Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer mit
variabler Dämpfungskraft für ein Fahrzeug-Radaufhängungssystem
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und insbesondere
einen Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft,
die in Abhängigkeit von der auf eine Fahrzeugkarosserie
übertragenen Schwingungsart automatisch eingestellt wird.
Ein typischer Aufbau eines Stoßdämpfers mit variabler
Dämpfungskraft ist aus JP 63-11 401-A bekannt. Der offenbarte
Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft besitzt
eine untere Fluidkammer, die mit einer zwischen einem inneren
und einem äußeren Zylinderrohr definierten, ringförmigen
Vorratskammer verbunden ist. Die Fluidverbindung
zwischen der unteren Fluidkammer und der Vorratskammer
wird mittels einer Fluiddruckleitung und einer Drucknebenleitung
hergestellt. In der Fluiddruckleitung ist ein
Dämpfungsventil vorgesehen, während in der Nebendruckleitung
eine veränderbare Öffnung vorgesehen ist. Der veränderbaren
Öffnung ist eine Ventilspindel zugeordnet, mit
der die Fluidströmungs-Querschnittsfläche der veränderbaren
Öffnung mittels ihrer relativen Position eingestellt
wird.
In einem solchen Aufbau wirken das Dämpfungsventil und
die veränderbare Öffnung während des Kolbenkompressions-
oder Kolbenanprallhubes, um die Fluidströmung durch die
Fluiddruckleitung und die Nebendruckleitung von der unteren
Fluidkammer zur Vorratskammer zu begrenzen, wobei sie
eine Dämpfungskraft erzeugen, die eine relative Verschiebung
zwischen der eine gefederte Masse darstellenden
Fahrzeugkarosserie und einem die ungefederte Masse darstellenden,
mit einem Fahrzeugrad gekoppelten Radaufhängungselement
wie etwa einem Aufhängungslenker, einem Aufhängungsgelenk
usw. unterdrücken. Wenn eine Schwingung
durch eine Bewegung der Fahrzeugkarosserie hervorgerufen
wird, etwa durch die Neigung, das Rollen derselben usw.,
ist die Schwingungsfrequenz relativ niedrig. Eine derartige
durch die Fahrzeugbewegung hervorgerufene Schwingungsart
wird im folgenden mit "Schwingungsart mit niedriger
Frequenz" oder mit "Niederfrequenz-Schwingungsart"
bezeichnet. In dem genannten, herkömmlichen Stoßdämpfer
spricht die Ventilspindel der veränderbaren Öffnung auf
eine derartige Schwingungsart mit niedriger Frequenz an,
um die Fluidströmung durch die veränderbare Öffnung zu
unterbrechen oder zu blockieren. Dies hat zur Folge, daß
eine Fluidverbindung nur über die Fluiddruckleitung hergestellt
wird. Daher wird mittels der Dämpfungskraft wegen
der hohen Strömungsbegrenzungsrate eine hohe Dämpfungskraft
erzeugt. In einem solchen Fall kann der Stoßdämpfer
deshalb in einem HARTEN Modus arbeiten.
Wenn die Schwingung andererseits durch eine Schwingungsenergie
hervorgerufen wird, die vom Fahrzeugrad aufgrund
der Welligkeit oder Unebenheit der Fahrbahnoberfläche
übertragen wird, ist die Schwingungsfrequenz relativ
hoch. Eine solche Schwingungsart wird im folgenden mit
"Schwingungsart mit hoher Frequenz" oder mit
"Hochfrequenz-Schwingungsart" bezeichnet. In einem solchen
Fall wird die Ventilspindel in der Nebendruckleitung
so angeordnet, daß eine Fluidverbindung durch diese hergestellt
wird. Daher kann das Fluid von der unteren
Fluidkammer zur Vorratskammer sowohl über die Fluiddruckleitung
als auch über die Drucknebenleitung strömen. Dies
hat zur Folge, daß die Fluidströmungsmenge auf die Fluiddruckleitung
und die Drucknebenleitung aufgeteilt wird,
so daß eine kleinere Dämpfungskraft für die hydrodynamische
Absorption der Schwingungsenergie erzeugt wird. In
diesem Fall arbeitet der Stoßdämpfer deshalb in einem
WEICHEN Modus.
Bei der veränderbaren Öffnung bleibt jedoch die Fluidströmungs-Querschnittsfläche
in der geöffneten Position
konstant. Es ist bekannt, daß dadurch die zu erzeugende
Dämpfungskraft proportional zum Quadrat der Hubgeschwindigkeit
des Kolbens im Stoßdämpfer wird. Deshalb besteht
die Neigung, daß die Dämpfungskraft in einem Bereich verhältnismäßig
geringer Kolbengeschwindigkeit zu klein
wird, um eine ausreichende Stabilität des Fahrzeugs zu
erzielen. Selbstverständlich ist es möglich, bei der veränderbaren
Öffnung eine ausreichende Dämpfungskraft zu
erhalten, indem die Fluidströmungs-Querschnittsfläche der
Öffnung so klein eingestellt wird, daß eine höhere Dämpfungskraft
geschaffen wird. In einem solchen Fall wird
die Dämpfungskraft jedoch in einem Bereich verhältnismäßig
hoher Kolbengeschwindigkeit unannehmbar hoch. Daher
ist es schwierig, im Bereich verhältnismäßig niedriger
Kolbengeschwindigkeit eine hohe Dämpfungskraft zu erzielen,
wenn gleichzeitig im Bereich verhältnismäßig hoher
Kolbengeschwindigkeit eine übermäßige Dämpfungskraft vermieden
werden soll.
Wenn andererseits die veränderbare Öffnung geschlossen
wird, wird eine Dämpfungskraft nur durch das Dämpfungsventil
erzeugt, das einen elastisch verformbaren Ventilteller
umfaßt, der in der Normalposition auf einem Ventilsitz
aufsitzt und so verformt wird, daß er vom Ventilsitz
weggeschoben wird, um so für die Ermöglichung einer
Fluidströmung eine Öffnung mit veränderbarem Leitungsquerschnitt
auszubilden. In einem solchen Fall ist die
durch das Dämpfungsventil zu erzeugende Dämpfungskraft
proportional zur 2/3ten Potenz der Kolbengeschwindigkeit.
Deshalb ist im Bereich verhältnismäßig niedriger
Kolbengeschwindigkeit die Dämpfungskraft-Veränderungsrate
verhältnismäßig hoch, so daß eine übermäßige Dämpfungskraft
hervorgerufen wird.
Aus dem oben erwähnten Sachverhalt wird ersichtlich, daß
es zur Optimierung der Leistungsfähigkeit eines Fahrzeug-Radaufhängungssystems
wünschenswert ist, eine lineare
Veränderungscharakteristik der Dämpfungskraft in bezug
auf die Kolbenhubgeschwindigkeit zu schaffen. Es ist insbesondere
wünschenswert, eine Dämpfungskraft zu schaffen,
die im wesentlichen im unteren Kolbenhubgeschwindigkeitsbereich,
etwa in einem Bereich kleiner oder gleich 0,1 m/s,
eine lineare Veränderungscharakteristik ausweist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Stoßdämpfer mit veränderlicher Dämpfungskraft zu
schaffen, mit dem eine lineare Veränderung der Dämpfungskraft
und somit eine gute Radaufhängungseigenschaft im
gesamten Geschwindigkeitsbereich des Stoßdämpferkolbens
erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Stoßdämpfer der gattungsgemäßen
Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im
kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.
Ein erfindungsgemäßer Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft
umfaßt ein Zylinderrohr, in dem zwei in axialer
Richtung ausgerichtete Fluidkammern, die durch einen
Kolben voneinander getrennt sind, definiert sind. Die
Fluidkammern stehen über eine erste und über eine zweite
Fluidleitung miteinander in fluidaler Verbindung. In der
ersten Fluidleitung ist ein Ventil für die Erzeugung einer
hohen Dämpfungskraft angeordnet. In der zweiten
Fluidleitung ist ein Ventil für die Erzeugung einer niedrigen
Dämpfungskraft angeordnet. Ferner ist in der zweiten
Fluidleitung eine Öffnung mit veränderbarem Querschnitt
vorgesehen. Der veränderbaren Öffnung ist ein
Steuerventil zugeordnet, mit dem die Fluidströmungs-Querschnittsfläche
der veränderbaren Öffnung eingestellt werden
kann. Das Steuerventil ist in axialer Richtung verschiebbar,
um die Öffnungsquerschnittsfläche einzustellen.
Gegenüber einem axialen Ende des Steuerventils ist
eine Druckkammer ausgebildet, die mit einer der Fluidkammern
über die veränderbare Öffnung in fluidaler Verbindung
steht. Auf das andere axiale Ende des Steuerventils
und in einem Abstand von der Druckkammer wirkt ein Vorbelastungsmittel,
das in einer Richtung, die der Richtung
der Kraft, die durch das Arbeitsfluid in der Druckkammer
ausgeübt wird, entgegengesetzt ist, eine Vorbelastungskraft
ausübt.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert;
es zeigt
Fig. 1 den Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit variabler
Dämpfungskraft;
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt eines Kolbenventils
der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform
des Stoßdämpfers mit variabler Dämpfungskraft,
wobei der Ausschnitt in Fig. 1 durch einen
Kreis P gekennzeichnet ist;
Fig. 3 den Querschnitt eines unteren Ventils, wie es in
der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform
des Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämpfungskraft
verwendet wird;
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt des unteren Ventils
der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform
des Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämpfungskraft,
wobei der vergrößerte Bereich in Fig. 3
durch einen Kreis S gekennzeichnet ist;
Fig. 5 den Querschnitt einer zweiten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit veränderlicher
Dämpfungskraft;
Fig. 6 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung
einer Kolbenventilvorrichtung, wie sie
in der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform
des Stoßdämpfers mit veränderlicher Dämpfungskraft
verwendet wird;
Fig. 7 den Querschnitt einer unteren Ventilvorrichtung,
die sowohl in der ersten als auch in der zweiten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers
mit veränderlicher Dämpfungskraft verwendet
werden kann;
Fig. 8 die Draufsicht eines Rückschlagventils, das in
der in Fig. 7 gezeigten unteren Ventilvorrichtung
verwendet wird; und
Fig. 9 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht
des in Fig. 8 gezeigten Rückschlagventils.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit veränderlicher
Dämpfungskraft beschrieben. Dieser Stoßdämpfer
umfaßt ein Zylinderrohr 1 und eine im Innenraum des Zylinderrohrs
1 angeordnete Kolbenvorrichtung 2 für die
Schubbewegung. Die Kolbenvorrichtung 2 bildet einen Ventilkörper
für die Erzeugung einer Dämpfungskraft. Sie unterteilt
den Innenraum des Zylinderrohrs 1 in eine obere
Fluidkammer A und eine untere Fluidkammer B. Sowohl die
obere Fluidkammer A als auch die untere Fluidkammer B
sind mit einem Arbeitsfluid gefüllt. Die Kolbenvorrichtung
2 ist an dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden
Endbereich 3a einer Kolbenstange 3 starr befestigt.
Die Kolbenstange 3 ist mit einer in axialer Richtung sich
erstreckenden Bohrung 3b versehen, die sich zum unteren
Ende der Kolbenstange 3 hin öffnet. Die in axialer Richtung
sich erstreckende Bohrung 3b steht mit in radialer
Richtung sich erstreckenden Kanälen 3c in Verbindung, deren
äußere Öffnungen sich zur oberen Fluidkammer A hin
öffnen.
Die Kolbenvorrichtung 2 umfaßt einen Halter 4a, eine
Scheibe 5a, ein Kompressionsdämpfungsventil 6, das während
des Kolbenkompressions- oder Kolbenanprallhubes
wirkt, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, einen Kolbenkörper
2A, ein erstes Expansionsventil 7, das während des
Kolbenexpansions- oder Kolbenrückprallhubes wirkt, um
eine hohe Dämpfungskraft zu erzeugen, eine Scheibe 5b,
einen Halter 4b, ein zweites Expansionsventil 8, das
ebenfalls während des Kolbenexpansionshubes arbeitet, um
eine hohe Dämpfungskraft zu erzeugen, eine Scheibe 5c,
ein Federsitzelement 9, eine Einstellfeder 10 und eine
Schraubenmutter 11. Die Bauteile werden an dem einen
kleineren Durchmesser aufweisenden Endbereich 3a der Kolbenstange
3 angeordnet und mittels der Schraubenmutter
11, die sich mit dem mit einem Gewinde versehenen Ende
der Kolbenstange 3 in einer Schraubverbindung befindet,
befestigt.
Der Kolbenkörper 2A ist mit einem inneren und einem äußeren
ringförmigen Kanal 2a bzw. 2b versehen, die an der an
die obere Fluidkammer A angrenzenden Oberseite konzentrisch
ausgebildet sind. Der innere ringförmige Kanal 2a
und der äußere ringförmige Kanal 2b stehen mit der unteren
Fluidkammer B über eine Mehrzahl von in axialer Richtung
sich erstreckenden Verbindungskanälen 2c bzw. 2d in
Verbindung. Die in axialer Richtung sich ertreckenden
Verbindungsleitungen 2c sind in bezug auf die Mittelachse
der Kolbenstange 3 in radialer Richtung versetzt ausgebildet
und öffnen sich in den inneren ringförmigen Kanal
2a. Die in axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitungen
2c sind so konstruiert, daß sie eine
Fluidströmung von der oberen Fluidkammer A zur unteren
Fluidkammer B ermöglichen. Daher werden diese axial sich
erstreckenden Verbindungsleitungen 2c im folgenden mit
"Expansionshub-Fluidleitungen" bezeichnet. Analog sind
die in axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitungen
2d in radialer Richtung außerhalb der Expansionsleitungen
angeordnet und öffnen sich in den äußeren
ringförmigen Kanal 2b. Diese axial sich erstreckenden
Verbindungsleitungen 2d sind so konstruiert, daß sie während
des Kolbenkompressions- oder Kolbenanprallhubes eine
Fluidströmung von der unteren Fluidkammer B zur oberen
Fluidkammer A ermöglichen. Daher werden die Leitungen 2b
im folgenden mit "Kompressionshub-Fluidleitungen" bezeichnet.
Der innere Kanal 2a und der äußere Kanal 2b
werden durch das im wesentlichen scheibenförmige Kompressionsdämpfungsventil
6 verschlossen. Das Kompressionsdämpfungsventil
6 ist mit einer oder mehreren Öffnungen
6a, die sich an dem inneren ringförmigen Kanal 2a
entsprechenden radialen Positionen befinden, versehen, um
so eine Fluidströmung zu ermöglichen. Daher schließt das
Kompressionsdämpfungsventil 6 den äußeren ringförmigen
Kanal 2b. Das Kompressionsdämpfungsventil 6 sitzt elastisch
auf einem Ventilsitzboden, der sich entlang der in
radialer Richtung äußeren Kante des äußeren ringförmigen
Kanals 2b erstreckt. Daher bilden das Kompressionsdämpfungsventil
6 und der zugehörige Ventilsitzboden eine
Öffnung mit veränderlichem Leitungsquerschnitt, der sich
in Abhängigkeit von der elastischen Verformung des Kompressionsdämpfungsventils
6, die wiederum vom Druckunterschied
zwischen der unteren Fluidkammer B und der oberen
Fluidkammer A abhängt, verändert.
Andererseits öffnen sich die Expansionshub-Fluidleitungen
2c in einen inneren, ringförmigen Kanal 2e, der an der in
axialer Richtung unteren Seite des Kolbenkörpers 2A ausgebildet
ist.
Wie besser aus Fig. 2 ersichtlich, ist entlang der äußeren
Umfangskante des inneren ringförmigen Kanals 2e ein
ringförmiger Ventilsitzboden 2f ausgebildet. Das erste
Expansionsdämpfungsventil 7 sitzt auf dem ringförmigen
Ventilsitzboden 2f, um den inneren ringförmigen Kanal 2e
reversibel zu schließen. In radialer Richtung außerhalb
des Ventilsitzbodens 2f ist ein äußerer ringförmiger Kanal
2g ausgebildet. Dieser ringförmige Kanal 2g wird von
einem ringförmigen Ventilsitzboden 2h umgeben. Der Ventilsitzboden
2h besitzt eine Ventilsitzfläche, die in bezug
auf die Ventilsitze des Ventilsitzbodens 2f in axialer
Richtung versetzt ist. Das zweite Expansionsdämpfungsventil
8 sitzt auf dem Ventilsitzboden 2h, um den
äußeren ringförmigen Kanal 2g reversibel zu schließen.
Der Ventilsitzboden 2h ist mit einer oder mehreren radialen
Öffnungen versehen, die eine minimale Fluidströmungs-Querschnittsfläche
definieren, während das Expansionsventil
8 auf der Ventilsitzfläche des Ventilsitzbodens 2h
aufsitzt. Wenn daher das zweite Expansionsventil 8 vollständig
geschlossen ist, kann dennoch ein Arbeitsfluid
mit minimaler Strömungsrate von der oberen Fluidkammer A
zur unteren Fluidkammer B strömen. Das Federsitzelement 9
ist so angeordnet, daß es die Unterseite des zweiten Expansionsdämpfungsventils
8 berührt, um auf die Einstellfeder
10 eine vorgegebene Kraft auszuüben. Die Schraubenmutter
11 ist mit einer axialen Bohrung 11a ausgebildet,
die mit der axialen Bohrung 3b der Kolbenstange ausgerichtet
und mit dieser in fluidaler Verbindung steht. Die
Öffnung des unteren Endes der axialen Öffnung 11a der
Schraubenmutter 11 ist mittels einer Rückschlag- und
Spindelventilvorrichtung verschlossen. Die Rückschlag-
und Spindelventilvorrichtung besitzt ein im wesentlichen
zylindrisches Gehäuse 14, dessen oberes Ende so konstruiert
ist, daß es mit dem axialen unteren Ende der Schraubenmutter
11 eine Schraubverbindung eingehen kann.
Das zylindrische Gehäuse 14 besitzt in der Nähe seines
unteren Endes einen kleineren Durchmesser und definiert
an der Schnittstelle zu einem Bereich mit größerem Durchmesser
eine Halterschulter 14a. Im Innenraum des zylindrischen
Gehäuses 14 werden eine Rückschlagventilvorrichtung
12 und eine Spindelventilvorrichtung 13 gehalten.
Die Halterschulter 14a begrenzt die axiale Bewegung der
Rückschlagventilvorrichtung 12 und der Spindelventilvorrichtung
13.
Die Rückschlagventilvorrichtung 12 besitzt einen Rückschlagventilkörper 12A, der mit einem ringförmigen Boden
12a versehen ist, auf dem eine elastisch verformbare
Sperrplatte 12b aufsitzt. Die Sperrplatte 12b ist mit einer
Mehrzahl von axialen Durchgangsbohrungen 12c versehen,
die in bezug auf die Ventilsitzfläche des ringförmigen
Bodens 12a in radialer Richtung nach außen versetzt
sind. Ferner ist die Sperrplatte 12b mit einer axialen
und im wesentlichen mittigen Öffnung 12d versehen. Die
axiale Öffnung 12d stellt eine fluidale Verbindung zwischen
der axialen Öffnung 11a der Schraubenmutter 11 und
einem Mittelkanal 12h, der in der Oberseite des Rückschlagventils
ausgebildet ist, her. Andererseits stellen
die Durchgangsbohrungen 12c eine fluidale Verbindung zwischen
der axialen Öffnung 11a, der Schraubenmutter 11 und
einem ringförmigen Kanal 12i, der in der Oberseite des
Rückschlagventils ausgebildet ist und den Mittelkanal 12h
umgeben, her. Der ringförmige Kanal 12i steht mit dem
Mittelkanal 12h über eine oder mehrere Öffnungen 12e in
einer fluidalen Verbindung. Ferner steht der Mittelkanal
12h mit einer axialen Öffnung 12g in Verbindung.
Die Ventilspindelvorrichtung 13 besitzt einen Spindelkörper
13A, der eine axiale Öffnung 13a definiert. Die
axiale Öffnung 13a ist zum oberen Ende des Spindelkörpers
13A hin geöffnet. An der äußeren Umfangsfläche des Spindelkörpers
13A sind ein oberer ringförmiger Kanal 13b und
ein unterer ringförmiger Kanal 13c ausgebildet. Diese
ringförmigen Kanäle 13b und 13c stehen mit der axialen
Öffnung 13a über radiale Öffnungen 13d und 13e in
fluidaler Verbindung. Der obere ringförmige Kanal 13b
steht mit der axialen Öffnung 11a über einen radialen Kanal
11b, der am unteren Ende der Schraubenmutter 11 ausgebildet
ist, und über einen axialen Kanal 12f, der an
der äußeren Umfangsfläche des Rückschlagventilkörpers 12A
ausgebildet ist, in fluidaler Verbindung. Andererseits
steht der untere ringförmige Kanal 13c mit einem ringförmigen
Kanal 13f, der an der Unterseite des Spindelkörpers
13A ausgebildet ist, über axiale Leitungen 13h in
fluidaler Verbindung. Der ringförmige Kanal 13f wird mittels
eines dritten Expansionsdämpfungsventils 16 verschlossen,
das mit geringerer Steifigkeit als die ersten
und zweiten Expansionsdämpfungsventile 7 bzw. 8 versehen
und daher als Niederdämpfungsventil ausgebildet ist, um
während des Kolbenexpansionshubes eine geringere Dämpfungskraft
zu erzeugen. Das dritte Expansionsventil 16
sitzt auf einem ringförmigen Ventilsitzboden 13g auf.
In der axialen Öffnung 13a des Spindelkörpers 13A ist
eine Ventilspindel 19 in axialer Richtung beweglich angeordnet.
Die Ventilspindel 19 ist mit einer im wesentlichen
zylindrischen Form ausgebildet und definiert eine am
oberen Ende verschlossene axiale Bohrung 19b. An der äußeren
Umfangsfläche der Ventilspindel 19 ist ein ringförmiger
Kanal 19a ausgebildet. Die Breite des ringförmigen
Kanals 19a in axialer Richtung wird so gewählt, daß zwischen
den radialen Öffnungen 13d und 13e eine fluidale
Verbindung hergestellt wird, wenn sich die Ventilspindel
19 in ihrer oberen Position befindet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich
ist, sind die beiden radialen Öffnungen 13d gegeneinander
versetzt. Die Größe der gegenseitigen Versetzung
der radialen Öffnungen 13d entspricht dem Radius
dieser Öffnungen. Ferner definiert die Ventilspindel 19
einen Mittelkanal 19c, der mit dem Rückschlagventilkörper
12A so zusammenwirkt, daß eine Druckkammer D₁ definiert
wird. In der axialen Bohrung 19b der Ventilspindel 19 ist
eine Feder 15 angeordnet, die auf der die axiale Bohrung
19b am oberen Ende verschließenden oberen Wand aufsitzt.
Das untere Ende der Feder 15 sitzt auf einer Federsitzplatte
15a auf, die wiederum auf der ringförmigen Schulter
13i des Spindelkörpers 13A aufsitzt. Daher belastet
die Feder 15 die Ventilspindel 19 konstant in Aufwärtsrichtung
vor, um zwischen den radialen Öffnungen 13d und
13e eine fluidale Verbindung aufrechtzuerhalten. Wie in
Fig. 1 gezeigt, überlappt in der höchsten Position der
Ventilspindel 19 die nach oben versetzte radiale Öffnung
13b mit dem ringförmigen Kanal 19a der Ventilspindel 19
mit ihrer unteren Hälfte. Das heißt, das die entsprechenden
Kanten der radialen Öffnung 13d und des ringförmigen Kanals
19a eine Öffnung 30 mit veränderlichem Leitungsquerschnitt
bilden, wobei die Größe der Fluidströmungs-Querschnittsfläche
von der axialen Position der Ventilspindel
19 abhängt.
Das untere Ende der axialen Bohrung 13a des Spindelkörpers
13A ist mittels eines Schraubenbolzens 17 verschlossen.
Der Schraubenbolzen 17 weist eine axiale Öffnung 17a
auf, die zwischen der axialen Öffnung 13a und der unteren
Fluidkammer 13B eine fluidale Verbindung herstellt.
In dem beschriebenen Aufbau wird durch die Öffnung 6a des
Kompressionsdämpfungsventils 6, den inneren ringförmigen
Kanal 2a, die Expansionshub-Fluidleitung 2c, den inneren
ringförmigen Kanal 2e, das erste Expansions-Dämpfungsventil
7 und das zweite Expansionsdämpfungsventil 8 ein erster
Expansionshub-Fluidströmungsweg I definiert. Andererseits
wird durch die radiale Bohrung 3c, die axiale
Bohrung 3b, die axiale Öffnung 11a, den radialen Kanal
11b, den axialen Kanal 12f, den ringförmigen Kanal 13b,
die radiale Öffnung 13d, den ringförmigen Kanal 19a, die
radiale Öffnung 13e, den ringförmigen Kanal 13c, die
axialen Leitungen 13h, den ringförmigen Kanal 13f und das
dritte Expansionshub-Dämpfungsventil 16 ein zweiter Expansionshub-Fluidströmungsweg
II definiert.
In Fig. 3 ist eine untere Ventilvorrichtung gezeigt, die
zwischen der unteren Fluidkammer B und einer ringförmigen
Fluidvorratskammer C vorgesehen ist. Die ringförmige
Fluidvorratskammer C ist zwischen einem inneren Zylinderrohr
1 und einem äußeren Zylinderrohr 21 definiert und
steht mit der unteren Fluidkammer B über eine Bodenkammer
E in fluidaler Verbindung, wobei die Bodenkammer E zwischen
einem in den Boden des äußeren Zylinderrohrs 21
eingepaßten Bodenelement 21a und der unteren Ventilvorrichtung
20 definiert ist. Ähnlich wie die oben beschriebene
Kolbenventilvorrichtung ist die untere Ventilvorrichtung
20 mit einer Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung
versehen.
Die untere Ventilvorrichtung 20 besitzt einen Grundkörper
20A, der am Boden des inneren Zylinderrohres 1 befestigt
ist. Die untere Ventilvorrichtung 20 umfaßt einen Halter
23, eine Sperrfeder 24, eine Sperrplatte 25, ein erstes
Kompressionsdämpfungsventil 26, das ein Ventil mit hoher
Dämpfungskraft darstellt, eine Scheibe 28a, ein zweites
Kompressionsdämpfungsventil 27, das ebenfalls ein Ventil
mit hoher Dämpfungskraft darstellt, eine Scheibe 28b und
eine Befestigungsmutter 29. Die erwähnten Bauteile sind
in dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Bereich 22a
eines Gehäuses 22 der Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung
vorgesehen. Der Grundkörper 20A ist an der der
unteren Fluidkammer B gegenüberliegenden Oberseite mit
konzentrisch angeordneten inneren und äußeren Kanälen 20a
und 20b versehen. Der innere Kanal 20a ist mit einer Kompressionshub-Fluidleitung
20c in Verbindung, während der
äußere Kanal 20b mit einer Expansionshub-Fluidleitung 20d
verbunden ist. Die Kompressionshub-Fluidleitung 20c ist
zu einem inneren ringförmigen Kanal 20e, der auf der Unterseite
des Grundkörpers 20A ausgebildet ist, geöffnet.
Andererseits öffnet sich die Expansionshub-Fluidleitung
20d direkt in die Bodenkammer E.
Die Sperrplatte 25 ist so vorbelastet, daß sie den äußeren
ringförmigen Kanal 20b verschließt. Daher wird dem
Fluid durch die Sperrplatte 25 nur ein Strömen in Richtung
von der Bodenkammer E zur unteren Fluidkammer B erlaubt.
Die Sperrplatte 25 ist mit Durchgangsbohrungen 25a
versehen, mit denen zwischen der unteren Fluidkammer B
und dem inneren ringförmigen Kanal 20a eine fluidale Verbindung
hergestellt wird. Daher ist der innere ringförmige
Kanal 20e ständig zur unteren Fluidkammer B geöffnet.
Entlang des äußeren Umfangs des inneren ringförmigen Kanals
20e erstreckt sich ein Ventilsitzboden 20f. Auf der
Ventilsitzfläche des Ventilsitzbodens 20f sitzt ein erstes
Kompressionsdämpfungsventil 26 auf. Daher wird der
innere ringförmige Kanal 20e durch das erste Kompressionsdämpfungsventil
26 reversibel verschlossen. In radialer
Richtung außerhalb des Ventilsitzbodens 20f ist ein
äußerer ringförmiger Kanal 20g ausgebildet. Entlang des
Umfangs des ringförmigen Kanals 20g ist ein Ventilsitzboden
20h vorgesehen. Auf diesem Ventilsitzboden 20h sitzt
ein zweites Kompressionsdämpfungsventil 27 auf. Daher
wird der äußere ringförmige Kanal 20g durch das zweite
Kompressionsdämpfungsventil 27 reversibel verschlossen.
Im Ventilsitzboden 20h sind eine oder mehrere Öffnungen
20k vorgesehen, um eine Fluidströmung mit minimaler oder
begrenzter Strömungsrate aufrechtzuerhalten.
Das Gehäuse 22 der Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung
definiert eine im wesentlichen zylindrische und nach
oben geöffnete Bohrung 22b. Das obere Ende des Gehäuses
22 wird durch eine Scheibe 48 zum Verschließen des oberen
Endes verschlossen. Die Scheibe 48 zum Verschließen des
oberen Endes besitzt eine mit einem Gewinde versehene äußere
Umfangsfläche, die mit der inneren Umfangsfläche des
oberen Endes des Gehäuses 22 verschraubt wird. Unterhalb
der Scheibe 48 zum Verschließen des oberen Endes ist eine
Rückschlagventilvorrichtung 42 vorgesehen. Zwischen der
Scheibe 48 zum Verschließen des oberen Endes und der
Rückschlagventilvorrichtung 42 ist ein Abstandsring 41
angeordnet. Die Scheibe 48 ist mit in axialer Richtung
sich erstreckenden Leitungen 48a ausgebildet. Der Abstandsring
41 definiert zwischen der Scheibe 48 und der
Rückschlagventilvorrichtung 42 eine im wesentlichen
kreisförmige Kammer 41a.
Die Rückschlagventilvorrichtung 42 besitzt einen Rückschlagventilkörper
42A, der mit einem ringförmigen Boden
42a versehen ist, auf dem eine elastisch verformbare
Sperrplatte 42b aufsitzt. Die Sperrplatte 42b ist mit einer
Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 42c versehen, die in
bezug auf die Ventilsitzfläche des ringförmigen Bodens
42a in radialer Richtung nach außen versetzt sind. Außerdem
ist die Sperrplatte 42b mit einer axialen Öffnung 42d
versehen. Die axiale Öffnung 42d stellt zwischen der
kreisförmigen Kammer 41a des Abstandsrings 41 und einem
Mittelkanal 42h, der auf der Oberseite des Rückschlagventilkörpers
42A ausgebildet ist, eine fluidale Verbindung
her. Andererseits wird durch die Durchgangsbohrungen 42c
zwischen der kreisförmigen Kammer 41a und einem auf der
Oberseite des Rückschlagventils definierten und den Mittelkanal
42h umgebenden ringförmigen Kanal 42i eine
fluidale Verbindung hergestellt. Der ringförmige Kanal
42i steht mit dem Mittelkanal 42h über eine oder mehrere
radiale Öffnungen 42e in fluidaler Verbindung. Der Mittelkanal
42h ist mit einer axialen Öffnung 42g verbunden.
Die Spindelventilvorrichtung 43 besitzt einen Spindelkörper
43A, der eine axiale Öffnung 43a definiert. Die
axiale Öffnung 43a ist an der Oberseite des Spindelkörpers
43A geöffnet. An der äußeren Umfangsfläche des Spindelkörpers
43A sind ein oberer ringförmiger Kanal 43b und
ein unterer ringförmiger Kanal 43c ausgebildet. Diese
ringförmigen Kanäle 43b und 43c stehen über radiale Öffnungen
43d und 43e mit der axialen Öffnung 43a in
fluidaler Verbindung. Der obere ringförmige Kanal 43b
steht über einen radialen Kanal 41b, der im Abstandsring
41 vorgesehen ist, und über einen axialen Kanal 42f, der
an der äußeren Umfangsfläche des Rückschlagventilkörpers
42A vorgesehen ist, mit der kreisförmigen Kammer 41a in
fluidaler Verbindung. Andererseits steht der untere ringförmige
Kanal 43c über axiale Leitungen 43h mit einem an
der Unterseite des Spindelkörpers 43A ausgebildeten ringförmigen
Kanal 43f in fluidaler Verbindung. Der ringförmige
Kanal 43f wird mittels eines dritten Expansionsdämpfungsventils
46 verschlossen. Dieses dritte Expansionsdämpfungsventil
46 ist mit einer geringeren Steifigkeit
als diejenige der ersten und zweiten Expansionsdämpfungsventile
26 und 27 versehen und dient daher als Niederdämpfungsventil,
um während des Kolbenexpansionshubes
eine geringere Dämpfungskraft zu erzeugen. Das dritte Expansionsdämpfungsventil
46 sitzt auf einem ringförmigen
Ventilsitzboden 43g auf.
In der axialen Öffnung 43a des Spindelkörpers 43A ist
eine Ventilspindel 44 in axialer Richtung beweglich angeordnet.
Die Ventilspindel 44 besitzt eine im wesentlichen
zylindrische Form, um eine am oberen Ende geschlossene,
axiale Bohrung 44b zu definieren. Die Ventilspindel 44
ist mit einem an der äußeren Umfangsfläche des Spindelkörpers
43A ausgebildeten ringförmigen Kanal 44a versehen.
Die Breite des ringförmigen Kanals 44a in axialer
Richtung wird so gewählt, daß zwischen den radialen Öffnungen
43d und 43e eine fluidale Verbindung hergestellt
wird, wenn sich die Ventilspindel 44 in der oberen Position
befindet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die
beiden radialen Öffnungen 43d gegeneinander versetzt. Die
Größe der gegenseitigen Versetzung der radialen Öffnungen
43d entspricht dem Radius der Öffnung. Ferner definiert
die Ventilspindel 44 einen Mittelkanal 44c, der mit dem
Rückschlagventilkörper 42A zusammenwirkt, um so eine
Druckkammer D₂ zu definieren. In der axialen Bohrung 44b
der Ventilspindel 44 ist eine Feder 45 angeordnet, die
auf der die axiale Bohrung am oberen Ende verschließenden
oberen Wand aufsitzt. Das untere Ende der Feder 45 sitzt
auf einer ringförmigen Schulter 43i des Spindelkörpers
43A auf. Daher belastet die Feder 45 die Ventilspindel 44
in Aufwärtsrichtung ununterbrochen vor, um zwischen den
radialen Öffnungen 43d und 43e eine fluidale Verbindung
aufrechtzuerhalten. Wie in Fig. 3 gezeigt, überlappt in
der oberen Position der Ventilspindel 44 die nach oben
versetzte radiale Öffnung 43d mit dem ringförmigen Kanal
44a der Ventilspindel 44 mit ihrer unteren Hälfte. Das heißt,
daß die entsprechenden Kanten der radialen Öffnung 43d
und des ringförmigen Kanals 44a eine Öffnung 31 mit variabler
Querschnittsfläche bilden, deren Fluidströmungs-Querschnittsfläche
in Abhängigkeit von der axialen Position
der Ventilspindel 44 veränderbar ist.
Das untere Ende der axialen Öffnung 43a des Spindelkörpers
43A ist mit einem oberen Bolzen 40A, der mit einem
unteren Bolzen 40B gekoppelt ist, verschlossen. Die Bolzen
40A und 40B definieren eine axiale Öffnung 40b, durch
die zwischen der axialen Öffnung 43a und der Bodenkammer
E eine fluidale Verbindung hergestellt wird.
In dem eben beschriebenen Aufbau wird durch die Öffnungen
25a des Kompressionsdämpfungsventils 25, den inneren
ringförmigen Kanal 20a, die Expansionshub-Fluidleitung
20c, den inneren ringförmigen Kanal 20e, das erste Expansionsdämpfungsventil
26 und das zweite Expansionsdämpfungsventil
27 ein erster Expansionshub-Fluidströmungsweg
III definiert. Andererseits wird durch die axialen Öffnungen
48a, die kreisförmige Kammer 41a, den radialen Kanal
41b, den axialen Kanal 24f, den ringförmigen Kanal
43b, die radiale Öffnung 43d, den ringförmigen Kanal 44a,
die radiale Öffnung 43e, den ringförmigen Kanal 43c, die
axialen Leitungen 43h und den ringförmigen Kanal 43f, das
dritte Expansionshub-Dämpfungsventil 46, eine im unteren
Bolzen 40b definierte, radiale Leitung 40a und eine im
einen kleinen Durchmesser aufweisenden Bereich des Gehäuses
22 definierte axiale Leitung 22c ein zweiter Expansionshub-Fluidströmungsweg
IV definiert.
In diesem Aufbau befindet sich die Ventilspindel 44 normalerweise
aufgrund der Federkraft der Feder 45 in der
höchsten Position. Wenn der Fluiddruck in der unteren
Fluidkammer B entsprechend dem Kolbenkompressionshub erhöht
wird, wird die Ventilspindel 44 in eine Position
nach unten geschoben, in der ein Kräftegleichgewicht zwischen
der Federkraft und der dem Fluiddruck in der Druckkammer
D₂ entsprechenden Fluidkraft hergestellt wird. Daher
wird die Fluidströmungs-Querschnittsfläche des Weges
IV in Abhängigkeit von der Position der Ventilspindel 44
verändert.
Im folgenden wird die Funktion der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform des Stoßdämpfers mit variabler Dämpfungskraft
beschrieben.
Während eines Kolbenexpansionshubes wird die Kolbenvorrichtung
2 nach oben geschoben, um die obere Fluidkammer
A zu komprimieren. Dies hat zur Folge, daß der Fluiddruck
in der oberen Fluidkammer A höher als derjenige in der
unteren Fluidkammer B wird. Dadurch wird eine Fluidströmung
von der oberen Fluidkammer A zur unteren Fluidkammer
B bewirkt. Gleichzeitig wird aufgrund der Volumenzunahme
der unteren Fluidkammer B der Fluiddruck in dieser unteren
Fluidkammer B abgesenkt, so daß das Druckgleichgewicht
zwischen der unteren Fluidkammer B und der Vorratskammer
C zerstört wird. Daher wird eine Fluidströmung von
der Vorratskammer C an die untere Fluidkammer B bewirkt.
Bei Beginn des Kolbenhubes ist der Fluiddruck in der oberen
Fluidkammer A nicht so hoch, daß die ihm entsprechende
Kraft die Federkraft der Einstellfeder 10 übertrifft.
Daher wird die Ventilspindel 19 in der obersten
Position gehalten, so daß eine fluidale Verbindung über
den Weg II aufrechterhalten wird. Dann arbeitet der Stoßdämpfer
im WEICHEN Modus. Im Ergebnis strömt das Arbeitsfluid
der oberen Fluidkammer A über beide Wege I und II.
Das durch den Weg I strömende Arbeitsfluid bewirkt eine
Verformung des ersten Expansionsdämpfungsventils 7 und
strömt in den äußeren Kanal 2g. Wenn der Fluiddruck nicht
so hoch ist, strömt das in der äußeren ringförmigen Kammer
2g befindliche Fluid durch die radiale Öffnung 2k. In
diesem Fall wird durch die Strömungsbegrenzung am ersten
Expansionsdämpfungsventil 7 und durch die unveränderbare
Querschnittsfläche der radialen Öffnung 2k eine Dämpfungskraft
erzeugt. Wenn andererseits der im äußeren
ringförmigen Kanal 2g herrschende Fluiddruck die Federkraft
des zweiten Expansionsdämpfungsventils 8 übertrifft,
wird durch die Strömungsbegrenzung sowohl am ersten
als auch am zweiten Expansionsdämpfungsventil 7 bzw.
8 eine Dämpfungskraft erzeugt. Andererseits strömt das
durch den Weg II strömende Arbeitsfluid durch die Öffnung
30 mit veränderbarem Leitungsquerschnitt und durch das
dritte Expansionsdämpfungsventil 16. Da die Dämpfungskraftcharakteristik
des dritten Expansionsdämpfungsventils
16 so eingestellt wird, daß eine kleinere Dämpfungskraft
erzeugt wird, hängt die auf dem Weg II erzeugte
Dämpfungskraft im wesentlichen von der Fluidströmungsleitungs-Querschnittsfläche
der Öffnung 30 mit veränderbarer
Leitungsquerschnittsfläche ab.
Da die Öffnung 30 mit variabler Leitungsquerschnittsfläche
so lange mit konstanter Öffnung arbeitet, bis die
Ventilposition geändert wird, verändert sich die zu erzeugende
Dämpfungskraft proportional zum Quadrat der Kolbenhubgeschwindigkeit.
Daher wird die Dämpfungscharakteristik
der auf dem zweiten Fluidströmungsweg II erzeugten
Dämpfungskraft im wesentlichen proportional zum Quadrat
der Kolbenhubgeschwindigkeit. Da andererseits die auf dem
Fluidströmungsweg I zu erzeugende Dämpfungskraft in Abhängigkeit
vom Ausmaß der Verformung des ersten und des
zweiten Expansionsdämpfungsventils 7 bis 8 verändert
wird, ändert sich die Dämpfungskraft im wesentlichen proportional
zur 2/3ten Potenz der Kolbenhubgeschwindigkeit.
Wenn andererseits die dem in der oberen Fluidkammer A
herrschenden Druck entsprechende Kraft die Federkraft der
Feder 15 übertrifft, wird die Ventilspindel 19 nach unten
geschoben, so daß die fluidale Verbindung zwischen den
ringförmigen Kanälen 13b und 13c unterbrochen wird. Dies
hat zur Folge, daß der Stoßdämpfer im HARTEN Modus arbeitet.
In diesem Fall wird, während die dem Fluiddruck im
äußeren ringförmigen Kanal 2g entsprechende Kraft nicht
ausreicht, um die elastische Kraft des zweiten Expansionsdämpfungsventils
8 zu übertreffen, durch die veränderbare
Öffnung am ersten Expansionsdämpfungsventil 7 und
die konstante Öffnung 2h am zweiten Expansionsdämpfungsventil
8 eine Dämpfungskraft erzeugt. Daher wird am ersten
Expansionsdämpfungsventil 7 eine Dämpfungskraft erzeugt,
die proportional zur 2/3ten Potenz der Kolbenhubgeschwindigkeit
ist. Gleichzeitig wird an der Öffnung mit
konstantem Strömungsquerschnitt eine Dämpfungskraft erzeugt,
die proportional zum Quadrat der Kolbenhubgeschwindigkeit
ist. Daher wird die Dämpfungscharakteristik
im wesentlichen linear. Wenn andererseits die dem Fluiddruck
im äußeren ringförmigen Kanal 2g entsprechende
Kraft die elastische Kraft des zweiten Expansionsdämpfungsventils
8 übertrifft, strömt das Arbeitsfluid durch
die veränderbare Öffnung, die durch die Verformung des
zweiten Expansionsdämpfungsventils 8 gebildet wird. Unter
dieser Bedingung wird die durch das erste und das zweite
Expansionsdämpfungsventil 7 bzw. 8 erzeugte Dämpfungskraft
proportional zur 2/3ten Potenz der Kolbenhubgeschwindigkeit.
Gleichzeitig kann aufgrund der Phasendifferenz
der durch das erste und das zweite Expansionsdämpfungsventil
7 bzw. 8 erzeugten Dämpfungskraft eine im wesentlichen
lineare Veränderungscharakteristik der Dämpfungskraft
erhalten werden.
Daraus wird ersichtlich, daß in bezug auf die Kolbenhubgeschwindigkeit
im gesamten Bereich der Kolbenhubgeschwindigkeit
eine im wesentlichen lineare Veränderungscharakteristik
der Dämpfungskraft erhalten werden kann.
Im oben beschriebenen Betrieb hängt die Veränderbarkeit
des Fluiddruckpegels in der Druckkammer D₁ von der
Schwingungsfrequenz ab. Da die nicht veränderbaren Öffnungen
12e und 12d der Sperrplatte 12c dazu dienen, die
Hochfrequenzkomponente auszusondern, damit das unter
Druck stehende Fluid nicht in die Druckkammer D₁ gelangt,
wird der Fluiddruck in der Druckkammer D₁ unabhängig vom
Fluiddruck in der oberen Fluidkammer A niedrig gehalten.
Wenn andererseits die Schwingungsfrequenz niedriger als
ein vorgegebener Schwellenwert ist, kann das unter Druck
stehende Arbeitsfluid in die Druckkammer D₁ eingelassen
werden. Dies hat zur Folge, daß die dem Fluiddruck in der
Druckkammer D₁ entsprechende Kraft anwächst und die Federkraft
der Einstellfeder 15 übertrifft, so daß die Ventilspindel
19 nach unten geschoben wird und die fluidale
Verbindung zwischen den ringförmigen Kanälen 13b und 13c
unterbricht. Wie in der Beschreibung dieser Ausführungsform
erläutert, wird die Verschiebung der Ventilspindel
19 nur dann bewirkt, wenn die dem in der Druckkammer D₁
herrschenden Fluiddruck entsprechende Kraft die Federkraft
übertrifft, da die Einstellfeder 15 normalerweise
die Ventilspindel in Aufwärtsrichtung vorbelastet, um sie
in der Position des WEICHEN Betriebsmodus zu halten. Sofern
daher die dem in der oberen Fluidkammer herrschenden
Fluiddruck entsprechende Kraft aufgrund von Schwingungen
mit verhältnismäßig niederer Frequenz kleiner als die Federkraft
gehalten wird, kann die Ventilspindel in der dem
WEICHEN Betriebsmodus entsprechenden Position gehalten
werden.
Im Kolbenkompressionshub wirken die untere Ventilvorrichtung
und die dieser unteren Ventilvorrichtung zugehörige
Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung zusammen, um
einen Betrieb auszuführen, der im wesentlichen gleich dem
oben beschriebenen Betrieb ist. Das heißt, daß die Ventilspindel
wahlweise in der der WEICHEN Betriebsart entsprechenden
Position, in der eine fluidale Verbindung zwischen
den ringförmigen Kanälen 43b und 43c hergestellt
wird, und der dem HARTEN Betriebsmodus entsprechenden Position,
um die fluidale Verbindung zu unterbrechen, angeordnet
wird. Die Abhängigkeit der Verschiebung der Ventilspindel
44 von der Schwingungsfrequenz und der Kolbenhubgeschwindigkeit
wird auf die gleiche Weise wie für die
Ventilspindel 19 der Kolbenvorrichtung geschaffen.
Im Kompressionshub werden im WEICHEN Modus die Fluidströmungswege
III und IV hergestellt, um eine im wesentlichen
linear sich verändernde Dämpfungskraft in bezug auf die
Kolbehubgeschwindigkeit herzustellen. Der HARTE Modus
wird durch eine fluidale Verbindung ausschließlich über
den Weg III hergestellt. Daher kann für den gesamten Bereich
der Kolbenhubgeschwindigkeit sowohl im WEICHEN als
auch im HARTEN Modus eine lineare Dämpfungscharakteristik
erzielt werden, wie weiter oben mit Bezug auf den Kolbenexpansionshub
beschrieben worden ist.
In Fig. 5 ist der Hauptteil einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit veränderlicher
Dämpfungskraft gezeigt.
Der Stoßdämpfer gemäß der zweiten Ausführungsform besitzt
ein Zylinderrohr 101. Im Inneren des Zylinderrohrs 101
ist eine Kolbenvorrichtung 102 vorgesehen, die Schubbewegungen
ausführen kann. Die Kolbenvorrichtung 102 bildet
einen eine Dämpfungskraft erzeugenden Ventilkörper. Sie
dient der Unterteilung des Innenraums des Zylinderrohrs
101 in eine obere Fluidkammer A und eine untere Fluidkammer
B. Sowohl die obere Fluidkammer A als auch die untere
Fluidkammer B sind mit einem Arbeitsfluid gefüllt. Die
Kolbenvorrichtung 102 ist an einem einen kleineren
Durchmesser aufweisenden Endbereich 103a einer Kolbenstange
103 starr befestigt. Die Kolbenstange 103 ist mit einer
in axialer Richtung sich erstreckenden Bohrung 103b versehen,
die sich zum unteren Ende der Kolbenstange 103 hin
öffnet. Die in axialer Richtung sich erstreckende Bohrung
103b steht mit in radialer Richtung sich erstreckenden
Bohrungen 103c, deren äußere Öffnungen sich zur oberen
Fluidkammer A hin öffnen, in Verbindung.
Die Kolbenvorrichtung 102 umfaßt einen Halter 104a, eine
Scheibe 105a, ein Kompressionsdämpfungsventil 106, das
während des Kolbenkompressions- oder Kolbenprallhubes
arbeitet, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, einen Kolbenkörper
102A, ein erstes Expansionsdämpfungsventil 107,
das während des Kolbenexpansions- oder Kolbenrückprallhubes
wirkt, um eine hohe Dämpfungskraft zu erzeugen, eine
Scheibe 105b, ein zweites Expansionsdämpfungsventil 108,
das ebenfalls während des Kolbenexpansionshubes wirkt, um
eine hohe Dämpfungskraft zu erzeugen, eine Scheibe 105c,
ein Federsitzelement 109, eine Einstellfeder 110 und eine
Schraubenmutter 111. Die Bauteile sind auf dem einen
kleineren Durchmesser aufweisenden unteren Ende 103a der
Kolbenstange 103 angeordnet und mittels der Schraubenmutter
111, die mit der ein Außengewinde aufweisenden Kolbenstange
103 eine Schraubverbindung eingeht, befestigt.
Der Kolbenkörper 102A ist mit an der der oberen Fluidkammer
A gegenüberliegenden Oberseite konzentrisch ausgebildeten
inneren und äußeren ringförmigen Kanälen 102a bzw.
102b versehen. Der innere ringförmige Kanal 102a steht
mit der unteren Fluidkammer B über eine Mehrzahl von in
axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitungen
102c in Verbindung, während der äußere ringförmige Kanal
102b mit der unteren Fluidkammer B über eine Mehrzahl von
in axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitungen
102d in Verbindung steht. Die in axialer Richtung
sich erstreckenden Verbindungsleitungen 102c sind in bezug
auf die Mittelachse der Kolbenstange 103 in radialer
Richtung versetzt angeordnet und münden in die inneren
ringförmigen Kanäle 102a. Sie sind so konstruiert, daß
sie eine Fluidströmung von der oberen Fluidkammer A zur
unteren Fluidkammer B ermöglichen. Daher werden diese in
axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitungen
102c im folgenden mit "Expansionshub-Fluidleitungen" bezeichnet.
Analog sind die in axialer Richtung sich erstreckenden
Verbindungsleitungen 102d in radialer Richtung
außerhalb der Expansionshub-Fluidleitungen angeordnet
und münden in den äußeren ringförmigen Kanal 102b.
Die in axialer Richtung sich erstreckenden Verbindungsleitungen
102d sind so konstruiert, daß sie während des
Kolbenkompressions- oder Kolbenanprallhubes eine Fluidströmung
von der unteren Fluidkammer B zur oberen Fluidkammer
A ermöglichen. Daher werden diese Leitungen 102d
im folgenden mit "Kompressionshub-Fluidleitungen" bezeichnet.
Sowohl der innere als auch der äußere Kanal
102a bzw. 102b werden durch ein im wesentlichen scheibenförmiges
Kompressionsdämpfungsventil 106 verschlossen.
Für eine fluidale Verbindung zwischen der oberen Fluidkammer
A und dem inneren ringförmigen Kanal 102a ist eine
radiale Leitung 102k ausgebildet, um eine direkte
fluidale Verbindung zwischen der oberen Fluidkammer A und
dem inneren ringförmigen Kanal 102a herzustellen. Das
Kompressionsdämpfungsventil 106 verschließt den äußeren
ringförmigen Kanal 102b, wodurch die fluidale Verbindung
zwischen ihm und der radialen Leitung 102k unterbrochen
wird. Das Kompressionsdämpfungsventil 106 sitzt elastisch
auf einem Ventilsitzboden auf, der sich entlang der in
radialer Richtung äußeren Kante des äußeren ringförmigen
Kanals 102b erstreckt. Daher bilden das Kompressionsdämpfungsventil
106 und der zugehörige Ventilsitzboden eine
Öffnung mit veränderlichem Leitungsquerschnitt, der sich
in Abhängigkeit vom Ausmaß der elastischen Verformung des
Kompressionsdämpfungsventils, die wiederum von der Druckdifferenz
zwischen der unteren Fluidkammer B und der oberen
Fluidkammer A abhängt, verändert.
Andererseits münden die Expansionshub-Fluidleitungen 102c
in einen inneren ringförmigen Kanal 102e, der auf der in
axialer Richtung unteren Seite des Kolbenbkörpers 2A ausgebildet
ist. Entlang der äußeren Umfangskante des inneren
ringförmigen Kanals 102e ist ein ringförmiger Ventilsitzboden
102f ausgebildet. Das erste Expansionsdämpfungsventil
107 sitzt auf dem ringförmigen Ventilsitzboden
102f auf, um den inneren ringförmigen Kanal 102e reversibel
zu schließen. In radialer Richtung außerhalb des
Ventilsitzbodens 102f ist ein äußerer ringförmiger Kanal
102g ausgebildet. Dieser äußere ringförmige Kanal 102g
wird von einem ringförmigen Ventilsitzboden 102h umgeben.
Der ringförmige Ventilsitzboden 102h besitzt eine
Ventilsitzfläche, die in axialer Richtung in bezug auf
die Ventilsitzfläche des Ventilsitzbodens 102f versetzt
ist. Das zweite Expansionsdämpfungsventil 108 sitzt auf
dem Ventilsitzboden 2h auf, um den äußeren ringförmigen
Kanal 102g reversibel zu schließen. Der Ventilsitzboden
102h ist mit einer oder mehreren radialen Öffnungen versehen,
die eine minimale Fluidströmungs-Querschnittsfläche
definieren, während das zweite Expansionsdämpfungsventil
108 auf der Ventilsitzfläche des Ventilsitzbodens
102h aufsitzt. Wenn daher das zweite Expansionsdämfungsventil
vollständig geschlossen ist, kann von der oberen
Fluidkammer A zur unteren Fluidkammer B das Arbeitsfluid
mit minimaler Strömungsrate strömen. Das Federsitzelement
109 berührt die Unterseite des zweiten Expansionsdämpfungsventils
108, um auf die Einstellfeder 110 eine vorgegebene
Kraft auszuüben.
Die Schraubenmutter 111 ist mit einer axialen Öffnung
111a versehen, die zur axialen Bohrung 103b der Kolbenstange
103 ausgerichtet ist und mit dieser fluidal verbunden
ist. Das nach unten sich öffnende Ende der axialen
Bohrung 111a der Schraubenmutter 111 wird mittels einer
Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung verschlossen.
Die Rückschlag- und Spindelventilvorrichtung umfaßt einen
Halter 112, eine Scheibe 113, eine Expansionssperrplatte
114, eine Expansionsöffnungsplatte 115, eine Expansionssitzplatte
116, einen Spindelkörper 117, eine Kompressionssitzplatte
118, eine Kompressionsmündungsplatte 119,
eine Kompressionssperrplatte 120, einen Bolzen 121, einen
Halter 122, eine Scheibe 123, ein Kompressions-Niederdämpfungsventil
124, einen Unterventilkörper 125, ein Expansions-Niederdämpfungsventil
126, eine Scheibe 127 und
einen Halter 128. Der Spindelkörper 117 besitzt einen im
wesentlichen zylindrischen Aufbau. Er ist mit einem ringförmigen
Vorsprung 117b versehen, der einen Dichtungsring
129 trägt, welcher zwischen der inneren Umfangsfläche der
axialen Öffnung 111a und dem Spindelkörper 117 eine Flüssigkeitsdichtung
darstellt.
Der Halter 112 umfaßt eine dünne Platte und ist mit einer
mittigen Öffnung 112a versehen. Ferner sind im Halter 112
Ausschnitte 112b ausgebildet. Wie in Fig. 6 gezeigt, werden
am Halter 112 in die vertikale Richtung gebogene
Beine 112c ausgebildet, indem die in radialer Richtung
sich erstreckenden Bereiche des Halters 112 in die vertikale
Richtung gebogen werden. Wie in Fig. 6 gezeigt, besitzt
die Expansionssperrplatte 114 einen ringförmigen
Umfangsbereich 114b, der zwischen der Scheibe 113 und der
Expansionsöffnungsplatte 115 unbeweglich befestigt wird,
einen mittigen und im wesentlichen kreisförmigen Ventilbereich
114c und einen radialen Armbereich 114d, der sich
zwischen den Bereichen 114b und 114c erstreckt. Die Expansionsöffnungsplatte
115 umfaßt ebenfalls eine dünne
Platte und ist mit einer mittigen Öffnung 115a versehen,
deren Durchmesser kleiner als derjenige des Ventilbereichs
114c des Expansionssperrventils 114 ist. Ferner
ist die Expansionsöffnungsplatte 115 mit einem Paar von
kreisbogenförmigen, länglichen Öffnungen 115b versehen,
die zwischen der Mittelöffnung 115a über schmale Ausschnittbereiche
115c verbunden sind. Die radiale Position
der Öffnungen 115b entspricht der radialen Position der
kreisbogenförmigen Öffnung 114a der Expansionssperrplatte
114. Weiterhin ist die Länge der kreisbogenförmigen Öffnungen
115b in Richtung des Umfangs größer als die Breite
des radialen Armbereichs 114d der Expansionssperrplatte
114 in Umfangsrichtung.
Die Expansionssitzplatte 116 umfaßt eine verhältnismäßig
dicke Platte und ist mit einer mittigen Öffnung 116a versehen,
deren Durchmesser kleiner als derjenige der mittigen
Öffnung 115a der Expansionsöffnungsplatte 115 ist.
Die Scheibe 113, die Expansionssperrplatte 114, die Expansionsöffnungsplatte
115 und die Expansionssitzplatte
116 besitzen den gleichen äußeren Durchmesser wie der
Spindelkörper 117. Diese Bauteile werden zwischen dem
Halter 112 und dem oberen Ende des Spindelkörpers 117 angeordnet
und gehalten. Wie gezeigt, werden die Beine 112c
des Halters 112 in den ringförmigen Raum, der zwischen
der inneren Umfangsfläche der axialen Bohrung 111a und
der äußeren Umfangsfläche des Spindelkörpers 117 definiert
ist, eingesetzt.
In dem eben beschriebenen Aufbau bildet die obere Umfangskante
der mittigen Öffnung 115a der Expansionsöffnungsplatte
115 eine Ventilsitzfläche a₁ für den Ventilbereich
114c der Expansionssperrplatte 114. Außerdem bildet
der schmale ausgeschnittene Bereich 115c eine Expansionsöffnung
b₁. Daher wird durch die Dicke der Expansionsöffnungsplatte
115 und die Breite des Ausschnittbereichs
115c die die Strömung begrenzende Fluidströmungsleitungs-Querschnittsfläche
definiert.
Der Halter 122, die Kompressionssitzplatte 118, die Kompressionsöffnungsplatte
119 und die Kompressionssperrplatte
120 werden symmetrisch zum obigen Aufbau geschaffen
und angeordnet. Daher wird der Halter 122 aus einer
dünnen Platte gebildet und mit einer Mittelöffnung 122a
versehen. Außerdem wird im Halter 122 ein Ausschnittbereich
122b geschaffen. Ähnlich wie in Fig. 6 werden in
die vertikale Richtung gebogene Beine 122c geschaffen,
indem die in radialer Richtung sich erstreckenden Bereiche
des Halters 122 in die vertikale Richtung umgebogen
werden. Auch die Kompressionssperrplatte 120 ist aus einer
dünnen Platte gebildet und mit kreisbogenförmigen,
durchgehenden Öffnungen 120a versehen. Die Kompressionssperrplatte
120 umfaßt einen ringförmigen Umfangsbereich
120b, der zwischen der ringförmigen Schulter 121d und der
Kompressionsöffnungsplatte 119 unbeweglich befestigt
wird, einen mittigen und im wesentlichen kreisförmigen
Ventilbereich 120c und einen radialen Armbereich 120d,
der sich zwischen den Bereichen 120b und 120c erstreckt.
Die Kompressionsöffnungsplatte 119 ist ebenfalls aus einer
dünnen Platte gebildet und mit einer mittigen Öffnung
119a versehen, deren Durchmesser kleiner als derjenige
des Ventilbereichs 120c der Kompressionssperrplatte 120
ist. Das Kompressionsöffnungsventil 119 wird ebenfalls
von einem Paar von kreisbogenförmigen, länglichen Öffnungen
119b gebildet, die mit der Mittelöffnung 119a über
schmale ausgeschnittene Bereiche 119c verbunden sind. Die
radiale Position der Öffnungen 119b entspricht der radialen
Position der kreisbogenförmigen Öffnung 120a der Kompressionssperrplatte
120. Weiterhin ist die Länge der
kreisbogenförmigen Öffnung 119 in Umfangsrichtung länger
als die Breite des radialen Armbereichs 120d der Kompressionssperrplatte
120 in Umfangsrichtung.
Die Kompressionssitzplatte 118 ist aus einer verhältnismäßig
dicken Platte gebildet und mit einer mittigen Öffnung
118a versehen, deren Durchmesser kleiner als derjenige
der mittigen Öffnung 119a der Kompressionsöffnungsplatte
119 ist. Die Kompressionssperrplatte 120, die Kompressionsöffnungsplatte
119 und die Kompressionssitzplatte
118 besitzen den gleichen Außendurchmesser wie der
Spindelkörper 117. Diese Bauteile werden zwischen dem
Halter 122 und dem oberen Ende des Spindelkörpers 117 angeordnet
und gehalten. Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die
Beine 122c des Halters 122 in den ringförmigen Raum, der
zwischen der inneren Umfangsfläche der axialen Bohrung
111a und der äußeren Umfangsfläche des Spindelkörpers 117
definiert ist, eingesetzt.
In dem beschriebenen Aufbau bildet die obere Umfangskante
der mittigen Öffnung 119a der Kompressionsöffnungsplatte
119 eine Ventilsitzfläche a₂ für den Ventilbereich 120c
der Kompressionssperrplatte 114. Ferner bildet der
schmale Ausschnittbereich 119c eine Kompressionsöffnung
b₂. Daher wird durch die Dicke der Kompressionsöffnungsplatte
119 und durch die Breite des Auschnittbereichs
119c die die Fluidströmung begrenzende Leitungsquerschnittsfläche
definiert.
Der Schraubbolzen 121 umfaßt einen Bereich 121a mit größerem
Durchmesser, der die ringförmige Schulter 121d enthält
und einen Bereich 121c kleineren Durchmessers, der
die axiale Öffnung 121b definiert. Der Bereich 121c kleineren
Durchmessers, der Halter 122, die Scheibe 123, das
Kompressions-Niederdämpfungsventil 124, der Unterventilkörper
125, das Expansions-Niederdämpfungsventil 126, die
Scheibe 127 und der Halter 128 werden mittels einer Befestigungsmutter
130 angeordnet und befestigt. Auf der
Oberseite des Unterventilkörpers 125 ist ein ringförmiger
Kanal 125a ausgebildet, der mittels des Kompressions-Niederdämpfungsventils
124 reversibel geschlossen wird. Der
ringförmige Kanal 125a steht über eine axiale Leitung
125c mit der unteren Fluidkammer B in Verbindung. Andererseits
ist auf der Unterseite des Unterventilkörpers
125 ein ringförmiger Kanal 125d ausgebildet, der mittels
des Kompressions-Niederdämpfungsventils 126 reversibel
geschlossen wird und über die Fluidleitung 125f mit der
axialen Bohrung 111a verbunden ist.
Im Innenraum 117a des Spindelkörpers 117 ist eine Ventilspindel
131 angeordnet. Sie definiert eine Expansionsdruckkammer
D₁ und eine Kompressionsdruckkammer D₂. Diese
Ventilspindel 131 besitzt einen Aufbau mit H-förmigem
Querschnitt mit Druckaufnahmeflächen 131a und 131b. Sie
wird in beiden Richtungen mittels Zentrierfedern 132 bzw.
133 vorbelastet. Diese Zentrierfedern 132 und 133 wirken
so zusammen, daß sie die Ventilspindel 131 in einer vorgegebenen
Mittelposition halten. Die Ventilspindel 131
ist mit einem ringförmigen Kanal 131c versehen, um wahlweise
die fluidale Verbindung zwischen den radialen Leitungen
117e und 117f, die in der Umfangsfläche des Spindelkörpers
117 vorgesehen sind, zu unterbrechen. Die zugehörigen
Kanten des ringförmigen Kanals 131c und der radialen
Leitungen 117e und 117f bilden veränderbare Öffnungen
134 bzw. 135.
In dem oben beschriebenen Aufbau werden voneinander getrennte
erste und zweite Expansionsfluidströmungswege für
die Fluidströmung während des Kolbenexpansionshubes hergestellt;
diese Wege sind in Fig. 5 durch die Pfeile E₁
und E₂ gekennzeichnet. Entsprechend werden für den Kolbenkompressionshub
erste und zweite Kompressionsfluidströmungswege
hergestellt, die durch die Pfeile C₁ und C₂
gekennzeichnet sind. Sowohl während der Expansionsphase
als auch während der Kompressionsphase können die zweiten
Fluidströmungswege E₂ und C₂ durch Verschiebung der Ventilspindel
131 in die Position des HARTEN Modus blockiert
werden, wenn die Schwingungsfrequenz niedriger als eine
vorgegebene Frequenz ist und die Größe des Fluiddrucks in
der zugehörigen Druckkammer D₁ bzw. D₂ höher als ein
durch die Einstellfedern 132 bzw. 133 eingestellter Druck
ist.
In der eben beschriebenen Ausführungsform wirken die Öffnungen
134 und 135 mit konstanter Strömungsquerschnittsfläche
und die durch die Kombination der Expansions- und
Kompressionsdämpfungsventile 106, 107 und 108 definierten
Öffnungen mit veränderbarer Strömungsquerschnittsfläche
so zusammen, daß sich über den gesamten Bereich der Kolbenhubgeschwindigkeit
eine im wesentlichen lineare Veränderungscharakteristik
der Dämpfungskraft ergibt.
Wie im Zusammenhang der Beschreibung der ersten Ausführungsform
erläutert, ist die Funktion der Ventilspindel
131 auf ein Ansprechen lediglich auf Schwingungsfrequenzen,
die unterhalb einer vorgegebenen Frequenz liegen,
begrenzt, wobei die vorgegebene Frequenz auf einen Wert
festgelegt werden kann, der der Grenzfrequenz zwischen
den durch die ungefederten Massen induzierten Schwingungen
und den durch die gefederten Massen induzierten
Schwingungen entspricht. Die Einstellung dieses Grenzwertes
kann durch eine geeignete Kombination der Expansionssperrplatte
114, der Expansionsöffnungsplatte 115, der
Expansionssitzplatte 116 und der Kompressionssperrplatte
120, die als Hochfrequenzkomponentensperre dient, erreicht
werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben worden ist, kann die Erfindung
auf verschiedene Weisen realisiert werden. Daher umfaßt
die Erfindung sämtliche möglichen Ausführungsformen und
Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen, sofern
sie im Umfang der beigefügten Patentansprüche enthalten
sind und nicht vom Erfindungsprinzip abweichen.
Obwohl die zweite Ausführungsform im Zusammenhang mit einem
Kolbenventilaufbau beschrieben worden ist, kann der
beschriebene besondere Ventilaufbau nicht nur auf ein
Kolbenventil, sondern auch auf ein die Strömung begrenzendes
Rückschlagventil angewendet werden. Ein solches
Rückschlagventil kann anstelle des in der ersten Ausführungsform
beschriebenen Rückschlagventils verwendet werden.
In den Fig. 7 bis 9 ist ein Anwendungsbeispiel des als
Rückschlagventil wirkenden zusammengesetzten Ventilaufbaus
gezeigt. Dieses Rückschlagventil wird in der Kolbenvorrichtung
eines Stoßdämpfers verwendet. Hierbei wird
die zusammengesetzte Rückschlagventilvorrichtung in die
Innenbohrung einer Befestigungsmutter 201 eingebaut, die
mit dem unteren Ende der (nicht gezeigten) Kolbenstange
in Eingriff ist, um die Kolbenvorrichtung zu befestigen.
Die Befestigungsmutter 201 besitzt einen Bereich 211 größeren
Durchmessers, in dem eine Rückschlagventilaufnahmekammer
211a, die mit der axialen Öffnung 210a der Befestigungsmutter
201 verbunden ist, definiert ist.
In dem beschriebenen Aufbau umfaßt die zusammengesetzte
Rückschlagventilvorrichtung eine Sperrplatte 202, die aus
einer dünnen Platte gebildet ist und mit kreisbogenförmigen,
durchgehenden Öffnungen 220 versehen ist. Wie in
Fig. 9 gezeigt, besitzt die Expansionssperrplatte 202
einen ringförmigen Umfangsbereich 221, einen mittigen und
im wesentlichen kreisförmigen Ventilbereich 222 und einen
radialen Armbereich 223, der sich zwischen den Bereichen
221 und 222 erstreckt. Ferner ist eine Öffnungsplatte 203
vorgesehen, die ebenfalls aus einer dünnen Platte gebildet
ist und mit einer mittigen Öffnung 230 versehen ist,
deren Durchmesser kleiner als derjenige des Ventilbereichs
222 der Sperrplatte 202 ist. Die Öffnungsplatte
203 ist mit einem Paar von kreisbogenförmigen, länglichen
Öffnungen 231 versehen, die mit der mittigen Öffnung 230
über schmale Ausschnittbereiche 232 verbunden sind. Die
radiale Position der Öffnungen 232 entspricht der radialen
Position der kreisbogenförmigen Öffnungen 220 der
Sperrplatte 202. Weiterhin ist die Länge der kreisbogenförmigen
Öffnungen 231 in Umfangsrichtung länger als die
Breite des radialen Armbereichs 223 der Sperrplatte 202
in Umfangsrichtung.
Die Expansionssitzplatte 204 ist aus einer verhältnismäßig
dicken Platte gebildet und mit einer mittigen Öffnung
240 versehen, deren Durchmesser kleiner als derjenige der
mittigen Öffnung 230a der Öffnungsplatte 203 ist.
Wenn in dem eben beschriebenen Aufbau der Fluiddruck auf
der Seite der Sitzplatte 204 höher als auf der Seite der
Sperrplatte 202 ist, wird der Ventilbereich 222 der
Sperrplatte 202 von der mittigen Öffnung 230 der Öffnungsplatte
203 weggeschoben, um ein Durchströmen des
Fluids zu ermöglichen. Wenn andererseits der Fluiddruck
auf der Seite der Sperrplatte 202 höher als auf der Seite
der Sitzplatte 204 ist, wird der Ventilbereich 222 in der
auf der Öffnungsplatte 203 aufsitzenden Position gehalten,
um eine Fluidströmung durch die mittige Öffnung 230
zu blockieren. In diesem Fall kann das Fluid nur durch
die kreisbogenförmigen, länglichen Öffnungen 231 strömen.
Mit dem beschriebenen Aufbau kann eine von der Strömungsrichtung
abhängige Fluidströmungsbegrenzung geschaffen
werden.