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Die Erfindung betrifft einen Hydraulischer Stoßdämpfer mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder beweglichen, das Zylinderinnere in zwei Kammern trennenden und einen steuerbaren Durchlassquerschnitt aufweisenden Dämpferkolben gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein solcher hydraulischer Stoßdämpfer ist aus der
EP 0 329 950 A2 gekannt, der einen elektromagnetischen Drehsteller mit einem permanentmagnetischen Rotor zum Betätigen eines einen Durchlassquerschnitt überwachenden, einen Drehschieber und eine Steuerhülse umfassenden Steuerschiebers aufweist, wobei dieser elektromagnetische Drehsteller als permanenterregter Einwicklungs-Drehsteller ausgebildet ist und durch seine dauermagnetischen Pole des Rotors auch stromlos ein Drehmoment erzeugt, das für eine Sicherheitsrückstellung des Drehstellers des Steuerschiebers bei Stromausfall genutzt wird. Zum Verstellen des Stoßdämpfers wird der elektromagnetische Drehsteller mit unterschiedlichen Stromrichtungen bestromt, wobei in Abhängigkeit der Stromrichtung ein gerichtetes Drehmoment des Drehstellers durch Zusammenwirken des Spulenfeldes und des permanenterregten Rotorfeldes entsteht.
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Dieser bekannte hydraulische Stoßdämpfer weist einen komplexen mechanischen Aufbau auf.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung den eingangs genannten hydraulischen Stoßdämpfer derart weiterzubilden, dass er einen einfachen mechanischen Aufbau aufweist und eine kostengünstige Herstellung erlaubt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein einen hydraulische Stoßdämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein solcher hydraulischer Stoßdämpfer mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder beweglichen, das Zylinderinnere in zwei Kammern trennenden und einen steuerbaren Durchlassquerschnitt aufweisenden Dämpferkolben, welcher zur Steuerung des Durchlassquerschnittes eine in Wirkverbindung mit einem Drehschieber stehende Steuerhülse umfasst, wobei der Drehschieber mittels eines elektromagnetischen Aktors in eine relativ zur Steuerhülse vorgegebene Drehposition steuerbar ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der elektromagnetische Aktor als Proportionalmagnet mit einem axial verschiebbaren Anker ausgebildet ist, wobei der Anker ein Steuerelement umfasst, welches mit einer schräg auf dem Umfang des Drehschiebers verlaufende Steuerkurve derart in Wirkverbindung steht, dass eine axiale Bewegung des Ankers eine Drehbewegung des Drehschiebers bewirkt.
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Wegen des einfacheren Aufbaus des Proportionalmagneten führt der erfindungsgemäße hydraulischer Stoßdämpfer zu einer insgesamt einfacheren Konstruktion, wodurch auch dessen Herstellung und Montage kostengünstiger wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerkurve als Schrägnut mit einem Steigungswinkel α zwischen 10° und 80° bezogen auf die Längsachse des Drehschiebers ausgebildet. Vorzugsweise kann diese Schrägnut nicht nur geradlinig, sondern auch krummlinig verlaufen, also parabel-hyperbel oder sinoidenförmig ausgebildet sein.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Steuerelement wenigstens ein mit dem Anker verbundener Steuerstift vorgesehen, der in die Schrägnut eingreift. Dies stellt eine einfache mechanische Konstruktion zur Herstellung der Wirkverbindung zwischen dem Anker und dem Drehschieber dar, wodurch die axiale Bewegung des Ankers in eine Drehbewegung des Drehschiebers umgesetzt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Schrägnut mit einer bis an die ankerseitige Stirnseite des Drehschiebers verlaufende Axialnut fortgesetzt, wobei vorzugsweise der Steuerstift an der drehschieberseitigen Stirnseite des Ankers radial abstehend angeordnet ist. Damit ist eine einfache Montage möglich, da der Steuerstift nur über diesen axialen Teil der Nut in deren schrägen Teil eingeführt werden muss.
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Schließlich ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Verdrehsicherung des Ankers vorgesehen, die als Nut-Nocken-Verbindung zwischen dem Anker und der Ankerhülse des Proportionalmagneten ausgebildet ist. Damit ist im Betrieb des hydraulischen Stoßdämpfers sichergestellt, dass aufgrund eines unabsichtlichen Verdrehens des Ankers in dessen Ankerhülse ein falscher Durchflussquerschnitt eingestellt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Steuerstift gleichzeitig zur Realisierung einer solchen Verdrehsicherung verwendet wird, indem dieser Steuerstift mit einer stiftartige Verlängerung ausgebildet wird, welche auf der Umfangsfläche des Ankers zur Bildung eines Nockens in axialer Richtung verläuft und die Ankerhülse zur Führung dieses Nockens eine axial verlaufende Nut aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Stoßdämpfers gemäß der Erfindung,
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2 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes A betreffend den Dämpferkolben des hydraulischen Stoßdämpfers nach 1,
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3 eine schematische Explosionsdarstellung des Dämpferkolbens nach 2, und
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4 eine Abwicklung der Zylindermantelfläche des Drehschiebers des Dämpferkolbens nach 3 mit einer vergrößerten Darstellung des Zusammenwirkens von Steuerhülse und Drehschieber zur Steuerung des Durchlassquerschnittes des hydraulischen Stoßdämpfers nach 2.
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Der hydraulische Stoßdämpfer 1 für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs nach 1 besteht aus einem zylindrischen Mantelrohr 2, das unten an ein Achssystem gekoppelt und oben über eine druckdicht in dem Mantelrohr 2 geführte Kolbenstange 18 mit einem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Die Kolbenstange 19 ist in dem Mantelrohr 2 an einem verschiebbaren Dämpferkolben 5 befestigt, der das Innere des Mantelrohrs 2 mit einer Kolbendichtung 2a in eine obere Kammer 3 und eine untere Kammer 4 trennt, wobei der Dämpferkolben 5 zur Bildung eines steuerbaren Durchlassquerschnittes Q (vgl. 2) hohl ausgebildet ist, um den Öldurchfluss zwischen den beiden Kammern 3 und 4 zu steuern. Ferner ist zwischen der Kolbenstange 19 und dem Dämpferkolben 5 ein Proportionalmagnet 8 als elektromagnetischer Aktor angeordnet, der zur Steuerung des Durchlassquerschnittes Q dient.
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Der Ausschnitt A zeigt in 2 im Detail den Aufbau des Dämpferkolbens 5 und des Proportionalmagneten 8. In Zusammenschau mit 3 wird im Folgenden dieser Aufbau und die Funktionsweise des mit dem Dämpferkolbens 5 zusammenwirkenden Proportionalmagneten 8 erläutert.
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Der Dämpferkolben 5 besteht aus einer Steuerhülse 7, deren Mantelfläche rechteckförmige Steueröffnungen 16 aufweist, die in Umfangsrichtung auf 360° gleichmäßig verteilt sind. Ferner schließt sich jeweils stirnseitig der Steuerhülse 7 ein kreisförmiger Flansch 5a und 5b an, wobei der Flansch 5b über die Kolbenringdichtung 2a an der Innenwand des Mantelrohrs 2 anliegt und die zugehörige stirnseitige Öffnung von einem Durchgangsventil 20 abgeschlossen wird. Der andere Flansch 5a dient zur flächenbündigen Verbindung mit dem Proportionalmagneten 8, der aus einem topfförmigen Gehäuse 18 und einer einen Anker 9 aufnehmenden Ankerhülse 12 aufgebaut ist, wobei die Ankerhülse 12 mit einem stirnseitigen Flansch 12a einerseits das topfförmige Gehäuse 18 abschließt und andererseits an dem Flansch 5a des Dämpferkolbens 5 flächenbündig anliegt.
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Die Ankerhülse 12 wird am flanschabgewandten Ende von einem topfförmigen Polkern 12b abgeschlossen, wobei eine Druckfeder 15 den Anker 9 in Richtung des Dämpferkolbens 5 vorspannt, so dass bei einer von dem Gehäuse 18 aufgenommenen unbestromten Spulenwicklung 14 des Proportionalmagneten 8 der Anker 9 eine unterste Stellung einnimmt.
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Ferner umfasst der Dämpferkolben 5 einen Drehschieber 6, der als Hohlzylinder ausgebildet ist und drehbar in der Steuerhülse 7 des Dämpferkolbens 5 gelagert ist, ebenso sind auf seiner Mantelfläche rechteckförmige, in Umfangsrichtung gleichmäßig auf 360° verteilte Steueröffnungen 17 vorgesehen.
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Dieser Drehschieber 6 steht über an dem Anker 9 angeordnete Steuerstifte 10 als Steuerelemente in Wirkverbindung mit dem Drehschieber 6, wobei diese Steuerstifte 10 jeweils in eine als Steuerkurve ausgebildete Schrägnut 11 eingreifen. Die beiden Schrägnuten 11 sind diametral gegenüberliegend an der Mantelfläche des Drehschiebers 6 angeordnet, während die beiden Steuerstifte 10 jeweils an der drehschieberzugewandten Stirnfläche 9a des Ankers 9 randseitig radial abstehend und ebenso diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Schrägnuten 11 in einem solchen Abstand zum Rand des Drehschiebers 6 angeordnet sind, dass bei Eingriff der Steuerstifte 10 in diese Schrägnuten 11 dessen Steueröffnungen 17 und die Steueröffnungen 16 der Steuerhülse 7 in einer Ebene liegen, wodurch in Abhängigkeit eines relativen Drehwinkels zwischen Steuerhülse 7 und Drehschieber 6 diese Steueröffnungen 16 und 17 in teilweise oder vollständige Überdeckung gebracht werden können und sich hieraus der Durchlassquerschnitt q steuern lässt. Der gesamte Durchlassquerschnitt Q ergibt sich als Summe der durch die Teil- oder Vollüberdeckung der Steuerschlitze 16 und 17 sich ergebenden Querschnitte q.
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3 zeigt, dass jeder radial abstehende Steuerstift 10 in eine stiftartige Verlängerung 10a übergeht, die in axialer Richtung auf der Umfangsfläche des Ankers 9 verlaufen. Die Steuerstifte 10 sind daher einstückig aus einem zylindrischen Arm hergestellt, bei dem ein Ende zur Bildung des Steuerstiftes 10 gekröpft ist.
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Um eine leichte Montage zu erzielen sind die Schrägnuten 11 jeweils durch eine axiale Nut 11a bis an die ankerseitige Stirnfläche des Drehschiebers 6 verlängert, so dass der Anker 9 durch Einschieben der Steuerstifte 10 über diese axiale Nuten 11a bis in die Schrägnut 11 in dem Drehschieber 6 positioniert werden kann.
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Die stiftartigen Verlängerungen 14a auf der Umfangsfläche des Ankers 9 bilden eine jeweils eine Nocke, die in eine auf der Innenfläche der Ankerhülse 12 und des Polkerns 12b axial verlaufende Nut 13 geführt wird, so dass dadurch eine Verdrehsicherung zustande kommt, die dem Anker 9 nur eine axiale Bewegung gestattet.
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Bei Bestromung der Spule 14 des Proportionalmagneten 8 stellt sich in Abhängigkeit der Stromstärke eine bestimmte Hubstellung des Ankers 9 ein, indem dieser aus seiner untersten Stellung gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 15 in Richtung des Polkerns 12b bewegt wird. Dabei bewegt sich der Steuerstift 10 entlang der Schrägnut 11 und bewirkt dadurch eine Drehbewegung des Drehschiebers 6 um einen durch den Steigungswinkel α vorgegebenen Drehwinkel. Der Steigungswinkel α kann zwischen 10° und 80° gewählt werden. Im Ergebnis wird damit die translatorische Auf- und Abbewegung des Ankers 9 durch den Steuerstift 10 und die Schrägnut 11 in ein rotatorisches Hin- und Herbewegen des Drehschiebers 6 umgewandelt, wobei sich bei dieser Drehbewegung dessen Steuerschlitze 17 mehr oder weniger mit den Steuerschlitzen 16 der Steuerhülse 7 überdecken und sich dadurch Öffnungen mit unterschiedlichen Querschnitten q ergeben. Durch diese sich ergebende Öffnungen kann Öl des hydraulischer Stoßdämpfers 1 von der unteren Kammer 4 in die obere Kammer 3 oder umgekehrt fließen.
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Gemäß 4 können dabei drei unterschiedliche Positionen Pos 1, Pos 2 und Pos 3 des Drehschiebers 6 relativ zur Steuerhülse 7 entstehen. Befindet sich der Anker 9 bei unbestromter Spule 14 des Proportionalmagneten 8 in der von der Druckfeder 15 bewirkten untersten Position entsprechend dessen maximalen Hub smax, überdecken sich die Steuerschlitze 16 und 17 vollständig, so dass in dieser Position Pos 1 des Drehschiebers 6 eine Öffnung mit maximaler Querschnitt qmax entsteht. Wird nun die Spule 14 des Proportionalmagneten 8 bestromt, wird der Anker 9 in Richtung des Polkerns 12b um eine Strecke s1 bewegt, so dass damit auch der Steuerstift 10 axial in diese Richtung bewegt wird und dabei über die Schrägnut 11 eine Drehbewegung um einen bestimmten Drehwinkel des Drehschiebers 6 in eine Position Pos 2 bewirkt, wodurch nur eine teilweise Überdeckung der beiden Steuerschlitze 16 und 17 entsteht und dabei eine Öffnung mit gegenüber dem maximalen Querschnitt qmax reduziertem Querschnitt q entsteht. Damit erfolgt mit einer Stromsteuerung des Proportionalmagneten 8 eine analoge Steuerung der Durchflussmenge des Öls durch den Dämpferkolben 5, wodurch sich die Dämpferkennlinie des hydraulischen Stoßdämpfers 1 verstellen lässt.
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Schließlich wird der Drehschieber 6 bei maximaler Bestromung der Spule 14 mit maximalen Hub smax des Ankers 9 in die dritte Position Pos 3 gedreht, in der sich die beiden Steuerschlitze 16 und 17 nicht mehr überdecken und dadurch der Querschnitt q auf null reduziert wird, so dass kein Durchfluss von Öl durch den Dämpferkolben 5 möglich ist. In dieser dritten Position Pos 3 hat der Steuerstift 10 gegenüber der ersten Position Pos 1 das andere Ende der Schrägnut 11 erreicht.
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In dem Ausführungsbeispiel ist die Schrägnut 11 als Steuerkurve geradlinig ausgebildet, so dass dadurch eine lineare Übersetzung der Auf-und-Ab-Bewegung des Ankers 9 in die Hin-und-Her-Drehbewegung des Drehschiebers bewirkt wird. So kann diese Steuerkurve auch krummlinig mit einer Vielzahl von Möglichkeiten ausgebildet werden; hierzu sei bspw. eine parabel- oder hyperbel- oder sinoidenförmige Gestaltung nur als kleine Auswahl genannt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulischer Stoßdämpfer
- 2
- Zylinder des hydraulischer Stoßdämpfers 1, Mantelrohr
- 2a
- Kolbendichtung
- 3
- obere Kammer des hydraulischer Stoßdämpfers 1
- 4
- untere Kammer des hydraulischer Stoßdämpfers 1
- 5
- Dämpferkolben
- 6
- Drehschieber
- 6a
- ankerseitige Stirnseite des Drehschiebers 6
- 7
- Steuerhülse
- 8
- Proportionalmagnet
- 9
- Anker
- 9a
- drehschieberseitige Stirnseite des Ankers 9
- 10
- Steuerelement, Steuerstift
- 10a
- stiftartige Verlängerung des Steuerstifts 10
- 11
- Steuerkurve, Schrägnut
- 11a
- axiale Verlängerung der Schrägnut 11
- 12
- Ankerhülse
- 12a
- Flansch der Ankerhülse
- 12b
- Polkern
- 13
- Nut in der Ankerhülse 12
- 14
- Wicklung des Proportionalmagneten 8, Spulenwicklung
- 15
- Druckfeder des Proportionalmagneten 8
- 16
- Steuerschlitze des Drehschiebers 6
- 17
- Steuerschlitze der Steuerhülse 7
- 18
- Gehäuse des Proportionalmagneten 8
- 19
- Kolbenstange des hydraulischer Stoßdämpfer 1
- 20
- Ventil
