DE19542409C2 - Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge - Google Patents
Schwingungsdämpfer, insbesondere für FahrzeugeInfo
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- DE19542409C2 DE19542409C2 DE1995142409 DE19542409A DE19542409C2 DE 19542409 C2 DE19542409 C2 DE 19542409C2 DE 1995142409 DE1995142409 DE 1995142409 DE 19542409 A DE19542409 A DE 19542409A DE 19542409 C2 DE19542409 C2 DE 19542409C2
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, insbesondere
für Fahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, 2
und 9.
Aus der DE 38 00 864 A1 ist ein Schwingungsdämpfer bekannt,
bei dem die Dämpfung mittels einer elektromagnetischen Stell
vorrichtung veränderbar sein soll. Die Stellvorrichtung selbst
ist am Dämpferkolben angeordnet und umfaßt eine Magnetspule,
einen Anker und einen mit dem Anker verbundenen Steuer
schieber, dessen rage die Drosselung und damit den Strömungs
widerstand des bzw. für das zwischen den Arbeitsräumen sich
bewegende Dämpfungsfluid bestimmt. Der Steuerschieber oder
Ventilkörper soll einen möglichst großen Durchmesser auf
weisen, so daß bei geringem Hub große Drosselquerschnitte
realisierbar sind. Darüber hinaus soll der Steuerschieber oder
ein mit diesem zusammenwirkendes Bauteil des Kolbens ein
bestimmtes Steuerprofil aufweisen, um verschiedene Dämpfer
charakteristiken einstellen zu können. Es ist jedoch von
Nachteil, daß, in Abhängigkeit von der Stellung des Schiebers
und den auf den Dämpfer gelangenden Kräften, die Wirkungen als
Rückschlagventil aufgehoben sind, so daß sich weitere kon
struktive Maßnahmen als erforderlich erweisen.
Aus der DE 25 03 247 A1 ist ein Stoßdämpferventil bekannt, bei
dem ein auf der Kolbenstange gleitender Ventilkörper Öldurch
trittsöffnungen freigibt, wobei die Einfederungstiefe des
Ventilkörpers proportional zu den aufgebrachten Stoßkräften
ist. Unterschiedliche Kennlinienverläufe sind dadurch erziel
bar, indem verschieden geformte Öldurchtrittsöffnungen
vorhanden sind, wovon die jeweils zu aktivierenden durch
Verdrehen von Teilen des Stoßdämpfers gegeneinander ausgewählt
werden.
Die US-PS 2 916 281 offenbart eine Druckstufe eines Stoßdämp
fers, bei dem ein Ventilkörper Öldurchtrittsöffnungen einer
bestimmten Form als Funktion der Einfedertiefe freigibt, wobei
die Form der Öldurchtrittsöffnungen den Kennlinienverlauf be
stimmen. Werden andere Kennlinienverläufe gewünscht, dann ist
die die Öldurchtrittsöffnung tragende Hülse nach Zerlegen des
Stoßdämpfers gegen eine andere mit der gewünschten Form aus
zuwechseln.
Aus der DE 33 12 899 C2 ist ein Schwingungsdämpfer bekannt mit
einem an einer Kolbenstange befestigten Kolben. Dieser Kolben
ist innerhalb eines Zylinders geführt und trennt zwei
Arbeitsräume voneinander. Zwischen den beiden Arbeitsräumen
sind Verbindungskanäle realisiert, durch die ein Dämpfungs
fluid strömen kann. Auf der Kolbenstange ist eine drehbare
Hülse angeordnet, mit der die Verbindungskanäle zwischen den
beiden Arbeitsräumen freigegeben oder verschlossen werden
können. Mittels einer Magnetvorrichtung kann die Hülse von
außen verdreht werden. An der Kolbenstange und zwischen der
drehbaren Hülse ist ein Endstück angeordnet, das eine zentrale
Sackbohrung aufweist. Innerhalb dieser Sackbohrung ist eine
Druckfeder angeordnet, die ein Ventil in eine Vorzugsrichtung
zum Schließen der Verbindungskanäle bewegt. Das Ventil ist
während des Einfedervorgangs des Schwingungsdämpfers ständig
geöffnet und wird bei Beginn des Ausfedervorgangs durch das
zurückströmende Fluid und die Druckfeder schlagartig
geschlossen. Die Hülse ist dabei während des Ausfedervorgangs
vollständig geöffnet. Der Durchfluß des Fluids durch die
Verbindungskanäle während des Einfedervorgangs wird aus
schließlich durch die Position der drehbaren Hülse geregelt.
Aus der DE 33 46 352 C1 ist ebenfalls ein Schwingungsdämpfer
bekannt, der einen an einer Kolbenstange befestigten Kolben
aufweist. Dieser Kolben trennt zwei Arbeitsräume voneinander,
die durch Verbindungskanäle miteinander verbunden werden
können. An der Kolbenstange ist ein hülsenförmiger Steuer
schieber angebracht, der nach oben und unten freiverschiebbar
ist. Mittels des Steuerschiebers kann der Querschnitt der
Verbindungskanäle verändert werden. Dadurch wird das Durch
fließen einer Dämpfungsflüssigkeit von dem einen zu dem
anderen Arbeitsraum geregelt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Schwingungsdämpfer,
insbesondere für Fahrzeuge, mit einem an einer Kolbenstange
befestigten Kolben, welcher innerhalb eines Zylinders geführt
ist und zwei Arbeitsräume trennt, anzugeben, welcher es durch
einfache Mittel und eine geeignete Anordnung dieser Mittel
gestattet, gewünschte Dämpfungscharakteristika als Funktion
der jeweils relevanten Fahrzeug- und Betriebsdaten in einem
nahezu beliebigen Kennfeld optimal einzustellen und
nachzuführen, so daß der Dämpfer in einem vorgebbaren Ar
beitspunkt betreibbar ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen
stand nach den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2 oder 9,
wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestal
tungen und Weiterbildungen umfassen.
Mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer ist eine Dämp
fungscharakteristik extern einstellbar, die nicht nur auf
einer Kennlinie verläuft, sondern die in Abhängigkeit von er
mittelten Betriebs- und Zustandsdaten variabel in ein Kennfeld
gelegt werden kann.
In Verbindung mit einer entsprechenden Signalerfassungs- und
Regelelektronik, zweckmäßigerweise unter Anwendung eines Mi
kroprozessors, kann die gebotene Dämpfungscharakteristik je
weils mit den Komfort- und Funktionswünschen des Fahrers eines
Kraftfahrzeuges einerseits und andererseits mit dem von der
Fahrbahn induzierten Impulsprofil sowie den erwähnten Be
triebsdaten, z. B. Geschwindigkeit, Beladungsgewicht usw., op
timal abgestimmt werden. Zusätzlich ist aufgrund der kosten
günstigen Herstellbarkeit des Schwingungsdämpfers die Möglich
keit gegeben, jedes Rad einzeln oder paarweise für die vorde
ren bzw. hinteren, links- oder rechtsseitigen Räder mit den
entsprechenden Schwingungsdämpfern auszurüsten, welche indivi
duell hinsichtlich der auszuwählenden Dämpfungscharakteristik
im Kennfeld angesteuert werden.
Besonders vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäßen Stoßdämp
fer ohne zusätzlichen Energieaufwand oder Hilfssysteme hydrau
lischer Art die gewünschten Funktionen erfüllen und über eine
geringe Anzahl beweglicher Teile und damit hohe Zuverlässig
keit und hohe Dauerstandfestigkeit verfügen. Es liegt im Sinne
der Erfindung, Zug- und Druckstufe des Dämpfers analog
auszubilden.
Nach einem ersten Grundgedanken der Erfindung besteht der in
der Grundkonstruktion bekannte Schwingungsdämpfer aus einem an
einer Kolbenstange befestigten Kolben, welcher innerhalb eines
Zylinders geführt ist und wobei der Kolben zwei Arbeitsräume,
die durch Verbindungskanäle verbunden sind, trennt. Ein
fluides Medium strömt zwischen den Verbindungskanälen, wobei
diese durch einen federbelasteten Ventilkörper geöffnet und
verschlossen werden können.
Eine erfindungsgemäß längsverschiebliche und/oder verdrehbare,
d. h. verstellbare, Hülse weist Ausnehmungen auf, die einen
Teilabschnitt der erwähnten Verbindungskanäle bilden. Die
Hülse gestattet im Zusammenwirken mit dem Ventilkörper das
Öffnen, Schließen und Querschnittsverändern der Verbindungs
kanäle. Durch eine Verbindung einer äußeren Stelleinrichtung
mit der erfindungsgemäßen Hülse zu deren Arretieren, Längsver
stellen und/oder Drehen, kann in Wechselwirkung mit der Anzahl
und der Querschnittsform der Verbindungskanäle selbst der
Kennlinienverlauf innerhalb eines Kennlinienfeldes ausgewählt
werden.
Zusätzlich kann der federbelastete Ventilkörper in seinem zy
lindrischen Mantel Strömungskanäle aufweisen, die wiederum
einen Teil der Verbindungskanäle bilden. Die Strömungskanäle
können bezüglich Gestalt, Höhe und Tiefe im Wandmaterial eine
vorgegebene Formgebung zur Erzielung gewünschter Dämpfungs
kennlinien aufweisen. Die Wirkverbindung zwischen dem Kolben
und dem federbelasteten, Strömungskanäle aufweisenden, Ventil
körper gestattet das Einstellen von Kennlinienverläufen ohne
unerwünschte lineare Abschnitte oder Unstetigkeitsstellen, wo
bei keine hohen Genauigkeiten oder Forderungen an die Ferti
gung der einzelnen Komponenten des Schwingungsdämpfers ge
stellt werden.
Die Federbelastung des Ventils wird zweckmäßigerweise mittels
einer Schraubenfeder realisiert, kann jedoch auch auf hydrau
lischem, pneumatischem oder elektrischem Wege gestaltet wer
den, so daß gegebenenfalls unterschiedliche Vorlasten auf das
Ventil einwirken können, wodurch sich eine weitere Varianz,
bezogen auf die Dämpfungscharakteristik und die Ansprechemp
findlichkeit des Ventils, zum Öffnen bzw. Schließen der Ver
bindungskanäle ergibt.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird der Ven
tilkörper, welcher eine rotationssymmetrische Form besitzt, so
ausgebildet, daß dieser eine Kontur aufweist, die im wesentli
chen konisch ist und einen linear ansteigenden und/oder stetig
konvex ansteigenden und/oder stetig stufig ansteigenden
und/oder im Wechsel konkav/konvex ansteigenden Verlauf zeigt.
Zusätzlich kann der Ventilkörper auf seiner ansonsten koni
schen Mantelfläche einen Abschnitt mit einer Anschrägung auf
weisen. Durch diese Maßnahmen kann im Falle des Einfederns und
aufgrund der Druckunterschiede in den Arbeitsräumen der Ven
tilkörper gegenüber seiner Federbelastung längsverschoben wer
den, so daß ein Fluidstrom durch den sich ausbildenden
Ringspalt zwischen Kolben und Ventilkörper fließt. Für den
Dämpfungsverlauf entscheidend ist die jeweils momentan freie
Fläche des Ringspaltes als Funktion der Einfederungs- bzw. Be
wegungstiefe des Ventilkörpers.
In einer weiteren Variante der Ausführungsform gemäß dem
ersten Grundgedanken der Erfindung kann auf die längsver
schiebliche Ausführung der Hülse verzichtet werden und an
stelle einer einteiligen Hülse diese aus zwei ineinander ange
ordneten Teilhülsen ausgebildet werden, von denen eine fest
mit der Kolbenstange verbunden ist und die zweite Teilhülse
relativ zur ersten verdreht werden kann, so daß entsprechend
in den Teilhülsen vorhandene Fluid-Durchtrittsöffnungen durch
gegenseitiges Verdrehen im Querschnitt veränderbar sind.
Darüber hinaus kann eine der Teilhülsen in einem unteren Be
reich Schrägflächen aufweisen und so gestaltet sein, daß durch
weiteres Drehen, beispielsweise mit ein und derselben Stell
einrichtung wie zum gegenseitigen Verdrehen der Hülsen, aller
dings in einer Arretierungsposition der beiden Hülsen, eine
unterschiedliche Wegstrecke einstellbar ist, die vom Ventil
körper überwunden werden muß, wenn Druckunterschiede in den
Arbeitsräumen entstehen. Durch diese mögliche Einstellbarkeit
der Wegstrecke kann das Ansprechverhalten des Schwingungsdämp
fers von außen eingestellt werden.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die
Hülse Bohrungen aufweist, welche durch einen Längskanal mit
Austrittsöffnungen verbunden sind, so daß das Fluid über die
erwähnten Verbindungskanäle, die Bohrungen und den Längskanal
hin zu den Austrittsöffnungen, d. h. zwischen den Arbeitsräumen
hin- und herströmen kann. Durch das erwähnte Verdrehen der
Teilhülsen können die Bohrungen und/oder Austrittsöffnungen in
ihrem Durchmesser bzw. der freien Querschnittsfläche, verän
dert werden, um wiederum das Dämpfungsverhalten des Schwin
gungsdämpfers für den jeweiligen Einsatzfall zu optimieren.
Ein weiterer wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht
darin, die Schwingungsdämpfer für jedes Rad einzeln und situa
tionsabhängig fortlaufend einzustellen bzw. anzupassen.
So können beispielsweise erfindungsgemäß die Dämpfer zusammen
wirkend mit einer entsprechenden Stelleinrichtung sowie einer
zugehörigen elektronischen Ansteuerung dafür benutzt werden,
um z. B. bei einem Rennwagen die Dämpfungshärte der bei einer
Kurve äußeren Räder als Funktion der Geschwindigkeit sowie des
Lenkeinschlages situationsabhängig zu optimieren. Weiterhin
kann die Dämpfung dem infolge Treibstoffverbrauch veränderli
chen Wagengewicht optimal nachgeführt werden. Ebenso kann das
Dämpfersystem an die unterschiedliche Dämpfungscharakteristik
bei Reifenwechsel den jeweils neuen Erfordernissen angepaßt
werden.
Eine zusätzliche vorteilhafte Wirkung ergibt sich dann, wenn
das Dämpferverhalten je nach Fahrbahneigenschaften geregelt
wird. Dies kann zum einen durch manuelles Einstellen erfolgen
oder durch eine Regelkette realisiert werden. Hierfür wird
zunächst eine Messung der von der Fahrbahn induzierten Impulse
vorgenommen, eine Meßwertglättung durchgeführt und über einen
Mikroprozessor eine Regelgröße an das Stellglied, z. B. einen
Elektromotor zur Längs- und/oder Drehverstellung der Hülse ab
gegeben. Je nach der Anzahl der fahrbahninduzierten Stöße und
deren Zeitfolge wird ein entsprechendes Dämpfungsverhalten re
alisiert. In dem Falle, wo das Fahrzeug eine ebene Fahrbahn
erreicht, wird eine straffere Dämpfung eingestellt.
Zusätzlich kann in einer ergänzenden Ausführungsform die Hülse
so ausgebildet werden, daß diese bei definierten Positionen
den Fluidstrom zwischen den Arbeitsräumen entweder völlig un
terbinden oder unterbrechen kann. Das Bewegen der Hülse in
eine derartige Position, d. h. das gezielte Ausschalten der
Dämpferwirkung, ist dann sinnvoll, wenn das Fahrzeug unberech
tigt benutzt wird. Bei Fahrzeugen mit einer elektronischen
Wegfahrsperre erkennt der zentrale Prozessor Manipulationen
oder Startversuche. Hieraufhin wird einem Elektromotor ein
entsprechender Stellbefehl zugeführt, und daraufhin die Hülse
in die öldurchflußblockierende Position gebracht.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispie
len sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert wer
den.
Hierbei zeigen:
Fig. 1a bis 1e Darstellungen von Kennlinien bzw. Kennli
nienfeldern im V/F-Diagramm;
Fig. 2a prinzipielle Darstellung für die Druck
stufe eines Dämpferventils mit längsver
schiebbarer Hülse und fluidführenden Kanä
len sowie längsbewegbarem Ventilkörper in
Ruhelage dargestellt sowie mit elektroma
gnetischer Längsverstellung der Hülse;
Fig. 2b mechanische Spindelverstellung der längs
verschiebbaren Hülse;
Fig. 2c die Teildarstellung aus Fig. 2a zur Er
läuterung der Einstellung der Ansprechemp
findlichkeit des Ventils durch Varianz der
Strecke S;
Fig. 3 Darstellung der Möglichkeit des vollstän
digen Blockierens des Fluidflusses in
einer Endlage der längsverschiebbaren
Hülse;
Fig. 4a Darstellung einer zweiteiligen Hülse mit
einer fest mit der Kolbenstange verbun
denen Teilhülse und einer zweiten gegen
die erste verdrehbaren Teilhülse;
Fig. 4b eine prinzipielle Darstellung einer fest
stehenden äußeren Hülse mit nicht prisma
tischen Eintrittsöffnungen, wie diese in
Fig. 4a verwendet wird;
Fig. 4c Darstellung des Zusammenwirkens der Teil
hülsen der zweiteiligen Hülse mit erkenn
baren Veränderungsmöglichkeiten bezüglich
des Fluiddurchtrittes;
Fig. 4d Teildarstellung der äußeren drehbaren
Teilhülse mit nicht prismatischen Durch
trittsöffnungen;
Fig. 5a die Darstellung eines Ventilkörpers mit
nicht prismatischen fluidführenden Kanälen
zur Kenntlichmachung des Führungsverbundes
zwischen Kolben und längsverschieblicher
Hülse;
Fig. 5b Darstellung eines Ventilkörpers mit nicht
prismatischen Kanälen bzw. Ausnehmungen,
die einen Teil des Verbindungskanals bil
den;
Fig. 5c und 5d Abwicklungen von Mantelflächen verschiede
ner Ventilkörper mit erkennbaren Ausfüh
rungsformen nicht prismatischer Ausnehmun
gen bzw. Kanäle;
Fig. 6a prinzipielle Darstellung einer Regel
strecke für die Anwendung in einem PKW zum
Ableiten eines Signals zum Einstellen des
Stellgliedes;
Fig. 6b prinzipielle Darstellung einer Regel
strecke, z. B. für einen Rennwagen, mit dem
individuellen Ableiten von Signalen zum
Betreiben des Stellgliedes entsprechend
den jeweiligen Betriebszuständen des Fahr
zeuges; und
Fig. 7 Querschnitt durch einen Ventilkörper mit
einer Konuskontur entlang der Mantelflä
che.
Mit Hilfe der Fig. 1a bis 1e soll zunächst erläutert wer
den, welche unterschiedlichen Dämpfungscharakteristika ent
sprechend der jeweiligen Betriebszustände und dem konstrukti
ven Aufbau von Schwingungsdämpfern relevant sind.
In den gezeigten Diagrammen werden die von der Fahrbahn indu
zierten Stoßkräfte mit V(m/s) und die vom Dämpfer erzeugte
Dämpfungskraft mit F(kN) bezeichnet. Folgende Forderungen sind
an moderne Dämpfersysteme zu stellen.
Wie in Fig. 1a dargestellt, muß im V/F-Diagramm jeder tech
nisch sinnvolle Kennlinienverlauf erzeugbar sein, d. h. konkav,
konvex oder mit Wendepunkten. Jeder Kennlinie muß, wie in den
Fig. 1b bis 1d dargestellt, im V/F-Diagramm derart nach
oben bzw. nach unten verschiebbar sein, daß aus einer Kennli
nie ein Kennfeld als definierter Arbeitspunktbereich entsteht.
Darüber hinaus muß das gewünschte Dämpfungsniveau über den ge
samten Geschwindigkeitsbereich V möglicher Stoßkräfte manuell
oder mittels einer Regelstrecke innerhalb des Kennfeldes ein
stellbar sein, wie in Fig. 1e gezeigt.
Eine erste Ausführungsform des Schwingungsdämpfers soll nun
anhand der Fig. 2a bis 2c erläutert werden.
Wie in der Fig. 2a gezeigt, trennt ein Kolben 1 einen unteren
Arbeitsraum A gegen einen oberen Arbeitsraum B, wobei beide
Räume mit einem Dämpferfluid füllbar sind. Der Kolben 1 ist
fest mit der Kolbenstange 3 verbunden, wobei in der Prinzip
skizze gemäß Fig. 2a die eigentliche Fixierung des Kolbens
aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Im
Arbeitsbereich des Dämpferventils besitzt die Kolbenstange 3
einen durchmesserreduzierten Abschnitt, welcher mit dem Be
zugszeichen 33 versehen ist. In diesen Abschnitt ist eine
Hülse 4 längsverschiebbar und/oder drehbeweglich angeordnet.
Die Hülse 4 ist mit fluidführenden Kanälen 7 definierter Form
versehen. Die Kanäle 7 bilden einen Abschnitt der Verbindungs
kanäle, die ein Strömen des Fluides zwischen den Arbeitsräumen
A und B gestatten. Auf der Hülse 4 ist gleitend ein rotations
symmetrischer Ventilkörper 2 vorgesehen, der in Ruhelage durch
den Druck der zylindrischen Schraubenfeder 5 mit Hilfe eines
umlaufenden Bundes 13 auf dem Kolben 1 aufliegt, so daß ein
Rückschlagventil gebildet wird.
Der Ventilkörper 2 wird durch den beim Einfedern höheren
Fluiddruck im Arbeitsraum A gegen die Kraft der Schraubenfeder
5 vom Kolben 1 abgehoben und gibt dann, je nach Einfederungs
tiefe, zunehmend mehr Strömungsquerschnitt der fluidführenden
Kanäle 7 frei.
Prinzipiell sind auch Ausformungen oder Ausnehmungen der
fluidführenden Kanäle 7 dergestalt realisierbar, daß mit zu
nehmender Einfederungstiefe ein konstanter oder abnehmender
Durchströmungsquerschnitt freigebbar ist.
Das Dämpferfluid strömt beim Einfedern durch die Kanäle 7, an
schließend durch die Bohrungen 8 in der Hülse 4, durch den
längsführenden prismatischen Kanal 10 der Hülse 4 und durch
die Austrittsöffnungen 9 in den Arbeitsraum B.
Beim Ausfedern drückt der höhere Fluiddruck im Raum B in Ver
bindung mit der Schraubenfeder 5 den Bund 13 des Ventilkörpers 2
auf den Kolben, so daß ein Fluidrücklauf mit geändertem
Strömungswiderstand gegeben ist. Die Anzahl und die Form der
fluidführenden Kanäle 7 und ihr Tiefenverlauf in der Hülse 4
bestimmen den Kennlinienverlauf, wie in Fig. 1a dargestellt,
hingegen bestimmt die Position der längsverschiebbaren
und/oder drehbeweglichen Hülse 4 die Lage der Kennlinie im
V/F-Diagramm, wie in Fig. 1e beispielsweise dargestellt.
Die Längsverschiebung der Hülse 4 kann z. B. elektromagnetisch,
mechanisch oder auch hydraulisch erfolgen.
Fig. 2a zeigt eine schematische elektromagnetische Ausführung
der Längsverschiebung mit einem Magneten 14 und einer Regel
stange 15. Fig. 2b zeigt eine Variante mit Spindelgewinde 17,
wobei die Drehbewegung der Regelstange 15 mittels z. B.
Schrittmotor oder auch manuell einstellbar ausgeführt werden
kann. Im letzteren Falle sind einrastende Winkelstellungen
zweckmäßig, um in vorgegebenen Schritten vorgegebene Dämp
fungscharakteristika oder Dämpfungsabschnitte zu erreichen
bzw. einstellen zu können. Vorteilhafterweise sind der Ventil
körper 2 und die Hülse 4 dreh- bzw. rotationssymmetrisch aus
gebildet.
Wie bereits kurz angedeutet, wird im Ausführungsbeispiel nach
Darstellung gemäß Fig. 2a die längsverschiebende Kraft von
dem Elektromagneten 14 erzeugt, der im Inneren der Kolben
stange 3 angeordnet und über die Regelstange 15 auf die
längsverschiebbare Hülse 4 aufgebracht ist. Die Übertragung
der Längsverschiebung oder alternativ der Drehbewegung der
Regelstange 15 auf die Hülse 4 erfolgt im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2a über eine Scheibe 19. Durch konstruktive
Maßnahmen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht
dargestellt wurden, ist sichergestellt, daß auf die Scheibe 19
wirkende Druckkräfte den Kennlinienverlauf und die
Eigenschaften des Dämpfers nicht nachteilig beeinflussen.
Das Ansprechverhalten des Stoßdämpfers bzw. des Ventilkörpers
2 wird durch die Länge der Strecke S, wie in Fig. 2c darge
stellt, bestimmt. Das Maß der Strecke S wird in der Regel
einen positiven Wert haben, es kann jedoch auch Null sein. In
Sonderfällen kann S im Ruhezustand für ein extrem weiches An
sprechen einen negativen Wert annehmen. Ein Vergrößern oder
Verkleinern der Strecke S ist durch die erwähnte Längsver
schiebemöglichkeit der Hülse 4 relativ zur Ruhelage des Ven
tilkörpers 2 gegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Hülse 4 aus zwei
ineinander angeordneten Teilhülsen bestehen, von denen eine
fest mit der Kolbenstange 3 verbunden und die zweite Teilhülse
relativ zur ersten Teilhülse verdrehbar ist. Beide Teilhülsen
weisen Durchtrittsöffnungen auf mit besonderen Formgebungen,
die dem gewünschten Kennlinienverlauf entsprechen. Die Teil
hülsen werden bei dieser Ausführungsform nicht längsverschoben
und die wirksame Öffnung für den Fluiddurchfluß wird allein
durch den relativen Drehwinkel der Teilhülsen zueinander durch
Veränderung der Durchtrittsöffnungen zwischen einem Maximum,
d. h. die Durchtrittsöffnungen liegen deckungsgleich übereinan
der, bis zu einem minimalen Wert, nämlich vollständigem Redu
zieren des Fluiddurchflusses, eingestellt.
Fig. 4a zeigt eine derartige geteilte Hülse, wobei eine der
Teilhülsen 20 fest mit der Kolbenstange 3 verbunden und eine
innere Hülse 21 mittels Regelstange 15 drehbar ist. Technisch
gleichwertig ist eine Ausführung, bei der unter Verzicht auf
die Hülse 20 die Kolbenstange 3 im entsprechenden Endbereich
hohlgebohrt ist und die Kanäle 25 sowie die Bohrungen 9 ent
hält.
Mit Hilfe der Fig. 4b soll der Aufbau einer äußeren Hülse 20
mit Kanälen 25 dargestellt werden, wobei die Kanäle 25 im Zu
sammenwirken mit den Kanälen 26 der inneren Hülse 21 den Kenn
linienverlauf des Dämpfers bestimmen. Fig. 4c zeigt eine Va
riante, bei der eine äußere Hülse 30 drehbar auf der an der
Kolbenstange 3 fixierten Hülse, hier mit 31 bezeichnet, ange
ordnet ist. Der wirksame Öldurchtrittsquerschnitt wird von der
jeweils eingestellten freien Überdeckung der Durchtrittsöff
nungen 25 und 26, in Fig. 4c geschwärzt dargestellt, be
stimmt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, die
Längsverschiebbarkeit der Hülse mit einer Verdrehbarkeit
zweier Teilhülsen gegeneinander zu kombinieren. Zweckmäßiger
weise kann ein Verdrehen nur über einen eingeschränkten Win
kelabschnitt erfolgen, wobei dann beim Erreichen eines Endan
schlages durch ein und dieselbe Stelleinrichtung, z. B. ein
Spindelgewinde, durch weiteres Drehen beider Hülsen eine
Längsverstellung erfolgen kann.
Im Falle einer gewünschten, besonders weichen Dämpfungscharak
teristik und/oder einer kürzeren Bauhöhe des Dämpferventils
kann der Ventilkörper 2 prismatische oder nicht prismatische
fluidführende Ausnehmungen bzw. Kanäle 18 aufweisen, die wie
derum einen Teil der Verbindungskanäle bilden. Bei einer der
artigen Ausführungsform wird der Verlauf der Kennlinie durch
das Zusammenwirken der Kanäle 18 (Fig. 5b) im Ventilkörper 2
und der Kanäle 7 in der Hülse 4 bestimmt. Eine derartige Aus
führungsform zeigt die Teilschnittdarstellung nach Fig. 5a.
Hier ist die Wirkverbindung Ventilkörper 2 und Kolben 1 er
kennbar, die auch grundsätzlich ohne Einsatz der Hülse gegeben
ist.
Im Falle des Vorsehens nicht prismatischer Kanäle 18 im Ven
tilkörper 2 lassen sich, je nach Anzahl, Formgebung und Tie
fenverlauf, annähernd beliebige Kennlinienverläufe, wie in
Fig. 1a prinzipiell dargestellt, realisieren.
Die Fig. 5b zeigt einen Ventilkörper 2 mit Kanälen 18 für
eine degressive Dämpfung. Die Fig. 5c und 5d zeigen Abwick
lungen der zylindrischen Mantelfläche 19 des Ventilkörpers und
weiterer Beispiele für Formen der Kanäle bzw. Ausnehmungen 18.
Die Menge des durchtretenden Fluids wird, außer von der Form
und Anzahl der Kanäle 18, auch vom Tiefenverlauf im Material
bestimmt. In dem Falle, wo lediglich ein Wirkungsverbund zwi
schen Kolben 1 und Ventilkörper 2 besteht, können die Kanäle
18 bis zum inneren Durchmesser, d. h. durch die gesamte Mantel
fläche des Ventilkörpers 2, ausgebildet sein.
Dann, wenn eine längsverschiebbare Hülse 4 mit entsprechenden
Ausnehmungen für das Bilden von Teilabschnitten der Verbin
dungskanäle vorgesehen ist, können die Anforderungen an die
Herstellungsgenauigkeit beim Ausbilden der Kanäle 18 deutlich
reduziert werden, da über das Bewegen der Hülse 4 nachträglich
eine Offset-Korrektur im Sinne eines Nachregulierens vorgenom
men werden kann.
Wie in Fig. 7 dargestellt, kann der vorgesehene, ansonsten
zylindrische, äußere Mantel des Ventilkörpers 2 durch einen
Körper mit einer definierten Konuskontur ersetzt werden. Im
Arbeitsbereich r kann die Kontur einen linear abnehmenden
und/oder einen stetig konkav und/oder einen konvex abnehmenden
Verlauf oder einen abwechselnden Verlauf konvex/konkav aufwei
sen. Vorzugsweise sollen die Ventilkörper 2 mit einer Konus
kontur auch beim vollen Einfedern nicht aus dem Kolben 1 her
austreten.
Das Ausbilden der Konuskontur kann leicht durch Drehen aus
einem vorgefertigten standardisierten Grundkörper erfolgen, so
daß auch hier die Lagerhaltung und der Fertigungsaufwand redu
ziert ist.
Bei der Anwendung der Schwingungsdämpfer gemäß Ausführungsbei
spielen für Fahrzeuge kann eine Einstellung der Dämpferhärte,
z. B. für PKW in Standardausführung, per manuellem Wählschalter
in mehreren Schritten von weich bis hart, entsprechend dem
Komfortwunsch des Fahrers erfolgen. Bei Limousinen in einer
höheren Preisklasse ist eine Wahlmöglichkeit zwischen manuel
ler oder automatischer Einstellung der Dämpfungsstufen bzw.
der Dämpfungscharakteristika vorgesehen.
Eine automatische Einstellung kann beispielsweise, wie anhand
des Ablaufschemas gemäß Fig. 6a dargestellt, vorgenommen wer
den. Zunächst wird mittels einer Impulsmessung eine Untersu
chung der von der Fahrbahn induzierten Stöße nach Stärke und
Häufigkeit vorgenommen. Anschließend erfolgt eine Glättung der
Meßwerte innerhalb einer festgelegten Zeitbasis und ein mit
einem entsprechenden Programm versehener Mikroprozessor wird
aktiviert, um jeweils optimale Dämpferhärtewerte zu bestimmen.
Ausgangsseitig nach Auswerten des Betriebsartwahlschalters,
stellt der Mikroprozessor Befehle bereit, welche an das Stell
glied, vorzugsweise einen Elektromotor, gelangen, der die Ein
stellung der Hülse 4 über die Regelstange 15 vornimmt. Auch
bei der automatischen Einstellung kann der Fahrer die ge
wünschte Dämpfungscharakteristik zwischen hart, mittel und
weich vorgeben.
Im Gegensatz zur manuellen Dämpfungswahl, bei der die Hülse 4
in der entsprechenden Höhe eingestellt verbleibt, wird bei
automatischer Regelung die Höhenverstellung der Hülse 4 ent
sprechend den sich stetig ändernden Fahrbahnimpulsen im Be
reich der vorgewählten Grundcharakteristik nachgeführt. Bei
einem üblichen PKW erfolgt die Einstellung der Dämpfung in der
Regel gleichmäßig für alle vier Räder, d. h. für alle vier den
Rädern zugeordneten Schwingungsdämpfer.
Eine umfassendere Ausführungsform des Betreibens der Schwin
gungsdämpfer durch Ansteuerung mittels eines Stellgliedes sei
anhand der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 6b näher erläutert.
Mit dieser Ausführungsform, z. B. für Rennwagen, soll sicherge
stellt werden, daß bei Kurvenfahrten die jeweils äußeren Räder
härter und die jeweils inneren Räder weicher gedämpft werden,
so daß sich insgesamt eine optimale Bodenhaftung durch die je
weiligen Schwingungsdämpfer unterstützt, ergibt.
Da bei schnell fahrenden Kraftfahrzeugen, z. B. Rennwagen, die
Richtungswechsel sehr schnell erfolgen, muß außerordentlich
schnell eine Umstellung der Dämpfungscharakteristika möglich
sein. Zusätzlich kann die geänderte Gewichtsverteilung zwi
schen Vorder- und Hinterräder, z. B. infolge des Treibstoffver
brauches, bei Kraftfahrzeugen berücksichtigt werden. In dem
Falle, wo bei Änderung der Wetterbedingungen andere Reifen be
nutzt werden, ist eine individuelle Berücksichtigung der Fede
rungseigenschaften bzw. der Einflüsse der Reifen auf das
System Rad/Schwingungsdämpfer möglich. Entsprechend der Dar
stellung gemäß Fig. 6b werden Werte, die den Betriebszustand
des Fahrzeuges charakterisieren, wie z. B. die Geschwindigkeit,
der Lenkradeinschlagswinkel, der Kraftstoffstand sowie die
Reifenart und die Fahrbahnvorgaben bzw. -bedingungen, gegebe
nenfalls nach Meßwertglättung, einem zentralen Prozessor zuge
führt, welcher unter Rückgriff auf abgespeicherte Standard
werte oder aktuelle Berechnungen entsprechende Regelgrößen für
die jeweiligen Schwingungsdämpfer der entsprechenden Räder be
reitstellt.
Bei der Eingabe von Fahrbahnvorgaben kann der Verlauf einer
nicht bekannten Rennstrecke eingegeben werden, so daß sich
auch unter Sicherheitsaspekten weitere Verbesserungen ergeben.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform des Schwingungsdämpfers
nach Fig. 3 kann vorgesehen werden, den Fluidfluß völlig zu
blockieren, beispielsweise durch einen Bund 12, welcher in
einer Grenzlage die Austrittsöffnungen 9 der Hülse 4 ver
schlossen hält. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich,
ausgehend von einer vorhandenen Wegfahrsperre, den Versuch des
unberechtigten Betreibens eines Kraftfahrzeuges zu erkennen,
um dann an die Stellmotoren der Stoßdämpfer einen, ohne Hilfs
mittel nicht umkehrbaren, Befehl zum Blockieren selbiger anzu
legen. Durch diese Maßnahme ist die weitere Nutzung des Kraft
fahrzeuges sehr unkomfortabel und unsicher und es wird zumin
dest für die Insassen sofort erkannt, daß es sich um ein z. B.
gestohlenes Fahrzeug handelt. Derart blockierte Dämpfer stel
len daher eine indirekte zusätzliche Diebstahlsicherung dar.
Alles in allem gelingt es mit dem Stoßdämpfer gemäß den voran
stehend geschilderten Ausführungsbeispielen nicht nur längs
einer Kennlinie eine Verstellung der Dämpfereigenschaften vor
zunehmen, sondern situationsabhängig in einem Kennfeld zu ar
beiten. Hierdurch kann außerordentlich schnell und in einem
breiten Variationsbereich eine Anpassung der Dämpfungscharak
teristik an Komfort- oder Funktionswünsche des Fahrers einer
seits und andererseits an die Fahrbahnverhältnisse erfolgen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Vari
anz der Dämpfungscharakteristik ohne zusätzlichen Energieauf
wand und ohne Hilfsmittel, wie z. B. separate Hydraulikmittel,
erreichbar ist, so daß die Stoßdämpfer selbst kostengünstig
hergestellt werden können.
Claims (14)
1. Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem
an einer Kolbenstange (3) befestigten Kolben (1), welcher in
nerhalb eines Zylinders geführt ist und zwei Arbeitsräume (A,
B) trennt sowie mit Verbindungskanälen zwischen den Arbeits
räumen (A, B) zum Strömen eines Dämpfungsfluids, weiterhin mit
einem federbelasteten Ventilkörper (2) zum Freigeben und Ver
schließen der Verbindungskanäle, mit einer äußeren Stellein
richtung, mit einer auf der Kolbenstange (3) angeordneten
Hülse (4) und mit einer Verbindung (15) der äußeren Stellein
richtung mit der Hülse (4),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (4) längsverschieblich ist und Ausnehmungen (7)
aufweist, die einen Teilabschnitt der Verbindungskanäle (7)
bilden, wobei die Hülse (4) im Zusammenwirken mit dem Ventil
körper (2), der auf der Hülse (4) angeordnet ist, die Verbin
dungskanäle öffnet, schließt und/oder im Querschnitt verändert
und die Verbindung (15) der äußeren Stelleinrichtung mit der
Hülse (4) zum Arretieren und Längsverstellen derselben ausge
staltet ist, wobei durch die Anzahl und Querschnittsform der
Verbindungskanäle der Kennlinienverlauf und durch die Position
der Hülse (4), bezogen auf den Ventilkörper (2), und/oder
Kolben (1) die Lage der jeweiligen Kennlinie im V/F-Diagramm
einstellbar ist.
2. Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem
an einer Kolbenstange (3) befestigten Kolben (1), welcher in
nerhalb eines Zylinders geführt ist und zwei Arbeitsräume (A,
B) trennt sowie mit Verbindungskanälen zwischen den Arbeits
räumen (A, B) zum Strömen eines Dämpfungsfluids, weiterhin mit
einem federbelasteten Ventilkörper (2) zum Freigeben und Ver
schließen der Verbindungskanäle, mit einer äußeren Stellein
richtung, mit einer auf der Kolbenstange (3) angeordneten
verdrehbaren Hülse (4) mit durch Drehung verschließbaren
Fluiddurchtrittsöffnungen (25, 26) und mit einer Verbindung
(15) der äußeren Stelleinrichtung mit der Hülse (4) zum Drehen
derselben,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (4) im Zusammenwirken mit dem Ventilkörper (2),
der auf der Hülse angeordnet ist, die Verbindungskanäle öffnet
und schließt, wobei durch die Anzahl und Querschnittsform der
Verbindungskanäle der Kennlinienverlauf und durch die Ver
drehposition der Öffnungen der Hülse die Lage der jeweiligen
Kennlinien im V/F-Diagramm einstellbar ist.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 und 2,
gekennzeichnet durch
die Kombination einer längsverschieblichen und verdrehbaren
Hülse.
4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Ausnehmungen (7) über einen Außenabschnitt in der
Mantelfläche der Hülse in axialer Richtung erstrecken.
5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (1) über einen innenabschnitt Ausnehmungen oder
eine konische Form aufweist, wobei die derart entstandenen
Bereiche Abschnitte der Verbindungskanäle bilden.
6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (4) in ihrem unteren Bereich längs einer Strecke
(s) im Zusammenwirken mit dem Ventilkörper (2) die
Verbindungskanäle verschließt, wobei durch die Länge der
Strecke (s) in Verbindung mit der Federbelastung des Ven
tilkörpers (2) das Ansprechverhalten des Dämpfers einstellbar
ist.
7. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilkörper (2) gleitend auf der Hülse (4) beweglich
ist, wobei in Ruhelage ein umlaufender Bund (12) des Ventil
körpers (2) auf dem Kolben (1) aufliegt.
8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet
daß die Hülse (4) Bohrungen (8) aufweist, welche durch einen
Längskanal (10) mit Austrittsöffnungen (9) verbunden sind, wo
bei das Fluid über die Verbindungskanäle (7), die Bohrungen
(8) und den Längskanal (10) sowie über die Austrittsöffnungen
(9) zwischen den Arbeitsräumen (A, B) strömen kann.
9. Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem
an einer Kolbenstange (3) befestigten Kolben (1), welcher in
nerhalb eines Zylinders geführt ist und zwei Arbeitsräume (A,
B) trennt sowie mit Verbindungskanälen zwischen den Arbeits
räumen (A, B) zum Strömen eines Dämpfungsfluids, weiterhin mit
einem federbelasteten Ventilkörper (2) zum Freigeben und Ver
schließen der Verbindungskanäle, mit einer äußeren Stellein
richtung, mit einer mit der Kolbenstange (3) in Verbindung
stehenden verdrehbaren Hülse (4) mit durch Drehung ver
schließbare Fluiddurchtrittsöffnungen (25, 26) und mit einer
Verbindung (15) der äußeren Stelleinrichtung mit der Hülse (4)
zum Drehen derselben,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (4) aus zwei ineinander angeordneten Teilhülsen
(30, 31) besteht, von denen eine (31) fest mit der Kolben
stange (3) verbunden und die zweite Teilhülse (30) relativ zur
ersten Teilhülse (31) verdrehbar ist, so daß Fluiddurch
trittsöffnungen (25, 26) in den Teilhülsen (30, 31) durch das
gegenseitige Verdrehen im Querschnitt veränderbar sind, daß
die Hülse (4) im Zusammenwirken mit dem Ventilkörper (2), der
auf der Hülse (4) angeordnet ist, die Verbindungskanäle öffnet
und schließt, wobei durch die Anzahl und Querschnittsform der
Verbindungskanäle der Kennlinienverlauf und durch die
Verdrehposition der Öffnungen der Hülse die Lage der jewei
ligen Kennlinien im V/F-Diagramm einstellbar ist.
10. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilkörper (2) Ausnehmungen (18) nicht prismatischer
Form zur Veränderung der Strömungsverhältnisse des Fluids in
den Verbindungskanälen aufweist.
11. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel des Ventilkörpers (2) eine Konuskontur auf
weist.
12. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Konuskontur einen linear abnehmenden und/oder stetig
konkaven und/oder konvexen Verlauf aufweist.
13. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Stelleinrichtung durch eine Regelstrecke (15)
mit individueller Betriebsdaten- und Fahrzustandserfassung
angesteuert wird.
14. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stelleinrichtung im Falle der Aktivierung einer Weg
fahrsperre die Dämpfungsfunktion deaktiviert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995142409 DE19542409C2 (de) | 1995-11-14 | 1995-11-14 | Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge |
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DE1995142409 DE19542409C2 (de) | 1995-11-14 | 1995-11-14 | Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19542409A1 DE19542409A1 (de) | 1997-05-15 |
DE19542409C2 true DE19542409C2 (de) | 1997-10-30 |
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ID=7777419
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