WO2022106088A1 - HYDRAULISCHER STOßDÄMPFER - Google Patents

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WO2022106088A1
WO2022106088A1 PCT/EP2021/074581 EP2021074581W WO2022106088A1 WO 2022106088 A1 WO2022106088 A1 WO 2022106088A1 EP 2021074581 W EP2021074581 W EP 2021074581W WO 2022106088 A1 WO2022106088 A1 WO 2022106088A1
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bypass
piston
piston slide
valve
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Jurgen VERSTOEP
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Vb-Techniek B.V.
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    • F16F9/32—Details
    • F16F9/34—Special valve constructions; Shape or construction of throttling passages
    • F16F9/346—Throttling passages in the form of slots arranged in cylinder walls

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic shock absorber, the damping effect of which can be changed by the pressure of a control pressure medium, with a shock absorber tube containing a damping fluid, into which a hollow piston rod oscillates corresponding to successive compression stages and rebound stages of the shock absorber and which is connected to a working piston at its free end which divides the interior of the shock absorber tube into two working chambers and contains at least two throttle passages that are permeable alternatively and in opposite directions by respectively assigned check valves, with a bypass additionally connecting the two working chambers of the shock absorber tube running through the working piston, in the course of which one of the shut-off and the Release of this bypass serving, actuated by the pressure of the control pressure medium piston slide valve is arranged, which the control pressure medium via the cavity of the piston rod z is guided, and wherein the piston slide valve contains a piston slide which can be displaced by the control pressure medium against the force of a restoring spring and which blocks or releases the bypass.
  • shock absorbers are used, for example, on motor vehicles or motor vehicle trailers, which are used not only in normal traffic, but also in difficult terrain with an uneven road surface and/or with very different loads, for example as ambulances, fire engines or rescue vehicles, as construction vehicles or in the military field.
  • the control pressure medium required for reversing the shock absorbers is either taken from the air suspension system of such vehicles or - if such an air suspension system is not available - provided separately with suitable pressure generators depending on the driving behavior of the vehicle.
  • a shock absorber of the type mentioned is known, for example, from EP 1 231 404 B1.
  • shock absorber One advantage of such a shock absorber is that the damping effect can be changed by using the control pressure medium to either switch on or shut off the bypass in the working piston located between the two working chambers of the shock absorber tube.
  • the shut-off position and the release position are located directly next to one another in this shock absorber, so that intermediate positions are also possible in which the bypass is only partially shut off, so that the two switching states can no longer be clearly separated from one another.
  • the throttle passage for the rebound stage which is located in the working piston, generally has a narrower cross section than the throttle passage for the compression stage, which is also located in the working piston. This increased rebound damping is necessary for safety reasons in difficult operating conditions, so that the spring does not return to the expanded state too quickly after it has been compressed.
  • the object of the invention to further develop the shock absorber of the type mentioned at the outset in such a way that it can be easily adjusted to a lower damping effect of the rebound stage, i.e. to a release position for comfort mode, by means of targeted pressurization with the control pressure medium and without changing the damping effect of the compression stage. can be switched.
  • the shock absorber according to the invention should enable two blocking positions that are clearly separate from the release position, specifically one Blocking position for heavy-duty operation under difficult operating conditions and a blocking position if the control pressure medium fails (faulty operation).
  • the invention based on a shock absorber of the type mentioned at the outset, proposes that the piston slide of the piston slide valve at the beginning and at the end of its displacement path has blocking positions that shut off the bypass for error operation on the one hand and heavy-duty operation on the other hand and in the longitudinal region of its displacement path with at least one Bypass releasing release position is provided, wherein the bypass is also assigned a check valve, which prevents the passage of damping fluid through the bypass during the compression stage of the shock absorber and allows during the rebound stage of the shock absorber.
  • the shock absorber according to the invention has the advantage that it is possible in a particularly reliable manner to ensure a targeted reduction in the damping effect of the rebound stage during comfort mode by subjecting the piston slide valve to pressurization in a controlled manner using a control pressure medium, without at the same time changing the high damping effect of the compression stage that is fundamentally required and at the same time without jeopardizing operational safety in the event of heavy-duty operation or failure of the control pressure medium.
  • the bypass in the working piston is only open during the rebound stage and closed during the compression stage by the check valve located in the bypass.
  • the piston slide of the piston slide valve is pushed to the end of its displacement path by an appropriately controlled pressurization with the control pressure medium and then blocks the bypass of the working piston in both flow directions, so that the full damping effect is achieved both in the compression stage and in the rebound stage .
  • the check valve located in the bypass of the working piston is closed during the compression stage, so that the bypass is doubly blocked against the flow of damping fluid in the compression stage.
  • the pressurization of the piston slide fails completely, so that under the action of its return spring it returns to the start of its displacement path into the blocking position located there and blocks the bypass in the working piston in both flow directions.
  • the check valve in the bypass of the working piston is closed during the compression stage, so that the bypass is doubly blocked during the compression stage.
  • an expedient development of the invention provides that the piston slide of the piston slide valve has two or more release positions with different passage cross sections at a distance from one another in the length region of its displacement path. Because the two blocking positions for heavy-duty operation and faulty operation are spaced apart at the beginning and end of the displacement path of the piston valve, there is enough space for arranging several release positions along the length of the displacement path.
  • the invention also provides that the piston slide valve has one or more additional return springs which are shorter than its return spring and which only then act on the piston slide when it has reached a release position. This ensures that the restoring forces acting on the piston slide of the piston slide valve do not increase continuously over the displacement path, but always increase suddenly when a release position is reached. As a result, the accuracy of the control of the individual release positions can be increased significantly.
  • the last-mentioned additional return springs are expediently arranged in spring chambers of the piston slide and act under preload on displaceable support fingers, which protrude in the direction of displacement of the piston slide and are supported on the housing of the piston slide valve as soon as its piston slide reaches the assigned release position.
  • This arrangement and design of the additional return springs makes it possible to easily replace them and adapt them to needs to be able to, which is important for the series production of such shock absorbers that have to be easily adapted to different operating conditions.
  • the invention also provides that the return spring of the piston slide and/or the additional return springs of the support fingers are prestressed in the extension direction.
  • the passage cross-section of the bypass not only be graded as a function of the displacement path of the piston slide in the piston slide valve, but also be able to be changed continuously.
  • the invention provides, as an alternative to the proposals discussed last, that the release position extends over a portion of the displacement path of the piston slide and that the piston slide simultaneously actuates a needle valve located in the bypass, the passage cross section of which continuously extends over this portion of the displacement path until the blocked position is reached gets smaller. This makes it possible for the first time to steplessly reduce the cross section of the bypass until the transition to the blocked position.
  • Figure 1 schematically shows a longitudinal section through the shock absorber tube
  • FIG. 2 the shock absorber tube according to FIG. 1 during the compression stage in comfort mode
  • FIG. 3 the shock absorber tube according to Figure 1 during the rebound at
  • Figure 4 the shock absorber tube according to Figure 1 during rebound at
  • FIG. 5 an external view of the working piston and the piston slide valve connected thereto;
  • FIG. 6 an exploded representation of FIG. 5;
  • FIG. 7a/7b in the same representation as FIG. 1, a modified embodiment of a shock absorber according to the invention, in which the piston slide of the piston slide valve has two release positions with different passage cross sections;
  • FIG 8 the shock absorber according to Figures 7a and 7b in the
  • FIG. 9 the shock absorber according to Figures 7a and 7b in the
  • FIG 10 the shock absorber according to Figures 7a and 7b in the
  • FIG. 11 an external view of the working piston shown in FIGS. 7a and 7b and the piston slide valve connected thereto;
  • FIG. 12 an exploded representation of FIG. 11;
  • FIG. 13 schematic longitudinal section—in a representation similar to FIG.
  • Fig. 1 - a modified embodiment of the devices controlling passage through the bypass
  • FIG. 14 an external view of that resulting from FIG
  • a partial section of a shock absorber tube filled with a damping fluid is denoted by the reference numeral 1.
  • a hollow piston rod 2 oscillates into this shock absorber tube 1 and is connected, for example, to the unsprung mass of a vehicle (not shown in the drawing), which in turn is connected to the shock absorber tube 1 .
  • the cavity 2a of the hollow piston rod 2 is used to supply a gaseous or liquid control pressure medium (S), which is used for pressure-controlled switching of the shock absorber into its various operating states, as will be explained in detail below.
  • the control pressure medium (S) used for switching comes either from the hydraulically or pneumatically supported spring system of the vehicle itself, but can also be generated from other control pressure sources.
  • the free end of the piston rod 2 which oscillates into the shock absorber tube 1 , is screwed to a multi-part fastening device 3 which carries a working piston 4 .
  • This working piston 4 is guided in a sealed manner at its periphery in the shock absorber tube 1 and divides the interior of the shock absorber tube 1 into two working chambers, namely a working chamber 1a below the working piston 4 and a working chamber 1b above the working piston 4.
  • the working piston 4 is provided with throttle passages 5a and 5b which connect the working chambers 1a and 1b to one another.
  • These throttle passages 5a and 5b are assigned non-return valves 6a and 6b which are permeable in the opposite direction and which have the effect that the throttle passage 5a is permeable only in the direction of the working chamber 1a located below the working piston 4 and the throttle passage 5b is only permeable in the direction of the working chamber 1a located above the working piston 4 located working space 1b is permeable.
  • the cross sections of the two throttle passages 5a and 5b are different, so that the damping fluid passing through different flow resistances in the rebound stage Z (movement of the working piston 4 upwards) and the compression stage D (movement of the working piston 4 downwards).
  • a bypass that additionally connects the two working chambers 1a and 1b of the shock absorber tube 1 runs through the fastening device 3 of the working piston 4, in the course of which a piston slide valve 7, which serves to shut off or release and is actuated by the pressure of the control pressure medium (S), is arranged, to which the Actuation serving gaseous or liquid control pressure medium (S) via the cavity 2a of the piston rod 2 is supplied.
  • This piston slide valve 7 has a cylindrical valve housing 7a, in which a piston slide 7b can be displaced in a sealed manner, which is acted upon in one direction by the pressure of the control pressure medium (S) and in the opposite direction by the force of a restoring spring 8 supported on the underside of the valve housing 7a , which presses the piston valve 7b against the upper side of the valve housing 7a in the absence of pressurization.
  • S control pressure medium
  • a restoring spring 8 supported on the underside of the valve housing 7a , which presses the piston valve 7b against the upper side of the valve housing 7a in the absence of pressurization.
  • the above-mentioned bypass which bridges the working piston 4, runs via a passage 9 in the holding device 3 of the working piston 4, the interior of the valve housing 7a of the piston slide valve 7 and a passage opening 10 in the cylindrical wall of the piston slide 7b of this piston slide valve 7.
  • this passage opening 10 there is a passage opening 11, which opens into the working chamber 1b of the shock absorber tube 1, in the cylindrical wall of the valve housing 7a of the piston slide valve 7.
  • a check valve 12 is arranged in the bypass, which is aligned in such a way that the bypass only opens in the direction of the lower working chamber 1b of the shock absorber tube 1 can be passed.
  • this check valve 12 is located at the lower end of the passage opening 9, but it can also be arranged elsewhere in the bypass. This check valve 12 ensures that the bypass can basically only be activated during the rebound stage Z of the shock absorber.
  • the piston slide valve 7 only releases the bypass if the piston slide 7b is moved relative to the valve housing 7a into a position in which the two corresponding passage openings 10 and 11 are opposite one another (release position).
  • release position the bypass is open and ensures a reduction in the damping effect during the rebound stage Z shown in FIG.
  • the working piston 4 moves upward relative to the shock absorber tube 1, which is indicated by the arrow Z.
  • the damping fluid in the rebound stage Z shown passes both through the throttle passage 5a and, parallel thereto, through the bypass in the direction of the working chamber 1a.
  • the corresponding passage openings 10 and 11 in the cylindrical wall of the piston slide 7b and the cylindrical wall of the valve housing 7a are arranged in the longitudinal area of the displacement path of the piston slide 7b such that when the piston slide 7b is displaced in the direction of the underside of the valve housing 7a result in blocking positions both before the release position is reached and after the release position has been exceeded, i.e. positions in which the passage openings in FIGS. 10 and 11 do not overlap.
  • there are two blocking positions in which the bypass is interrupted namely a first blocking position (cf. Figure 3) when the control pressure medium (S) has a high pressure (heavy-duty operation), or a second blocking position (cf. Figure 4) when there is no control pressure at all due to a fault in the control system (faulty operation).
  • spring chambers 13 are arranged in the side of the piston slide 7b facing the underside of the valve housing 7a, in which additional return springs 14 are arranged, which are shorter than the return spring 8 and run parallel to the return spring 8 and biased to act on slidable support fingers 15 projecting towards the underside of the valve body 7a.
  • These support fingers 15 are based on this underside of the valve housing 7a as soon as the piston slide 7b moved by the control pressure medium (S) reaches the release position.
  • FIGS. 7-12 largely correspond to the exemplary embodiment in FIGS. 1-6, so that the same reference numbers could be used for the parts that correspond to one another.
  • additional return springs 14 and support fingers 15 are also provided in the embodiment of Figures 7-12, the length of which is adapted to the positions of the additional release positions 8 of the piston slide 7b - biased in the extension direction in order to achieve the lowest possible hysteresis for all switching processes.
  • only one release position is provided between the two blocking positions at the beginning and at the end of the displacement path of the piston slide 7b, which here, however, extends over a partial area of the displacement path of the piston slide 7b.
  • a passage opening 11c which is elongated in the direction of displacement and extends over the above-mentioned partial area of the displacement path.
  • a needle valve 16 actuated by the piston slide 7b is arranged in the bypass, the passage cross section of which becomes continuously smaller until the heavy-duty blocking position is reached.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stoßdämpfer, mit einem Stoßdämpferrohr (1), in welches korrespondierend zu aufeinanderfolgenden Druckstufen (D) und Zugstufen (Z) oszillierend eine hohl ausgebildete Kolbenstange (2) eintaucht, die mit einem Arbeitskolben (4) verbunden ist, der den Innenraum des Stoßdämpferrohres (2) in zwei Arbeitsräume (1a und 1b) unterteilt. Dabei verläuft durch den Arbeitskolben (4) ein die beiden Arbeitsräume (1a und 1b) des Stoßdämpferrohres (1) verbindender Bypass, in dessen Verlauf ein der Absperrung und der Freigabe dieses Bypasses dienendes, vom Druck eines Steuerdruckmediums betätigtes Kolbenschieberventil (7) angeordnet ist, welches einen durch das Steuerdruckmedium (S) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (8) verschiebbaren Kolbenschieber (7b) enthält, der den Bypass absperrt oder freigibt. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen solchen Stoßdämpfer durch eine gezielte Druckbeaufschlagung und ohne Veränderung der Dämpfungswirkung der Druckstufe auf eine geringere Dämpfungswirkung der Zugstufe umschalten zu können. Hierzu schlägt Erfindung vor, dass der Kolbenschieber (7b) des Kolbenschieberventiles (7) am Anfang und am Ende seines Verschiebeweges den Bypass absperrende Sperrstellungen für den Fehlerbetrieb einerseits und den Schwerlastbetrieb andererseits aufweist und im Längenbereich seines Verschiebeweges mit mindestens einer den Bypass freigebenden Freigabestellung versehen ist, wobei dem Bypass zusätzlich ein Rückschlagventil (12) zugeordnet ist, welches den Durchtritt von Dämpfungsflüssigkeit durch den Bypass während der Druckstufe (D) des Stoßdämpfers unterbindet und während der Zugstufe (Z) des Stoßdämpfers zulässt.

Description

Hydraulischer Stoßdämpfer
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stoßdämpfer, dessen Dämpfungswirkung durch den Druckmitteldruck eines Steuerdruckmediums veränderbar ist, mit einem eine Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Stoßdämpferrohr, in welches korrespondierend zu aufeinanderfolgenden Druckstufen und Zugstufen des Stoßdämpfers oszillierend eine hohl ausgebildete Kolbenstange eintaucht, die an ihrem freien Ende mit einem Arbeitskolben verbunden ist, der den Innenraum des Stoßdämpferrohres in zwei Arbeitsräume unterteilt und mindestens zwei durch jeweils zugeordnete Rückschlagventile alternativ und in entgegengesetzter Richtung durchlässige Drosseldurchlässe enthält, wobei durch den Arbeitskolben ein die beiden Arbeitsräume des Stoßdämpferrohres zusätzlich verbindender Bypass verläuft, in dessen Verlauf ein der Absperrung und der Freigabe dieses Bypasses dienendes, vom Druck des Steuerdruckmediums betätigtes Kolbenschieberventil angeordnet ist, dem das Steuerdruckmedium über den Hohlraum der Kolbenstange zugeführt wird, und wobei das Kolbenschieberventil einen durch das Steuerdruckmedium gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschiebbaren Kolbenschieber enthält, der den Bypass absperrt oder freigibt.
Solche Stoßdämpfer werden beispielsweise an Kfz oder Kfz -Anhängern verwendet, die nicht nur im normalen Straßenverkehr, sondern auch in schwierigem Gelände mit unebener Fahrbahn und/oder mit stark unterschiedlicher Beladung zum Einsatz kommen, beispielsweise als Krankenwagen, Feuerwehr- oder Rettungsfahrzeuge, als Baufahrzeuge oder im militärischen Bereich. Dabei wird das für die Umsteuerung der Stoßdämpfer erforderliche Steuerdruckmedium entweder dem Luftfedersystem von solchen Fahrzeugen entnommen oder - falls ein solches Luftfedersystem nicht vorhanden ist - in Abhängigkeit vom Fahrverhalten des Fahrzeuges mit geeigneten Druckerzeugern gesondert bereitgestellt. Ein Stoßdämpfer der genannten Art ist beispielsweise aus der EP 1 231 404 B1 bekannt. Ein Vorteil eines solchen Stoßdämpfers besteht darin, dass man die Dämpfungswirkung verändern kann, indem man mithilfe des Steuerdruckmediums den zwischen den beiden Arbeitsräumen des Stoßdämpferrohres befindlichen Bypass im Arbeitskolben entweder zuschaltet oder absperrt. Dabei befinden sich bei diesem Stoßdämpfer die Absperrstellung und die Freigabestellung unmittelbar nebeneinander, sodass auch Zwischenstellungen möglich sind, in denen der Bypass lediglich teilweise abgesperrt ist, sodass beide Schaltzustände nicht mehr eindeutig voneinander getrennt werden können.
Bei der Verwendung von Stoßdämpfern an den oben genannten Spezialfahrzeugen ist es grundsätzlich wichtig, die während der Druckstufe (d.h. bei Komprimierung der Feder) erzeugte Dämpfungswirkung einerseits und die während der Zugstufe (d.h. beim Expandieren der Feder) erzeugte Dämpfungswirkung andererseits so aufeinander abzustimmen, dass der Betrieb des Fahrzeuges auf jeden Fall sicher ist. Um diesem Sicherheitskriterium zu genügen, hat in der Regel der in dem Arbeitskolben befindliche Drosseldurchlass für die Zugstufe einen engeren Querschnitt als der ebenfalls in dem Arbeitskolben befindliche Drosseldurchlass für die Druckstufe. Diese stärkere Dämpfung der Zugstufe ist bei schwierigen Betriebsbedingungen aus Sicherheitsgründen notwendig, damit die Feder nach ihrer Kompression nicht zu schnell in den expandierten Zustand zurückkehrt.
Ein unveränderlich feststehendes Verhältnis der Dämpfungswirkungen von Druckstufe und Zugstufe führt allerdings häufig zu einer erheblichen Verminderung des Fahrkomforts, insbesondere wenn das Fahrzeug weniger stark beladen wird oder mit erhöhter Geschwindigkeit über eine Fahrbahn mit weniger Unebenheiten gefahren wird . Ursache für diese Verminderung des Fahrkomforts in dieser Betriebssituation des Fahrzeuges ist die für diesen Betriebszustand zu starke Dämpfung der Zugstufe, die in schwierigeren Betriebssituationen aus Sicherheitsgründen allerdings notwendig ist.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den Stoßdämpfer der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass er auf einfache Weise durch eine gezielte Druckbeaufschlagung mit dem Steuerdruckmedium und ohne Veränderung der Dämpfungswirkung der Druckstufe auf eine geringere Dämpfungswirkung der Zugstufe, d.h. in eine Freigabestellung für den Komfortbetrieb, umgeschaltet werden kann. Gleichzeitig sollen mit dem Stoßdämpfer gemäß der Erfindung aus Sicherheitsgründen zwei von der Freigabestellung deutlich getrennte Sperrstellungen ermöglicht werden, und zwar eine Sperrstellung für den Schwerlastbetrieb unter schwierigen Betriebsbedingungen und eine Sperrstellung, falls das Steuerdruckmedium ausfällt (Fehlerbetrieb).
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Stoßdämpfer der eingangs genannten vor, dass der Kolbenschieber des Kolbenschieberventiles am Anfang und am Ende seines Verschiebeweges den Bypass absperrende Sperrstellungen für den Fehlerbetrieb einerseits und den Schwerlastbetrieb andererseits aufweist und im Längenbereich seines Verschiebeweges mit mindestens einer den Bypass freigebenden Freigabestellung versehen ist , wobei dem Bypass zusätzlich ein Rückschlagventil zugeordnet ist, welches den Durchtritt von Dämpfungsflüssigkeit durch den Bypass während der Druckstufe des Stoßdämpfers unterbindet und während der Zugstufe des Stoßdämpfers zulässt.
Der Stoßdämpfer gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass es besonders betriebssicher möglich ist, durch eine gesteuerte Druckbeaufschlagung des Kolbenschieberventiles mit einem Steuerdruckmedium für eine gezielte Reduzierung der Dämpfungswirkung der Zugstufe während des Komfortbetriebes zu sorgen, ohne zugleich die grundsätzlich benötigte hohe Dämpfungswirkung der Druckstufe zu verändern und ohne zugleich die Betriebssicherheit für den Fall des Schwerlastbetriebes oder des Ausfalls des Steuerdruckmediums zu gefährden.
Während des Komfortbetriebes ist der Bypass im Arbeitskolben nur während der Zugstufe offen und während der Druckstufe durch das im Bypass befindliche Rückschlagventil geschlossen.
Für den Schwerlastbetrieb wird der Kolbenschieber des Kolbenschieberventiles durch eine entsprechend gesteuerte Druckbeaufschlagung mit dem Steuerdruckmedium bis an das Ende seines Verschiebeweges verschoben und sperrt dann den Bypass des Arbeitskolben in beiden Durchflussrichtungen ab, sodass sowohl in der Druckstufe als auch in der Zugstufe die volle Dämpfungswirkung erreicht wird. Zugleich wird während der Druckstufe das in dem Bypass des Arbeitskolbens befindliche Rückschlagventil geschlossen, sodass in der Druckstufe der Bypass gegen den Durchfluss von Dämpfungsflüssigkeit doppelt abgesperrt ist. Im Fehlerbetrieb fällt die Druckbeaufschlagung des Kolbenschiebers vollständig aus, so dass dieser unter Einwirkung seiner Rückstellfeder an den Anfang seines Verschiebeweges in die dort befindliche Sperrstellung zurückkehrt und den Bypass im Arbeitskolben in beiden Durchflussrichtungen absperrt. Zusätzlich wird während der Druckstufe das in dem Bypass des Arbeitskolbens befindliche Rückschlagventil geschlossen, sodass der Bypass während der Druckstufe doppelt abgesperrt ist. im Ergebnis arbeitet der Stoßdämpfer im Fehlerbetrieb sowohl in der Zugstufe als auch in der Druckstufe mit der vollen Däm pf u ngswi rku ng .
Für den Fall, dass mehrere Komfortstufen mit unterschiedlicher Dämpfungswirkung in der Zugstufe benötigt werden, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Kolbenschieber des Kolbenschieberventiles im Längenbereich seines Verschiebeweges mit Abstand zueinander zwei oder mehr den Bypass freigebende Freigabestellungen mit unterschiedlichen Durchtrittsquerschnitten aufweist. Dadurch, dass sich die beiden Sperrstellungen für den Schwerlastbetrieb und den Fehlerbetrieb mit Abstand zueinander am Anfang und am Ende des Verschiebeweges des Kolbenschiebers befinden, bleibt für die Anordnung von mehreren Freigabestellungen im Längenbereich des Verschiebeweges genügend Platz.
Um sicherzustellen, dass die verschiedenen im Verschiebeweg des Kolbenschiebers angeordneten Freigabestellungen sicher und ohne Hysterese angesteuert werden können, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass das Kolbenschieberventil eine oder mehrere Zusatzrückstellfedern aufweist, die kürzer als dessen Rückstellfeder sind und die jeweils erst dann auf den Kolbenschieber einwirken, wenn dieser eine Freigabestellung erreicht hat. Hierdurch wird erreicht, dass die auf den Kolbenschieber des Kolbenschieberventiles einwirkenden Rückstellkräfte über den Verschiebeweg nicht kontinuierlich größer werden, sondern sich immer dann sprunghaft erhöhen, wenn eine Freigabestellung erreicht wird. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit der Ansteuerung der einzelnen Freigabestellungen erheblich steigern.
Zweckmäßig sind die zuletzt genannten Zusatzrückstellfedern jeweils in Federkammern des Kolbenschiebers angeordnet und wirken vorgespannt auf verschiebbare Stützfinger ein, die in der Verschieberichtung des Kolbenschiebers vorstehen und sich am Gehäuse des Kolbenschieberventils abstützen, sobald dessen Kolbenschieber die zugeordnete Freigabestellung erreicht. Diese Anordnung und Ausgestaltung der Zusatzrückstellfedern macht es möglich, diese leicht austauschen und den Bedürfnissen entsprechend anpassen zu können, was für die Serienfertigung von solchen Stoßdämpfern wichtig ist, die auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Einsatzbedingungen angepasst werden müssen.
Um bei den Umschaltvorgängen zwischen den einzelnen Betriebszuständen eine möglichst geringe Hysterese zu haben, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass die Rückstellfeder des Kolbenschiebers und/oder die Zusatzrückstellfedern der Stützfinger im Ausfahrsinne vorgespannt sind.
Für bestimmte Einsatzfälle wird auch gefordert, den Durchtrittsquerschnitt des Bypasses in Abhängigkeit vom Verschiebeweg des Kolbenschiebers im Kolbenschieberventil nicht nur abgestuft, sondern kontinuierlich verändern zu können. Hierzu sieht die Erfindung alternativ zu den zuletzt diskutierten Vorschlägen vor, dass die Freigabestellung sich über einen Teilbereich des Verschiebeweges des Kolbenschiebers erstreckt und dass der Kolbenschieber zugleich ein in dem Bypass liegendes Nadelventil betätigt, dessen Durchtrittsquerschnitt über diesen Teilbereich des Verschiebeweges bis zum Erreichen der Sperrstellung kontinuierlich kleiner wird. Hierdurch ist es erstmals möglich, den Querschnitt des Bypasses stufenlos bis zum Übergang in die Sperrstellung zu reduzieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : schematisch einen Längsschnitt durch das Stoßdämpferrohr eines
Stoßdämpfers gemäß der Erfindung und die in dieses Stoßdämpferrohr eintauchende Kolbenstange mit dem daran befestigten Arbeitskolben während der Zugstufe des Stoßdämpfers beim Komfortbetrieb;
Figur 2: das Stoßdämpferrohr gemäß Figur 1 während der Druckstufe beim Komfortbetrieb;
Figur 3: das Stoßdämpferrohr gemäß Figur 1 während der Zugstufe beim
Schwerlastbetrieb;
Figur 4: das Stoßdämpferrohr gemäß Figur 1 während der Zugstufe beim
Fehlerbetrieb; Figur 5: eine Außenansicht des Arbeitskolbens und des damit verbundenen Kolbenschieberventiles;
Figur 6: eine Explosionsdarstellung zu Figur 5;
Figur 7a/7b in der gleichen Darstellung wie Figur 1 eine abgewandelte Ausführungsform eines Stoßdämpfer gemäß Erfindung, bei welcher der Kolbenschieber des Kolbenschieberventiles zwei Freigabestellungen mit unterschiedlichen Durchtrittsquerschnitten aufweist;
Figur 8: den Stoßdämpfer gemäß den Figuren 7a bzw. 7b in der
Druckstufe beim Komfortbetrieb
Figur 9: den Stoßdämpfer gemäß den Figuren 7a bzw. 7b in der
Zugstufe beim Schwerlastbetrieb;
Figur 10: den Stoßdämpfer gemäß den Figuren 7a bzw. 7b in der
Zugstufe beim Fehlerbetrieb;
Figur 11 : eine Außenansicht des aus den Figuren 7a bzw. 7b hervorgehenden Arbeitskolben und des damit verbundenen Kolbenschieberventiles;
Figur 12: eine Explosionsdarstellung zu Figur 11 ;
Figur 13: schematisch im Längsschnitt - in ähnlicher Darstellung wie Figur
1 - eine abgewandelte Ausführungsform der den Durchlass durch den Bypass steuernden Einrichtungen;
Figur 14: eine Außenansicht des aus Figur 13 hervorgehenden
Arbeitskolbens und des damit verbundenen Kolbenschieberventiles. In der Zeichnung ist ein Teilabschnitt eines mit einer Dämpfungsflüssigkeit befüllten Stoßdämpferrohres mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. In dieses Stoßdämpferrohr 1 taucht oszillierend eine hohl ausgebildete Kolbenstange 2 ein, die beispielsweise mit der ungefederten Masse eines in der Zeichnung nicht dargestellten Fahrzeuges verbunden ist, welches seinerseits mit dem Stoßdämpferrohr 1 verbunden ist.
In allen Figuren der Zeichnung sind die jeweiligen Bewegungsmöglichkeiten der Dämpfungsflüssigkeit durch Bewegungspfeile und alle jeweils für den Durchgang von Dämpfungsflüssigkeit blockierten Durchlässe mit (x) gekennzeichnet. Außerdem sind die Bewegungsrichtungen der Kolbenstange 2 relativ zum Stoßdämpferrohr 1 in der Zugstufe (Z) durch einen Pfeil (Z) und in der Druckstufe (D) durch einen Pfeil (D) angegeben.
Der Hohlraum 2a der hohl ausgebildeten Kolbenstange 2 dient der Zuführung eines gasförmigen oder flüssigen Steuerdruckmediums (S), welches zur druckgesteuerten Umschaltung des Stoßdämpfers in seine verschiedenen Betriebszustände dient, wie weiter unten noch im Einzelnen erläutert wird. Das für die Umschaltung verwendete Steuerdruckmedium(S) stammt entweder aus dem hydraulisch oder pneumatisch gestützten Federsystem des Fahrzeuges selbst, kann aber auch von anderen Steuerdruckquellen erzeugt werden.
Das oszillierend in das Stoßdämpferrohr 1 eintauchende freie Ende der Kolbenstange 2 ist mit einer mehrteiligen Befestigungsvorrichtung 3 verschraubt, die einen Arbeitskolben 4 trägt. Dieser Arbeitskolben 4 ist an seiner Peripherie abgedichtet in dem Stoßdämpferrohr 1 geführt und unterteilt den Innenraum des Stoßdämpferrohres 1 in zwei Arbeitsräume, nämlich einen Arbeitsraum 1a unterhalb des Arbeitskolben 4 und einen Arbeitsraum 1b oberhalb des Arbeitskolbens 4.
Weiterhin ist der Arbeitskolben 4 mit Drosseldurchlässen 5a und 5b versehen, die die Arbeitsräume 1a und 1b miteinander verbinden. Diesen Drosseldurchlässen 5a und 5b sind in entgegengesetzter Richtung durchlässige Rückschlagventile 6a und 6b zugeordnet, welche bewirken, dass der Drosseldurchlass 5a ausschließlich in Richtung auf den unterhalb des Arbeitskolbens 4 liegenden Arbeitsraum 1a durchlässig ist und der Drosseldurchlass 5b ausschließlich in Richtung auf den oberhalb des Arbeitskolbens 4 befindlichen Arbeitsraum 1b durchlässig ist. Die Querschnitte der beiden Drosseldurchlässe 5a und 5b sind unterschiedlich, sodass sich für die durchtretende Dämpfungsflüssigkeit unterschiedliche Strömungswiderstände in der Zugstufe Z (Bewegung des Arbeitskolbens 4 nach oben) und der Druckstufe D (Bewegung des Arbeitskolbens 4 nach unten) ergeben.
Durch die Befestigungsvorrichtung 3 des Arbeitskolbens 4 verläuft ein die beiden Arbeitsräume 1a und 1b des Stoßdämpferrohres 1 zusätzlich verbindende Bypass, in dessen Verlauf ein der Absperrung oder Freigabe dienendes, durch den Druck des Steuerdruckmediums(S) betätigtes Kolbenschieberventil 7 angeordnet ist, dem das zu seiner Betätigung dienende gasförmige oder flüssige Steuerdruckmedium(S) über den Hohlraum 2a der Kolbenstange 2 zugeführt wird.
Dieses Kolbenschieberventil 7 weist ein zylindrisches Ventilgehäuse 7a auf, in welchem abgedichtet ein Kolbenschieber 7b verschiebbar ist, der in einer Richtung durch den Druck des Steuerdruckmediums(S) und in der Gegenrichtung durch die Kraft einer an der Unterseite des Ventilgehäuses 7a abgestützten Rückstellfeder 8 beaufschlagt ist, die den Kolbenschieber 7b bei fehlender Druckbeaufschlagung gegen die Oberseite des Ventilgehäuses 7a andrückt.
Der oben erwähnte, den Arbeitskolben 4 überbrückende Bypass verläuft über einen Durchlass 9 in der Haltevorrichtung 3 des Arbeitskolbens 4, den Innenraum des Ventilgehäuses 7a des Kolbenschieberventiles 7 und eine Durchlassöffnung 10 in der zylindrischen Wand des Kolbenschiebers 7b dieses Kolbenschieberventiles 7. Korrespondierend zu dieser Durchlassöffnung 10 befindet sich eine in den Arbeitsraum 1 b des Stoßdämpferrohes 1 ausmündende Durchlassöffnung 11 in der zylindrischen Wand des Ventilgehäuses 7a des Kolbenschieberventiles 7. Weiterhin ist in dem Bypass ein Rückschlagventil 12 angeordnet, welches so ausgerichtet ist, dass der Bypass nur in Richtung auf den unteren Arbeitsraum 1b des Stoßdämpferrohres 1 passiert werden kann. Dieses Rückschlagventil 12 befindet sich beim Ausführungsbeispiel am unteren Ende der Durchlassöffnung 9, kann aber auch anderswo in dem Bypass angeordnet werden. Dieses Rückschlagventil 12 sorgt dafür, dass der Bypass grundsätzlich nur während der Zugstufe Z des Stoßdämpfers aktivierbar ist.
Wie aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, gibt das Kolbenschieberventil 7 den Bypass nur dann frei, wenn der Kolbenschieber 7b relativ zum Ventilgehäuse 7a in eine Position verschoben wird, in welcher sich die beiden korrespondierenden Durchlassöffnungen 10 und 11 einander gegenüberliegen (Freigabestellung). Bei dieser z. B. in Figur 1 dargestellten Freigabestellung ist der Bypass offen und sorgt während der in Figur 1 dargestellten Zugstufe Z für eine Verringerung der Dämpfungswirkung, was für den Komfortbetrieb des Stossdämpfers wesentlich ist. Während der in Figur 1 dargestellten Zugstufe Z bewegt sich der Arbeitskolben 4 relativ zu dem Stoßdämpferrohr 1 nach oben, was durch den Pfeil Z angedeutet ist. Wie in Figur 1 durch Bewegungspfeile der Dämpfungsflüssigkeit weiterhin angedeutet ist, tritt die Dämpfungsflüssigkeit in der dargestellten Zugstufe Z sowohl durch den Drosseldurchlass 5a als auch parallel hierzu durch den Bypass in Richtung auf den Arbeitsraum 1a hindurch.
Während der in Figur 2 dargestellten Druckstufe D, bei welcher es keine Verringerung der Dämpfungswirkung geben soll, bewegt sich der Arbeitskolben 4 demgegenüber relativ zu dem Stoßdämpferrohr 1 nach unten, was durch einen Pfeil D angedeutet ist. Während dieser Druckstufe D kann der Bypass im Bereich der korrespondierenden Durchlassöffnungen 10 und 11 ohne weiteres offen bleiben, weil der Durchfluss durch den Bypass in Richtung auf den Arbeitsraum 1b durch das Rückschlagventil 12 blockiert ist, sodass während der Druckstufe D die volle Dämpfungswirkung grundsätzlich erhalten bleibt, ohne dass eine Umsteuerung notwendig wird.
Nach der Lehre der Erfindung sind die korrespondierenden Durchlassöffnungen 10 und 11 in der zylindrischen Wand des Kolbenschieber 7b und der zylindrischen Wand des Ventilgehäuses 7a derart im Längenbereich des Verschiebeweges des Kolbenschiebers 7b angeordnet, dass sich beim Verschieben des Kolbenschiebers 7b in Richtung auf die Unterseite des Ventilgehäuses 7a sowohl vor Erreichen der Freigabestellung als auch nach Überschreiten der Freigabestellung Sperrstellungen ergeben, d.h. Stellungen, in denen sich die Durchlassöffnung in 10 und 11 nicht überdecken. Somit ergeben sich neben der oben erwähnten Freigabestellung zwei Sperrstellungen, in denen der Bypass unterbrochen ist, nämlich eine erste Sperrstellung (vgl. Figur 3), wenn das Steuerdruckmedium(S) einen hohen Druck hat (Schwerlastbetrieb), oder eine zweite Sperrstellung (vgl. Figur 4) wenn aufgrund eines Fehlers im Steuersystem überhaupt kein Steuerdruck anliegt (Fehlerbetrieb).
Weiterhin ist bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass in der der Unterseite des Ventilgehäuses 7a zugewandten Seite des Kolbenschiebers 7b Federkammern 13 angeordnet sind, in denen Zusatzrückstellfedern 14 angeordnet sind, die kürzer als die Rückstellfeder 8 ausgebildet sind, parallel zur Rückstellfeder 8 verlaufen und vorgespannt auf verschiebbare Stützfinger 15 einwirken, die in Richtung auf die Unterseite des Ventilgehäuses 7a vorstehen. Diese Stützfinger 15 stützen sich an dieser Unterseite des Ventilgehäuses 7a ab, sobald der von dem Steuerdruckmedium (S) bewegte Kolbenschieber 7b die Freigabestellung erreicht.
Die Wirkung dieser Zusatzrückstellfedern 14 besteht im Wesentlichen darin, dass für den Übergang vom Komfortbetrieb (Freigabestellung) zum Schwerlastbetrieb (Sperrstellung) verhältnismäßig große Drucksteigerungen im Steuerdruckmedium notwendig sind, weil die auf den Kolbenschieber 7b einwirkenden Rückstellkräfte mit einem sehr steilen Anstieg plötzlich groß werden, wenn die Freigabestellung verlassen werden soll. Aus diesem Grund ergibt sich beim Verschieben des Kolbenschiebers an der Grenze zwischen dem Komfortbetrieb (Freigabestellung) und dem Schwerlastbetrieb (Sperrstellung) keinerlei Hysterese zwischen diesen beiden Schaltzuständen. Außerdem ist es bei der Serienfertigung von Stoßdämpfern leicht möglich, die Zusatzrückstellfedern zum Zweck der Anpassung an unterschiedliche Steuerdrücke auszuwechseln.
Das in den Figuren 7-12 dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung entspricht weitestgehend dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1-6, sodass für die einander entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden konnten.
Der wesentliche Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 1-6 besteht darin, dass hier zwischen den beiden am Anfang und am Ende des Verschiebeweges des Kolbenschieber 7b befindlichen Sperrstellungen anstelle von nur einer Freigabestellung zwei Freigabestellungen vorgesehen sind, die in Verschieberichtung des Kolbenschieber 7b mit Abstand zueinander angeordnet sind und unterschiedliche Durchschnittsquerschnitte haben.
Hierzu sind beim Ausführungsbeispiel der Figuren 7-12 in der zylindrischen Wand des Zylindergehäuses7b anstelle von nur einer Durchlassöffnung zwei in Verschieberichtung des Kolbenschieber 7b mit Abstand zueinander angeordnete Durchlassöffnungen 11 a und 11 b vorgesehen, wobei der Durchlass 11 a einen größeren Durchtrittsquerschnitt hat als der Durchlass 11b. Hierdurch ist es möglich, den Strömungswiderstand im Bypass und damit die Dämpfungswirkung während der Zugstufe Z auf zwei unterschiedliche Werte einzustellen. So zeigt die Figur 7a die erste Freigabestellung mit weicher Dämpfung (= großer Durchtrittsquerschnitt) und die Figur 7b die zweite Freigabestellung mit stärkerer Dämpfung (= kleiner Durchtrittsquerschnitt). Anstelle von nur zwei Freigabebestellungen im Bereich zwischen den beiden Sperrstellungen können zum Zwecke einer noch feineren Abstufung natürlich im Bedarfsfall noch weitere Freigabestellung eingefügt werden.
Um die verschiedenen Freigabestellungen sicher und mit ausreichender Genauigkeit ansteuern zu können, sind auch beim Ausführungsbeispiel der Figuren 7-12 Zusatzrückstellfedern 14 und Stützfinger 15 vorgesehen, deren Länge jeweils an die Positionen der zusätzlichen Freigabestellungen angepasst ist .Diese Zusatzrückstellfedern 14 sind - ebenso wie die Rückstellfeder 8 des Kolbenschiebers 7b - im Ausfahrsinne vorgespannt, um bei allen Schaltvorgängen eine möglichst geringe Hysterese zu erreichen.
Bei der in den Figuren 12 und 13 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den beiden am Anfang und am Ende des Verschiebeweges des Kolbenschieber 7b befindlichen Sperrstellungen wieder nur eine Freigabestellung vorgesehen, die sich hier allerdings über einen Teilbereich des Verschiebeweges des Kolbenschieber 7b erstreckt. Hierzu ist, wie aus den Figuren 13 und 14 hervorgeht, in der zylindrischen Wand des Ventilgehäuses 7a eine in Verschieberichtung länglich aufgeweitete Durchlassöffnung 11 c vorgesehen, die sich über den oben angesprochenen Teilbereich des Verschiebeweges erstreckt. Um auch hier den Strömungswiderstand in dem Bypass verändern zu können, ist in dem Bypass ein von dem Kolbenschieber 7b betätigtes Nadelventil 16 angeordnet, dessen Durchtrittsquerschnitt bis zum Erreichen Schwerlast-Sperrstellung kontinuierlich kleiner wird.
Bezugszeichenliste:
Z Zugstufe;
D Druckstufe; S Steuerdruckmedium; x Durchlass blockiert;
1 Stoßdämpferrohr;
1a unterer Arbeitsraum;
1 b oberer Arbeitsraum; 2 Kolbenstange;
2a Hohlraum in Kolbenstange;
3 Befestigungsvorrichtung;
4 Arbeitskolben;
5a Drosseldurchlass; 5b Drosseldurchlass;
6a Rückschlagventil;
6b Rückschlagventi; 7 Kolbenschieberventil;
7a Ventilgehäuse;
7b Kolbenschieber;
8 Rückstellfeder; 9 Durchlass;
10 Durchlassöffnung;
11 Durchlassöffnung;
11 a Durchlassöffnung weit;
1 ! b Durchlassöffnung eng; 11 c Durchlassöffnung länglich;
12 Rückschlagventil;
13 Federkammer;
14 Zusatzrückstellfeder;
15 Stützfinger; 16 Nadelventil;

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulischer Stoßdämpfer, dessen Dämpfungswirkung durch den Druckmitteldruck eines Steuerdruckmediums (S) veränderbar ist, mit einem eine Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Stoßdämpferrohr (1 ), in welches korrespondierend zu aufeinanderfolgenden Druckstufen (D) und Zugstufen (Z) des Stoßdämpfers oszillierend eine hohl ausgebildete Kolbenstange (2) eintaucht, die an ihrem freien Ende mit einem Arbeitskolben (4) verbunden ist, der den Innenraum des Stoßdämpferrohres (2) in zwei Arbeitsräume (1a und 1b) unterteilt und mindestens zwei durch jeweils zugeordnete Rückschlagventile (6a und 6b) alternativ und in entgegengesetzter Richtung durchlässige Drosseldurchlässe (5a und 5b) enthält, wobei durch den Arbeitskolben (4) ein die beiden Arbeitsräume (1a und 1 b) des Stoßdämpferrohres (1 ) zusätzlich verbindender Bypass verläuft, in dessen Verlauf ein der Absperrung und der Freigabe dieses Bypasses dienendes, vom Druck des Steuerdruckmediums (S) betätigtes Kolbenschieberventil (7) angeordnet ist, dem das Steuerdruckmedium (S) über den Hohlraum (2a) der Kolbenstange (2) zugeführt wird, und wobei das Kolbenschieberventil (7) einen durch das Steuerdruckmedium (S) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (8) verschiebbaren Kolbenschieber (7b) enthält, der den Bypass absperrt oder freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschieber (7b) des Kolbenschieberventiles (7) am Anfang und am Ende seines Verschiebeweges den Bypass absperrende Sperrstellungen für den Fehlerbetrieb einerseits und den Schwerlastbetrieb andererseits aufweist und im Längenbereich seines Verschiebeweges mit mindestens einer den Bypass freigebenden Freigabestellung versehen ist, wobei dem Bypass zusätzlich ein Rückschlagventil (12) zugeordnet ist, welches den Durchtritt von Dämpfungsflüssigkeit durch den Bypass während der Druckstufe (D) des Stoßdämpfers unterbindet und während der Zugstufe (Z) des Stoßdämpfers zulässt.
2. Stoßdämpfer nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschieber (7b) des Kolbenschieberventiles (7) im Längenbereich seines Verschiebeweges mit Abstand zueinander zwei oder mehrere den Bypass freigebende Freigabestellungen mit unterschiedlichen Durchtrittsquerschnitten aufweist.
3. Stoßdämpfer nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenschieberventil (7) eine oder mehrere Zusatzrückstellfedern (14) aufweist, die kürzer als dessen Rückstellfeder (8) sind und die jeweils erst dann auf den Kolbenschieber (7b) einwirken, wenn dieser eine Freigabestellung erreicht hat.
4. Stoßdämpfer nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzrückstellfedern (14) jeweils in Federkammern (13) des Kolbenschiebers (7b) angeordnet sind und vorgespannt auf verschiebbare Stützfinger (15) einwirken, die in der Verschieberichtung des Kolbenschiebers (7b) vorstehen und sich am Gehäuse (7a) des Kolbenschieberventiles (7) abstützen, sobald dessen Kolbenschieber (7b) die zugeordnete Freigabestellung erreicht.
5. Stoßdämpfer nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (8) des Kolbenschiebers (7b) und/oder die Zusatzrückstellfedern (14) der Stützfinger (15) im Ausfahrsinne vorgespannt sind.
6.. Stoßdämpfer nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabestellung sich über einen Teilbereich des Verschiebeweges des Kolbenschiebers (7b) erstreckt und dass der Kolbenschieber (7b) zugleich ein in dem Bypass liegendes Nadelventil (16) betätigt, dessen Durchtrittsquerschnitt über diesen Teilbereich des Verschiebeweges bis zum Erreichen der Schwerlast-Sperrstellung kontinuierlich kleiner wird.
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