DE19722216A1 - Schwingungsdämpfer mit veränderbarer Dämpfkraft - Google Patents
Schwingungsdämpfer mit veränderbarer DämpfkraftInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit veränderbarer Dämpfkraft
entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 41 14 305 A1 ist ein gattungsbildender Schwingungsdämpfer be
kannt, dessen Dämpfkraftkennlinie ganz wesentlich von der Abstimmung einer
Feder abhängig ist, die auf einen Absperrventilkörper wirkt. Des weiteren beein
flussen die Größen der jeweils druckbeaufschlagten Flächen ganz wesentlich das
Öffnungsverhalten des Dämpfventils.
Ganz charakteristisch für ein Ventil dieser Bauart sind relativ flache Dämpfkraft
kennlinien, die im Bereich höherer Strömungsgeschwindigkeiten des Dämpfmedi
ums im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. In diesem Zusammenhang
wird auf die DE 41 04 110 A1, Fig. 13, hingewiesen. Ein wesentliches Problem
dieser Ventile liegt darin, daß sie relativ toleranzempfindlich sind, so daß ein be
trächtlicher Aufwand für ihre Einstellung zu betreiben ist. Letztlich hat man die
Vorspannungen einer oder mehrerer Federn des Dämpfventils nachstellen können,
wodurch sich die Kennlinien in Grenzen verschieben lassen.
Die DE 38 00 288 C1 beschreibt eine Ventilanordnung für einen hydraulischen,
regelbaren Schwingungsdämpfer, bei dem ein einwandfreier magnetischer Fluß
mittels einer Spannschraube hergestellt werden kann. Man geht bei dieser Kon
struktion von einem Luftspalt innerhalb des vorgesehenen Weges für den magne
tischen Fluß aus. Dieser Luftspalt stellt einen Widerstand dar, der in seiner Wir
kung die Kraftentfaltung der Magnetspule reduziert. Kann man den Luftspalt
ausgleichen, so steht die vorgesehene Magnetkraft zur Verfügung.
Aus der DE 40 23 828 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung eines Ventils be
kannt, bei dem ein Ventil eine Schaltfunktion in Öffnungsrichtung für einen Ven
tilkörper übernimmt. Das Ventil soll innerhalb einer definierten Öffnungsphase
eine vorgegebene Durchflußmenge durchlassen. Ein Parameter für die erreichbare
Durchflußmenge ist darin zu sehen, daß die Öffnungsbewegung möglichst rasch
abläuft. Dafür ist eine magnetische Mindestkraft erforderlich, die den Ventilkörper
gegen die Kraft einer Feder an hebt. Wird die geforderte Mindestkraft nicht er
reicht, so wird ausschließlich der Widerstand gegen den magnetischen Fluß ein
gestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für einen Schwingungsdämpfer mit
verstellbarer Dämpfkraft eine Justierung der Betriebskennlinien vorzunehmen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.
Durch diese vorteilhafte Maßnahme kann das Dämpfkraftkennlinienfeld sehr ge
nau eingestellt werden. Insbesondere Toleranzen der magnetischen Leitfähigkeit
des Rückschlußkörpers lassen sich ausgleichen. In der Wirkung kann ein Betrieb
spunkt in einem Dämpfkraft-Geschwindigkeits-Kennlinienfeld horizontal und ver
tikal verschoben werden, bis insgesamt ein Kennlinienfeld vorliegt, das den ange
strebten Forderung entspricht. Der konstruktive Aufwand für die Erfindung hält
sich in Grenzen und steht in einem sehr günstigen Verhältnis zum erzielbaren Er
gebnis.
Entsprechend einem vorteilhaften Unteranspruch ist vorgesehen, daß die Stel
leinrichtung für den magnetischen Fluß unabhängig von einer Federstützeinrich
tung zur Veränderung der Vorspannung der Feder einstellbar ist. Dadurch ist eine
strikte Trennung der Verschieberichtungen eines Meßpunktes im Kennlinienfeld
möglich.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Leitkörper eine im wesentlichen
ringförmige Gestalt auf, wodurch ein Zugang zum rückwärtigen Raum des Ankers
vorliegt. Folglich kann die Federstützeinrichtung von derselben Seite auch außer
halb des Gehäuses einstellbar sein.
Dabei hat es sich als besonders raumsparend erwiesen, wenn die Federstützein
richtung konzentrisch zur Stelleinrichtung für den magnetischen Fluß angeordnet
ist.
Des weiteren ist vorgesehen, daß das Dämpfventil über einen Ventilteil für eine
Notbetriebseinstellung und einen Ventilteil für den Normalbetrieb verfügt, wobei
die Federkraft den Ventilteil für den Normalbetrieb in Öffnungsrichtung vor
spannt. Die Notbetriebseinstellung entspricht in etwa einer mittleren Dämpfkraft
einstellung, jedenfalls nicht der maximal harten oder weichen Dämpfkrafteinstel
lung. Ventile dieser Bauart haben den Vorteil, daß sie mit einem relativ geringen
Stromverbrauch in der weicheren Dämpfkrafteinstellung gehalten werden können,
die während des Betriebes häufiger auftritt.
Entsprechend einem Unteranspruch erfolgt die Zuschaltung des Leitkörpers über
ein Gewinde. Es besteht somit eine stufenlose Justierung der Magnetkraft, die
auf den Anker wirkt. In diesem Zusammenhang weist der Leitkörper Werkzeug
flächen für ein Einstellwerkzeug auf. Auch bei bereits geschlossener Absperr
ventileinrichtung kann die Justierung noch vorgenommen werden, da der Leitkör
per außerhalb eines Absperrventilgehäuses angeordnet ist, wobei das Absperr
ventilgehäuse Bestandteil des magnetischen Rückschlußkörpers ist.
Des weiteren sind der Leitkörper und ein weiteres Bauteil in einem Bypass für den
magnetischen Fluß axial hintereinander angeordnet, wobei durch Veränderung
des Abstands des Leitkörpers zum weiteren Bauteil der Bypass für den magneti
schen Fluß gesteuert werden kann.
Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Leitkörper eine Verstellsicherung
aufweist. Schwingungen am Fahrzeug, aber auch der Montagebetrieb dürfen am
eingestellten Dämpfventil keine Veränderungen auftreten lassen. Deshalb weist
auch die Federstützeinrichtung eine Einstellsicherung auf.
So liegt die Einstellsicherung zwischen einem mit dem Gehäuse in Wirkverbin
dung stehenden Bauteil und der Federstützeinrichtung vor. Das Gehäuse ist das
größte und robusteste Bauteil und kann deshalb als Basis für die Sicherungsein
richtungen dienen.
Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn
die Verstellsicherung und/oder die Verstellsicherung kraftschlüssig ausgeführt
ist/sind. Formschlüssige Verbindungen neigen dazu, daß sie beim Eingriff gering
fügige Veränderungen an den Einstellungen des Ventils auftreten lassen. Dazu
besteht/bestehen die Einstellsicherung und oder die Verstellsicherung aus einem
Reibring. Der Reibring ist ein besonderes günstiges Bauteil, das zudem wenig
Bauraum beansprucht.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert
werden.
Es zeigt:
Fig. 1 Schwingungsdämpfer in Gesamtdarstellung
Fig. 2 Schnitt durch eine Absperrventileinrichtung
Fig. 3 Schnitt durch das Vorstufenventil der Absperrventileinrichtung
Fig. 3a Schnitt durch ein Vorstufenventil mit einstellbarem magnetischen Fluß
Fig. 4 Absperrventileinrichtung mit festem Anschlag für die Notbetriebeinstel
lung
Fig. 5 Vorstufenventil mit wegunabhängiger Notbetriebseinstellung
Fig. 6 Dämpfkraftkennlinienfeld der Absperrventileinrichtung
Fig. 6a Dämpfkraftkennfeld für ein Ventil nach Fig. 3
Fig. 7 Dämpfkraftkennlinien des Einlaufventils
Fig. 8 Vorstufenventil mit Einstellsicherungen.
In Fig. 1 weist ein Schwingungsdämpfer einen Zylinder 1 auf, in dem eine Kol
benstange 3 axial beweglich angeordnet ist. Eine Führungs- und Dichtungsein
heit 7 führt die Kolbenstange 3 aus dem oberen Ende des Zylinders heraus. In
nerhalb des Zylinders 1 ist an der Kolbenstange 3 eine Kolbeneinheit 9 mit einer
Kolbenventilanordnung 11 befestigt. Das untere Ende des Zylinders 1 ist durch
eine Bodenplatte 13 mit einer Bodenventilanordnung 15 abgeschlossen. Der Zy
linder 1 wird von einem Behälterrohr 17 umhüllt. Das Behälterrohr 17 und ein
Zwischenrohr 5 bilden einen Ringraum 19, der eine Ausgleichskammer darstellt.
Der Raum innerhalb des Zylinders 1 ist durch die Kolbeneinheit 9 in eine erste
Arbeitskammer 21a und eine zweite Arbeitskammer 21b unterteilt. Die Arbeits
kammern 21a und 21b sind mit Druckflüssigkeit gefüllt. Die Ausgleichskam
mer 19 ist bis zu dem Niveau 19a mit Flüssigkeit und darüber mit Gas gefüllt.
Innerhalb der Ausgleichskammer 19 ist eine erste Leitungsstrecke, nämlich eine
Hochdruckteilstrecke 23, gebildet, welche über eine Bohrung 25 des Zylinders 1
mit der zweiten Arbeitskammer 21b in Verbindung steht. An diese Hoch
druckteilstrecke schließt sich eine seitlich an dem Behälterrohr 17 angebaute Ab
sperrventileinrichtung 27 an. Von dieser führt, nicht dargestellt, eine zweite Lei
tungsstrecke, nämlich eine Niederdruckteilstrecke, in die Ausgleichskammer 19.
Fährt die Kolbenstange 3 aus dem Zylinder 1 nach oben aus, verkleinert sich die
obere Arbeitskammer 21b. Es baut sich in der oberen Arbeitskammer 21b ein
Überdruck auf, der sich nur durch die Kolbenventilanordnung 11 in die untere Ar
beitskammer 21a abbauen kann, solange die Absperrventileinrichtung 27 ge
schlossen ist. Wenn die Absperrventileinrichtung 27 geöffnet ist, so fließt gleich
zeitig Flüssigkeit von der oberen Arbeitskammer 21b durch die Hochdruckteil
strecke 23 und die Absperrventileinrichtung 27 in die Ausgleichskammer 19. Die
Dämpfcharakteristik des Schwingungsdämpfers beim Ausfahren der Kolbenstan
ge ist also davon abhängig, ob die Absperrventileinrichtung 27 mehr oder we
niger offen oder geschlossen ist. Dabei kann die Einstellbarkeit der Absperrventi
leinrichtung gestuft oder stufenlos erfolgen.
Wenn die Kolbenstange 3 in den Zylinder 1 einfährt, so bildet sich in der unteren
Arbeitskammer 21a ein Überdruck. Flüssigkeit kann von der unteren Arbeits
kammer 21a durch die Kolbenventilanordnung 11 nach oben in die obere Arbeits
kammer 21b übergehen. Die durch das zunehmende Kolbenstangenvolumen in
nerhalb des Zylinders 1 verdrängte Flüssigkeit wird durch die Bodenventilanord
nung 15 in die Ausgleichskammer 19 ausgetrieben. In der oberen Arbeitskam
mer 21b tritt, da der Durchflußwiderstand der Kolbenventilanordnung 11 geringer
ist als der Durchflußwiderstand der Bodenventilanordnung 15, ebenfalls ein stei
gender Druck auf. Dieser steigende Druck kann bei geöffneter Absperrventilein
richtung 27 durch die Hochdruckteilstrecke 23 wiederum in den Ausgleichs
raum 19 überfließen. Dies bedeutet, daß bei geöffneter Absperrventileinrich
tung 27 der Stoßdämpfer auch beim Einfahren dann eine weichere Charakteristik
hat, wenn die Absperrventileinrichtung 27 geöffnet ist und eine härtere Charak
teristik, wenn die Absperrventileinrichtung geschlossen ist, genauso wie beim
Ausfahren der Kolbenstange. Festzuhalten ist, daß die Strömungsrichtung durch
die Hochdruckteilstrecke 23 des Bypasses immer die gleiche ist, unabhängig da
von, ob die Kolbenstange ein- oder ausfährt.
Die Fig. 2 beschränkt sich in ihrer Darstellung auf die Absperrventileinrich
tung 27. Diese ist durch einen Rohrstutzen 29 mit einem Anschlußstutzen 31
des Behälterrohres 17 verbunden. Die Hochdruckteilstrecke 23 wird von dem
Zwischenrohr 5 gebildet, das eine Verbindungsöffnung zur Absperrventileinrich
tung 27 aufweist. Die Verbindungsöffnung des Zwischenrohres 5 verfügt über
einen eingeklipsten Zwischenring 35, der eine Anbindung an ein Hauptstufen
ventil 37 bildet.
Das Hauptstufenventil 37 umfaßt innerhalb eines Hauptstufenventilgehäuses 39
eine Feder 41, die einen Absperrventilkörper 43 gegen einen Absperrventilsitz 45
vorspannt. Der Absperrventilsitz 45 ist Bestandteil eines Scheibenkörpers 47, der
das Hauptstufenventilgehäuse 39 endseitig begrenzt. Die Feder 41 stützt sich an
einer Rückwand 49 des Hauptstufenventilgehäuses 39 ab, wobei die Rückwand
mit dem Hauptstufenventilgehäuse 39 und dem Scheibenkörper 47 einen Steuer
raum 51 bilden. Die Auslegung der druckbeaufschlagten Flächen am Hauptstu
fenventil 37 erfolgt nach dem Grundsatz, daß die ventilöffnenden Flächen größer
sein müssen als die ventilschließenden. Folglich muß bei einer Anströmung des
Hauptstufenventils 37 über einen Zentralkanal 53 innerhalb des Zwischenroh
res 5 stets eine Abhubbewegung des Absperrventilkörpers 43 ausgeführt wer
den, wenn die Federkraft der Feder 41 überschritten ist. Das Hauptstufenventil
gehäuse 39 stellt eine unabhängige Montageeinheit dar, die einer eigenständigen
Überprüfung unterzogen werden kann.
Innerhalb des Zentralkanals 53 ist ein Einlaufventil 55 angeordnet. Das Einlauf
ventil 55 besteht aus einem Einlaufquerschnitt 57, der von mindestens einer
Ventilscheibe 59 abgedeckt wird. In der Darstellung wurde eine Schnittebene
durch einen Einlaufquerschnitt und einen Steg des Einlaufventils gelegt. Es kön
nen mehrere Einlaufquerschnitte zur Anwendung kommen, die von den Ste
gen 55a im Einlaufventil getrennt werden. Mit dem Einlaufventil wird in Zug- und
in Druckrichtung bei einem Geschwindigkeitsbereich des Dämpfmediums, bei
dem das Hauptstufenventil und/oder das Vorstufenventil geöffnet ist/sind, eine
Dämpfkraft erzeugt, so daß insgesamt die Dämpfkraftkennlinie in diesem Ge
schwindigkeitsbereich tendenziell auf eine größere Dämpfkraft angehoben wird,
ohne daß am Kolben- und am Bodenventil zusätzlich Anstrengungen unternom
men werden müssen, da wie beschrieben die Absperrventileinrichtung für beide
Bewegungsrichtungen der Kolbenstange wirksam ist.
Die Ventilscheibe(n) wird/werden von einem an sich bekannten Niet 61 am Ein
laufventil gehalten. Dazu bilden die Stege 55a eine Öffnung 55b. Die Stege ver
fügen im Bereich der Öffnung über keine Verbindung in Umfangsrichtung. Prak
tisch zentrieren die Stirnflächen der Stege den Niet 61, wobei anstelle eines Niets
auch eine Schraube eingesetzt werden kann. Über eine Veränderung der Schir
mung der Ventilscheibe(n) kann die Dämpfkraftkennlinie des Einlaufventils den
Erfordernissen angepaßt werden. Es kann auch ein Voröffnungsquerschnitt 57a
oder eine Vordrossel mittels einer zusätzlichen Vordrosselscheibe 59a für einen
progressiven Dämpfkraftkennlinienbereich des Einlaufventils ausgeführt sein. Für
die Ventilscheibe(n) ist eine vom Absperrventilkörper 43 unabhängige Ventilsitz
fläche 63 in den Scheibenkörper eingearbeitet.
Die Steuerung des Hauptstufenventils 37 übernimmt ein Vorstufenventil 65. Da
zu fließt das Dämpfmedium durch eine Öffnung 43a des Absperrventilkörpers 43
in Richtung des Vorstufenventils. Die Öffnung 43a und der Einlaufquerschnitt 57
sind radial beabstandet, um den Staudruck des aus dem Hauptstufenventil aus
strömenden Dämpfmediums nicht voll auf das Vorstufenventil wirken zu lassen.
Das Vorstufenventil ist in der Fig. 3 vergrößert dargestellt. Dieses Vorstufenventil
wird von einem Aktuator in Form einer Magnetspule 67 in Verbindung mit einem
Anker 69 in seiner Einstellposition verändert. Der Anker besteht aus einem ma
gnetisch leitfähigen Ringkörper 71, in dem ein nichtmagnetisierbarer Achskör
per 73 angeordnet ist. Der Achskörper ist als ein Rohr ausgeführt, so daß der
Anker als hydraulisch druckausgeglichen betrachtet werden kann. An dem dem
Hauptstufenventil zugewandten Ende des Achskörpers ist das eigentliche Vorstu
fenventil ausgeführt. Das Vorstufenventil verfügt über einen Ventilteil 75 für den
Normal betrieb und einen Ventilteil 77 für den Notbetrieb der Absperrventileinrich
tung. Der Normalbetriebventilteil 75 kann wahlweise als ein Sitz- oder Schieber
ventil ausgeführt sein. Der Notbetriebventilteil 77 ist als ein Schieberventil aus
gebildet und wirkt mit einer Steuerkante 79 zusammen, wobei die Steuerkan
te 79 einem Ventilsitz 81 für den Normalbetriebventilteil gegenüber liegt. Daraus
folgt, daß in dem Maße, wie sich der Durchtrittsquerschnitt vom Notbetriebven
tilteil verkleinert, muß sich der Durchtrittsquerschnitt des Normalbetriebventilteils
vergrößern. Ein Mindestdurchtrittsquerschnitt für den Notbetrieb kann durch eine
Kerbe 79a in der Steuerkante oder im Notbetriebventilteil 77 bestimmt werden.
Man muß bei dieser Betrachtung berücksichtigen, daß ab einer bestimmten Größe
des Durchtrittsquerschnitts für den Normalbetriebventilteil keine Änderung in der
Vorsteuerwirkung mehr eintritt. Diese Größe wird durch den Hubweg bestimmt.
Daraus folgt, daß man über den Hubweg die beiden Ventilteile 75; 77 in ihrer
Wirkung unabhängig gestalten kann. Dazu bedient man sich eines Federsat
zes 83, der in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt ist. Man könnte
auch eine einteilige Feder verwenden, wenn diese Feder eine unlineare Federrate
aufweist, d. h,. daß mit zunehmendem Federweg die Federrate ansteigt. Bei der
vorliegenden Version hat man die beschriebene unlineare Federrate durch zwei
Federn realisiert, die deutlich unterschiedliche Einzelfederraten aufweisen. Eine
längere Feder mit einer kleinen Federrate liegt stets am Achskörper an und
spannt diesen gegen die Magnetkraft oder im Notbetrieb gegen einen An
schlag 85 vor. Die kürzere Feder wirkt nur, wenn sich der Anker im Normalbe
trieb befindet. Ansonsten besteht zwischen dem Achskörper und der kürzeren
Feder kein Kontakt. Der Anschlag 85 definiert durch seine Stellung den Durch
trittsquerschnitt beim Notbetrieb, da sich der Ringkörper 71 mit seiner Rückseite
am Anschlag abstützt. Der Anschlag besteht aus einem nichtleitenden Werkstoff
mit einer relativen Permeabilität ≈ 1, so daß keine Verluste für den magnetischen
Fluß und kein Verkleben des Ankers mit dem Anschlag auftreten. Hinter dem An
schlag ist eine Anschlagdichtung 87 ausgeführt, die einen Ankerrückraum 89 zur
Umgebung abdichtet. Des weiteren besteht der Anschlag bevorzugt aus einem
elastischen Werkstoff.
Hinter dem Anschlag 85 ist eine Stellschraube 91 angebracht, die sich über ein
Gewinde zusammen mit dem Anschlag axial zum Ringkörper verstellen läßt. Mit
Hilfe dieser Stellschraube kann bei einer fertigmontierter Absperrventileinrichtung
der Durchtrittsquerschnitt für den Notbetrieb stufenlos eingestellt werden, ohne
daß dadurch das Normalbetriebventilteil nennenswert beeinflußt wird, da die
Ventilteile über den Hub in Verbindung mit den besonderen Federn 83 getrennt
sind. Dazu liegt zwischen der Stellschraube 91 und dem der Stellschraube zuge
wandten Ende des Ankers ein axialer Abstand 91a vor. Zwischen der Stell
schraube und dem Anschlag ist mittels Schnapphaken 85a eine Verbindung her
gestellt, die -die Anschlagdichtung 87 vorspannt. Alternativ kann auch eine
Schraub- oder Preßverbindung verwendet werden.
Zur Einstellung des Normalbetriebventilteils dient eine Federstützeinrichtung in
der Bauform einer Federstützplatte 93, die ebenfalls über ein Gewinde in ihrer
axialen Lage verändert werden kann, wodurch die Federvorspannung des Feder
satzes 83 den Erfordernissen angepaßt werden kann. Dadurch, daß die Fe
dern 83 dem Normalbetriebventilteil gegenüberliegen, wirkt die Federkraft in Öff
nungsrichtung bezogen auf den Normalbetriebventil. Es wird zwar auch die Feder
für den Notbetriebventilteil verändert, doch hat das, wie bereits mehrfach be
schrieben, aufgrund der geringen Federrate kaum Einfluß auf das Ventilverhalten
des Notbetriebventilteils 77.
Als weiteres Mittel für die Einstellung des Vorstufenventils dient eine Einstellein
richtung in der Ausführung eines magnetischen Leitkörpers 95. Der Leitkörper
weist eine ringförmige Gestalt auf und ermöglicht infolge dessen einen Zugang
zum rückwärtigen Raum es Ankers 69. Der Leitkörper ist parallel in einem Bypass
zu einer magnetischen Engstelle 97 angeordnet. In dem Bypass sind axial hinter
einander der Leitkörper 95 und die Stellschraube 91 angeordnet. In dem Maße
wie der Leitkörper in Richtung der Stellschraube 91 mittels eines Gewindes 95a
verschoben wird, verringert sich ein Abstand zwischen der Stellschraube und dem
Leitkörper. Folglich ist die magnetische Engstelle weniger wirksam, da der Ab
stand als Widerstand für den magnetischen Fluß absinkt und der magnetische
Fluß über den Bypass abläuft. Durch diese Maßnahme kann der magnetische Fluß
mit seiner Kraftauswirkung auf den Ringkörper gegen die Kraft der Feder(n) 83
zielgerichtet angepaßt werden, so daß sich Toleranzen, die die Kraftwirkung auf
den Anker beeinflussen könnten, kompensieren lassen.
Zur besseren Einstellbarkeit verfügt der Leitkörper über Werkzeugflächen 99, in
die ein Einstellwerkzeug eingeführt werden kann. Damit verfügt die gesamte Ab
sperrventileinrichtung über drei unabhängige Einstellmittel, die das Betriebsverhal
ten des Vorstufenventils und damit der Absperrventileinrichtung beeinflussen
können. Die Wirkung des magnetischen Flusses und die Einstellung der Stell
schraube für die Notbetriebseinstellung sowie die Federstützplatte lassen sich
funktional unabhängig voneinander einstellen.
Die gesamte Absperrventileinrichtung 27 ist, wie Fig. 2 zeigt, innerhalb eines Ge
häuses 101 angeordnet, das u. a. einen Deckel 103 und eine topfförmige Auf
nahme 105 aufweist. Dabei bildet das Gehäuse einen Teil des Rückschlußkörpers
für den magnetischen Fluß, dessen Kraft zur Einstellung des Ankers genutzt wird.
Die Aufnahme bildet einen Teil des Steuerraums 51 sowie einen Abfluß 107 des
Steuerraums in die Ausgleichskammer 19. Des weiteren stellt die Aufnahme die
Gewindeverbindung für die Federstützplatte 93 und eine erste Lagerstelle 109 für
den Achskörper 73. Eine zweite Lagerstelle 111 enthält die Stellschraube 91, die
im Deckel eingeschraubt ist. Die beiden Lagerstellen liegen in Relation zur Ge
samtgröße des Vorstufenventils weit auseinander, so daß die Zentrierfunktion der
beiden Lagerstellen als ausgesprochen gut bewertet werden kann. Der Ringkörper
des Ankers befindet sich etwa in der Mitte des Achskörpers 73. Unvermeidliche
Querkräfte wirken sich gleichmäßig auf beide Lagerstellen aus. Zu dem sind die
Durchmesser der Lagerstellen eher klein ausgeführt, damit die Reibungskräfte auf
einem besonders niedrigen Niveau liegen.
Die Kräfte des magnetischen Flusses sind so gerichtet, daß sie den Anker gegen
den Federsatz 83 nach unten in Richtung des Hauptstufenventils verschieben.
Dazu ist an der Aufnahme 105 ein optimierter Übergang an dem der ersten La
gerstelle 109 zugewandten Ende des Ringkörpers ausgeführt. Damit die Wirkung
des magnetischen Flusses ausschließlich der Kraftentfaltung auf den Anker zu
Gute kommt, ist zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses ein Isola
tor 113 unmittelbar an der Aufnahme im Bereich der ersten Lagerstelle angeord
net. Der Isolator besteht aus einem nichtleitenden Werkstoff und verhindert da
mit einen Übertritt des magnetischen Flusses von der Aufnahme auf einen Hül
senabschnitt 115 des Deckels 103. Zwischen dem Hülsenabschnitt und dem
Ringkörper 71 des Ankers liegt ein größerer Spalt 71a vor, der die Führung ein
deutig auf die beiden Lagerstellen 109; 113 beschränkt. Ein Kontakt zwischen
dem Anker und dem Hülsenabschnitt ist ausgeschlossen. Für einen guten Über
gang des magnetischen Flusses steht aber eine relativ große Umfangsfläche am
Ringkörper 71 zur Verfügung. Der Isolator umfaßt u. a. eine erste Dich
tung 113a, die zur Aufnahme 105 gerichtet ist. Es schließt sich der eigentliche
Isolator 113b an, dem eine zweite Dichtung zum Hülsenabschnitt beigefügt ist.
Es werden zwei Dichtungen 113c verwendet, da bei Verwendung einer einzigen
Dichtung die Möglichkeit besteht, daß aufgrund der Vorspannung und der damit
verbundenen Verformung der Dichtung ein Kontakt mit dem Ringkörper des An
kers auftritt. Der eigentliche Isolator 113b verfügt über einen kleineren Innen
durchmesser als der Ringkörper 71. Damit ist ein Kontakt zwischen einer der
Dichtungen und dem Ringkörper ausgeschlossen. Auch die Magnetspule 67 wur
de dem Isolator angepaßt. So verfügt die Magnetspule über einen nasenförmigen
Ansatz 67a, der garantiert, daß die Dichtung 113c keinesfalls in einen gedachten
Spalt zwischen der Magnetspule und der Aufnahme 105 verdrängt werden kann,
da versetzte Kontaktflächen vorliegen. Längenänderungen der Spule oder inner
halb der Verspannungskette aus Hülsenabschnitt 115 und dem Isolator 113 in
folge von Wärmedehnungen werden ohne Entstehung eines Spaltes ausgegli
chen.
Das gesamte Gehäuse der Absperrventileinrichtung 27 wird durch eine Verrol
lung 119 oder durch einen Sicherungsring 121 zusammengehalten. Diese Bau
einheit stützt sich auf einem Absatz des Rohrstutzens 29 ab. Zur axialen Fixie
rung des Gehäuses dient ein weiteren Sicherungsring 123, der in eine Rast
nut 125 des Rohrstutzens eingreift und damit eine Schnappverbindung bildet. In
der rechten Ausführungsform des Sicherungsringes ist eine Demontage nicht
möglich. Die linke Variante des Sicherungsringes verfügt über einen Betätigungs
bügel 127, dessen Enden in eine Aussparung des Gehäuses 101 bringbar sind.
So daß eine willkürliche Öffnung der Absperrventileinrichtung möglich ist.
In diesem Zusammenhang ist interessant, daß die Durchmesser des Leitkör
pers 95 und der Stellschraube 91 geringfügig größer sind als der Außendurch
messer des Ringkörpers 71. Des weiteren ist zu beachten, daß der Durchmesser
des eigentlichen Vorstufenventils nicht größer ist als der der ersten Lagerstel
le 109 und das Notbetriebventil 77 als ein Schieberventil ausgeführt ist. Damit
kann der Anker aus der Absperrventileinrichtung entfernt werden, ohne daß das
gesamte Ventil geöffnet und zerlegt werden muß. Die getrennte Einstellbarkeit
der Vorstufenventilteile wird u. a. dadurch vereinfacht, daß die beiden auf den
Anker einwirkenden Spannmittel jeweils an verschiedenen Enden wirksam sind.
Der Anschlag 85 wird an dem der Magnetspule zugewandten Ende und die Fe
derstützplatte an dem der Hauptstufe zugewandten Ende eingestellt. Die äußere
Feder kann auch nicht aus der Absperrventileinrichtung herausfallen, da die Steu
erkante 79 einen Anschlag darstellt.
Die Fig. 3a entspricht in wesentlichen Dingen der Ausführung nach der Fig. 2.
Abweichend wird auf eine Notbetriebeinstellung verzichtet, die von der harten
Dämpfkrafteinstellung abweicht. Es gibt bei diesem Dämpfventil nur ein Normal
betriebventilteil 75, das von zwei gegensinnig angreifenden Federn 84a; 84b
axial schwimmend zum Ventilsitz 81 gehalten wird. Mit der Stellschraube 91
können die beiden Federn 84a; 84b hinsichtlich ihrer Vorspannung eingestellt
werden, wodurch sich das Verhältnis von Magnetkraft der Magnetspule 67 zum
eingestellten Durchlaßquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 81 und dem Normal
betriebventilteil verändert. Bei dieser Ausführungsvariante können die Einstellung
des magnetischen Flusses und der Federvorspannung von einer Seite des Gehäu
ses 101 vorgenommen werden, da der Leitkörper ebenfalls ringförmig ausgeführt
ist und die Federstützeinrichtung, in diesem Fall die Stellschraube 91, konzen
trisch zum Leitkörper angeordnet ist.
In der Fig. 4 ist eine im Vergleich zur Fig. 2 vereinfachte Ausführung dargestellt,
die anstelle einer Stellschraube einen festen Anschlag 85 aufweist, der als ein
Einlegering nicht einstellbar ist, sehr wohl aber für eine Fahrzeugserie auf eine
bestimmte Höhe abgewandelt werden kann. Ein Vorteil der Ausführung der Fig. 4
zur Fig. 2 ist darin zu sehen, daß der Deckel 103 den Ankerrückraum 89 voll
ständig abschließt. Der Deckel umfaßt auch den Bereich, der ansonsten von der
Stellschraube 91 abgedeckt wird. Folglich benötigt man keine Anschlagdich
tung 87 wie in Fig. 2. Die Einstellbarkeit hinsichtlich des Normalbetriebs des Vor
stufenventils 65 sowie des Leitkörpers 95 ist völlig identisch mit der Funktion
nach Fig. 2.
Die Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus den Fig. 3 oder 4, da diese Ausgestaltung
des Querschnitts für die Notbetriebseinstellung unabhängig von der Art des An
schlags für den Anker 69 ist. Die Steuerkante 79 stellt zusammen mit dem Rohr
körper des Ankers 69 ein Sperrventil in Schieberbauweise dar. Sobald die schwä
chere Feder des Federsatzes 83 den Anker in die Notbetriebstellung verschoben
hat, geht der Anker mit der Steuerkante 79 in Überdeckung, so daß dieser Strö
mungsweg blockiert ist. Dafür steht eine Notbetriebkonstantdrossel 77a zur Ver
fügung, deren Querschnitt kleiner ist als der sich der Notbetriebkonstantdrossel
anschließender Querschnitt an der Steuerkante 81 des Normalbetriebventils 75.
Der große Vorteil dieser Lösung für das Notbetriebsverhalten liegt darin, daß un
vermeidliche Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Ventilteile ausgeglichen
werden kann, da als Ausgleichsweg 77b die Überdeckung von der Steuerkante
79 bis zum Ausgang der Notbetriebkonstantdrossel zur Verfügung steht.
In Fig. 6 ist der Einfluß der Einstellungen auf die Dämpfkraftkennlinien verdeut
licht. Die dargestellte Dämpfkraftkennlinienschar ist typisch für diese Absperr
ventileinrichtung. Der Bereich vom Ursprung der Kennlinienschar bis zu den
Knickpunkten wird vom Vorstufenventil beeinflußt. Bei der Justierung des Vor
stufenventils werden zunächst bei einer geringen und einer großen Bestromung
Meßpunkte Q/p vorgegeben, die für die gewünschte Einstellung signifikant sind.
Beispielsweise wird zuerst der Meßpunkt MP1 überprüft. Auf einem Strömungs
prüfstand wird ein Volumenstrom Q₁ dem Vorstufenventil 65 zugeführt. Dabei
muß sich ein Druck p₁ des vorgegeben Meßpunktes Mp1 auf einer Dämpfkraft
kennlinie einstellen. Wird die angestrebte Kennlinie über- oder unterschritten, so
läßt sich der Meßpunkt durch axiales Verschieben der Federstützplatte 93 (s. Fig.
2, 3, 4 und 5) bezogen auf den vorgegebenen Q-Wert anheben oder absenken
bzw. bei einem vorgegebenen p-Wert parallel zur Ordinate verschieben. Damit
werden sämtliche Vorstufenkennlinien beeinflußt. Der Strömungsprüfstand bietet
die Möglichkeit die Federstützplatte ohne Demontage des Ventils in der im Prüf
stand eingebauten Lage einzustellen. Es kann sein, daß der Meßpunkt MP2 bei
Imax eine zu große Kraftwirkung der Magnetspule erkennen läßt. Durch Heraus
drehen des Leitkörpers 95 kann der magnetische Fluß und damit die Kraftentfal
tung auf den Anker abgesenkt werden. Damit wird eine Verlagerung des Meß
punktes von der Richtungsänderung, wie durch den Pfeil dargestellt, erreicht,
wobei die Verlagerung bei den verschiedenen Kennlinien in Abhängigkeit der
Stromwerte der einzelnen Vorstufenkennlinien unterschiedlich ausfällt. Prinzipiell
gilt, daß bei einer großen Bestromung die Änderung der Vorstufenkennlinie deut
licher ausfällt als bei einer Kennlinie mit einer kleineren Bestromung. Daraus folgt,
daß mit dem Leitkörper eine Spreizung des gesamten Vorstufenkennfeldbereichs
vorgenommen werden kann. Diese Art der Einstellung zwischen dem Leitkörper
und der Federstützplatte muß ggf. wiederholt werden, da ein geringfügiger
wechselseitiger Einfluß dieser beiden Einstellungen vorliegt. In Kombination der
beiden Einstellungsmöglichkeiten kann ein vorgegebener Meßpunkt horizontal und
vertikal zur Ordninate verschoben werden, wodurch man dem Ziel nach einer
echten Kennfeldeinstellung sehr nahe kommt.
Nachdem die Einstellungen für den Normalbetrieb abgeschlossen sind, kann
durch ein Verdrehen der Stellschraube 91 die Notbetriebeinstellung vorgenom
men werden. Dazu wird über die Stellschraube der Anschlag 85 verschoben, bis
eine gewünschte Kennlinie erreicht ist. Diese Kennlinie kann nach Belieben einge
stellt werden, beispielsweise eine mittlere, aber auch eine, die eher in Richtung
hart oder weich tendiert.
Man darf sich durch die Bezeichnung I = O innerhalb des Kennfeldes nicht irritie
ren lassen, denn die Kennlinie I =O kann natürlich auch vom Normalbetriebventil
erreicht werden. Es ist zu beachten, daß die Kennlinie dann von verschiedenen
Ventilteilen innerhalb des Vorstufenventilteils erzeugt wird. Die Einstellung I = O
hat keinen Einfluß auf die bestromten Kennlinien.
Die Fig. 6a zeigt ein Dämpfkraftkennfeld für ein Dämpfventil in der Bauweise
nach Fig. 3a. Das Einstellverfahren entspricht dem Vorgehen nach Fig. 6. Abwei
chend erübrigt sich die Einstellung für den Notbetriebventilteil. Als Alternative
wird bei Stromausfall die maximal harte Dämpfkraftkennlinie I ≈ O eingesetzt. Der
Strömungsprüfstand kann im Vergleich zu den anderen Ausführungen des
Dämpfventils etwas einfacher ausfallen, da die Federstützeinrichtungen am Ge
häuse von außen zugänglich sind. Des weiteren kann das Vorstufenventil auch
mit dem Hauptstufenventil überprüft werden, um die gesamte Baueinheit zu te
sten und ggf. nachzustellen zu können.
Die Fig. 7 zeigt realisierbare Dämpfkraftkennlinien des Einlaufventils unabhängig
vom Hauptstufenventil. Die Dämpfkennlinie kann durch eine entsprechende Aus
gestaltung sehr variabel gehalten werden. So ist zum Beispiel der Einfluß des
Voröffnungsquererschnitt 57a deutlich ausgeprägt, wobei der Steigungswinkel
durch eine entsprechend größere Öffnung flacher gehalten werden kann. Es
schließt sich dem Kennlinienteil des Voröffnungsquerschnitt ein eher degressiv
verlaufender Kennlinienast an. Dieser Kennlinienteil ist einzig von der Art der Vor
spannung der Ventilscheiben abhängig, sowie von der Kraftkennlinie der Ventil
scheibe, sofern sie als eine Tellerfeder ausgelegt ist. Man kann selbstverständlich
bei Bedarf auch eine im wesentlichen linear verlaufende Kennlinie erhalten, wenn
man auf einen Voröffnungsquerschnitt verzichtet und die Ventilscheiben 59
praktisch plan einbaut. Die gestrichelte Kennlinie zeigt den Einfluß der Vordros
selscheibe 59a, die bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten einen starken An
stieg der Dämpfkraft bewirkt.
Das Einlaufventil 55 und das Hauptstufenventil 37 sind hydraulisch in Reihe an
geordnet. Daraus ergibt sich die Möglichkeit das Hauptstufenventil ganz gezielt
zu modellieren. Die durch die Reihenschaltung erzielte Wirkung läßt sich leicht
vorhersehen. Man erstellt ein gewünschtes Kennlinienfeld der Absperrventilein
richtung. In dieses Kennlinienfeld zeichnet man das Kennlinienfeld des Haupt- und
des Vorstufenventils ein. Die Dämpfkraftunterschiede müssen von dem Einlauf
ventil erzeugt werden. Beispielhaft ist der umgekehrte Weg in den Fig. 5 und
6 an einem Punkt mit dem Volumenstrom Q₇ dargestellt. Der Volumenstrom Q₇
in Fig. 6 ergibt den Dämpfkraftbetrag FQ71. Bei demselben Volumenstrom erhält
man mit dem Einlaufventil 55 den Dämpfkraftbetrag FQ72. Die einfache Addition
der beiden Einzeldämpfkraftbeträge ergibt dann den gemeinsamen Dämpfkraftbe
trag FQ7 wie in Fig. 6 dargestellt. Der Einsatz des Einlaufventils ist immer dann
besonders interessant, wenn die charakteristische Dämpfkraftkennlinien des Vor-
und des Hauptstufenventils den Erfordernissen nicht entsprechen, d. h., daß in
der Regel ein bestimmter Dämpfkraftwert nicht erreicht wird. Beispielsweise be
steht der Bedarf nach relativ flachen Hauptstufenkennlinien, die aber bei beson
ders großen Volumenströmen QX eine größere Dämpfkraft erzeugen sollen, um z. B.
ein Radflattern zu verhindern. Häufiger wird eine etwas größere Dämpfkraft im
Kennlinienbereich des Vorstufenventils gewünscht. In diesem Fall läßt sich sehr
gut die in der Fig. 7 dargestellte Dämpfkraftkennlinie verwenden, die gerade bei
geringen Volumenströmen eine Dämpfkraftanhebung bewirkt, ansonsten aber die
Kennlinien gleichmäßig anhebt.
Man muß sich vor Augen halten, daß mit dem Einlaufventil der Wunsch nach eine
härteren Dämpfkraftkennlinie ohne eine größere Bestromung der Magnetspule
erzielt werden kann. Je steiler die Kennlinie des Vorstufenventils sein soll, um so
stärker muß die Magnetspule bestromt werden, denn die Magnetspule bewirkt
mit größerer Bestromung eine Schließbewegung des Vorstufenventils.
In der Fig. 8 sind konstruktive Maßnahmen realisiert, um das Dämpfventil, insbe
sondere das Vorstufenventil 65 in der gemäß den Kennlinien nach den Fig. 6 und
6a nach der Montage zu belassen.
Als eine der wesentlichen Maßnahmen ist die Anschlagdichtung 87 hinter dem
Anschlag 85 zu nennen. Die Anschlagdichtung besteht aus einem elastischen
Werkstoff und ist zwischen dem Anschlag und der Stellschraube 91 verspannt.
Die Vorspannkraft bewirkt eine Reibkraft zwischen dem Hülsenabschnitt 115, der
Teil des ortsfesten Gehäuses ist, und der Stellschraube. Man kann die Stell
schraube zur Einstellung zwar verdrehen, doch ist ein nennenswertes Reibmo
ment vorhanden. Zwischen der Stellschraube und dem Leitkörper 95 ist eine Ver
stellsicherung 129 in der Ausführung eines Reibringes eingelegt. Dafür weist
mindestens eines der beiden Bauteile, in diesem Fall die Stellschraube 91 einen
Einstich zur Aufnahme des Reibringes auf.
Das Gewinde 95a zwischen dem Leitkörper und dem Deckel 103 des Gehäu
ses 101 wird durch Gewindesicherungsmittel gegen ungewolltes Lösen gesi
chert. Für die Stellschraube ergeben sich deshalb zwei in Serie angreifende Reib
kräfte, einmal über die Verstellsicherung 129 und ein weiteres mal über die An
schlagdichtung 87, wobei jeweils das Gehäuse , bzw. ein Gehäuseteil als Basis
für die abstützende Reibkraft dient. Selbstverständlich kann die Art der Sicherung
auch die Ausführung nach der Fig. 3a übertragen werden.
Nach dem es Möglichkeiten zur Sicherung des eingestellten magnetischen Flus
ses und der Anschlagstellung für den Notbetrieb vorhanden sind, ist es sinnvoll
auch die Sicherung für die Stellung für des Normalbetriebventilteils 85 vorzu
nehmen. Dazu wird die Federstützplatte 93 mit einer Einstellsicherung 131 in der
Bauform einer Spannfeder versehen. Die Spannfeder übernimmt zwei Funktionen.
Zum einen bilden ihre Endwindungen Reibflächen und zum anderen besitzt die
Spannfeder auch gleich die Vorspannkraft, so daß eine insgesamt sehr einfache
und kostengünstige Einstellsicherung vorliegt.
Claims (14)
1. Schwingungsdämpfer, umfassend einen mit Dämpfmedium gefüllten Zylinder,
in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich ausgeführt ist,
wobei der Kolben den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, mit einem
Dämpfventil, dessen Dämpfkraft mittels einer von einer Magnetspule erzeugten
Magnetkraft innerhalb eines Rückschlußkörpers auf einen Anker gegen eine
Federkraft mindestens einer Feder veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Einstellparameter zur Einstellung mindestens zweier
Kennlinien, die sich durch unterschiedliche Bestromung der Magnetspule un
terscheiden, vorhanden sind, indem eine Veränderung der wirksamen Feder
kraft bezogen auf eine Dämpfventilhubstellung des Dämpfventils vorgenom
men werden kann und des weiteren durch eine Einstellbarkeit der magnetische
Leitfähigkeit des Rückschlußkörpers mittels einer Stelleinrichtung gegeben ist,
wobei die Stelleinrichtung aus einer magnetischen Engstelle (97) besteht, zu
der ein magnetischer Leitkörper (95) parallelgeschaltet werden kann.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stelleinrichtung (95; 97) für den magnetischen Fluß und eine Feder
stützeinrichtung (91; 93) zur Veränderung der Federkraft unabhängig von ein
ander einstellbar sind.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitkörper (95) eine im wesentlichen ringförmige Gestalt aufweist,
wodurch ein Zugang zum rückwärtigen Bereich des Ankers (69) vorliegt.
4. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federstützeinrichtung (91; 95) konzentrisch zur Stelleinrichtung für
den magnetischen Fluß angeordnet ist.
5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dämpfventil über einen Ventilteil (77) für eine Notbetriebseinstellung
und einem Ventilteil (75) für den Normalbetrieb verfügt, wobei die Federkraft
den Ventilteil für den Normalbetrieb in Öffnungsrichtung vorspannt.
6. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuschaltung des Leitkörpers (95) über ein Gewinde (95a) erfolgt.
7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitkörper (95) Werkzeugflächen (99) für ein Einstellwerkzeug auf
weist.
8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitkörper (95) außerhalb eines Absperrventilgehäuses (101) angeord
net ist, wobei das Absperrventilgehäuse Bestandteil des magnetischen Rück
schlußkörpers ist.
9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitkörper (95) und ein weiteres Bauteil (91) in einem Bypass für den
magnetischen Fluß axial hintereinander angeordnet sind, wobei durch Verände
rung des Abstands des Leitkörpers zu dem weiteren Bauteil der Bypass der
magnetische Fluß gesteuert wird.
10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitkörper (95) eine Verstellsicherung (129) aufweist.
11. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federstützeinrichtung (93) eine Einstellsicherung (131) aufweist.
12. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellsicherung (131) zwischen einem mit dem Gehäuse (101) in
Wirkverbindung stehenden Bauteil und der Federstützeinrichtung (93; 91) vor
liegt.
13. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellsicherung (131) und/oder die Verstellsicherung (129) kraft
schlüssig ausgeführt ist/sind.
14. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellsicherung (131) und/oder die Verstellsicherung (129) aus einem
Reibring besteht/bestehen.
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