DE2143811A1 - Stoßdampfer, insbesondere fur Fahr zeuge - Google Patents

Description

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Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH 8 MÖNCHEN 22.

Dipl.-.ng. K. GUNSCHMANN
Dr. rer. nat. W. KÖRBER

Patentanwälte ¹ · September 1971

JOHAS WOODHEAD LIMITED

177, Kirkstall Road

Leeds 4, Yorkshire, England

Patentanmeldung

Stoßdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge

Erfindung bezieht sich auf Schwingungedämpfer, wie sie bei den Badaufhängungen von Fahrzeugen verwendet werden, um die Rilativbewegungen zwischen den gefederten und den ungefederten !Teilen des Fahrzeugs in der gewünschten Weise zu beeinflussen; Da derartige Schwingungsdämpfer gewöhnlich als "Stoßdämpfer" bezeichnet werden, wird diese Bezeichnung auch in der folgenden Beschreibung verwendet; genauer gesagt betrifft die Erfindung Stoßdämpfer der hydraulisch arbeitenden aus- und einschiebbaren Bauart, d.h. Stoßdämpfer, mit einem an einem Ende geschlossenen, ein Flud enthaltenden Arbeitszylinder, einem in dem Arbeitszylinder gleitend geführten Arbeitskolben, der mit einer Kolbenstange verbunden ist, welche sich durch eine Abdichtungsvorrichtung am anderen Ende des Arbeitszylinders erstreckt, sowie mit einer Einrichtung, die es dem Flud ermöglicht, von der einen Seite des Arbeitskolbens zu seiner anderen Seite zu strömen, die jedoch dem Fludstrom einen Widerstand entgegensetzt·

In manchen Fällen handelt es sich bei dem Flud um eine Flüssigkeit, während das Flud in anderen Fällen teilweise durch eine Flüssigkeit und teilweise durch ein verdichtetes QrVB gebildet wird; im letzteren Fall kann das Flud mindestens

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während dee Gehrauchs des Stoßdämpfers teilweise oder vollständig die Form einer aus der flüssigkeit und dem Gas gebildeten Emulsion annehmen· Der Ausdruck "Arbeitsmittel" bezeichnet daher im folgenden gegebenenfalls eine flüssigkeit oder eine Emulsion oder ein andersartiges Gemisch, aus Flüssigkeit und Gas, während des Ausdruck "unter Druck stehend" in Verbindung mit einem Stoßdämpfer der Bauart benutzt wird, bei dem das Arbeitsmittel teilweise flüssig und zum anderen Teil gasförmig ist und unter Druck steht.

Stoßdämpfer, die in Verbindung mit Badaufhängungen verwendet werden, um bei Fahrzeugen die Bewegungen der Bäder zu beeinflussen, haben die Aufgabe, die Schwingungsfrequenzen der die Bäder unterstützenden Federn in der gewünschten Weise zu beeinflussen, und da diese Frequenzen in Abhängigkeit von der Belastung der Federn variieren, wurde bis jetzt nur vorgeschlagen, bei einem solchen Stoßdämpfer einen willkürlich gewählten Widerstandswert vorzusehen, bei dem es sich, um einen brauchbaren Kompromiß handelt, der sich, bei allen vorkommenden Fahrbedingungen als zweckmäßig erweist·

Die Erfindung schlägt nunmehr einen Stoßdämpfer vor, der einen am einen Ende geschlossenen Arbeitszylinder umfaßt, sowie einen in dem Arbeitszylinder gleitend geführten Kolben, der mit einer Kolbenstange verbunden ist, welche sich, durch, eine Dichtungskonstruktion am anderen Ende des Arbeitszylinders erstreckt, wobei mindestens eine Drosselöffnung vorgesehen ist, die es einem Flud ermöglicht, von einer Seite des Kolbens zu seiner anderen Seite zu strömen, die jedoch dem Strömen des Fludee einen Widerstand entgegensetzt, wobei diese Drosselöffnung mindestens längs des größten !Teils der Hub strecke des Kolbens zur Wirkung kommt, und wobei sich der Durchtrittsquerschnitt der DrosselÖffnung nach der Stellung des Kolbens in dem Arbeitszylinder richtet·

Somit ist es gemäß der Erfindung möglich, die Drosselöffnung und daher auch den Widerstand, der dem Hindurch-

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führen des Fludes durch den Kolben entgegengesetzt wird, so auszubilden, daß bei allen Stellungen des Kolbens die richtige Dämpfungswirkung hervorgerufen wird, so daß die Wirkungsweise des Stoßdämpfers nicht nur auf eine einzige Stellung abgestimmt ist, die als Kompromißlösung gewählt wurde.

Die Drosselöffnung kann durch einen Schlitz oder eine Öffnung des Kolbens und ein ortsfestes Bauteil abgegrenzt sein, welch letzteres in Form eines langgestreckten Bsugliedes ausgebildet ist, das durch den Schlitz bzw. die Öffnung ragt und sich über den größten Teil der Länge des Zylinders erstreckt} alternativ kann die Drosselöffnung durch eine am Umfang des Kolbens vorgesehene Nut und ein in dieser Nut angeordnetes langgestrecktes Bauteil abgegrenzt sein.

Das langgestreckte Bauteil kann eine Nut aufweisen, deren Querschnittsfläche in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens variiert, und ferner können mehrere langgestreckte Bauteile vorhanden sein, die durch den Kolben hindurchragen, und von denen mindestens eines mit einer Nut versehen ist.

Das bzw. jedes langgestreckte Bauteil kann mit beiden Enden des Arbeitszylinders verbunden sein, wobei mindestens eine der Verbindungsvorrichtungen elastisch ist, um das bzw. jedes langgestreckte Bauteil gegen axiale Bewegungen zu sichern, und um i'ertigungstoleranzen auszugleichen. Ferner können die langgestreckten Bauteile so ausgebildet sein, daß sie kleine relative Drehbewegungen zwischen dem Arbeitszylinder und der Kolbenstange zulassen.

Der Arbeitszylinder kann von einem mit ihm konzentrischen Zylinder umgeben sein, der zusammen mit dem Arbeitszylinder einen Fludbehälter bildet. Hierbei kann zweckmäßig ein Durchlaß in der Wand des Arbeitszylinders vorgesehen sein, damit das !'lud zu dem Behälter strömen bzw. aus ί>ιτη entweichen kann, ferner ist vorzugsweise an dem erwähnten Ende des Arbeit szylinders ein NcXhfüllventil vorgesehen, das es dem

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Flud ermöglicht, aus dem Behälter in den Arbeitszylinder überzutreten.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die langgestreckten Bauteile einen sich aus Stangen zusammensetzenden Käfig bilden, und mindestens eines dieser Bauteile kann soe ausgebildet sein, daß seine Querschnittsfläche in Eichtung seiner Achse variiert. Diese Konstruktion ermöglicht es, die langgestreckten Bauteile oder Stangen auf bekannte Weise herzustellen und sie durch Schleifen, Walzen, eine spangebende Bearbeitung oder um Wege der Spanlosen Formung in die gewünschte Form zu bringen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1, die sich aus Fig. 1A und Fig. 1B zusammensetzt, zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Teleskopstoßdämpfers, wobei die Zeichenebene die Achse des Arbeitszylinders enthält.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer einen Bestandteil des Stoßdämpfers nach Fig. 1 bildenden Ventilplatte.

Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie A-A in

* Fig. 1.
W

Fig. 4 zeigt im Längsschnitt eine zweite Ausführungsform eines Teleskopstoßdämpfers nach der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 4.

Fig. 6 setzt sich aus Fig. 6A und Fig. 6B zusammen und zeigt im Längsschnitt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Teleskopstoßdämpfers·

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Fig. 7 ist ein Querschnitt längs der Linie A¹-A' in Fig. 6.

Fig. δ ist ein Querschnitt längs der Linie B'-B¹ in Fig. 6.

Fig. 9 ist ein Querschnitt längs der Linie C-C¹ in Fig. 6.

Der in Fig. 1 bis 5 gezeigte Stoßdämpfer umfaßt einen Arbeitszylinder 10, der an seinem unteren Ende 11 geschlossen ist, sowie eine Kolbenstange 13, die mit ihrem oberen Ende durch eine insgesamt mit 12 bezeichnete Abdichtungskonstruktion ragt und an ihrem unteren Ende einen insgesamt mit 14 bezeichneten Kolben trägt, der den Arbeitszylinder in zwei Kammern A und B unterteilt. Der Arbeitszylinder 10 ist von einem mit ihm konzentrischen Zylinder 15 umschlossen, der einen größeren Durchmesser hat als der Arbeitszylinder und sich über dessen ganze Länge erstreckt, um zusammen mit ihm einen Fludbehälter 16 abzugrenzen. Die Kolbenstange und der äußere Zylinder 15 sind jeweils mit einem Auge 17 bzw. 18 versehen, damit der Stoßdämpfer mit den Bauteilen verbunden werden kann, zwischen denen Schwingungen auftreten, die gedämpft werden sollen, z.B. mit dem gefederten bzw. dem ungefederten üfeil eines Fahrzeugs. Unmittelbar unter dem oberen Befestigungsauge 17 ist das geschlossene Ende 19 des Stoßdämpfers mit einer zum Fernhalten von Schmutz dienenden Abschirmung in Form eines mit den beiden genannten Zylindern konzentrischen Zylinders vorgesehen, der einen etwas größeren Durchmesser hat als der äußere Zylinder 15« und dessen Länge so gewählt ist^ daß er auch dann, wenn die Kolbenstange 13 gegenüber dem Arbeitszylinder vollständig ausgefahren ist, mit seinem unteren Ende immer noch das obere Ende des äußeren Zylinders 15 überlappt und schützt.

Die insgesamt mit 12 bezeichnete Abdichtungskonstruktion ähnelt der in der britischen Patentschrift 1 077 587 beschriebenen und umfaßt ein Gehäuse 21, das das obere Ende

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des Arbeitszylinders 10 "bildet und allgemein die Form eines in den Arbeitszylinder eingebauten Stopfens &at. Der Kolben 14 ist an der Kolbenstange 1$ befestigt und gemäß Fig. 3 mit zwei kreisbogenförmig gekrümmten Schlitzen 22 und 23 versehen, durch die hindurch sich zwei langgestreckte Bauteile 24 erstrecken, die als kreisbogenförmig gewölbte Streifen aus Metall oder Kunststoff ausgebildet sind. Die Längsachsen der beiden Streifen 24 verlaufen parallel zur Achse der Kolbenstange 13, und die Streifen sind in dem Arbeitszylinder 10 durch dazu passend feeformte Halteteile 25 und 26 unterstützt. Das Halteteil 25 ist durch eine Feder 27 vorgespannt, um die Streifen gegen axiale Bewegungen zu sichern und lertigungstoleranzen auszugleichen. Beim Gebrauch des Stoßdämpfers kann es erforderlich weisen, daß sich der Kolben mit der Kolbenstange etwas dreht, und die Halteteile 25 und 26 müssen solche Drehbewegungen zulassen. Um solche Bewegungen zu erleichtern, sind beide Enden 28 jedes Streifens 24 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise abgerundet.

Jeder der Streifen 24 ist gemäß Fig. 1 bis 3 mit einer axialen Nut 35 versehen, deren Querschnittsfläche über die ganze Länge der Nut variiert. Die N_uten enden kurz vor den Enden der Streifen.

Am unteren Ende des Stoßdämpfers ist ein Nachfüllventil 31 vorgesehen, welches das untere Halteteil 26 umfaßt, das ein Gehäuse für dieses Ventil bildet. In dem Halteteil 26 ist ein Ventilorgan 32 angeordnet, das in Sichtung auf seine Schließstellung durch eine Feder 33 vorgespannt ist. Das Halteteil 26 weist einen Durchlaß 34 auf, so daß das Flud aus dem Inneren des Arbeitszylinders 10 entweichen kann, wenn das Ventil 31 geöffnet ist, um eine Strömungsverbindung zu dem Behälter 16 herzustellen.

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer nach Figo 1 bis 3 arbeitet wie folgt: Während der Stoßdämpfer belastet und daher axi al zusammengedrückt wird, bleibt das Nachfüllventil 31

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geschlossen, und das Arbeitsmittel wird aus der Kammer A in die Kammer B durch die Schlitze 35 der Streifen 24 überführt, wobei eine Menge des Arbeitsmittels, die dem Volumen der Kolbenstange entspricht, über eine Öffnung 36 in der Wand des Arbeitszylinders 10 in den Behälter 16 überführt wird. Wird der Stoßdämpfer wieder gestreckt, strömt das Arbeitsmittel von der Kammer B aus über die Nuten 35 zu der Kammer A, aus dem Behälter 16 über den Durchlaß 34- und das offene Ventil 31 zu der Kammer A sowie von dem Behälter 16 aus über die Öffnung 56 in der Wand des Arbeitszylinders 10 zu der Kammer A.-

Da die Querschnittsfläche jeder Nut 35 längs der Nut variiert, ändert sich der dem Hindurchströmen des Fludes entgegengesetzte Widerstand in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 14 längs der Achse des Stoßdämpfers. Die Querschnittsfläche der Nuten kann so gewählt werden, daß sich die richtigen Dämpfungswiderstände ergeben, wenn der Kolben beim Fehlen einer Belastung die Stellung einnimmt, die in Fig. 1 mit Vollinien wiedergegeben ist, und wenn der Kolben im Bereich dieser Stellung axiale Schwingungen ausführt· Eine geeignete Querschnittsflache der Nuten wird ferner für die Stellung des Kolbens gewählt, die in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, und die der Kolben erreicht, wenn das Fahrzeug vollständig beladen ist. Auf entsprechende Weise ist es möglich, die Querschnittsfläche der Nuten für alle übrigen axialen Stellungen des Kolbens zwischen den beiden beschriebenen Grenzstellungen so zu wählen, daß die richtige Dämpfungswirkung hervorgerufen wird. Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit besteht darin, daß es möglich ist, die Länge der Nuten 35 zu wählen und z.B. Nuten vorzusehen, die sich über die ganze Länge der Streifen 24 erstrecken.

Die Lage der Öffnung 36 in der Wand des Arbeitszylinders 10 Pichtet sich nach der Hubstrecke, die erforderlich ist, um die aufgenommene Energie auf hydraulischem Wege zu

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vernichten, und der Durchtrittsquersehnitt der Öffnung wird durch die Widerstandswerte bestimmt, die der Konstruktion des Stoßdämpfers zugrunde liegen.

Pig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsfeemäßen Stoßdämpfers, dessen Teile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind wie die Teile des Stoßdämpfers nach Fig. 1 bis 3· Bei dieser Ausführungsform sind die Streifen 24 nicht in Schlitzen des Kolbens 14, sondern in Ausschnitten oder Längsnuten 41 am Umfang des Kolbens angeordnet, so daß die kreisbogenförmig gekrümmten Außenflächen der Streifen 24 mit der Innenfläche des Arbeitszylinders 10 in Berührung stehen.Hierbei ist nur einer der Streifen in der aus Pig. 5 ersichtlichen Weise mit einer Längsnut 35 versehen, und diese Nut ist ebenso profiliert wie die beiden Nuten bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3. Das Nachfüllventil 31 ist von gleicher Konstruktion wie das an Hand von Pig. 1 beschriebene, und dieser Stoßdämpfer arbeitet ebenso wie derjenige nach Pig. 1 bis 3.

Pig. 6 bis 9 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers, bei dem die beiden bei der ersten Ausführungsform vorgesehenen Streifen durch vier Stangen 41 bis 44 ersetzt sind. Gemäß Pig. 6 bis 9 bilden diese Stangen, die aus Metall oder Kunststoff bestehen können und in gleichmäßigen Winkelabständen um die Kolbenstange 13 herum verteilt sind, einen Käfig. Die Stangen ragen durch Öffnungen des Kolbens 14 und werden an beiden Enden des Arbeit szylinders 10 durch halbstarre Halteteile in ihrer Lage gehalten, die z.B. aus Nylon oder Polytetrafluoräthylen hergestellt sind. Diese Halteteile lassen Relativbewegungen zwischen dem Arbeitszylinder und dem Kolben sowie axiale Relativbewegungen zwischen den beiden Enden des Stoßdämpfers zu, und sie dienen außerdem dazu, Fertigungstoleranzen auszugleichen. Drei der Stangen weisen über ihre ganze Länge einen konstanten Querschnitt auf, während die Querschnitts-

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fläche der Stange 41 über die Länge dieser Stange so variiert, daß sich der Durchtrittsquerschnitt zwischen der Stange 41 und dem Kolben 14 in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens ändert; natürlich könnte man auch mehrere Stangen so ausbilden, daß ihr Durchmesser über ihre Länge variiert. Der Stoßdämpfer nach Fig· 6 bis 9 arbeitet auf ähnliche Weise wie der an Hand von Fig. 1 bis 3 beschriebene.

Bei allen drei beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Stoßdämpfer ist es möglich, gegebenenfalls hydraulische Puffer und Vorrichtungen zum Verhindern von Rückstoßbewegungen vorzusehen·

Ansprüche:

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Claims (14)

-ίο- 2H3811 ANSPRÜCHE

1. ) Stoßdämpfer, gekennzeichnet durch einen einem Ende (11) geschlossenen Arbeitszylinder (10), einen

in dem Arbeitszylinder gleitend geführten Kolben (14), der mit einer Kalbenstange (13) verbunden ist, die durch eine Abdichtungskonstruktion (12) am anderen Ende des Arbeitszylinders ragt, sowie durch mindestens eine Drosselöffnung, die es einem ITud ermöglicht, von einer Seite des Kolbens zu dessen anderer Seite zu strömen, die jedoch dem Strömen des Pludes einen Widerstand entgegensetzt und mindestens längs des größten Teils der Hubstrecke des Kolbens zur Wirkung kommt, wobei sich der Durchtrittsquerschnitt der Drosselöffnung nach der geweiligen Stellung des Kolbens in dem Arbeitszylinder richtet.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung durch den Kolben (14) und ein gegenüber dex Halterung des Arbeitszylinders (10) ortsfest angeordnetes Bauteil abgegrenzt wird.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Drosselöffnung durch einen Schlitz bzw. ein Loch (22, 23 i 41) des Kolbens (14) und ein gegenüber der Halterung des Arbeitszylinders (10) ortsfest angeordnetes Bauteil abgegrenzt wird.

4. Stoßdämpfer nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet , daß das ortsfeste Bauteil als langgestrecktes Bauteil (24) ausgebildet ist, das durch den Schlitz (22,23} 41) des Kolbens (14) ragt und sich über den größten Teil der Länge des Arbeitszylinders (10) erstreckt.

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5· Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung durch eine Nut (41) am Umfang des Kolbens (14) und ein sich durch diese Nut erstreckendes langgestrecktes Bauteil (24) abgegrenzt wird.

6. Stoßdämpfer nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Bauteil (24) mit einer Nut (35) versehen ist, deren Querschnittsfläche in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des !Kolbens (14) über die Länge der Nut variiert.

7. Stoßdämpfer nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mehrere sich durch den Kolben (14) erstreckende langgestreckte Bauteile (24), von denen mindestens eines mit einer Nut (35) der genannten Art versehen ist.

8. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß das bzw. jedes langgestreckte Bauteil (24) mit beiden Enden des Arbeitszylinders (10) verbunden ist, und daß mindestens eines der Halteteile (25, 26) für das bzw. jedes langgestreckte Bauteil elastisch und so ausgebildet ist, daß es das bzw. jedes langgestreckte Bauteil gegen axiale Bewegungen sichert.

9. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. jedes langgestreckte Bauteil (24) so ausgebildet und angeordnet ist, daß es relative Drehbewegungen zwischen dem Arbeitszylinder (10) und der Kolbenstange (13) zuläßt.

10. Stoßdämpfer nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Bauteil eine Stange (41) ist, deren Querschnittsfläche über die Länge der Stange variiert.

11. Stoßdämpfer nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Käfig, der sich aus Stangen (41 bis 44) zusammensetzt, die durch den Kolben ragen und in Winkelabständen um die Achse des Kolbens verteilt sind, wobei die

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Querschnittsfläche mindestens einer dieser Stangen über ihre Länge variiert.

12. StoBdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (10) von einem damit konzentrischen Zylinder (15) umgeben ist, der zusammen mit dem Arbeitszylinder einen Behälter (16) für ein Flud bildet.

13. Stoßdämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Arbeitszylinders (10) mit einem Durchlaß (56) versehen ist, damit das Flud in den Behälter (16) eintreten bzw. aus ihm entweichen kann.

14. Stoßdämpfer nach Anspruch 12 oder 1.5, gekennzeichnet durch ein an dem erwähnten einen Ende des Arbeitszylinders (10) vorgesehenes Bachfüllventil (51), das es dem Flud ermöglicht, aus dem Behälter (16) in den Arbeitszylinder überzutreten.

Patentanwalt:

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