DE112016002019B4

DE112016002019B4 - Schwingungsdämpferanordnung

Info

Publication number: DE112016002019B4
Application number: DE112016002019.8T
Authority: DE
Inventors: Joachim Funke
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: KR20180018519A; JP2018517876A; KR102095094B1; DE112016002019A5; CN108156816B; US10508705B2; US20190040927A1; JP6697485B2; WO2016192847A1; CN108156816A

Abstract

Schwingungsdämpferanordnung, die einen Druckmittelzylinder (1) umfasst, in dem ein Kolben (2) mit einer Kolbenstange (3) axial verschiebbar geführt ist, der den Druckmittelzylinder (1) in eine Druckkammer (4) und eine Zugkammer (5) unterteilt, wobei zum Volumenausgleich der Kolbenstange (3) noch ein Gasdruckspeicher (8) vorgesehen ist, der durch mindestens ein zur Druckkammer (4) öffnendes erstes Rückschlagventil (6) mit der Druckkammer (4) verbunden ist und wobei zwischen der Druckkammer (4) und der Zugkammer (5) ein zur Zugkammer (5) öffnendes zweites Rückschlagventil (7) und parallel dazu mindestens ein erstes zu steuerndes Arbeitsventil (12) vorgesehen ist,wobei zu dem ersten Arbeitsventil (12) ein zweites zu steuerndes Arbeitsventil (13) in Reihe geschaltet ist, das einerseits mit dem ersten Arbeitsventil (12) und andererseits mit der Zugkammer (5) verbunden ist, wobei zwischen den beiden Arbeitsventilen (12,13) ein Druckmittelabzweig (14) vorgesehen ist, der mit dem Gasdruckspeicher (8) und dem Ausgang des ersten Rückschlagventils (6) verbunden ist, wobei der Gasdruckspeicher (8) nur einen geringen Vordruck von 1 bar bis 10 bar aufweist,wobei die zu steuernden Arbeitsventile als elektrorheologische Drosselventile (12,13) ausgebildet sind, die mit einer gemeinsamen elektrischen Hochspannung zu steuern sind,dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drosselventil (13) zwischen dem Ausgang des ersten Rückschlagventils (6) und dem Druckmitteleingang des Gasdruckspeichers (8) über eine erste Druckmittelleitung (9) direkt mit dem Gasdruckspeicher (8) und andererseits über eine zweite Druckmittelleitung (17) mit der Zugkammer (5) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpferanordnung, insbesondere zur Dämpfung von Ein- und Ausfederbewegungen vorzugsweise an Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Schwingungsdämpferanordnungen werden häufig als Stoßdämpfer in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei bestehen die Stoßdämpfer im Wesentlichen aus einem mit Flüssigkeit befüllten Zylinder, in dem ein an einer Kolbenstange befestigter Kolben axial geführt ist. Der Kolben unterteilt dabei den Druckmittelzylinder in eine Druck- und in eine von der Kolbenstange durchlaufene Zugkammer. Bei einer axialen Bewegung der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder strömt die Flüssigkeit meist über Arbeits- oder Dämpfungsventile von der einen Kammer in die andere Kammer, wobei durch die Art der Arbeitsventile die Schwingungen mehr oder weniger stark gedämpft werden. Zum Ausgleich des Kolbenstangenvolumens und der Wärmeausdehnung der Flüssigkeit ist die Druckkammer meist mit einem Gasdruckspeicher verbunden. Zur Verhinderung der Kavitation in der Zugkammer wird die Druckkammer meist mit einem Vordruck von ca. 20 bis 30 bar beaufschlagt.
Aus der DE 10 2010 026 378 A1 ist ein elektrorheologischer Schwingungsdämpfer bekannt, der während des Schwingungsvorgangs von außen durch elektrische Steuerungsmittel steuerbar ist. Dabei handelt es sich um einen Schwingungsdämpfer insbesondere für Kraftfahrzeuge, dessen Druckmittel eine elektrorheologische Flüssigkeit ist. Zur Steuerung ist im Druckmittelzylinder als Arbeitsventil ein Drosselspalt angeordnet, der die beiden Druckmittelkammern miteinander verbindet. Der Drosselspalt wird dabei von einer Spaltanschnittstelle in einen ersten und einen zweiten Spaltabschnitt unterteilt, wobei der erste Spaltabschnitt mit der Druckkammer und der zweite Spaltabschnitt mit der Zugkammer des Druckmittelzylinders verbunden ist. Parallel zum ersten Spaltabschnitt ist noch ein nichtsteuerbarer Bypassspalt von der Spaltanschnittstelle bis zur Druckkammer angeordnet, an dessen Ende ein zur Druckkammer öffenbares Rückschlagventil vorgesehen ist. Zur elektrischen Steuerung der Dämpferkraft ist um den ersten und zweiten Drosselspaltabschnitt eine röhrenförmige Elektrode angeordnet, die mit einer gesteuerten elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, mit der die Viskosität in den Drosselspalten verändert wird. In Verlängerung zum Druckmittelzylinder ist im Anschluss zur Druckkammer noch ein Gasdruckspeicher angeordnet, der zum Ausgleich des Kolbenstangenvolumens vorgesehen ist. Dieser Gasdruckspeicher ist durch einen kolbenstangenlosen axial verschiebbaren Kolben von der Druckkammer getrennt. Dabei ist zur Verhinderung der Kavitation der Vordruck in der Gasdruckkammer des Gasdruckspeichers auf einen Wert von mindestens 20 bis 30 bar eingestellt. Ein derartig hoher Vordruck hat aber den Nachteil, dass es einer aufwendigen Abdichtung bedarf, die wegen der relativ hohen Reibung einem erhöhten Verschleiß unterliegt.
Aus der DE 10 2010 051 872 A1 ist eine Schwingungsdämpferanordnung für Kraftfahrzeuge bekannt, die ein elektrorheologisches Arbeitsventil und mehrere Rückschlagventile enthält. Dabei sind diese Ventile so angeordnet, dass der Vordruck im Gasdruckspeicher vom Arbeitsdruck in der Druck- oder Zugkammer entkoppelt ist und deshalb ohne die Gefahr einer Kavitation nur ein geringer Vordruck von höchstens 10 bar erforderlich ist. Dazu ist ein Druckmittelzylinder mit einer Zug- und einer Druckkammer vorgesehen, die durch einen axial verschiebbaren Kolben getrennt sind, wobei im Kolben zwischen der Zug- und Druckkammer ein zur Zugkammer öffenbares Rückschlagventil angeordnet ist. Dabei ist die Druckkammer mit einem Gasdruckspeicher verbunden, in den ein zur Druckkammer öffenbares Rückschlagventil angeordnet ist. Das elektrisch regelbare elektrorheologische Arbeitsventil ist mit einer Anschlussseite mit der Zugkammer und mit der anderen Anschlussseite mit dem Gasdruckspeicher verbunden. Bei einer derartigen Dämpferanordnung entsteht eine Asymmetrie der Kraftverteilung zwischen Zug- und Druckrichtung, die vom Verhältnis zwischen dem Kolbenstangenquerschnitt und der Kolbenstangenringfläche (Kolbenquerschnitt abzüglich Kolbenstangenquerschnitt) abhängt, da durch die Kolbenstange auf beiden Seiten der Kolbenfläche unterschiedliche Druckflächen wirken. Da der Querschnitt der Kolbenstange aber meist nach dessen mechanischer Belastung bemessen wird, der insbesondere bei Fahrzeugstoßdämpfern an der Vorderachse größer als an der Hinterachse vorgesehen wird, entstehen unterschiedliche Asymmetrien, die meist mit den aufgrund des Fahrkomfort gewünschten Asymmetrien nicht übereinstimmen. Dies kann zwar durch elektrorheologische Ventile mit speziellen Spaltanschlussstellen berücksichtigt werden, so dass man für jeden Kolbenstangenquerschnitt ein spezielles elektrorheologisches Drosselventil mit unterschiedlichen Spaltanschlussstellen schaffen müsste. Da bei Dämpfern mit elektrorheologischem Drosselventil diese meist im Zylinderohr integriert sind, müsste für jeden vorgesehenen Kolbenstangenquerschnitt eine gesonderte Dämpferanordnung hergestellt werden, was insbesondere bei Serienteilen wie Stoßdämpfern nachteilig ist.
DE 10 2010 008 720 A1 betrifft eine Gasfederdämpfervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Arbeitszylinder, einem innerhalb des Arbeitszylinders verschieblich gelagerten und den Arbeitszylinder in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum aufteilenden Arbeitskolben, einer dem Arbeitskolben fest zugeordneten Kolbenstange mittels der Kräfte auf den Arbeitskolben übertragbar sind und die durch den ersten Arbeitsraum hindurchführt, einem innerhalb des Arbeitszylinders verschieblich gelagerten, den zweiten Arbeitsraum von einem Gasausgleichsraum abgrenzenden Trennkolben, einer innerhalb des Arbeitszylinders zwischen dem Arbeitskolben und dem Trennkolben festangeordneten und den Arbeitsraum in einen ersten Teilarbeitsraum und einen zweiten Teilarbeitsraum aufteilenden Trennplatte.
In DE 10 2010 008 723 A1 wird eine Gasfederdämpfervorrichtung offenbart, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem mit einem Hydraulikmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitszylinder, einem innerhalb des Arbeitszylinders verschieblich gelagerten und den Arbeitszylinder in einen ersten Arbeitsraumund einen zweiten Arbeitsraum aufteilenden Arbeitskolben, einer dem Arbeitskolben fest zugeordneten und in den ersten Arbeitsraum eintauchenden Kolbenstange, einer außerhalb des Arbeitszylinders angeordneten und diesem hydraulisch zugeordneten Gasdruck beaufschlagten hydraulischen Nachgiebigkeitsstelle und einer zwischen den Arbeitszylinder und die Nachgiebigkeitsstelle geschalteten Ventilanordnung mittels der zumindest eine Eigenschaft der Gasfederdämpfervorrichtung stellbar oder zumindest beeinflussbar ist.
DE 10 2007 026 378 A1 beschreibt einen Schwingungsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung von Ein- oder Ausfederkräften an Kraftfahrzeugen, der ein Druckmittelzylinder enthält, in dem ein Kolben mit einer Kolbenstange axial verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben unterteilt den Druckmittelzylinder in eine Ein- und eine Ausfahrkammer, in denen als Druckmittel eine elektrorheologische oder magnetorheologische Flüssigkeit enthalten ist. Die Ein- und Ausfahrkammer sind mindestens durch einen Drosselspalt miteinander verbunden, in dessen Bereich mindestens ein Feldkrafterzeugungselement angeordnet ist. In einem weiteren Spalt zwischen den Druckmittelkammern ist mindestens noch ein Rückschlagventil angeordnet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Drosselspalts durcheine Spaltanschnittstelle in einen ersten Drosselspaltabschnitt und einen zweiten Drosselspaltabschnitt unterteilt wird. Der zweite Drosselspaltabschnitt ist dabei mit der Ausfahrkammer und der erste Drosselspaltabschnitt mit der Einfahrkammer verbunden. Parallel zum ersten Spaltabschnitt ist noch ein Bypassspalt vorgesehen, in den ein zur Einfahrkammer offenes Rückschlagventil angeordnet ist.
DE 10 2013 003 841 A1 betrifft einen Schwingungsdämpfer zur Dämpfung von Ein- und/oder Ausfederkräften an Kraftfahrzeugen, der einen Druckmittelinnenzylinder enthält, in dem ein Kolben mit einer Kolbenstange axial verschiebbar angeordnet ist, der den Druckmittelinnenzylinder in eine Einfahrkammer und eine Ausfahrkammer unterteilt, in denen als Druckmittel eine elektrorheologische Flüssigkeit enthalten ist, wobei die Einfahrkammer und die Ausfahrkammer durch mindestens einen Drosselspalt zwischen dem Zylinderinnenrohr und einem koaxial dazu angeordneten Elektrodenrohr verbunden ist und dass das Elektrodenrohr koaxial von einem beabstandeten weiteren Außenrohr umgeben ist, das mit dem Elektrodenrohr eine Gasdruckkammer bildet, die über ein Bodenventil mit der Einfahrkammer verbunden ist. Dieser Schwingungsdämpfer ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylinderinnenrohr und dem Elektrodenrohr mindestens zwei axial lineare oder schraubenwendelförmige Dichtmittel angeordnet sind, die den Drosselspalt in mindestens zwei gleichartige Ventilteilspalte unterteilen und dass zwischen der Ausfahrkammer und der Gasdruckkammer ein zur Gasdruckkammer öffnendes erstes gedrosseltes Rückschlagventil angeordnet ist
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Dämpferanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die gewünschte Asymmetrie oder Symmetrie zwischen den Zug- und Druckstufen unabhängig von dem vorgesehenen Kolbenstangenquerschnitt erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst, insbesondere durch eine Schwingungsdämpferanordnung, die einen Druckmittelzylinder (1) umfasst, in dem ein Kolben (2) mit einer Kolbenstange (3) axial verschiebbar geführt ist, der den Druckmittelzylinder (1) in eine Druckkammer (4) und eine Zugkammer (5) unterteilt, wobei zum Volumenausgleich der Kolbenstange (3) noch ein Gasdruckspeicher (8) vorgesehen ist, der durch mindestens ein zur Druckkammer (4) öffnendes erstes Rückschlagventil (6) mit der Druckkammer (4) verbunden ist und wobei zwischen der Druckkammer (4) und der Zugkammer (5) ein zur Zugkammer (5) öffnendes zweites Rückschlagventil (7) und parallel dazu mindestens ein erstes zu steuerndes Arbeitsventil (12) vorgesehen ist, wobei zu dem ersten Arbeitsventil (12) ein zweites zu steuerndes Arbeitsventil (13) in Reihe geschaltet ist, das einerseits mit dem ersten Arbeitsventil (12) und andererseits mit der Zugkammer (5) verbunden ist, wobei zwischen den beiden Arbeitsventilen (12,13) ein Druckmittelabzweig (14) vorgesehen ist, der mit dem Gasdruckspeicher (8) und dem Ausgang des ersten Rückschlagventils (6) verbunden ist, wobei der Gasdruckspeicher (8) nur einen geringen Vordruck von 1 bar bis 10 bar aufweist,
wobei die zu steuernden Arbeitsventile als elektrorheologische Drosselventile (12,13) ausgebildet sind, die mit einer gemeinsamen elektrischen Hochspannung zu steuern sind,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drosselventil (13) zwischen dem Ausgang des ersten Rückschlagventils (6) und dem Druckmitteleingang des Gasdruckspeichers (8) über eine erste Druckmittelleitung (9) direkt mit dem Gasdruckspeicher (8) und andererseits über eine zweite Druckmittelleitung (17) mit der Zugkammer (5) verbunden ist.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die vorgesehene Schaltung von mindestens zwei Rückschlagventilen und mindestens zwei Arbeitsventilen eine Einstellung der Asymmetrie von Zug- und Druckstufe des Schwingungsdämpfers möglich ist, ohne dass dazu die Querschnitte oder Durchmesserverhältnisse der Kolbenstange und des Kolbens berücksichtigt werden müssten. So kann die Asymmetrie zusätzlich durch die Anordnung und Steuerung der Arbeitsventile erfolgen, so dass die Querschnitte der Kolbenstange und des Kolbens ausschließlich nach mechanischen Anforderungen bestimmt werden können. Deshalb ist es vorteilhafterweise auch möglich, einen gleichartigen Schwingungsdämpfer allein durch die Schaltung und Steuerung der Arbeitsventile für unterschiedliche Asymmetrien zwischen Druck- und Zugstufe auszulegen, um den erwünschten Fahrkomfort zu realisieren, ohne die mechanischen Eigenschaften der Schwingungsdämpferteile zu verändern. Deshalb können für verschiedene Dämpfungskennlinien oder verschiedene Fahrzeugausführungen gleichartige Dämpferausführungen als Serienteile kostengünstig verwendet werden.
Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass zur geometrieunabhängigen Einstellung der Asymmetrie der Zug- und Druckstufe nur zwei oder drei steuerbare Arbeitsventile und zwei einfache Rückschlagventile notwendig sind, um verschiedene Fahrgefühlstufen auch bei unterschiedlichen Fahrzeugausführungen realisieren zu können. Dabei hat die Erfindung gleichzeitig den Vorteil, dass dies auch mit einem Gasdruckspeicher mit geringem Vordruck von höchstens 10 bar möglich ist, ohne dass die Gefahr einer Kavitation besteht. Durch die Verwendung von steuerbaren magnetorheologischen oder elektrorheologischen Arbeitsventilen ist vorteilhaft, dass die Einstellungen unterschiedlicher Asymmetrien zwischen der Druck- und der Zugstufe ohne nennenswerte Schaltverzögerungen erfolgen kann, so dass eine sehr genaue Steuerung von Druck- und Zugstufe während des Fahrbetriebs möglich ist.
Da die Asymmetrie zwischen der Zug- und der Druckstufe durch mindestens zwei unabhängige Arbeitsventile steuerbar ist, können diese vorteilhafterweise mit einer gemeinsamen Steuerspannung beaufschlagt werden, so dass für die Steuerung der Arbeitsventile vorteilhafterweise dieselben Elektroden verwendbar sind.
Dies hat insbesondere bei einer besonderen Ausführung der Erfindung mit in dem Druckmittelzylinder integrierten elektrorheologischen Arbeitsventilen den Vorteil, dass die Arbeitsventile koaxial zum Druckmittelzylinder als parallele oder gewendelte Spalte ausführbar sind, die durch mindestens zwei beabstandete und isolierte Zylinderrohre ausgebildet sind, die gleichzeitig die Elektroden darstellen.
Eine weitere besondere Ausführung der Erfindung mit mindestens 3 steuerbaren Arbeitsventilen hat den Vorteil, dass hierdurch die Zugstufe durch drei Arbeitsventile bedämpfbar ist, während die Druckstufe von drei Arbeitsventilen bei verkleinerter Durchflussmenge bedämpft wird, wodurch bei gleicher Steuerspannung die Zugstufe generell stärker bedämpft wird als die Druckstufe, wodurch eine Asymmetrie entsteht, die den in der Realität vorgesehenen Fahrgefühlstufen weitgehend entspricht, so dass mittels der Steuerspannung meist nur noch geringe Asymmetrieanpassungen erfolgen müssen. Dadurch ist die Steuerung höherer Dämpfungswerte im Zugbetrieb gegenüber dem Druckbetrieb mit geringeren Steuerspannungsänderungen möglich, wodurch sich die Steuerungsgenauigkeit erhöhen lässt. Die Erfindung hat gleichzeitig den Vorteil, dass die geometrieunabhängige Asymmetrieeinstellung nicht nur mit elektrorheologischen, sondern auch mit magnetorheologischen und schnellen hydraulischen Arbeitsventilen realisierbar ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

1: einen hydraulischen Arbeits- und Steuerschaltkreis einer elektrorheologischen Dämpferanordnung mit zwei gesteuerten Drosselventilen und zwei Rückschlagventilen, und
2: einen hydraulischen Arbeits- und Steuerschaltkreis einer elektrorheologischen Dämpferanordnung mit drei gesteuerten Drosselventilen und zwei Rückschlagventilen.

In 1 der Zeichnung ist ein hydraulischer Arbeits- und Steuerschaltkreis einer elektrorheologischen Dämpferanordnung dargestellt, die einen Druckmittelzylinder 1 und einen, mit einer Kolbenstange 3 versehenen, längsverschieblichen Kolben 2 enthält, wobei der Kolben 2 den Druckmittelzylinder 1 in eine Druckkammer 4 und eine von der Kolbenstange 3 durchlaufende Zugkammer 5 unterteilt. Dabei ist die Druckkammer 4 über ein zu dieser offenes oder öffenbares erstes Rückschlagventil 6 mit einem Gasdruckspeicher 8 über eine erste Druckmittelleitung 9 verbunden. Gleichzeitig ist die Druckkammer 4 über eine erste Überströmbohrung 11 mit einem ersten steuerbaren elektrorheologischen Arbeitsventil 12 und nachfolgend einem zweiten steuerbaren elektrorheologischen Arbeitsventil 13 und dessen Ausgang über eine zweite Überstrombohrung 10 mit der Zugkammer 5 verbunden. Dabei ist zwischen den beiden steuerbaren Arbeitsventilen 12,13 ein Druckmittelabzweig 14 zum Gasdruckspeicher 8 und dem ersten Rückschlagventil 6 vorgesehen. Zusätzlich ist im Kolben 2 noch ein zur Zugkammer 5 offenes oder öffenbares zweites Rückschlagventil 7 angeordnet.
Eine derartige Dämpferanordnung wird vorzugsweise in Kraftfahrzeugen als Stoßdämpfer eingesetzt und dient hauptsächlich dazu, die auf die Räder wirkenden fahrbedingten Schwingungen in beiden Wirkrichtungen gegenüber dem Fahrzeugchassis möglichst zu dämpfen. Derartige Dämpferanordnungen können auch für andere Schwingungsdämpfungen verwendet werden und stellen deshalb eine allgemein gebräuchliche Schwingungsdämpferanordnung dar.
Ein derartiger Stoßdämpfer besteht in der Praxis meist aus einem geschlossenen Aluminium- oder Stahlzylinder als Druckmittelzylinder 1, mit einer abgedichteten Kolbenstangendurchführung, in dem sich als Druckmittel eine elektrorheologische Flüssigkeit als hydraulisches Dämpfungsmittel befindet. In dem gefüllten Druckmittelzylinder 1 ist ein abgedichteter Kolben 2 axial verschiebbar geführt, an dem die Kolbenstange 3 befestigt ist, die vorzugsweise mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden ist. Gegenüberliegend ist dann der Druckmittelzylinder 1 mit der Druckkammer 4 an einem Achsschenkel befestigt, an dem sich ein Fahrzeugrad befindet.
Zum Ausgleich des Kolbenstangenvolumens und zum Ausgleich einer Wärmeausdehnung der elektrorheologischen Flüssigkeit ist noch ein Gasdruckspeicher 8 vorgesehen, der in der Praxis vorzugsweise ein zylindrisches Druckmittelgehäuse 15 mit einem Druckmittelanschluss aufweist. In dem Druckmittelgehäuse 15 ist ein kolbenstangenloser, axial geführter, Gasdruckkolben 16 vorgesehen, der ein im Gasdruckgehäuse 15 unter einem geringen Vordruck von 1 bis 10 bar eingebrachtes Gas gegenüber dem Druckmittelzylinder 1 abdichtet. Dazu ist zwischen dem Gasdruckspeicher 8 und der Druckmittelkammer 4 die erste Druckmittelleitung 9 angebracht, in der ein herkömmliches erstes Rückschlagventil 6 ohne Drosselwirkung vorgesehen ist, das zur Druckkammer 4 offen oder zumindest öffenbar und zum Gasdruckspeicher 8 geschlossen oder schließbar ist. Dabei kann der Gasdruckspeicher 8 aber auch direkt mit der Druckkammer 4 über das erste Rückschlagventil 6 verbunden sein, wodurch sich eine einfache integrierende kompakte Einheit zwischen dem Gasdruckspeicher 8 und dem Druckmittelzylinder 1 mit der elektrorheologischen Flüssigkeit ergibt. Derartige Gasdruckspeicher 8 können auch durch ein zusätzliches Zylinderrohr im Stoßdämpfer integriert sein, das den Druckmittelzylinder 1 umschließt. Dämpfer einer solchen Bauart werden als sogenannte Zweirohrdämpfer bezeichnet.
Desweiteren ist zusätzlich im Kolben 2 des Druckmittelzylinders 1 noch ein zweites herkömmliches Rückschlagventil 7 ohne Drosselventil angeordnet, das zur Zugkammer 5 offen oder öffenbar und zur Druckkammer 4 geschlossen oder schließbar ist. Ein derartiges zweites Rückschlagventil 7 kann aber auch außerhalb des Kolbens 2 mittels zweier Druckmittelleitungen angeordnet sein, die die Druckkammer 4 und die Zugkammer 5 miteinander verbinden.
Zur Dämpfung der einfedernden Druck- oder der ausfedernden Zugschwingungen zwischen dem Fahrzeugchassis und dem jeweiligen Rad sind zwischen der Druck- 4 und der Zugkammer 5 des Druckmittelzylinders 1 die zwei Arbeitsventile 12,13 vorgesehen, die als steuerbare elektrorheologische Drosselventile 12,13 ausgebildet sind. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um zwei dünne Drosselspalte, die wendelförmig koaxial mit Hilfe eines weiteren Zylinderaußenrohres 18 im Gehäuse des Druckmittelzylinders 1 ausgebildet sind. Dabei ist der innere Druckmittelzylinder 1 gleichzeitig als eine elektrisch leitende Elektrode ausgebildet, die von dem zweiten Zylinderaußenrohr 18 als weitere Elektrode koaxial umgeben ist, durch die ein elektrisches Feld erzeugbar ist, das die Viskosität der durchströmenden elektrorheologischen Flüssigkeit verändert. Derartige steuerbare elektrorheologische Drosselventile sind aus der DE 10 2013 003 841 A1 bekannt, die in einem Schwingungsdämpfer integriert sind. Derartige Arbeitsventile 12,13 können aber auch als Drosselventile für magnetorheologische Flüssigkeiten oder andere hydraulische Flüssigkeiten ausgebildet sein. Dabei kommt es für die Funktion der Erfindung auf die Art der Flüssigkeitssteuerung der Drosselventile im Grunde nicht an.
Für die Funktion der Erfindung ist hier entscheidend, dass das zweite Drosselventil 13 zwischen dem Ausgang des ersten Rückschlagventils 6 und dem Druckmitteleingang des Gasdruckspeichers 8 über eine erste Druckmittelleitung 9 direkt mit dem Gasdruckspeicher 8 und andererseits über eine zweite Druckmittelleitung 17 mit der Zugkammer 5 verbunden ist. Denn bei dieser Anordnung der beiden Rückschlagventile 6,7 und der Arbeitsventile 12,13 ist nie ein Arbeitsdruck direkt mit dem Gasvolumen im Gasdruckspeicher 8 verbunden, sondern immer über eines der beiden Arbeitsventile 12,13. Deshalb ist die Asymmetrie der Dämpferanordnung weitgehend unabhängig von den Querschnittsflächen der Kolbenstangen oder der Kolbenstangenringflächen (Kolbenquerschnitt abzüglich Kolbenstangenquerschnitt) und kann ausschließlich durch die beiden Arbeitsventile 12,13 gesteuert werden. Dazu fließt im Druckbetrieb die elektrorheologische Flüssigkeit hauptsächlich über das idealisierte zweite Rückschlagventil 7 ungedämpft von der Druckkammer 4 in die Zugkammer 5, da hierbei das erste Rückschlagventil 6 zum Gasdruckspeicher 8 geschlossen ist. Gleichzeitig fließt ein Teil der elektrorheologischen Flüssigkeit wegen des zusätzlich in die Zugkammer 5 eintauchenden Kolbenstangenvolumens aus der Zugkammer 5 über die erste Überströmbohrung 10 in die Druckmittelleitung 17, das zweite elektrorheologische Arbeitsventil 13 und den Druckmittelabzweig 14 in den Gasdruckspeicher 8. Zusätzlich strömt über die zweite Überströmbohrung 11, das erste Arbeitsventil 12 und den Druckmittelabzweig 14 ein weiterer Teil der elektrorheologischen Flüssigkeit in den Gasdruckspeicher 8. Durch eine entsprechende Steuerspannung kann dabei im Druckbetrieb die Dämpfung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem Fahrzeugrad durch die beiden Arbeitsventile 12,13 entsprechend dem gewünschten Fahrkomfort eingestellt werden. Die so gesteuerte Dämpfung im Druckbetrieb ist dabei auch unabhängig von der Dämpfung im Zugbetrieb, so dass dadurch die Druckdämpfung durch Vorgabe der Steuerspannung separat einstellbar ist.
Im Zugbetrieb wird hingegen das zweite Rückschlagventil 7 zur Druckkammer 4 geschlossen, so dass die elektrorheologische Flüssigkeit über die erste Überströmbohrung 10, die zweite Druckmittelleitung 17, das zweite elektrorheologische Arbeitsventil 13, den Druckmittelabzweig 14 und das zur Druckkammer 4 geöffnete erste Rückschlagventil 6 zur Druckkammer 4 strömt. Da durch den Druckmittelabzweig 14 das erste Arbeitsventil 12 umgangen wird, wird im Zugbetrieb die Dämpfung ausschließlich durch das zweite elektrorheologische Arbeitsventil 13 gesteuert. Da im Zugbetrieb der Druck in der Zugkammer 5 im Wesentlichen von der Kolbenstangenringfläche (Kolbenquerschnitt abzüglich Kolbenstangenquerschnitt) abhängt, kann durch eine entsprechende Steuerspannung in dem zweiten Arbeitsventil 13 die Zugdämpfung nach Vorgabe des gewünschten Fahrkomforts festgelegt werden. Dabei ist bei einer verhältnismäßig großen Kolbenstangenringfläche bereits mit einer kleinen Steuerspannung im Zugbetrieb eine verhältnismäßig hohe Dämpfung unabhängig vom Druckbetrieb einstellbar. Dadurch ist es unabhängig von den Querschnittsverhältnissen zwischen der Kolbenstange und dem Kolben möglich, unabhängige Zug- und/oder Druckdämpfungen zu steuern, wobei auch deren gewünschte Asymmetrieverhältnis durch entsprechende Vorgaben der Steuerspannungen einstellbar sind.
In 2 der Zeichnung ist eine weitere Ausführung der Erfindung mit drei elektrorheologischen Drosselventilen 12,13,20 und zwei Rückschlagventilen 6,7 dargestellt. Dabei besteht diese Schwingungsdämpferanordnung ebenfalls wie die nach 1 der Zeichnung aus einem Druckmittelzylinder 1, der durch einen axial verschieblichen Kolben 2 in eine Druck- 4 und eine Zugkammer 5 unterteilt ist. Im Kolben 2 ist ebenfalls ein zur Zugkammer 5 offenes oder öffenbares zweites Rückschlagventil 7 angeordnet, das als ideales Rückschlagventil wirkt, das im geöffneten Zustand praktisch keine Drosselwirkung aufweist. Zwischen der Druckkammer 4 und der Zugkammer 5 sind ebenfalls zwei elektrorheologische Arbeitsventile 12,13 in Reihe geschaltet. Diese Arbeitsventile sind vorzugsweise als zwei separate wendelförmige Drosselspalte zwischen dem Druckmittelzylinder 1 und einem diesen koaxial umgebenden Zylinderaußenrohr 18 ausgebildet, wobei die beiden Zylinderohre 1,18 gleichzeitig die steuerbaren Elektroden darstellen.
Desweiteren weist die Schwingungsdämpferanordnung nach 2 der Zeichnung auch einen Gasdruckspeicher 8 mit nur einem geringen Vordruck von ca. 1 bis 10 bar auf, der über eine erste Druckmittelleitung 9 mit der Druckkammer 4 verbunden ist. In dieser ersten Druckmittelleitung 9 ist ebenfalls ein erstes Rückschlagventil 6 angeordnet, um im Druckbetrieb den Gasdruckspeicher 8 von der Druckkammer 4 zu entkoppeln.
Desweiteren enthält die Schwingungsdämpferanordnung nach 2 der Zeichnung zwischen den beiden ersten und zweiten Arbeitsventilen 12,13 einen Druckmittelabzweig 14, der nach dem Ausgang des ersten Rückschlagventils 6 mit dem Gasdruckspeicher 8 in der ersten Druckmittelleitung 9 verbunden ist. Im Gegensatz zur Schwingungsdämpferanordnung nach 1 der Zeichnung ist im Druckmittelabzweig 14 ein weiteres drittes elektrorheologisches Arbeitsventil 20 vorgesehen, durch das auch im Zugbetrieb die elektrorheologische Flüssigkeit durch die parallel geschalteten ersten und dritten Arbeitsventile 12,20 steuerbar ist. Dabei wird durch das dritte elektrorheologische Arbeitsventil 20 erreicht, dass auch im Zugbetrieb während des Ausschwingens des Fahrzeugchassis die elektrorheologische Flüssigkeit sowohl durch das zweite elektrorheologische Ventil 13 als auch die dazu in Reihe geschalteten beiden parallel geschalteten ersten und dritten Arbeitsventile 12, 20 in die Druckkammer 4 strömt. Da bei Personenkraftwagen die Zugschwingungen wegen eines guten Fahrkomforts in der Regel stärker bedämpft werden sollen als die Druckschwingungen, können diese durch die drei steuerbaren Arbeitsventile 12,13,20 stärker bedämpft werden als beim Druckbetrieb mit geöffnetem zweiten Rückschlagventil 7, wo hauptsächlich nur die zwei dann in Reihe geschalteten Arbeitsventile 12,20, sowie das zu Arbeitsventil 12 parallel durchströmte zweite Arbeitsventil 13 mit verringerter Durchflussmenge wirksam sind. Insofern werden schon bei gleicher Steuerspannung die Zugschwingungen stärker gedämpft als die Druckschwingungen, wodurch ohne Steuerspannungsänderungen zwischen Zug- und Druckbetrieb eine Asymmetrie besteht, wie sie in der Praxis etwa erwünscht ist. Dabei kann die Asymmetrie noch zusätzlich dadurch verändert werden, dass die Steuerspannung während der Zugbewegung entsprechend der genau gewünschten Asymmetrie verändert wird. Dadurch ist bei der Ausführung nach 2 der Zeichnung mit einer geringen Steuerspannungsänderung vorteilhafterweise in einem verhältnismäßig großen Bereich eine asymmetrische Schwingungsdämpfung einstellbar. Vorteilhafterweise werden dabei sowohl während des Zugbetriebs und des Druckbetriebs alle elektrorheologischen Arbeitsventile 12,13,20 von der gleichen Steuerspannung 19 gesteuert, so dass in allen Steuerspalten der Arbeitsventile 12,13,20 die gleiche Viskosität herrscht. Dadurch sind vorteilhafterweise alle Arbeitsventile 12,13,20 mit nur einer Steuereinrichtung und denselben Elektroden steuerbar.

Claims

Schwingungsdämpferanordnung, die einen Druckmittelzylinder (1) umfasst, in dem ein Kolben (2) mit einer Kolbenstange (3) axial verschiebbar geführt ist, der den Druckmittelzylinder (1) in eine Druckkammer (4) und eine Zugkammer (5) unterteilt, wobei zum Volumenausgleich der Kolbenstange (3) noch ein Gasdruckspeicher (8) vorgesehen ist, der durch mindestens ein zur Druckkammer (4) öffnendes erstes Rückschlagventil (6) mit der Druckkammer (4) verbunden ist und wobei zwischen der Druckkammer (4) und der Zugkammer (5) ein zur Zugkammer (5) öffnendes zweites Rückschlagventil (7) und parallel dazu mindestens ein erstes zu steuerndes Arbeitsventil (12) vorgesehen ist, wobei zu dem ersten Arbeitsventil (12) ein zweites zu steuerndes Arbeitsventil (13) in Reihe geschaltet ist, das einerseits mit dem ersten Arbeitsventil (12) und andererseits mit der Zugkammer (5) verbunden ist, wobei zwischen den beiden Arbeitsventilen (12,13) ein Druckmittelabzweig (14) vorgesehen ist, der mit dem Gasdruckspeicher (8) und dem Ausgang des ersten Rückschlagventils (6) verbunden ist, wobei der Gasdruckspeicher (8) nur einen geringen Vordruck von 1 bar bis 10 bar aufweist, wobei die zu steuernden Arbeitsventile als elektrorheologische Drosselventile (12,13) ausgebildet sind, die mit einer gemeinsamen elektrischen Hochspannung zu steuern sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drosselventil (13) zwischen dem Ausgang des ersten Rückschlagventils (6) und dem Druckmitteleingang des Gasdruckspeichers (8) über eine erste Druckmittelleitung (9) direkt mit dem Gasdruckspeicher (8) und andererseits über eine zweite Druckmittelleitung (17) mit der Zugkammer (5) verbunden ist.
Schwingungsdämpferanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckmittelabzweig (14) zwischen dem Gasdruckspeicher (8) und in Ruheschaltung zum zweiten Arbeitsventil (13) ein drittes zu steuerndes Arbeitsventil (20) angeordnet ist.
Schwingungsdämpferanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsventile (12,13,20) durch Drosselspalte koaxial zum Druckmittelzylinder (1) ausgebildet sind, die durch eine gemeinsame Steuerspannungsquelle (19) zu steuern sind.
Schwingungsdämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückschlagventil (7) im Kolben (2) integriert und so ausgebildet ist, dass es im geöffneten Druckbetrieb keine Drosselwirkung aufweist.
Schwingungsdämpferanordnung einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Dämpfung von Ein- und Ausfederkräften an Kraftfahrzeugen.