DE2808481A1

DE2808481A1 - Stossdaempfer oder federbein fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE2808481A1
Application number: DE19782808481
Authority: DE
Inventors: Felix Dipl Ing Woessner
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-02-28
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1979-09-06
Also published as: FR2418393B1; IT1118399B; FR2418393A1; GB2015693B; IT7967388A0; GB2015693A

Description

FICHTEL & SACHS AG - SCHWEINFURT

PATENT- UND GEBRAUCHSMUSTERHILFSANMELDUNG

Stoßdämpfer oder Federbein für Fahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoßdämpfer oder ein Federbein für Fahrzeuge, bestehend aus einem Zylinder, in welchem eine Kolbenstange axial beweglich geführt und abgedichtet ist und ein an dieser Kolbenstange befestigter und mit Dämpfeinrichtungen für die Zug- und Druckstufe versehener Kolben den Zylinderinnenraum in zwei Arbeitsräume unterteilt, die eine Flüssigkeitsfüllung aufweisen, wobei der eine Arbeitsraum von der Kolbenstange und dem Zylinder begrenzt ist, während der andere Arbeitsraum über einen ständig geöffneten Durchlaßkanal mit dem Ausgleichsraum in Verbindung steht und dieser Ausgleichsraum aus einem flüssigkeitsgefüllten Teilraum und einem unter Druck stehendem gasgefüllten Teilraum besteht.

Die bekannten Gasdruckstoßdämpfer arbeiten mit einer Öl- und Gasfüllung, die einen statischen überdruck von ca. 20...30 bar aufweist. Als Dämpfeinrichtung sind lediglich die am Kolben befindlichen Dämpfventile vorgesehen. Nachteilig bei diesen mit sehr■ hohem Gasdruck arbeitenden Stoßdämpfern oder Federbeinen ist, daß, um eine einwandfreie Abdichtung der Kolbenstange nach außen zu gewährleisten, diese Dichtung mit hoher Anpreßkraft gegen die Kolbenstange eingebaut sein muß und somit eine relativ hohe Reibung zwischen Kolbenstange und Dichtung auftritt. Der hohe Fülldruck hat außerdem den Nachteil, daß bei unterschiedlichen Temperaturen des Füllmediums die auf die Kolbenstange wirkende Ausschubkraft sehr unterschiedlich ist. Der Bereich der vorkommenden Temperaturen schwankt zwischen -30⁰C und +80°C. Für diese ohne Bodenventil ausgebildeten Gasdruckstoßdämpfer gilt die Bedingung, ■ daß für die Dämpfung in Druckrichtung der Innendruck stets größer sein muß als der Druckabbau am Dämpfventil, d. h., auch bei -3O⁰C muß diese Bedingung erfüllt sein, die jedoch dann bei hoher Tem-

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peratur zu einem stark überhöhten Innendruck führt. Die Abdichtung der Kolbenstange nach außen ist daher sehr problematisch und es sind teuere Bauteile erforderlich, um eine befriedigende Lebensdauer zu erzielen.

Bei den bekannten drucklosen Stoßdämpfern ist der druckseitige Arbeitsraum durch ein Ventil zum Ausgleichsraum hin abgeschlossen. Für die Druckdämpfung ist der Druckunterschied, der sich am Bodenventil aufbaut, und der Kolbenstangenquerschnitt, der proportional der verdrängten Ölmenge ist, maßgebend. Die wesentlichen Nachteile dieser Konstruktion sind darin zu sehen, daß bei der Zugdämpfung Öl aus dem drucklosen Vorratsraum nachgesaugt werden muß, wobei es zu Gasblasenausscheidungen kommen kann, die den exakten Dämpfungseinsatζ, d. h., die Funktion, beeinträchtigen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Konstruktionen zu vermeiden und einen Stoßdämpfer zu schaffen, der eine exakte Dämpfung ermöglicht, billig im Aufbau ist, eine geräuscharme Funktion gextfährleistet und einen hohen Fahrkomfort bei niedrigen Dampfkolbengeschviindigkeiten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ,dadurch gelöst, daß der ständig geöffnete Durchlaßkanal im Querschnitt so groß gewählt ist, damit bei geringer Kolbengeschwindigkeit nur der im Ausgleichsraum herrschende Gasdruck der Dämpfkraft in Druckrichtung entgegenwirkt und bei höherer Kolbengesehwindigkeit im Arbeitsraum ein zusätzlich zum Gasdruck wirkender Druck gebildet xfird. Ein solcher Stoßdämpfer kann mit einer im Druck sehr stark reduzierten Gasfüllung arbeiten und wirkt trotzdem bei niederen Kolbengeschwindigkeiten von ca. 0,3 m/s wie ein bekannter Gasdruckdämpfer, obwohl der Gasdruck nur ca. 10 bar ist. Die Vorteile des Gasdruckdämpfers, nämlich exakte Dämpfung und geräuscharme Funktion sowie der damit verbundene hohe Fahrkomfort, werden somit erreicht. Der geringere Innendruck bewirkt außerdem eine Verringerung der Reibung zwischen Kolbenstange und Dichtung sowie eine niedrige Ausschubkraft der Kolbenstange. Ebenso wird eine geringe Schwankung der Ausfahrkraft im Bereich der vorkommenden Temperaturen zwischen -30°C und +8O⁰C gewährleistet. Durch die Bemessung des Querschnittes für den ständig geöffneten Durchlaßkanal wird erzielt,

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daß bei höheren Kolbengeschwindigkeiten infolge der Drosselung an diesem Durchlaßkanal sich ein Druck aufbaut, der zusätzlich zum
Gasdruck wirkt und der dann am Kolbenventil abgebaut werden kann. Somit wird eine einwandfreie Punktion bei allen Betriebsbedingungen erzielt.

Diese Ausführung eignet sich sowohl für die Einrohrbauweise als auch für die Ausführung, bei der der Ausgleichsraum durch einen zwischen dem Zylinder und einem Behälterrohr befindlichen Ringraum
gebildet ist und sich die Kolbenstangendichtung in einem Dichtungsraum befindet, der mit dem von der Kolbenstange und dem Zylinder begrenzten Arbeitsraum über die Kolbenstangenführung in
Verbindung steht, während eine Ventileinrichtung zwischen dem
oberen Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum vorgesehen ist. Eine
solche Zweirohrausführung, bei der die Gasfüllung von der Flüssigkeitsfüllung nicht durch eine Trennwand vollständig abgetrennt
ist, muß Vorkehrungen aufweisen, um eventuell aus dem Ausgleichsraum in den Arbeitsraum angesaugtes Gas wieder über die Kolbenstangenführung in den Ausgleichsraum zurückzuführen. Entsprechend der Erfindung besteht die Ventileinrichtung aus einem Ölsumpf und einem Rückschlagventil, wobei die Überlauföffnung höher angeordnet ist als die Dichtlippe der Kolbenstangendichtung. Durch diese Ventileinrichtung wird erreicht, mit Sicherheit ein Luftansaugen während des Druckhubes aus dem Ausgleichsraum in den oberen Arbeitsraum zu vermeiden. Da die Überlauföffnung höher als die Dichtlippe der Kolbenstangendichtung liegt, ist der Dichtungsraum
ständig mit Öl gefüllt, was eine gute Schmierung der Dichtung ermöglicht und somit eine hohe Funktionssicherheit des Dichtelementes gewährleistet.

Wie ein weiteres Merkmal der Erfindung zeigt, wird die Überlauföffnung durch ein zylindrisches Bauteil gebildet, welches mit seinem unteren Ende auf der Kolbenstangenführung befestigt ist und mit
der Kolbenstangenführung einen kreisringförmigen Raum bildet, der am oberen Ende zum Ausgleichsraum hin geöffnet ist oder dessen oberes Ende selbst als Rückschlagventil ausgebildet ist. Dies ergibt eine sehr einfache Ausführungsform, da entsprechend einem weiteren Merkmal das zylindrische Bauteil aus einem gummielastischen Material besteht und an seinem oberen Ende einen Bund aufweist, welcher bei höherem Druck im Dichtungsraum zum Ausgleichsraum hin

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öffnet und somit die Überlauföffnung bildet.

Eine weitere Ausbildungsform der Erfindung erhält man, indem das Rückschlagventil im Dichtungsraum selbst angeordnet ist und - wie die Erfindung zeigt - aus einem auf der Kolbenstange befindlichen Ring besteht und unterhalb der Kolbenstangendichtung eine Anschlagscheibe für diesen Ring angeordnet ist. Dieser Ring kann mit Vorspannung auf der Kolbenstange sitzen, so daß er beim Zughub an der Anschlagscheibe anliegt, während er beim Druckhub den zwischen Kolbenstangenführung und Kolbenstange befindlichen, geringen Spalt verschließt, so daß ein Nachsaugen von Flüssigkeit aus dem Dichtungsraum in den oberen Arbeitsraum verhindert wird.

Damit die Drosselwirkung des zwischen dem unteren Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum angeordneten, ständig geöffneten Durchlaßkanals nur während des Druckhubes wirksam ist, ist dieser ständig geöffnete Durchlaßkanal entsprechend einem Merkmal der Erfindung in einer Platte angeordnet, deren untere Stirnfläche auf einem Anschlag aufliegt, während die obere Stirnseite die Anlagefläche für eine Feder bildet. Diese Feder besitzt eine relativ geringe Federkraft, so daß während des Zughubes die Platte von ihrem Anschlag abgehoben wird und ein großer Durchflußquerschnitt freigegeben wird.

Zur Veränderung der Kennlinie für die Druckdämpfung bei höherer Kolbengeschwindigkeit ist es ohne weiteres möglich, zusätzlich zu dem ständig geöffneten Durchlaßkanal ein Dämpfventil in der Platte anzuordnen.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Wirkungen ergeben sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im nachfolgenden beispielsweise dargestellten Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen als Zweirohrdämpfer ausgebildeten Gasdruckstoßdämpfer;

Fig. 2 eine Ausführungsform der zwischen dem unteren Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum angeordneten Drosseleinrichtung;

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Pig. 3 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Dämpfkraft von der Kolbengeschwindigkeit darstellt.

Der Zweirohrdämpfer nach Fig. 1 besteht aus dem Zylinder I₅ in welchem der mit der Kolbenstange 2 verbundene und die Dämpfeinrichtungen für die Zug- und Druckstufe aufweisende Kolben (3) gleitet. Dieser Kolben 3 unterteilt den Innenraum des Zylinders 1 in den oberen Arbeitsraum 4, der von der Kolbenstange 2 und der Innenwand des Zylinders 1 begrenzt ist, und in den unteren Arbeitsraum 5· Dieser Arbeitsraum 5 steht über den ständig geöffneten Durchlaßkanal 7 mit dem Ausgleichsraum 6 in Verbindung, wobei dieser Ausgleichsraum 6 aus einem flüssigkeitsgefüllten Teilraum und einem gasgefüllten Teilraum besteht. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Ausgleichsraum 6 als Ringraum zwischen der Außenwand des Zylinders 1 und der Innenwand des Behälters 11 ausgebildet. Der ständig geöffnete Durchlaßkanal 7 ist als Bohrung einer Platte 8 ausgeführt, wobei diese Platte 8 unter der Einwirkung einer Feder 9 steht, die sich wiederum am Ventilkorb 10 abstützt. Mittels der Kolbenstangenführung 12 ist der Zylinder 1 im Behälter 11 zentriert und befestigt. Der Dichtungsraum 14 ist über mindestens einen Verbindungskanal 15 mit dem kreisringförmigen Raum 17 verbunden, der durch das außen auf der Kolbenstangenführung 12 aufgezogene zylindrische Bauteil 16 gebildet wird. Am oberen Ende bildet das zylindrische Bauteil 16 mit der Kolbenstangenführung die Überlauföffnung 18. Im Dichtungsraum 14 ist die Dichtung 13 befestigt, während die Scheibe 19 der Anschlag für den Ring 20 ist.

Der in Fig. 1 gezeigte Stoßdämpfer steht unter einem Innendruck von ca. 10 bar. Bei langsamer Kolbengeschwindigkeit, d. h., bei einer Kolbengeschwindigkeit bis etwa 0,3 m/s arbeitet der Stoßdämpfer wie ein Gasdruckdämpfer, denn die Zug- und Druckdämpfung erfolgt ausschließlich im Kolbenventil. Der ständig geöffnete Durchlaßkanal 7 in der Platte 8 besitzt bei dieser geringen Kolbengeschwindigkeit keine nennenswerte Drosselwirkung. Der Druckabbau am Kolbenventil ist bei diesen geringen Geschwindigkeiten des ■ Kolbens 3 kleiner als der Innendruck des Stoßdämpfers.

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Um beim Druckhub ein Ansaugen von Gas aus dem Ausgleichsraum 6
durch den Spalt zwischen der Kolbenstangenführung 12 und der Kolbenstange 2 in den Arbeitsraum 4 zu vermeiden, wird die in der
Kolbenstangenführung 12 angeordnete Rückschlagventileinrichtung wirksam. Dabei kann das Rückschlagventil durch das zylindrische Bauteil l6 gebildet werden, welches im Bereich seines unteren Endes auf der Kolbenstangenführung 12 befestigt ist, aus einem
gummielastischen Material besteht und an seinem oberen Ende mit einem Bund versehen ist, der nur bei höherem Druck im kreisringförmigen Raum 17 öffnet, d. h., die Überlauföffnung 18 bildet,
jedoch beim Druckhub diese Überlauföffnung 18 zwischen dem Ausgleichsraum 6 und dem kreisringförmigen Raum 17 und dementsprechend mit dem Arbeitsraum 4 schließt. Dieses Rückschlagventil
öffnet somit nur beim Zughub und gestattet , die durch den Spalt zwischen der Kolbenstange 2 und der Kolbenstangenführung 12 in
den Dichtungsraum 14 geförderte Flüssigkeitsmenge über den Verbindungskanal 15 und den kreisringförmigeri Raum 17 durch die
Überlauföffnung 18 in den Ausgleichsraum 6 abfließen zu lassen.

Dieses Rückschlagventil kann auch durch den auf der Kolbenstange angeordneten Ring 20 gebildet werden, welcher unter Vorspannung auf die Kolbenstange aufgezogen ist und somit eine entgegengesetzt der Bewegungsrichtung wirkende Reibkraft aufweist. Dieser Ring wird dadurch beim Druckhub gegen die Stirnfläche des Dichtungsraumes 14 gedrückt und verschließt den Spalt zwischen Kolbenstange und Kolbenstangenführung. Beim Zughub legt sich dann dieser Ring gegen die Anschlagscheibe 19, so daß die aus dem Arbeitsraum 4 in den Dichtungsraum 14 gelangte Flüssigkeitsmenge über die Überlauföffnung 18 in den Ausgleichsraum 6 fließen kann. Selbstverständlich ist auch die Kombination von Ring 20 mit dem als
Rückschlagventil wirkenden zylindrischen Bauteil 16 möglich. Da die Überlauföffnung 18 wesentlich höher angeordnet ist als die
Dichtlippe der Kolbenstangendichtung 13 und durch die Rückschlagventileinrichtung sowohl der kreisringförmige Raum 17 als auch der Dichtungsraum 14 stets mit Öl gefüllt ist, wird eine gute Schmierung der Dichtung 13 gewährleistet.

Bei höheren Kolbengeschwindigkeiten schaltet sich zunehmend die Wirkung des ständig geöffneten Drosselkanals 7 ein. Durch diese

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Drosselung wird im Arbeitsraum 5 ein zusätzlich zum Gasdruck wirkender Druck aufgebaut, der an dem der Druckdämpfung zugeordneten Kolbenventil abgebaut werden kann.

Die Zugdämpfung erfolgt ausschließlich durch das entsprechende Ventil im Kolben 3. Bei hoher Kolbengeschwindigkeit hebt die Platte 8 entgegen der Kraft der Feder 9 von der Anlagefläche ab und gibt somit einen größeren Querschnitt frei, so daß durch diese Platte 8 keine oder zumindest keine wesentliche Drosselwirkung beim Zughub entsteht.

Der in Fig. 2 gezeigte, ständig geöffnete Durchlaßkanal 7 wird bei höheren Kolbengeschwindigkeiten durch eine zusätzlich wirkende Ventileinrichtung vergrößert. Diese Ventileinrichtung besteht aus den Bohrungen 21 und der Ventilscheibe 22, die ab einem bestimmten, im Arbeitsraum 5 auftretenden Druck einen zusätzlich zu dem ständig geöffneten Durchlaßkanal 7 wirksamen Querschnitt freigeben. Eine solche Ausführungsform ermöglicht es auch bei derartigen Stoßdämpfern, die Dämpfkraft bei hohen Kolbengeschwindigkeiten zu beeinflussen.

Das Diagramm entspr. Fig. 3 zeigt die Kennlinie 23 für die Druckdämpfung des Stoßdämpfers, wobei die Dämpfkraft über der Kolbengeschwindigkeit aufgetragen ist. Die Gegenkraft für die Druckdämpfung - Kennlinie 26 - setzt sich zusammen aus der dem Fülldruck des Stoßdämpfers entsprechenden Kennlinie 24 und dem geschwindigkeitsabhängig wirkenden Druckaufbau im Arbeitsraum 5 durch den ständig geöffneten Durchlaßkanal 7 entsprechend der Kennlinie 25.

Der geringe Fülldruck des Stoßdämpfers ermöglicht es, daß die Ausfahrkraft auch im Bereich der vorkommenden Temperaturen zwischen -30 C und +8O⁰C in verhältnismäßig engen Grenzen gehalten werden kann, denn je höher der Fülldruck des Stoßdämpfers gewählt wird, um so größer wirken sich TemperaturSchwankungen auf die Ausfahrkraft aus. Um die Reibung der zueinander beweglichen Stoßdämpferteile möglichst gering zu halten, wird der im Dichtungsraum 14 vorgesehene Ring 20 aus einem reibungsarmen Material, z. B. aus Kunststoff, hergestellt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

/l.)Stoßdämpfer oder Federbein für Fahrzeuge, bestehend aus einem Zylinder, in welchem eine Kolbenstange axial beweglich geführt und abgedichtet ist und ein an dieser Kolbenstange befestigter und mit Dämpfeinrichtungen für die Zug- und Druckstufe versehener Kolben den Zylinderinnenraum in zwei Arbeitsräume unterteilt, die eine Flüssigkeitsfüllung aufweisen, wobei der eine Arbeitsraum'von der Kolbenstange und dem Zylinder begrenzt ist, während der andere Arbeitsraum über einen ständig geöffneten Durchlaßkanal mit dem Ausgleichsraum in Verbindung steht und dieser Ausgleichsraum aus einem flüssigkeitsgefüllten Teilraum und einem unter Druck stehenden gasgefüllten Teilraum besteht, dad. gek., daß der ständig geöffnete Durchlaßkanal (7) so groß gewählt ist, damit bei geringer Kolbengeschwindigkeit nur der im Ausgleichsraum (6) herrschende Gasdruck der Dämpfkraft in Druckrichtung entgegenwirkt und bei höherer Kolbengeschwindigkeit im Arbeitsraum (5) ein zusätzlich zum Gasdruck wirkender Druck gebildet wird.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, wobei der Ausgleichsraum durch einen zwischen dem Zylinder und einem Behälterrohr befindlichen Ringraum gebildet ist und sich die Kolbenstangendichtung in einem Dichtungsraum befindet, der mit dem von der Kolbenstange und dem Zylinder begrenzten Arbeitsraum über die Kolbenstangenführung in Verbindung steht, während eine Ventileinrichtung zwischen dem oberen Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum vorgesehen ist, dad. gek., daß die Ventileinrichtung aus einem Ölsumpf (Dichtungsraum 14, Verbindungskanal 15, kreisringförmiger Raum 17) und einem Rückschlagventil besteht und die Überlauföffnung (18) höher angeordnet ist als die Dichtlippe der Kolbenstangendichtung (13).

3· Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dad. gek., daß die Überlauföffnung (18) durch ein zylindrisches Bauteil (16) gebildet ist, welches mit seinem unteren Ende auf der Kolbenstangenführung (12) befestigt ist und mit der Kolbenstangenführung (12) einen kreisringförmigen Raum (17) bildet, der am oberen Ende zum Ausgleichsraum (6) hin geöffnet oder als Rückschlagventil ausgebildet ist ._{Q Q Q g g ß ; Q u} ^

ORiGlNAL INSPECTED

4. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3₅ dad. gek., daß das zylindrische Bauteil (16) aus einem gummielastischen Material besteht und an seinem oberen Ende einen Bund aufweist, welcher bei höherem Druck im Dichtungsraum (14) zum Ausgleichsraum (6) hin öffnet und somit die Überlauföffnung (18) bildet.

5. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dad. gek., daß ein Rückschlagventil im Dichtungsraum (14) angeordnet ist.

6. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 5₃ dad. gek., daß das im Dichtungsraum (14) befindliche Rückschlagventil aus einem auf der Kolbenstange (2) angeordneten Ring (20) besteht und unterhalb der Kolbenstangendichtung (13) eine Anschlagscheibe (19) für diesen Ring (20) vorgesehen ist.

7· Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dad. gek., daß der ständig geöffnete Durchlaßkanal (7) in einer Platte (8) angeordnet ist, deren untere Stirnfläche auf einem Anschlag aufliegt, während die obere Stirnseite die Anlagefläche für eine Feder (9) bildet.

8. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis J, dad. gek., daß die Platte (8) außer dem ständig geöffneten Durchlaßkanal (7) eine bei der Druckstufe wirkende Ventileinrichtung (Bohrungen 21, Ventilscheibe 22) aufweist.

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