DE965003C

DE965003C - Hydraulischer Kolbenstossdaempfer

Info

Publication number: DE965003C
Application number: DEB27798A
Authority: DE
Inventors: Lucien Benard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-09-15
Filing date: 1953-10-07
Publication date: 1957-05-29
Also published as: NL94766C; US2792914A; CH311452A; FR66547E; FR1064843A

Description

AUSGEGEBEN AM 29. MAI 1957

B 27798 XII147a

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Kolbenstoßdämpfer, bei welchem ein ringförmiger Öldurchtrittsspalt geringen Querschnitts im Innern des Kolbens zwischen dem Körper des KoI-bens und einem inneren kreisrunden Bund eines axial beweglichen und unter dem Einfluß einander entgegenwirkender Federn stehenden Teils vorge- ■ sehen ist. Es ist ein Flüssigkeitsgesperre für Bremsvorrichtungen bekannt, welches einen ringförmigen Durchtritt parallel zur Achse des Kolbens aufweist, der zwischen einem kreisförmigen Vorsprung der Kolbenwandung und dem Rand eines im Kolben axial verschiebbaren Stückes eine Verengung aufweist, welches Stück unter der Einwirkung entgegengesetzt liegender Pedern steht, die es in der Höhe des Vorsprungs halten sollen, von denen aber eine oder die· andere nachgeben können, um den Querschnitt der Verengung im Falle des Auftretens starker Drücke infolge heftiger Stöße auf die Aufhängung in dem einen oder anderen Bewegungss-inn des Kolbens zu vergrößern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen. Kolbenstoßdämpfer zu schaffen, bei dem eine Verengung von bestimmtem Querschnitt

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mit geringer Länge vorgesehen ist, und zwar- zwischen zwei sich gegenüberliegenden flachen Bunden, die relativ zueinander bewegbar sind.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der KoI-ben einen den Ringspalt außen begrenzenden und in seiner Ruhelage dem Bund des im Kolben verschieblichen Teils gegenüberliegenden und gleiche Stärke wie-, dieser aufweisenden ebenen Innenband aufweist und beide Bunde zwischen, zwei Ring-ίο scheiben liegen, gegen die sich die einander entgegenwirkenden Federn abstützen und die breiter als der Ringspalt sind und Öldurchtrittsöffnunge« aufweisen, die in den Ringspalt münden.

Durch die Anordnung der Ringe wird eine genau bestimmte Gleichgewichtslage des Bundes des verschieblichen Teils erhalten. Diese Lage hängt nicht von den Kräften der Federn ab, so daß die Kraft für jede von diesen entsprechend dem maximalen Druck gewählt werden kann, den jede Feder aufnehmen muß, ehe sie eine Bewegung des verschiefolichen Teils gestattet. Diese Drücke werden vorzugsweise verschieden gewählt, da es sich einerseits um eine Zusammendrückung, andererseits um ein Abprallen der Aufhängung handelt. Die Kanten der beiden Bunde können unter verschiedenen Winkeln abgefast sein. Zweckmäßigerweise ist der eine Bund des Kolbens an der Innenseite eines Zylinderringes angeordnet, der mit der Kolbenstange durch zwei halbkugelige symmeirische und mit großen Öldurchtrittsöffnungen versehene Schalen verbunden ist, die in den Ring eingreifen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, welche eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Kolbenstoßdämpfers sehe matisch veranschaulicht. Es zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt durch die Achse des Stoßdämpferzylinders,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Stoß dämpf erzylinder nach der Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie ΙΠ-ΙΠ der Fig. 1, '

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab Einzelheiten des in Fig. ι gezeigten Stoßdämpferkolbens.

Der Körper des Stoßdämpfers wird, wiejFig. 1 zeigt, durch ein langes, an seinen Enden geschlossenes Rohr ι gebildet.

Das obere Ende des Zylinders ist durch ein mit einer Schulter ausgebildetes Verschlußstück 2 abgeschlossen, das mit seinem mit einem kleineren Durchmesser versehenen Teil in das Rohr eingesetzt ist, während die Schulter in einer Ausdrehung von größerem Durchmesser am Ende· des Rohres auf einem Dichtungsring 3 aufliegt, wobei das Verschluß stück durch, eine Umbördelung 4 des Rohrendes gehalten wird. Mit dem Verschlußstück ist eine mit Gewinde versehene Befestigungsstange 5 fest verbunden, die in eine Gewindebohrung des Verschlußstücks mit ihrem Gewindeansatz 6 eingeschraubt ist, dessen Ende bei 7 gegen die Unterseite, des Verschlußstücks so> umgebördelt ist, daß eine Dichtung gewährleistet ist.

Das entgegengesetzte oder untere Ende des Zylinders, durch das sich die Stange 8 des Kolbens erstreckt, ist auf folgende Weise abgeschlossen. In einem gewissen Abstand vom Ende des Zylinders sind Einschnürungen vorgesehen, die Innenvorsprüngeo bilden, welche zur Abstützung eines kappenförmigen Metallrings 10 dienen, der die Verschluß- und Dichtungsteile des Zylinders hält: und öldurchtrittsbohrungen 11 aufweist. Gegen diesen Ring liegt ein eine Dichtung 12 bildender dicker Gummiring an, dessen Innendurchmesser im nicht eingebautem Zustand kleiner ist als der Durchmesser der Stange 8 und der durch die Anlage an der Stange 8 zur Innenseite des kappenförmigen Rings hin verformt ist, so daß er einen Bund 13 bildet, der mit Reibung auf der Stange 8 aufliegt und gegen diese durch den Öldruck angepreßt wird, der durch die Bohrungen 11 des Ringes 10 wirksam werden kann. Der Gummiring 12 wird an seinem Umfang gegen den kappenförmigen Metallring 10 durch ein ringförmiges mit Schulter ausgebildetes Verschluß stück 14 gedrückt, das in ähnlicher Weise wie das obere Verschlußstück des Zylinders eingesetzt ist und durch «ine Umbördelung 15 des Zylinderrandes auf eine zwischengeschaltete Ringscheibe 16 aus Metall gehalten wird. Diese Ringscheibe 16 hält in einer ringförmigen Aussparung auf der Außenseite des Verschlußstückes einen Gummiring 17, welcher mit einem Bund 18 ausgebildet ist, der sich, durch die zwischengeschaltete Ringscheibe 16 erstreckt und mit Reibung an der Stange 8 anliegt und dabei als Abstreifring dient.

Die Länge des Zylinders ist in zwei Kammern unterteilt, und zwar in eine untere Kammer 19, die den eigentlichen Zylinder bildet, und in eine obere Kammer 20, die als Ausgleichskammer für die durch das mehr oder weniger tiefe Eindringen der Stange 8 in den Zylinder bedingten Volumenänderungen dient. Diese beiden. Kammern sind voneinander durch eine Zwischenwand getrennt, die durch, eine mit Bohrungen 2,2 versehene Ringscheibe 21 gebildet wird, welche gegen den Umfang einer Ringscheibe 23 mit konischen, Flächen und einem aufgebogenen. Rand 24 anliegt. Beide Ringscheiben haben einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Rohres 1 entspricht, und werden j zwischen zwei Reihen von Innenvorsprünge· 25 und 26 bildenden Einschnürungen gehalten. Die die Zwischenwand bildende Ringscheibe 21, die in ihrer Mitte auf der der Ausgleichskammer zugekehrten Seite ausgehöhlt ist, trägt eine Hülse 27, die sich durch eine Mittelöffnung in der Ringscheibe 21 erstreckt. Das untere Ende der Hülse ist mit zwei Flanschen ausgebildet, zwischen denen der verengte Rand der Mittelöffnung sowie eine dünne, flache, ringförmige Platte 28 ebenfalls mit ihrer Mittelöffnung eingeklemmt ist. Die Platte 28 verschließt normalerweise die Öldurchtrittsbohrun-"en 22 der Zwischenwand 21. Die Hülse 27 trägt ferner in geringem Abstand über der konischen Ringscheibe 23 eine weitere konische Ringscheibe 29. Die konischen Flächen der beiden Ringscheiben

23 und 29 sind zueinander parallel und bilden zusammen einen Umlenkweg für das öl, wobei ein enger Durchtritt 30 am Innenrand der Ringscheibe 23 vorgesehen ist, deren Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Hülse 27, sowie ein weiterer enger Durchtritt 31 am Außenrand der Ringscheibe 29, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des umgebogenen Randes 24 der Ringscheibe 23. Das offene Ende der Hülse 27 ist durch, einen hohlen Stöpsel 32 aus dünnem Blech abgeschlossen, der in die Hülse eingesetzt ist. Dieser Stöpsel wird durch seinen umgeflanschten Rand an· der Öffnung der Hülse gehalten und weist in seiner Mitte, eine öffnung 33 auf, die dem Baden, eines kleinen in der Hülse gleitenden Kolbens 34 gegenüberliegt. Der Kolben 34 wird, gegen den Stöpsel 32 durch eine Feder 35 angedrückt, die sich gegen den Boden der Hülse mittels eines nadeiförmigen Einisatzstückes 36 abstützt, das zur Führung und Hubbegrenzung der Feder 35 dient. In der Höhe des Bodens des Stöpsels 32 weist d'ie Seitenwand der Hülse ÖI-durchtrittsöffnungen 37 auf.

Die beschriebene Anordnung gestattet beim Einwärtshub des Zylinderkolbens, der das Eintreten einer größeren Länge der Stange 8 in. das Innere des Zylinders zur Folge hat, das Hindurchtreten: überschüssigen Öls aus dem eigentlichen Zylinder in die Ausgleichskammer. Da die öffnungen 22 der Zwischenwand 21 durch die Ringplatte 28 verschlossen sind, wird durch im hohlen Stöpsel 32 wirksam werdenden Druck der Kolben 34 entgegen der Wirkung der Feder 35 bewegt, so daß das öl durch die Umlenkkanäle 30, 31 hindurch treten kann. Beim Auswärtshub des Zylinderkolbens wird durch die Druckverminderung der erforderliche Ölrückfluß aus der Ausgleichskammer in den Zylinder durch Saugwirkung durch die Umlenkkanäle und die in der Zwischenwand 21 vorgesehenen Öffnungen 22 durch das federnde Nachgeben der Platte 28 bewirkt, wobei die Öffnungen 37 durch den Kolben verschlossen sind. Die Umlenkung des Ölweges in beiden Fällen hat eine Absonderung der Luft beim Verdrängen des Öls in die Ausgleichskammer zur Folge und verhindert denen Rückströmung in den Zylinder bei der Strömung des Öls in der entgegengesetzten Richtung.

Die Kolbenstange 8, die außerhalb des Zylinders auf einer Schulter eine Scheibe 38 zur Befestigung eines nicht dargestellten Schutzes trägt und die mit einem Gewindeteil 39 für ihre Befestigung an einem der Aufhängeelemente endet, endet an ihrem inneren Ende mit einem Teil 40 von geringerem Durchmesser, auf das der Kolben aufgeschoben ist.

Dieser Kolben ist hohl und wird durch zwei symmetrische Schalen-41 und 42 gebildet, die Öldurchtrittsöffnungen 43 aufweisen, und in ein. ringförmiges Zwischenstück 44 eingesetzt sind, dessen Außen.durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Zylinderbohrung, so daß ein, Betriebsspiel von etwa einem Zehntel Millimeter vorhanden ist. Der abgesetzte Teil 40 der Stange weist an seinem oberen Ende einen Gewindeansatz 45 von verjüngtem Durchmesser auf, wodurch eine Schulter für die Stützscheibe 46 der oberen Schale 42 gebildet wird, die auf den Gewindeansatz 45 aufgeschraubt und durch einen Endflansch 47 gesichert ist.

Das die Schalen 41 und 42 aufnehmende ringförmige als Kolbenring dienende Zwischenstück 44 weist einen flachen Innenbund 48 auf, der den Hohlkörper des Kolbens in zwei Kammern 49 und

50 unterteilt, welche mit dem Zylinder jeweils durch, die öffnungen 43 der Schalen (s. auch Fig. 2) in Verbindung· steht. Auf dem Teil 40 der Kolbenstange ist ein Gleitstück bzw. ein Innenkolben beweglich, der mit einem flachen Bund 51 ausgebildet ist, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Durchmesser der Bohrung des flachen Innenbundes 48, der jedoch die gleiche Dicke hat wie dieser, so* daß hierdurch ein verengter Durchtritts spalt 52 gebildet wird. Der Bund 51 ist auf dem Stangenteil 40 durch zwei mit ihm fest verbundene Hülsen 53. 54 geführt, deren Länge die. mögliche Hubbewegung des Bundes 51 in der einen und der anderen Richtung bestimmt. Auf beiden Seiten, des Bundes

51 liegen zwei Ringscheiben 55, 56 an, die die Hül^seii 53, 54 umgeben, und Öffnungen 57 (s. Fig. 3 und 4) aufweisen, deren Gesamtquerschnitt im dargestellten Falle größer ist als der Querschnitt des verengten Durchtritts 52 in der Höhe des Bundes 51. Diese Ringscheiben 55 und 56 werden gegen die entgegengesetzten Flächen des Bundes 51 durch zwei Stabilisierungsfedern 58 und 59 angedrückt, die sich gegen den Boden der Schalen abstützen,. Das den Bund 51 bildende Gleitstück besteht aus einem Werkstoff, dessen Ausdehnungskoeffizient vorzugsweise größer ist als derjenige des Kolbenrings 44, so daß bei einer Erwärmung der Querschnitt des verengten Durchtritts 52 geringer wird, wodurch ein. Ausgleich für die verringerte Viskositat des Öls geschaffen wird. Das Gleitstück kann beispielsweise aus einer Metallegierung bestehen, die 4^fl/o Aluminium und 96% Zink enthält, während der Kolbenring z. B. aus Flußeisen oder Sintereisen hergestellt sein kann, so daß der Ausdelinungskoeffizient des erstgenannten Werkstoffes zweimal so. groß ist wie der des zweiten. Ausgezeichnete Ergebnisse sind auch mit anderen. Werkstoffen erzielt worden, vor allem mit dem unter der Bezeichnung »Nylon« bekannten Werkstoff.

Es ist vorzuziehen, diie Stabilisierungsfedern 58, 59 verschieden stark zu machen, und zwar die obere Feder 59 stärker als die untere Feder 58. Der verengte ringförmige öldurchtrittsspalt 52 ist in seiner Länge durch Abfasungen des Bundes 48 und u₅ des Bundes 51 begrenzt. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, ist der Innenbund 48 auf beiden Seiten mit Abfasungen, 61 und 62 versehen, während der Bund 51 nur an seiner oberen Kante eine Abfasung 63 hat.

Die Arbeitsweise des Kolbens ist wie folgt: Wenn sich der Kolben im Zylinder bewegt, muß Öl von⁵der einen in die andere der durch den Kolben getrennten Kammern 19, 20 des Zylinders fließen. Für diesen Zweck stehen zwei ringförmige Durchtrittswege zur Verfügung, von denen einer durch die Zylinderwandung und das ringförmige

Zwischenstück 44 begrenzt wird, während der andere zwischen dem Innenbund 48 und dem Bund 51 ist, wobei beide dem Hindurchtreten von öl Widerstände entgegensetzen, die zusammen den Betrag der Dämpfung ausmachen. Das öl tritt aus der durch die Kolbenbewegung kleiner werdenden Kammer, beispielsweise aus der Kammer 20, beim Druck- oder Federungshub des Kolbens in die obere Schale 42 durch die öffnungen 43 ein, strömt durch die Ringscheiben 56, 55 und durch den verengten Durchtritt 52 hindurch und tritt durch die öffnungen 43 der unteren Schale 41 aus.

Solange.der auf die Oberseite des beweglichen Bundes 51 ausgeübte Druck die Kraft der auf die entgegengesetzte Seite wirkenden. Feder 58 nicht übersteigt, bleibt der bewegliche Bund unbeweglich. Der Widerstand gegen den Durchtritt von Öl durch den Kolben hängt dabei nicht nur vom Querschnitt der öffnungen 57 und demjenigen des verao engten Durchtrittsspalts 52 ab, sondern auch von der Länge des Durchtritts zwischen den Abfasungen.

Wenn die Kraft der Feder 58 überschritten wird, bleibt die obere Ringscheibe: 56 unbeweglich, da sie gegen den Innenbund 48 angedrückt wird*, während die untere Ringscheibe der Verdrängungsbewegung des beweglichen Bundes 51 folgt. Die Verschiebung des letzteren hat eine beträchtliche Querschnittsvergrößerung des Durchtritts 52 zur Folge. Diese Verschiebung findet beim Rückfedern:, d. h. beim Zusammendrücken der Feder 59 nach der entgegengesetzten Seite statt. Auf diese Weise wird eine' Begrenzung der Stärke der Bremsung erzielt. Bei starken Stoßen kann der Kolben: infolge des Um-Standes, daß der öldurchtrittsspalt 52 einen größeren Querschnitt hat, eine raschere Bewegung ausführen. Der bewegliche Bund wirkt daher ähnlich wie ein Durchlaßventil.

Da die pbere Feder 59 stärker ist als die untere Feder 58, ist der Druck, bei welchem der Durchlaß stattfindet, geringer beim Federungshub als beim Rückfederungshub des Kolbens. Da außerdem der bewegliche Bund bei 63 nur auf einer Seite abgefast ist, und zwar auf der, die der Zwischenwand 21 zugekehrt ist, welche den »Kopf« des Zylinders bildet, ist der vor dem Auslaß erforderliche Hub des beweglichen Bundes größer in der Rückfederungsrichtung als in der Federungsrichtung. Durch die beschriebene Anordnung läßt sich daher ein sehr rationeller Betrieb des Stoßdämpfers erzielen. Bekanntlich, geht bei Stoßdämpfern das Bestreben dahin, die Rückfederungsbewegungen stärker abzudämpfen als die Federungsbewegungen. Beim Auftreffen auf ein Hindernis wird die Bewegung des Fahrzeugrades, das bei seiner Aufwärtsbewegung den Kolben eindrückt, weniger stark gedämpft als die Abwärtsbewegung des Rades hinter dem Hindernis, und der Öldurchlaß, der erforderlich ist, um der zu großen Geschwindigkeit bei der Federungsbewegung Rechnung zu tragen, geht rascher vor sich, da für diesen eine geringere Bewegung des beweglichen Bundes notwendig ist.

Wie sich aus dem Vorangehenden ergibt, hängt die Dämpfung der normalen Kolbenbewegungen durch Bremsung des öldurchtritts um den Kolben herum und durch ihn hindurch nicht nur von den Abmessungen der öldurchtrittsquerschniitte ab, sondern auch von den in den Ringscheiben 55 und 56 für die Abstützung der Federn vorgesehenen Öffnungen 57, die je nach ihrem Querschnitt dem öldurchtritt einen größeren oder kleineren Widerstand entgegensetzen können.

Eine mit einem Stoßdämpfer gemäß der Erfindung ausgerüstete Federung weist daher die gewünschte Weichheit auf, wobei die Rückfederungsbewegungen in der erforderlichen Weise gebremst werden.

Der Kolbenring 44 hat auf seiner' Außenfläche eine flache Nut 64. Es wurde festgestellt, ohne: daß dafür eine sichere Erklärung gegeben werden kann, daß hierdurch die Ölschaumbildung durch Luft begrenzt werden kann, die ja im Zylinder stets in größerer oder kleinerer Menge infolge des Umstandes vorhanden ist, daß die Ölreserve in der Ausgleichskammer, die in ihrem oberen Teil Luft enthält, periodisch in Anspruch genommen wird. Diese Verbesserung trägt ihrerseits zu einem störungsfreien Arbeiten, des Stoßdämpfers dadurch bei, daß sie eine gleichbleibende Viskosität gewährleistet, mit Ausnahme bei Temperaturänderungen, in welchem Falle die Veränderungen der Viskosität des Öls durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung der den engen Durchschnittsquerschnitt 52 begrenzenden Teile ausgeglichen werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Hydraulischer Kolbenstoßdämpfer, bei welchem ein ringförmiger Öldurchtrittsspalt geringen Querschnitts im Inneren des Kolbens zwischen dem Körper des Kolbens und einem inneren kreisrunden Bund eines axial beweglichen und unter dem Einfluß einander entgegenwirkender Federn stehenden Teiles vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen den Ringspalt (52) außen begrenzenden, in seiner Ruhelage dem Bund (51) des im Kolben verschieblichen Teiles (54) gegenüberliegenden und gleiche Stärke wie dieser aufweisenden, ebenen Innenbund (48) aufweist und beide Bunde zwischen zwei Ringscheiben (55> 5°) liegen, gegen die sich die einander entgegenwirkenden Federn (58, 59) abstützen und die breiter als der Ringspalt sind und Öldurchtrittsöffnungen (57) aufweisen, die in den Ringspalt münden·.
2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der beiden Bunde (48, 51) unter verschiedenen Winkeln abgefast sind (61 bis 63).
3. Hydraulischer Stoßdämpfer nach Anr Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dieKraft der Feder (59), die beim Rückfedern des Stoßdämpfers beansprucht wird, stärker ist als die der anderen Feder (58).
4· Stoßdämpfer nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der öffnungen (57) in den ringförmigem Auflagerscheiben. (55, 56) derart gewählt ist, daß der Strömung zusätzlich zu dem Widerstand des Ringspaltes (52) ein. Widerstand entgegengesetzt wird.
5. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (48) des Kolbens an der Innenseite eines zylindrischen Ringes (44) angeordnet ist, der mit der Kolbenstange

(8) durch zwei halbkugelige, symmetrische und mit großen öldurchtrittsöffnuäigen. (43) versehene Schalen (41, 42) verbunden ist, die in den Ring eingreifen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 701 817, 834622; österreichische Patentschrift Nr. 47089;
USA.-Patentsohriften Nr. 1 966 310, 2 619 199, 636 726.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©609 737/19O12.56 (709 524/123 5. 57)