SE532539C2 - Vingdämpare med justerbar dämpkraft - Google Patents

Description

25 532 535 -2. kamrarna. Men en strypventil menas en fast justerbar strypning som ju ökar dämpningen kvadratiskt med strömningshastigheten. l en vidareutveckling av en sådan styrdåmpare, se US4773514, har en traditionell strypventil kompletteras med ytterligare en, trängre, fast strypventil, en sàkallad höghastighetsventil. Vid en förbestämd hög strömningshastighet övertar den trängre ventilen hela oljeflödet och därefter följer dämpningen den trängre strypningens kurva. Även denna lösning har dock begränsningar. Den trängre ventilen visar ofta en tendens att ligga i för länge, vilket leder till en inkonsekvent dämpkaraktär. Dessutom är det svårt att tillse att de enskilda individerna får samma dämpkaraktär eftersom injustering av ventilen görs redan vid montering av dämparen.

Höghastighetsventilen genornströmmas dessutom från olika håll vid höger respektive vänster styrutslag vilket medför att dämpkraftema endast med svårighet kan göras lika ät båda hållen. På grund av denna tvàvägsströmning genom ventilen är det även ett problem att justera returåtergàngen från respektive yttre ändläge och att enkelt trycksätta styrdämparen så att dämparen blir okânsllg för temperaturförändringar. l den publicerade patentansökan US2004239069 är det beskrivet en styrdämpare vilken elektriskt justerar dämpkaraktäristiken utgående ifrån styrhastlgheten. En ventlls stypningsstoriek justeras med en linjärmotor så att flödet genom ventilen anpassas efter fordonets hastighet och styrhastigheten. Dämpkaraktäristiken ändras så att det vid en låg hastighet är en låg dämpkraft och vid en hög hastighet en hög clämpkraft. Dessutom justeras dämpningen så att vid en hastighetsberoende styrhastighet ändras lutningen på dämpkurvan så att dämpkraften ökar långsammare vid ökad styrhastighet. Denna långsammare dämpkraftsökning ska förhindra att styrningen ska bli för hård i vissa hastigheter. Denna dämpkaraktär är lämplig för motorcyklar körda på landsväg. För en allsidig dämpare som även ska kunna användas vid offroad körning krävs att dämparen snabbt ska kunna absorbera kraftiga slag orsakade av underlaget och även snabbt 10 15 20 25 532 539 _3_ kunna återgå till ursprunglig position. En långsam dämpkraftsökning är således inte önskvärd utan förhindrar istället dessa egenskaper. Dessutom kräver styrningen av dämparen elektriskt styrda komponenter som innebär att justeringen blir komplicerad och känslig för störningar och strömavbrott.

Vidare är det även allmänt inom hydrauliken känt ventiler avsedda att användas som flödesbegränsare där strypningen ökar med ökat flöde.

Dessa ventiler är dock inte tidigare använda för att justera en styrdämpares dämpkaraktär utan används exempelvis för att justera flödet av hydraulmedium i differentialer.

Uppfinningens syfte Föreliggande uppfinnings syfte är att lösa problemet med att justera flödet mellan en styrdämpares, i form av en vingdämpare, bäda dämpkammare sä att dämpkraften snabbt anpassas till olika strömnlngshastigheter. Med uppfinningen är det okomplicerat att definiera och utifrân justera, en största strypning vid låga volymströmmar eller flödeshastigheter samt konstruktivt bestämma en minsta strypning vid höga flödeshastigheter. Det är även möjligt att justera den momentana strypningen vid en given flödeshastighet.

Vidare syftar uppfinningen till att lösa detta problem sä att dàmparen fär en konsekvent dämpkaraktär både mellan varje enskild individ. Den slutliga produkten fär heller inte bli för dyr och komplicerad att tillverka.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen avser en hydraulisk vingdämpare huvudsakligen avsedd att användas som en styrdämpare pà ett flerhjuligt fordon. Vingdämparen innefattar ett yttre hus och ett lock vilka omsluter en dämpmediefylld huvudkammare avdelad av en avgränsande i dämpmediet roterande vinge i en första och en andra arbetsvolym. Dämpmediet flödar mellan de två arbetsvolymerna i en dämpmediekanal avdelad av minst en flödesstrypande envägsventil som justerar flödet mellan arbetsvolymerna 10 15 20 25 30 5332 533 .4- beroende pà rotationshastigheten pà vingen. Ventilen innefattar ett ventilhus och en i det anordnad rörlig kägla mellan vilka en variabel strypning med ett strypstâlle är anordnat. flödesförträngning som skapar ett initialt tryckfall mellan i kâglan anordnade övre och nedre kägelkammare, ett tryckfall som förflyttar käglan i förhållande till ventilhuset så att strypstället blir kontinuerligt trängre allteftersom flödeshastigheten ökar. Vid låga flödeshastigheter är således strypstället en viss förutbestämd storlek och ett visst flöde kan strömma genom den så att dämparen får en viss dämpkaraktär, dvs. flödeskurvan fär en viss lutning. När flödeshastigheten ökar, minskar det möjliga flödet genom strypningen och lutningen på flödeskurvan ökar.

Käglan innefattar en Den variabla strypningen mellan ventilhuset och käglan möjliggörs genom samverkan av en iventilhuset urgröpt första recess eller urskârning och en andra recess utskuren ur ventilkäglans ytteryta. Den l ventilhuset urgröpta första recessen eller urskärningen är med första hål sammankopplad med den andra recessen som i sin tur är sammankopplad med käglans inre övre kammare via andra hål. Denna konstruktion ger en enkel justerbar strypning som sammankopplar oljekanalen vid ventilens inlopp med oljekanalen vid ventilens utlopp via den övre kammaren i käglans inre, flödesförträngningshàlet och den nedre kammaren i käglans inre.

Ventilens lágfartsomràde bestäms av den justerbara strypningens storlek initialt, dvs hur den första och den andra recessen är placerade i förhållande till varandra precis i början av vingens utgående rörelse. Den första och den andra recessens position i förhållande till varandra bestäms av det initiala tryckfallet över käglan i kombination med fjäderkrafter skapade av en fjäder anordnad mellan käglan och ventilhuset. När det initiala trycktallet är noll, dvs dá samma tryck råder i käglans övre och nedre kammare bestäms den första och den andra recessens placering i förhållande till varandra av positionen på en ovanpå ventilen anordnad 10 15 20 25 532 539 .5. justerratt. Rotation av justerratten förflyttar käglan i förhållande till ventilhuset.

Företrädesvis har flödesförträngningen formen av ett häl anordnat i en vägg som avdelar käglans inre i den övre och den nedre kammaren. l en utföringsform av uppfinningen är flödesförträngningens storlek, dvs värdet på det initiala tryckfallet, utifrån justerbart. Företrädesvis genom att en förskjutbar konisk pinne är placerad i förträngningens centrum.

Uppfinningen är närmare beskriven nedan, med hänvisningar till medföljande ritningar.

Figurförteckning Fig. la visar en toppvy av den uppfinningsenliga styrdämparen.

Fig. 1b visar styrdämparen med avtaget lock.

Fig. 2a visar ett vertikalt snitt genom dämparens centrala del Fig. 2b visar en första utföringsform av den första ventilens 12 uppbyggnad Fig. 2c visar en alternativ uppbyggnad av den första ventilen 12 Fig. 3 åskådliggör med dämpkurvor den första ventilens 12 funktion Fig. 4a visar en förenklad skiss av flödet vid utåtgäende rörelse med den andra ventil 13 öppen Fig. 4b visar flödet vid ingående rörelse från ytter- och vändläge mot mittenläget med den andra ventilen 13 öppen Fig. 4c visar flödet vid utàtgäende rörelse med stängd andra ventil 13 Fig. 4d visar flödet vid ingående rörelse med stängd andra ventil 13 Detaljerad beskrivning av uppfinningen Figur 1a visar en toppvy av den hydrauliska vingdämparen 1 med ett nedre hus 10 och ett lock 11 som omsluter en dämpmediefylld huvudkammare 10a. Locket 11 är fasthàllet av tolv skruvar 11a. En första reglerratt 12a reglerar dämpkraften för utátgàende styrutslag och en andra reglerratt 13a 10 15 20 25 30 533 533 -5- reglerar dämpningen för àtergàende rörelse. Mellan dessa syns ett lock 14c till en behållare 14 (närmare beskriven ifigur 2a).

Figur 1b visar dämparen med avtaget lock 11. En arrn/vinge 9 i huset 10 avdelar dämparens huvudkammare 10a i en första volym V1 och en andra volym V2. l centrum för vingens lagring i det nedre huset 10 är ett sexkantigt hålighet 9a i vilket en hävarm anordnas. Hävarmen är fäst i sin andra ände i ett icke roterande fordonschassi C och medbringar vingen 9 i rotation i förhållande till nämnda hus 10 som är fäst i och roterar med fordonets styre och styrstolpe runt en rotationsaxel RA. Dä fordonet körs rakt fram utan yttre störningar är vingen i den position som är visad ifiguren, dvs i ett mittenläge där den första och den andra volymen V1, V2 är huvudsakligen lika stora. Konturerna av kanalen 26 med dess urskurna kanalrecess 26a, närmare beskrivet nedan, är även de utritade i figurerna 1a och 1b.

Figur 2a visar ett vertikalt snitt genom dämparens centrala del där styrdämparens inre delar avgränsade av det nedre huset 10 och locket 11 är närmare visade.

Den första reglerratten 12a justerar flödet genom en första ventil 12 avsedd att styra dämpmedieflödet mellan den första Vi och den andra volymen V2 dà vingen 9 rör sig ut från vlngens mittenläge mot ett ytterläge vid husets inneryta, dvs. vid utgående rörelse. Dämpmediet flödar endast i en riktning genom den första ventilen 12, dvs. den första ventilen 12 är en sàkallad envägsventil. Den andra reglerratten 13a justerar returflödet genom en andra ventil 13 då vingen 9 rör sig tillbaka fràn ytterläget mot mittenläget, dvs vid àtergàende rörelse. Mellan den första ventilen för utàtgàende rörelse 12 och den andra ventilen för återgàende rörelse 13 är en trycksatt behållare 14 med kolv 14a, fjäder 14b och lock 14c anordnad i en mellanvolym V3. Behållaren 14 kan användas för att kompensera för dämpmediets volymförändring pà grund av temperaturändring av mediet. 10 15 20 25 30 532 E33 -7- Således kan behållaren 14 vid uppvärmning uppta den expanderande oljevolymen genom rörelse på kolven 14a så att mellanvolymen V3 ökar.

Vid en efterföljande avsvalning av dämparens arbetsmedium trycker fjädern 14b via kolven 14a tillbaka mediet i den första och/eller den andra volymen V1, V2 så att kavitation undviks i arbetskamrarna. Fjäderns funktion kan även i vissa fall ersättas eller kompletteras av ett medium mer kompressibelt än olja, exempelvis luft. Då är även en tilluftventil (ej visad) kopplad till behållaren 14 via locket 14c.

En oljekanal 27b leder olja till den för utgående rörelse anpassade första ventilens 12 inlopp och en kanal 27c leder oljan från sagda första ventil 12.

Där sammankopplad med den trycksatta mellanvolymen V3. Till den för återgàende rörelse anpassade andra ventilen 13 leder en kanal 26 som sträcker sig från det yttre husets 10 inre volym på en position som sammanfaller med vingens 9 mittenläge. En kanalrecess 26a, anordnad vid kanalens 26 mynning i husets 10 huvudkammare 10a, sammankopplar volymerna V1 och V2 då vingen står i sitt mittläge. Både kanalen 26 och kanalrecessen 26a är företrädesvis anordnade i locket 11. Vid små rörelser på vingen kring mittenläget, dvs vid små styrutslag på fordonets styre, är således de båda volymerna V1 och V2 fortfarande sammankopplade och styrrörelsen är odämpad. Hur stort detta odämpade mittenläge är bestäms av kanalrecessens 26a utsträckning i kanalen 27c även är riktning tvärs vingen 9. Sammankopplingen mellan volymerna V1, V2 via kanalrecessen 26a tillser även att då vingen 9 står i sitt mellanläge är den av tryckbehållaren 14 trycksatta mellanvolymen V2 sammankopplad med de båda volymerna V1, V2 sä att huvudsakligen samma tryck som i tryckbehàllaren 14 verkar i de båda volymerna V1, V2. Dämparens beteende blir då konsekvent i båda dämpriktningarna.

Den andra ventilen 13 kan justeras från fullt öppet till fullt stängt läge genom den andra reglerratten 13a. Ventiien består av reglerratten 13a samt en första ihålig ventildel 13b och en andra rörlig ventildel 13a. Den första 10 15 20 25 30 5232 535 -3- ventildelen 13b är fastgängad i huset och inuti den är den andra ventildelen 13c anordnad och genom rotation på reglerratten 13a förskjutbar. Ventilens öppningsläge bestäms av placeringen av den andra ventildelen 13c i förhållande till ett hål 13d anordnat i den första ventildelen 13b. Hålet 13d sammankopplar kanalen 26 med den mellanvolym V3 i vilken den trycksättande behållaren 14 är anordnad.

Den första ventilens 12 uppbyggnad visas närmare i figur 2b. Ett runt ventilen 12 anordnat ventilhus 15 har en första recess eller urskärning 15a.

Denna första ventilhusrecess 15a är med första hål 15b sammankopplade med en andra recess 16a utskuren ur en ventilkäglas 16 ytteryta. Andra hål 16b är anordnade från kägelrecessen 16a till käglans inre. Genom samverkan mellan recesserna och hålen skapas en strypning mellan ventilhuset 15 och käglan 16. Käglans inre är uppdelad i två separata kammare 16c, 16d avdelade av en vägg med ett i den anordnat häl som verkar som en flödesförträngning 16e mellan kägelkamrarna. Käglan 16 kan röra sig i ventilhuset 15 mot verkan av en fjäder 19 som vilar på en bottenyta av ventilhuset 15 i en av kägelkamrarna 16d.

Oljeflödet kommer från volymen V1N2 in i kanalen 27b och strömmar via ett häl i ventilhuset 15 in i käglan 16 och vidare via käglans förträngning 16e för att slutligen via strypningen och hålen 15b, 16b flöda ut genom oljekanalen 27a via den trycksatta mellanvolymen V3 till den andra volymen V2N1. l käglans förträngning 16e uppstår ett tryckfall då oljan passerar.

Detta tryckfall drar med sig käglan 16 nedåt i figuren, därmed komprimeras återställnlngsfjädern 19. Rörelsen innebär även att hàlens 15b fria öppning mot recessen 16a minskar, det vill säga strypningen mellan ventilhuset 15 och käglan 16 blir större. Därmed får oljeflödet genom ventilen 13 ett ökande tryckfall. Hálens 15b initiala öppning mot recessen 16a kan justeras genom att käglans 16 övre stoppläge 18 är reglerbart i käglans rörelseriktning med hjälp av ratten 12a. 10 15 20 25 532 539 -9_ En alternativ uppbyggnad av den första ventilen 12 visas i figur 2c.

Ventilhuset 15 är identiskt med figur 2a, men här har käglans 16 inre förträngning 16e gjorts utifrån justerbar, genom att en förskjutbar konisk pinne 17 placerats i dess centrum. När kägian 16 dras med av tryckfallet som genereras av förträngningen 16e minskar även dennas storlek, mot verkan av återställningsfjädern 19, och en med volymströrnmen snabbare tryckfallsökning erhålles. Den förskjutbara koniska pinnens 17 justerbarhet åstadkommes genom att man med hjälp av mejselspåret 17a förvrider den relativt det justerbara stoppet 18 och gängan 17b gör att den koniska pinnen 17 rör sig i käglans 16 rörelseriktning.

Ventilens 12 funktion åskådliggörs även av dämpkurvorna visade i figur 3.

Den med ratten 12a reglerbara passagen mellan ventilhuset 15 och kägian 16 ger initialt ett tryckfall över ventilen som ökar med kvadraten på volymströmmen, enligt för en hydraultekniker välkänt sätt. l figur 2b finnes ett antal sådana kurvor för olika stora strypningar åskådliggjorda med en streckad kurvskara. Denna funktion är i figur 4a, 4b, 4c och 4d symboliserad med 12”. Vid ett ökande flöde drar det tryckfall som uppstår genom käglans 16 inre flödesförträngning 16e med sig kägian så att den initiala passagen förträngs ytterligare. En snabbare tryckfallsökning erhålls då över ventilen än det kända kvadratiska förhållandet. Exempel pà denna typ av hastigt ökande tryckfallskurvor har i figur 3 äskådliggjorts med en heldragen kurvskara. Denna andra funktion hos den första ventilen 12 är i figur 4a, 4b, 4c och 4d symboliserad med 122 Ett tänkt reglerförlopp för den första ventilen 12 är således att vid låga flöden ökar trycket vid ökande flöde, tillexempel enligt den streckade kurvan l som då får en av flödesförträngningen bestämd lutning. Vid ett visst flöde ll blir tryckskillnaden över käglans avgränsande vägg så stor att kraften från fjädern 19 övervinns och kägian förflyttas nedåt mot verkan av fjädern 19 så att flödespassagen genom strypningen 16e minskar ytterligare och 'lO 15 20 25 30 532 535 _10.. fortsatt tryckökning följer den heldragna kurvan iii som har en brantare lutning än den streckade kurvan i.

Figur 4a visar en förenklad skiss av flödet vid utâtgàende rörelse med den andra ventil 13 öppen. Vingen 9 har passerat mittläget och rör sig mot ändläget. Oljan har endast möjlighet att via kanalerna 27a och 27b flöda genom ventil 12 eftersom en backventil 23 blockerar passage direkt till 13.

Behàilarens 14 placering är sådan att den aldrig på grund av backventilernas 21 och 23 placering utsätts för det reglertryck som ventilen 12 åstadkommer. Den första ventilens 12 tvâ olika funktioner är symboliserade med 12' och 12”. Dessa olika funktioner är seriekopplade och den funktion som har högst strypning vid ett visst flöde dominerar. l figur 4b är fortfarande den andra ventilen 13 öppen. Vingen rör sig i en ingående rörelse från sitt ytter- och vändläge mot mittenlàget. Oljan kan nu via kanalen 26 utan motstånd flöda genom den öppna ventilen 13 genom den öppna riktningen i backventil 23 och via 27 komma in i huset 10”. ingen olja passerar genom ventil 12. Den àtergàende rörelsen är därmed odämpad.

Figur 4c visar flödet vid utåtgàende rörelse med stängd andra ventil 13.

Flödet är likartat som i figur 4a, dvs allt flöde går genom ventil 12.

Figur 4d visar flödet vid ingående rörelse med stängd andra ventil 13. Oljan är därmed förhindrad att flöda genom kanalen 26. Allt flöde måste därmed gå genom kanal 25 och backventil 21 tillåter inget flöde från kanal 25.

Därmed kommer allt flöde att passera ventil 12. Därmed fås vid stängd returventil 13 samma dämpning vid inåtgäende rörelse som vid utâtgàende.

Fieturventilen 13 kan anta alla värden mellan fullt öppen och fullt stängd och beroende på öppningsgrad strömmar dämpmediet då genom antingen bara den första ventilen 12, bara genom den andra ventilen 13 eller genom 532 539 _11- båda två ventiierna 12, 13. Därmed kan returflödet justeras och anpassas efter körsituation och förarbeteende. Givetvis arbetar ventiien på samma sätt vid båda rörelseriktningarna.

Uppfinningen är inte begränsad tiii den i ovanstående såsom exempel visade utföringsformen utan kan modifieras inom ramen för efterföljande patentkrav och uppfinningstanken.

Claims (10)

10 15 20 25 5332 535 _12- Patentkrav

1. Hydraulisk vingdämpare huvudsakligen avsedd att användas som en styrdämpare på ett flerhjuligt fordon där vingdämparen innefattar ett yttre hus (10) och ett lock (1) vilka omsluter en dämpmediefylld huvudkammare (10a) avdelad av en i dämpmediet roterande avgrånsande vinge (9) i en första (V1) och en andra (V2) arbetsvolym, där dämpmediet flödar mellan de två arbetsvolymerna (V1, V2) i en dämpmediekanal (21, 23, 25, 26, 27) avdelad av minst en första ventil (12) i form av en envägsventll som iusterar flödet mellan arbetsvolymerna (V1, V2) beroende på rotationshastigheten på vingen (9) k ä n n e t e c k n a d av att flödet mellan arbetsvolymerna (V1, V2) huvudsakligen justeras via den första ventilen (12) vilken innefattar ett ventilhus (15) och en i det anordnad rörlig kägla (16) mellan vilka en variabel strypning (15b) med ett strypställe är anordnad, där käglan innefattar en flödesförträngning (16e) som skapar ett initialt tryckfali mellan i käglan (16) anordnade övre och nedre kägelkammare (16c, 16d) som förflyttar käglan (16) i förhållande till ventilhuset (15) så att strypstället (15b) blir kontinuerligt trängre allteftersom flödeshastigheten ökar.

2. Hydraulisk vingdämpare enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att den variabla strypningen mellan ventilhuset (16) och käglan (16) möjliggörs genom samverkan av en i ventilhuset (15) urgröpt första recess eller urskärning (15a) och en andra recess (16a) utskuren ur ventilkäglans (16) ytteryta.

3. Hydraulisk vingdämpare enligt kravet 2 k ä n n e t e c k n a d av att den i ventilhuset (15) urgröpta första recessen eller urskärningen (15a) är med första hål (15b) sammankopplad med den andra recessen (16a) som i sin tur är sammankoppiad med käglans inre via andra hål (16b).

4. Hydraulisk vingdämpare enligt kravet 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a d av att den första (15a) och den andra recessens (16a) position i 10 15 20 25 532 539 _13- förhållande till varandra bestäms av det initiala tryckfallet över käglan (16) i kombination med fjäderkralter skapade av en fjäder (19) anordnad mellan käglan (16) och ventilhuset (15)

5. Hydraulisk vingdämpare enligt kravet 4 k ä n n e t e c k n a d av att när tryckfallet över käglan (16) är noll, dvs initialt i slaget, bestäms den första (15a) och den andra recessens (16e) position i förhållande till varandra av positionen pà en justerratt (12a).

6. Hydraulisk vlngdämpare enligt kravet 5 k ä n n e t e c k n a d av att rotation av justerratten (12a) förflyttar käglan (16) i förhållande till ventilhuset (15).

7. Hydraulisk vingdämpare enligt något av ovanstående krav k ä n n- e t e c k n a d av att flödesförträngningen (16e) har formen av ett hål anordnat i käglan (16).

8. Hydraulisk vingdämpare enligt kravet 7 k ä n n e t e c k n a d av att hålet (16e) är anordnat i den vägg som avdelar käglans inre i tvâ separata kammare (16c, 1 6d).

9. Hydraulisk vingdämpare enligt något av ovanstående krav k ä n n e t e c k n a d av att kàglans (16) inre förträngning (16d) är utifrån justerbar.

10. Hydraulisk vingdämpare enligt kravet 8 k ä n n e t e c k n a d av att en justerbarheten möjliggörs av en förskjutbar konisk pinne (17) placerad i förträngningens (16d) centrum.