АМОРТИЗАТОР
SHOCK ABSORBER

Настоящее изобретение относится к амортизатору, в частности гидравлическому амортизатору для использования в транспортных средствах и машинах, в которых возникают механические удары, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Традиционный гидравлический демпфер или амортизатор содержит цилиндр, который на одной стороне выполнен с возможностью прикрепления к подрессоренной или неподрессоренной массе транспортного средства. Поршень расположен и скользит внутри цилиндра и разделяет внутреннюю часть цилиндра на две камеры текучей среды. Шток поршня присоединен к поршню и продолжается наружу из одного конца цилиндра, где он выполнен с возможностью прикрепления к другой подрессоренной или неподрессоренной массе транспортного средства. Первое клапанное устройство управления обычно расположено внутри поршня и вырабатывает демпфирующую силу во время хода отдачи (фазы растягивания) поршня. Второе клапанное устройство управления обычно расположено внутри поршня в однотрубной конструкции и внутри клапанного устройства основания в двухтрубной конструкции и вырабатывает демпфирующую силу во время сжимающего перемещения (фазы сжатия) поршня.
Традиционный однотрубный амортизатор подразделяется на рабочую камеру или камеру с текучей средой и камеру противодавления или газовую камеру. Реальная работа демпфирования выполняется в камере с текучей средой, то есть клапаны демпфирования, посаженные в поршень, оказывают сопротивление текучей среде, например гидравлической жидкости, протекающей через поршень. Ввиду этого формируется перепад давления, который представляет собой демпфирующую силу в противовес перемещению штока поршня относительно цилиндра. При сжатии камера противодавления компенсирует объем количества текучей среды, смещенной штоком поршня вследствие сжатия.
В противоположность однотрубному амортизатору, традиционный двухтрубный амортизатор дополнительно содержит коаксиально расположенный внешний цилиндр в дополнение к внутреннему цилиндру, в котором поршень, прикрепленный к штоку поршня, перемещается в осевом направлении. Объем текучей среды, соответствующий вдавливанию штока поршня во время фазы сжатия, выталкивается в так называемую компенсационную камеру между внутренним цилиндром и внешним цилиндром, через клапан основания, расположенный на нижнем конце внутреннего цилиндра. В последовательности операций демпфирующая сила подобным образом вырабатывается клапаном основания. По мере того, как шток поршня выходит, клапанное устройство управления, посаженное в поршне, берет на себя демпфирование, тогда как объем текучей среды, соответствующий вытягивающемуся штоку поршня, перетекает почти совершенно беспрепятственно через клапан основания. Соответствующий двухтрубный амортизатор описан, например, в DE 195 10 092 A1.
В US 2009/0032346 A1 и US 2010/0193308 A1 также раскрываются амортизаторы, которые, в дополнение к внутреннему цилиндру и внешнему цилиндру, содержат средний цилиндр, расположенный между внутренним цилиндром и внешним цилиндром, для того чтобы образовывать среднюю камеру. Здесь внутренний, средний и внешний цилиндры неподвижны.
В амортизаторах, описанных до сих пор, то обстоятельство, что длина цилиндров амортизатора по существу предопределена полным ходом поршня, должно рассматриваться в качестве недостатка в показателях свободы проектирования. В дополнение к полному ходу, должен быть сделан припуск в случае так называемой стойки МакФерсона, которая объединяет амортизатор, пружину и поворотный кулак в один узел, для области перекрытия между штоком поршня и цилиндром, который необходим, для того чтобы обеспечить боковым или поперечным силам, перпендикулярным направлению, в котором продолжается шток поршня, также возможность поглощения посредством стойки МакФерсона.
По сравнению с уровнем техники задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать амортизатор, который, для того же самого полного хода поршня, имеет более короткую конструкцию, чем традиционные амортизаторы, в показателях длины своих цилиндров.
Эта задача достигается амортизатором, имеющим признаки по п. 1 формулы изобретения. Кроме того, наиболее предпочтительные варианты изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что признаки, приведенные в последующем описании по отдельности, могут быть объединены друг с другом любым технически пригодным способом и могут определять дополнительные варианты изобретения. В описании дополнительно характеризуется и подробно излагается изобретение, особенно в связи с чертежами.
Амортизатор согласно изобретению, в частности гидравлический амортизатор для использования в транспортных средствах и машинах, в которых возникают механические удары, содержит поршень, который соединен со штоком поршня и направляется во внутреннем цилиндре с возможностью уплотненного перемещения, в дополнение к среднему цилиндру, расположенному концентрично вокруг внутреннего цилиндра, и внешнему цилиндру, расположенному вокруг среднего цилиндра. Внутренний цилиндр направляется так, что он телескопически скользит в среднем цилиндре. Ввиду этого можно для одного и того же полного хода поршня, сделать цилиндры амортизатора согласно изобретению более короткими, чем в традиционном амортизаторе, так чтобы амортизатор согласно изобретению мог производиться с более короткой конструкцией. Более короткая конструкция может выгодно использоваться, например, при понижении конструкции передней части транспортного средства.
В предпочтительном варианте изобретения, внутренний цилиндр и шток поршня выполнены с возможностью перемещения с одной и той же скоростью хода. Другими словами, внутренний цилиндр входит в и выходит из среднего цилиндра на такой же скорости, как шток поршня входит в и выходит из внутреннего цилиндра. Это обеспечивает оптимально короткую конструкцию амортизатора согласно изобретению для одновременно максимального полного хода амортизатора.
Согласно предпочтительному варианту изобретения внешний цилиндр и средний цилиндр неподвижны. С одной стороны, это упрощает конструкцию амортизатора согласно изобретению, а с другой, это позволяет создавать компенсационную камеру посредством внешнего цилиндра, имеющую постоянный объем, то есть объем не меняется согласно реальному положению поршня.
В дополнительном предпочтительном варианте изобретения, поршень внутреннего цилиндра, имеющий диаметр, больший, чем внутренний цилиндр, соединен с осевым концом внутреннего цилиндра, продолжающимся в средний цилиндр, поршень внутреннего цилиндра направляется в среднем цилиндре с возможностью уплотненного перемещения. Поршень внутреннего цилиндра делит объем, охватываемый средним цилиндром, на первый верхний разделенный объем и второй нижний разделенный объем. Отношение диаметра поршня внутреннего цилиндра к диаметру внутреннего цилиндра определяет скорость, с которой внутренний цилиндр выдвигается в среднем цилиндре, в то время как смещается поршень. Отношение между диаметрами предпочтительно выбрано таким образом, чтобы внутренний цилиндр выдвигался в среднем цилиндре на такой же скорости, на которой поршень перемещается во внутреннем цилиндре.
В дополнительном предпочтительном варианте изобретения, внутренний цилиндр, на осевом конце, противоположном осевому концу, продолжающемуся в средний цилиндр, содержит крышку внутреннего цилиндра, направляющую шток поршня, а упорное кольцо поршня расположено на штоке поршня между поршнем и крышкой внутреннего цилиндра на заданном расстоянии от поршня. Крышка внутреннего цилиндра и упорное кольцо поршня предотвращают выход поршня слишком далеко из внутреннего цилиндра. Поэтому определена область перекрытия заданной длины, которая определяется расстоянием упорного кольца поршня от поршня. Область перекрытия между штоком поршня и внутренним цилиндром служит для поглощения боковой или поперечной силы, действующей через шток поршня, то есть силам, перпендикулярным осевой протяженности штока поршня, штоком поршня и их передачи на внутренний цилиндр.
В дополнительном предпочтительном варианте изобретения, средний цилиндр содержит основание на одном осевом конце и крышку среднего цилиндра, направляющую внутренний цилиндр на противоположном осевом конце, упорное кольцо внутреннего цилиндра расположено на внутреннем цилиндре между поршнем внутреннего цилиндра и крышкой среднего цилиндра на заданном расстоянии от поршня внутреннего цилиндра. Крышка среднего цилиндра и упорное кольцо внутреннего цилиндра предотвращают выход внутреннего цилиндра слишком далеко из среднего цилиндра. Поэтому определена дополнительная область перекрытия заданной длины, которая определяется расстоянием упорного кольца внутреннего цилиндра от поршня внутреннего цилиндра. Область перекрытия между внутренним цилиндром и средним цилиндром служит для поглощения боковых или поперечных сил, действующих через внутренний цилиндр, то есть сил, перпендикулярных осевой протяженности внутреннего цилиндра, внутренним цилиндром и их передачи на средний цилиндр.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту изобретения по меньшей мере одно отверстие выполнено в основании среднего цилиндра, по меньшей мере одно отверстие - в упорном кольце внутреннего цилиндра и по меньшей мере одно отверстие - во внутреннем цилиндре. Отверстие во внутреннем цилиндре предпочтительно расположено смежно поршню внутреннего цилиндра. Более того, клапанное устройство управления для управления потоком текучей среды, в частности потоком гидравлической жидкости, предпочтительно расположено в по меньшей мере одном из отверстий. Могут использоваться клапанные устройства управления, известные в данной области техники, например, такие как используемые в традиционных гидравлических амортизаторах. Клапанные устройства управления служат для управления потоком гидравлической жидкости для проведения работы демпфирования.
Дополнительные полезные детали и результаты изобретения подробнее пояснены ниже со ссылкой на примерный вариант осуществления, представленный на чертежах, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе примерного варианта осуществления амортизатора согласно изобретению в среднем рабочем положении,
Фиг. 2 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе амортизатора на фиг. 1 в полностью выведенном рабочем положении, и
Фиг. 3 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе амортизатора на фиг. 1 в полностью введенном рабочем положении.
На различных чертежах, идентичные части всегда обозначены одинаковыми ссылочными позициями, так что они обычно также описаны только один раз.
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе примерного варианта осуществления амортизатора 1 согласно изобретению, в частности гидравлического амортизатора 1, в среднем рабочем положении. Амортизатор 1 содержит поршень 2, который соединен со штоком 3 поршня и направляется во внутреннем цилиндре 4 с возможностью уплотненного перемещения. Амортизатор 1, представленный на фиг. 1, дополнительно содержит средний цилиндр 5, расположенный концентрично вокруг внутреннего цилиндра 4, и внешний цилиндр 6, концентрично расположенный вокруг среднего цилиндра 5. Как видно из фиг. 1, средний цилиндр 5 полностью вмещен во внешний цилиндр 6, а осевой конец внутреннего цилиндра 4 продолжается из среднего цилиндра 5, когда амортизатор 1 находится в показанном рабочем положении.
К осевому концу внутреннего цилиндра 4, продолжающемуся в средний цилиндр 5, присоединен поршень 7 внутреннего цилиндра, имеющий диаметр, больший, чем внутренний цилиндр 4. Поршень 7 внутреннего цилиндра направляется в среднем цилиндре 5 с возможностью уплотненного перемещения, то есть поршень 7 внутреннего цилиндра делит объем, охваченный внешним цилиндром 6 и внутренним цилиндром 4 вместе с поршнем 2, на верхний и нижний разделенный объем, так что, по сути, никакого обмена текучей средой не может происходить между разделенными объемами. Поскольку поршень 2 подобным образом направляется во внутреннем цилиндре 4 с возможностью уплотненного перемещения, по сути, никакая текучая среда, в частности, например гидравлическая жидкость, не может проходить через поршень 2.
Как видно из фиг. 1, газовая подушка 8, например, содержащая воздух или азот предусмотрена в верхней части внешнего цилиндра 6. Внутренний цилиндр 4 направляется так, что он телескопически скользит в среднем цилиндре 5. Внешний цилиндр 6 и средний цилиндр 5 неподвижны. Вместо газовой подушки 8, предусмотренной во внешнем цилиндре 6, как в варианте осуществления амортизатора 1 согласно изобретению, представленном на фиг. 1, также возможно предусмотреть внешний газовый резервуар, например, в виде внешнего газового резервуара, присоединенного к амортизатору 1 и переносящего текучую среду в него, так что диаметр амортизатора 1 может быть уменьшен.
Как дополнительно видно из фиг. 1, внутренний цилиндр 4 на осевом конце, противоположном осевому концу, продолжающемуся в средний цилиндр 5, содержит крышку 9 внутреннего цилиндра, направляющую шток 3 поршня. Кроме того, упорное кольцо 10 поршня расположено на штоке 3 поршня между поршнем 2 и крышкой 9 внутреннего цилиндра на заданном расстоянии от поршня 2. Упорное кольцо 10 поршня и крышка 9 внутреннего цилиндра предотвращают выход штока 3 поршня, а следовательно, также и поршня 2, слишком далеко из внутреннего цилиндра. В полностью выведенном рабочем положении амортизатора 1 поршень 2, шток 3 поршня и внутренний цилиндр 4 образуют так называемую область перекрытия. В примерном варианте осуществления амортизатора 1, представленном на фиг. 1, длина этой области перекрытия предпочтительно выполнена так, чтобы амортизатор 1 мог поглощать боковые или поперечные силы, действующие через шток 3 поршня, то есть силы, действующие перпендикулярно осевой протяженности штока 3 поршня, от штока 3 поршня, и передавать их на внутренний цилиндр 9. Это позволяет использовать амортизатор 1 согласно изобретению, например, в стойке МакФерсона. Например, длина области перекрытия может иметь значение приблизительно 100 мм, но может отличаться от значения в этом примере. Расстояние, то есть длина области перекрытия, зависит от преобладающих сил и допустимой степени трения и, очевидно, может значительно отклоняться от приведенного значения, согласно конкретному применению.
Средний цилиндр 5, как показано на фиг. 1, дополнительно содержит основание 11 на одном осевом конце и крышку 12 среднего цилиндра, направляющую внутренний цилиндр 4, на противоположном осевом конце. Как видно из фиг. 1, упорное кольцо 13 внутреннего цилиндра расположено на внутреннем цилиндре 4 между поршнем 7 внутреннего цилиндра и крышкой 12 внутреннего цилиндра, на заданном расстоянии от поршня 7 внутреннего цилиндра. Упорное кольцо 13 внутреннего цилиндра и крышка 12 среднего цилиндра предотвращают выход внутреннего цилиндра 4, а следовательно, также и поршня 7 внутреннего цилиндра, слишком далеко из среднего цилиндра 5. В полностью выведенном рабочем положении амортизатора 1 поршень 7 внутреннего цилиндра, внутренний цилиндр 4 и средний цилиндр 5 образуют дополнительную область перекрытия, подобную уже описанной области перекрытия между поршнем 2, штоком 3 поршня и внутренним цилиндром 4. В примерном варианте осуществления амортизатора 1 согласно показанному изобретению длина этой области перекрытия между средним цилиндром 5 и внутренним цилиндром 4 предпочтительно также выполнена таким образом, чтобы амортизатор 1 мог поглощать боковые или поперечные силы, действующие через внутренний цилиндр 4, то есть силы, действующие перпендикулярно осевой протяженности внутреннего цилиндра 4, от внутреннего цилиндра 4, и передавать их на средний цилиндр 5. Поскольку средний цилиндр 5 прочно присоединен к внешнему цилиндру 6, предпочтительно посредством крышки 12 среднего цилиндра, как показано на фиг. 1, амортизатор 1 согласно изобретению поэтому способен к передаче боковых или поперечных сил, действующих на шток 3 поршня к внешнему цилиндру 6, посредством описанных ранее областей перекрытия. Амортизатор 1 согласно изобретению поэтому например, оптимально приспособлен для использования в стойке МакФерсона. Например, длина области перекрытия, с тем же успехом, может иметь значение приблизительно 100 мм, но может отличаться от значения в этом примере. Расстояние, то есть длина области перекрытия, как и раньше, зависит от преобладающих сил и допустимой степени трения и, очевидно, может значительно отклоняться от приведенного значения согласно конкретному применению.
Также из фиг. 1 видно, что в показанном примерном варианте амортизатора 1 согласно изобретению по меньшей мере одно отверстие 14 выполнено в основании 11 среднего цилиндра 5, по меньшей мере одно дополнительное отверстие 15 - в упорном кольце 13 внутреннего цилиндра и по меньшей мере одно дополнительное отверстие 16 - во внутреннем цилиндре 4. Отверстие 16 во внутреннем цилиндре 4 предпочтительно расположено смежно поршню 7 внутреннего цилиндра, для того чтобы иметь максимальную длину хода для поршня 2.
Отверстия 15 и 16 обеспечивают возможность обмена текучей средой между объемом, который определен поршнем 2, внутренним цилиндром 4 и поршнем 7 внутреннего цилиндра, и объемом, который определен внутренним цилиндром 4, поршнем 7 внутреннего цилиндра, средним цилиндром 5 и крышкой 12 среднего цилиндра. Другими словами, по мере того, как шток 3 поршня и поршень 2 входят во внутренний цилиндр 4, текучая среда, в частности гидравлическая текучая среда, например, такая как гидравлическая жидкость, вытекает из внутреннего цилиндра 4 в пространство между внутренним цилиндром 4 и средним цилиндром 4, как проиллюстрировано соответствующими стрелками на фиг. 1. Поскольку поршень 7 внутреннего цилиндра отделяет и уплотняет верхний разделенный объем среднего цилиндра 5 от нижнего разделенного объема среднего цилиндра 5, гидравлическая жидкость, втекающая в пространство между средним цилиндром 5 и внутренним цилиндром 4, нажимает средний цилиндр 5 вниз, вследствие чего гидравлическая жидкость, находящаяся в нижнем разделенном объеме среднего цилиндра 5, протекает через отверстие 14 в основании 11 среднего цилиндра 5 во внешний цилиндр 6, как аналогичным образом проиллюстрировано соответствующими стрелками на фиг. 1. Гидравлическая жидкость, втекающая во внешний цилиндр 6, сжимает газовую подушку 8 и впоследствии оказывает давление на эту подушку или подвергает ее более высокому давлению, если она уже находится под некоторым давлением.
По меньшей мере одно из отверстий 14, 15, 16 предпочтительно снабжено клапанным устройством управления, дополнительно не представленным на фиг. 1. Это служит для управления потоком текучей среды, в частности гидравлической жидкости, через соответствующее отверстие. Посредством клапанного устройства управления амортизатор 1 вырабатывает демпфирующую силу некоторым образом, известным в данной области техники.
Фиг. 2 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе амортизатора по фиг. 1 в полностью выведенном рабочем положении, тогда как на фиг. 3 показан амортизатор 1 в полностью введенном рабочем положении с другой стороны.
Фиг. 2 иллюстрирует минимальные области 17 и 18 перекрытия. В показанном примерном варианте осуществления амортизатора 1 согласно изобретению они в каждом случае имеют значение приблизительно 100 мм, а потому обеспечивают передачу боковых или поперечных сил амортизатора 1, как описано выше. Следовательно, амортизатор 1 согласно изобретению особенно подходит для использования в стойке МакФерсона. В дополнение, фиг. 2 показывает максимальный ход 19 поршня 2 во внутреннем цилиндре 4 и максимальный ход 20 поршня 7 внутреннего цилиндра в среднем цилиндре 5. В показанном примерном варианте осуществления амортизатора 1 согласно изобретению максимальные ходы 19 и 20 в каждом случае имеют значение приблизительно 85 мм, так что показанный амортизатор 1 имеет полный ход приблизительно 170 мм.
Сравнение с традиционным амортизатором, например однотрубным амортизатором или двухтрубным амортизатором, имеющими такой же полный ход, как амортизатор 1 согласно изобретению, показало, что специальная телескопическая конструкция амортизатора 1 согласно изобретению обеспечивает в результате приблизительно на 50 мм меньшую общую высоту 21 конструкции для амортизатора 1. Поэтому для одного и того же полного хода амортизатор 1 согласно изобретению имеет более короткое строение, чем традиционный амортизатор, так что, например, конструкция передней части транспортного средства может быть уменьшена благодаря более короткому амортизаторному узлу.
Фиг. 2 и 3 дополнительно иллюстрируют, что внутренний цилиндр 4 и шток 3 поршня перемещаются с одной и той же скоростью хода при прохождении от полностью выведенного рабочего положения, представленного на фиг. 2, до полностью введенного рабочего положения, представленного на фиг. 3. Отдельные ходы 19 и 20 амортизатора 1 согласно изобретению предпочтительно идентичны, так что для максимально достижимого полного хода, который получается из суммы отдельных ходов 19 и 20, тем не менее оптимально короткая общая высота 21 конструкции получается в результате в полностью введенном рабочем положении.
Возможно выполнить отверстие в крышке 9 внутреннего цилиндра для того, чтобы обеспечить возможность втягивания газа в верхний разделенный объем (показан на фиг. 1 и 3 между упорным кольцом 10 поршня и крышкой 9 внутреннего цилиндра). Такое втягивание газа также может облегчаться обеспечением того, что направляющая штока 3 поршня в крышке 9 внутреннего цилиндра не является газонепроницаемой.
Амортизатор согласно изобретению, описанный выше, не ограничен вариантом осуществления, раскрытым в материалах настоящей заявки, но также охватывает другие действующие подобным образом варианты осуществления. Таким образом, например, можно, чтобы упорное кольцо поршня крепилось к внутренней стенке внутреннего цилиндра, а не к штоку поршня. В этом случае упорное кольцо поршня должно соответствующим образом крепиться к точке на внутренней стенке внутреннего цилиндра таким образом, чтобы оно ограничивало перемещение хода поршня в направлении выхода поршня. Упорное кольцо внутреннего цилиндра, с тем же успехом, может быть основательно прикреплено к внутренней стенке среднего цилиндра, а не к наружной стенке внутреннего цилиндра. В этом случае упорное кольцо внутреннего цилиндра должно крепиться к точке на внутренней стенке среднего цилиндра таким образом, чтобы оно ограничивало перемещение хода поршня внутреннего цилиндра в направлении выхода поршня внутреннего цилиндра.
В предпочтительном варианте осуществления, амортизатор согласно изобретению используется в подвеске передних колес транспортного средства, в частности моторного транспортного средства, а здесь предпочтительно в стойке МакФерсона.
Перечень ссылочных позиций:
1 - амортизатор согласно изобретению
2 - поршень
3 - шток поршня
4 - внутренний цилиндр
5 - средний цилиндр
6 - внешний цилиндр
7 - поршень внутреннего цилиндра
8 - газовая подушка
9 - крышка внутреннего цилиндра
10 - упорное кольцо поршня
11 - основание у 5
12 - крышка среднего цилиндра
13 - упорное кольцо внутреннего цилиндра
14 - отверстие в 5
15 - отверстие в 13
16 - отверстие в 4
17 - область минимального перекрытия
18 - область минимального перекрытия
19 - максимальный ход у 2
20 - максимальный ход у 7
21 - общая высота конструкции