Einstellfeder 10 über
trifft. Daher wird die Ventilspindel 19 in der obersten
Position gehalten, so daß eine fluidale Verbindung über
den Weg II aufrechterhalten wird. Dann arbeitet der Stoß
dämpfer im WEICHEN Modus. Im Ergebnis strömt das Arbeits
fluid der oberen Fluidkammer A über beide Wege I und II.
Das durch den Weg I strömende Arbeitsfluid bewirkt eine
Verformung des ersten Expansionsdämpfungsventils 7 und
strömt in den äußeren Kanal 2g. Wenn der Fluiddruck nicht
so hoch ist, strömt das in der äußeren ringförmigen Kam
mer 2g befindliche Fluid durch die radiale Öffnung 2k. In
diesem Fall wird durch die Strömungsbegrenzung am ersten
Expansionsdämpfungsventil 7 und durch die unveränderbare
Querschnittsfläche der radialen Öffnung 2k eine Dämp
fungskraft erzeugt. Wenn andererseits der im äußeren
ringförmigen Kanal 2g herrschende Fluiddruck die Feder
kraft des zweiten Expansionsdämpfungsventils 8 über
trifft, wird durch die Strömungsbegrenzung sowohl am er
sten als auch am zweiten Expansionsdämpfungsventil 7 bzw.
8 eine Dämpfungskraft erzeugt. Andererseits strömt das
durch den Weg II strömende Arbeitsfluid durch die Öffnung
30 mit veränderbarem Leitungsquerschnitt und durch das
dritte Expansionsdämpfungsventil 16. Da die Dämpfungs
kraftcharakteristik des dritten Expansionsdämpfungsven
tils 16 so eingestellt wird, daß eine kleinere Dämpfungs
kraft erzeugt wird, hängt die auf dem Weg II erzeugte
Dämpfungskraft im wesentlichen von der Fluidströmungslei
tungs-Querschnittsfläche der Öffnung 30 mit veränderbarer
Leitungsquerschnittsfläche ab.
Da die Öffnung 30 mit variabler Leitungsquerschnittsflä
che so lange mit konstanter Öffnung arbeitet, bis die
Ventilposition geändert wird, verändert sich die zu er
zeugende Dämpfungskraft proportional zum Quadrat der Kol
benhubgeschwindigkeit. Daher wird die Dämpfungscharakte
ristik der auf dem zweiten Fluidströmungsweg II erzeugten
Dämpfungskraft im wesentlichen proportional zum Quadrat
der Kolbenhubgeschwindigkeit. Da andererseits die auf dem
Fluidströmungsweg I zu erzeugende Dämpfungskraft in Ab
hängigkeit vom Ausmaß der Verformung des ersten und des
zweiten Expansionsdämpfungsventils 7 bzw. 8 verändert
wird, ändert sich die Dämpfungskraft im wesentlichen pro
portional zur 2/3-ten Potenz der Kolbenhubgeschwindig
keit.
Wenn andererseits die dem in der oberen Fluidkammer A
herrschenden Druck entsprechende Kraft die Federkraft der
Feder 15 übertrifft, wird die Ventilspindel 19 nach unten
geschoben, so daß die fluidale Verbindung zwischen den
ringförmigen Kanälen 13b und 13c unterbrochen wird. Dies
hat zur Folge, daß der Stoßdämpfer im HARTEN Modus arbei
tet. In diesem Fall wird, während die dem Fluiddruck im
äußeren ringförmigen Kanal 2g entsprechende Kraft nicht
ausreicht, um die elastische Kraft des zweiten Expansi
onsdämpfungsventils 8 zu übertreffen, durch die veränder
bare Öffnung am ersten Expansionsdämpfungsventil 7 und
die konstante Öffnung 2h am zweiten Expansionsdämpfungs
ventil 8 eine Dämpfungskraft erzeugt. Daher wird am er
sten Expansionsdämpfungsventil 7 eine Dämpfungskraft er
zeugt, die proportional zur 2/3-ten Potenz der Kolbenhub
geschwindigkeit ist. Gleichzeitig wird an der Öffnung mit
konstantem Strömungsquerschnitt eine Dämpfungskraft er
zeugt, die proportional zum Quadrat der Kolbenhubge
schwindigkeit ist. Daher wird die Dämpfungscharakteristik
im wesentlichen linear. Wenn andererseits die dem Fluid
druck im äußeren ringförmigen Kanal 2g entsprechende
Kraft die elastische Kraft des zweiten Expansionsdämp
fungsventils 8 übertrifft, strömt das Arbeitsfluid durch
die veränderbare Öffnung, die durch die Verformung des
zweiten Expansionsdämpfungsventils 8 gebildet wird. Unter
dieser Bedingung wird die durch das erste und das zweite
Expansionsdämpfungsventil 7 bzw. 8 erzeugte Dämpfungs
kraft proportional zur 2/3-ten Potenz der Kolbenhubge
schwindigkeit. Gleichzeitig kann aufgrund der Phasendif
ferenz der durch das erste und das zweite Expansionsdämp
fungsventil 7 bzw. 8 erzeugten Dämpfungskraft eine im we
sentlichen lineare Veränderungscharakteristik der Dämp
fungskraft erhalten werden.
Daraus wird ersichtlich, daß in bezug auf die Kolbenhub
geschwindigkeit im gesamten Bereich der Kolbenhubge
schwindigkeit eine im wesentlichen lineare Veränderung
scharakteristik der Dämpfungskraft erhalten werden kann.
Im oben beschriebenen Betrieb hängt die Veränderbarkeit
des Fluiddruckpegels in der Druckkammer D₁ von der
Schwingungsfrequenz ab. Da die nicht veränderbaren Öff
nungen 12e und 12d der Sperrplatte 12b dazu dienen, die
Hochfrequenzkomponente auszusondern, damit das unter
Druck stehende Fluid nicht in die Druckkammer D₁ gelangt,
wird der Fluiddruck in der Druckkammer D₁ unabhängig vom
Fluiddruck in der oberen Fluidkammer A niedrig gehalten.
Wenn andererseits die Schwingungsfrequenz niedriger als
ein vorgegebener Schwellenwert ist, kann das unter Druck
stehende Arbeitsfluid in die Druckkammer D₁ eingelassen
werden. Dies hat zur Folge, daß die dem Fluiddruck in der
Druckkammer D₁ entsprechende Kraft anwächst und die Fe
derkraft der Einstellfeder 15 übertrifft, so daß die Ven
tilspindel 19 nach unten geschoben wird und die fluidale
Verbindung zwischen den ringförmigen Kanälen 13b und 13c
unterbricht. Wie in der Beschreibung dieser Ausführungs
form erläutert, wird die Verschiebung der Ventilspindel
19 nur dann bewirkt, wenn die dem in der Druckkammer D₁
herrschenden Fluiddruck entsprechende Kraft die Feder
kraft übertrifft, da die Einstellfeder 15 normalerweise
die Ventilspindel in Aufwärtsrichtung vorbelastet, um sie
in der Position des WEICHEN Betriebsmodus zu halten. So
fern daher die dem in der oberen Fluidkammer herrschenden
Fluiddruck entsprechende Kraft aufgrund von Schwingungen
mit verhältnismäßig niederer Frequenz kleiner als die Fe
derkraft gehalten wird, kann die Ventilspindel in der dem
WEICHEN Betriebsmodus entsprechenden Position gehalten
werden.
Im Kolbenkompressionshub wirken die untere Ventilvorrich
tung und die dieser unteren Ventilvorrichtung zugehörige
Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung zusammen, um
einen Betrieb auszuführen, der im wesentlichen gleich dem
oben beschriebenen Betrieb ist. D.h., daß die Ventil
spindel wahlweise in der der WEICHEN Betriebsart entspre
chenden Position, in der eine fluidale Verbindung zwi
schen den ringförmigen Kanälen 43b und 43c hergestellt
wird, und der dem HARTEN Betriebsmodus entsprechenden Po
sition, um die fluidale Verbindung zu unterbrechen, ange
ordnet wird. Die Abhängigkeit der Verschiebung der Ven
tilspindel 44 von der Schwingungsfrequenz und der Kolben
hubgeschwindigkeit wird auf die gleiche Weise wie für die
Ventilspindel 19 der Kolbenvorrichtung geschaffen.
Im Kompressionshub werden im WEICHEN Modus die Fluidströ
mungswege III und IV hergestellt, um eine im wesentlichen
linear sich verändernde Dämpfungskraft in bezug auf die
Kolbenhubgeschwindigkeit herzustellen. Der HARTE Modus
wird durch eine fluidale Verbindung ausschießlich über
den Weg III hergestellt. Daher kann für den gesamten Be
reich der Kolbenhubgeschwindigkeit sowohl im WEICHEN als
auch im HARTEN Modus eine lineare Dämpfungscharakteristik
erzielt werden, wie weiter oben mit Bezug auf den Kolben
expansionshub beschrieben worden ist.
In Fig. 5 ist der Hauptteil einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit veränderlicher
Dämpfungskraft gezeigt.
Der Stoßdämpfer gemäß der zweiten Ausführungsform besitzt
ein Zylinderrohr 101. Im Inneren des Zylinderrohrs 101
ist eine Kolbenvorrichtung 102 vorgesehen, die Schubbewe
gungen ausführen kann. Die Kolbenvorrichtung 102 bildet
einen eine Dämpfungskraft erzeugenden Ventilkörper. Sie
dient der Unterteilung des Innenraums des Zylinderrohrs
101 in eine obere Fluidkammer A und eine untere Fluidkam
mer B. Sowohl die obere Fluidkammer A als auch die untere
Fluidkammer B sind mit einem Arbeitsfluid gefüllt. Die
Kolbenvorrichtung 102 ist an einem einen kleineren Durch
messer aufweisenden Endbereich 103a einer Kolbenstange
103 starr befestigt. Die Kolbenstange 103 ist mit einer
in axialer Richtung sich erstreckenden Bohrung 103b ver
sehen, die sich zum unteren Ende der Kolbenstange 103 hin
öffnet. Die in axialer Richtung sich erstreckende Bohrung
103b steht mit in radialer Richtung sich erstreckenden
Bohrungen 103c, deren äußere Öffnungen sich zur oberen
Fluidkammer A hin öffnen, in Verbindung.
Die Kolbenvorrichtung 102 umfaßt einen Halter 104a, eine
Scheibe 105a, ein Kompressionsdämpfungsventil 106, das
während des Kolbenkompressions- oder Kolbenanprallhubes
arbeitet, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, einen Kol
benkörper 102A, ein erstes Expansionsdämpfungsventil 107,
das während des Kolbenexpansions- oder Kolbenrückprallhu
bes wirkt, um eine hohe Dämpfungskraft zu erzeugen, eine
Scheibe 105b, ein zweites Expansionsdämpfungsventil 108,
das ebenfalls während des Kolbenexpansionshubes wirkt, um
eine hohe Dämpfungskraft zu erzeugen, eine Scheibe 105c,
ein Federsitzelement 109, eine Einstellfeder 110 und eine
Schraubenmutter 111. Die Bauteile sind auf dem einen
kleineren Durchmesser aufweisenden unteren Ende 103a der
Kolbenstange 103 angeordnet und mittels der Schraubenmut
ter 111, die mit der ein Außengewinde aufweisenden Kol
benstange 103 eine Schraubverbindung eingeht, befestigt.
Der Kolbenkörper 102A ist mit an der der oberen Fluidkam
mer A gegenüberliegenden Oberseite konzentrisch ausgebil
deten inneren und äußeren ringförmigen Kanälen 102a bzw.
102b versehen. Der innere ringförmige Kanal 102a steht
mit der unteren Fluidkammer B über eine Mehrzahl von in
axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitungen
102c in Verbindung, während der äußere ringförmige Kanal
102b mit der unteren Fluidkammer B über eine Mehrzahl von
in axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitun
gen 102d in Verbindung steht. Die in axialer Richtung
sich erstreckenden Verbindungsleitungen 102c sind in be
zug auf die Mittelachse der Kolbenstange 103 in radialer
Richtung versetzt angeordnet und münden in die inneren
ringförmigen Kanäle 102a. Sie sind so konstruiert, daß
sie eine Fluidströmung von der oberen Fluidkammer A zur
unteren Fluidkammer B ermöglichen. Daher werden diese in
axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitungen
102c im folgenden mit "Expansionshub-Fluidleitungen" be
zeichnet. Analog sind die in axialer Richtung sich er
streckenden Verbindungsleitungen 102d in radialer Rich
tung außerhalb der Expansionshub-Fluidleitungen angeord
net und münden in den äußeren ringförmigen Kanal 102b.
Die in axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungs
leitungen 102d sind so konstruiert, daß sie während des
Kolbenkompressions- oder Kolbenanprallhubes eine Fluid
strömung von der unteren Fluidkammer B zur oberen Fluid
kammer A ermöglichen. Daher werden diese Leitungen 102d
im folgenden mit "Kompressionshub-Fluidleitungen" be
zeichnet. Sowohl der innere als auch der äußere Kanal
102a bzw. 102b werden durch ein im wesentlichen scheiben
förmiges Kompressionsdämpfungsventil 106 verschlossen.
Für eine fluidale Verbindung zwischen der oberen Fluid
kammer A und dem inneren ringförmigen Kanal 102a ist eine
radiale Leitung 102k ausgebildet, um eine direkte
fluidale Verbindung zwischen der oberen Fluidkammer A und
dem inneren ringförmigen Kanal 102a herzustellen. Das
Kompressionsdämpfungsventil 106 verschließt den äußeren
ringförmigen Kanal 102b, wodurch die fluidale Verbindung
zwischen ihm und der radialen Leitung 102k unterbrochen
wird. Das Kompressionsdämpfungsventil 106 sitzt elastisch
auf einem Ventilsitzboden auf, der sich entlang der in
radialer Richtung äußeren Kante des äußeren ringförmigen
Kanals 102b erstreckt. Daher bilden das Kompressionsdämp
fungsventil 106 und der zugehörige Ventilsitzboden eine
Öffnung mit veränderlichem Leitungsquerschnitt, der sich
in Abhängigkeit vom Ausmaß der elastischen Verformung des
Kompressionsdämpfungsventils, die wiederum von der Druck
differenz zwischen der unteren Fluidkammer B und der obe
ren Fluidkammer A abhängt, verändert.
Andererseits münden die Expansionshub-Fluidleitungen 102c
in einen inneren ringförmigen Kanal 102e, der auf der in
axialer Richtung unteren Seite des Kolbenkörpers 2A aus
gebildet ist. Entlang der äußeren Umfangskante des inne
ren ringförmigen Kanals 102e ist ein ringförmiger Ventil
sitzboden 102f ausgebildet. Das erste Expansionsdämp
fungsventil 107 sitzt auf dem ringförmigen Ventilsitzbo
den 102f auf, um den inneren ringförmigen Kanal 102e re
versibel zu schließen. In radialer Richtung außerhalb des
Ventilsitzbodens 102f ist ein äußerer ringförmiger Kanal
102g ausgebildet. Dieser äußere ringförmige Kanal 102g
wird von einem ringförmigen Ventilsitzboden 102h umge
ben. Der ringförmige Ventilsitzboden 102h besitzt eine
Ventilsitzfläche, die in axialer Richtung in bezug auf
die Ventilsitzfläche des Ventilsitzbodens 102f versetzt
ist. Das zweite Expansionsdämpfungsventil 108 sitzt auf
dem Ventilsitzboden 2h auf, um den äußeren ringförmigen
Kanal 102g reversibel zu schließen. Der Ventilsitzboden
102h ist mit einer oder mehreren radialen Öffnungen ver
sehen, die eine minimale Fluidströmungs-Querschnittsflä
che definieren, während das zweite Expansionsdämpfungs
ventil 108 auf der Ventilsitzfläche des Ventilsitzbodens
102h aufsitzt. Wenn daher das zweite Expansionsdämpfungs
ventil vollständig geschlossen ist, kann von der oberen
Fluidkammer A zur unteren Fluidkammer B das Arbeitsfluid
mit minimaler Strömungsrate strömen. Das Federsitzelement
109 berührt die Unterseite des zweiten Expansionsdämp
fungsventils. 108, um auf die Einstellfeder 110 eine vor
gegebene Kraft auszuüben.
Die Schraubenmutter 111 ist mit einer axialen Öffnung
111a versehen, die zur axialen Bohrung 103b der Kolben
stange 103 ausgerichtet ist und mit dieser fluidal ver
bunden ist. Das nach unten sich öffnende Ende der axialen
Bohrung 111a der Schraubenmutter 111 wird mittels einer
Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung verschlossen.
Die Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung umfaßt einen
Halter 112, eine Scheibe 113, eine Expansionssperrplatte
114, eine Expansionsöffnungsplatte 115, eine Expansions
sitzplatte 116, einen Spindelkörper 117, eine Kompressi
onssitzplatte 118, eine Kompressionsmündungsplatte 119,
eine Kompressionssperrplatte 120, einen Bolzen 121, einen
Halter 122, eine Scheibe 123, ein Kompressions-Nieder
dämpfungsventil 124, einen Unterventilkörper 125, ein Ex
pansions-Niederdämpfungsventil 126, eine Scheibe 127 und
einen Halter 128. Der Spindelkörper 117 besitzt einen im
wesentlichen zylindrischen Aufbau. Er ist mit einem ring
förmigen Vorsprung 117b versehen, der einen Dichtungsring
129 trägt, welcher zwischen der inneren Umfangsfläche der
axialen Öffnung 111a und dem Spindelkörper 117 eine Flüs
sigkeitsdichtung darstellt.
Der Halter 112 umfaßt eine dünne Platte und ist mit einer
mittigen Öffnung 112a versehen. Ferner sind im Halter 112
Ausschnitte 112b ausgebildet. Wie in Fig. 6 gezeigt, wer
den am Halter 112 in die vertikale Richtung gebogene
Beine 112c ausgebildet, indem die in radialer Richtung
sich erstreckenden Bereiche des Halters 112 in die verti
kale Richtung gebogen werden. Wie in Fig. 6 gezeigt, be
sitzt die Expansionssperrplatte 114 einen ringförmigen
Umfangsbereich 114b, der zwischen der Scheibe 113 und der
Expansionsöffnungsplatte 115 unbeweglich befestigt wird,
einen mittigen und im wesentlichen kreisförmigen Ventil
bereich 114c und einen radialen Armbereich 114d, der sich
zwischen den Bereichen 114b und 114c erstreckt. Die Ex
pansionsöffnungsplatte 115 umfaßt ebenfalls eine dünne
Platte und ist mit einer mittigen Öffnung 115a versehen,
deren Durchmesser kleiner als derjenige des Ventilbe
reichs 114c des Expansionssperrventils 114 ist. Ferner
ist die Expansionsöffnungsplatte 115 mit einem Paar von
kreisbogenförmigen, länglichen Öffnungen 115b versehen,
die zwischen der Mittelöffnung 115a über schmale Aus
schnittsbereiche 115c verbunden sind. Die radiale Position
der Öffnungen 115b entspricht der radialen Position der
kreisbogenförmigen Öffnung 114a der Expansionssperrplatte
114. Weiterhin ist die Länge der kreisbogenförmigen Öff
nungen 115b in Richtung des Umfangs größer als die Breite
des radialen Armbereichs 114d der Expansionssperrplatte
114 in Umfangsrichtung.
Die Expansionssitzplatte 116 umfaßt eine verhältnismäßig
dicke Platte und ist mit einer mittigen Öffnung 116a ver
sehen, deren Durchmesser kleiner als derjenige der mitti
gen Öffnung 115a der Expansionsöffnungsplatte 115 ist.
Die Scheibe 113′ die Expansionssperrplatte 114, die Ex
pansionsöffnungsplatte 115 und die Expansionssitzplatte
116 besitzen den gleichen äußeren Durchmesser wie der
Spindelkörper 117. Diese Bauteile werden zwischen dem
Halter 112 und dem oberen Ende des Spindelkörpers 117 an
geordnet und gehalten. Wie gezeigt, werden die Beine 112c
des Halters 112 in den ringförmigen Raum, der zwischen
der inneren Umfangsfläche der axialen Bohrung 111a und
der äußeren Umfangsfläche des Spindelkörpers 117 defi
niert ist, eingesetzt.
In dem eben beschriebenen Aufbau bildet die obere Um
fangskante der mittigen Öffnung 115a der Expansionsöff
nungsplatte 115 eine Ventilsitzfläche a₁ für den Ventil
bereich 114c der Expansionssperrplatte 114. Außerdem bil
det der schmale ausgeschnittene Bereich 115c eine Expan
sionsöffnung b₁. Daher wird durch die Dicke der Expansi
onsöffnungsplatte 115 und die Breite des Ausschnittsbe
reichs 115c die die Strömung begrenzende Fluidströmungs
leitungs-Querschnittsfläche definiert.
Der Halter 122, die Kompressionssitzplatte 118, die Kom
pressionsöffnungsplatte 119 und die Kompressionssperr
platte 120 werden symmetrisch zum obigen Aufbau geschaf
fen und angeordnet. Daher wird der Halter 122 aus einer
dünnen Platte gebildet und mit einer Mittelöffnung 122a
versehen. Außerdem wird im Halter 122 ein Ausschnittsbe
reich 122b geschaffen. Ähnlich wie in Fig. 6 werden in
die vertikale Richtung gebogene Beine 122c geschaffen,
indem die in radialer Richtung sich erstreckenden Berei
che des Halters 122 in die vertikale Richtung umgebogen
werden. Auch die Kompressionssperrplatte 120 ist aus ei
ner dünnen Platte gebildet und mit kreisbogenförmigen
durchgehenden Öffnungen 120a versehen. Die Kompressions
sperrplatte 120 umfaßt einen ringförmigen Umfangsbereich
120b, der zwischen der ringförmigen Schulter 121d und der
Kompressionsöffnungsplatte 119 unbeweglich befestigt
wird, einen mittigen und im wesentlichen kreisförmigen
Ventilbereich 120c und einen radialen Armbereich 120d,
der sich zwischen den Bereichen 120b und 120c erstreckt.
Die Kompressionsöffnungsplatte 119 ist ebenfalls aus ei
ner dünnen Platte gebildet und mit einer mittigen Öffnung
119a versehen, deren Durchmesser kleiner als derjenige
des Ventilbereichs 120c der Kompressionssperrplatte 120
ist. Das Kompressionsöffnungsventil 119 wird ebenfalls
von einem Paar von kreisbogenförmigen, länglichen Öffnun
gen 119b gebildet, die mit der Mittelöffnung 119a über
schmale ausgeschnittene Bereiche 119c verbunden sind. Die
radiale Position der Öffnungen 119b entspricht der radia
len Position der kreisbogenförmigen Öffnung 120a der Kom
pressionssperrplatte 120. Weiterhin ist die Länge der
kreisbogenförmigen Öffnung 119 in Umfangsrichtung länger
als die Breite des radialen Armbereichs 120d der Kompres
sionssperrplatte 120 in Umfangsrichtung.
Die Kompressionssitzplatte 118 ist aus einer verhältnis
mäßig dicken Platte gebildet und mit einer mittigen Öff
nung 118a versehen, deren Durchmesser kleiner als derje
nige der mittigen Öffnung 119a der Kompressionsöffnungs
platte 119 ist. Die Kompressionssperrplatte 120, die Kom
pressionsöffnungsplatte 119 und die Kompressionssitz
platte 118 besitzen den gleichen Außendurchmesser wie der
Spindelkörper 117. Diese Bauteile werden zwischen dem
Halter 122 und dem oberen Ende des Spindelkörpers 117 an
geordnet und gehalten. Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die
Beine 122c des Halters 122 in den ringförmigen Raum, der
zwischen der inneren Umfangsfläche der axialen Bohrung
111a und der äußeren Umfangsfläche des Spindelkörpers 117
definiert ist, eingesetzt.
In dem beschriebenen Aufbau bildet die obere Umfangskante
der mittigen Öffnung 119a der Kompressionsöffnungsplatte
119 eine Ventilsitzfläche a₂ für den Ventilbereich 120c
der Kompressionssperrplatte 114. Ferner bildet der
schmale Ausschnittsbereich 119c eine Kompressionsöffnung
b₂. Daher wird durch die Dicke der Kompressionsöffnungs
platte 119 und durch die Breite des Ausschnittsbereichs
119c die die Fluidströmung begrenzende Leitungsquer
schnittfläche definiert.
Der Schraubbolzen 121 umfaßt einen Bereich 121a mit grö
ßerem Durchmesser, der die ringförmige Schulter 121d ent
hält und einen Bereich 121c kleineren Durchmessers, der
die axiale Öffnung 121b definiert. Der Bereich 121c klei
neren Durchmessers, der Halter 122, die Scheibe 123′ das
Kompressions-Niederdämpfungsventil 124, der Unterventil
körper 125, das Expansions-Niederdämpfungsventil 126, die
Scheibe 127 und der Halter 128 werden mittels einer Befe
stigungsmutter 130 angeordnet und befestigt. Auf der
Oberseite des Unterventilkörpers 125 ist ein ringförmiger
Kanal 125a ausgebildet, der mittels des Kompressions-Nie
derdämpfungsventils 124 reversibel geschlossen wird. Der
ringförmige Kanal 125a steht über eine axiale Leitung
125c mit der unteren Fluidkammer B in Verbindung. Ande
rerseits ist auf der Unterseite des Unterventilkörpers
125 ein ringförmiger Kanal 125d ausgebildet, der mittels
des Kompressions-Niederdämpfungsventils 126 reversibel
geschlossen wird und über die Fluidleitung 125f mit der
axialen Bohrung 111a verbunden ist.
Im Innenraum 117a des Spindelkörpers 117 ist eine Ventil
spindel 131 angeordnet. Sie definiert eine Expansions
druckkammer D₁ und eine Kompressionsdruckkammer D₂. Diese
Ventilspindel 131 besitzt einen Aufbau mit H-förmigem
Querschnitt mit Druckaufnahmeflächen 131a und 131b. Sie
wird in beiden Richtungen mittels Zentrierfedern 132 bzw.
133 vorbelastet. Diese Zentrierfedern 132 und 133 wirken
so zusammen, daß sie die Ventilspindel 131 in einer vor
gegebenen Mittelposition halten. Die Ventilspindel 131
ist mit einem ringförmigen Kanal 131c versehen, um wahl
weise die fluidale Verbindung zwischen den radialen Lei
tungen 117e und 117f, die in der Umfangsfläche des Spin
delkörpers 117 vorgesehen sind, zu unterbrechen. Die zu
gehörigen Kanten des ringförmigen Kanals 131c und der ra
dialen Leitungen 117e und 117f bilden veränderbare Öff
nungen 134 bzw. 135.
In dem oben beschriebenen Aufbau werden voneinander ge
trennte erste und zweite Expansionsfluidströmungswege für
die Fluidströmung während des Kolbenexpansionshubes her
gestellt; diese Wege sind in Fig. 5 durch die Pfeile E₁
und E₂ gekennzeichnet. Entsprechend werden für den Kol
benkompressionshub erste und zweite Kompressionsfluid
strömungswege hergestellt, die durch die Pfeile C₁ und C₂
gekennzeichnet sind. Sowohl während der Expansionsphase
als auch während der Kompressionsphase können die zweiten
Fluidströmungswege E₂ und C₂ durch Verschiebung der Ven
tilspindel 131 in die Position des HARTEN Modus blockiert
werden, wenn die Schwingungsfrequenz niedriger als eine
vorgegebene Frequenz ist und die Größe des Fluiddrucks in
der zugehörigen Druckkammer D₁ bzw. D₂ höher als ein
durch die Einstellfedern 132 bzw. 133 eingestellter Druck
ist.
In der eben beschriebenen Ausführungsform wirken die Öff
nungen 134 und 135 mit konstanter Strömungsquerschnitts
fläche und die durch die Kombination der Expansions- und
Kompressionsdämpfungsventile 106, 107 und 108 definierten
Öffnungen mit veränderbarer Strömungsquerschnittsfläche
so zusammen, daß sich über den gesamten Bereich der Kol
benhubgeschwindigkeit eine im wesentlichen lineare Verän
derungscharakteristik der Dämpfungskraft ergibt.
Wie im Zusammenhang der Beschreibung der ersten Ausfüh
rungsform erläutert, ist die Funktion der Ventilspindel
131 auf ein Ansprechen lediglich auf Schwingungsfrequen
zen, die unterhalb einer vorgegebenen Frequenz liegen,
begrenzt, wobei die vorgegebene Frequenz auf einen Wert
festgelegt werden kann, der der Grenzfrequenz zwischen
den durch die ungefederten Massen induzierten Schwingun
gen und den durch die gefederten Massen induzierten
Schwingungen entspricht. Die Einstellung dieses Grenz
wertes kann durch eine geeignete Kombination der Expansi
onssperrplatte 114, der Expansionsöffnungsplatte 115, der
Expansionssitzplatte 116 und der Kompressionssperrplatte
120, die als Hochfrequenzkomponentensperre dient, er
reicht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Aus
führungsformen beschrieben worden ist, kann die Erfindung
auf verschiedene Weisen realisiert werden. Daher umfaßt
die Erfindung sämtliche möglichen Ausführungsformen und
Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen, sofern
sie im Umfang der beigefügten Patentansprüche enthalten
sind und nicht vom Erfindungsprinzip abweichen.
Obwohl die zweite Ausführungsform im Zusammenhang mit ei
nem Kolbenventilaufbau beschrieben worden ist, kann der
beschriebene besondere Ventilaufbau nicht nur auf ein
Kolbenventil, sondern auch auf ein die Strömung begren
zendes Rückschlagventil angewendet werden. Ein solches
Rückschlagventil kann anstelle des in der ersten Ausfüh
rungsform beschriebenen Rückschlagventils verwendet wer
den.
In den Fig. 7 bis 9 ist ein Anwendungsbeispiel des als
Rückschlagventil wirkenden zusammengesetzten Ventilauf
baus gezeigt. Dieses Rückschlagventil wird in der Kolben
vorrichtung eines Stoßdämpfers verwendet. Hierbei wird
die zusammengesetzte Rückschlagventilvorrichtung in die
Innenbohrung einer Befestigungsmutter 201 eingebaut, die
mit dem unteren Ende der (nicht gezeigten) Kolbenstange
in Eingriff ist, um die Kolbenvorrichtung zu befestigen.
Die Befestigungsmutter 201 besitzt einen Bereich 211 grö
ßeren Durchmessers, in dem eine Rückschlagventilaufnahme
kammer 211a, die mit der axialen Öffnung 210a der Befe
stigungsmutter 201 verbunden ist, definiert ist.
In dem beschriebenen Aufbau umfaßt die zusammengesetzte
Rückschlagventilvorrichtung eine Sperrplatte 202, die aus
einer dünnen Platte gebildet ist und mit kreisbogenförmi
gen, durchgehenden Öffnungen 220 versehen ist. Wie in
Fig. 9 gezeigt, besitzt die Expansionssperrplatte 202
einen ringförmigen Umfangsbereich 221, einen mittigen und
im wesentlichen kreisförmigen Ventilbereich 222 und einen
radialen Armbereich 223, der sich zwischen den Bereichen
221 und 222 erstreckt. Ferner ist eine Öffnungsplatte 203
vorgesehen, die ebenfalls aus einer dünnen Platte gebil
det ist und mit einer mittigen Öffnung 230 versehen ist,
deren Durchmesser kleiner als derjenige des Ventilbe
reichs 222 der Sperrplatte 202 ist. Die Öffnungsplatte
203 ist mit einem Paar von kreisbogenförmigen, länglichen
Öffnungen 231 versehen, die mit der mittigen Öffnung 230
über schmale Ausschnittsbereiche 232 verbunden sind. Die
radiale Position der Öffnungen 232 entspricht der radia
len Position der kreisbogenförmigen Öffnungen 220 der
Sperrplatte 202. Weiterhin ist die Länge der kreisbogen
förmigen Öffnungen 231 in Umfangsrichtung länger als die
Breite des radialen Armbereichs 223 der Sperrplatte 202
in Umfangsrichtung.
Die Expansionssitzplatte 204 ist aus einer verhältnismä
ßig dicken Platte gebildet und mit einer mittigen Öffnung
240 versehen, deren Durchmesser kleiner als derjenige der
mittigen Öffnung 230a der Öffnungsplatte 203 ist.
Wenn in dem eben beschriebenen Aufbau der Fluiddruck auf
der Seite der Sitzplatte 204 höher als auf der Seite der
Sperrplatte 202 ist, wird der Ventilbereich 222 der
Sperrplatte 202 von der mittigen Öffnung 230 der Öff
nungsplatte 203 weggeschoben, um ein Durchströmen des
Fluids zu ermöglichen. Wenn andererseits der Fluiddruck
auf der Seite der Sperrplatte 202 höher als auf der Seite
der Sitzplatte 204 ist, wird der Ventilbereich 222 in der
auf der Öffnungsplatte 203 aufsitzenden Position gehal
ten, um eine Fluidströmung durch die mittige Öffnung 230
zu blockieren. In diesem Fall kann das Fluid nur durch
die kreisbogenförmigen, länglichen Öffnungen 231 strömen.
Mit dem beschriebenen Aufbau kann eine von der Strömungs
richtung abhängige Fluidströmungsbegrenzung geschaffen
werden.