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Die Erfindung betrifft ein Dämpfungssystem, insbesondere in Form einer hydraulischen Kabinenfederung, mit mindestens einem hydraulisch ansteuerbaren, ein- und ausfedernden Differentialzylinder und mit mindestens einem an den zuordenbaren Differentialzylinder aufseiten seines Kolbenund seines Stangenraums angeschlossenen Hydrospeicher, wobei mittels eines Proportional-Drosselventils und einer Anzahl von Rückschlagventilen eine proportionale Dämpfung für den jeweiligen Differentialzylinder erreicht ist.
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Dahingehende Dämpfungs- oder Federungssysteme sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen frei auf dem Markt erhältlich, wobei neben einer Kabinenfederung für Fahrzeuge auch sonstige hydraulisch ansteuerbare Betätigungsteile mit einer Dämpfung ausgelegt sein können, wie beispielsweise Hydromotoren für Fahrantriebe. Bei den bekannten Lösungen ist für den Erhalt einer gleichmäßigen oder konstanten Dämpfung ein hoher Regelungsaufwand notwendig, die unter Einsatz einer entsprechend ausgelegten Sensorik den hydraulischen Zustand des jeweils ansteuerbaren Betätigungsteils und/oder seiner Position erfasst.
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Durch die
EP 2 197 697 B1 ist ein gattungsgemäßes Dämpfungssystem bekannt mit dem eine variable, proportionale Dämpfung realisierbar ist, die situationsabhängig und anwederspezifisch auf Ereignisse reagieren kann.
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Durch den Einsatz eines Proportional-Drosselventils als Dämpfungsventil bei der bekannten Lösung besteht die Möglichkeit mit nur einem Ansteuervorgang das jeweils hydraulisch ansteuerbare Betätigungsteil in Form eines Differentialzylinders variabel zu drosseln, ohne dass es dabei zu Hystereseerscheinungen beim eigentlichen Dämpfungsvorgang mit dem Differentialzylinder kommt, was die Ansteuerungsgenauigkeit beeinträchtigen könnte. Das bekannte Dämpfungssystem bedarf auch nur eines geringeren Regelungsaufwandes und lässt sich dergestalt kostengünstig realisieren und funktionssicher betreiben.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des bekannten Dämpfungssystems (siehe 5 und 6) arbeitet das Proportional-Drosselventil mit paarweise miteinander verschalteten Rückschlagventilen, insgesamt vier Stück, zusammen und über die Rückschlagventile kann die Ansteuerseite des Differentialzylinders der gerade nicht gedämpft wird, Fluid wie beispielsweise Öl aus dem Hydrospeicher aufnehmen, wodurch der Gefahr von Kavitation im angeschlossenen Hydraulikkreis begegnet ist.
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Nachteilig an dieser an sich sonst ausgesprochen vorteilhaften Lösung der Schutzrechtsinhaberin ist, dass bei der Vier-Rückschlagventil-Lösung beim Einfahr- oder Einfederungsvorgang des Differentialzylinders (Druckstufe) ein sehr großer Volumenstrom aus dem Kolbenraum über das proportionale Dämpfungsventil in Form des Proportional-Drosselventils geleitet werden muss, was dazu führt, dass man ein entsprechend groß dimensioniertes Dämpfungsventil benötigt, um die anstehenden großen Fluidmengen sicher beherrschen zu können. Auch kommt es aufgrund der relativ großen anzusteuernden Fluidmengen zu einer verzögerten Dämpfungseinleitung, was ein rasches Ansprechen des Dämpfungssystems auf sich ändernde Druckverhältnisse am jeweiligen Differentialzylinder verhindert.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehalten der Vorteile der bekannten gattungsgemäßen Lösung, wie der Funktionssicherheit und des kavitationsfreien Betriebes, diese dahingehend weiter zu verbessern, dass sie noch rascher auf sich ändernde Druckverhältnisse anspricht und in noch kostengünstigerer Weise realisierbar ist.
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Eine dahingehende Aufgabe löst ein Dämpfungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Kolben- und der Stangenraum des Differentialzylinders mittels einer Fluidleitung und zweier Rückschlagventile derart miteinander verbindbar sind, dass sowohl beim Ein- als auch beim Ausfedern im Wesentlichen nur das Differenzvolumen aus Kolben- und Stangenraum über das Proportional-Drosselventil im Betrieb des Systems geführt ist, sind nur relativ geringe Fluid-Volumenströme über das genannte Dämpfungsventil anzusteuern und mithin zu beherrschen, so dass man das Dämpfungsventil in Form des Proportional-Drosselventils von der Baugröße her deutlich kleiner dimensionieren kann, als das Dämpfungsventil nach der bekannten gattungsgemäßen Lösung, was Kosten einspart.
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Darüber hinaus kommt das erfindungsgemäße Dämpfungssystem mit nur zwei Rückschlagventilen aus und benötigt keinesfalls vier, paarweise zusammenwirkende Rückschlagventile, was gleichfalls hilft die Kosten zu senken. Aufgrund der geringeren Anzahl an benötigten Rückschlagventilen, sowie kleiner zu beherrschenden Fluidvolumina und kurzer Fluid-Leitungswege spricht das erfindungsgemäße Dämpfungssystems ausgesprochen schnell auf sich ändernde Ein- und Ausfederbewegungen am jeweiligen Differentialzylinder, beispielsweise im Rahmen eines Hubfahrwerksystems, an, so dass das Dämpfungs- und Federungsverhalten gegenüber bekannten Lösungen deutlich verbessert ist. Es ist für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet von Fahrwerksfederungen und -dämpfungssystemen überraschend, dass er bei geschickter Verschaltung der für ein Dämpfungssystem notwendigen Komponenten zu deutlich verbesserten Dämpfungsergebnissen kommt, denn mit den bekannten Lösungen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems ist vorgesehen, dass man sowohl beim Ein- als auch beim Ausfedern mit dem Differentialzylinder über das Proportional-Drosselventil die gleiche Dämpfung erreicht, indem man die Ringfläche des Kolbens des Differentialzylinders doppelt so groß auslegt, wie die zugeordnete Stangenfläche des Kolbens. Dergestalt erhält man eine Dämpfungs-Symmetrie sowohl auf der Zug- als auch auf der Druckseite oder Druckstufe des Differentialzylinders.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Dämpfungssystem anhand eines Ausführungsbeispieles nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung in der Art hydraulischer Schaltpläne die
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1 das Dämpfungssystem bei einer Einfederbewegung mit dem Differentialzylinder und die
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2 eine der 1 entsprechende Darstellung bei einer Ausfederbewegung des Differentialzylinders.
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Das in den 1 und 2 gezeigte Dämpfungssystem in der Art eines hydraulischen Schaltplanes soll insbesondere die Funktion einer hydraulischen Kabinenfederung haben und weist mindestens einen hydraulisch ansteuerbaren, ein- und ausfedernden Differentialzylinder 10 auf. Der Differentialzylinder 10 verfügt über eine innerhalb eines Zylindergehäuses 12 längsverfahrbare Kolben-Stangeneinheit 14, wobei der dahingehende Aufbau für einen Differentialzylinder 10 üblich ist, so dass an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen wird. Die angesprochene Kolben-Stangeneinheit 14 unterteilt innerhalb des Zylindergehäuses 12 den Differentialzylinder 10 in einen Kolbenraum 16 und einen Stangenraum 18. Je nach Verfahrstellung der Kolben-Stangeneinheit 14 nehmen die genannten Räume 16, 18 zueinander unterschiedliche Fluidvolumina ein. Um beispielsweise ein Fahrwerk aktiv zu dämpfen, kann die Kolbenstange der Kolben-Stangeneinheit 14 an ihrem, in Blickrichtung auf die 1 und 2 gesehen, unteren Ende ein nicht näher dargestelltes Rad oder einen Radsatz aufweisen.
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Es ist ferner üblich, beispielsweise bei einem Fahrzeug mit zwei Achsen und vier Rädern für jedes Rad diesem einen eigenen Differentialzylinder 10 zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren ist sowohl der Kolbenraum 16 als auch der Stangenraum 18 an einen Hydrospeicher 20 fluidführend angeschlossen. Ferner weist das Dämpfungssystem als Dämpfungsventil ein Proportional-Drosselventil 22 auf und ferner sind in die einzelnen Fluidleitungen zwei Rückschlagventile 24 und 26 geschaltet. Insbesondere sind der Kolbenraum 16 und der Stangenraum 18 des Differentialzylinders 10 mittels einer gemeinsamen Fluidleitung 28 und der beiden genannten Rückschlagventile 24, 26 derart miteinander verbindbar, dass sowohl beim Ein- als auch beim Ausfedern nur das Differenzvolumen von Kolbenraum 16 und Stangenraum 18 des Differentialzylinders 10 herrührend über das Proportional-Drosselventil 22 im Betrieb des Systems geführt ist. Dies bedeutet, dass sowohl beim Einfedern als auch beim Ausfedern die Volumina zwischen Kolbenraum 16 und Stangenraum 18 unmittelbar und auf kürzestem Weg gegeneinander ausgetauscht werden, um dem Grunde nach nur das hierdurch sich ergebende geringe Differenzvolumen einschließlich des bewegten Fluidvolumens im, an den Differentialzylinder 10 angeschlossenen, hydraulischen Kreis zu dämpfen.
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Das in der gemeinsamen Fluidleitung 28 zwischen Kolbenraum 16 und Stangenraum 18 des Differentialzylinders 10 angeordnete erste Rückschlagventil 24 öffnet gemäß den Darstellungen nach den 1 und 2 in Richtung des Stangenraums 18 und sperrt in Richtung des Kolbenraums 16. In eine weitere zweite Fluidleitung 30, in die die erste Fluidleitung 28 über eine Abzweigstelle 32 in den Kolbenraum 16 einmündet, ist das weitere zweite Rückschlagventil 26 zwischen diese Abzweigstelle 32 und dem Hydrospeicher 20 geschaltet, das in Richtung dieser Abzweigstelle 32 öffnet und in Richtung des Hydrospeichers 20 schließt. In eine weitere dritte Fluidleitung 34, in die die erste Fluidleitung 28 über eine weitere zweite Abzweigstelle 36 in den Stangenraum 18 des Differentialzylinders 10 einmündet, ist das angesprochene Proportional-Drosselventil 22 als Dämpfungsventil zwischen dieser zweiten Abzweigstelle 36 und dem Hydrospeicher 20 geschaltet. Sowohl die zweite Fluidleitung 30 als auch die dritte Fluidleitung 34 treffen sich an einem gemeinsamen fluidführenden Knotenpunkt 38 an den der Hydrospeicher 20 mit seiner Fluidseite 40 angeschlossen ist. Die dahingehende Fluidseite 40 des Speichers 20 ist über ein elastisch nachgiebiges Trennelement 42 von der sogenannten Vorspann-Gasseite 44 separiert.
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In Abhängigkeit der Form des Trennelements 42, sei es in Form einer Membran oder einer Blase, charakterisiert dies den Hydrospeicher 20 als Membran- bzw. Blasenspeicher. Das Trennelement 42 kann auch starr ausgebildet sein, beispielsweise in der Form eines Kolbens eines üblichen Kolbenspeichers. Ausgehend von dem Knotenpunkt 38 verläuft eine noch mit Doppelpfeilen endseitig gekennzeichnete Funktionsleitung 46, die dazu dienen kann, das Dämpfungssystem mit Fluid zu befüllen, beispielsweise in Form von Hydrauliköl oder die eine Anschlussmöglichkeit des gezeigten Dämpfungssystems an weitere Dämpfungssysteme (nicht dargestellt) ermöglicht, die eine Fahrwerksdämpfung oder Fahrwerksfederung sicherstellen.
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Das genannte Proportional-Drosselventil ist ein 2/2-Proportional-Drosselventil 22, das in einem betätigten Zustand gemäß der Darstellung nach den 1 und 2 von einer Rückstellfeder 48 in einer den Fluidstrom drosselnden Ausgangsstellung gehalten ist und bei Betätigung mittels einer elektromagnetischen Stelleinrichtung 50 zusehends in seine vollständig geöffnete Stellung gelangt. Anstelle der in den Figuren gezeigten Drossel lässt sich die Drosselfunktion auch über ein federbelastetes Rückschlagventil an der Stelle der Drossel im Ventil 22 erreichen, dessen Öffnungsrichtung in Richtung des Stangenraumes 18 weist. Bei der gezeigten Ausführungsform des Differentialzylinders 10 ist die Ringfläche 52 der Kolben-Stangeneinheit 14 doppelt so groß dimensioniert wie die Stangenfläche 54, die am Kolben der Kolben-Stangeneinheit 14 der Ringfläche 52 stirnseitig gegenüberliegt. Bei der dahingehenden Ausgestaltung ist sowohl beim Ein- als auch beim Ausfedern über das Proportional-Drosselventil 22 die gleiche Dämpfung erreicht.
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Ferner weist der Differentialzylinder 10 in üblicher, und daher nicht näher beschriebenen Weise, ein Wegmesssystem 56 auf, das vorzugsweise teilweise in den Differentialzylinder 10 in seinem Kolbenraum 16 integriert ist sowie zumindest teilweise in die Kolbenstange des Differentialzylinders 10 eingesetzt ist. Das dahingehende Messsystem 56 erlaubt eine elektrische oder elektronische Messwerterfassung der Position der Kolben-Stangeneinheit 14 gegenüber dem insoweit ruhenden Zylindergehäuse 12, wobei die erfassten Messwerte an eine nicht näher dargestellte zentrale Steuereinheit (CPU) weitergeleitet werden, die wiederum nach vorgebbaren Regelalgorithmen die elektromagnetische Stelleinrichtung 50 des Proportional-Drosselventils 22 für einen Dämpfungsvorgang mit dem Differentialzylinder 10 ansteuert. Es ist selbstredend, dass auch eine Relativbewegung zwischen Zylindergehäuse 12 und Kolben-Stangeneinheit 14 stattfinden kann.
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Die Darstellung nach der 1 zeigt das Strömungsverhalten der Dämpfungsflüssigkeit, wie Öl, im Hydraulikkreis des Dämpfungssystems, insbesondere bestehend aus den Fluidleitungen 28, 30 und 34 sowie den Rückschlagventilen 24, 26, dem Proportional-Drosselventil 22 nebst Hydrospeicher 20 und aus dem an den hydraulischen Kreis angeschlossenen Differentialzylinder 10. Die 1 gibt die Fluidströmung anhand von Pfeilen bei einer Einfederbewegung des Dämpfungssystems wieder, was durch einen Pfeil 58 symbolisiert ist, der die Krafteinleitung von der Umgebung, beispielweise über den nicht näher dargestellten Radsatz, auf die Kolben-Stangeneinheit 14 des Dämpfungszylinders 10 wiedergibt. Dahingehend wird gemäß den weiteren Pfeildarstellungen innerhalb des hydraulischen Kreises aus dem Kolbenraum 16 Fluid zur ersten Abzweigstelle 32 verdrängt, wobei das erste Rückschlagventil 24 Druck bedingt öffnet und das zweite Rückschlagventil 26 verbleibt in seiner geschlossenen Stellung.
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Über die gemeinsame erste Fluidleitung 28 gelangt dergestalt das im Kolbenraum 16 verdrängte Fluid über die zweite Abzweigstelle 36 in die dritte Fluidleitung 34 und somit in den Stangenraum 18, wobei das im Kolbenraum 16 verdrängte Fluidvolumen im Stangenraum 18 unmittelbar aufgenommen wird, der sich vom Aufnahmevolumen her dann entsprechend vergrößert, da die Kolben-Stangeneinheit 14 bedingt durch die eingeleitete Kraft gemäß Kraftpfeil 58 nach oben in Richtung des Kolbenraumes 16 verschoben wird, der sich dabei in seinem Volumen verringert. Durch diesen internen, direkten Volumenausgleich zwischen Kolbenraum 16 und Stangenraum 18 unter Einbezug der gemeinsamen ersten Fluidleitung 28 zwischen diesen Räumen 16, 18 und dem Rückschlagventil 24, braucht dann nur noch das verbleibende Differenzvolumen innerhalb des beschriebenen hydraulischen Dämfpungs-Systemkreislaufes von dem Proportional-Drosselventil 22 gedämpft zu werden, um dergestalt ein gesamtwirksames Dämpfungssystem für den Differentialzylinder 10 zu erreichen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
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Zur Dämpfung des Fluidkreises dient auch der Hydrospeicher 20 mit seiner über die Gasseite 44 vorgespannten Fluidmenge auf seiner Fluid- oder Flüssigkeitsseite 40. Etwaig von der Fluid- oder Flüssigkeitsseite 40 stammendes bevorratetes Fluid des Hydrospeichers 20 sowie das das Proportional-Drosselventil 22 passierende Fluid gelangt im Sinne eines geschlossenen Kreislaufes dann über den Knotenpunkt 38 wiederum in die zweite Fluidleitung 30 und dann bei geöffnetem zweiten Rückschlagventil 26 zur ersten Abzweigstelle 32 und dergestalt in die gemeinsame erste Fluidleitung 28 zwischen Kolbenraum 16 und dem Stangenraum 18.
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Im umgekehrten Fall, also beim Ausfedern der Kolben-Stangeneinheit 14 aus dem Zylindergehäuse 12 des Differentialzylinders 10, was in der 2 mit einem weiteren Kraftpfeil 60 angedeutet ist, erfolgt der Ausgleich nunmehr zwischen dem Stangenraum 18 und dem Kolbenraum 16 bei geschlossenem ersten Rückschlagventil 24 über die Fluidleitungen 34 und 30 bei geöffnetem zweiten Rückschlagventil 26. Die Androsselung des dahingehenden Fluidstroms erfolgt dann wiederum über das Proportional-Drosselventil 22 unter Einbezug des Dämpfungsverhaltens des angeschlossenen Hydrospeichers 20. Auch insoweit wird das bei dem Einfederungsvorgang nach der 1 verbleibende Differenzvolumen im hydraulischen Dämpfungs-Fluidkreis gedämpft.
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Über die spezielle Anordnung der Rückschlagventile 24, 26 erfolgt die proportionale Dämpfung über das aufgezeigte, konstruktiv einfach aufgebaute 2/2-Proportional-Drosselventil 22, so dass unabhängig von der Bewegungsrichtung der Kolben-Stangeneinheit 14 relativ zum Zylindergehäuse 12 des jeweiligen Differentialzylinders 10 immer ein Volumenstrom über das Ventil 22 zum Speicher 20 erzeugt wird. Aufgrund der angesprochenen Zylinderauslegung bei der die Ringfläche 52 der Kolben-Stangeneinheit 14 doppelt so groß ist wie die Stangenfläche 54, ergibt sich eine vollständige Symmetrie zwischen Zug- und Druckstufe am Differentialzylinder 10. Da nur kleine Differenzvolumen bewegt und gedämpft werden müssen und der Hauptstrom-Volumenausgleich direkt zwischen Kolbenraum 16 und Stangenraum 18 des Differentialzylinders 10 erfolgt, erfolgt die Dämpfung sehr rasch und verzögerungsfrei und das Proportional-Drosselventil 22 kann entsprechend klein dimensioniert werden, was Kosten sparen hilft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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