DE19529072C2 - Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE-34 46 133 A1 ist ein Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft bekannt, bei dem mittels einer Stellstange in Verbindung mit einem Ventilglied eine Bypass-Passage innerhalb einer Doppelkolbenanordnung gesteuert werden kann. Bei dieser Lösung müssen aber mindestens zwei Nachteile hingenommen werden. Die Doppelkolbenanordnung benötigt einen nicht unerheblichen axialen Bauraum im Schwingungsdämpfer, der die Einsatzmöglichkeiten eines solchen Schwingungsdämpfers auf größere Fahrzeuge mit entsprechenden Bauräumen beschränkt. Selbstverständlich könnte man auch kleine Fahrzeuge mit diesem Schwingungsdämpfertyp ausrüsten, doch muß man dann den Federungsweg auf ein Maß verkürzen, das nicht akzeptiert wird.

Ein weiterer Nachteil, der wiederum in erster Linie für Fahrzeuge der kompakteren Bauform gilt, liegt darin, daß elektrische oder elektromagnetische Stelleinrichtungen einen Strombedarf haben, der selbst bei geschickter Bauart der Verstelleinrichtung zu Buche schlägt. Der Stellstrom muß so groß sein, daß die Stelleinrichtung eine bestimmte Stellposition einnimmt. Letztlich hält der Stellstrom eine Last, wobei diese Form der Energieumwandlung bzw. Nutzung uneffektiv ist.

In "Fahrwerktechnik", Band 3, S. 38, Jörnsen Reimpell, 1974, wird ein lastabhängig verstellbarer Schwingungsdämpfer beschrieben, der zusätzlich von Hand ansteuerbar ist. Bei diesem Schwingungsdämpfer wird über eine Stellstange in Verbindung mit einer Stellmembran eine Bypass-Passage beeinflußt. Der Antrieb der Stellstange erfolgt über Druckluft. Dieses Prinzip eignet sich nur für langsame Dämpfkraftänderungen, die eine Grundeinstellungsveränderung darstellen. Schnelle Regelungen können nicht vorgenommen werden, da das System durch die Verwendung von Öl oder Luft als Übertragungsmedium zu träge reagiert. Insbesondere die Umschaltung von der Dämpfkrafteinstellung "weich" auf "hart" muß in wenigen Millisekunden erfolgen können.

Aus der JP 06 280 921 A ist ein Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft bekannt, mit einem Druckrohr, das von einem Kolben an einer axial beweglichen Kolbenstange in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei der Kolben neben Dämpfventilen eine Bypass-Passage aufweist, die über eine Stellstange in Verbindung mit einem Ventilglied geschaltet wird, wobei ein Ventilglied innerhalb einer Bypass-Passage im drucklosen Zustand des Verstellzylinders die Bypass-Passage verschlossen hält und sich der Schwingungsdämpfer in einer härteren Dämpfkrafteinstellung befindet.

Die DE-AS 1 505 522 beschreibt einen Schwingungsdämpfer, der eine von einer Druckluftquelle beaufschlagte Stellstange aufweist, die im drucklosen Zustand eine Drosselöffnung weiter geöffnet hält als im druckbeaufschlagten Zustand.

Bei der 44 06 918 wird ein Dämpfventilgehäuse eingesetzt, das endseitig jeweils einen Dämpfventilkopfkörper umfaßt, die durch einen Dämpfventilzwischenkörper beabstandet sind. Der Dämpfventilzwischenkörper bildet mit der Kolbenstange einen Ringraum, der Teil einer Bypass-Passage ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem aufgezeigten Stand der Technik bekannten Nachteile bei einem verstellbarer Schwingungsdämpfer zu lösen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Schwingungsdämpfers liegt darin, daß der Energiebedarf für den Stellkolben so gering ist, daß selbst kleinste Druckquellen völlig ausreichen. Als Druckquellen können Kleinstpumpen, kleiner als eine Benzinpumpe, eingesetzt werden, die bei der Leistungsbilanz eines Antriebsmotors praktisch keinen Einfluß haben. Man kann auch den Einsatz einer Druckunterstützung nach dem Prinzip eines Bremskraftverstärkers erwägen. Nachdem der Schwingungsdämpfer stets durch Druckbeaufschlagung in die weiche Einstellung verstellt werden muß, vollzieht sich die Umstellung auf die harte Einstellung bei Verwendung eines Schnellentlüftungsventils so rasch, daß die bei dämpfkraftveränderbaren Schwingungsdämpfern üblichen Schaltzeiten, wie Versuche belegten, eingehalten werden können. Für den Schwingungsdämpferbetrieb ist es stets wichtig, daß die Umschaltung von der weichen in die harte Einstellung möglichst schnell erfolgt. Umgekehrt wird ausdrücklich eine verlangsamte Verstellung gewünscht, damit eine starke Geräuschentwicklung, bedingt durch den rapiden Druckabfall im Schwingungsdämpfer, vermieden wird. Beide Forderungen werden von dem System erfüllt.

Zur Bauraumoptimierung ist das Schnellentlüftungsventil in unmittelbarer Nähe des Verstellzylinders angeordnet. Der Staudruck, der das Entlüften behindern könnte, wird minimiert. Damit das Schnellentlüftungsventil besonders schnell auf einen Druckabfall reagiert, ist in die Versorgungsleitung des Verstellzylinders ein Einlegekörper eingeführt, der bei einem handhabbaren Außendurchmesser das Volumen innerhalb der Versorgungsleitung reduziert. Man sollte meinen, daß durch den Einlegekörper der Strömungswiderstand in der Versorgungsleitung steigt, so daß das Schnellentlüftungsventil träger wird. Dem steht aber überraschenderweise in viel stärkerem Maße gegenüber, daß aus der Versorgungsleitung ein sehr viel kleinerer Volumenstrom entweichen muß, um die Öffnungsbewegung des Schnellentlüftungsventils ausführen zu lassen. Alternativ kann auch eine Versorgungsleitung mit einem kreisringförmigen Querschnitt benutzt werden.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Verstellkolbens ist dieser als ein Blechtopf ausgeführt. Man favorisiert auf dem ersten Blick sicherlich eine Stellmembrane wie aus dem Stand der Technik, doch haben Membrane eine hohe Eigenreibung und eine vergleichsweise kleine Druckwirkungsfläche. Beide Nachteile treten bei einem Blechtopf nicht auf.

Damit die Anforderungen im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum erfüllt werden, besteht der Kolben aus zwei Einzelkolben, die über eine Hüllhülse verbunden sind, wobei die Einzelkolben mit der Hüllhülse einen Ringraum bilden, der einen Abschnitt der Bypass-Passage darstellt. Die Einzelkolben verfügen über einen Kolbenkörper, der als ein einfaches Stanzteil ausgeführt ist. Bisherige Muster zeigten, daß der axiale Bauraumbedarf nicht größer ist als für einen bekannten Standardkolben. Die Hüllhülse stützt und versteift die Einzelkolben, damit sie auch der maximalen Dämpfkraft standhalten.

Dabei sind die Einzelkolben mit Ventilfederscheiben bestückt, wobei die Einzelkolben auf einem Kolbenstangenzapfen aufgefädelt und über ein Befestigungsmittel eine Verspannungsreihe bilden. Es treten dabei nur Dämpfkraftschwankungen bedingt durch Höhentoleranzen auf, die keiner Nachbearbeitung bedürfen. Es hat sich gezeigt, daß die Material- und/oder Höhentoleranzen mit einem geringen Fertigungsaufwand derart genau eingehalten werden können, so daß ein Nachstellen der Dämpfventile entfällt. Zur Vermeidung von Doppelpassungen innerhalb des Kolbens ist zwischen mindestens einem Einzelkolben und der Hüllhülse ein Toleranz- Kompensationsglied eingefügt.

Zur weiteren Vereinfachung der Montage stellt der Kolbenstangenzapfen ein separates Bauteil zur Kolbenstange dar, das mit dem Kolben eine unabhängige Baueinheit bildet, die mit der Kolbenstange nach an sich bekannten Verfahren verbindbar ist. Um die Koppelung zwischen dieser Baueinheit und der Stellstange zu vereinfachen, geht die Stellstange mit dem Ventilglied eine Steckverbindung ein. Alternativ ist das Ventilglied als eine Ventilscheibe ausgeführt, die unter Federlast gegen einen Ventilsitz gedrückt wird und mit der Stellstange durch die Federlast und die Vorspannung im Stellzylinder in Kontakt gehalten wird.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1-3 Schwingungsdämpfer mit Kolben und Druckquelle

Fig. 4 Schnellentlüftungsventil.

Die Zusammenschau der Fig. 1 und Fig. 2 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 mit verstellbarer Dämpfkraft, der über eine Versorgungsleitung 3 mit einer Druckluftquelle 5 in Verbindung steht. Als Druckluftquelle kann ein kleiner Verdichter, angetrieben von einem Fahrzeugmotor, aber auch eine Abwandlung einer Unterdruckeinrichtung in Anlehnung an einen Bremskraftverstärker dienen. Der Schwingungsdämpfer besteht u. a. aus einem Druckrohr 7, in dem eine axial bewegliche Kolbenstange 9 angeordnet ist. Ein Kolben 11 an der Kolbenstange unterteilt das Druckrohr in zwei Arbeitsräume 13; 15, wobei ein Kolbenring 17 dichtend am Außendurchmesser des Kolbens angeordnet ist. Auf die Darstellung eines Ausgleichsraumes wurde verzichtet. Der Kolben umfaßt zwei Einzelkolben 19; 21, versehen jeweils mit Ventilscheiben 23, 25, die in Reihe auf einem Kolbenstangenzapfen 27 aufgefädelt sind. Mindestens eine Abstandshülse 29 gewährleistet die Öffnungsbewegung der Ventilscheiben trotz der Reihenanordnung der Kolben.

Die Einzelkolben 19; 21 zentrieren eine Hüllhülse 31, die zusammen mit den Einzelkolben einen Ringraum 33 bestimmen. Zur Vermeidung von Doppelpassungen ist zwischen mindestens einem Einzelkolben und der Hüllhülse ein Toleranz-Kompensationsglied 35 eingefügt. Die Baueinheit aus der Hüllhülse und den Einzelkolben benötigt nicht sehr viel mehr axialen Bauraum als ein Standardkolben. Als Einzelkolben kommen Flachkolben zur Anwendung, die nur eine wenige Millimeter betragende Bauhöhe aufweisen. Eine umfassende Beschreibung ist der DE 44 10 996 C1 zu entnehmen. Bei dieser Doppelkolbenanordnung bietet die Hüllhülse die Möglichkeit, die Flachkolben extrem dünn auszuführen, da die Hüllhülse eine versteifende Wirkung gegen die angreifenden hydraulischen Kräfte ins Schwingungsdämpfer ausübt.

Insgesamt wird die Dämpfkraft für jede Bewegungsrichtung von beiden Einzelkolben erzeugt, wobei das Dämpfmedium aus einem der Arbeitsräume durch Durchtrittskanäle 37 des einen der Einzelkolben gegen den Öffnungswiderstand der Ventilscheiben in den Ringraum und von dort aus durch Durchtrittskanäle des anderen Einzelkolben mit seinen Ventilscheiben in den anderen Arbeitsraum strömt.

Für eine Dämpfkraftverstellung wird eine Stellstange 39 mit einem Ventilglied 41 innerhalb der hohlen Kolbenstange bewegt. Das Ventilglied beeinflußt eine Bypass-Passage 43, die mindestens eine Anschlußöffnung 45 umfaßt, der sich ein Zentralkanal 47 anschließt, in dem das Ventilglied angeordnet ist. Der Zentralkanal verfügt über einen Ventilsitz 49, gegen den eine axial beweglichen Ventilscheibe 51 durch die Federlast einer Ventilfeder 53 vorgespannt ist. Die Stellstange steht mit der Ventilscheibe in Kontakt und hebt diese in Abhängigkeit der Ansteuerung von ihrem Ventilsitz gegen die Kraft der Ventilfeder vom Ventilsitz ab. In weiterer Fließrichtung ist der Zentralkanal mit mindestens einer Querströmöffnung 55 versehen, die den Zentralkanal mit dem Ringraum 33 verbindet. Mit der Stellstange kann man für jede Durchströmungsrichtung des Kolbens über die Bypass-Passage den dem oberen Arbeitsraum zu gewandten Einzelkolben 19 hydraulisch kurzschließen. Die Ventilfeder 53 sorgt dafür, daß die Grundeinstellung des Kolbens 11 eine härtere Dämpfkraftkennlinie mit sich bringt, weil bei verschlossener Bypass-Passage beide Einzelkolben durchströmt werden müssen. Bei einer Verstellbewegung in Verbindung mit der geöffneten Bypass-Passage wird eine weiche Dämpfkrafteinstellung eingenommen.

Die einfache Anlage-Verbindung der Stellstange mit dem als Ventilscheibe ausgeführten Ventilglied ermöglicht es, daß der Kolbenstangenzapfen 27 als Baueinheit vormontiert werden kann. Man führt ganz einfach den Kolbenstangenzapfen in die Kolbenstange ein und stellt, beispielsweise über ein Gewinde- oder eine Verrollung, eine Verbindung beider Bauteile her. Dabei ergibt sich zwangsläufig der Kontakt zwischen der Stellstange und der Ventilscheibe.

Die Ausführung nach der Fig. 3 zeigt einen Kolben, dessen Ventilglied als Schieber ausgeführt ist. Bei einer Axialbewegung des Schiebers wird die Anschlußöffnung 45 zum Zentralkanal 47 freigegeben. Mit dem Schieber läßt sich der Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit des Stellweges stetig verändern. In diesem Zusammenhang wird auf die Möglichkeiten verwiesen, wie sie aus der DE 42 03 508 A1 bekannt sind.

Es wird auf die Fig. 1 zurückverwiesen. Die Versorgungsleitung 3 mündet in einen Verstellzylinder 55, der oberhalb des Schwingungsdämpfer an einer nur teilweise dargestellten Fahrzeugkarosserie befestigt ist. In diesem Bereich steht in der Regel mehr Bauraum zur Verfügung oder es kann einfacher Bauraum bereitgestellt werden. Innerhalb des Verstellzylinders ist ein Stellkolben 57 montiert, der an seinem Außenumfang zum Verstellzylinder abgedichtet ist. Eine Feder 59 spannt den Stellkolben vor, so daß stets der Kontakt zur Stellstange 39 erhalten ist.

Bei einer Druckbeaufschlagung des Verstellzylinders mit Druckluft wird der Stellkolben axial in Richtung der Kolbenstange 9 (Fig. 2 und 3) bewegt. Die Kolbenstange steht still relativ zum Verstellzylinder, so daß der Stellkolben die Stellstange axial in der hohlen Kolbenstange verschiebt und die beschriebene Bypass-Passage 43 zwischen den beiden Arbeitsräumen 13; 15 freigibt, wodurch eine weichere Dämpfkraftkennlinie eingestellt ist. Für diesen Vorgang ist es völlig unerheblich, ob durch die Kompressibilität des Druckluftmediums ein Zeitraum verstreicht, der üblicherweise bei einer Verstellbewegung mit einem Elektromagneten nicht auftritt. In diesem Fall ist die etwas verzögerte Umschaltung von Vorteil, da es aus der Literatur bekannt ist, daß ein verstellbarer Schwingungsdämpfer nur mit Verzögerung von einer harten in eine weichere Einstellung gebracht werden soll, da anderenfalls laut und vernehmlich Geräusche auftreten, die nur durch entsprechenden Aufwand bei der Ansteuerung des Elektromagneten oder des von dem Elektromagneten geschalteten Ventils behoben werden können.

Bei umgekehrter Bewegungsrichtung des Stellkolbens zum Verschluß der Bypass- Passage treten keinerlei Verzögerungen auf. Man strebt grundsätzlich eine möglichst rasche Umschaltung des Dämpfventils von der weichen in die harte Dämpfkrafteinstellung an. Das wird durch ein Ansteuerungsventil 61 von einer nicht dargestellten Ansteuerung ausgelöst. Ein nur geringer Druckabfall in der Versorgungsleitung im Verhältnis zum eingeschlossenen Druck im Verstellzylinder 55 läßt ein Schnellentlüftungsventil 63 öffnen.

Ein solches Schnellentlüftungsventil ist in der Fig. 4 vereinfacht im Schnitt dargestellt. Der Anschluß P steht mit der Druckluftquelle 5 und der Anschluß A mit dem Verstellzylinder in Verbindung. R entspricht der Umgebung mit Atmosphärendruck. Solange der Druck am Anschluß P größer ist als am Anschluß A besteht eine Verbindung zwischen diesen beiden Anschlüssen, wobei gleichzeitig der Anschluß R blockiert ist. Sollte der umgekehrte Fall eintreten, in der Regel durch das Ansteuerungsventil aber auch bei einer Leckage, so verschließt ein Rückschlagventil den Anschluß P und der Verstellzylinder ist über einen Kurzschluß und dem Anschluß R mit der Atmosphäre verbunden. Durch die Ventilfeder 53 im Kolben 11 verschiebt sich die Stellstange und verschließt damit sehr rasch die Bypass-Passage.

Versuche haben ergeben, daß mit möglichst kleinen Rohrquerschnitten der Versorgungsleitung die Schaltgeschwindigkeit des Schnellentlüftungsventils gesteigert werden kann Kleine Rohrquerschnitte lassen aber die verwendeten Schläuche sehr empfindlich gegen Beschädigung werden. Dieses Problem wurde ganz einfach durch einen Einlegekörper 65 innerhalb der Versorgungsleitung gelöst.

Claims (10)

1. Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft, mit einem Druckrohr, das von einem Kolben an einer axial beweglichen Kolbenstange in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei der Kolben neben Dämpfventilen eine Bypass-Passage aufweist, die über eine Stellstange in Verbindung mit einem Ventilglied geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (39) mit einem außerhalb des Schwingungsdämpfers befindlichen Stellkolben (57) als Teil eines Verstellzylinders (55) verbunden ist, der von einer Druckluftquelle (5) beaufschlagt wird, wobei die Bypass-Passage (43) im drucklosen Zustand des Verstellzylinders verschlossen ist und sich der Schwingungsdämpfer in einer härteren Dämpfkrafteinstellung befindet, wobei zwischen der Druckquelle und dem Verstellzylinder ein Schnellentlüftungsventil (63) zwischengeschaltet ist, das bei Druckabfall, ausgehend von einem Ansteuerungsventil (61), den Stellkolben mit der Stellstange eine Stellbewegung ausführen läßt, die den Schwingungsdämpfer in eine härtere Einstellung verstellt.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnellentlüftungsventil in unmittelbarer Nähe des Verstellzylinders angeordnet ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Versorgungsleitung des Verstellzylinders ein Einlegekörper (65) eingeführt ist, der bei einem handhabbaren Außendurchmesser das Volumen innerhalb der Versorgungsleitung reduziert.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben als ein Blechtopf ausgeführt ist.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) aus zwei Einzelkolben (19; 21) besteht, die über eine Hüllhülse (31) verbunden sind, wobei die Einzelkolben mit der Hüllhülse einen Ringraum (33) bilden, der einen Abschnitt der Bypass-Passage darstellt.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkolben mit Ventilfederscheiben bestückt sind, wobei die Einzelkolben auf einem Kolbenstangenzapfen (27) aufgefädelt sind und über ein Befestigungsmittel eine Verspannungsreihe bilden.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens einem Einzelkolben (19) und der Hüllhülse ein Toleranz- Kompensationsglied (35) eingefügt ist.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenstangenzapfen (27) ein separates Bauteil zur Kolbenstange darstellt, das vom Kolben (9) eine unabhängige Baueinheit bildet, die mit der Kolbenstange nach einem an sich bekannten Verfahren verbindbar ist.

9. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (39) mit dem Ventilglied (41) eine Steckverbindung eingeht.

10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied als eine Ventilscheibe ausgeführt ist, die unter Federlast gegen einen Ventilsitz (49) gedrückt und mit der Stellstange durch die Federlast und die Vorspannung im Stellzylinder in Kontakt gehalten wird.