DE3907531C2 - Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Wenn das Rad, dem ein Schwingungsdämpfer zugeordnet ist, in eine Vertiefung in der Straßenoberfläche wie z. B. ein Schlag­ loch fährt, hebt sich der Kolben im Schwingungsdämpfergehäuse bis zu einem Punkt, wo der Kolben die Stangenführung berührt. Da sich die Dämpfungskennlinie des Schwingungsdämpfers oft nicht ändert, wenn sich der Kolben der Stangenführung nähert, schlägt der Kolben häufig mit vergleichsweise hoher Geschwin­ digkeit gegen die Stangenführung. Dieser Aufschlag des Kol­ bens bezüglich der Stangenführung mit hoher Geschwindigkeit hat häufig zwei beeinträchtigende Wirkungen bezüglich des Fahrzeugverhaltens. Erstens verursacht das Anschlagen des Kolbens an der Stangenführung häufig einen Stoß, den die In­ sassen spüren, wenn Kolben und Stangenführung aufeinander­ treffen. Zweitens erhöht das Anschlagen des Kolbens an der Stangenführung die Gefahr einer Kolbenbeschädigung, was den Austausch des Schwingungsdämpfers erforderlich macht.

Aus diesem Grund ist bei dem Schwingungsdämpfer nach der DE- AS 14 30 494, von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausge­ gangen wird, eine Einrichtung zum hydraulischen Begrenzen bzw. Abbremsen des Ein- und Ausfahrhubes des Kolbens vorgese­ hen. Diese Einrichtung besteht aus einer Bremsringscheibe, die normalerweise in bestimmtem Abstand vom oberen und unte­ ren Ende des Arbeitszylinders durch eine Schraubenfeder frei­ tragend gehalten wird. Bei Auftreffen des Kolbens auf die Bremsringscheibe werden die Drosselöffnungen des Kolbens ganz oder teilweise verschlossen, wodurch eine entsprechende Bremswirkung auf den Kolben ausgeübt wird. Da allerdings bei Auftreffen des Kolbens auf der Bremsringscheibe die Dros­ selöffnungen im Kolben mit einem Schlag abgedeckt werden, setzt diese Bremswirkung gewissermaßen stoßweise ein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so weiterzubilden, daß der Kolben bei größe­ ren Hüben zusätzlich abgebremst wird, wobei die zu diesem Zweck auf den Kolben ausgeübten Dämpfungskräfte mit zunehmen­ der Kolbenverschiebung größer werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Schwingungsdämpfer setzt die zusätzliche Bremswirkung nicht schlagartig ein. Vielmehr ist die Bewegung des in die Ringnut eingelegten Dichtringes und damit die Drosselung des im Ringkörper vorge­ sehenen Strömungskanals vom Durchmesser des sich verjüngenden Abschnittes des Arbeitszylinders abhängig. Je nach der Form des sich verjüngenden Abschnittes des Arbeitszylinders wird der Strömungskanal des Ringkörpers bei einer entsprechenden Kolbenbewegung zunehmend verschlossen, so daß die auf den Kolben ausgeübten Dämpfungs- bzw. Bremskräfte allmählich grö­ ßer werden. Somit wird eine schlagartige Abbremsung des Kol­ bens vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen definiert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrie­ ben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit dem Schwin­ gungsdämpfer gemäß einer bevorzugten Ausführungs­ form,

Fig. 2 eine verkleinerte, teilweise weggebrochene Seiten­ ansicht eines Schwingungsdämpfers mit der bevorzug­ ten Ausführungsform der Steuereinrichtung,

Fig. 3 einen vergrößerten Aufriß eines Schwingungsdämpfers mit der Steuereinrichtung von Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Steuereinrichtung entlang der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Steuereinrichtung entlang der Linie 5-5 in Fig. 4, wobei sich die Einrichtung im oberen Abschnitt der Arbeitskammer befindet,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Steuereinrichtung gemäß Fig. 5, wobei sich die Einrichtung nahe dem unteren Ab­ schnitt der Arbeitskammer befindet,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den geteilten Ring von Fig. 6,

Fig. 8 eine Seitenansicht des geteilten Rings entlang der Linie 8-8 in Fig. 7,

Fig. 9 einen vergrößerten Aufriß eines Schwingungsdämpfers mit einer Steuereinrichtung nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 10 eine Ansicht der Steuereinrichtung von Fig. 9,

Fig. 11 eine Seitenansicht des Ringkörpers von Fig. 10 ent­ lang der Linie 11-11,

Fig. 12 eine Draufsicht auf den geteilten Ring von Fig. 9 und

Fig. 13 eine Seitenansicht des geteilten Rings von Fig. 12 entlang der Linie 13-13.

Fig. 1 zeigt vier Schwingungs- oder landläufig Stoßdämpfer 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Stoßdämpfer 10 sind in betriebsmäßiger Zuordnung in einer schematischen Darstellung eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs 12 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 12 weist eine Hinterrad-Aufhän­ gung 14 mit einer quer verlaufenden Hinterachsanordnung (nicht gezeigt) auf, die die Hinterräder 16 trägt. Die Hin­ terachsanordnung ist betriebsmäßig mit dem Kraftfahrzeug 12 mittels zweier weiterer Stoßdämpfer 10 und den Schraubenfe­ dern 18 verbunden. Eine Vorderrad-Aufhängung 20 des Kraft­ fahrzeugs 12 weist eine quer verlaufende Vorderachsanordnung (nicht gezeigt) auf, die die Vorderräder 22 trägt. Die Vor­ derachsanordnung ist betriebsmäßig mit dem Kraftfahrzeug 12 mittels zweier weiterer Stoßdämpfer 10 und den Schraubenfe­ dern 24 verbunden. Die Stoßdämpfer 10 dienen dazu, die Rela­ tivbewegung der ungefederten Teile (d. h. die Vorderrad- und Hinterradaufhängungen 14 und 20) und der gefederten Teile (d. h. die Karosserie 26) des Kraftfahrzeugs 12 zu dämpfen. Das dargestellte Kraft­ fahrzeug 12 ist ein Personenwagen; der Stoßdämpfer 10 ist jedoch auch bei anderen Kraftfahrzeugen wie z. B. Schneefahrzeugen, Flugzeugen und Dämpfungsvorrichtungen im allgemeinen einsetzbar. Der Ausdruck "Stoßdämpfer" bezieht sich auf Stoßdämpfer im allgemeinen Sinn und enthält Mac-Pherson-Federbeine.

Fig. 2 und 3 zeigen den Stoßdämpfer 10 gemäß der be­ vorzugten Ausführungsform. Der Stoßdämpfer 10 weist einen länglichen Druckzylinder 30 auf, der eine Dämpfungsmittel enthaltende Arbeitskammer 32 bildet. Der Druckzylinder 30 hat einen geraden zylindrischen Abschnitt 34 und einen axial verlaufenden, sich nach innen verjüngenden Abschnitt 36. In der Arbeitskammer 32 ist ein hin- und hergehender Kolben 38 angeordnet. Der Kolben 38 ist an einem Ende eines axial verlaufenden Kolbenschafts 40 befestigt, der wiederum an einer axial verlaufenden Kolbenstange 42 befestigt ist.

Der Kolben 38 weist ein Gehäuse 44 mit mehreren Stegen 46 auf, die an der ringförmigen Außenseite des Kolben­ gehäuses 44 angeordnet sind. Die Stege 46 dienen dazu, eine ringförmige Teflon-Hülse 48 zu sichern, die zwischen den Stegen 46 des Kolbengehäuses 44 und dem Druck­ zylinder 30 angeordnet ist. Die Hülse 48 gestattet eine Bewegung des Kolbens 38 bezüglich des Druckzylinders 30, ohne daß unerwünschte Reibungskräfte erzeugt werden.

Eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 38 ist durch einen radial verlaufenden Stufenabschnitt 50 des Kolben­ schafts 40 begrenzt. Eine Abwärtsbewegung des Kolbens 38 ist durch eine Gewindenut 52 oder ein ähnliches Be­ festigungsmittel begrenzt, das auf den unteren Abschnitt 54 des Kolbenschafts 40 aufgeschraubt ist.

Eine Schraubenfeder 56 ist konzentrisch zur Nut 52 ange­ ordnet und an ihrem unteren Ende durch einen radial nach au­ ßen verlaufenden Flansch 58 am unteren Ende der Nut 52 abge­ stützt. Das obere Ende der Feder drückt gegen einen Federhal­ ter 60, der wiederum auf die Unterseite des Gehäuses 44 wirkt, wodurch der Kolben nachgiebig nach oben gedrückt wird. Der Kolben 38 weist eine Ventilscheibe 62 auf, durch die die Dämpfungsmittelströmung zwischen dem ersten und zweiten Ab­ schnitt der Arbeitskammer 32 gesteuert wird. Der Kolben 38 wurde in allgemeinen Worten beschrieben, da die Erfindung bei vielfältigsten Kolbenformen anwendbar ist. Ein derartiger Kolben ist in der US 4,113,072 offenbart.

Der Stoßdämpfer 10 enthält ein Grundventil (nicht ge­ zeigt), das im unteren Ende des Druckzylinders 30 vorgesehen ist und die Dämpfungsmittelströmung zwischen der Arbeitskam­ mer 32 und einem ringförmigen Strömungsmittelspeicher 64 steuert. Der Strömungsmittelspeicher 64 ist der Raum zwischen dem Außenumfang des Zylinders 30 und dem Innenumfang eines Speicherzylinders 66, der im wesentlichen um die Außenseite des Druckzylinders 30 herum angeordnet ist. Aufbau und Ar­ beitsweise des Grundventils sind in der US 3 771 626 be­ schrieben.

Das untere Ende des Stoßdämpfers 10 ist mit einem im we­ sentlichen topfförmigen Endverschluß 68 versehen, während das obere Ende des Stoßdämpfers 10 einen im wesentlichen topfför­ migen Endverschluß 70 aufweist. Ein geeigneter Endanschluß 72 ist am unteren Ende des unteren Verschlusses 68 befestigt, um den Stoßdämpfer 10 zwischen der Karosserie und der Achsanord­ nung des Kraftfahrzeugs 12 in herkömmlicher Weise zu befesti­ gen. Der obere Abschnitt (nicht gezeigt) der Kolbenstange 42 ist in herkömmlicher Weise am Kraftfahrzeug 12 befestigt. Eine Stangenführung 74 ist am oberen Ende des Zylinders 30 innerhalb des oberen Endverschlusses 70 angeordnet. Die Stangenführung 74 gestattet eine im wesentlichen axiale Verschiebung der Kolbenstange 42 innerhalb des Druckzylinders 30.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Steuereinrichtung 76 zum Steuern der Verschiebung des Kolbens 38 einen Ringkörper 78, der koaxial auf der Kolbenstange 42 angeordnet ist. Der Ringkörper 78 enthält mehrere axial verlaufende Strömungskanäle 80, die zwischen der inneren radialen Fläche 82 des Ringkörpers 78 und der radial äußeren Fläche 84 des Ringkörpers 78 angeordnet sind. Die Strömungskanäle 80 werden zum Teil gebildet durch eine radial innere Fläche 88, die zwischen der radial inneren Fläche 82 und der radial äußeren Fläche 84 des Ringkörpers 78 angeordnet ist, sowie der radial äußeren Fläche 90 der Strömungskanäle 80, die eben­ falls zwischen der radial inneren Fläche 82 und der radial äußeren Fläche 84 des Ringkörpers 78 angeordnet ist. Wenn die Strömungskanäle 80 nicht durch den nach­ folgend beschriebenen geteilten Ring gesperrt sind, gestatten die Strömungskanäle 80 eine Dämpfungsmittel­ strömung zwischen dem Bereich der Arbeitskammer 32 oberhalb des Ringkörpers 78 und dem Abschnitt der Arbeitskammer 32 zwischen dem Ringkörper 78 und dem Kolben 38.

Der Ringkörper 79 enthält eine Nut 92 zur Aufnahme des nachfolgend beschriebenen geteilten Rings. Die Nut 92 verläuft im Umfangsrichtung um die radial äußere Fläche des Ringkörpers 78. Die Nut 92 verläuft auch durch die radial äußere Fläche 90 der Strömungs­ kanäle 80 sowie durch die radial innere Fläche 88 der Strömungskanäle 80, um einen Umfangsringsitz 94 zu bilden.

Die Einrichtung 76 enthält einen geteilten Ring 96, um die Strömungskanäle 80 in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ringkörpers 78 zu schließen. Der geteilte Ring 76 ist in die Nut 92 einsetzbar und enthält Endabschnitte 98, die durch einen Zwischen­ raum getrennt sind. Befindet sich der Ringkörper 78 nahe dem Boden des Zylinders 66, verläuft der geteilte Ring 96 radial von der Nut 92 zum Zylinder 30 in solchem Maße, daß der Ring 96 die Dämpfungsmittelströmung durch die Strömungskanäle 80 nicht behindert (Fig. 6). Befindet sich der Ringkörper 78 neben der Stangenführung 74 im nach innen verjüngten Abschnitt 36 des Zylinders 30, bewegt sich der geteilte Ring 96 aufgrund des verringerten Innendurchmessers des verjüngten Abschnitt 36 nach innen. Durch die Bewegung des geteilten Rings 96 nach innen wird die Dämpfungsmittelströmung durch die Strömungs­ kanäle 80 behindert. Je weiter oben im verjüngten Abschnitt 36 der Ringkörper 78 angeordnet ist, desto weiter innen befindet sich der geteilte Ring 96, wodurch die Dämpfungsmittelströmung durch die Strömungs­ kanäle 80 behindert wird, um eine Dämpfungsmittel­ strömung durch die Strömungskanäle 80 zu verhindern.

Im Betrieb verursachen vergleichsweise geringe Ausfahr­ bewegungen der Kolbenstange 42 keine ausreichende Verschiebung des geteilten Rings 96 innerhalb der Nut 92, um die Strömungskanäle 80 durch den geteilten Ring 96 zu blockieren. Somit ist die Strömung zwischen dem oberen und unteren Abschnitt der Arbeitskammer 32 allein durch den Kolben 38 begrenzt. Während vergleichsweise großen Ausfahrbewegungen der Kolben­ stange 42 bewegt sich der Ringkörper 78 in den verjüngten Abschnitt 36 des Zylinders 30, in dem der Durchmesser des Zylinders abnimmt. Wenn sich der Ringkörper 78 nach oben in den Bereich des verjüngten Abschnitts 36 mit zunehmend kleinerem Durchmesser bewegt, bewegt sich der geteilte Ring 96 in der Nut 92 weiter radial nach innen. Dabei beginnt der geteilte Ring 96 die Dämpfungsmittelströmung durch die Strömungskanäle 80 zu behindern. Befindet sich der Ringkörper 78 im Bereich des Zylinders 30, so daß der geteilte Ring 96 so weit verschoben ist, daß er die Dämpfungsmittel­ strömung durch die Strömungskanäle 80 blockiert, wird eine weitere Bewegung der Kolbenstange 42 so weit begrenzt wie es die Kompression des Dämpfungsmittels zwischen dem Ringkörper 78 und der Strangenführung 74 zuläßt.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 9-13 enthält die Steuer­ einrichtung 176 zum Steuern der Verschiebung des Kolbens 138 einen Ringkörper 178, der koaxial auf der Kolbenstange 142 angeordnet ist. Der Ringkörper 178 enthält mehrere axial verlaufende Strömungskanäle 180, die zwischen der inneren radialen Fläche 182 des Ringkörpers 178 und der radial äußeren Fläche 184 des Ringkörpers 178 angeordnet ist. Die Strömungskanäle 180 werden zum Teil gebildet durch eine radial innere Fläche 188, die zwischen der radial inneren Fläche 182 und der radial äußeren Fläche 184 des Ringkörpers 178 angeordnet ist, sowie der radial äußeren Fläche 190 der Strömungskanäle 180, die ebenfalls zwischen der radial inneren Fläche 182 und der radial äußeren Fläche 184 des Ringkörpers 178 angeordnet ist. Sind die Strömungskanäle 180 nicht durch den oben beschrie­ benen geteilten Ring behindert, kann Dämpfungsmittel durch die Strömungskanäle 180 zwischen dem Abschnitt der Arbeitskammer 132 oberhalb des Ringkörpers 178 und dem Abschnitt der Arbeitskammer 132 zwischen dem Ringkörper 178 und dem Kolben 138 fließen.

Der Ringkörper 178 enthält eine Nut 192 zur Aufnahme des nachfolgend beschriebenen geteilten Rings. Die Nut 192 verläuft in Umfangsrichtung um die radial äußere Fläche des Ringkörpers 178. Die Nut 192 verläuft weiters durch die radial äußere Fläche 190 der Strömungskanäle 180 sowie durch die radial innere Fläche 188 der Strömungskanäle 180, um einen Umfangsringsitz 94 zu bilden. Zusätzlich greift die Nut 192 in einen vergrößerten Bereich 193 des Strömungskanals 180, wodurch kleine Fehlausrichtungen der Strömungskanäle 180 mit dem nachfolgend beschriebenen Ringkanal des geteilten Rings 196 ausgleichbar sind.

Die Einrichtung enthält einen geteilten Ring 196, um die Strömungskanäle 180 in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ringkörpers 178 zu schließen. Der geteilte Ring 196 ist in die Nut 192 einsetzbar und enthält Endabschnitte 198, die durch einen Zwischen­ raum getrennt sind. Der geteilte Ring 196 enthält einen Ringkanal 200, der in Strömungsverbindung mit den Strömungskanälen 180 im Ringkörper 178 steht, wenn der geteilte Ring 196 im Umfangsringsitz 194 ruht. Der geteilte Ring 196 wirkt mit einem schräg nach außen verlaufenden Abschnitt 136 des Zylinders 130 zusammen, der zwischen einem einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 204 des Zylinders 130 sowie einem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 206 des Zylinders 130 angeordnet ist. Befindet sich der Ringkörper 178 nahe dem Abschnitt 206 des Zylinders 130, sitzt der geteilte Ring 196 auf dem Umfangsringsitz 194, so daß der Strömungskanal 200 im geteilten Ring 196 in Strömungsverbindung mit den Strömungskanälen 180 im Ringkörper 178 steht. Die Einrichtung 176 begrenzt somit die Bewegung des Kolbens 130 nicht.

Bewegt sich der Ringkörper 178 nach oben in den schräg nach außen verlaufenden Abschnitt 136 des Zylinders 130 und liegt somit nahe dem Abschnitt 204, besteht keine Strömungsverbindung zwischen den Strömungskanälen 180 im Ringkörper 178 und dem Ringkanal 200 des geteilten Rings 196, so daß die Dämpfungsmittelströmung durch die Strömungskanäle 180 behindert ist. Da somit kein Dämpfungsmittel durch die Strömungskanäle fließen kann, begrenzt die Einrichtung 176 die Bewegung des Kolbens 138.

Die Erfindung kann bei anderen Arten von Grundventilen, Kolben sowie Stoßdämpfern wie z. B. Einzylinder- und Off-Unit-Einzylinder-Speicherkammern. Die Durchtritts­ größe und -form kann variieren, und der geteilte Ring und Ringkörper können verschiedene Größen haben, um verschiedene Drosselkennlinien zu erhalten.

Claims (5)

1. Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug mit:
einem Arbeitszylinder (30),
einem in dem Arbeitszylinder (30) gleitenden Kolben (38), der den Arbeits­ zylinder (30) in zwei Arbeitskammern unterteilt, und
einer am Kolben (38) befestigten Kolbenstange (42), die sich an einem Ende des Arbeitszylinders (30) nach außen erstreckt und eine Längsbewegung relativ zum Arbeitszylinder (30) ausführt,
wobei in den Endlagen die Kolbenbewegung auf hydraulischem Wege abge­ dämpft wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Kolbenstange (42) ein Ringkörper (76; 178) angeordnet ist, der mindestens einen durch den Ringkörper (76; 178) verlaufenden Strömungskanal (80; 180) sowie an seinem Außenumfang eine den Strömungskanal (80; 180) schneidende Ringnut (92; 192) aufweist, und
in die Ringnut (92; 192) ein Dichtring (96; 196) eingelegt ist, der aufgrund eines sich verjüngenden Abschnittes (36) des Arbeitszylinders (30) aus einer Stel­ lung, bei welcher der Strömungskanal (80; 180) offen ist, in eine Stellung, bei wel­ cher der Strömungskanal (80; 180) geschlossen ist, bewegbar ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (38) mindestens ein Ventil zum Steuern des Durchflusses von Dämp­ fungsmittel zwischen den beiden Arbeitskammern aufweist, wobei der Querschnitt des Strömungskanals (80; 180) im Ringkörper (76; 176) von dem mindestens einen Ventil im Kolben (38) unabhängig ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (196) mindestens einen Strömungskanal (200) aufweist.

4. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (76; 176) mehrere durch den Dichtring (96; 196) gesteuerte Strömungskanäle (80; 180) aufweist.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (196) mehrere Strömungskanäle (200) aufweist.