DE60310903T2

DE60310903T2 - Dämpfer, insbesondere für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE60310903T2
Application number: DE60310903T
Authority: DE
Inventors: Jacques Sirven
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: DE60310903D1; US7234576B2; AU2003244725A8; AU2003244725A1; FR2838172A1; EP1492965A2; US20050167940A1; EP1492965B1; WO2003085283A3; FR2838172B1; WO2003085283A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der ein Steuerventil aufweist, das während der Einschubbewegung des Stoßdämpfers in dem Hydraulikfluidströmungspfad angeordnet ist.
Ein hydraulischer Stoßdämpfer, wie er insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet wird, enthält im Allgemeinen einen mit Hydraulikfluid gefüllten Zylinder, in dessen Innerem sich ein Hauptkolben bewegen kann, der überwiegend durch eine Kolbenstange betätigt wird. Der Kolben trennt in dem Zylinder eine erste Kammer von einer die Kolbenstange enthaltende zweite Kammer. Wenn der Kolben in den Zylinders hineingeschoben wird, ändert sich das eintauchende Volumen der Kolbenstange, was zu einer Änderung des Volumens an Öl führt, das für das Öl innerhalb des Zylinders zu Verfügung steht. Um zu diese Änderungen ausgleichen, ist der Zylinder daher mit einem Hydraulikfluidvorratsbehälter verbunden.
Um eine der Bewegung der Radsaufhängung entgegengesetzte hydraulische Kraft hervorzurufen, wird insbesondere während einer Kompressionsbewegung, während der die Kolbenstange in den Zylinder eindringt, veranlasst, dass das durch den Hauptkolben verdrängte Öl über Drosseln strömt, die unterschiedlicher Bauart sein können. Es können einfache kalibrierte Öffnungen, Klappen, die durch Scheiben oder leichte Metallteile gebildet sind, oder auch verhältnismäßig schwere Betätigungs- oder Steuerventile verwendet werden, die im Allgemeinen ein Ventilverschlussglied enthalten, das, wie es beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung A-0 416 987 (SIRVEN) beschrieben ist, gegen einen Sitz in Anlage kommt.
In dieser Stoßdämpferbauart, die ein Steuerventil mit einem Ventilverschlussglied enthält, erzeugt der Druckabfall, der durch das Strömen einer Öldurchflussmenge durch das Zufuhrventil bei konstantem Durchsatz hervorgerufen wird, einen Druckabfall, der um einen Mittelwert schwankt. Mittels dieses Typs von Steuerventil ist es auf einfache Weise möglich, eine Änderung der Kraft zu bewirken, die bestrebt ist, das Ventilverschlussglied zu schließen, und dementsprechend eine Änderung der Dämpfungskraft herbeizuführen, die durch den Stoßdämpfer erzeugt wird, um die Kraft an äußere Parameter anzupassen, beispielsweise an den Zustand der Straße, auf der sich das Fahrzeug fortbewegt. Auf Grund von Schwingungen beim Druckabfall an dem Ventil zeigt sich eine Instabilität beim Betrieb solcher Stoßdämpfer.
Im Falle eines Stoßdämpfers bekannter Bauart, wie er in der oben erwähnten Europäischen Patentanmeldung beschrieben ist, ist darüber hinaus zu beobachten, dass, nachdem eine Stabilisierung des Ventils durch geeignete Mittel erreicht ist, aufgrund der Dämpfungscharakteristik, wonach der Druck abnimmt, wenn die das Ventil durchströmende Durchflussmenge steigt, Schwingungen bei der Dämpfungskraft auftreten, die mit einer unerwünschten Kopplung zwischen dem Stoßdämpfer und elastischen Elementen verbunden sind, die den Stoßdämpfer an der Karosserie des Fahrzeugs und an dem Rad befestigen.
Im allgemeinen lassen sich bei Verwendung solcher Stoßdämpfer bekannter Bauart Stoßphänomene feststellen, die beim Überfahren von Unebenheiten geringer Amplitude auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden, während gemäß der gewählten Regelcharakteristik die Dämpfungskraft mit wachsender Einschubgeschwindigkeit abnimmt.
Schließlich sind außerdem Probleme während des Übergangs von dem Betrieb beim Auseinanderziehen zu einem Betrieb des Stoßdämpfers beim Einschieben zu beobachten, wobei diese Fehler wahrscheinlich auf eine Verzögerung beim Schließen des Steuerventils zurückzuführen sind.
Die JP (A) 09-151 980 offenbart die technischen Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die vorliegenden Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der zusätzliche Mittel aufweist, die in der Lage sind, die Nachteile des Stoßdämpfers bekannter Bauart zu beseitigen.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Stoßdämpfer, bei dem die sich aus den Schwingungen der Dämpfungskraft ergebenden Schwierigkeiten beträchtlich verringert, wenn nicht sogar vollständig eliminiert sind.
Die Erfindung betrifft ferner einen Stoßdämpfer, bei dem die Stoßphänomene beseitigt sind, die beim Überfahren von Unebenheiten geringer Amplitude auftreten.
Weiter ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, derartige Stoßdämpfer für ein Kraftfahrzeug zu nutzen, um das Fahrverhalten/Straßenlage des Fahrzeugs zu verbessern.
In der vorliegenden Beschreibung sind die Begriffe "Einlass" und "Auslass" sowie die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" im Sinne einer Einschubbewegung des Stoßdämpfers, während der die Kolbenstange in den Zylinder des Stoßdämpfers eindringt, zu verstehen. Es ist klar, dass diese Begriffe und Definitionen im Falle einer umgekehrten Bewegung beim Auseinanderziehen des Stoßdämpfers umzukehren sind.
Zu dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gehören: ein Zylinder, der ein Hydraulikfluid enthält, ein durch eine Kolbenstange bewegter Hauptkolben, der in dem Zylinder eine erste Zylinderkammer und eine zweite Zylinderkammer definiert, wobei die zweite Zylinderkammer die Kolbenstange enthält, ein Hydraulikfluidvorratsbehälter und ein in dem Strömungspfad des Hydraulikfluids zwischen der ersten Zylinderkammer und der zweiten Zylinderkammer angeordnetes Ventil. Das Ventil enthält ein bewegliches Ventilverschlussglied, das mit einem Sitz und Mitteln zusammenwirkt, die bestrebt sind, das Ventilverschlussglied gegen seinen Sitz zu drücken. Parallel zu dem Ventil sind Filtermittel angebracht, die dazu eingerichtet sind, einen Filtersteuerdruck zu erzeugen, der auf das Ventilverschlussglied des Ventils wirkt, wobei der Steuerdruck von der Änderung der Druckdifferenz an dem Einlass und an dem Auslass des Ventils abhängt.
Auf diese Weise werden die parallel zu dem Ventil angebrachten Filtermittel während einer Einschubbewegung des Stoßdämpfers nicht von der Hauptdurchflussmenge des Fluids durchströmt, da diese Durchflussmenge nur das Ventil durchströmt. Vielmehr wird die Änderung der Druckdifferenz an dem Einlass des Ventils und seinem Auslass, oder was dasselbe bedeutet, die Änderung des Drucks zwischen der ersten und der zweiten Zylinderkammer des Stoßdämpfers, verwendet, um über die Filtermittel einen auf das Ventil wirkenden Steuerdruck zu erzeugen. Dieser Steuerdruck repräsentiert dementsprechend die Ableitung der oben erwähnten Druckdifferenz.
Die Filtermittel werden von einer sehr geringen Durchflussmenge durchströmt, die in der Einschubphase des Stoßdämpfers ausreicht, den gewünschten Steuerdruck hervorzurufen.
Die Stoßphänomene aufgrund von Unebenheiten geringer Amplitude im Zusammenhang mit den Stoßdämpfern bekannter Bauart, bei denen die Dämpfungskraft gesteuert wird, um bei einer Steigerung der Einschubgeschwindigkeit abzunehmen, werden auf diese Weise ausgefiltert.
Es ist klar, dass es die Änderung der Einschubkraft ist, die eine Durchflussmenge in das Filtermittel induziert, die den Steuerdruck erzeugt.
In einer Anwendung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers in einem Kraftfahrzeug wird es möglich, das Straßenverhalten des Fahrzeugs zu verändern, indem die Zeitkonstanten der Filtermittel, mit denen die Stoßdämpfer der Vorderachse ausgerüstet sind, geeignete gegenüber den Stoßdämpfern der Hinterachse geändert sind.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfassen die Filtermittel: eine Ausgleichskammer, die durch einen verschiebbaren Kolben in zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei die beiden Abschnitte der Ausgleichskammer jeweils über Leitungen zum einen mit dem seinerseits mit der ersten Zylinderkammer verbundenen Einlass des Ventils und zum anderen mit dem seinerseits mit der zweiten Zylinderkammer und dem Vorratsbehälter verbundenen Auslass des Ventils verbunden sind. Der verschiebbare Kolben unterliegt der Wirkung eine Ausgleichsfedereinrichtung, die eine einzige Feder oder vorzugsweise zwei Federn aufweisen kann, die jeweils eine Druckkraft auf eine der Stirnseiten des verschiebbaren Kolbens ausüben.
In der Leitung ist eine Steuerdrossel angebracht, die einen der Abschnitte der Ausgleichskammer mit dem Ventil verbindet. Eine Filterleitung verbindet außerdem den Abschnitt der Ausgleichskammer mit dem Ventil, um den in dem Abschnitt der Ausgleichskammer herrschenden Kontrollsteuerdruck auf das bewegliche Ventilverschlussglied des Ventils zu übertragen.
Die Federeinrichtung ermöglicht es, die Druckdifferenzen zwischen dem Einlass und dem Auslass des Ventils unter Abwesenheit eines das Filtermittel durchströmenden Durchflusses auszugleichen.
Im Falle eine Änderung der Druckdifferenz zwischen dem Ein- und Auslass des Ventils erzeugt die Steuerdrossel einen Steuerdruck, der über die Filterleitung auf das Ventil übertragen wird.
Wenn zwei Federn verwendet werden, lässt sich eine lineare Charakteristik der durch die Federn erzeugten Kraft erzielen.
Auf das bewegliche Ventilverschlussglied des Ventils wird im Allgemeinen eine Schließkraft ausgeübt, die bestrebt ist, das Ventilverschlussglied gegen seinen Sitz zu drücken.
Die Schließkraft kann beispielsweise durch eine Feder erzeugt sein.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Schließkraft mittels einer hydraulischen Druckdifferenz erzeugt, die durch eine Drossel hervorgerufen wird, die stromaufwärts oder stromabwärts des Steuerventils angeordnet ist.
Es kann auch die Kombination einer Feder mit einer hydraulischen Druckdifferenz vorgesehen sein.
Auf das bewegliche Ventilverschlussglied des Ventils kann eine Kraft ausgeübt werden, die bestrebt ist, dieses als Folge großer Bewegungsgeschwindigkeiten der Kolbenstange des Stoßdämpfers zu öffnen. Diese Kraft kann vorteilhafterweise mittels einer hydraulischen Druckdifferenz erzeugt werden, die durch eine stromabwärts oder stromaufwärts des Steuerventils vorgesehene Drossel hervorgerufen wird.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält das Ventil eine Steuerkammer, die mit ihrem Einlass auf der Seite des Sitzes des beweglichen Ventils mit der ersten Zylinderkammer und mit ihrem Auslass mit der zweiten Zylinderkammer verbunden ist sowie außerdem den Steuerdruck aufnimmt.
Das bewegliche Ventilverschlussglied enthält einen Ventilteller, der in der Lage ist mit dem Sitz zusammenzuwirken, einen Ventilschaft und einen auf der von dem Ventilteller abliegenden Seite starr mit dem Schaft verbundenen Ventilkolben. Ein Steuerzylinder ist im Inneren der Steuerkammer angeordnet und definiert eine erste geschlos sene Steuerkammer, in deren Inneren der Ventilkolben gleitet.
Vorteilhafterweise definiert der Steuerzylinder eine zweite geschlossene Steuerkammer, die den Ventilschaft enthält.
Gemäß einer bevorzugten Abwandlung weist der Ventilschaft eine Durchgangsöffnung auf, die eine strömungsmäßige Verbindung zwischen dem Ventilsitz und einer der Steuerkammern herstellt.
Gemäß einer ersten Abwandlung ist die Steuerdrossel in der Leitung angebracht, über die der Abschnitt der Ausgleichskammer mit dem Eingang des Ventils und mit der ersten Kammer des Zylinders verbunden ist, während die Ausgleichsleitung mit der ersten Steuerkammer verbunden ist.
Gemäß einer zweiten Abwandlung ist die Steuerdrossel in der Leitung angebracht, über die der Abschnitt der Ausgleichskammer mit dem Auslass des Ventils und mit der zweiten Kammer des Zylinders verbundenen ist, während die Ausgleichsleitung mit der zweiten Steuerkammer verbunden ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel verbindet die Durchgangsöffnung den Ventilsitz strömungsmäßig mit der ersten Steuerkammer, und der Steuerzylinder definiert eine dritte und eine vierte Steuerkammer, die den Ventilschaft enthält, wobei das Ventilverschlussglied einen Hilfskolben aufweist, der die erwähnte dritte und vierte Steuerkammer voneinander trennt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel verbindet die Durchgangsöffnung den Ventilsitz mit der ersten Steuerkammer strömungsmäßig, und der Steuerzylinder definiert eine dritte und eine vierte Steuerkammer, die den Ventilschaft enthält. Eine Hülse/Manschette, die einen Hilfskolben bildet, ist entlang dem Ventilschaft verschiebbar angebracht. Der Hilfskolben trennt die erwähnte dritte und vierte Steuerkammer voneinander, und die gleitende Hülse/Manschette stützt sich mittels einer Verbindung zu der Feder an dem Ventilkopf ab.
Auf diese Weise ist die Feder in der Lage, eine Verzögerung des Öffnens des Ventils hervorzurufen.
Die erwähnte dritte und vierte Steuerkammer unterliegen vorteilhafterweise dem Druck, der stromabwärts bzw. stromaufwärts der in der Ventilauslassleitung angeordneten Drossel herrscht.
Gemäß einer Abwandlung weist die Kolbenstange in der dritten Kammer eine Schulter auf.
Die erwähnte dritte und die erwähnte vierte Steuerkammer können in diesem Fall dem Druck, der stromabwärts der in der Ventilauslassleitung in Richtung der zweiten Kammer des Zylinders angebrachten Drossel bzw. dem Druck ausgesetzt werden, der stromabwärts einer in der Ventilauslassleitung in Richtung des Vorratsbehälters angebrachten Drossel herrscht.
Die Erfindung wird nach dem Lesen der ausführlichen Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele verständlicher, die anhand der nachstehenden Zeichnungen veranschaulicht werden:
1 zeigt schematisch die hauptsächlichen Bestandteile eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile einer ersten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels;
3 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile einer zweiten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels;
4 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile einer dritten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels;
5 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
6 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile einer ersten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels;
7 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile einer zweiten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels;
8 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile einer dritten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels;
9 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers;
10 veranschaulicht schematisch die Hauptbestandteile einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels;
11 zeigt die Kurve der Änderung der durch zwei Drosseln hervorgebrachten Drücke;
12 zeigt die Kurve der Änderung der Dämpfungskraft;
13 zeigt in einer Schnittansicht eine praktische Verwirklichung einer Einheit, die in einer integrierten Weise einen Vorratsbehälter, ein Steuerventil und Filtermittel aufweist;
14 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Schnittlinie XIV-XIV nach 13; und
15 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Schnittlinie XV-XV nach 13.
Wie in 1 dargestellt, enthält der erfindungsgemäße Stoßdämpfer, der insbesondere für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs verwendete werden kann, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einen Hauptkolben 1, der in der Lage ist, in dem Inneren eines Zylinders 2 zu gleiten, und darin eine dem Boden des Kolbens 1 zugewandte erste Kammer 2a und eine zweite Kammer 2b definiert, die die starr mit dem Kolben 1 verbundene Kolbenstange 3 enthält. Die Kolbenstange 3 weist an ihrem freien Ende ein Befestigungsauge 4 auf, der mit dem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. An dem gegenüberliegenden Ende ist der Zylinder 2 geschlossen und weist ein Befestigungselement 5 auf, das sich an der Fahrzeugkarosserie befestigten lässt. Die beiden Kammern 2a und 2b des Zylinders 2 sind mit Hydraulikfluid, beispielsweise Öl, gefüllt.
Die Einheit des Stoßdämpfers wird durch einen Vorratsbehälter 6 vervollständigt, der einen beweglichen Kolben 7 enthält, der den mit einem Gas gefüllten oberen Abschnitt 8 des Vorratsbehälters 6 von dem mit Hydraulikfluid gefüllten unteren Abschnitt 9 trennt.
Zwischen der ersten Kammer 2a und der zweiten Kammer 2b ist in dem Strömungspfad des Hydraulikfluids ein Ventil 10 angeordnet. Das Ventil 10 ist in der Praxis über die Leitung 11 mit der ersten Kammer 2a verbunden und mittels der Leitungen 12, 13 und 14 über ein Rückschlagventil 15, das einen Fluss des Hydraulikfluids in Richtung der zweiten Kammer 2b erlaubt und in entgegengesetzter Richtung sperrt, mit der zweiten Kammer 2b verbunden.
Parallel zu dem Ventil 10 sind in dem hydraulischen Kreislauf Filtermittel 16 angeordnet. Die Filtermittel 16 weisen eine Ausgleichskammer 17 auf, die durch einen verschiebbaren Kolben 18 in zwei Abschnitte 17a, 17b unterteilt ist, wobei der verschiebbare Kolben 18 der Kraft einer in dem Abschnitt 17b der Ausgleichskammer angeordneten Ausgleichsfeder 19 unterliegt.
Der erste Abschnitt 17a der Ausgleichskammer ist über die Leitung 20 und über die Leitung 11 mit dem Einlass des Ventils 10 verbunden, das seinerseits mit der ersten Kammer 2a des Zylinders 2 verbunden ist. In der Leitung 20 ist eine Steuerdrossel 21 angeordnet, die einen Teil des Filtermittels 16 bildet.
Der zweite Ausgleichskammerabschnitt 17b ist über die Leitung 22 und über die Leitung 12 mit dem Auslass des Ventils 10 verbunden, das seinerseits über die Leitungen 13 und 14 mit der zweiten Kammer 2b des Zylinders 2, und über die Leitung 23 mit dem Vorratsbehälter 6 verbunden ist.
Eine Filterleitung 24 verbindet den ersten Abschnitt 17a der Ausgleichskammer mit dem Ventil 10.
Das Ventil 10 enthält eine Steuerkammer 25, die eine Einlassöffnung 26 aufweist, die während einer Einschubbewegung des Stoßdämpfers, d.h. einer Eindrückbewegung des Hauptkolbens 1 in den Zylinder 2, den aus der ersten Kammer 2a des Zylinders 2 entspringenden Hydraulikfluidstrom über die Leitung 11 aufnimmt.
Die Steuerkammer 25 weist eine Auslassöffnung 27 auf, durch die das Hydraulikfluid strömt, um über die Leitungen 12, 13 und 14 hauptsächlich in Richtung der zweiten Kammer 2b zurückzukehren, wobei es während einer derartigen Einschubbewegung über das Rückschlagventil 15 strömt. Darüber hinaus wird ein dem eingetauchten zusätzlichen Volumen der Kolbenstange 3 entsprechender Teil des Hydraulikfluids über die Leitungen 12, 13 und 23 in Richtung des Vorratsbehälters 6 geleitet.
Im Inneren der Steuerkammer 25 des Ventils 10 ist ein bewegliches Ventilverschlussglied 28 angebracht, das einen Ventilkopf 29 aufweist, der in der Lage ist, mit einem Sitz 30 zusammenzuwirken, der in Nachbarschaft des Einlasses 26 der Steuerkammer 25 ausgebildet ist. Das bewegliche Ventilverschlussglied 28 weist ferner einen Ventilschaft 31 und einen Ventilkolben 32 auf, der mit der Kolbenstange 31 starr verbunden und auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilkopfs 29 angeordnet ist. Der Querschnitt des Ventilkolbens 32 ist kleiner als jener des Ventilkopfs 29.
Im Inneren der Steuerkammer 25 ist ein geschlossenes Element angeordnet, das als Steuerzylinder 33 dient. Der Ventilkolben 32 gleitet im Inneren dieses Zylinders 33. Der Ventilkolben 32 definiert im Inneren des Steuerzylinders 33 eine erste geschlossene Steuerkammer 33a und eine zweite ebenfalls geschlossene Steuerkammer 33b, die den Ventilschaft 31 enthält. Eine im Inneren der ersten Steuerkammer 33a angeordnete Feder 34 drückt gegen den Ventilkolben 32 in der Richtung, die geeignet ist, das Ventil 10 zu schließen, d.h. den Ventilkopf 29 gegen dessen Sitz 30 zu drücken.
Der Ventilschaft 31 weist eine Durchgangsöffnung 35 auf, die die Außenfläche des Ventilkopfs 29 auf der dem Sitz 30 zugewandten Seite über eine quer verlaufende Öffnung 36 mit der zweiten Steuerkammer 33b strömungsmäßig verbindet.
Die Einheit wird durch eine Leitung 37 vervollständigt, die ein Rückschlagventil 38 aufweist und die in der Lage ist, den Vorratsbehälter 6 mittels der Leitungen 23 und 14 über die Leitung 11 mit der ersten Kammer 2a des Zylinders 2 strömungsmäßig zu verbinden.
Schließlich sind geeignete Mittel vorgesehen, um den Rückstrom des Hydraulikfluids von der zweiten Kammer 2b in Richtung der ersten Kammer 2a des Zylinders 2 während des Auseinanderziehens, das einer Bewegung der Extraktion des Hauptkolbens 1 entspricht, sicherzustellen. Zu diesem Zweck ist eine Leitung 39, die eine Drossel 40 und eine Rückschlagventil 40a aufweist, auf der einen Seite mit der zweiten Kammer 2b und auf der anderen Seite mit der ersten Kammer 2a verbunden, um eine Ausbreitung von Hydraulikfluid von der zweiten Kammer 2b in Richtung der ersten Kammer 2a zuzulassen und in umgekehrter Richtung zu verhindern.
Während einer Einschubbewegung, die einem Drücken des Hauptkolbens 1 und der Kolbenstange 3 in das Innere des Zylinders 2 entspricht, arbeitet die Einheit der Elemente des Stoßdämpfers wie im folgenden beschrieben. Der Druck des Hydraulikfluids im Inneren der ersten Kammer 2a des Zylinders 2 ist mit p₁, und der in der zweiten Kammer 2b des Zylinders 2 herrschende Druck mit p₂ bezeichnet.
Während einer Einschubbewegung strömt das Hydraulikfluid in der durch den Pfeil f angezeigten Richtung von der ersten Kammer 2a in die Leitung 11. Der Druck p₁ wirkt auf den Einlass des Steuerventils 10 sowie auf die Außenfläche des Ventilkopfs 29. Der Druck des Hydraulikfluids in der Leitung 12 an dem Auslass des Steuerventils 10 ist der Druck p₂. Der Druck des Hydraulikfluids im Inneren der Steuerkammer 25 ist daher ebenfalls p₂. Derselbe Druck p₂ herrscht im Inneren der zweiten Ausgleichskammer 17b. Aufgrund der Wirkung des auf den Ventilkopf 29 ausgeübten Drucks p₁ kann sich das bewegliche Ventilverschlussglied 28 öffnen, so dass ein Hydraulikfluidstrom durch das Steuerventil 10 gelangt, um in die zweite Kammer 2b zurückzukehren.
Solange die Druckdifferenz p₁ – p₂ zwischen dem Ein- und Auslass des Steuerventils 10 konstant ist, strömt selbstverständlich kein Fluid über die Drossel 21, die einen Abschnitt der Filtermittel 16 bildet und mit der Ausgleichskammer 17 in Verbindung steht, vorausgesetzt, die Filtermittel 16 sind parallel zu dem Ventil 10 angeordnet. Darüber hinaus herrscht bei Nichtvorhandensein eines Durchflusses durch die Drossel 21 in der ersten Ausgleichskammer 17a der Druck p₁. Die Feder 19 gleicht die Druckdifferenz p₁ – p₂ zwischen den beiden Ausgleichskammern 17a und 17b aus.
Wenn die Druckdifferenz p₁ – p₂ zwischen dem Ein- und Auslass des Steuerventils 10 hingegen variiert, kommt es zu einem geringen Durchsatz von durch die Drossel 21 strömenden Hydraulikfluid, der dann stromabwärts dieser Drossel einen Steuerdruck p₃ definiert, der in dem ersten Abschnitt 17a der Ausgleichskammer 17 herrscht. Dieser Steuerdruck wird über die Leitung 24 in die erste Steuerkammer 33a übertragen.
Daraus ergibt sich, dass der Ventilkolben 32 auf der einen Seite dem Steuerdruck p₃ und dank des Vorhandenseins der Durchgangsöffnung 35, 36 auf der anderen Seite dem Druck p₁ unterliegt ist.
Es wird nun der Anlageabschnitt des Ventilkopfs 29 mit S und der Gesamtquerschnitt des Ventilkolbens 32 mit s bezeichnet, wobei s kleiner S ist, und s_t der Querschnitt des Ventilschafts 31 ist. Falls F die durch die Feder 34 auf den Ventilkolben 32 ausgeübte Kraft ist, lässt sich die Gleichgewichtsbedingung des Ventilverschlussglieds 28 ausdrücken durch: F = p1S – p2(S – st) + p1(s – st) – p3s, (1)was sich umformen lässt zu: F = (p1 – p2)(S – st) + (p1 – p3)s. (2)
Die Kraft F ist bestrebt, das Ventilverschlussglied 28 gegen dessen Sitz 30 in Anlage zu bringen und definiert dementsprechend das Dämpfungsgesetz des Stoßdämpfers.
Die Änderung der Einschubkraft induziert eine Hydraulikfluiddurchflussmenge in dem Filtermittel 16, die proportional zu der Änderung oder zur Ableitung der Druckdifferenz p₁ – p₂ ist, die einen Steuerdruck p₃ erzeugt, der auf das bewegliche Ventilverschlussglied 28 des Steuerventils 10 wirkt. Auf diese Weise wird eine Filterwirkung erzielt, die die Druckdifferenz p₁ – p₂ reguliert und die hohen Frequenzen filtert, denen der Stoßdämpfer unterworfen ist.
Das Steuerventil 10 wird somit in Abhängigkeit von den Änderungen der Geschwindigkeit gesteuert, mit der die Kolbenstange 3 in das Innere des Zylinders 2 gedrückt wird.
Bei einer umgekehrten Bewegung, d.h. beim Auseinanderziehen, bei dem der Hauptkolben 1 und die Kolbenstange 3 aus dem Zylinder 2 herausgezogen werden, strömt das Hydraulikfluid von der zweiten Kammer 2b über die Leitung 39 in Richtung der ersten Kammer 2a. Das Wiederauffüllen mit von dem Vorratsbehälter 6 stammenden Hydraulikfluid zum Ausgleichen der Verringerung des Volumens der Kolbenstange 3 im Inneren des Zylinders 2 erfolgt über die Leitung 37, wobei das Rückschlagventil 38 durchströmt wird. Der Druck des zum Wiederauffüllen dienenden Hydraulikfluids herrscht auch in dem zweiten Abschnitt 17b der Filterkammer 17, um während der Auseinanderziehphase die Rückkehr des Kolbens 18 in seine ursprüngliche Stellung zu bewirken.
Das Ausführungsbeispiel, das in 2 dargestellt ist, in der analoge Elemente und Einrichtungen dieselben Bezugszeichen tragen, unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach 1 einzig durch den inneren Aufbau des Steuerventils 10.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das bewegliche Ventilverschlussglied 28 nämlich eine Kolbenstange 31 auf, die nicht mit einer Durchgangsöffnung versehen ist. Der Steuerzylinder 33 ist an dem oberen Abschnitt offen, so dass der Ventilkolben 32 nur eine einzige geschlossene Steuerkammer 33a definiert. Unter dem Druck des Steuerdrucks p₁ stehend wirkt in diesem Ausführungsbeispiel während einer Einschubbewegung des Stoßdämpfers, wie zuvor, der Druck p₂ gleichzeitig im Inneren der Steuerkammer 25 und auf den oberen Abschnitt des Ventilkolbens 32.
Während einer Einschubbewegung lässt sich das Gleichgewicht der auf das bewegliche Ventilverschlussglied 28 ausgeübten Kräfte ausdrücken durch: F = p1S – p2(S – st) + p2(s – st) – p3s, (3)was umgeformt werden kann zu: F = (p1 – p2)(S – s) + (p1 – p3)s. (4)
In diesem Ausführungsbeispiel kann das bewegliche Ventilverschlussglied 28 so eingerichtet sein, dass die Differenz zwischen dem Anlageabschnitt des Ventilverschlussglieds S und dem Querschnitt s des Ventilkolbens 32 gering ist, um die Druckdifferenz p₁ – p₂ mittels einer reduzierten Federkraft F zu kontrollieren, während ein Ventilkopf 29 großer Abmessung verwendet wird, der eine bedeutende Durchflussmenge erlaubt, wenn das Steuerventil 10 offen ist.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet auf dieselbe Weise wie das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, das die Steuerdrossel 21 nicht mehr in der Leitung 20 sondern in der Leitung 22 angeordnet ist, d.h. an dem Auslass des zweiten Abschnitts 17b der Ausgleichskammer 17. Darüber hinaus verbindet die Ausgleichsleitung 24 hier den zweiten Abschnitt 17b der Ausgleichskammer 17 mit der zweiten Kammer 33b des Steuerzylinders 33 des Steuerventils 10.
Auf diese Weise entsteht während einer Einschubbewegung des Stoßdämpfers und unter denselben Bedingungen wie im Falle des Ausführungsbeispiels nach 1 während einer Änderung der Druckdifferenz p₁ – p₂ zwischen dem Ein- und Auslass des Steuerventils 10 über die Drossel 21 ein Durchfluss. Der Steuerdruck p₃ entsteht dabei aufgrund der Drossel 21 und wird über die Ausgleichsleitung 24 in die zweite Kammer 33b übertragen.
Ein in der Wand des Steuerzylinders 33 ausgebildeter Durchlass 41 verbindet die erste Steuerkammer 33a strömungsmäßig mit der Steuerkammer 25, so dass der Druck p₂, der während einer Einschubbewegung in der Steuerkammer 25 herrscht, auch in der ersten Steuerkammer 33a herrscht.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Ventilschaft 31 keine Durchgangsöffnung auf, und der Steuerzylinder 33 ist abgesehen von dem Durchlass 41 geschlossen.
Während einer Einschubbewegung ist das auf das bewegliche Ventilverschlussglied 28 ausgeübte Gleichgewicht der Kräfte definiert durch die Gleichung: F = p1S – p2(S – St) + p3(s – st) – p2s, (5)die sich umformen lässt zu: F = (p1 – p2)S + (p3 – p2)(s – st). (6)
In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Filtermittel 16 mit jenen in 3 identisch, d.h., die Ausgleichsdrossel 21 ist in der Leitung 22 an dem Auslass der Ausgleichskammer 17 angeordnet. Der allgemeine Aufbau des Steuerventils 10 ähnelt sehr jenem des Steuerventils 10 des in 3. dargestellten Ausführungsbeispiels. Allerdings weist der Ventilschaft 31 in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Durchgangsöffnung 35 auf, die die Außenfläche des Ventilkopfs 29 während einer Einschubbewegung in diesem Fall strömungsmäßig mit der ersten Steuerkammer 33a verbindet, in deren Inneren somit der Druck p₁ herrscht. Der Steuerzylinder 33 ist geschlos sen, so dass die zweite Kammer 33b dem Steuerdruck p₃ ausgesetzt ist, wohingegen in der Steuerkammer 25 der Druck p₂ herrscht.
Während einer Einschubbewegung ist das auf das bewegliche Ventilverschlussglied 28 ausgeübte Gleichgewicht der Kräfte definiert durch die Gleichung: F = p1S – p2(S – st) + p3(s – st) – p1s, (7)was sich umformen lässt zu: F = (p1 – p2)(S – st) + (p3 – p2)(s – st).(18)
Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ermöglicht es, die gleichen vorteilhaften Ergebnisse zu erzielen, wie im Falle des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels.
In den in 1 bis 4 veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist das bewegliche Ventilverschlussglied des Steuerventils 10 der Kraft einer Feder unterworfen. Es ist auch möglich, eine hydraulische Kraft zu erzeugen, die unter denselben Bedingungen auf das bewegliche Ventilverschlussglied wirkt.
Die in den 5, 6, 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiele veranschaulichen diese Situation.
In dem Ausführungsbeispiel nach 5 sind die Filtermittel 16 die gleichen wie in dem in 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel und umfassen insbesondere eine Ausgleichskammer 17 und eine Steuerdrossel 21 in der Lei tung 22.
In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel verbindet die in dem Ventilschaft 31 ausgebildete Durchgangsöffnung 35 die Außenfläche des Ventilkopfs 29 auf der Seite seines Sitzes 30 strömungsmäßig mit der ersten geschlossenen Steuerkammer 33a, die in dem Inneren des Steuerzylinders 33 gebildet ist. Der Steuerzylinder 33 weist eine Trennwand 42 auf, die den Steuerzylinder 33 in zwei Abschnitte unterteilt, wobei der eine den Ventilkolben 32 enthält, und der andere einen starr mit dem Ventilschaft 31 verbundenen Hilfskolben 43 enthält. Der Hilfskolben 43 trennt in dem Steuerzylinder 33 eine dritte von einer vierte Steuerkammer 33c, 33d. Weiter ist ein Durchlass 41a in der Wand des Steuerzylinders 33 ausgebildet, um die Steuerkammer 25 mit der dritten Steuerkammer 33c strömungsmäßig zu verbinden, die ebenfalls durch die Wand 42 begrenzt ist.
Die Ausgleichsleitung 24 verbindet den Auslass der Ausgleichskammer 17 auf der Seite des zweiten Abschnitts 17b derselben mit der zweiten Steuerkammer 33b. Eine zusätzliche Drossel 44 ist an dem Auslass des Steuerventils 10 zwischen dem Ventil 10 und der zweiten Kammer 2b des Zylinders 2 in der Leitung 13 angeordnet. Der stromabwärts der Drossel 44 herrschende Druck wird über die Leitung 45 in die vierte Steuerkammer 33d übertragen.
Auf diese Weise ist im Falle einer Einschubbewegung der an dem Einlass des Steuerventils 10 herrschende Druck der Druck p₁, der ebenfalls in der ersten Steuerkammer 33a ansteht. Die zweite Steuerkammer 33b unterliegt dem Steuerdruck p₃, der während einer Änderung der Druckdifferenz p₁-p₂ stromaufwärts der Drossel 21 an dem Auslass der Aus gleichskammer 17 erzeugt wird. Der Druck p₂ herrscht an dem Auslass des Steuerventils 10 sowie im Inneren der Steuerkammer 25 und in der dritten Ausgleichskammer 33c. Stromabwärts der zusätzlichen Drossel 44 definiert sich nun ein Druck p'₂, der auf das Innere der vierten Steuerkammer 33d übertragen wird und der ebenso in der zweiten Kammer 2b des Zylinders 2 vorzufinden ist.
Das Gleichgewicht des beweglichen Ventilverschlussglieds 28 während einer Einschubbewegung lässt sich durch die folgende Gleichung definieren: p1(S – s) – p2(S + s – 2st) + p'2(s – st) + p3(s – st) = 0, (9)was sich in die beschriebene(n) Gleichung(en) umwandeln lässt. In diesem Ausführungsbeispiel ist es also die zusätzliche Drossel 44, die indirekt die hydraulische Kraft erzeugt, die bestrebt ist, das Steuerventil 10 zu schließen. Die demselben Zweck dienende Feder 34 der vorausgehenden Ausführungsbeispiele kann daher weggelassen werden.
Die zusätzliche Drossel 44, die in dem Ausführungsbeispiel nach 5 zwischen dem Steuerventil 10 und der zweiten Kammer 2b des Zylinders 2 angeordnet ist, kann auch anders angeordnet werden.
6 zeigt eine solche Abwandlung, bei der identische Elemente dieselben Bezugszeichen tragen wie in 5. In diesem Ausführungsbeispiel verbindet eine zusätzliche Verbindung 12a den Auslass 27 des Steuerventils 10 über das Rückschlagventil 15 mit der zweiten Kammer 2b des Zylinders 2. Ein Rückschlagventil 38c sorgt dafür, dass das Fluid in Richtung des Vorratsbehälters über die Drossel 44 fließt.
Die zusätzliche Drossel 44, die denselben Zweck erfüllt wie in dem Ausführungsbeispiel nach 5 und daher die Feder 34 ersetzt, ist hier in der Leitung 45 angeordnet, über die das Hydraulikfluid strömt, das in Richtung des Vorratsbehälters 6 zurückkehrt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Druck, der in der zweiten Kammer 2b des Zylinder 2 herrscht, der Druck p₂.
Eine in 7 dargestellte andere Anordnung der zusätzlichen Drossel 44 bildet eine Abwandlung, die der in 3 veranschaulichten ähnelt. Die identischen Elemente tragen dieselben Bezugszeichen. In dieser Abwandlung ist die zusätzliche Drossel 44 in der Leitung 11 stromaufwärts der Filtermittel 16, d.h. zwischen der ersten Kammer 2a des Zylinders 2 und dem Steuerventil 10 angeordnet. Die Drossel 44 ruft dementsprechend einen Druck p'₁ hervor, der über eine zusätzliche Leitung 11a in die erste Steuerkammer 33a übertragen wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Steuerkammer 33a eine geschlossene Kammer und enthält keine Feder 34.
Wie im Falle der in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele ermöglicht die zusätzliche Drossel 44 auf diese Weise, eine hydraulische Kraft zu erzeugen, die bestrebt ist, das Steuerventil 10 zu schließen, d.h. auf das bewegliche Ventilverschlussglied 28 in der Richtung wirkt, die bestrebt ist, dieses gegen seinen Sitz 30 in Anlage zu bringen.
Das Gleichgewicht des beweglichen Ventilverschlussglieds 28 während einer Einschubbewegung kann durch die folgende Gleichung definiert werden: p1S – p2(S – st) + p3(s – st) – p1's = 0, (11)was umgewandelt werden kann in die Gleichung: (p1 – p2)(S – s) + (p3 – p2)(s – st) = (p1' – p1)s, (12)wobei der Term (p₃ – p₂)(s – s_t) die Filterfunktion repräsentiert, während der Term (p₁' – p₁)s die hydraulische Kraft repräsentiert, die durch die zusätzliche Drossel 44 erzeugt wird.
Das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel bildet eine weitere Abwandlung des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels. Die auf das bewegliche Ventilverschlussglied wirkende Kraft wird zwar ebenfalls hydraulisch erzeugt, wird jedoch hier mittels einer Feder auf das bewegliche Ventilverschlussglied übertragen, um Fluktuationen hoher Frequenz dieser Kraft zu verhindern, falls in der Drossel 44 hydraulische Turbulenzen auftreten. Dieser Effekt ergänzt jenen der Filtermittel 16, insbesondere in dem oberen Bereich des Frequenzspektrums.
Wie in 8 dargestellt, in der Elemente, die mit den bereits in 5 dargestellten Elementen identisch sind, dieselben Bezugszeichen tragen, ist eine Hülse/Manschette 46 längs des Ventilschafts 31 gleitend verschiebbar befestigt. Die Hülse/Manschette 46 weist eine Schulter auf, die einen Hilfskolben 47 bildet, der den in 5 dargestellten mit dem Ventilschaft 31 starr verbundenen Hilfskolben 43 auf beliebige Art ersetzt. Der Hilfskolben 47 trennt auf diese Weise unter den gleichen Bedingungen wie im Falle des Hilfskolbens 43 des in 5 dargestellten Ausführungsbeispiels die dritte Steuerkammer 33c von der vierten Steuerkammer 33d. Der Abschnitt der Hülse/Manschette 46, der längs der Kolbenstange 31 gleitet, findet seinen Anschlag an einer Scheibe 48, die als Sitz für eine Feder 49 dient, die sich unterhalb des Ventilkopfs 29 abstützt.
Die Kraft R der Druckfeder 49 gleicht daher die durch die Drossel 44 erzeugte hydraulische Kraft aus gemäß der Gleichung: R = (p2 – p'2)(s – sp), (13)wobei s_p der Querschnitt der Hülse/Manschette 46 ist, die den Ventilschaft 31 umgibt.
Die Kraft R der Feder 49 wirkt darüber hinaus dem Öffnen des Ventils 10, d.h. der Ablösung des Sitzes des Ventilverschlussglieds 29 von dessen Sitz 30 entgegen. Das diesbezügliche Gleichgewicht dieser Kräfte lässt sich ausdrücken durch: R = p1(S – s) – P2(S – st) + p3(s – st), (14)was sich umwandeln lässt zu: R = (p1 – p2)(S – s) + (p3 – p2)(s – st). (15)
In dieser Gleichung repräsentiert der Term (p₃ – p₂)(s – s_t) die Filterwirkung, und es wird schließlich dieselbe Wirkung erzielt, wie in dem Ausführungsbeispiel nach 4, allerdings mit einer zusätzlichen Filterung der hohen Frequenzen mittels der Feder 49.
Das Ausführungsbeispiel, das in 9 veranschaulicht ist, in der Elemente, die mit jenen des vorausgehenden Ausführungsbeispiels identisch sind, dieselben Bezugszeichen tragen, enthält eine Feder 34, die auf das bewegliche Ventilverschlussglied 28 wirkt, wie in den Ausführungsbeispielen nach 1 bis 4 der Fall. Im Übrigen weist das Ausführungsbeispiel nach 9 Ähnlichkeiten mit dem Ausführungsbeispiel nach 5 auf, mit Ausnahme der folgenden Veränderungen:
Die den Kontrollsteuerdruck p₃ übertragende Filterleitung 24 ist mit der vierten Kammer 33d verbunden.
In einer Leitung 51 ist eine zusätzliche Drossel 50 angeordnet, die auf der einen Seite über die Leitung 12 mit dem Auslass des Steuerventils 10 und auf der anderen Seite mit der zu dem Vorratsbehälter 6 führenden Rücklaufleitung 23 verbunden ist. Die Drossel 50 wird folglich von dem Hydraulikfluidstrom durchströmt, der während einer Einschubbewegung des Stoßdämpfers, die ein tieferes Eindringen der Kolbenstange 3 in das Innere des Zylinders 2 mit sich bringt, in Richtung des Vorratsbehälters 6 zurückkehrt. Stromabwärts der Drossel 50 entsteht während einer Einschubbewegung ein Druck p₄, der über die Leitung 51a in die dritte Steuerkammer 33c übertragen wird, die in dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel eine geschlossene Kammer ist, die daher nicht mit der dem Druck p₂ unterworfenen Steuerkammer 25 in strömungsmäßiger Verbindung steht.
Die zweite Steuerkammer 33b weist einen Durchlass 41a auf, der diese mit der Steuerkammer 25 strömungsmäßig verbindet, so dass in der zweiten Steuerkammer 33b der Druck p₂ herrscht. Eine Feder 34 ist in der ersten Steuerkammer 33a angeordnet, um auf den Ventilkolben 32 eine Kraft auszuüben, die bestrebt ist, das Steuerventil 10 zu schließen.
Schließlich ermöglicht eine zusätzliche Leitung 14a, die an dem Auslass des Steuerventils 10 mit der Leitung 12 verbunden ist, den Rücklauf des Hydraulikfluids in Richtung der zweiten Kammer 2b des Zylinders 2, wobei dieses durch das Rückschlagventil 15 strömt. In dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt die Drossel 50 einen Druck p₄, der in der Lage ist, das Steuerventil 10 während hoher Einschubgeschwindigkeiten der Stoßdämpferkolbenstange 3 zu öffnen. Auf diese Weise wird eine Verringerung der Dämpfungskraft bei hohen Einschubgeschwindigkeiten erzielt.
Die in dem Ausführungsbeispiel nach 9 auf das bewegliche Ventilverschlussglied 28 wirkenden Kräfte lassen sich ausdrücken durch die Gleichung: R = p1S – p2(S – st) + (p2 – p4)(s – st) + p3(s – st) – p1s, (16)die umgeformt werden kann zu: R = (p1 – p2)(S – s) + (p3 – p2)(s – st) + (p2 – p4)(s – st). (17)
Das in 10 dargestellte Ausführungsbeispiel ähnelt prinzipiell dem Ausführungsbeispiel nach 9, weist allerdings einige Veränderungen auf. Die mit Blick auf die vorausgehenden Ausführungsbeispiele identischen oder ähnlichen Elemente tragen dieselben Bezugszeichen.
Der verschiebbare Kolben 18 der Ausgleichskammer 17 unterliegt hier den entgegengesetzten Kräften zweier Federn 19a und 19b, die beiderseits des verschiebbaren Kolbens 18 angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, dafür zu sorgen, dass die beiden Federn im linearen Bereich ihrer Charakteristik arbeiten. In der Praxis weist die eine der Federn, beispielsweise die Feder 19b, eine größere Federkonstante auf als die zweite, in diesem Fall die Feder 19a.
Es ist klar, dass ein derartiger Aufbau auch in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendete werden könnte.
Die Drossel 44 wird in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls verwendet, um den Druck p'₂ zu definieren, wenn das Hydraulikfluid, das das Steuerventil 10 unter dem Druck p₂ verlässt, in Richtung der zweiten Kammer 2b des Stoßdämpfers 2 fließt, in der der Druck p'₂ herrscht. Wie im Vorausgehenden erzeugt die Drossel 44 eine hydraulische Kraft, die bestrebt ist, das Steuerventil zu schließen, ohne dass die zusätzliche Verwendung einer Rückholfeder erforderlich ist.
Das Rückschlagventil 15 der vorausgehenden Ausführungsbeispiele und insbesondere des in 9 dargestellten Ausführungsbeispiels wurde an einem anderen Platz angeordnet, um sich während einer Einschubbewegung bezüglich der Drossel 44 stromaufwärts der Ausbreitung des Fluids zu befinden. Es handelt sich dort um eine einfache Veränderung des Aufbaus, die selbstverständlich in sämtlichen vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden könnte.
Die dritte Drossel 50 ist in einer Leitung 51 angeordnet, die auf der einen Seite über die Leitung 12 mit dem Auslass des Steuerventils 10 und auf der anderen Seite mit der Rücklaufleitung 23 mit dem Vorratsbehälter 6 verbunden ist. Die Drossel 50 wird folglich von dem Hydraulikfluidstrom durchströmt, der während einer Einschubbewegung des Stoßdämpfers, die ein tieferes Eindringen der Kolbenstange 3 in das Innere des Zylinders 2 hervorruft, in Richtung des Vorratsbehälters 6 zurückkehrt. Während einer Einschubbewegung findet sich stromabwärts der Drossel 50 ein Druck p₄, der über die Leitung 51a in die dritte Steuerkammer 33c übertragen wird, die in dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel eine geschlossene Kammer ist, die somit nicht mit der unter dem Druck p₂ stehenden Steuerkammer 25 in strömungsmäßiger Verbindung steht. Wie in dem Ausführungsbeispiel nach 9 erzeugt die Drossel 50 daher einen Druck, der bestrebt ist, das Steuerventil während hoher Einschubgeschwindigkeiten zu öffnen.
Der Ventilschaft 31 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Schulter 31a auf, die einen unteren Abschnitt 31b des Ventilschafts 31 definiert, dessen Durchmesser geringer ist als derjenige des oberen Abschnitts. Die Schulter 31a verbleibt im Betrieb in dem Inneren der dritten Steuerkammer 33c.
Das Rückschlagventil 38 der vorausgehenden Ausführungsbeispiele ist in dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei in Reihe angeordnete Rückschlagventile 38a, 38b ersetzt. Eine zwischen den beiden Rückschlagventilen 38a, 38b eingefügte Verbindung 52 ist mit der Leitung 24 verbunden, die ihrerseits mit dem Auslass der Ausgleichskammer 17 verbunden ist und den Steuerdruck p₃ zu der zweiten Steuerkammer 33b überträgt. Diese Anordnung ermöglicht während des Auseinanderziehens des Stoßdämpfers einen Rücklauf des von dem Vorratsbehälter 6 stammenden Fluids, wobei das Steuerventil 10 und das Filtermittel 16 nun in keiner Weise beteiligt sind. Auf diese Weise füllt das Fluid die erste Kammer 2a wieder auf und kompensiert dementsprechend die Verringerung des Tauchvolumens der Kolbenstange 3. Diese Anordnung ermöglicht außerdem eine Erleichterung der Rückkehr des verschiebbaren Kolbens 18 der Ausgleichskammer 17 in seine Gleichgewichtsruhestellung zwischen den beiden Federn 19a, 19b.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die beiden Drosseln 44 und 50 vorzugsweise so gewählt, dass sie unterschiedliche Charakteristiken aufweisen. Die in 11 dargestellten Kurven zeigen die entsprechenden Charakteristiken der Drosseln 44 und 50 in einer durchgezogenen bzw. gestrichelten Linie. Auf der Ordinate ist der Druckabfall P und auf der Abszisse die Geschwindigkeit V der Einschubbewegung abgetragen.
Die Drossel 44 wird geeignet gewählt, um einen Druckabfall P zu erzeugen, der zunächst für kleine Werte der Einschubgeschwindigkeit, die geringen die Drossel durchströmenden Durchflussmengen entsprechen, sehr rasch ansteigt. Daran anschließend nimmt dieser Druckabfall sehr langsam zu. Eine derartige Charakteristik lässt sich ohne Weiteres unter Verwendung beispielsweise eines dünnen Metallscheibe verwirklichen, das mittels eines Federsystems vorgespannt ist.
Die Drossel 50 hingegen wird geeignet gewählt, um eine Charakteristik zu zeigen, bei der der Druckabfall P für geringe Durchflussmengen, die geringen Einschubgeschwindigkeiten entsprechen, langsam wächst und anschließend, wenn die Geschwindigkeit und die Durchflussmengen ansteigen, rascher zunimmt. Eine derartige Charakteristik lässt sich ohne weiteres einer kalibrierten Öffnung erzielen.
Indem veranlasst wird, dass die durch die beiden Drosseln 44 und 50 hervorgerufenen Drücke p'₂ bzw. p₄ auf die entgegengesetzten Stirnseiten des Hilfskolbens 47, d.h. in der vierten Steuerkammer 33b und in der dritten Steuerkammer 33c wirken, wird durch hydraulische Mittel eine Kraft erzeugt, die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Einschubbewegung rasch wächst, ein Maximum durchläuft, um sodann abzunehmen und die Richtung zu wechseln, wobei das Öffnen des Steuerventils 10 bewirkt wird. Die 12 zeigt die Änderungen der Dämpfungskraft F als Funktion der Geschwindigkeit der Einschubbewegung V. Der Abschnitt der gestrichelt gezeichneten Kurve ist von keiner praktischen Bedeutung, da sich das Steuerventil 10 dann in seiner vollständig offenen Stellung befindet. Auf diese Weise erhält man eine Dämpfungskraft, die für geringe Geschwindigkeiten mit der Einschubgeschwindigkeit anwächst, anschließend ein Maximum durchläuft und bei hohen Einschubgeschwindigkeiten wieder abnimmt. Dies ist von besonderem Interesse, wenn verhindert werden soll, dass lokale Abnutzungen des Straßenbelags Vibrationen oder Stöße an der Fahrzeugkarosserie hervorrufen.
Es versteht sich von selbst, dass derselbe Vorteil mittels einer analogen Anordnung der beiden Drosseln 44 und 50 in einer wie in 9 dargestellten Steuerventilkonstruktion erzielt werden könnte, in der die hydraulischen Kräfte unmittelbar auf den starr mit dem Ventilschaft 31 verbundenen Hilfskolben 43 ausgeübt werden.
Das Gleichgewicht der Kräfte, die auf das bewegliche Ventilverschlussglied 28 des in 10 dargestellten Ausführungsbeispiels ausgeübt werden, ist wie folgt definiert, wobei R die Kraft der Feder 49, s der kleine Querschnitt des Ventilschafts 31, und S der große Querschnitt des Ventilschafts 31 ist: R = p4(s – St) – p2(sp – St) – p'2(s – sp), (18)was ausgedrückt werden kann durch: R = (p2 – p'2)(s – sp) – (p2 – p4)(s – St). (19)
In dieser Gleichung tritt der Einfluss der Drossel 44 durch den Term (p₂ – p'₂) und jener der Drossel 50 durch den Term (p₂ – p₄) zu Tage.
Die Kraft R der Feder wird hydraulisch ausgeglichen, wie sich aus der folgenden Gleichung ergibt: R = p1(S – s) + p3(s – st) – p4(St – st) – p2(S – St), (20)was umgeformt werden kann zu: R = (p1 – p2)(S – s) + (p3 – p2)(s – st) + (p2 – p4)(St – st), (21)wobei der erste Term die hauptsächliche Dämpfungskraft repräsentiert, der zweite Term die Filterwirkung ausdrückt, und der dritte Term ein Abklingen der Dämpfungskraft für sehr hohe Einschubgeschwindigkeiten repräsentiert.
Daraus ergibt sich, dass die Stoßdämpfung bei großen Einschubgeschwindigkeiten zum einen aufgrund einer Kraft auf die Feder 49, die gespannt ist, um das bewegliche Ven tilverschlussglied 28 gegen seinen Sitz 30 zu drücken, und zum anderen gleichzeitig durch eine unmittelbare Kraftausübung auf den Ventilschaft 31 abnimmt. In der Praxis wirkt in dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel der durch die Drossel 50 erzeugte Druck (p₂ – p₄) auf die Fläche (S_t – s_t) so, dass der Ventilkopf 29 von dessen Sitz 30 wegbewegt wird.
Zu beachten ist, dass die Drossel 50, die bestrebt ist, das Steuerventil 10 bei einer großen Durchflussmenge, d.h. während hoher Einschubgeschwindigkeiten zu öffnen, nicht nur, wie in den 9 und 10 dargestellt, in dem Pfad zu dem Vorratsbehälter sondern auch zwischen dem Ventil 10 und der zweiten Kammer 2b des Stoßdämpfers 2 oder auch zwischen der ersten Kammer 2a und dem Steuerventil 10 angeordnet sein kann.
Im Folgenden wird ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Steuerventils beschrieben, das in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Filtermitteln verwendet wird, wie sie in 13, 14 und 15 veranschaulicht sind. In diesen Figuren, die der in 10 dargestellten schematischen Ausführungsform, tragen übereinstimmende Elemente dieselben Bezugszeichen.
Aus 13 ist ersichtlich, wie die Filtermittel 16, das Steuerventil 10 und der Vorratsbehälter 6 im Inneren eines Gehäuses 53 gemäß 13 übereinander angeordnet sind. Ebenfalls ist die Feder 19b gezeigt, deren Federkonstante größer ist als jene der sekundären Feder 19a, die beide auf ein zylindrisches Element 54 wirken, das mit einer Schulter 54a ausgebildet ist, auf der sich die Federn 19a und 19b abstützen.
Das zylindrische Element 54 definiert im Inneren eine Kammer, die dem ersten Abschnitt 17a der Ausgleichskammer 17 entspricht. Eine starr mit dem zylindrischen Element 54 verbundene Stange 55 weist einen mit einem größeren Durchmesser bemessenen unteren Abschnitt auf, der die Funktion des Kolbens 18 hat, indem er in einem zweiten zylindrischen Element 56 gleitet, in dessen Innerem sich der zweite Abschnitt 17b der Ausgleichskammer definiert. Das Element 54 gleitet unabgedichtete auf dem Element 56 und weist in seinem oberen Abschnitt eine Öffnung 54b auf, die ein freies Strömen des Fluids der Kammer 17a in Richtung des Ventils 31 und der Leitung 11 erlaubt. Das Hydraulikfluid ist in der Lage, durch eine Öffnung 57 in diesen Abschnitt 17b einzudringen und sodann eine kalibrierte Öffnung zu durchströmen, die der Drossel 21 entspricht.
Der in dem Inneren des zylindrischen Elements 54 befindliche Abschnitt 17a der Ausgleichskammer steht über die Leitung 11 mit der in 13 nicht dargestellten ersten Kammer des Stoßdämpfers in strömungsmäßiger Verbindung.
13 zeigt ebenfalls den Ventilschaft 31 mit dem Ventilkopf 29, der in der Lage ist auf seinen Sitz 30 in Anlage zu kommen. Der Ventilkolben 32 ist als Element ausgeführt, das auf dem Ventilschaft 31 aufgeschraubt ist und dessen Durchmesser gegenüber diesem kleiner ist. Die Zwischenwand 42 begrenzt ebenfalls, wie in dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel, eine dritte Steuerkammer 33c und eine zweite Steuerkammer 33b. Es finden sich auch die erste Steuerkammer 33a und die vierte Steuerkammer 33d wieder. Die verschiebbare Hülse/Manschette 46 gleitet entlang dem mit einem größeren Durchmesser bemessenen Abschnitt des Ventilschafts 31 und drückt mittels der Feder 49 auf den Ventilteller 29.
Weiter sind in 13 das Rückschlagventil 15 und die Drossel 44 zu sehen, die eine verschiebbare Scheibe 57 enthält, die zwischen mehreren Metallscheiben 58 gesichert ist. Der Rücklauf des Hydraulikfluids in Richtung der zweiten Kammer des Stoßdämpfers erfolgt über die Leitung 14a, die mit einer stromabwärts der Drossel 44 angeordneten Kammer strömungsmäßig verbunden ist.
Die auf diese Weise definierten unterschiedlichen Einrichtungen werden hergestellt, indem im Inneren des Gehäuses 53 eine Anzahl von ringförmigen Elementen übereinander gestapelt werden, die passend mit geeigneten Öffnungen durchbrochen sind.
Von dem unteren Abschnitt in 13 ausgehend finden sich somit wieder: ein erstes Element 59, das einen Abschlussstopfen bildet; ein zweites Element 60, das die Drossel 21 repräsentiert; ein drittes Element 61, das auf der Öffnung 57 und dem zylindrischen Abschnitt 56 basiert; ein viertes Element 62, ein fünftes Element 63, das außerdem das Rückschlagventil 38b enthält; ein sechstes Element 64, das das Rückschlagventil 38a enthält; ein siebentes Element 65, das die Steuerkammer 25 begrenzt; ein achtes Element 66, das den Steuerzylinder 33 nach 8 begrenzt; ein neuntes Element 67, das einen Abschnitt des Steuerzylinders 33 definiert; ein zehntes Element 68, das die Trennwand 42 bildet; ein elftes Element 69, das die erste Steuerkammer 33a des Steuerzylinders 33 begrenzt; ein zwölftes Element 70, das Durchlässe aufweist, die dem Rückschlagventil 15 und der Drossel 44 zugeordnet sind; ein dreizehntes Element 71, an dem die Drossel 50 angeordnet ist; und schließlich der verschiebbare Kolben 7, der in dem Vorratsbehälter 6 den mit Gas gefüllten Abschnitt 8 von dem mit Fluid gefüllten Abschnitt 9 trennt.
13 zeigt ferner die Verbindungsleitung 51, die durch Öffnungen der oben erwähnten unterschiedlichen Elemente parallel zu der Längsachse verlaufend ausgeführt ist. Weiter ist die auf dieselbe Weise verwirklichte Verbindungsleitung 37, 14 dargestellt, in der die beiden Rückschlagventile 38a und 38b angebracht sind, und die zum einen mit dem Vorratsbehälter 6 und zum anderen mit dem Durchlass 37 verbunden sind. Weiter ist gestrichelt die Filterleitung 24 veranschaulicht, die mit dem zwischen den beiden Ventilen 38a, 38b verzweigten Durchlass 52 verbunden ist und in die Kammer 33b einmündet.
Die geschnittenen Ansichten nach 14 und 15 zeigen ferner die in 13 gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung 45, die Filterleitung 24 und die Leitung 14. 14 veranschaulicht den Durchlass 51a, der eine strömungsmäßige Verbindung zwischen der Leitung 24 und der Kammer 33c herstellt. In 15 ist die Leitung 23 dargestellt, die über den Durchlass 52 mit der Leitung 24 verbunden ist und mit dem Vorratsbehälter 6 verbunden ist. Die Leitung 23 ist außerdem mit der in 15 dargestellten Leitung 14 verbunden.
Die innere Abdichtung wird erreicht, indem die unterschiedlichen Elemente bei dem endgültigen Zusammenbau gegeneinander gedrückt werden.
Die Abdichtung gegenüber der Umgebung wird beispielsweise erreicht, indem die äußeren Hülle 53 mit dem Ab schlusspfropfen 59 verschweißt/verlötet wird.
In der Beschreibung der vorausgehenden Ausführungsbeispiele entsprach die Einsschubbewegung des Stoßdämpfers einem Zusammendrücken der Radaufhängung des Fahrzeugs. Es ist klar, dass die Erfindung ohne eine größere Veränderung für den Fall einer umgekehrten Aufhängung verwendet werden könnte, bei der das Zusammendrücken der Aufhängung dem Auseinanderziehen des Stoßdämpfers entsprechen könnte.

Claims

Stoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend: einen Zylinder (2), der ein Hydraulikfluid enthält, einen durch eine Kolbenstange (3) bewegter Hauptkolben (1), der in dem Zylinder eine erste Zylinderkammer (2a) und eine zweite Zylinderkammer (2b) definiert, wobei die zweite Zylinderkammer die Kolbenstange enthält, einen Hydraulikfluidvorratsbehälter (6) und ein in dem Strömungspfad des Hydraulikfluids zwischen der ersten Zylinderkammer und der zweite Zylinderkammer angeordnetes Ventil (10), wobei zu dem Ventil ein bewegliches Ventilverschlussglied (28), das mit einem Sitz (30) und Mitteln zusammenwirkt, die bestrebt sind, das Ventilverschlussglied gegen seinen Sitz zu drücken, sowie eine Ausgleichskammer (17) gehören, die durch einen unter der Wirkung einer Ausgleichsfedereinrichtung (19) stehenden verschiebbaren Kolben (18) in zwei Abschnitte unterteilt ist; und eine Steuerdrossel (21), die zwischen dem einen der Abschnitte der Ausgleichskammer und dem Ventil vorgesehen ist, um einen Kontrollsteuerdruck zu erzeugen, der auf das Ventilverschlussglied des Ventils wirkt, wobei der Steuerdruck von der Änderung der Druckdifferenz an dem Einlass und an dem Auslass des Ventils abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollsteuerdruck, der in einem Abschnitt der Ausgleichskammer herrscht, durch eine Ausgleichsleitung (24) auf das bewegliche Ventilverschlussglied des Ventils übertragen wird.
Stoßdämpfer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf das bewegliche Ventilverschlussglied (28) des Ventils (10) eine Schließkraft ausgeübt wird, die bestrebt ist, das Ventilverschlussglied gegen seinen Sitz zu drücken.
Stoßdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft durch eine Feder erzeugt wird.
Stoßdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft mittels einer hydraulischen Druckdifferenz erzeugt wird, die durch eine Drossel (44) hervorgerufen wird, die stromaufwärts oder stromabwärts des Steuerventils (10) angebracht ist.
Stoßdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das bewegliche Ventilverschlussglied (28) des Ventils (10) eine Kraft ausgeübt wird, die bestrebt ist, dieses als Folge großer Bewegungsgeschwindigkeiten der Kolbenstange des Stoßdämpfers zu öffnen, wobei diese Kraft mittels einer hydraulischen Druckdifferenz erzeugt wird, die durch eine stromabwärts oder stromaufwärts des Steuerventils (10) angebrachte Drossel (50) hervorgerufen wird.
Stoßdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) eine Steuerkammer (25) aufweist, die mit ihrem Einlass auf der Seite des Sitz des beweglichen Ventils (28) mit der ersten Zylinderkammer und mit ihrem Auslass mit der zweiten Zylinderkammer verbunden ist sowie außerdem den Kontrolldruck aufnimmt; und dass zu dem beweglichen Ventil gehören: ein Ventilteller (29), der in der Lage ist mit dem Sitz zusammenzuwirken, ein Ventilschaft (31) und ein auf der von dem Ventilteller abliegenden Seite starr mit dem Schaft verbundenen Ventilkolben (32); ein Steuerzylinder (33), der im Inneren der Steuerkammer angeordnet ist und eine erste ge schlossene Steuerkammer (33a) definiert, in deren Inneren der Ventilkolben gleitet.
Stoßdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzylinder eine zweite geschlossene Steuerkammer (33b) definiert, die den Ventilschaft enthält.
Stoßdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft eine Durchgangsöffnung (35) aufweist, die den Ventilsitz mit einer der Steuerkammern in strömungsmäßig verbindet.
Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdrossel (21) in der Leitung angebracht ist, über die der Abschnitt (17a) der Ausgleichskammer (17) mit dem Eingang des Ventils (10) und mit der ersten Kammer des Zylinders verbunden ist, und dass die Ausgleichsleitung (24) mit der ersten Steuerkammer (33a) verbunden ist.
Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdrossel (21) in der Leitung angebracht ist, über die der Abschnitt (17b) der Ausgleichskammer (17) mit dem Auslass des Ventils (10) und mit der zweiten Kammer des Zylinders verbundenen ist, und dass die Ausgleichsleitung (24) mit der zweiten Steuerkammer (33b) verbunden ist.
Stoßdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (35) den Ventilsitz strömungsmäßig mit der ersten Steuerkammer (33a) verbindet, und dass der Steuerzylinder eine dritte und eine vierte Steuerkammer (33c, 33d) definiert, die den Ventilschaft enthält, wobei das Ventilverschlussglied einen Hilfskolben (43) aufweist, der die erwähnte dritte und vierte Steuerkammer voneinander trennt.
Stoßdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (35) den Ventilsitz mit der ersten Steuerkammer strömungsmäßig verbindet, und dass der Steuerzylinder eine dritte und eine vierte Steuerkammer (33c, 33d) definiert, die den Ventilschaft enthält, eine Hülse/Manschette (46), die einen Hilfskolben (47) bildet, der entlang dem Ventilschaft verschiebbar angebracht ist, wobei der Hilfskolben die erwähnte dritte und vierte Steuerkammer voneinander trennt, wobei sich die gleitende Hülse/Manschette mittels einer Verbindung zu der Feder (49) an dem Ventilkopf abstützt.
Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 4 und 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte dritte und die erwähnte vierte Steuerkammer (33c, 33d) jeweils dem Druck ausgesetzt sind, der stromabwärts und stromaufwärts der Drossel (44) herrscht, die in der Ventilauslassleitung angebracht ist.
Stoßdämpfer gemäß einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (31) in der dritten Kammer (33c) eine Schulter (31a) aufweist.
Stoßdämpfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte dritte und die erwähnte vierte Steuerkammer (33c, 33d) dem Druck, der stromabwärts der in der Ventilauslassleitung in Richtung der zweiten Kammer des Zylinders angebrachten Drossel (21) bzw. dem Druck ausgesetzt sind, der stromabwärts einer in der Ventilauslass leitung in Richtung des Vorratsbehälters angebrachten Drossel (50) herrscht.