DE10041199C1 - Schwingungsdämpfer - Google Patents

Abstract

Schwingungsdämpfer, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial beweglich geführt ist, wobei an der Kolbenstange ein erster Kolben ortsfest und ein zweiter Kolben gegen eine Federkraft axial verschiebbar gelagert ist, wobei der Zylinder einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum, einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum und einen Arbeitsraum zwischen den beiden Kolben aufweist, wobei ventilbestückte Durchlassöffnungen eine Verbindung zwischen den Arbeitsräumen steuern und der zweite Kolben auf beiden Seiten jeweils mindestens eine Rückstellfeder aufweist und der Kolben in zwei Richtungen gegen die Rückstellfedern axial verschiebbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft je einen Schwingungsdämpfer gemäß den Patentansprü­ chen 1 und 2.

Aus der DE-OS 22 30 975 ist ein Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge be­ kannt, der an einer hohl ausgeführten Kolbenstange einen ersten ortsfesten Kol­ ben und einen zweiten, axial gegen eine Federkraft verschiebbaren Kolben auf­ weist. Beide Kolben verfügen über Durchlassöffnungen, die mit Rückschlagventi­ len bestückt sind. Die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers wird von einem zentralen, doppeltwirkenden Dämpfventil innerhalb der Kolbenstange erzeugt. Die Rückschlagventile in den Kolben dienen lediglich dazu, einen Arbeitsraum zwi­ schen den beiden Kolben mit Dämpfmedium zu versorgen, wenn der zweite Kol­ ben eine Axialbewegung ausführt und sich der Kolbenabstand und damit der be­ sagte Arbeitsraum verändert.

Aus der DE 39 39 650 C2 ist eine hydraulische Dämpferanordnung bekannt, bei der ein Kolben axial federnd an einer Kolbenstange befestigt ist. Die Kolbenstan­ ge ist radseitig und der Zylinder der Dämpferanordnung ist aufbauseitig befestigt, so dass der Kolben als Tilger wirken kann. Ein Problem bei einer derartigen Dämpferanordnung besteht darin, dass deutlich vernehmbare Betriebsgeräusche auftreten.

Die DE 14 55 861 C3 beschreibt eine Flüssigkeitsstoßdämpfer, an dessen Kolben eine Feder angeordnet ist, die eine Scheibe trägt. Die Scheibe kann radial um­ strömt werden und verfügt über Druckausgleichsöffnungen zu einem von einer Hülse gebildeten Druckraum, in dem eine zweite Feder mit einer deutlich größe­ ren Federrate angeordnet ist. Die Hülse ist in Abhängigkeit der Vorspannung der tragenden Feder axial verschiebbar und steuert einen Dämpfmediumübertritt vom eingeschlossenen Raum zwischen dem Boden des Zylinder und dem Kolben zu einem Rohr, das an einen außerhalb befindlichen Raum angeschlossen ist. Die Scheibe bewirkt in Verbindung mit den beiden Federn eine rein hubabhängige Dämpfkraftsteuerung des Flüssigkeitsstoßdämpfers.

Des weiteren ist aus der DE-AS 12 800 ein hydraulischer Schwingungsdämpfer bekannt, der eine von der Kolbenstange getrennt axial bewegliche Masse auf­ weist, die beidseitig von Federn angesteuert wird. Die Masse wirkt als frequenz­ abhängiger Schalter für eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitsräumen des Schwingungsdämpfers.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schwingungsdämpfer zu reali­ sieren, der bei hochfrequenten Anregungen einen Komfortvorteil im Vergleich zu einem konventionellen Schwingungsdämpfer bietet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer ersten Variante der zweite Kolben auf beiden Seiten jeweils mindestens eine Rückstellfeder auf­ weist und der zweite Kolben in zwei Richtungen gegen die Rückstellfedern axial verschiebbar gelagert ist.

Im Vergleich mit dem genannten Stand der Technik kann sowohl eine Dämpf­ kraftreduzierung für die Einfahrrichtung und für die Ausfahrrichtung der Kolben­ stange erreicht werden, wodurch ein merklicher Komfortgewinn erzielbar ist.

Bei einer Alternativversion ist der erste Kolben ein quasi ortsfestangeordneter Kolben und dem ist ein zweiter und ein dritter axial verschiebbarer Kolben zuge­ ordnet, wobei der zweite und der dritte Kolben jeweils von mindestens einer Rückstellfeder in seine Normallage vorgespannt wird.

Der Vorteil der zweiten Lösung im Vergleich zur ersten besteht darin, dass sich die Federraten der Rückstellfedern nicht addieren und damit die Möglichkeiten der optimalen Auslegung der Dämpfkraftkennlinien des Schwingungsdämpfers noch verbessern.

Dabei ist vorgesehen, dass die Durchlassöffnungen in den Kolben für beide Durchströmungsrichtungen mit Dämpfventilen ausgestattet sind. Der große Vorteil besteht darin, dass man auf eine hohle Kolbenstange für ein Dämpfventil ver­ zichten kann. Der zur Kolbenstange ortsfeste Kolben sorgt mit seinen Dämpfven­ tilen für eine Grunddämpfung. Dieser Grunddämpfung überlagert sich additiv die Zusatzdämpfung des axial beweglichen Kolbens.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung steuert in Abhängigkeit der Momentanstellung des beweglichen Kolbens ein Dämpfkraftversteller den wirksamen Querschnitt mindestens einer Durchlassöffnung. Mit einem derartigen Dämpfkraftversteller kann unabhängig von der Hublage der Kolbenstange ein Effekt wie bei einem Zug- oder Druckanschlag für die Kolbenstange erzielt werden.

Dabei weisen die von dem Dämpfkraftversteller gesteuerten Durchlassöffnungen Ventilscheiben auf, die die Durchlassöffnungen in ihrer Grundstellung zumindest teilweise abdecken, wobei ab einer definierten Kolbenstellung des beweglichen Kolbens der Dämpfkraftversteller die Ventilscheibenbewegung steuert.

So ist vorgesehen, dass der Dämpfkraftversteller als ein zur Kolbenstange orts­ fester Anschlag ausgeführt ist.

Um möglichst wenige Bauteile für die Kolben einsetzen zu müssen, wird der An­ schlag von einem Federteller für eine Rückstellfeder gebildet. Sofern der erste Kolben für mindestens eine Ventilscheibe eine Stützscheibe aufweist, kann diese den Federteller für eine Rückstellfeder des zweiten Kolbens bilden.

Für eine möglichst einfache Anpassung der Rückstellfedern an verschiedene Dämpfkraftkennlinien ist mindestens einer der Federteller, auf denen sich die Rückstellfedern abstützen, axial beweglich gelagert.

Man kann zusätzlich einen hydraulischen Endanschlag für die Kolbenstangenbe­ wegung schaffen, indem der Schwingungsdämpfer eine Anschlagfeder aufweist, die ab einer definierten Hublagenstellung der Kolbenstange in Wirkverbindung mit dem axial beweglichen Federteller tritt.

Bei einer Auslegung des Schwingungsdämpfers im Hinblick auf eine gute Wank­ stabilisierung sind die Dämpfwirkung eines Dämpfventils am beweglichen Kolben und die Rückstellfeder, die der Durchströmungsrichtung des Dämpfventils zuge­ ordnet ist, derart aufeinander abgestimmt, dass bei einer Dämpfkraft auch ober­ halb einer definierten Kolbenstangenbewegungsgeschwindigkeit der bewegliche Kolben noch federnd gelagert ist.

Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Kolbenstange des Schwingungsdämp­ fers radseitig und der Zylinder aufbauseitig angebunden sind, und der bewegliche Kolben als Zusatzmasse dimensioniert ist. Der bewegliche Kolben dämpft fre­ quenzabhängig, hingegen sorgt der erste Kolben dafür, dass keine Dämpfungsge­ räusche entstehen.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Schwingungsdampfer in Einrohrbauweise mit axial beweglichem Kolben

Fig. 2a u. 2b Detailansicht zur Fig. 1

Fig. 3 Alternativausführung zur Fig. 1

Die Fig. 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 in Einrohrbauweise, der einen Zy­ linder 3 aufweist, in dem eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt ist. Prinzi­ piell ist die Erfindung nicht auf die Anwendung bei einem Einrohrschwingungs­ dämpfer beschränkt.

An der Kolbenstange 5 ist ein erster Kolben 7 ortsfest angeordnet. Der Kolben verfügt über Durchlassöffnungen, die mit Dämpfventilen 9; 11 bestückt sind. Ein derartigen Kolben ist beispielsweise aus der DE 197 35 249 C1 oder DE 197 35 248 C1 bekannt, wobei der Inhalt dieser beiden Patente im Hinblick auf den Auf­ bau des ersten Kolbens Teil dieser Beschreibung sein soll.

Zu dem ortsfesten ersten Kolben 7 ist an der Kolbenstange 5 ein zweiter, axial beweglicher Kolben 13 angeordnet. Der zweite Kolben 13 entspricht mit seinen Dämpfventilen 15; 17 in seinem wesentlichen Aufbau dem ersten Kolben 7. Zwei Rückstellfedern 19; 21 halten den zweiten Kolben 13 bei stationärer Kolbenstan­ ge in einer Normallage.

Insgesamt verfügt der Zylinder über 3 Arbeitsräume. Ein erster kolbenstangenfer­ ner Arbeitsraum 23 erstreckt sich von einem Ausgleichsraum 25 bis zum ortsfes­ ten Kolben 5. Ein zweiter Arbeitsraum 27 besteht zwischen den beiden Kolben. Der zweite Kolben 13 begrenzt einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 29. Alle Arbeitsräume sind mit einem Dämpfmedium gefüllt.

Bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange baut sich im Arbeitsraum 29 ein Staudruck vor dem Dämpfventil 15 auf. Ein kleiner dauernd geöffneter, nicht dargestellter Voröffnungsquerschnitt ermöglicht einen Dämpfmediumübertritt vom Arbeitsraum 29 in den Arbeitsraum 27. Je nach Geschwindigkeit der aus­ fahrenden Kolbenstange und dem damit verbundenen Staudruck im Arbeitsraum 29 bewegt sich der zweite Kolben 13 gegen die Kraft der Rückstellfeder 21 in Richtung des ersten ortsfesten Kolbens 7. Dadurch verkleinert sich der Abstand zwischen den beiden Kolben und der Arbeitsraum 27 verkleinert sich im selben Maße, wobei Dämpfmedium zumindest durch einen ebenfalls nicht dargestellten Voröffnungsquerschnitt des Dämpfventils 9 strömt. Je nach Abhängigkeit des Kolbenstangenhubes kann die Rückstellfeder 21 auf Block gehen oder eine Füh­ rungshülse 31 des zweiten Kolbens 13 stützt sich auf dem ersten Kolben ab. Bei kleinen hochfrequenten Hüben, wie sie z. B. bei Überfahren einer Kopfsteinpflas­ terstraße auftreten, wirkt der zweite Kolben 13 aufgrund seiner Axialbeweglichkeit nur mit seinem Voröffnungsquerschnitt. Man kann allerdings auch eine Aus­ legung der Rückstellfeder und der Dämpfventile 15; 17 vornehmen, die nur einen sehr kleinen Voröffnungsquerschnitt aufweisen und insgesamt auf große Dämpf­ kräfte ausgelegt sind, so dass bei der beschriebenen Anregung nur ein Dämpf­ mediumaustausch zwischen dem Arbeitsraum 27 und 23 stattfindet. Wenn man sich vorstellt, dass das Dämpfmedium inkompressibel ist und das Dämpfventil 15 im Extremfall vollständig geschlossen ist, dann erzeugt nur der erste Kolben mit seinem Dämpfventil 9 eine Dämpfkraft. Die Kolbenstange bewegt sich dann zu­ sammen mit dem ersten Kolben relativ zu dem stillstehenden zweiten Kolben, der sich an der Säule des Dämpfmediums im Arbeitsraum 29 abstützt.

Damit wird ein Effekt erzielt, als wenn die Rückstellfeder 21 eine Zuganschlagfe­ der wäre, die sich an einem ortsfesten Anschlag, z. B. einer Kolbenstangenfüh­ rung abstützt. Messbar ist dann in Summe die Dämpfkraft des ersten Kolbens und eine Federkraft der Rückstellfeder 21. Bei einem Fahrzeug mit jeweils min­ destens einem Schwingungsdämpfer pro Rad und Achse tritt die Wirkung auf, dass bei einer Wankbewegung des Fahrzeugs um seine Längsachse an einer Fahrzeugseite eine ausfahrende und an der anderen Fahrzeugseite eine einfahren­ de Kolbenstange mit identischen Hubgeschwindigkeiten vorliegt. Wenn die Kol­ benstange bei einer sehr schnellen Ausfahrbewegung des einen Schwingungs­ dämpfer von dem zweiten Kolben durch die Rückstellfeder 21 abgefedert wird, dann wird die einfahrende Kolbenstange an der anderen Fahrzeugseite von der Rückstellfeder 19 abgefedert. Beide Federkräfte der Rückstellfedern 19; 21 stel­ len ein Moment dar, dass dem Wankmoment entgegenwirkt und dass Fahrzeug in die Horizontallage zurückbewegen will. Man kann diese Wirkung auch zwischen den Schwingungsdämpfern der Vorderachse und der Hinterachse eines Fahrzeugs beim Brems- oder Anfahrnicken ausnutzen.

Bei größeren Kolbenstangenhüben in Verbindung mit einer geringeren Kolben­ stangengeschwindigkeit wird der zweite Kolben bis zu einem Anschlag bewegt, der von der Blocklänge der Rückstellfedern oder der Führungshülse 31 bestimmt wird. In Abhängigkeit der Kolbenstangengeschwindigkeit öffnen sich die Dämpfventile 15, 17 des zweiten Kolbens und die Dämpfventile 9; 11 des ersten Kol­ bens.

Zu den Rückstellfedern ist noch anzumerken, dass man auch Federpakete oder progressive Federn einsetzen kann, damit man keinen spürbaren Anschlag des zweiten Kolbens feststellen muss. Des weiteren errechnet sich die Federrate der beiden Rückstellfedern 19; 21 aus der Summe der Einzelfederraten. Damit stellt sich eine Abhängigkeit der beiden Rückstellfedern für die beiden Axialbewe­ gungsrichtungen des zweiten Kolbens 13 ein.

Die Fig. 2a und 2b zeigen den ersten und zweiten Kolben der Fig. 1 in einer Detailansicht, wobei zusätzlich ein Dämpfkraftversteller 33 verwendet wird. Des weiteren ist ein Federteller 35 für die Rückstellfeder 19 axial zur Kolbenstange beweglich gelagert.

Der Dämpfkraftversteller ist Teil einer Stützscheibe 37 des Kolbens 7, wobei die Stützscheibe einen Federteller für die Rückstellfeder 21 bildet. Ein umlaufender Rand des Federtellers stellt einen Anschlag 38 dar, der auf mindestens eine Ven­ tilscheibe 39 des Dämpfventils 15 einwirkt und den wirksamen Querschnittsbe­ reich der Durchlassöffnung steuert, indem der Abhubweg der Ventilscheibe 39 begrenzt wird. Damit wird eine zusätzliche Dämpfkraftsteigerung erreicht, wenn der zweite Kolben 13 seine maximale Endlage in Richtung des ersten Kolbens erreicht hat.

Zusätzlich kann der Schwingungsdämpfer eine Anschlagfeder 41 aufweisen, die in Abhängigkeit der Hublage der Kolbenstange mit dem Federteller 35 in Wirkver­ bindung tritt. Die Federkraft der Anschlagfeder 41 ist größer als die Kraft der Rückstellfeder 19, so dass der zweite Kolben 13 mit seinem Dämpfventil 15 in Richtung des Dämpfkraftverstellers 33 verschoben wird. Neben der mechani­ schem Abstützkraft der Anschlagfeder erreicht man eine erhöhte hydraulische Dämpfkraft, ohne dass ein separater hydraulisch-mechanischer Anschlag einge­ setzt werden muss.

Zwischen dem Federteller 35 und einem Sicherungsring 43 können Einstellhülsen angeordnet sein, um die Federkräfte der Rückstellfedern durch eine erhöhte Vor­ spannung zu vergrößern.

Die Fig. 3 stellt eine Abwandlung zu den Fig. 1 dar. Es wurde bereits erklärt, dass sich die Rückstellfedern hinsichtlich der Gesamtfederrate in einem Abhän­ gigkeitsverhältnis befinden, da sich die Gesamtfederrate als Summe der Einzelfe­ derraten der Rückstellfedern ergibt. Man kann sich aber auch Anwendungen vor­ stellen, bei denen z. B. die Dämpfkraft in Ausfahrrichtung der Kolbenstange sehr viel größer sein soll als in Einfahrrichtung. Selbstverständlich kann man das auch über die Ventilbestückung der Dämpfventile 9; 11, 15 und 17 erreichen.

Man kann aber auch, wie in Fig. 3 dargestellt, zwei zusätzliche axial bewegliche Kolben 13a, und 13b verwenden, die jeweils eine Rückstellfeder 19; 21 aufwei­ sen, die in ihrer Federkraft unabhängig ist von der jeweils anderen Rückstellfe­ dern oder bei der Anwendung von mehreren Rückstellfedern auch vom jeweils anderen Federpaket. Die Funktionsweise unterscheidet sich ansonsten nicht von der Ausführung nach Fig. 1. Ergänzend besteht die Möglichkeit, dass in Ein- und in Ausfahrrichtung eine Anschlagfeder 41 eine Verschiebung der Kolben 13a oder 13b bewirkt und jeweils ein Dämpfkraftversteller 33 für die Dämpfventile 15; 17 wirksam wird.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Kolbenstange bei einem Kraftfahrzeug rad­ seitig angebunden ist. Dann kann der axial bewegliche Kolben als schwingende Masse frequenzabhängig eingesetzt werden. Der ortsfeste erste Kolben über­ nimmt eine Grunddämpfung, damit keine Dämpfungsgeräusche entstehen.

Claims (12)

1. Schwingungsdämpfer, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstan­ ge axial beweglich geführt ist, wobei an der Kolbenstange ein erster Kol­ ben ortsfest und ein zweiter Kolben gegen eine Federkraft axial verschieb­ bar gelagert ist, wobei der Zylinder einen kolbenstangenseitigen Arbeits­ raum, einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum und einen Arbeitsraum zwi­ schen den beiden Kolben aufweist, wobei ventilbestückte Durchlassöff­ nungen eine Verbindung zwischen den Arbeitsräumen steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (13) auf beiden Seiten jeweils mindestens eine Rückstellfeder (19; 21) aufweist und der zweite Kolben (13) in zwei Rich­ tungen gegen die Rückstellfedern (19; 21) axial verschiebbar gelagert ist.

2. Schwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (7) ein quasi ortsfestangeordneter Kolben (7) ist und ein zweiter und ein dritter axial verschiebbarer Kolben (13a; 13b) zugeord­ net ist, wobei der zweite und der dritte Kolben (13a; 13b) jeweils von mindestens einer Rückstellfeder (19; 21) in seine Normallage vorgespannt wird.

3. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen in den Kolben (7; 13; 13a; 13b) für beide Durchströmungsrichtungen mit Dämpfventilen (9; 11; 15; 17) ausgestattet sind.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Momentanstellung des axial beweglichen Kol­ bens (13; 13a; 13b) ein Dämpfkraftversteller (33) den wirksamen Quer­ schnitt mindestens einer Durchlassöffnung steuert.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Dämpfkraftversteller (33) gesteuerten Durchlassöffnun­ gen Ventilscheiben aufweisen, die die Durchlassöffnungen in ihrer Grund­ stellung zumindest teilweise abdecken, wobei ab einer definierten Kolben­ stellung des axial beweglichen Kolbens der Dämpfkraftversteller die Ventil­ scheibenbewegung steuert.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfkraftversteller (33) als ein zur Kolbenstange (5) ortsfester Anschlag (38) ausgeführt ist.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (38) von einem Federteller für eine Rückstellfeder (21) gebildet wird.

8. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine der Rückstellfedern (19; 21) auf einem Federtel­ ler (35) abstützt, der axial beweglich gelagert ist.

9. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben für mindestens eine Ventilscheibe eine Stützschei­ be (37) aufweist, die den Federteller für eine Rückstellfeder des zweiten Kolbens (13) bildet.

10. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer eine Anschlagfeder (41) aufweist, die ab einer definierten Hublagenstellung der Kolbenstange in Wirkverbindung mit dem axial beweglichen Federteller (35) tritt.

11. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfwirkung eines Dämpfventils (15; 17) am beweglichen Kol­ ben und die Rückstellfeder (19; 21), die der Durchströmungsrichtung des Dämpfventils zugeordnet ist, derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einer Dämpfkraft auch oberhalb einer definierten Kolbenstangenbewe­ gungsgeschwindigkeit der bewegliche Kolben noch federnd gelagert ist.

12. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5) des Schwingungsdämpfers (1) radseitig und der Zylinder (3) aufbauseitig angebunden sind, und der bewegliche Kol­ ben (13; 13a; 13b) als Zusatzmasse dimensioniert ist.