DE3635894A1 - Stossdaempfer - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Stoßdämpfer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 34 22 092 ist bereits ein Stoßdämpfer bekannt, dessen Dämpfungscharakteristik auch während des Betriebes des Stoßdämpfers einstellbar ist. Der Stoßdämpfer verfügt dazu über eine elektromagnetische Stelleinrichtung, welche je nach der Größe der axialen Auslenkung eines Steuerschiebers eine Überströmöffnung mehr oder weniger frei gibt. Die Größe dieser Überströmöffnung be­ einflußt den Widerstand des zwischen den Kammern des Stoßdämpfers strömenden Fluids und damit die Größe der Dämpfungswirkung.

Aus der Druckschrift DE-OS 33 03 293 ist eine gleichwirkende Vor­ richtung bekannt, bei welcher jedoch die elektromagnetische Stell­ einrichtung den Steuerschieber nicht in axialer, sondern in radialer Richtung betätigt. Als Stelleinrichtung dient dabei ein Drehsteller.

Den bekannten Vorrichtungen gemeinsam ist, daß die Arbeitsbewegung des die Überströmöffnung festlegenden Steuerschiebers entgegen einer Kraft (z. B. einer Federkraft) aus einer unbetätigten Stellung heraus bis zu einer maximalen Auslenkung erfolgt. Der Arbeitshub und damit der nutzbare Einstellbereich ist - vor allem im Vergleich zu anderen Stelleinrichtungen, wie z. B. Elektromotoren - eher gering. Außerdem nimmt der Steuerschieber eines solchen Stoßdämpfers bei Ausfall der Stelleinrichtung seine Endstellung ein, mithin wird in einem solchen Fall eine entweder besonders starke oder besonders geringe Dämpfung festgelegt, auf jeden Fall aber ein Dämpfungs-Extrem. Dies kann im ungünstigen Fall und bei Verwendung des Stoßdämpfers in einem Fahr­ zeug dann zu kritischen Fahrsituationen führen, wenn der Stoßdämpfer nach einem solchen Ausfall mit einer für die Fahrsituation ungeeig­ neten Dämpfungscharakteristik arbeitet.

Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen ist außerdem, daß zur Aufrechterhaltung einer normalen, d. h. eher mittleren Dämpferein­ stellung die elektromagnetische Stelleinrichtung dauernd mit Strom beaufschlagt werden muß.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, trotz der Verwen­ dung einer elektromagnetischen Stelleinrichtung einen großen Ar­ beitshub zu ermöglichen. Bei einem Ausfall der Stelleinrichtung ar­ beitet der Stoßdämpfer mit einer eher mittleren Dämpfungscharakteri­ stik, welche in den meisten Fällen einen gefahrlosen Betrieb des Fahrzeuges ermöglicht.

Der vorgeschlagene Stoßdämpfer weist außerdem den Vorteil auf, in der in normalen Fahrsituationen eingenommenen Stellung des Steuer­ schiebers keinen Haltestrom zu benötigen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Stoßdämpfers möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Stoßdämpfers, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Stoßdämpfers, Fig. 3 einen Schnitt durch den Stoßdämpfer nach Fig. 2 in einer radialen Ebene.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 dargestellte Stoßdämpfer, welcher beispielsweise zur Dämpfung der Schwingungen eines Kraftfahrzeuges verwendet werden kann, besteht aus einem mit einem Dämpfungsfluid gefüllten Arbeits­ zylinder 1, einer in den Arbeitszylinder 1 ragenden Kolbenstange 2, an deren Ende ein Dämpfungskolben 3 befestigt ist und einem inner­ halb des Arbeitszylinders 1 durch einen Trennkolben 4 abgetrennten Gasraum 5. Die Kolbenstange 2 ist mittels einer ersten Dichtung 6 gegenüber dem Arbeitszylinder 1 abgedichtet, der Dämpfungskolben 3 ist mittels einer zweiten Dichtung 7 gegenüber der inneren Mantel­ fläche des Arbeitszylinders 1 abgedichtet und teilt den Innenraum des Arbeitszylinders 1 in eine erste, einen Teil der Kolbenstange 2 aufnehmende Kammer 8 sowie in eine zweite, dem Gasraum 6 benachbarte Kammer 9 auf.

Fest mit dem Dämpfungskolben 3 ist eine elektromagnetische Stellein­ richtung 10 verbunden, welche innerhalb eines topfförmigen Gehäuses 12 eine Anordnung von zwei Spulenwicklungen 13, 14 aufweist. Beide Spulenwicklungen 13, 14 sind radial im Gehäuse 12 liegend angeord­ net, zwischen den Spulenwicklungen 13, 14 befindet sich ein ringför­ miger, radial magnetisierter Permanentmagnet 16.

Unmittelbar auf der Mantelfläche der Kolbenstange 2 aufliegend be­ findet sich eine Buchse 18 aus antimagnetischem Material innerhalb des Gehäuses 12. In einem Innenraum 19, welcher zwischen den Spulen­ wicklungen 13, 14 und dem Permanentmagneten 16 einerseits und der Buchse 18 andererseits gebildet ist, befindet sich ein rohrförmiger Steuerschieber 20, welcher mit seiner inneren Mantelfläche 21 auf der Buchse 18 gleiten kann und dessen äußere Mantelfläche 22 zumin­ dest auf einen Teil ihrer Länge nur einen geringen Abstand zum Per­ manentmagneten 16 bzw. zu den Spulenwicklungen 13, 14 aufweist, so daß zwischen dem Permanentmagneten 16 und dem Steuerschieber 20 ein schmaler, magnetischer Ringspalt 24 ausgebildet ist. Der Steuer­ schieber 20 ist also gleichzeitig ein Magnetanker, auf den die durch die Spulenwicklungen 13, 14 und den Permanentmagneten 16 erzeugten magnetischen Kräfte wirken.

Im Bereich von Stirnseiten 26, 27 des Steuerschiebers 20 liegen Fe­ dern 29 an, welche in ihrer Gesamtwirkung bestrebt sind, den Steuer­ schieber 20 in eine eher mittlere Position innerhalb des vorhandenen axialen Spielraumes zu bringen. Die Federn 29 sind also in der Weise geschaltet, daß sie einer axialen Auslenkung des Steuerschiebers 20 aus der eher mittleren Position einen Widerstand entgegensetzen. Die größtmögliche Auslenkung des Steuerschiebers 20 ist dabei in jener Stellung gegeben, in welcher der Steuerschieber 20 mit einer seiner Stirnseiten 26, 27 am Gehäuse 12 anliegt.

Innerhalb der Kolbenstange 2 befindet sich eine in die zweite Kammer 9 mündende axiale Sackbohrung 30, von welcher mindestens eine Quer­ bohrung 31 ausgeht, welche auch die Buchse 18 durchdringt und an der äußeren Mantelfläche der Buchse 18 endet.

Eine Öffnung 33 im Steuerschieber 20 mündet einerseits in den Innen­ raum 19 und endet andererseits in einer Steueröffnung 34, welche ähnlich einer Sackbohrung oder einer Nut in der inneren Mantelfläche 21 des Steuerschiebers 20 eingearbeitet ist. Steueröffnung 34 und Querbohrung 31 sind so plaziert, daß sich je nach der Stellung des Steuerschiebers 20 relativ zur Buchse 18 die Steueröffnung 34 und die Querbohrung 31 in geringerem oder stärkeren Maße überlappen und auf diese Weise als Querschnitt eine Überströmöffnung 36 freigeben. Die Größe der Überströmöffnung 36 hängt also von der jeweiligen An­ ordnung von Buchse 18 und Steuerschieber 20 zueinander ab. Dabei sind die Querbohrung 31 und die Steueröffnung 34 z. B. in der Weise eingearbeitet, daß dann, wenn der Steuerschieber 20 mit seiner einen Stirnseite 26 am Gehäuse 12 anliegt, die Überströmöffnung 36 gerade verschlossen ist und dann, wenn der Steuerschieber 20 mit seiner zweiten Stirnseite 27 am Gehäuse 12 anliegt, die Überströmöffnung 36 ihre größte Weite aufweist. Wird keine der Spulenwicklungen 13, 14 angesteuert und unterliegt der als Anker ausgebildete Steuerschieber 20 damit nur den Kräften der Federn 29 und des Permanentmagneten 16, so weist die Überströmöffnung 36 eine eher mittlere Größe auf.

Durchlaßöffnungen 38 verbinden den Innenraum 19 mit der ersten Kam­ mer 8 des Arbeitszylinders 1.

Bei Erregung der Spulenwicklungen 13, 14 wird auf den als Anker aus­ gebildeten Steuerschieber 20 eine magnetische Kraft erzeugt, wodurch der Steuerschieber 20 axial ausgelenkt wird und sich die Größe der Überströmöffnung 36 ändert. Der durch die Spulenwicklungen 13, 14 erzeugte elektromagnetische Fluß verläuft über das Gehäuse 12 und den Steuerschieber 20. Zur Verstärkung des Magnetfeldes dient der Permanentmagnet 16, dessen magnetischer Fluß ebenfalls über das Ge­ häuse 12 und den Steuerschieber 20 verläuft. Durch die Überlagerung der magnetischen Flüsse der Spulenwicklungen 13, 14 und des Perma­ nentmagneten 16 findet eine Verstärkung der auf den Steuerschieber 20 wirkenden magnetischen Kraft statt.

Nicht dargestellt sind in der Fig. 1 die elektrischen Zuleitungen zu den Spulenwicklungen 13, 14, welche beispielsweise innerhalb der Kolbenstange 2 verlaufen können.

Die Wirkungsweise des Stoßdämpfers ist wie folgt:

Bei Erregung einer der Spulenwicklungen 13, 14 verändert der als An­ ker ausgebildete Steuerschieber 20 seine Lage, wodurch sich die Grö­ ße der Überströmöffnung 36 verändert, was eine geänderte Dämpfungs­ wirkung des Stoßdämpfers zur Folge hat. Die Auslenkung des Steuer­ schiebers 20 entscheidet also über die Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers.

In Fig. 2 sowie in Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In gleicher Weise wirkende Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Als elektro­ magnetische Stelleinrichtung kommt bei diesem zweiten Ausführungs­ beispiel ein Drehsteller 40 zur Anwendung, welcher in einer bevor­ zugten Ausführungsform ebenfalls mit zwei Spulenwicklungen 13, 14 betrieben wird. Die Spulenwicklungen 13, 14 befinden sich auf Kernen 41, 42, welche parallel zueinander liegend innerhalb des Arbeits­ zylinders 1 angeordnet sind. In einer radialen Ebene des Arbeitszy­ linders 1 betrachtet, setzen sich die Kerne 41, 42 in jeweils zwei Schenkeln 44 fort, an welchen jeweils eine um 90° zu den Kernen 41, 42 gedreht angeordnete Stirnfläche 46 ausgebildet ist. Zwischen der dem ersten Kern 41 zugeordneten Stirnfläche 46 und der dem zweiten Kern 42 zugeordneten Stirnfläche 46 ist jeweils ein Permanentmagnet 48 angeordnet, wobei die beiden Permanentmagneten 48 so polarisiert sind, daß an den beiden mit einem Kern 41 oder 42 verbundenen Stirn­ flächen 46 jeweils ein gleichnamiger Pol anliegt. An einer der Stoß­ dämpferlängsachse zugewandten Flachseite 49 jedes Permanentmagneten 48 liegt jeweils ein Polschuh 50 an, welcher auf Höhe der Stirn­ fläche 46 beginnt und welcher sich nicht ganz auf der halben Länge des Permanentmagneten 48 erstreckt.

In seiner Längsachse ist der Drehsteller 40 durch die Kolbenstange 2 durchdrungen, welche in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 mit einer Sackbohrung 30 sowie mit mindestens einer Querbohrung 31 versehen ist. Der in Form eines Drehschiebers ausgeführte, aus weichmagnetischem Material gefertigte Steuerschie­ ber 20 weist die Form eines Ringes auf, welcher mit seiner inneren Mantelfläche 53 auf einem Teil der Kolbenstange 2 in Umfangsrichtung gleiten kann. Der Steuerschieber 20 ist radial von der mindestens einen Steueröffnung 34 durchdrungen. Die Größe der Überströmöffnung 36 ist wiederum durch die Lage der Steueröffnung 34 relativ zu der Querbohrung 31 festgelegt.

Der als Drehschieber ausgebildete Steuerschieber 20 ist an zwei ge­ genüberliegenden Stellen seines Umfangs fest mit zwei Ankerkörpern 56 verbunden, welche sich so weit in Richtung auf die Permanentmag­ neten 48 hin erstrecken, daß zwischen der äußeren Fläche jedes An­ kerkörpers 56 und dem jeweiligen Polschuh 50 ein schmaler Magnet­ spalt 57 verbleibt. Die einander zugewandten Flächen der Ankerkörper 56 und der Polschuhe 50 weisen also die gleiche Kontur auf. Im Ge­ gensatz zum ersten Ausführungsbeispiel übernimmt der Steuerschieber 20 nicht die Aufgabe eines Ankers, vielmehr dienen dazu die zwei An­ kerkörper 56.

In einer mittleren Stellung des Steuerschiebers 20 überdeckt jeder Ankerkörper 56 einen gleich großen Anteil beider an jedem Permanent­ magneten 48 anliegenden Polschuhe 50. Bei einer Erregung einer der Spulenwicklungen 13, 14 wirkt eine magnetische Kraft auf die Anker­ körper 56, der Steuerschieber 20 wird aus der Mittellage ausgelenkt, die Ankerkörper 56 überdecken die an jeweils einem Permanentmagneten 48 anliegenden Polschuhe 50 ungleichmäßig. Durch die Drehung des Steuerschiebers 20 verändert sich die Größe der Überströmöffnung 36 und damit die Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers. Die Richtung der Änderung ist dabei von der Orientierung des magnetischen Flusses abhängig. Zur Sicherstellung einer mittleren Position des Steuer­ schiebers 20 bei nicht erregten Spulenwicklungen 13, 14 dienen wie­ derum Federn 29, welche eine entsprechende Kraft entweder auf den Steuerschieber 20 oder, wie in der Zeichnung dargestellt, auf einen der Ankerkörper 56 ausüben.

Die Lage der Querbohrung 31 in der Kolbenstange 2 relativ zur Lage der Steueröffnung 34 im Steuerschieber 20 bestimmt die Größe der Überströmöffnung 36 und ist so ausgelegt, daß bei nicht erregten Spulenwicklungen 13, 14 die Überströmöffnung 36 eine eher mittlere Größe aufweist. Durch Erregung der beiden Spulenwicklungen 13, 14 läßt sich die Größe der Überströmöffnung 36 dann vergrößern bzw. vermindern.

Geht man davon aus, daß bei einer mittleren Größe der Überströmöff­ nung 36 in den meisten Fahrsituationen die beste Dämpfungswirkung erreicht wird, so ist eine elektrische Betätigung der Spulenwicklun­ gen 13, 14 nur in außergewöhnlichen Fahrsituationen notwendig. Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer benötigt daher nur eine geringe elek­ trische Ansteuerleistung.

Außerdem wird beim Ausfall der elektromagnetischen Stelleinrichtung, z. B. bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr zu den Spulenwicklungen 13, 14, ebenfalls die mittlere Größe der Überströmöffnung 36 wirk­ sam; die sich dabei einstellende Dämpfungscharakteristik bietet den besten Kompromiß zwischen zu harter und zu weicher Dämpfung und ge­ stattet einen gefahrlosen Notbetrieb des Fahrzeuges.

Claims (11)

1. Regelbarer Stoßdämpfer mit einem an einer Kolbenstange befestig­ ten Dämpfungskolben, der den Arbeitszylinder in zwei mit Dämpfungs­ fluid gefüllte Kammern unterteilt, wobei die beiden Kammern über mindestens eine Überströmöffnung miteinander in Verbindung stehen, deren Größe durch einen von einer elektromagnetischen Stelleinrich­ tung betätigbaren Steuerschieber einstellbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überströmöffnung (36) bei nicht betätigter elek­ tromagnetischer Stelleinrichtung (10, 40) eine Größe aufweist, wel­ che größer ist als die kleinste einstellbare Überströmöffnung (36) und welche kleiner ist als die größte einstellbare Überströmöffnung (36).

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (20) bei nicht betätigter elektromagnetischer Stell­ einrichtung (10, 40) eine Position aufweist, welche sich zwischen der die kleinste einstellbare Überströmöffnung (36) frei gebenden und der die größte einstellbare Überströmöffnung (36) frei gebenden Position befindet.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche den Steuerschieber (20) bei nicht betätigter elektromagnetischer Stelleinrichtung (10, 40) positio­ niert.

4. Stoßdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung aus Druck- oder Zugfederelementen (29) besteht.

5. Stoßdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektromagnetische Stelleinrichtung (10) als axial mit einem Anker zusammenwirkender Elektromagnet ausgebildet ist (Fig. 1).

6. Stoßdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Stelleinrichtung (10) zusätzlich mindestens einen Permanentmagneten (16) umfaßt.

7. Stoßdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Anker und Steuerschieber (20) einteilig ausgeführt sind.

8. Stoßdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (20) zylindrisch ausgebildet und axial gleitbar gela­ gert ist und daß sich im Steuerschieber (20) eine Öffnung (33) be­ findet, welche einerseits mit der ersten Kammer (8) des Arbeits­ zylinders (1) in Verbindung steht und welche andererseits mit einer sich zur zweiten Kammer (9) des Arbeitszylinders (1) hin öffnenden Sackbohrung (30) in der Kolbenstange (2) verbindbar ist.

9. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektromagnetische Stelleinrichtung (40) als Dreh­ steller ausgebildet ist (Fig. 2 und 3).

10. Stoßdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Stelleinrichtung (40) zusätzlich mindestens einen Permanentmagneten (48) umfaßt.

11. Stoßdämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (20) als drehbar auf der Kolbenstange (2) gelagerte, mit einer Steueröffnung (34) versehene Hülse ausgebildet ist, wobei die Steueröffnung (34) einerseits mit der ersten Kammer (8) des Ar­ beitszylinders (1) in Verbindung steht und andererseits mit einer sich zur zweiten Kammer (9) des Arbeitszylinders (1) hin öffnenden Sackbohrung (30) in der Kolbenstange (2) verbindbar ist.