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Deleskopstoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge (Zusatz zu Patent
... (Anmeldung P 24 13 853.8)) Das Hauptpatent betrifft einen Geleskopstoßdämpfer,
insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Zylinder geführten Kolben, der
mit für die beiden Strömungsrichtungen eines Dämpfungsmediums getrennten, entsprechend
gerichtete Ventile enthaltenden Strömungskanälen versehen ist. Wie im Hauptpatent
im einzelnen auseinandergesetzt, bieten Teleskopstoßdämpfer mit für die beiden Strömungsrichtungen
getrennten Strömungskanälen den Vorteil, daß eventuell gebildete Gasblasen automatisch
aus den Kanälen entfernt werden. Auf der anderen Seite treten aber häufig gerade
bei Teleskopstoßdämpfern, die für die beiden Strömungsrichtungen getrennte Kanäle
besitzen, Schwierigkeiten insofern auf, als sich in Abhängigkeit von der Masse der
Ventilkörper und der Auslegung der ihnen zugeordneten Ventilfedern bei Bewegungsumkehr
des Kolbens eine Hysterese zeigt, so daß sich dem gewünschten ausschließlich geschwindigkeitsabhängigen
Verlauf der Kennung des Stoßdämpfers Unregelmäßigkeiten überlagern.
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Diesen Nachteil verrneidet die Erfindung nach dem Hauptpatent unter
Beibehalt der Vorteile von mit getrennten Kanälen ausgerüsteten Teleskopstoßdämpfern
im Prinzip dadurch, daß nicht jeweils nur ein Ventil, sondern zwei Ventile in Strömungsrichtung
in Reihe vorgesehen sind, von denen das in Strömungsrichtung erste Ventil im Hinblick
auf die gewünschte Kennung des Stoßdämpfers ausgelegt ist, während das in Strömungsrichtung
zweite Ventil unter Verzicht auf es umgehende Bypässe nur als zumindest annähernd
gleichzeitig mit dem ersten Ventil öffnendes und zeitlich vor diesem schließendes
Rückschlagventil ausgelegt ist. Dabei können diese beiden Ventile in einem der Strömungskanäle
im Kolben des Teleskopstoßdämpfers oder als Ausströmventile im zylinderfesten Ausströmkanal
des Teleskopstoßdämpfers liegen; diese Ausströmventile sollen bei sich annäherndem
Kolben durch Öffnen eine Verbindung zu einem Vorratsraum für das Druckmedium öffnen.
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Bei der Erfindung nach dem Hauptpatent wird durch das schnelle Sperren
der Strömungskanäle, wie es durch das zweite Ventil erzielt wird, bei Bewegungsumkehr
des Kolbens die sonst vorhandene, vor allem auf die Auslegung des die Kennung bestimmenden
ersten Ventils zurückzuführende Hysterese zumindest weitgehend verringert, ohne
daß auf den Vorteil einer guten Umwälzung des Dämpfungsmediums verzichtet werden
muß.
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Die vorliegende Erfindung geht von einem entsprechend dem Hauptpatent
mit zwei in Reihe liegenden Ventilen, von denen das zweite Ventil als Rückschlagventil
ausgebildet ist, ausgerüsteten Teleskopstoßdämpfer gemäß dem Hauptpatent aus. Wie
nämlich umfangreiche Untersuchungen mit nach dem Hauptpatent ausgebildeten Teleskopstoßdämpfern
gezeigt haben, können durch ganz bestimmte Ausbildung des ersten und des zweiten
Ventils weitere wesentliche
Vorteile erzielt werden. Bereits jetzt
sei darauf hingewiesen, daß man die erfindungsgemäße spezielle Ausbildung des Teleskopstoßdämpfers
nach dem Hauptpatent einerseits als spezielle Ausführungsform des im Hauptpatent
geschützten Teleskopstoßdämpfers, andererseits aber auch nicht als Aufeinanderfolge
von zwei in bestimmter Weise ausgelegten Ventilen, sondern als aufeinanderfolgende
Anordnung in bestimmter Weise ausgelegter Teile von Ventilen, nämlich bestimmter
Tellerfederscheiben, ansprechen kann.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist dasjenige des Vermeidens
des sogenannten Polterns. Wie erfindungsgemäß angestellte Untersuchungen und Überlegungen
gezeigt haben, ist für das Entstehen von Poltergeräuschen das Verhalten des Teleskopstoßdämpfers
unter relativ hochfrequenten Anregungen mit geringen Hüben maßgebend.
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Unter Zugrundelegung dieser Erkenntnis ist die erfindungsgemäße Lösung
der Aufgabe der Vermeidung von Poltergeräuschen in Anwendung auf den Kolben des
Stoßdämpfers dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventile unter Verzicht auf Voröffnungen
ausgeführt sind und die zumindest eine Tellerfederscheibe des ersten Ventils im
Bereich ihres äußeren Randes abgestützt und im geschlossenen Zustand des ersten
Ventils praktisch vorspannungsfrei ist, während die zumindest eine Tellerfederscheibe
des zweiten Ventils im Bereich ihres inneren Randes abgestützt und im geschlossenen
Zustand des zweiten Ventils gering vorgespannt ist. Die Anwendung des Erfindungsprinzips
auf die zylinderfeste Ausströmerventilanordnung ergibt eine Konstruktion mit dem
Kennzeichen, daß erfindungsgemäß beide Ventile unter Verzicht auf Voröffnungen ausgeführt
und mit Tellerfederscheiben bestückt sind, von denen die zumindest eine Tellerfederscheibe
des ersten Ventils im Bereich
ihres äußeren Randes abgestützt und
im geschlossenen Zustand des ersten Ventils praktisch vorspannungsfrei ist, während
die zumindest eine Tellerfederscheibe des zweiten Ventils im Bereich ihres inneren
Randes abgestützt und im geschlossenen Zustand des zweiten Ventils gering vorgespannt
ist.
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Zur Erläuterung der Erfindung mögen folgende Zusammenhänge dienen:
Die einfachste Form eines Dämpfungsventils ist ein die Strömung drosselndes Loch.
Diese reine Lochdrosselung wird in der Praxis der Teleskopstoßdämpfer wegen ihrer
stark progressiven Kennung nicht angewendet. Demgegenüber sind ein wesentliches
Element alle bekannten Ventile in Stoßdämpfern Durchlässe mit druckabhängigen Drosselquerschnitten.
Alle ausgeführten Ventile lassen sich einer der beiden folgenden Bauarten zuordnen:
1.) Die Kanäle werden durch starre Scheiben verschlossen, die durch Schraubenfedern
auf einen Sitz gepreßt werden; 2.) die Kanäle werden durch Tellerfederscheiben verschlossen,
die also das federnde und das schließende Element in sich vereinigen.
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In beiden Ausführungsformen muß eine von der Federvorspannung in der
Ruhestellung (Schließstellung des jeweiligen Ventils) abhängige Druckdifferenz auftreten,
ehe das Ventil öffnet. Man erhält daher Dämpferkennungen, die, unabhängig von der
Kolbengeschwindigkeit, sofort ab Bewegungsbeginn eine feste, von der Federvorspannung
abhängige Mindestkraft liefern. Gerade dieses Verhalten ist aber in der Regel in
hydraulischen Schwingungsdämpfern unerwünscht. Daher werden die bekannten Ventile
so ausgebildet, daß sie Voröffnungen, nämlich zusätzliche konstante Strömungsdurchlässe,
enthalten.
Diese sorgen im Bereich niedriger Kolbengeschwindigkeiten für die gewünschten niedrigen
Kräfte, die für verschwindende Geschwindigkeit ebenfalls gegen Null gehen, und verlieren
wegen der Progressivität der Lochdämpfung bei größeren Geschwindigkeiten zunehmend
an Bedeutung.
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Wie die erfindungsgemäß angestellten Untersuchungen und Überlegungen
gezeigt haben, muß ein in Bezug auf die Vermeidung von Poltergeräuschen optimierter
Stoßdämpfer möglichst verzögerungsfrei arbeitende Ventile besitzen, die außerdem
schon bei Bewegungsbeginn des Kolbens eine gewisse Kraft liefern, ohne einen aus
Komfortgründen zu fordernden Grenzwert zu überschreiten.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einem Teleskopstoßdämpfer durch folgende
Merkmale realisiert: 1.) Gemäß der Lehre des Hauptpatents werden ein erstes und
ein zweites Ventil hintereinandergeschaltet, von denen das erste Ventil im Hinblick
auf die gewünschte Kennung und das zweite Ventil nur als Rückschlagventil ausgelegt
sind.
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2.) Beide Ventile sind so ausgelegt, daß sie a. keine Voröffnung
besitzen, b. die Tellerfederscheibe oder -scheiben des ersten Ventils außen abgestützt
und in Ruhestellung praktisch ohne Vorspannung sind und c. die Tellerfederscheibe
oder -scheiben des zweiten Ventils innen abgestützt und in Ruhestellung gering vorgespannt
sind.
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Die zur Erzielung eines sofortigen Ansprechens der Ventilanordnung
auch bei kleinen, hochfrequenten Anregungen, die Anlaß zu Polterproblemen geben,
notwendige Auslegung beider Ventile ohne
Voröffnungen wirft Probleme
bei der Kennungsgestaltung auf, die durch die Merkmale b und c vermieden bzw. gelöst
sind. Die Öffnungscharakteristiken von außen und innen abgestützten Tellerfederscheiben
unterscheiden sich voneinander. Bei gleichen Abmessungen ergibt sich bei einem gegebenen
Federweg für beide Einbaufälle die gleiche Kraft, jedoch gibt eine innen abgestützte,
also im Bereich ihres äußeren Randes abhebende Tellerfederscheibe bei demselben
Federweg entsprechend ihrem größeren äu-Beren Umfang eine erheblich größere Durchlaßöffnung
frei als eine außen abgestützte Tellerfederscheibe. Umgekehrt liefern außen abgestützte,
also innen abhebende Tellerfederscheiben auch nach dem Abheben noch Dämpferkraftverläufe,
die für die Zwecke von Teleskopstoßdämpfern brauchbar und steuerbar sind.
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Die Kombination der Merkmale b und c gewährleistet schon bei Beginn
der Kolbenbewegung eine gezielte Dämpferkraft und bei zunehmender Kolbengeschwindigkeit
die Einhaltung des aus Komfortgründen gewünschten Verlaufs der Dämpferkraft. Durch
die Hintereinanderschaltung ist es möglich, die Abmessungen der Teile der beiden
Ventile unabhängig voneinander dem angestrebten Verhalten entsprechend auszubilden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß ihre Realisierung
keinen großen konstruktiven Aufwand erfordert. So zeichnet sich die bevorzugte Konstruktion
dadurch aus, daß in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend eine Führungsfeder, ein
unter der Wirkung derselben stehender Ventilkörper, die Tellerfederscheiben des
ersten Ventils und die Tellerfederscheiben des zweiten Ventils an einer kolben-
bzw. zylinderfesten, mit Strömungsduchtrittenversehenen, sich zwischen den Tellerfederscheiben
des ersten und des zweiten Ventils erstreckenden, die Abstützung für die Tellerfederscheiben
des ersten Ventils bildenden Querwand mittels eines nietartigen Teils mit flanschartigen
Endpartien gehalten sind.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert, wobei Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Stoßdämpfer
im Bereich des Kolbens, dagegen Figur 2 einen Längsschnitt im Bereich eines Bodenventlis
(Ausströnventils) wiedergibt.
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Betrachtet man zunächst Figur 1, so ist der Zylinder des Stoßdämpfers
mit 1 bezeichnet. Er nimmt den mit getrennten Kanälen für beide Strömungsrichtungen
versehenen Kolben auf. In diesem Ausführungsbeispiel enthält dieser die Querwand
2, die zur Bildung von Strömungskanälen mit Löchern 3 versehen ist. Aus Gründen
der Übersichtlichkeit sind in Figur 1 nur Kanäle und Ventile für eine Strömungsrichtung
dargestellt; die entsprechenden Kanäle und Ventile für die Strömung in entgegengesetzter
Richtung sind fortgelassen.
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Ferner ist darauf hinzuweisen, daß in der linken Hälfte der Figur
1 die Ventile in ihrer Ruhestellung, d.h. im geschlossenen Zustand, dagegen in der
rechten Hälfte im geöffneten Zustand wiedergegeben sind.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung nach dem Hauptpatent folgen in
Strömungsrichtung zwei Ventile aufeinander, die erfindungsgemäß beide durch Tellerfederscheiben
gebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel enthält jedes der Ventile nur eine
Tellerfederscheibe, von denen die dem ersten Ventil zugeordnete mit 5 und die dem
zweiten Ventil zugeordnete mit 6 bezeichnet ist. Die beiden Tellerfederscheiben
5 und 6 unterscheiden sich erfindungsgemäß dadurch, daß die Tellerfederscheibe 5
des ersten Ventils,
das im Hinblick auf die gewünschte Kennung ausgelegt
ist, sich unter der Wirkung der Führungsfeder 7 und des Ventilkörpers 8 außen auf
der Abstützfläche 9 an dem Zylinder 1 abstützt, sie also im Bereich ihres inneren
Randes bei entsprechenden Druckverhältnissen von ihrer Sitzfläche 10 an dem Ventilkörper
8 abhebt, während die Tellerfederscheibe 6 des zweiten Ventils, das als Rückschlagventil
ausgebildet ist, sich im Bereich ihres inneren Randes auf der Fläche 11 abstützt,
also bei entsprechenden Strömungsverhältnissen im Bereich ihres äußeren Randes von
der Ventilsitzfläche 12 abhebt. Den geöffneten Zustand beider Ventile veranschaulicht
die rechte Hälfte der Figur 1.
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Da die außen abhebende Tellerfederscheibe 6 bei gleichem Federweg
eine erheblich größere Durchlaßöffnung freigibt als die innen abgestützte Tellerfederscheibe
5, ist der der Tellerfederscheibe 6 zugeordnete Kraftverlauf sehr flach in Bezug
auf den Kraf-tverlauf der Tellerfederscheibe 5 des ersten Ventils. Das gilt auch
dann, wenn die Tellerfederscheibe 6 gering vorgespannt ist in ihrer Ruhestellung.
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Die Auflagefläche 9 ist, wie Figur 1 deutlich zeigt, in Richtung der
Strömung abgeschrägt. Hierdurch wird die Kennung der Tellerfederscheibe 5 günstig
beeinflußt.
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Die gesamte Ventilanordnung wird durch das zentrale nietartige Teil
13, das identisch ist mit der Kolbenstange, zusammengehalten, das mit flanschartigen
Endpartien 14 und 15 versehen ist.
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Dieses Konstruktionsprinzip findet auch bei dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung nach Figur 2 Anwendung. Hier bildet die Querwand 20 einen Bestandteil
des den Arbeitsraum 21 umschließenden
Zylinders 22. Wiederum ist
die Querwand 20 mit der Bildung von Kanälen dienenden Strömungsdurchlässen 23 versehen.
Das nietartige Teil 24 hält mit seinen flanschartigen Endpartien 25 und 26 über
das topfförmige Druckstück 27 die durch die Führungsfeder 28, den sternförmigen
Ventilkörper 29, die Tellerfederscheiben 30 und 31 des ersten Ventils und die Tellerfederscheibe
32 des zweiten Ventils gebildete Ausströmventilanordnung zusammen. Außerdem ist
ein weiterer Strömungskanal 33 für die Strömung in entgegengesetzter Richtung, also
bei Aufwärtsbewegung des Kolbens, vorhanden, dem ein individuelles Saugventil zugeordnet
ist, das die Tellerfederscheibe 34 und die Führungsfeder 35 enthält. Auch dieses
Ventil ist mittels des nietartigen Teils 24 an der Querwand 20 gehalten.
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Wiederum sind die Tellerfederscheiben 30 und 31 des ersten Ventils,
das im Einblick auf die gewünschte Kennung ausgeführt ist, im Bereich ihrer äußeren
Ränder abgestützt, und zwar mittels der Abstützfläche 36, die wiederum schräg ausgeführt
ist. Dagegen ist die Dellerfederscheibe 32 des zweiten Ventils, das als Rückschlagventil
ausgelegt ist, im Bereich ihres inneren Randes an der inneren Stirnfläche 37 des
Flansches 26 abgestützt.
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Damit ergeben sich dieselben Verhältnisse wie bei der Kolbenventilanordnung
nach Figur 1.
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Verständlicherweise kann es zweckmäßig sein, sowohl die Bodenventilanordnung
als auch die Ventilanordnung in einem oder beiden Strömungskanälen des Kolbens entsprechend
der Erfindung auszulegen. Dabei wird man stets dafür sorgen, daß durch entsprechende
Form des Ventilkörpers und/oder der Tellerfederscheiben des ersten Ventils diese
im Ruhezustand, d.h. bei geschlossenem Ventil, zumindest weitgehend vorspannungsfrei
sind, während die Tellerfederscheiben des zweiten Ventils eine geringe Vorspannung
besitzen. Unter einer geringen Vorspannung ist eine solche zu verstehen, wie sie
sich größenordnungsmäßig einstellt, wenn die betrachtete Tellerfederscheibe zwischen
ihren inneren und äußeren
Anlagestellen um ein Maß durchgebogen
ist, das ihrer Materialstärke entspricht. Dies zeigen beide Figuren.
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Dagegen wird die Tellerfederscheibe des ersten Ventils dadurch praktisch
vorspannungsfrei gehalten, daß ihre inneren und äußeren Anlageflächen, in Figur
1 die Ringflächen 10 und 10', zumindest annähernd in einer Ebene liegen.