DE4290832C2

DE4290832C2 - Stoßdämpfer mit abstimmbarem Hydraulikventil

Info

Publication number: DE4290832C2
Application number: DE4290832A
Authority: DE
Inventors: Gary Warren Groves; David Joseph Boucher
Original assignee: Tenneco Automotive Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Inc
Priority date: 1991-03-14
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2012-03-17
Also published as: JP2000000009U; WO1992016769A1; US5325942A; JPH05508001A; DE4290832T1

Description

Die Erfindung betrifft Stoßdämpfer mit einem abstimmbaren Hydraulikventil in Verbindung mit einer neuen Kolbenkon struktion für direkt wirkende Teleskopstoßdämpfer. Insbe sondere zielt die Erfindung auf eine neue Hydraulikventil anordnung ab, die eine erweiterte Abstimmung des Stoßdämp fers besonders bei geringem Strömungsmittelaustausch ver mittelt, und die bei bekannten Stoßdämpfern nicht verfügbar ist, um gewünschte Dämpfungs- bzw. Fahreigenschaften des Fahrzeugs zu erzielen.

Aus DE 34 45 684 A1 ist ein Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug bekannt, der durch eine speziell abgestimmte Abdeckscheibe auf die geforderte Dämpfkraft ein stellbar ist. Diese Vorrichtung weist ebenso wie der aus GB 2 225 409 A oder US-PS 4,034,860 bekannte Schwingungsdämpfer mehrere zusammen mit einer Stützscheibe gestapelte Ventilscheiben auf, wobei die Ventilscheiben durch den Druckunterschied in den beiden Arbeitsräumen des Dämpfers ausgelenkt werden, um Strömungswege zu öffnen, über die ein Strömungsmittelausgleich erfolgen kann. Dabei ist es ferner be kannt, über einen Durchlaß in einer der Scheiben die darunterliegende Ventilscheibe mit Druck zu beaufschlagen, so daß bei einem Anstieg des Druckunterschiedes auch nur eine über die Querschnittsfläche des Durchlasses hindurch druckbeaufschlagte Ventilscheibe auslenken kann und einen weiteren Strömungsweg öffnet. Diese im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 berücksichtigte Anordnung wird als mehrstufige Ventilanordnung bezeichnet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen neuen und verbesserten Stoßdämpfer zu schaffen, der mit einem neuar tigen hydraulischen Ventil versehen ist, dessen Ansprech eigenschaften stark erweitert sind. Dies gilt insbesondere, wenn verhältnismäßig kleine Strömungsmittelmengen ausge tauscht werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen meh rerer Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs mit vier Stoßdämpfern;

Fig. 2A einen Schnitt durch den oberen Teil eines Stoßdämp fers bekannter Bauart;

Fig. 2B einen Schnitt durch den unteren Teil des Stoßdämpfers bekannter Bauart;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt einer abgeänderten Ausführungsform des Ventils in einer Stellung für geringen Strömungsmitteldurchfluß;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Ventilscheibe;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine andere Ventilscheibe;

Fig. 6A einen vergrößerten Teilschnitt der Ausführungssform des Ventils gemäß Fig. 3 in einer Stellung für einen etwas größeren Strömungsmitteldurchfluß;

Fig. 6B einen Teilschnitt ähnlich Fig. 3 mit dem Ventil in einer Stellung für einen verhältnismäßig großen Strömungsmitteldurchfluß;

Fig. 7A einen vergrößerten Teilschnitt des Bodenventils im unteren Teil des Stoßdämpfers, wobei in das Boden ventil das erfindungsgemäße Ventil eingebaut ist;

Fig. 7B einen vergrößerten Teilschnitt eines Teils des Ven tils in Fig. 7A;

Fig. 8A einen Teilschnitt des Ventils gemäß Fig. 7B in einer Stellung für verhältnismäßig kleinen Strömungsmittel durchsatz;

Fig. 8B eine Teilansicht des Ventils in Fig. 7B in einer Stellung für verhältnismäßig hohen Strömungsmittel durchsatz;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Ventilscheibe für das Ventil der Fig. 8A;

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine andere Ventilscheibe des Ventils 8A und

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine andere Ventilscheibe des Ventils gemäß Fig. 8A.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 11 mit vier Stroßdämpfern 10, die in be kannter Bauart gemäß den Fig. 2A und 2B aufgebaut sind. Innerhalb einer Arbeitskammer 14 ist ein Kolben 16 mit einer Kolbenstange 18, die zum Verschieben im Druckzylinder 12 in einer Dich tungs- und Führungsanordnung 20 am oberen Ende des Zylin ders 12 gelagert ist. Die Anordnung 20 besteht aus einer Führungsmuffe 22, die dicht im Zylinderende einsitzt und eine Bohrung 24 für die Kolbenstange 18 aufweist. Eine elastomere Dichtung 26 umschließt die Kolbenstange 18 in nerhalb einer oberen Endkappe 28 und ist von einem Ring 30 und einer Feder 32 gehalten, um den Eintritt von Fremd partikeln in den Stoßdämpfer 10 und den Austritt von Hydraulikflüssigkeit zu verhindern.

Ein Bodenventil 34 ist im unteren Ende des Druckzylinders 12 angeordnet und steuert den Flüssigkeitsaustausch zwi schen der Arbeitskammer 14 und einem Reservoir 36, das zwi schen dem Zylinder 12 und einem äußeren Rohr 38 gebildet ist. Soll das erfindungsgemäße abstimmbare Ventil am unte ren Ende der Kolbenstange 18 eingebaut werden, so ent spricht die Bauweise und Betriebsweise des Bodenventils 34 dem in der U.S. Patentschrift 3,771,626 beschriebenen Ven til. Es kann aber auch das erfindungsgemäße abstimmbare Ventil mit dem Bodenventil 34 zusammengebaut werden und diese Ausführungsform wird später erläutert.

Die oberen und unteren Enden des Stoßdämpfers 10 tragen tassenförmige obere bzw. untere Kappen 28, 40, die an den Enden des Außenrohrs 38 befestigt bzw. angeschweißt sind. Ein Schutzrohr 42 ist oben an der Kolbenstange 18 befe stigt, die eine Verbindung 44 trägt, während die untere Kappe 40 mit einer Verbindung 44 versehen ist, um den Stoß dämpfer zwischen dem gefederten und ungefederten Teil eines Fahrzeugs einzubauen. Bewegt sich der Kolben 16 in der Ar beitskammer 14, so erfolgt ein Strömungsmittelaustausch zwischen dem oberen und unteren Teil des Zylinders 12 und zwischen der Kammer 14 und der Vorratskammer 36, um die Bewegungen des gefederten Fahrzeugteils zu dämpfen. Hierzu ist eine erfindungsgemäße abstimmbare Ventilanordnung 46 vorgesehen, die nachstehend beschrieben wird, und die den Strömungsmittelaustausch steuert.

Der Kolben 16 besitzt einen etwa zylindrischen Körper 48 mit einer mittleren Bohrung 50 zur Aufnahme des mit einem kleineren Durchmesser versehenen Endes der Kolbenstange 18. Die Unterseite des Körpers 48 ist mit einer Ausnehmung 54 versehen, innerhalb der eine Mutter 56 auf das Ende 52 zur Befestigung des Körpers 48 an der Kolbenstange 18 ange schraubt ist. Der Körper 48 ist mit einer ersten und einer zweiten Reihe axialer, am Umfang beabstandeter Kanäle 58, 60 versehen, wobei jede Reihe vorzugsweise vier Kanäle auf weist und die zweite Reihe mit den Kanälen 60 radial aus serhalb der ersten Reihe mit den Kanälen 58 liegt. In der Ausnehmung 54 ist axial nach unten gerichtet ein ringför miger Ventilsitz 62 vorgesehen, der radial zwischen den inneren Kanälen 58 und den äußeren Kanälen 60 liegt. Der Ventilsitz 62 definiert eine radiale Sitzfläche 64, die mit der Oberseite der abstimmbaren Ventilanordnung 46 zusam menwirkt.

Eine Wendelfeder 66 ist konzentrisch zur Mutter 56 zwischen deren äußeren Flansch 68 und einem Federhalter 70 angeord net, der an der Unterseite der Ventilanordnung anliegt. Schiebt sich der Kolben 16 in der Arbeitskammer nach oben, so strömt Flüssigkeit nach unten durch die erste Reihe der inneren Kanäle 58 durch die Ventilanordnung 46 hindurch, wobei die Flüssigkeit zwischen den Ventilgliedern und der Sitzfläche 64 in den unteren Kammerteil 14 übertreten kann.

Fig. 2B zeigt ferner den oberen Teil des Körpers 48, an dem zwei konzentrische, axial nach oben gerichtete ringförmige Ventilsitze 72 und 74 ausgebildet sind. Der äußere Ventil sitz 72 am Umfang der Oberseite des Körpers 48 liegt radial außerhalb den äußeren Kanälen 60. Der Ventilsitz 74 liegt etwa axial über dem Ventilsitz 62 und liegt radial inner halb der äußeren Kanäle 60. Die Ventilsitze 72 und 74 de finieren radial angeordnete Sitzflächen 76 und 78, an denen eine im allgemeinen flache Ventilscheibe 80 direkt über dem Körper 48 dichtend anliegt. Eine Federscheibe 82 drückt die Ventilscheibe 80 in Dichteingriff mit den Sitzflächen 76 und 78 und ein Haltering 84 liegt über der Federscheibe 82. Ein Anschlagdämpfer 86 auf der Oberseite des Halterings 84 ist auf die Kolbenstange 18 aufgeschoben. Verschiebt sich der Kolben 16 nach unten, so strömt Flüssigkeit durch die Kanäle 60 nach oben und verlagert den Außenumfang der Ven tilscheibe 80 entgegen der Kraft der Feder 82 und gelangt dann in den oberen Teil der Kammer 14.

Fig. 3 zeigt ein Ventil 46, wobei der untere Ventilsitz 62 mit einem Nebenauslaß 114 versehen ist. Hier liegt eine erste ringförmige Ventilscheibe 116 mit einem Durchlaß 118 radial außerhalb des Innenumfangs verschiebbar auf der Kolbenstange 18 und berührt die Unterseite im mittleren Teil des Körpers 48.

Fig. 4 zeigt die Scheibe 116 mit einem einzigen Durchlaß 118, wobei auch mehrere solche Durchlässe vorgesehen sein können.

Eine zweite Ventilscheibe 120 mit einem Durchlaß 122 ist gemäß Fig. 5 ausgebildet, wobei der Durchlaß 122 ringförmig ist. Auch die zweite Ventilscheibe 120 liegt verschiebbar auf der Kolbenstange 18 und drückt gegen die Unterseite der ersten Ventilscheibe, wobei die Durchlässe 118, 122 mitein ander in Verbindung sind.

Auf der Kolbenstange 18 ist noch ein ringförmiger Stützring 124 verschiebbar, der an der Unterseite der zweiten Ventil scheibe 120 anliegt. Der Stützring 124 hat keine Durch lässe. Zwei ringförmige Distanzscheiben 126, 128 sind auf der Kolbenstange verschiebbar und liegen zwischen der Ober seite des Federhalters 70 und der Unterseite des Stützrings 124.

Die Betriebsweise ist folgende: Fig. 3 zeigt das Ventil 46 in der Stellung, wenn auf den Kolben 10 keine wesentlichen Druckbelastungen ausgeübt werden, so daß der Flüssigkeits druckunterschied im oberen und unteren Teil der Kammer im Bereich zwischen Null und einem verhältnismäßig kleinen Wert liegt, der vom Fachmann ausgewählt wird, um die Ab stimmeigenschaften zu erzielen. In diesem Zustand strömt Flüssigkeit durch den Kanal 58 im Körper 48 durch die Ne benöffnung 114 und in den unteren Teil der Kammer 14.

Fig. 6A zeigt die Ventilanordnung, wenn mäßige Druckkräfte auf den Kolben 16 wirken, die größer sind als die in Fig. 3. Der Bereich für diese mäßigen Druckunterschiede ist so gewählt, daß man wünschenswerte Abstimmeigenschaften er reicht, wobei Flüssigkeit durch den Kanal 58 strömt und dann nicht nur durch die Nebenöffnung 114, sondern auch durch den Durchlaß 118 der ersten Ventilscheibe und den Durchlaß 122 der zweiten Ventilscheibe 120, wobei der Druck ausreicht, den Stützring 124 auszulenken. Fig. 6 zeigt den Durchsatz der Flüssigkeit durch beide Strömungsmittelwege in den unteren Teil der Kammer 14.

Fig. 6B zeigt die Ventilstellung für hohe Druckkräfte am Kolben 16, höhere als die in Fig. 6, wobei diese für einen bestimmten Bereich noch größerer Unterschiede als die in Fig. 6A gilt. Dann strömt Flüssigkeit durch den Kanal 58 unter so hohem Druck, daß beide Ventilscheiben 116 und 120 verlagert werden. Der Teil der Flüssigkeit, der durch die Durchlässe 118 und 122 strömt, hat Kraft, die Stützscheibe 124 wegzubiegen. Fig. 6B zeigt, wie die Flüssigkeit aus dem oberen Teil der Kammer 14 durch den Kanal 58 durch das Ventil 46 in zwei Wegen in den unteren Teil der Kammer 14 strömt. Der erste Weg ist der geöffnete Spalt zwischen dem Außenumfang der ersten Ventilscheibe 116 und der Sitzfläche 64. Dieser Strömungsweg beinhaltet auch die Nebenöffnung 114. Der zweite Strömungsweg, der unter diesem verhältnis mäßig hohen Druck geöffnet wird, erfolgt durch die Durch lässe 118 und 122, biegt die Stützscheibe 124 aus und schafft einen Spalt zwischen der Unterseite am Außenumfang der zweiten Ventilscheibe 120 und der Oberseite des Aus senumfangs der Stützscheibe 124.

In einer anderen Ausführungsform des Ventils 46 der Erfin dung ist dieses in das Bodenventil 34 eingebaut, das in Fig. 2B am oder nahe dem Boden der Kammer 14 und zentrisch im Zylinder 12 liegt. Das Bodenventil 34 in Fig. 7A hat ein oberes Ventilglied 130 von kreuzförmiger Gestalt. Ein Axialteil des Ventilglieds 130 ist koaxial zur Kolbenstange 18, während der radiale Teil des Ventilglieds 130 mit sich axial erstreckenden Kanälen 132 versehen ist, die radial innerhalb eines Ventilsitzes 134 am Umfang des Ventilglie des 130 liegen. Eine Sitzfläche 136 ist von der Unterseite des Ventilsitzes 134 gebildet. Das bevorzugte Ausführungs beispiel umfaßt vier am Umfang beabstandete Kanäle 132, doch kann eine unterschiedliche Anzahl gewählt werden.

Das Bodenventil 34 weist ferner ein unteres Ventilglied 138 auf, über dessen zentrische Bohrung 140 Flüssigkeit mit dem Vorratsraum 36 in Verbindung steht. Das Bodenventil 34 ist mit einer ringförmigen Fingerfeder 142 versehen, die sich zwischen einem axialen Ansatz des Ventilglieds 130 und den axial hochgezogenen Wänden des unteren Ventilgliedes 138 erstreckt.

Gemäß Fig. 7B hat das abstimmbare Ventil 46 eine erste mit Öffnung versehene Ventilscheibe 144 mit einer Reihe von Durchlässen 146. Gemäß Fig. 9 ist die Ventilscheibe 144 ringförmig und es sind vier Durchlässe 146 vorgesehen, obwohl diese Anzahl auch verschieden sein kann. Fig. 7B zeigt die Anordnung der ersten Ventilscheibe 144 neben dem oberen Ventilglied 130, wobei die Mittelbohrung der Scheibe 144 an einer senkrechten Fläche des Ventilgliedes 130 anliegt und verschiebbar ist. Die Ventilscheibe 144 hat einen Durchmesser, so daß der Durchlaß 146 auf den Kanal 132 ausgerichtet ist. Die Oberseite des äußeren Umfangsab schnitt der Ventilscheibe 144 ist an die Sitzfläche 136 gedrückt.

Eine zweite Ventilscheibe 148 mit einem Durchlaß 150 ist gemäß Fig. 10 ringförmig und der Durchlaß 140 hat die Form einer kreisförmigen Ausnehmung. Je nach Anwendung werden Größe und Gestalt des Durchlasses 148 bestimmt. Die zweite Ventilscheibe 148 ist ebenfalls an dem senkrechten Ansatz des Ventilgliedes 130 verschiebbar geführt und liegt unter halb und neben der ersten Ventilscheibe 144, so daß ihre Oberseite gegen ihre Unterseite anliegt. Der Durchlaß 150 ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Durchlaß 146.

Eine Stützscheibe 152 gemäß Fig. 11 ist von allgemein ringförmiger Gestalt und besitzt am Umfang vier Zungen 154 in gleichen Abständen. Gemäß Fig. 7A berühren die Zungen 154 eine senkrechte Fläche des Ventilgliedes 138, wobei die Anzahl der Zungen 154 unterschiedlich sein kann. Gemäß Fig. 7B liegt die Stützscheibe 152 neben der zweiten Ventil scheibe 148, wobei sich die Oberseite an die Unterseite der Ventilscheibe 148 anlegt. Die Innenbohrung der Stützscheibe 152 hat einen Durchmesser, so daß ihr Innenumfang größer ist als der Außenumfang des senkrechten Ansatzes am Ven tilglied 130 nächst der Stützscheibe 152. Außerdem hat der Durchmesser der Mittelbohrung der Stützscheibe 152 eine solche Abmessung, daß der innere Umfang der Stützscheibe 152 den Teil der zweiten Ventilscheibe 148 radial innerhalb des Durchlasses 150 überlappt und hier anliegt. Auf diese Weise ist die untere Öffnung des Durchlasses 150 vollstän dig von der Stützscheibe 152 abgedeckt. Die Stützscheibe 152 liegt außerdem auf dem Teil des unteren Ventilgliedes 138, der unmittelbar axial außerhalb der mittleren Bohrung 140 angeordnet ist und dichtet hier ab.

Die Betriebsweise ist folgende: Bei einem kleinen Flüssig keitsdurchsatz und damit für einen Bereich verhältnismäßig geringer Druckunterschiede zwischen dem oberen und unteren Teil der Arbeitskammer 14 strömt gemäß Fig. 8A die Flüs sigkeit durch die Fingerfeder 142 und den Kanal 132 im oberen Ventilglied 130. Dann strömt sie durch den Durchlaß 146 der ersten Ventilscheibe 144 und der Druck im Durchlaß 150 der zweiten Ventilscheibe 148 verbiegt den Innenumfang der Stützscheibe 152, so daß ein Spalt zwischen dessen Oberseite und Unterseite der zweiten Ventilscheibe radial innerhalb des Durchlasses 150 öffnet. Die Flüssigkeit strömt durch diesen Spalt, dann durch die Mittelbohrung der Stützscheibe 152 und in die Mittelbohrung 140 des unteren Ventilgliedes 138 und von dort zum Vorratsraum 36.

Fig. 8B zeigt den Strömungsmittelweg durch das Ventil 46 für einen gegenüber den Durchsatz in Fig. 8A wesentlich erhöhten Durchsatz an Flüssigkeit, der einen Bereich von im Vergleich höheren Druckunterschieden zwischen den Teilen der Arbeitskammer 14 entspricht. Für diesen erhöhten Durch satz strömt Flüssigkeit durch den Kanal 132 und drückt auf den Innenumfang der ersten Ventilscheibe 144, so daß sich die Innenseiten sowohl der Ventilscheibe 144 als auch der Ventilscheibe 148 ausbiegen und sich ein Spalt zwischen diesen Scheiben einstellt, wie auch ein Durchflußquer schnitt an dem die Scheiben 144 und 148 verschiebbar hal tenden Ansatz des oberen Ventilgliedes 130. Die Flüssigkeit strömt durch diesen Spalt, dann durch die Mittelbohrung der Stützscheibe 152 und in die Mittelbohrung 140 des unteren Ventilgliedes 138. Außerdem strömt zusätzliche Flüssigkeit durch die Durchlässe 146 und 150, wie bereits anhand der Fig. 8A erläutert.

Es ist somit ersichtlich, daß für bestimmte Dämpfungseigen schaften des Stoßdämpfers 10 für ein bestimmtes Fahrzeug das Ventil 46, ob es im Kolben 16 oder im Bodenventil 34 eingebaut ist, durch die Auswahl der Anzahl, der Größe und Gestalt der Durchlässe abgestimmt werden kann. Eine andere gewünschte Dämpfungseigenschaft am gleichen Fahrzeug kann durch eine unterschiedliche Abstimmung des Ventils 46 er zielt werden, indem man die Anzahl, Größe und Gestalt der Durchlässe ändert. So läßt sich das Ventil 46 erfindungsge mäß abstimmen, um einen ersten Strömungsweg entsprechend einem ersten Bereich von Druckunterschieden in den Teilen der Arbeitskammer vorzusehen und außerdem zusätzliche Strö mungswege entsprechend anderen Bereichen der Druckunter schiede zu vermitteln.

Claims

1. Hydraulischer Stoßdämpfer mit einem Druckzylinder (12), einem darin verschiebbaren Kolben (16), einem Außenrohr (38) zum Abteilen eines Vor ratsraums (36), mit oberen und unteren Verschlußkappen (40) zum Verschließen der beiden Enden des Vorratsraums, mit einem Ventil im Bereich der unteren Ver schlußkappe zum Steuern des Strömungsmittelaustausches zwischen dem Druckzy linder und dem Vorratsraum und mit einer Ventilanordnung (46), die aus mehreren übereinandergeschichteten, teilweise mit Durchlässen versehenen Ventilscheiben besteht, die vom jeweiligen Druckunterschied zwischen den beiden vom Kolben (16) abgeteilten Arbeitsräumen des Druckzylinders (12) auslenkbar sind und damit abhängig vom Druckunterschied mehrstufig Strömungswege öffnen, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ventilanordnung (46) aus einer ersten Ventilscheibe (116; 144) mit Durchlaß (118, 146), einer zweiten Ventilscheibe (120; 148) mit ringförmi gem Durchlaß (122, 150), in den der Durchlaß der ersten Ventilscheibe mündet, einer über die Durchlässe der ersten und zweiten Ventilscheibe druckbeaufschlagten Stützscheibe (124; 152) und einem Nebenauslaß (114; 154) am Ventilsitz der ersten Ventilscheibe besteht, die bei einem ersten Druckunterschiedsbereich einen ersten Strömungsweg bildet, daß bei einem zweiten Druckunterschiedsbereich die Stütz scheibe (124, 152) ausgelenkt und ein zweiter Strömungsweg durch die Durchlässe und zwischen der zweiten Ventilscheibe und der Stützscheibe zusätzlich zum ersten Strömungsweg gebildet ist, und bei einem dritten Druckunterschiedsbereich auch die erste und zweite Ventilscheibe ausgelenkt werden, und ein dritter Strömungsweg zwischen dem Ventilsitz und der ersten Ventilscheibe zusätzlich zum ersten und zweiten Strömungsweg gebildet ist.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (46) im Kolben (16) eingebaut ist.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (46) im Bodenventil (34) des Stoßdämpfer eingebaut ist.