Stoßdämpfer
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer für ein
Kraftfahrzeugaufhängungssystem. Die Erfindung betrifft
insbesondere eine Dichtungsstruktur für einen Stoßdämpfer, die
verhindert, daß ein sich im gasförmigen Zustand befindliches
Arbeitsfluid in einem Fluidbehälter in eine Arbeitskammer
austritt.
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Die Japanische Patenterstveröffentlichung (nicht geprüft)
(Tokkai) Showa 58-156739 offenbart einen Stoßdämpfer, der
koaxial ausgebildete innere und äußere Zylinder aufweist,
die eine Fluidbehälterkammer bilden, in die hydraulisches
Arbeitsfluid und pneumatisches Arbeitsfluid gefüllt sind,
wobei die Fluidbehälterkammer von den inneren und den
äußeren Zylindern begrenzt wird. Der offenbarte Stoßdämpfer hat
einen Weg, der eine mit einem hydraulischen Arbeitsfluid
gefüllte Arbeitskammer sowie eine Fluidbehälterkammer bildet.
Eine Dichtungsstruktur befindet sich in dem Weg und
ermöglicht den Fluß von hydraulischem Fluid aus der Arbeitskammer
in den Fluidbehälter und verhindert das Strömen von
pneumatischem Fluid aus dem Fluidbehälter in die Arbeitskammer.
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Bei dem herkömmlichen Aufbau der Dichtungstruktur für diese
Art Stoßdämpfer ist ein Dichtungselement vorhanden, das
Fluidverbindung ermöglicht und sperrt. Das heißt, im
allgemeinen ist der Druck des hydraulischen Fluids in der
Arbeitskammer größer als der Druck des pneumatischen Fluids in
der Fluidbehälterkammer, und dementgegen wird der
pneumatische Druck in dem Fluidbehälter bei der Abwärtsbewegung des
Kolbens höher als der Druck des hydraulischen Fluids in der
Arbeitskammer. Daher sind beim gewöhnlichen Aufbau der
Dichtungsstruktur,
wie sie in der Japanischen
Patenterstveröffentlichung 58-156739 offenbart ist, eine oder mehrere Nuten
an dem Dichtungselement ausgeformt, so daß ein Teil des
hydraulischen Arbeitsfluids in der Arbeitskammer nur bei der
Aufwärtsbewegung des Kolbens in den Fluidbehälter strömen
kann.
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Bei einer derartigen herkömmlichen Dichtungsstruktur sind
verschiedene Nachteile aufgetreten. So beispielsweise, wenn
das Dichtungselement den gasdichten Verschluß durch Fläche-
an-Fläche-Kontakt mit einem Sitzbauelement herstellt, indem
es darauf aufliegt. Im wesentlichen ist hohe
Oberflächengenauigkeit der aneinanderliegenden Flächen des
Dichtungselementes und des Sitzelementes erforderlich. Andererseits
führt, wenn das Dichtungselement aus einem Harzmaterial
beteht, Verschleiß des aus Harz bestehenden Dichtungselementes
zum Austreten des pneumatischen Arbeitsfluids in die
Arbeitskammer, wodurch es zu Lufteintritt kommt.
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FR-A-2522099 beschreibt einen Zweikammer-Stoßdämpfer, bei
dem ein ringförmiges Rückschlagventilelement in einem
Lüftungsraum um die Kolbenstange herum vorhanden ist. In der
oberen Abschlußfläche des ringförmigen
Rückschlagventilelementes sind Aussparungen vorhanden, die den Fluß von
hydraulischem Fluid aus der inneren Arbeitskammer des Stoßdämpfers
bei der nach außen gerichteten Bewegung der Kolbenstange
ermöglichen. Als Alternative dazu kann eine Aussprarung in dem
ringförmigen Vorsprung vorhanden sein, an dem das
ringförmige Rückschlagventilelement bei der nach außen gerichteten
Bewegung der Kolbenstange anstößt.
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FR-A-2524098 beschreibt einen Zweikammer-Stoßdämpfer, bei
dem sich eine ringförmige Hochdruckdichtung, die eng an der
Kolbenstange anliegt, beschränkt zwischen zwei
Kolbenstangen-Führungsringen axial bewegen kann. Axiale
Durchgangsnuten sind im äußeren Rand der Dichtung und dem oberen
Führungsring ausgeformt. In der Arbeitskaminer eingeschlossenes
Gas kann zwischen dem unteren Führungsring und der
Kolbenstange und anschließend durch die Nuten in der Dichtung und
dem oberen Führungsring nach oben austreten. Der umgekehrte
Strom von hydraulischem oder pneumatischem Fluid wird durch
eine Stopfbuchsendichtung verhindert, die mit dem oberen
Abschnitt der Arbeitskammerwand in Kontakt ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
Stoßdämpfer zu schaffen, der in jeder Betriebsart des
Stoßdämpfers das Austreten eines pneumatischen Arbeitsfluids in
die Arbeitskammer erfolgreich verhindern kann.
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Erfindungsgemäß wird ein Stoßdämpfer geschaffen, der umfaßt:
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eine Zylinderbaugruppe, die eine Arbeitskammer begrenzt, die
mit einem hydraulischen Arbeitsfluid gefüllt ist, sowie eine
Fluidbehälterkammer, die mit dem hydraulischen Arbeitsfluid
und einem pneumatischen Arbeitsfluid gefüllt ist;
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einen Kolben, der in der Arbeitskammer angeordnet ist und
mit einer Kolbenstange verbunden ist;
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einen Verbindungsweg, der die Arbeitskammer und die
Fluidbehälterkammer verbindet und Fluidverbindung zwischen selbigen
herstellt; und
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eine Sperr- und Drosselbaugruppe, die in dem Verbindungsweg
angeordnet ist und wahlweise Fluidverbindung zwischen der
Arbeitskammer und der Fluidbehälterkammer herstellt und
absperrt, wobei die Sperr- und Drosselbaugruppe eine
Sperreinrichtung und eine Drosseleinrichtung enthält, die
hintereinander angeordnet sind, wobei die Drosseleinrichtung während
einer Kolbenaufwärtsbewegung in die Fluidbehälterkammer
gerichteten Strom von pneumatischem und hydraulischem Fluid
ermöglicht und den Strom des pneumatischen und hydraulischen
Fluids drosselt, wobei die Drosseleinrichtung einen
Dichtungsring mit einem Innenumfang enthält, wobei die
allgemeine
Fläche des Innenumfangs in abdichtendem Kontakt mit
dem Außenumfang der Kolbenstange gehalten wird, und die
Sperreinrichtung eine elastische Dichtung enthält, die
während einer Kolbenabwärtsbewegung Fluidverbindung zwischen
der Fluidbehälterkammer und der Arbeitskammer absperrt und
während der Kolbenaufwärtsbewegung Strom von pneumatischem
und hydraulischem Fluid ermöglicht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtungsring eine Öffnung hat, die eine axial
verlaufende Nut umfaßt, die am Innenumfang des Dichtungsrings
ausgeformt ist, wobei die Öffnung gedrosselten Strom von
pneumatischem und hydraulischem Fluid zwischen dem
Außenumfang der Kolbenstange und dem Innenumfang des Dichtungsrings
ermöglicht.
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Vorteilhafterweise umfaßt die Sperr- und Drosselbaugruppe
des weiteren einen Halter, der eine ringförmige Nut
begrenzt, in der sich der Dichtungsring befindet.
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Vorteilhafterweise ist die elastische Dichtung elastisch mit
einem Innenumfang des Verbindungsweges in Kontakt, wobei die
elastische Dichtung so konstruiert ist, daß der Druck in der
Arbeitskammer auf die elastische Dichtung in einer Richtung
ausgeübt wird, in der der Dichtungskontakt zwischen der
elastischen Dichtung und dein Innenumfang des Verbindungsweges
gelöst wird, und der Druck in der Fluidbehälterkammer auf
die elastische Dichtung in einer Richtung ausgeübt wird, in
der die elastische Dichtung an den Innenumfang des
Verbindungsweges gedrückt wird.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der untenstehenden,
ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen der
bevorzugten Ausführung der Erfindung besser verständlich,
die jedoch nicht als die Erfindung auf die spezielle
Ausführung beschränkend verstanden werden sollten, sondern
lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dienen.
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Bei den Zeichnungen sind:
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Fig. 1 ein Schnitt durch die erste Ausführung eines
Hauptteils eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers;
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Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines
Dichtungselementes, und
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Fig. 3 ein Schnitt durch die zweite Ausführung eines
Hauptteils eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers.
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Wie aus den Zeichnungen und insbesondere aus Fig. 1 zu
ersehen ist, weist die erste Ausführung eines erfindungsgemäßen
Stoßdämpfers einen inneren und einen äußeren Zylinder 10 und
12 auf, die koaxial angeordnet sind. Der innere Zylinder 10
begrenzt einen Innenraum 14 in selbigem, der mit einem
hydraulischen Arbeitsfluid gefüllt ist. Der Innenraum 14 des
inneren Zylinders 10 dient als Arbeitskammer. Eine
ringförmige Kammer 16 wird von dem inneren und dem äußeren Zylinder
10 und 12 begrenzt. Die ringförmige Kammer 16 ist mit einem
hydraulischen Fluid und einem pneumatischen Fluid gefüllt
und dient als Behälterkammer. Ein Kolben 18 ist verschiebbar
und abdichtend in der Arbeitskammer 14 angeordnet und
unterteilt die Arbeitskammer in eine obere Arbeitskammer 20 und
eine untere Arbeitskammer 22. Der Kolben 18 ist fest am
unteren Endabschnitt einer Kolbenstange 24 angebracht. Bei der
dargestellten Konstruktion ist die Kolbenstange 24 mit einer
axial verlaufenden, mit Gewinde versehenen Öffnung 26
versehen, die eine Befestigungsschraube 28 aufnimmt. Die
Kolbenstange erstreckt sich von dem inneren und dem äußeren
Zylinder 10 und 12 aus durch die oberen Enden derselben. Zur
Lagerung der Kolbenstange 18 ist ein oberer Verschlußstopfen
30, der als Kolbenstangenführung dient, auf die oberen Enden
des inneren und des äußeren Zylinders 10 und 12 aufgepaßt.
Der obere Verschlußstopfen 30 hat einen oberen Abschnit 32
mit größerem Durchmesser, der dichtend mit dem Innenumfang
des oberen Endabschnitts des äußeren Zylinders 12 in Kontakt
ist. Der obere Verschlußstopfen 30 hat des weiteren einen
unteren Abschnitt 34 mit kleinerem Durchmesser, der dichtend
mit dem oberen Ende des inneren Zylinders 10 in Kontakt ist.
Eine sich nach oben öffnende Aussparung 36 ist im oberen
Verschlußstopfen 30 ausgeformt. Die Aussparung 36 umfaßt
einen oberen Abschnitt 38 mit größerem Durchmesser und einen
unteren Abschnitt 40 mit kleinerem Durchmesser. Der obere
Verschlußstopfen 30 ist mit einer Nut 42 versehen, die ein
Ende aufweist, das sich zu dem Abschnitt 38 der Aussparung
36 mit größerem Durchmesser öffnet, und deren anderes Ende
sich zu der Behälterkammer 16 hin öffnet. Diese Nut 42
bildet einen Verbindungsweg 44 zur Fluidverbindung zwischen der
Behälterkammer 16 und der Aussparung 36.
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Der Stoßdämpfer hat eine Sperr- und Dichtungsbaugruppe, die
eine Sperreinrichtung und eine Drosseleinrichtung enthält,
die hintereinander angeordnet sind. Eine Dichtungsbaugrupe
46 befindet sich oberhalb des oberen Verschlußstopfens 30
und bildet einen flüssigkeitsdichten und gasdichten
Verschluß am Außenumfang der Kolbenstange 24. Die
Dichtungsbaugruppe 46 umfaßt ein ringförmiges, starres
Verstärkungselement 48 sowie eine elastische Dichtung 50. Die elastische
Dichtung 50 weist einen Abschnitt 52 auf, der auf die obere
Ebene des ringförmigen, starren Elementes 48 aufgepaßt ist,
einen inneren Lippenabschnitt 54, der dichtend mit der
Kolbenstange 24 in Kontakt ist, sowie eine äußere Lippe 56, die
mit dem Wandabschnitt 58 in Kontakt ist, der den Abschnitt
38 der Aussparung 36 mit größerem Durchmesser begrenzt. Die
äußere Lippe 56 dient als Rückschlaglippe, die Fluidstrom
aus der oberen Arbeitskammer 20 in den Fluidbehälter 16
ermöglicht und Fluidstrom in der umgekehrten Richtung
verhindert. Bei der dargestellten Konstruktion befindet sich, wie
aus Fig. 1 zu ersehen ist, der Punkt, an dem die äußere
Lippe 56 mit dem Wandabschnitt 58 in Kontakt ist, in bezug
auf das offene Ende des Verbindungsweges in einer geringeren
Höhe, so daß der durch die Fluidbehälterkammer 16
übertragene Druck dazu dienen kann, die äußere Lippe 56 auf den
Wandabschnitt 58 zu drücken und so den Dichtungskontakt
zwischen selbigen zu verbessern. Auf der anderen Seite wird die
innere Lippe 54 durch einen Federring 60 in Richtung der
Kolbenstange gedrückt. Die elastische Dichtung 50 besteht
aus einem Gummimaterial und ist auf das starre
Verstärkungselement 58 vulkanisiert.
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Ein Dichtungsaufnahmeelement oder Halter 62 ist in der
Aussparung 36 angeordnet. Das Dichtungsaufnahmeelement 62 weist
einen unteren Teil auf, der mit dem unteren Abschnitt 40 mit
kleinerem Durchmesser der Aussparung in Kontakt ist, und
erstreckt sich nach oben in Kontakt mit der elastischen
Dichtung 50 am oberen Rand an einer Stelle zwischen der inneren
und der äußeren Lippe 54 und 56. Eine Vielzahl von
Ausschnitten 64 sind im oberen Rand des
Dichtungsaufnahmeelmentes 62 ausgebildet und erzeugen einen Durchgangsweg, für das
Fluid, das zwischen der oberen Arbeitskammer 20 und der
Fluidbehälterkammer 16 strömt. Eine ringförmige Nut 66 ist
am Innenumfang des unteren Abschnittes des
Dichtungsaufnahmelementes 62 ausgebildet. Ein Dichtungsring 68 befindet
sich in der ringförmigen Nut 66.
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Der Dichtungsring 68 hat, wie in Fig. 2 dargestellt, einen
Innendurchmesser, der im wesentlichen dem Außendurchmesser
der Kolbenstange 24 entspricht, so daß ein abdichtender und
gleitender Kontakt mit selbiger hergestellt wird. Der
Dichtungsring 68 ist mit einer Vielzahl von axial verlaufenden
Nuten 70 versehen. Darüber hinaus hat eine Lagerhülse 72
einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der
Außendurchmesser der Kolbenstange 24, und erzeugt so einen
ringförmigen Zwischenraum zwischen selbigen (obwohl der
Zwischenraum in Fig. 1 nicht deutlich dargestellt ist). Daher
steht ein Zwischenraum 74, der von dem
Dichtungsaufnahmeelement 62 und der Dichtungsbaugruppe 46 begrenzt wird, und der
über den Verbindungsweg 44 und den Durchgangsweg 64 mit der
Fluidbehälterkammer 16 in Verbindung steht, über die Nuten
70 des Dichtungsrings 68 und den Abstand, der zwischen der
Lagerhülse und der Kolbenstange 24 besteht, mit der oberen
Arbeitskammer 20 in Verbindung.
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Der Kolben 18 ist mit einem Aufwärtsbewegungs-Verbindungsweg
76 und einem Abwärtsbewegungs-Verbindungsweg 78 verbunden.
Das untere Ende des Aufwärtsbewegungsweges 76 ist durch ein
Blattfederventil (leaf spring valve) 82 verschlossen, das
Fluß des Arbeitsfluids aus der oberen Arbeitskammer 20 in
die untere Arbeitskammer 22 bei der Kolbenaufwärtsbewegung
ermöglicht und Fluidfluß in der umgekehrten Richtung
versperrt. Das obere Ende des Abwärtsbewegungs-Verbindungsweges
78 ist durch ein Blattfederventil 80 verschlossen, das
während der Kolbenabwärtsbewegung Fluidfluß aus der unteren
Arbeitskammer 22 in die obere Arbeitskammer 20 ermöglicht, und
Fluidfluß in der umgekehrten Richtung versperrt. Durch die
durch die Verbindungswege 76 und 78 geschaffene Drosselung
wird Widerstand gegen die Verschiebung 18 als Dämpfungskraft
erzeugt. Diese Dämpfungskraft dient dazu, die Bewegung der
Fahrzeugkarosserie und eines Aufhängungselementes
gegeneinander zu beschränken, wie es in den
Kraftfahrzeugaufhängungssystem eingesetzt wird.
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Bei der Kolbenaufwärtsbewegung nimmt der Fluiddruck in der
oberen Arbeitskammer 20 entsprechend der Aufwärtsbewegung
des Kolbens 18 zu. Dadurch strömt Fluid aus der oberen
Arbeitskammer 20 über den Zwischenraum zwischen der Lagerhülse
72, die Nuten 70 des Dichtungselementes 68, den Zwischenraum
74, die Durchgangsöffnung 64 und den Verbindungsweg 44 in
die Fluidbehälterkammer 16. Die Nuten 70 in dem
Dichtungselement 68 dienen als Drosselöffnungen für das Fluid, das
aus der oberen Arbeitskammer 20 in den Fluidbehälter 16
strömt, und begrenzen den Fluidstrom durch selbige, wodurch
eine Dämpfungskraft erzeugt wird.
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Auf der anderen Seite nimmt der Druck in der oberen
Arbeitskammer bei der Kolbenabwärtsbewegung durch Volumenausdehnung
ab. Das Fluid in der unteren Arbeitskammer 22 wird
zusammengedrückt
und strömt über den Abwärtsbewegungs-Verbindungsweg
78 in beschränkter Menge in die obere Arbeitskammer 20. Der
Fluiddruck in der unteren Arbeitskammer 22 wird auch auf das
Hydraulikfluid in der Fluidbehälterkammer übertragen und
drückt das pneumatische Fluid zusammen. Daher nimmt der
pneumatische Druck im oberen Abschnitt des Fluidbehälters
zu. Dies verursacht Gasstrom aus der Fluidbehälterkammer 16
über den Verbindungsweg 44. Jedoch dient der von der
Fluidbehälterkammer 16 übertragene Druck dazu, das Aufdrücken der
äußeren Lippe 56 auf den Wandabschnit 58 zu verstärken, um
so einen gasdichten Verschluß zwischen selbigen
herzustellen. Daher tritt das pneumatische Fluid in der
Fluidbehälterkammer 16 nie in die obere Arbeitskammer aus.
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Fig. 3 zeigt die zweite Ausführung des erfindungsgemäßen
Stoßdämpfers. Bei der folgenden Erläuterung der zweiten
Ausführung werden die Bauteile, die der vorangehenden ersten
Ausführung entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen
dargestellt.
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Bei dieser Ausführung hat das Dichtungsaufnahmegehäuse 90
die gegenüber der in der vorangegangenen Ausführung
offenbarten abgewandelte Form. Bei dieser Ausführung ist ein
Dichtungsaufnahmegehäuse oder Halter 90 als Einheit mit
einem Flanschabschnitt 92 ausgebildet, der eine Fläche 94
aufweist, die mit der äußeren Lippe 56 in Kontakt ist, so
daß sie als der Wandabschnitt wirkt, der mit der äußeren
Lippe zusammenwirkt und den gasdichten Verschluß erzeugt.
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Bei diesem Aufbau läßt sich im wesentlichen die gleiche
Wirkung wie bei der vorangegangenen ersten Ausführung
erreichen.