DE102004015065B4

DE102004015065B4 - Schwingungsdämpfer mit amplitudenabhängiger Dämpfkraft

Info

Publication number: DE102004015065B4
Application number: DE200410015065
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Wolfgang (FH) Breun; Dipl.-Ing. Heyn Steffen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: DE102004015065A1

Abstract

Schwingungsdämpfer (1), umfassend einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) mit einem Kolben (6) axial beweglich geführt ist, wobei der Kolben (6) den Zylinder (3) in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum (7; 9) unterteilt und mindestens einer der beiden Arbeitsräume (7; 9) für eine amplitudenselektive Dämpfkraft über eine Strömungsverbindung (27) mit einer ersten Arbeitskammer (23; 25) in einem Gehäuse (19) verbunden ist, dessen mindestens eine Arbeitskammer (23; 25) durch einen begrenzt axial beweglichen Trennkolben (21) zum Arbeitsraum (7; 9) abgetrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Verschiebeweg des Trennkolbens (21) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit amplitudenselektiver Dämpfkraft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bei amplitudenselektiv arbeitenden Schwingungsdämpfern, wie sie beispielsweise aus der DE 100 22 029 A1 oder der DE 40 02 882 C1 , der DE 100 47 878 A1 , der DE 199 48 328 A1 sowie der EP 1 152 166 A1 bekannt sind, ist mindestens ein Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers mit einem Gehäuse verbunden, in dem ein Trennkolben in Grenzen zwischen zwei Arbeitskammern innerhalb des Gehäuses axial verschiebbar ist. Der Verschiebeweg des Trennkolbens dient dazu, dass bei einer Kolbenstangenbewegung, bei der das verdrängte Volumen einer der Arbeitskammern durch eine Drossel zwischen der Arbeitskammer und einem Arbeitsraum verdrängt wird, nur eine sehr geringe Dämpfkraft erzeugt. Der Sinn dieser Maßnahme besteht darin, dass gerade hochfrequente Anregungen mit kleiner Amplitude ausgefiltert werden und insgesamt ein hoher Fahrkomfort erreicht wird. Sportliche Fahrer werden u. U. eine gewisse Direktheit des Fahrwerks gerade bei schnellen Lenkbewegungen vermissen, da die Dämpfkräfte des Schwingungsdämpfers zusätzlich zum Stabilisator auch die Seitenneigung des Fahrzeugaufbaus bestimmen.
Die DE 103 51 353 A1 offenbart einen Schwingungsdämpfer mit amplitudenabhängiger Dämpfung, der ein Gehäuse an einer Kolbenstange aufweist. Ein Trennkolben unterteilt das Gehäuse in zwei Arbeitskammern. Eine Strömungsverbindung verbindet eine Arbeitskammer im Gehäuse mit einem Arbeitsraum innerhalb eines Zylinders des Schwingungsdämpfers.
Der Trennkolben weist an seinem äußeren Rand eine kleinere Bauhöhe auf als in einem zentralen Bereich. Die besagte Strömungsverbindung mündet bezogen auf den Trennkolben exzentrisch in der Arbeitskammer. Ein Boden des Gehäuses ist dafür mit einem Umlenkprofil ausgeführt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die vorstehend beschriebene Problematik zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der maximale Verschiebeweg des Trennkolbens einstellbar ist.
Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass der Federweg des Schwingungsdämpfers, bei dem nur eine verringerte Dämpfkraft wirksam werden kann, in Grenzen individuell einstellbar ist und damit einem Fahrzeug, einem Fahrbahnzustand oder den persönlichen Bedürfnissen angepasst werden kann.
Beispielsweise kann das Gehäuse über einen axial verstellbaren Anschlag verfügen. Über den Abstand zwischen einem Boden und einem Deckel des Gehäuses kann der maximale Verschiebeweg eingestellt werden. Z. B. kann der Deckel axial verstellbar sein.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist der axial verstellbare Anschlag durch eine hohl ausgeführte Kolbenstange betätigbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der axial verstellbare Anschlag über einen Aktuator ansteuerbar. Damit ist die Möglichkeit gegeben, dass in Verbindung mit einer Sensorik, die die Fahrzeugbewegung erfasst, eine permanente Änderung des maximalen Trennkolbenverschiebewegs erfolgen kann.
Bei einer Alternativausführung ist der Trennkolben in seiner axialen Erstreckung einstellbar. In Verbindung mit einer konstanten Gehäuselänge wird derselbe Effekt erzielt wie mit einem axial einstellbaren Anschlag.
So ist vorgesehen, dass der Trennkolben aus mindestens zwei Längenabschnitten besteht, die relativ zueinander verstellbar sind.
Die Längeneinstellung wird dadurch ermöglicht, dass die mindestens zwei Längenabschnitte über ein Gewinde miteinander verbunden sind.
Der Trennkolben sollte sich möglichst reibungsarm innerhalb des Gehäuses bewegen können. Damit trotzdem eine Verdrehbewegung zwischen den beiden Längenabschnitten möglich ist, geht das Gehäuse in zumindest einer Hubstellung des Trennkolbens mit einem Ersten der beiden Längenabschnitte eine Verdrehsicherungsverbindung ein.
Dazu weist ein Boden des Gehäuses eine profilierte Aufnahme für den ersten Längenabschnitt des Trennkolbens auf, wobei die Aufnahme mit einer Gegenkontur am Trennkolben die Verdrehsicherungsverbindung bildet.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der zweite Längenabschnitt mindestens eine Werkzeugfläche auf, über die eine Verdrehbewegung des ersten Längenabschnitts zum zweiten Längenabschnitt des Trennkolbens erfolgen kann.
Eine weitere Lösung der Aufgabe wird durch den Patentanspruch 11 beschrieben.
Der Trennkolben verfügt über elastisch verformbare Bereiche, die ein weiches Aufsetzen des Trennkolbens am Boden und Deckel ermöglichen sollen. Bei einer zentral angeordneten Strömungsverbindung in das Gehäuse könnte der Trennkolben die Strömungsverbindung verschießen und es lägen dann u. U. druckvorgespannte Dämpfmediumvolumenteile zwischen dem Trennkolben und dem Gehäuse vor. Bei einer exzentrischen Anordnung der Strömungsverbindung kann dieser Effekt nicht auftreten. Damit der Fertigungsaufwand für die radial versetzte Strömungsverbindung vertretbar ist, wird das Umlenkelement verwendet.
Das Umlenkelement wird von einer Prallscheibe gebildet. Die Prallscheibe weist mindestens eine Austrittsöffnung auf. Generell könnte man die Austrittsöffnung der Strömungsverbindung auch in die Gehäusewandung verlegen, doch wäre der Fertigungsaufwand deutlich größer.
Am einfachsten kann der Querkanal dadurch erreicht werden, indem man die Prallscheibe mit einem Abstand zur Strömungsverbindung ausführt, so dass ein Hohlraum vorliegt, der einen weiteren Abschnitt der Strömungsverbindung bildet.
Das Umlenkelement kann einen Winkelkanal enthalten, der an die Strömungsverbindung angeschlossen wird.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer mit einem manuell verschiebbaren Anschlag
2 Schwingungsdämpfer mit einem über einen Aktuator verschiebbaren Anschlag
3 Schwingungsdämpfer, dessen Trennkolben in seiner axialen Erstreckung einstellbar ist.
Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1, in dessen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder 3 eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt ist. Ein Kolben 6 unterteilt den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 7; 9, wobei für jeweils eine Bewegungsrichtung der Kolbenstange ein Dämpfventil, in diesem Fall Durchtrittsquerschnitte 11; 13, die endseitig zumindest teilweise von mindestens einer Ventilscheibe 15; 17 abgedeckt werden.
Innerhalb der Kolbenstange 5 ist ein Gehäuse 19 ausgeführt, in dem ein Trennkolben 21 axial beweglich angeordnet ist. Der Trennkolben unterteilt das Gehäuse 19 in zwei ebenfalls mit dem Dämpfmedium gefüllte Arbeitskammern 23; 25. Die untere Arbeitskammer 25 ist über eine Strömungsverbindung 27 in der Bauform eines Axialkanals innerhalb eines Kolbenstangenzapfens 29 mit dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9 verbunden. Zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsaum 7 und der oberen Arbeitskammer 23 besteht ebenfalls eine Anschlussöffnung 31. Über die Strömungsverbindung und die Anschlussöffnung werden Volumenänderungen der beiden Arbeitskammern 23; 25 ausgeglichen, so dass beide Arbeitskammern permanent mit Dämpfmedium gefüllt sind.
Bei einer Kolbenstangenbewegung und einem in seiner Ausgangslage mittigen Position des Trennkolbens wird das verdrängte Dämpfmedium von einer der Arbeitskammern aufgenommen, wobei der Trennkolben einen Verschiebeweg ausführt. Sobald der Trennkolben einen Boden 33 oder einen Deckel 35 des Gehäuses 19 erreicht hat, öffnen sich bei fortgesetzter Kolbenstangenbewegung die Dämpfventile 11; 15 oder 13; 17.
Der Trennkolben 21 weist an seinem äußeren Rand eine kleinere Bauhöhe auf als im zentralen Bereich und die Strömungsverbindung 27 mündet exzentrisch in die Arbeitskammer 25. Die Strömungsverbindung 27 wird von einem Umlenkelement 37 nach radial außen bezogen auf den Trennkolben geführt. Zumindest der zentrale Bereich des Trennkolbens besteht aus einem elastomeren Werkstoff, um Anschlaggeräusche zu vermeiden. Am Ende des Verschiebewegs des Trennkolbens wälzt sich der zentrale Bereich bedingt durch seine Verformung auf dem Boden, der von dem Umlenkelement 37 gebildet wird ab. Es entsteht ein Ringraum, in dem sich noch Dämpfmedium befindet. Dieses Dämpfmedium kann über eine Austrittsöffnung 38, die z. B. in der Prallscheibe angeordnet ist, in die Strömungsverbindung bzw. aus der Strömungsverbindung in die Arbeitskammer übertreten
In der linken Zeichnungshälfte wird das Umlenkelement von einer Prallscheibe gebildet. Im rechten Halbschnitt enthält das Umlenkelement einen Winkelkanal 39, der an die Strömungsverbindung 27 angeschlossen wird. Alternativ kann die Prallscheibe zusammen dem Gehäuses einen Querkanal 41 bestimmen. Beide Möglichkeiten des Umlenkelements sorgen dafür, dass die Austrittsöffnung 38 von dem Trennkolben 21 nicht verschlossen werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Deckel 35, der für den Trennkolben einen innerhalb des Gehäuses einen Anschlag bildet, manuell axial verstellbar. Über die hohl ausgeführte Kolbenstange ist der Deckel, der eine Gewindestange 43 umfasst, axial in seiner Position einstellbar. Damit wird die nutzbare Länge des Gehäuses und der maximale Verschiebeweg des Trennkolbens bestimmt.
Die Funktion der Ausführung nach der 2 entspricht dem Beschriebenen zur 1. Abweichend kommt ein Aktuator 45 zur Anwendung, der symbolisch durch eine Spule 47 auf eine Stange, z. B. eine Gewindestange 43, wirkt.
Die 3 zeigt eine Alternativvariante zu den Ausführungen nach den 1 und 2. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Trennkolben 21 in seiner axialen Erstreckung einstellbar ist. Der Trennkolben 21 besteht aus mindestens zwei Längenabschnitten 21a; 21b, die relativ zueinander verstellbar sind. Die mindestens zwei Längenabschnitte 21a; 21b sind über ein Gewinde 49 miteinander verbunden.
Das Gehäuse 19 geht in zumindest einer Hubstellung des Trennkolbens 21 mit einem Ersten 21b der beiden Längenabschnitte 21a; 21b eine Verdrehsicherungsverbindung ein. Ein Boden des Gehäuses, in diesem Fall die Prallscheibe 37 weist eine profilierte Aufnahme 51 für den ersten Längenabschnitt 21b des Trennkolbens auf, wobei die Aufnahme mit einer Gegenkontur 53 am Trennkolben 21 die Verdrehsicherungsverbindung bildet.
Der zweite Längenabschnitt 21a weist mindestens eine Werkzeugfläche 55 auf, über die eine Verdrehbewegung des ersten Längenabschnitts zum zweiten Längenabschnitt des Trennkolbens erfolgen kann.
Zur Verstellung der axialen Erstreckung des Trennkolbens wird dieser von dem axial beweglichen Deckel 35, der ebenfalls durch die hohle Kolbenstange 5 über eine Verstellstange 57 zugänglich ist, in Richtung der Prallscheibe 37 verschoben, wobei die Gegenkontur 53 des ersten Längenabschnitts 21b des Trennkolbens in die Aufnahme 51 eingreift. Über einen Werkzeugansatz 59 des Deckels 35 kann das Gewinde 49 zwischen den beiden Längenabschnitten betätigt werden. Bei konstanter Gehäuselänge verändert sich mit dem angepassten Trennkolben der maximal mögliche Verschiebeweg. Der Deckel 35 mit seinem Werkzeugansatz 59 kann axial von dem Trennkolben abgehoben und in seine obere Ausgangslage zurückbewegt werden. Neben der zur Darstellung des Prinzips beschriebenen manuellen Verstellbewegung kann auch ein Aktuator eingesetzt werden.

Claims

Schwingungsdämpfer (1), umfassend einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) mit einem Kolben (6) axial beweglich geführt ist, wobei der Kolben (6) den Zylinder (3) in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum (7; 9) unterteilt und mindestens einer der beiden Arbeitsräume (7; 9) für eine amplitudenselektive Dämpfkraft über eine Strömungsverbindung (27) mit einer ersten Arbeitskammer (23; 25) in einem Gehäuse (19) verbunden ist, dessen mindestens eine Arbeitskammer (23; 25) durch einen begrenzt axial beweglichen Trennkolben (21) zum Arbeitsraum (7; 9) abgetrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Verschiebeweg des Trennkolbens (21) einstellbar ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (19) über einen axial verstellbaren Anschlag (35) verfügt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verstellbare Anschlag (35) durch eine hohl ausgeführte Kolbenstange (5) betätigbar ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verstellbare Anschlag (35) über einen Aktuator (45) ansteuerbar ist.
Schwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (21; 21a; 21b) in seiner axialen Erstreckung einstellbar ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (21) aus mindestens zwei Längenabschnitten (21a; 21b) besteht, die relativ zueinander verstellbar sind.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Längenabschnitte (21a; 21b) über ein Gewinde (49) miteinander verbunden sind.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (19) in zumindest einer Hubstellung des Trennkolbens (21) mit einem Ersten (21b) der beiden Längenabschnitte (21a; 21b) eine Verdrehsicherungsverbindung eingeht.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden (37) des Gehäuses (19) eine profilierte Aufnahme (51) für den ersten Längenabschnitt (21b) des Trennkolbens (21) aufweist, wobei die Aufnahme (51) mit einer Gegenkontur (53) am Trennkolben (21) die Verdrehsicherungsverbindung bildet.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Längenabschnitt (21a) mindestens eine Werkzeugfläche (55) aufweist, über die eine Verdrehbewegung des ersten Längenabschnitts (21a) des Trennkolbens (21) zum zweiten Längenabschnitt (21b) erfolgen kann.
Schwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (21) an seinem äußeren Rand eine kleinere Bauhöhe aufweist als im zentralen Bereich und die Strömungsverbindung (27) exzentrisch in die Arbeitskammer (25) mündet, wobei die Strömungsverbindung von einem Umlenkelement (33) nach radial außen bezogen auf den Trennkolben (21) geführt ist, wobei das Umlenkelement (33) von einer Prallscheibe (37) gebildet wird, die zusammen mit einem Boden des Gehäuses (19) einen Querkanal (41) bestimmt
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallscheibe (37) mindestens eine Austrittsöffnung (38) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (33) einen Winkelkanal (39) enthält, der an die Strömungsverbindung (21) angeschlossen wird.