DE2456286A1 - Hydropneumatischer schwingungsdaempfer - Google Patents

Description

Dr. Carl Ullrich Peddinghaus

56 Wuppertal - Barmen, Obere Lichtenp1 atzer Straße 276.

Hydropneumatischer Schwi ngungsdämpfer

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatisehen Schwingungsdämpfer, insbesondere für Federbeine von Kraftfahrzeugen, bei welchem ein an einer Kolbenstange befestigter Kolben das für die Aufnahme einer Dämpfungsflüssigkeit vorgesehene Innere eines Zylinders in zwei Kammern wechselnder Volumina unterteilt, während die Kolbenstange stirnseitig dichtend aus dem Zylinder herausgeführt ist, und wobei für die Dämpfungsflüssigkeit eine Ausg1eIchs kammer zur Verfügung steht, in der ein erhöhter Druck aufrecht erhalten wi rd.

Schwingungsdämpfer dieser Art sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt.ν Der AusgTeichsraum kann dabei insbesondere konzentrisch zum Zylinder angeordnet sein, wie beispielsweise bei einem sogn. Zweirohrdämpfer nach der DT-PS 1 284

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Der Ausgleichsraum umgibt hierbei den Zylinder ringförmig und steht über eine Flüssigkeitsleitung mit der Dämpfungsflüssigkeit im Zylinder in Verbindung. Der mit Dämpfungsventilen ausgeführte Dämpfungskolben ist am Ende der Kolbenstange befestigt, so daß der Ausgleichsraum die von der Kolbenstange verdrängte Dämpfungsflüssigkeit beim Einfahren der Kolbenstange aufnimmt, während er sie beim Ausfahren der Kolbenstange wieder abgibt. Um im Bereich der durchströmten Vent M öffnungen Kavitationserscheinungen zu unterbinden, als deren Folge die Dämpfungscharakteristik der Ventile erheblich gestört würde, wird der Ausgleichsraum weiterhin unter dem Überdruck eines Druckgases gehalten.

Von Nachteil ist bei den bekannten Ausführungsformen jedoch, daß auf die Kolbenstange infolge des Druckgasvolumens, dessen Überdruck etwa zwischen 20 bis 40 Atmosphären liegen kann, beträchtliche Ausschubkräfte einwirken, die sich noch erhöhen, wenn während längerer Betriebszeit das gesamte System eine Temperatursteigerung erfährt. Dadurch wird der Schwingungsdämpfer verhäl tn i srnäß i g starr, so daß er Einerseits die Federcharakteristik eines Federbeins während des Betriebes verändert. Demzufolge treten vor allem bei Federbeinen störende Begleitwirkungen auf. Zwar kann man diese Begleitwirkungen durch sehr dünne Kolbenstangen herabsetzen, doch besteht dann die Gefahr, daß die Kolbenstange während des Betriebes durchbiegen oder sogar ausknicken kann. Wenn jedoch zur Vermeidung derartiger Schäden die Querschnitte der Kolbenstange sehr groß gemacht werden, kommt es zu der erwähnten Beeinträchtigung der Federung. Man hat daher bislang nur mit erheblichem konstruktivem Mehraufwand hydropneumatisehe .Schwingungsdämpfer hinreichend starr ausführen können.

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BAD ORIGINAL

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Vom einleitend beschriebenen Stand der "lechnik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydropneumatischen Schwingungsdämpfer zu schaffen, bei welchem der Druck, unter dem die Dämpfungsflüssigkeit steht, keine Ausschubkräfte auf die Kolbenstange ausübt. Vor allem soll die Verwendung hinreichend dick bemessener Kolbenstangen möglich sein, so daß auch die Biege- und Knickbeanspruchungen bei Federbeinen für Kraftfahrzeuge aufgenommen werden können. Auch soll bei Verwendung üblicher Dämpfungskolben die Strömungsgeschwindigkeit in den Venti1 öffnungen im Interesse der Herabsetzung von Kavitationseric heinungen verringert werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Kolben etwa in der Mitte der Kolbenstange an 1etztererbefestigt ist, die ihrerseits aus den beiden Stirnseiten des Zylinders dichtend herausgeführt ist, und daß wenigstens eine der durch das Innere des Zylinders, durch den Kolben, durch die Kolbenstange und durch die Kolbenstangendichtung gebildeten Kammern über eine Verbindungsöffnung mit dem Ausgleichsraum in Verbindung steht. Im Interesse einer Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit in den Venti 1 öffnungen von Dämpfungskolben ist dabei von Vorteil, wenn beide Kammern des vom Kolben unterteilten Zylinders mit dem Ausgleichsraum in Verbindung stehen, was auch bei einem dichtend im Zylinder geführten Kolben erforderlich ist.

Wenn bei einem auf diese Weise ausgeführten Schwingungsdämpfer eine Kolbenstange eingefahren wird, so führt dies zu keiner Volumenveränderung innerhalb der im Zylinder befindlichen Dämpfungsflüssigkeit.. Die sich zu beiden Seiten des Kolbens befindlichen Volumina sind vielmehr in ihrer Summe ständig gleich groß. Sofern über die Verbindungsöffnungen Dämpfungsflüssigkeit mit dem gemeinschaftlichen Ausgleichsraum ausgetauscht wird, tritt auf" der einen Seite soviel Dämpfungsflüssigkeit ein, wie auf der anderen Seite herausgedrückt wird. Da sich jedoch die Temperatur der Dämpfungsflüssigkeit während des Betriebes erhöht, ist der Ausgleichsraum nicht grundsätzlich entbehrlich, ^a er im übrigen unter Druck steht,

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kann es zu Kavitationserscheinungen im Bereich der Dämpfungsventile nicht kommen. Man kann den Druck innerhalb des Ausgleichsraumes,, und zwar zweckmäßig in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines eingeschlossenen Druckgasvolumens, praktisch beliebig hoch wählen, da er ohne Einwirkung auf die Kolbenstangenkraft ist. Letztere läßt sich vielmehr lediglich infolge der Dämpfungsventile in beiden Bewegungsrichtungen mit unterschiedlicher Kraft verschieben.

Der Kolben kann beim erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer in an sich bekannter Weise ein Dämpfungskolben mit sich in beiden Strömungsrichtungen der Dämpfungsflüssigkeit öffnenden Ventilen unterschiedlicher Dämpfungskraft sein. Man kann ihn jedoch auch als einen Kolben ohne öffnungen ausbilden, jedoch müssen zumindest dann die Verbindungsöffnungen in an sich bekannter Weise als sich in beiden Strömungsrichtungen der Dämpfungsflüssigkeit öffnende Ventile ausgebildet sein.

Da gerade bei Schwingungsdämpfern die Einbaulänge begrenzt ist, ist der Ausgleichsraum in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als ein den Zylinder umgebender Mantel ausgebildet; ;ine der Verbindungsöffnungen befindet sich hierbei unmittelbar unter der oberen Dichtung des Zylinders und die andere unmittelbar über der unteren Dichtung desselben, während von beiden Verbindungsöffnungen Leitungen ausgehen, die im unteren Teil des Ausgleichsraums endigen. Da sich das Druckgas im oberen Teil des in dieser Form mantel artigen Ausg1e1chsraums befindet, kommen die Le1tungsendigungen mit dem Druckgas überhaupt nicht in Verbindung, so

daß auch nur sehr wenig Druckgas von der Dämpfungsflüssigkeit aufgenommen werden kann.

Man kann jedoch in der Erkenntnis, daß anmeldungsgemäß nur ein wesentlich kleinerer Ausgleichsraum als sonst erforderlich ist, letzteren auch in an sich bekannter Weise in eine hohl auszuführende Kolbenstange verlegen. Die Kolbenstange kann mit Rücksicht auf die Größe des Ausgleichsraums dann ohne Schwierigkeiten noch genügend stcirkwandig ausgeführt

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werden, um den Anforderungen während des Betriebes zu entsprechen. Unmittelbar oberhalb und unmittelbar unterhalb des Kolbens ist diese Kolbenstange dann mit den Verbindungsöffnungen ausgeführt . Gegenüber dem gleichfalls in der Kolbenstange enthaltenen Druckgasvolumen läßt sich in an sich bekannter Weise eine Trennung mit Hilfe eines Trennkolbens vornehmen.

In vorteilhafter Weise wird der neue Schwingungsdämpfer vor allem bei Verwendung in Federbeinen mit nach oben herausfahrender Kolbenstange ausgebildet, an der dann auch die üblichen Befestigungsmittel angreifen. Das andere Ende der Kolbenstange tritt demgemäß aus der unteren Führung dichtend aus dem Zylinder heraus. Um einerseits die Verschmutzung, für welche eine Gefahr vor allem bei dem unteren Teil der Kolbenstange besteht, zu vermeiden, und um weiterhin Mittel für die Befestigung, beispielsweise eines AchsschenkeIbolzens, vorzusehen, wird der Zylinder zweckmäßig nach unten über die dichtende Duichführuny für die Kolbenstange hinausgehend fortgesetzt; so daß die Kolbenstange über den Kolbenhub hinaus vom Zylinder umgeben ist; der auf diese Weise verlängerte Zylinder besitzt zweckmäßig einen bis auf eine Ausgleichsöffnung für die von der Kolbenstange verdrängte Luft geschlossenen Boden, während die Kolbenstange unten einen ihre Ausfahrbewegung begrenzenden Anschlag mit vergrößertem Durchmesser aufweist.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zylinder, Ausgleichsraum und Kolbenstange gemäß Fig. 1,

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Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. *+ eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß gestal teten Dämpfungsko1ben und

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Dämpfungskolben gemäß Fig. h.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform umgibt ein Ausgleichsraum 1 den Zylinder 2 mante1förmig. Im Zylinder 2 erkennt man den etwa in Mitte der Kolbenstange 3 befestigten Dämpfungskolben 4. Im oberen Teil des Zylinders 2 ist eine dichtende Führung für die Kolbenstange 3 vorgesehen, die aus der Dichtungslippe 5, dem äußeren Führungsring 6, dem inneren Führungsring 7 und der Abstreifdichtung 8 besteht. Eine aus den Teilen 5 bis 7 ausgeführte dichtende Führung et— kennt man im unteren Teil des Zylinders 2 in spiegelbildlicher Anordnung.

Unterhalb der oberen Dichtung 5 sowie oberhalb der unteren Dichtung 5 sind die Verbindungsöffnungen 9 bzw. 10 angeordnet, an die sich die Leitungen 11 bzw. 12 anschließen, die im unteren teil des mantelförmigen Ausy1eichsraums 1 endigen. Letztere bedarf keines sehr großen Volumens, da er nur die thermischen Ausdehnungsänderungen der Dämpfungsflüssigkeit ausgleichen muß. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 13 ist der Ausgleichsraum mit dem Druckgasvolumen 1^ gefüllt.

Der obere Abschnitt der Kolbenstange 3 ist aus dem Zylinder 2 frei herausgeführt und ist mit zeichnerisch nicht wiedergegebenen Mitteln zur Verbindung mit einem Konstruktionselement, beispielsweise mit einer Fahrzeugkarosserle, ver— sehen. Der untere Abschnitt der Kolbenstange 3 ist von dem

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nach unten verlängerten Zylinder 2 umgeben und mit dem Anschlag 15 versehen, durch den die Bewegung der Kolbenstange nach oben dadurch begrenzt wird, daß er schließlich an der Führung 6,7 zur Anlage gelangt. Der nach unten verlängerte Zylinder schließt mit einem Boden IG, in weichern noch eine Ausgleichsöffnung 17 für die vom unteren Teil der Kolbenstange 3 verdrängte Luft vorgesehen ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform nimmt die hohle Kolbenstange 18 das Druckgasvol uinen 14 und die Dämpfungsflüssigkeit auf, von der es mittels des in Längsrichtung verschieblichen Trennkolbens 19 getrennt ist. Das Druckgas läßt sich durch die im oberen Teil der Kolbenstange 18 erkennbare, nachträglich verschließbare Öffnung 20 einführen, wohingegen der gesamte Schwingungsdämpfer durch eine entsprechende, untere Öffnung 21 in der hohlen Kolbenstange mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt werden kann.

Der Zylinder 2 besitzt eine obere dichtende Führung, die, wie auch bei der Ausführung gemäß Fig. 1, aus den Teilen 5, 6,7 und 8 besteht. Durch diese dichtende Führung tritt die Kolbenstange 18 in den Zylinder ein. Unmittelbar oberhalb des Kolbens Λ erkennt man die Verbindungsöffnung 22, während unterha-1 b des Kolbens 4 die Verbindungsöffnung 23 zum Innern der hohl ausgeführten Kolbenstange 18 besteht. Durch diese Verbindungsöffnungen wird ein unmittelbarer Austausch von Dämpfungsflüssigkeit mit dem Hohlraum der Kolbenstange 18 ermögilcht.

Der Zylinder 2 erstreckt sich bei dieser Ausführungsform weniger weit nach unten. Stattdessen ist ein im Durchmesser kleiner Raum Zy1inderstutzen 24 in fester Verbindung in ihn eingesetzt, der seinerseits die untere, aus den Teilen 5, 6 und 7 bestehende, führende Dichtung aufnimmt. Ein mit einer

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Ausg 1 e i chsöff nung 17 versehener Buden 16 sind hierbei ebenso wie der Anschlag 13 vorhanden.

Wie bereits beschr i eben, lassen sich die Kolben 4 massiv gestalten. In diesem Fiille sind die Verbindungsöffnungen 9, 10 bzw. 22, 23 für die Dämpfung maßgeblich und demgemäß mit Ventilen versehen. Jedoch kann auch in üblicher Weise der Kolben ^ ein Dämpfungskolben sein, wie er in den Fig. h und 5 schematisch veranschaulicht wurde. In der Draufsicht auf den Kolben 4 erkennt man hierbei mehrere Venti1 bohrungen 25, die sich mit konischen Flächen 26 erweitern und Ventileinsätze 27 besitzen. Ein derartiger Ventileinsatz 27 ist in Fig. 5 lediglich im linken Teil mit Bezugszeichen versehen worden. Er besitzt an meiner einen Stirnseite eine Ventilsitzfläche für den Ventilkegel 28, während er auf seiner gegenüberliegenden Seite mit der Abstützung der Ventilfeder 29 dient. Letztere beaufschlagt die Ventilstange 30 derart, daß das Ventil 28 mit einer bestimmten Kraft in seiner Schließlage gehalten wird. Ständig freibleibende Durchlaßöffnungen können gleichfalls vorgesehen sein, desgleichen kann die Dämpfungswirkung gerneinschaft1 ich infolge der Ventile in den Dämpfungskolben und der Strömungswiderstände in den Verbindungsöffnungen erzeugt werden.

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Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   { 1 . .' Hydropneumat i scher Schwi ngungsdämpf er, insbesondere für Federbeine von Kraftfahrzeugen, bei welchem ein an einer Kolbenstange befestigter Kolben das für die Aufnahme einer Dämpf ungsf 1 üss i gke i t vorgesehene Innere eines Zylinders in zwei Kammern wechselnder Volumina unterteilt,, während die Kolbenstange stirnseitig . dichtend aus dem Zylinder herausgeführt ist, und wobei für die Dämpfungsflüssigkeit eiη Ausg1eichsraum zur Verfügung steht, in dem ein erhöhter Druck aufrecht erhalten wird, dadurch gekennze i chnet,. daß der Kolben (.4) etwa in der Mitte der Kolbenstange C30 an letzterer befestigt ist, die ihrerseits aus den beideη Stirnseiten des ZyIi nder s C 2) d i chtend herausgeführt ist, und daß wenigstens eine der durch das Innere des Zylinders (2), durch den Kolben (4), durch die Kolbenstange (3) und die Kolbenstangendichtung gebildeten Kammern über eine Verbindungsöffnung (9,10 bzw. 22,23) mit dem Ausg1eichsraum in Verbindung steht.
2. 2. Hydropneumatischer Schwingungsdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kammern des vom Kolben (4) unterteilten Zylinders durch Verbindunysöffnungen (9,10 bzw. 22,23) mit dem Ausgleichsraum in Verbindung stehen.
3. 3. HydropneumatΪscher Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen T und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben C+) in an sich bekannter Weise als Dämpfungskolben mit sich in beiden Strömungsrichlungen der Dämpfungsflüssigkeit öffnenden Vent i 1 en unterseil i edl Icher Dämpfungskraft ausgeführt ist
4. 4. Hydropneumatischer Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen

   1 bis 3, dadurch gekonnzolehnet, daß die Vorbindungsöffnungen in an sich bekannter Weise als sich in beiden Strömungsrichtungen der Dämpfungsflüssigkeit öffnende Ventile unterschiedlicher Dämpfungskraft ausgeführt sind.
5. 5. Hydropneumatischer Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennze ichnet, daö der

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   ΊΟ -

   Ausgleichsraum CO für die Dämpfungsflüssigkeit in an sich bekannter Weise unter dem Druck eines eingeschlossenen Gasvolumens Cl¹O steht.

   Hydropneumatischer Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum CO den Zylinder (2) mantelartig umschließt, und daß von den Verbindungsöffnungen eine (9) unmittelbar unter der oberen Dichtung (5) und die andere ClO) unmittelbar über der unteren Dichtung C5) angeordnet ist, und daß von beiden Verbindungsöffnungen C9,10) Leitungen Ci1,12) ausgehen, die im unteren Teil des Ausgleichsraums CO endigen.

   Hydropneumatischer Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange C18) in an sich bekannter Weise hohl ausgeführt ist und den Ausgleichsraum CO für die Dämpfungsflüssigkeit und ein Druckgasvolumen (14j bildet, wobei die Verbindungsöffnungen C22,23) unmittelbar oberhalb und unmittelbar unterhalb des Kolbens (4) liegen.

   Hydropneumatiseher Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekeYinze i ch.net, daß in der hohlen Kolbenstange O 8) das Druckgasvolumen ClO von der DampfungsflüssigkeIt mittels eines an sich bekannten, verschieblichen Trennkolbens (19) getrennt ist.

   Hydropneumatischer Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder nach unten über die dichtende Durchführung (5,B,7) für die Kolbenstange O,18) fortgesetzt ist und die Kolbenstange über den Kolbenhub hinaus umgibt, und daß sie einen bis auf. eine Ausgl e i chsöf f nung (17) für.die von der Kolbenstange (3,18) verdrängte Luft geschlossenen Boden (16) besitzt, während die Kolbenstange (3,18) unten einen ihre Ausfahrbewegung begrenzenden Anschlag C15) mit vergrößertem Durchmesser aufweist.

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