DE4418972C2

DE4418972C2 - Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4418972C2
Application number: DE19944418972
Authority: DE
Inventors: Norbert Ackermann
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2014-06-01
Also published as: DE4418972A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen regelbaren Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge mit einem Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Zylinder, einer darin abgedichtet eintauchenden, axial verschieblich ange ordneten Kolbenstange und einem daran befestigten Dämpfungskolben, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, und einem mit einem Ventilsitz versehenen Dämpfungsventil, welches über einen axial verschieb lichen Ventilkörper den wirksamen Querschnitt eines Dämpfungskanales der Hauptstufe steuert, wobei der Ventilkörper des Dämpfungsventiles mit einer Vorkammer versehen ist, die jeweils in Zuströmrichtung zur Gleich richtung des Vorsteuervolumenstromes über mindestens je einen ein Rückschlagventil aufweisenden Kanal mit dem oberen und dem unteren Arbeitsraum in Verbindung steht und wobei auf der der druckbeaufschlagten Stirnfläche entgegengesetzten Seite des Ventilkörpers ein axial ver schiebbares, stufenlos positionierbares, vorgesteuertes Ventilelement vorgesehen ist, dessen Ventilsitz am Ventilkörper angeordnet ist.

Es sind bereits gattungsgemäße Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. DE 40 16 804 C2), welche über einen axial verschieblichen Ventilkörper den wirksamen Querschnitt eines Dämpfungs kanales der Hauptstufe steuern, wobei dem Ventilkörper auf der der druckbeaufschlagten Stirnfläche entgegen gesetzten Seite eine Vorkammer zugeordnet ist, die in Zuström- und Abströmrichtung über mindestens je ein ein Rückschlagventil aufweisenden Kanal mit dem oberen und unteren Arbeitsraum in Verbindung stehen. Das vorge steuerte Ventilelement ist dabei im Dämpfungskolben integriert, wobei deren Vorsteuerstrom über zwei Paar Rückschlagventile am Ventilkörper gleichgerichtet wird. Diese Schwingungsdämpfer ermöglichen wegen der einge schränkten Platzverhältnisse für die Rückschlagventile nur geringe Steuervolumenströme. Darüber hinaus ist es kaum möglich ein Rückschlagventil vorzusehen, bei dem im Betrieb kein nennenswerter Druckabfall entsteht. Dieser Nachteil schränkt die Gestaltungsmöglichkeit der aus führbaren Dämpfungskennlinien ein.

Darüber hinaus sind Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. WO 85/04698), bei denen ein vorgesteuertes Dämpfungs ventil mit vier Rückschlagventilen versehen ist. Bei diesen Schwingungsdämpfern wird das Dämpfungsventil jeweils in der gleichen Richtung durchströmt, das heißt, die Rückschlagventile müssen den verdrängten Ölstrom komplett gleichrichten. Nachteilig ist hierbei, daß ent weder große Rückschlagventile erforderlich sind, die konstruktiv im Dämpfungskolben nicht unterbringbar sind oder es ergeben sich Einschränkungen in der Absenk barkeit des Druckes bei hohen Volumenströmen.

Darüber hinaus sind Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. EP 364,757 A2), bei denen ein wechselseitig ange strömter Hauptventilkörper von einer Vorsteuerstufe ge steuert wird. Dabei wird der Ventilkörper der Vorsteuer stufe in Zug- und Druckstufe gleichzeitig angeströmt, so daß vier Rückschlagventile bzw. ein Wechselventil er forderlich sind. Die Drosselventile dieser Schwingungs dämpfer arbeiten in druckgekoppelter Ausführung, das heißt, die Hauptstufe und die Vorsteuerstufe sind mechanisch und örtlich voneinander getrennt, wobei die Verbindung zwischen den beiden Stufen lediglich durch den Druck des Dämpfungsmittels hergestellt wird. Solche Systeme zeigen in nachteiliger Weise eine geringe Stabilität, das heißt, zur Kontrolle der Hauptstufe und zur Vermeidung von Schwingungen ist die Beaufschlagung der Hauptstufe durch eine Feder notwendig und es ist die Dämpfung von Vorsteuerstufe und/oder der Hauptstufe not wendig, so daß in nachteiliger Weise die Absenkbarkeit der Dämpfungskraft begrenzt wird, da diese Vorspannkraft nicht von der Vorsteuerstufe bzw. durch die Wirkung des Steuerorganes aufgehoben werden kann. Derartige Systeme zeigen durch die Dämpfung von Haupt- oder Vorsteuerstufe ungünstige dynamische Eigenschaften, und zwar im Führungsverhalten (Veränderung der Bestromung) als auch im Störverhalten (Weganregung des Schwingungsdämpfers).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen regelbaren, hydraulischen Schwingungsdämpfer mit einer stufenlos steuerbaren, schnell und präzise arbeitenden Steuerung zu schaffen, der sowohl als Einrohr- als auch als Zwei rohr-Schwingungsdämpfer ausgebildet werden kann und der mit geringem fertigungstechnischem Aufwand herstellbar ist, wobei die Bauhöhe der Ventileinheit möglichst gering gehalten werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge sehen, daß durch das Ventilelement ein Drosselkanal der Vorkammer gesteuert wird, wobei der über die am Ventil körper angeordneten Rückschlagventile in die Vorkammer zuströmende, gleichgerichtete Vorsteuervolumenstrom das Ventilelement mit Druck beaufschlagt und daß ausgehend vom Drosselkanal Strömungsverbindungen im Ventilgehäuse und im Dämpfungskolben vorgesehen sind, durch welche der Vorsteuervolumenstrom über jeweils ein weiteres, am Dämpfungskolben angeordnetes Rückschlagventil in den oberen und unteren Arbeitsraum abströmt.

Hierbei ist von Vorteil, daß die Hauptstufe und die Vorsteuerstufe eine bauliche Einheit bilden und das Dämpfungsventil weggekoppelt ist. Derartige Ventile zeichnen sich durch ein gutes Stabilitätsverhalten aus, so daß Dämpfungsmaßnahmen am Dämpfungsventil nur in geringem Maße erforderlich sind. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß durch die Baueinheit von Haupt- und Vorsteuerstufe nur ein Federelement erforderlich ist, dessen Vorspannung durch die Wirkung eines Steuerorganes aufgehoben werden kann, so daß eine optimale Variabili tät der Dämpfungskraftkennlinien gegeben ist.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß mindestens ein Rückschlagventil als Kugelventil ausgebildet ist. Hierbei läßt sich die Vorkammer zylindrisch ausbilden, so daß ein Kugelventil problemlos untergebracht werden kann.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß zur An strömung der Vorkammer für mindestens eine An strömrichtung ein im Querschnitt verengter Anströmkanal vorgesehen ist.

In weiterer Ausgestaltung weist mindestens eines der Rückschlagventile eine rotationssymmetrische Form auf oder mindestens ein Rückschlagventil ist konzentrisch zur Mittelachse des Dämpfungskolbens angeordnet.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß mindestens ein Rückschlagventil zur Steuerung des abfließenden Volumens als Ventil ohne Vorspannung ausge führt ist.

Ein herstellungstechnisch einfache Ausführungsform sieht vor, daß mindestens ein Rückschlagventil als Platten ventil ausgeführt ist.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß das Durch messerverhältnis zwischen dem Ventilkörper und der Steuerkante entsprechend dem einzustellenden Kräftever hältnis zwischen Zug- und Druckstufe gewählt ist.

Nach einem weiteren Merkmal ist der Querschnitt der ver engten Anströmkanäle für Zug- und Druckstufe umgekehrt proportional zum Verhältnis der in der jeweiligen Arbeitsrichtung einzustellenden Dämpfungskraft gewählt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Schwingungsdämpfers mit einer in den Dämpfungskolben integrierten Ventileinheit

Fig. 2 als Einzelheit die Rückschlagventile im End bereich des Dämpfungskolbens.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Schwingungsdämpfer dargestellt, welcher aus dem Zylinder 9, einer Kolben stange 25 und einem an der Kolbenstange 25 befestigten Dämpfungskolben 6 besteht. Der Dämpfungskolben 6 unter teilt den Zylinder 9 in den oberen Arbeitsraum 8 und den unteren Arbeitsraum 7. Im Dämpfungskolben 6 ist ein Dämpfungsventil zur Erzeugung von Dämpfungskräften vor gesehen. Dabei bilden das Ventilgehäuse 1 und das Ge häuse des Antriebselementes 2 die tragenden Teile des Dämpfungskolbens 6.

Der in dem Ventilgehäuse 1 geführte Ventilkörper 10 bildet mit einer Steuerkante 15 insgesamt drei Kammern, von denen die erste die Bodenkammer 16, die zweite die Ringkammer 17 und die dritte die durch Kanäle mit der Bodenkammer 16 und der Ringkammer 17 verbundene Steuer kammer 14 darstellt. Von der Bodenkammer 16 und der Ringkammer 17 führen Kanäle in eine Vorkammer 20, wobei zwischen der Bodenkammer 16 und der Vorkammer 20 das Rückschlagventil 24 für den Zulauf angeordnet ist, während von der Ringkammer 17 das Dämpfungsmittel über das Rückschlagventil 23 in die Steuerkammer 14 gelangt und erst von dort in die Vorkammer 20 strömt. Aus der Vorkammer 20 gelangt das Dämpfungsmittel über den Drosselkanal 11, vorbei am Ventilelement 3 unter Beauf schlagung der Beaufschlagungsfläche 18, und über Strömungsverbindungen über die Rückschlagventile 21 und 22 jeweils in den unteren Arbeitsraum 7 bzw. oberen Arbeitsraum 8.

Im Gehäuse 5 des Antriebselements 2 ist das Ventil element 3 aufgenommen, welches mit seiner Beauf schlagungsfläche 18 den Drosselkanal 11 stufenlos öffnet bzw. verschließt. Der Ventilkörper 10 ist dabei eben falls axial beweglich, so daß das Ventilelement 3 sowie der Ventilkörper 10 unabhängig voneinander relativ zum Ventilgehäuse 1 axial beweglich angeordnet sind. Das Ventilelement 3 ist dabei über das Federelement 4 beauf schlagt.

Zum Aufbau eines entsprechenden Druckes in der Vorkammer 20 ist für die Druckstufe dem Rückschlagventil 24 ein verengter Anströmkanal 32 und für die Zugstufe dem Rück schlagventil 23 ein verengter Anströmkanal 31 vorge schaltet. Die Vorkammer 20 ist im Ventilkörper 10 ange ordnet, während der Ventilkörper 10 einen Ventilsitz 35 aufweist, mit dem das Ventilelement 3 zusammenarbeitet. Auf der Rückseite des Ventilelementes 3 ist die Kammer 37 vorgesehen, die das an der Beaufschlagungsfläche 18 vorbeiströmende Dämpfungsmittel drucklos aufnimmt.

In der Fig. 2 ist das Rückschlagventil 22 des Dämpfungsventiles 40 als Einzelheit dargestellt. In der linken Bildhälfte befindet sich das Rückschlagventil 22 in der Druckstufe des Dämpfungskolbens 6, so daß sich ein Druck auf der Scheibe 41 aufbaut und das Rückschlag ventil 22 schließt. In der rechten Bildhälfte öffnet das Rückschlagventil 22 in der Zugstufe des Dämpfungskolbens 6, wobei sich die Scheibe 41 axial bewegt und durch die Fangscheibe 42 gehalten wird, hierbei wird der axiale Weg der Scheibe 41 durch die Distanzscheibe 43 festge legt. Die Fangscheibe 42 bildet in der Zugstufe den End anschlag für die Scheibe 41, wobei die Scheibe 41, die Fangscheibe 42 und die Distanzscheibe 43 durch einen Formschluß des Kolbens in fertigungstechnisch einfacher Weise gegenüber dem Dämpfungskolben 6 fixiert werden.

Bezugszeichenliste

1 - Ventilgehäuse
2 - Antriebselement
3 - Ventilelement
4 - Federelement
5 - Gehäuse
6 - Dämpfungskolben
7 - unterer Arbeitsraum
8 - oberer Arbeitsraum
9 - Zylinder
10 - Ventilkörper
11 - Drosselkanal
14 - Steuerkammer
15 - Steuerkante
16 - Bodenkammer
17 - Ringkammer
18 - Beaufschlagungsfläche
20 - Vorkammer
21, 22 - Rückschlagventil, Ablauf
23, 24 - Rückschlagventil, Zulauf
25 - Kolbenstange
31 - verengter Anströmkanal
32 - verengter Anströmkanal
35 - Ventilsitz
37 - drucklose Kammer
40 - Dämpfungsventil
41 - Scheibe
42 - Fangscheibe
43 - Distanzscheibe.

Claims

1. Regelbarer Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge mit einem Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Zy linder (9), einer darin abgedichtet eintauchenden, axial verschieblich angeordneten Kolbenstange (25) und einem daran befestigten Dämpfungskolben (6), der den Zylinder (9) in zwei Arbeitsräume (7 und 8) unterteilt, und einem mit einem Ventilsitz (6, 10) versehenen Dämpfungsventil (40), welches über einen axial verschieblichen Ventilkörper (10) den wirk samen Querschnitt eines Dämpfungskanales der Haupt stufe steuert, wobei der Ventilkörper (10) des Dämpfungsventiles (40) mit einer Vorkammer (20) versehen ist, die jeweils in Zuströmrichtung zur Gleichrichtung des Vorsteuervolumenstromes über mindestens je einen ein Rückschlagventil (23; 24) aufweisenden Kanal (31; 32) mit dem oberen (8) und dem unteren Arbeitsraum (7) in Verbindung steht und wobei auf der der druckbeaufschlagten Stirnfläche entgegengesetzten Seite des Ventilkörpers (10) ein axial verschiebbares, stufenlos positionierbares, vorgesteuertes Ventilelement (3) vorgesehen ist, dessen Ventilsitz (35) am Ventilkörper (10) ange ordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch das Ventilelement (3) ein Drosselkanal (11) der Vorkammer (20) gesteuert wird, wobei der über die am Ventilkörper (10) angeordneten Rück schlagventile (23; 24) in die Vorkammer (20) zu strömende, gleichgerichtete Vorsteuervolumenstrom das Ventilelement (3) mit Druck beaufschlagt und
daß ausgehend vom Drosselkanal (11) Strömungs verbindungen im Ventilgehäuse (1) und im Dämpfungs kolben (6) vorgesehen sind, durch welche der Vor steuervolumenstrom über jeweils ein weiteres, am Dämpfungskolben angeordnetes Rückschlagventil (21; 22) in den oberen (8) und unteren Arbeitsraum (7) abströmt.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rückschlagventil (24) als Kugel ventil ausgebildet ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anströmung der Vorkammer (20) für mindestens eine Anströmrichtung ein im Querschnitt verengter Anströmkanal (31; 32) vorgesehen ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rückschlagventil (21-24) eine rotationssymmetrische Form aufweist.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rückschlagventil (21-24) kon zentrisch zur Mittelachse des Kolbens (6) ange ordnet ist.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rückschlagventil (21-24) zur Steuerung des abfließenden Volumens als Ventil ohne Vorspannung ausgeführt ist.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rückschlagventil (21-24) als Plattenventil ausgeführt ist.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis zwischen dem Ventil körper (10) und der Steuerkante (15) entsprechend dem einzustellenden Kräfteverhältnis zwischen Zug- und Druckstufe ausgewählt ist.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der verengten Anströmkanäle für Zug- (31) und Druckstufe (32) umgekehrt pro portional zum Verhältnis der in der jeweiligen Arbeitsrichtung einzustellenden Dämpfungskraft ge wählt ist.