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Drosselventil für Flüssigkeits-Stoßdämpfer, insbesondere von Kraftfahrzeugen
Die 7?rfinduiig bezieht sich auf ein Drosselventil für Fliissigkeits-Stoßdämpfer,
insbesondere von Kraftfahrzeugen. Ein solches Ventil muß, wenn der Stoßdämpfer in
der erforderlichen Weise wirken soll, so ausgebildet sein, daß es der von dem Stoßdäniliferkollreii
verdrängten Flüssigkeit in einer lZichtung einen hohen, in der entgegengesetzten
lZiclitung eineu geringeren Durchflußwiderstaod entgegensetzt. Dabei soll der von
dem Ventil jeweils freigegebene Durchflußquerschnitt in beiden Strömungsriclitungeii
mit der Stoßgeschwindigkeit anwachsen, um eine zu feste Schwingungskopplung der
durch den Stoßdämpfer miteinander verbundenen 1# ahrzeugteile bei hohen Stoßgeschwindigkeiten
zu vermeiden, andererseits aber auch bei geringen Stoßgeschwindigkeiten bereits
eine ausreicliende Dämpfung zu erhalten. Außerdem soll der Durchflußwiderstand des
Ventils möglichst unabhängig von,der sich mit der Temperatur ändernden Viskosität
der Dämpfungsflüssigkeit sein.
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Es sind Ventile für Flüssigkeits-Stoßdämpfer bekannt, die aus einer
in sich nachgiebigen oder aus einer federbelasteten starren Platte bestehen und
als reine Rückschlagdrosselventile arbeiten, indem sie sich unter dem Druck der
Dämpfungsflüssigkeit in einer Richtung federnd von einer festen, als Ventilsitz
dienenden und mit Durchbrechungen versehenen Scheibe abheben, sich in der anderen
Richtung jedoch fest auf diese Scheibe aufsetzen, so da.B sie deren Durchflußöffnungen
versperren und die Flüssigkeit in dieser Richtung nur durch eine enge Drosselbohrung
in -der Ventilplatte selbst hindurch strömen kann. Diese Ventile sind zwar von einfacher
Bauart, entsprechen jedoch nicht den Bedürfrissen
der Praxis, dä
die damit ausgerüsteten Stoßdämpfer wegen der Unveränderlichkeit der Drosselbohrung
in der Ventilplatte entweder bei hohen Stoßgeschwindigkeiten zu hart oder bei niedrigen
Stoßgeschwindigkeiten zu weich arbeiten.
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Aus diesem Grunde hat man bei anderen bekannten Ausführungen entweder
zwei in entgegengesetzten Richtungen wirkende, baulich voneinander getrennte Einzelventile
oder ein in beiden Richtungen wirkendes Doppelventil verwendet, das : dann aus einer
starren, durchbrochenen und aus einer oder mehreren in sich federnd nachgiebigen
Platten besteht, wobei die die Durchbrechungen der starren Platte abdeckende nachgiebigePlatte
für den Durchfluß in der einen Richtung zusammen mit der starren Platte gegen die
Wirkung einer Feder von dem gemeinsamen Ventilsitz abgehoben und für den Durchfluß
in der anderen Richtung lediglich unter Ausnutzung ihrer Eigenelastizität von den
Durchbrechuirgen der auf dem Ventilsitz ruhmbleibenden starren Platte abgebogen
wird. Diese Doppelventile sind zwar in der Lage, die obengenannten Bedingungen für
ein richtiges Arbeiten des Stoßdämpfers zu erfüllen, sind jedoch infolge der Vielzahl
ihrer bewegten Teile teuer in der Herstellung und verhältnismäßig schwer, so daß
sie zum hörbaren Schlagen neigen. Außerdem äst ihre Wirkung wegen des urgesteuerten
Zusammenarbeitens mehrerer verschiedenen Aufgaben dienender Teile verhältnismäßig
unübersichtlich und nicht im voraus bestimmbar, so daß es in jedem Einzelfalle langwieriger
Versuche bedarf, um schließlichauf reinempirischem Wege zu befriedigenden Ergel)Üissen
zu gelangen. Diese Mängel werden durch die Erfindung beseitigt.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Stoßdämpferventil
in keiner Lage fest auf irgendeinen Sitz gepreßt zu werden braucht, da es niemals
zum vollständigen Abdichten eines Raumes verwendet wird. Ein fester Ventilsitz kann
also vollständig fortfallen. Das Ventil ist vielmehr lediglich so auszubilden, daß
es dem Durchströmen der' Dämpfungsflüssigkeit in der einen Richtung einen größeren
Widerstand entgegensetzt als in ,der anderen, wobei die Größe des Widerstandes in
beiden Richtungen vorher eindeutig festlegbar und während des Durchströmens nach
bestimmten Richtlinien veränderlich sein muB. In Verwirklichung dieses Gedankens
besteht die Erfindung darin, daß in dem dis Ventil tragenden Bauteil dies Stoßdämpfers.,
beispielsweise in dem Mantel des Stoßdämpferkolbem, ein sich von einem engsten Querschnitt
aus nach beiden Seiten hin in unterschiedlicher Weise erweiternder Durchflußkanal
und in diesem Kanal eine den engsten Querschnitt desselben mit geri»gem Spiel ausfüllende,
dem Flüssigkeitsdruck in beiden Richtungen axial federnd nachgebende, als
reine
Stauplatte ohne festen Ventilsitz wirkende Ventilplatte quer angeordnet
ist. Die federndeNachgiebigkeit der das Ventil bildenden Stauplatte kann dabei,
wenn diese aus einem geeigneten Werkstoff hergestellt ist, entweder durch deren
Eigenelastizität erzielt werden, wobei der innere oder äußere Rand der ringförmigen
Platte fest eingespannt ist und sie sich an ihrem jeweils freien Rande unter dem.
Flüssligkeitsdruck in der Strömungsrichtung dürelt, oder es kann eine in sich starre
Stauplatte in denn Durchflußkanal. gegen die Wirkung von Federn axial verschieblich'
geführt sein. Der den Drosselspalt bildende freie Rand der Stauplatte ist zweckmäßig
schneiderförmig ausgebildet; denn je kürzer die Wandung der Drosselstelle ist, um
so unabhängiger ist der Drosselwiderstand von der Viskosität und damit von der Temperatur
der Dämpfungsflüssigkeit. Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung gehen aus der
folgenden Beschreibung ehTigerAusführungsbeispiele derselben an Haid der Zeichnung
hervor.
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In der Zeichnung zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch den Kolben
eines Flüssigkeits-Stoßdämpfers für Kraftfahrzeuge 'reit einer aus' in sich federndem
Werkstoff hergestellten Stauplatte als Drosselventil, Abb. 2 einen Ausschnitt aus
Abb. i in größerem Maßstabe, um das Durchbiegen der Stauplatte und dessen Wirkung
deutlicher zu machen, Abb. 3 eine aus mehreren Lamellen zusammengesetzte Stauplatte
in der Draufsicht, Abb.4 einen Stoßdämpferkolben mit °in eioh starrer, gegen die
Wirkung von Federn axial verschiebbarer Stauplatte im Längsschnitt und Abb.5 in
der gleichen Darstellungsweise eine andere Ausführungsform mit starrer Stauplatte;
bei der diese aus ihrer Ruhelage nach beiden Richtungen hin erst einen gewissen
Leerweg relativ zum Kolben zurücklegen muß, bevor sich der Drosselspalt weiter öffnet.
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In sämtlichen Abbildungen bezeichnet io dien an einer Radachse des
Fahrzeugs angelenkten Stoßdämpferzylinder, i i die am Fahrzeugrahmen befestigte
Kolbenstange des Stoßdämpfers und 12 den an seinem Boden mit großen Durchflußöffnungen
13 versehenen, an sich also nach beiden Seiten offenen Stoßdämpferkolben. Um die
beabsichtigte Dämpfungswirkurrg zu erzielen, soll der Kolben 12 bei seiner Bewegung
aus der dargestellten Ruhelage nach unten in dem mit der Dämpf ungsflüssigkeit gefüllten
Zylinder io einen mäßigen Drosselwiderstand, bei seiner Bewegung nach oben jedoch
eiern hohen Widerstand erfahren, der aber bei großer Stoßgeschwindigkeit einen gewissen
Maximalwert nicht überschreiten darf. Dies wird gemäß der Erfindung durch das Zusammenwirken
der Stauplgtte 14 bzw. 26 mit dem an seiner Innenseite in besonderer Weise profilierten,
den Durchflußkanal 21, . für die Dämpfungsflüssigkeit bildenden Kolbenmaxitel 15
bzw. in Abb. 5 durch das Zusammenwirken der Stauplatte 31 mit der entsprechend gestalteten
Außenfläche einer an der Kolbenstange ii .angeordneten Distanzhülse 16 erreicht.
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In Abb. i ist die in sich federnd nachgiebig ausgebildete Stauplatte
14 zwischen einem Distanzring 17 und der den Kolben 12 an der Kolbenstange, i i
haltenden Schraubenmutter 18 so eingespannt, caß sie sich in :ihrer Ruhelage mit
ihrem freien Außenrand i9 ,genau gegenüber der schneiderförmig ausgebildeten Kante
2o an der engsten Stelle es Durchflußkanals
21 befindet. In dieser
Stellung der Stauplatte ist zwischen ihrem Außenrand 19 und der schneidenförmigen
Kante 20 des Kolbenmantels 15 nur ein ganz geringes, gerade noch für den Durchtritt
der Stauplatte bei einem Ausfedern ausreichendes Spiel 22 vorhanden, so daß die
Stauplatte in dieser Stellung den Durchflußkana121 also praktisch abriegelt. Bei
der Abwärtsbewegung des Kolbens 12 wird die Stauplatte unter dem Druck der in dem
Zylinder io eingeschlossenen Flüssigkeit elastisch nach oben, beispielsweise in
die Stellung 14 (Abb.2), durchgebogen, wobei sie infolge der schneidenförmigen Ausbildung
der Kante 20 sofort einen verhältnismäßig weiten Ringspalt 22' freigibt, welcher
dem Durchströmen der Flüssigkeit nach oben nur einen geringen Drosselwiderstand
entgegensetzt. Bei umgekehrter Kolbenbewegung wird die Platte nach unten, beispielsweise
in die Stellung 14", durchgebogen, in welcher sie nur einen verhältnismäßig engen
Spalt 22" freigibt, der einen hohen Drosselwiderstand besitzt und daher eine starke
Dämpfung der Kolbenschwingung bewirkt. Die Innenfläche 23 des Kolbenmantels 15 ist
dabei unterhalb der Schneide 20 so profiliert, daß sich der Spalt 22" auch bei stärkerem
Durchbiegen der Platte 14 zunächst nicht wesentlich weiter öffnet und erst beim
Überschreiten eines gewissen maximalen Staudruckes an der Platte eine stärkere Verbreiterung
des Spaltes 22" erfolgt, so daß von da ab die Dämpfungswirkung mit steigender Stoßgeschwindigkeit
nur noch verhältnismäßig wenig anwächst.
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Die :elastische Stauplatte 14 kann entweder gemäß Abb. i aus einer
Anzahl aufeinandergelegter Stahllamellen oder gemäß Abb. 2 in einteiliger Ausführung
aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt sein. Die Stahllamellen können auch
durch ein geeignetes Klebmittel, wie Kunstharz oder Kunstgummi, miteinander verbunden
oder in ein solches eingebettet sein, wobei die einzelnen Lamellen gemäß Abb. 3
mit abwechselnd von innen und außen li.er geführten, gegeneinander versetzten Einschnittest
2:I, 25 versehen sein können.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.4 ist die elastische Stauplatte der
Abb. 1 durch eine starre Platte 26 mit schneidenförmigem Außenrand 27 ersetzt, die
mit ihrem nabenartig verdickten Innenrand 26" auf einer Distanzhülse 28 an der Kolbenstange
i i axial verschiebbar geführt ist und 'unter der Wirkung von beiderseitig der Platte
angeordneten Federn 29, 30 steht. Die Wirkung des Stoßdämpfers ist
in diesem Falle die gleiche wie in dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Von dien beiden Federn ist die untere 30 stärker bemessen als die obere 29,
um beim Aufwärtshub des Kolbens 12 eine möglichst geringe Verschiebung der Platte
26 relativ zum Kolben nach unten und damit zunächst keine erhebliche Vergrößerung
des Drosselspaltes 22" zu erhalten. Im übrigen kann auch hier durch entsprechende
Profilierung der Innenfläche 23 des Kolbenmantels jede gewünschte Dämpfungscharakteristik
erreicht werden. In der Zeichnung sind die Federn 29, 3o absichtlich mit einem übertrieben
großen Federungsweg dargestellt, um die verschiedenen Stellungen der Platte 26 besser
verdeutlichen zu können. In Wirklichkeit kann zumindest die untere Feder 3o aus
einer einfachem Federscheibe oder einer Tellerfeder von geringer Durchbiegung bestehen.
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In dem Ausführungsbeispiel der Abb. 5 ist die starre Stauplatte 31
mit ihrem felgenartig verdickten Außenrand 31° an der in diesem Falle zylindrischen
Innenfläche 23 des Kolbenmantels 15 gleitend geführt, und die die Weite dies Drosselspaltes
22 b-'-stimmende Profilfläche 32 befindet sich- auf der Außenseite der an der Kolbenstange
i i angeordneten Distanzbüchse 16. Die Stauplatte 31 ist. u vit einer den zylindrischen
Teil
33 der Distanzbüchse eng umschließenden mittleren Öffnung 34 mit schneidenförmigem
Rand versehen "und durch Kegel- bzw. Hyperboloidfedern 35, 36 gegen ;den Kolbenboden
37 sowie gegen eine mit Durchbrechungen 38 verseherne feste Platte 39 auf der anderen
Kolbenseite, abgestützt. Durch die anfangs weichen, dann aber mit starker Zunahme
der Federkraft wirkenden Federn 35, 36 in Verbindung mit der Profilfläche 32 wird
in gewissem Grade eine erwünschte Beseitigung oder zumindest weitgehende Abschwächung
der Dämpfungswirkung des Stoßdämpferkolbens zu Beginn seiner Abwärts- oder Aufwärtsbewegung
aus der jeweiligen Ruhestellung heraus erzielt. Dies wird -nahe der Ruhestellung
dadurch erreicht, daß die jeweils durch den auf die Stauplatte einwirkenden Flüssigkeitsdruck
belastete Feder zu Beginn der Kolbenbewegung verhältnismäßig weich nachgibt, so
daß sich die Stauplatte 31 relativ zum Kolben 12 nach oben bzw. unten verschiebt,
absolut gesehen aber ihre Stellung im Zylinder io beibehält. Es wird dabei nur so
viel Flüssigkeit von einer Seite der Stauplatte auf die andere verdrängt, als den
Querschnittsflächen des dünnen Kolbenmantels 15 und des zylindrischen Teiles 33
abzüglich derjenigen der Kolbenstange i i entspricht, so daß also auch die Dämpfumgswirkung
des Stoßdämpfers in diesem Bewegungsbereich des Kolbens 12 nur ganz gering ist.
Erst wenn die Stasiplatte 31 bei der Weiterbewegung des Kolbens mit ihrer Sahnende
34 das obere bzw. untere Ende des zylindrischen Teiles 33 der Distanzbüchse erreicht
hat, ist die Härte der Feder 35 bzw: 36 so weit angewachsen, daß die Feder nunmehr
nur noch -wenig nachgibt und die Flüssigkeit jetzt zusätzlich auch durch die Stauplatte
von einer auf die andere Seite des Kolbens 12 verdrängt wird. Von da ab regelt sich
die Weite des Drossellspaltes 22 zwischen Stauplatte und Distanzbüchse und damit
die Dämpfungswirkurig in der bei den ersten beiden<Awsführungsbeispielen beschriebenen
Weisse. Statt der mit starker Zunahme der Federkraft wirkenden Einzelfedern 35;
36 können auch je zwei Federn von unterschiredlicher Härte benutzt werden, die dann
so hintereinander bzw. ineinander angeordnet werden, daß sie nacheinander zur Einwirkung
auf die Stauplatte 31 kommen.
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In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Drosselventil im
Kolben des Stoßdämpfers an-
;beordnet. Es kann mit der gleichen
vorteilhaften Wirkung ebensogut auch im Zylinder des Stoßdämpfers an dessen oberem
oder unterem Ende vorgesehen werden. In diesem Falle wird in dem Zylinder ein hülsenförmiger
Einsatz befestigt, der dann den Durchflußkanal für die Dämpfungsflüssigkeit bildet
und dessen Querschnittsgestaltung entsprechend derjenigen der Kolbeninnerifläche
23 in den dargestellten Ausführungsbeispielen vorgenömmen wird.
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Durch die einfache Bauweise und die in allen Phasen zu übersehende
Wirkungsweise des neuen Drosselventils ist die Möglichkeit sowohl einer billigen
Herstellung desselben als auch einer genauen Vorausbestimmung und Regelung jeder
Einflußgröße durch entsprechende bauliche Maßnahmen geschaffen, so daß dem Fachmann
damit ein Mittel an die Hand gegeben ist, jede Forderung hinsichtlich der jeweils
gewünschten Charakteristik des Stoßdämpfers gewissermaßen auf Anhieb, jedenfalls
aber ohne langwierige Versuche erfüllen zu können.