DE102004032470B4

DE102004032470B4 - Dämpferlager

Info

Publication number: DE102004032470B4
Application number: DE102004032470.0A
Authority: DE
Inventors: Alfred Hasselmeyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2024-07-06
Also published as: DE102004032470A1

Abstract

Dämpferlager für einen Stoßdämpfer mit: – einer ersten Anbindungsstruktur (1), – einer zweiten Anbindungsstruktur (2), – einer Ankereinrichtung (3), und – einer Spuleneinrichtung (4a, 4b) zur Generierung eines die Ankereinrichtung (3) erfassenden Magnetfeldes, wobei die Ankereinrichtung (3) und die Spuleneinrichtung (4a, 4b) derart angeordnet sind, dass die Ankereinrichtung (3) unter Wirkung des Magnetfeldes relativ zur Spuleneinrichtung (4a, 4b) bewegbar ist, und die Spuleneinrichtung (4a, 4b) mit der ersten Anbindungsstruktur (1) und die Ankereinrichtung (3) mit der zweiten Anbindungsstruktur (2) derart gekoppelt sind, dass die beiden Anbindungsstrukturen (1, 2) durch die zwischen der Spuleneinrichtung (4a, 4b) und der Ankereinrichtung (3) wirksamen Kräfte zueinander aktiv verlagerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung (4a, 4b) eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist, wobei über die erste Spule eine hinsichtlich des Abstands der Anbindungsstruktur (1, 2) verkürzte Abstützung des Stoßämpfers herbeiführbar ist und über die zweite Spule eine verlängerte Abstützung des Stoßdämpfers herbeiführbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dämpferlager für einen Stoßdämpfer nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solches Dämpferlager dient beispielsweise der axialen Abstützung einer Kolbenstange oder eines Zylinders eines Stoßdämpfers einer Fahrzeugradaufhängung.
Es sind Fahrzeugstoßdämpfer bekannt, deren Dämpfungscharakteristik unter Berücksichtigung des momentanen Fahrzeugbetriebszustandes veränderbar ist. Bei diesen Fahrzeugstoßdämpfern kann insbesondere durch in ihrer Drosselwirkung einstellbare Ventile die Dämpfungscharakteristik verändert werden. Die Dämpfungscharakteristik kann beispielsweise so abgestimmt werden, dass sich zur Erreichung eines hohen Fahrkomforts möglichst geringe Dämpferkräfte ergeben. Es ist auch möglich, die Dämpfungscharakteristik im Hinblick auf einen möglichst hohen Radanpressdruck und hierdurch verbesserten Bodenkontakt abzustimmen. Bei den komfortorientierten Dämpfereinstellungen handelt es sich überwiegend um „Weichkennungen“, d.h. Dämpfereinstellungen bei welchen den zwischen den ungefederten Strukturen der Radaufhängung und dem Fahrzeugaufbau auftretenden Relativbewegungen nur geringe Dämpfungskräfte entgegenwirken. Bei diesen Weichkennungen können bei bestimmten Anregungszuständen Schwingungen der ungefederten Massen auftreten, die trotz weicher Dämpfereinstellung im Bereich des Fahrzeugaufbaus wahrnehmbar sind.
Ein gattungsgemäßes Dämpferlager ist aus DE 1 209 444 B bekannt. Dieses dient dazu, in einem Federbein eine Tragfeder über eine Magnetspule zu- und abzuschalten.
Weiterhin offenbart DE 196 42 827 A1 die Anordnung von piezoelektrischen Elementen in einem Dämpferlager zur Dämpfung akkustisch wahrnehmbarer Schwingungen im Bereich von 50 bis 10000 Hz.
Ein weiteres Dämpferlager ist aus JP H05-296 283 A bekannt. Neben diesem ist eine Zusatzmasse elastisch mit der Kolbenstange gekoppelt. Die Zusatzmasse kann über eine Magnetspule in Schwingung versetzt werden, um Schwingungen der Kolbenstange im akkustisch wahrnehmbaren Bereich auszulöschen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen bereitzustellen, die hinsichtlich der Koppelung der ungefederten Komponenten einer Fahrzeugradaufhängung mit dem Fahrzeugaufbau unter Zwischenschaltung eines Stoßdämpfers bei weichen Dämpfereinstellungen Vorteile bieten.
Diese Aufgabe wird durch ein Dämpferlager für einen Stoßdämpfer gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine Anordnung aus einem Dämpferlager und einem Stoßdämpfer gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Dämpferlager zu schaffen, über das kurzhubige und relativ hochfrequente Verlagerungen insbesondere des aufbauseitig angebundenen Endes eines Stoßdämpfers nach Maßgabe einer an die Spuleneinrichtung angelegten Spannung herbeiführbar sind. In besonders vorteilhafter Weise wird es hierdurch möglich, bei relativ weichen Dämpfereinstellungen kurzhubige Stoßereignisse auszulöschen und durch in Phasenlage und Amplitude gesteuerte Längung und Kürzung des Dämpferlagers einem ungewünschten Achseigenleben im Frequenzbereich von 1 bis ca. 20 Hz vorzubeugen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Dämpferlagers sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine vereinfachte Axialschnittansicht zur Erläuterung eines möglichen Aufbaus des erfindungsgemäßen Dämpferlagers;
2a eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer alternativen Ausgestaltung einer Axialanschlageinrichtung;
2b eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer weiteren alternativen Ausgestaltung einer Axialanschlageinrichtung;
3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Spuleneinrichtung mit integrierten Anschlagelementen;
4 eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Dämpferlagers in Verbindung mit einer Steuereinrichtung sowie einem Stoßdämpfer.
1 zeigt ein Dämpferlager zur karosserieseitigen Anbindung eines Stoßdämpfers. Das Dämpferlager umfasst eine erste Anbindungsstruktur 1, die beispielsweise über hier nicht näher dargestellte Befestigungsschrauben in an sich bekannter Weise in einem Radkastendom anbringbar ist.
Im Innenbereich dieser ersten Anbindungsstruktur 1 ist eine zweite Anbindungsstruktur 2 angeordnet die mit einem Anbindungsabschnitt 9 eines Stoßdämpfers, beispielsweise einer Kolbenstange 5 des Stoßdämpfers verbindbar ist. Die zweite Anbindungsstruktur 2 bildet integralen Bestandteil einer Ankereinrichtung 3 und ist aus einem magnetisierbaren Material gefertigt.
Im Innenbereich der ersten Anbindungsstruktur 1 ist eine Spuleneinrichtung 4a, 4b vorgesehen, die zur Generierung eines die Ankereinrichtung 3 erfassenden Magnetfelds dient. Die Ankereinrichtung 3 und die Spuleneinrichtung 4a, 4b sind derart angeordnet, dass die Ankereinrichtung 3 unter Wirkung des durch die Spuleneinrichtung 4a, 4b definiert erzeugbaren Magnetfeldes relativ zur Spuleneinrichtung 4a, 4b bewegbar ist. Durch diesen Aufbau wird es möglich, die beiden Anbindungsstrukturen 1, 2 durch die zwischen der Spuleneinrichtung und der Ankereinrichtung wirksamen Magnetkräfte zueinander aktiv zu verlagern, d.h. durch Ansteuerung der Spuleneinrichtung 4a, 4b kurzhubige Änderungen der karosseriesseitigen Abstützposition des Stoßdämpfers herbeizuführen.
Das Dämpferlager ist mit einer Anschlageinrichtung 6 versehen, durch welche die maximale axiale Verlagerung der Ankereinrichtung 3 relativ zur Spuleneinrichtung 4a, 4b, oder auch die maximale axiale Verlagerung der Anbindungsstrukturen 1, 2 festgelegt ist.
Die Anschlageinrichtung umfasst elastische Anschläge 7, 8, die hier als Ringelemente ausgebildet sind und mit einer Anschlagscheibe 13 zusammenwirken. Die Anschlagscheibe 13 ist über eine Hülse 12 an einer Schulter der Kolbenstange 5 gesichert. Die zweite Anbindungsstruktur 2 ist zwischen der Hülse 12 und einer Scheibe 11 an einem Endabschnitt der Kolbenstange 5 über eine Mutter 10 befestigt. Die Mutter 10 sitzt auf einem Gewindezapfenabschnitt 9 der Kolbenstange 5. Die Ankereinrichtung 3 ist innerhalb der Spuleneinrichtung 4a, 4b in axialer Richtung der Kolbenstange 5 bewegbar.
Es ist möglich, über eine hier nicht näher dargestellte Federeinrichtung, insbesondere Tellerfedereinrichtung eine Mittenposition der Anbindungsstrukturen 1, 2 zueinander festzulegen. Die Funktionsweise ist dabei wie folgt:

– Die Kolbenstange 5 des Stoßdämpfers ist am magnetisch bewegbaren Anker 3 befestigt.
– Der Anker 3 wird durch die beiden Spulen 4a, 4b in Arbeitsstellung gehalten.
– Je nach Erfordernis wird der Anker 3 entweder „mit“ der Kolbenstange 5 oder „entgegen“ der Kolbenstange 5 verfahren. Im Ergebnis resultiert daraus eine Subtraktion bzw. Addition der Relativgeschwindigkeit und damit der Dämpfungskraft.
– Die eingezeichnete Anschlageinrichtung wirkt als Zug- bzw. Druckanschlag und wird bei hohen Dämpferkräften wirksam. Bei entsprechender Gestaltung der Anschlageinrichtung ist auch eine Einstellung des Arbeitspunktes über die Gummikennungen möglich (kein Ruhestrom im Magnetteil erforderlich).

Die Ansteuerung ist wie folgt:

– Die Bewegung des radseitigen Dämpferanschlusses (oder des Rades selbst) kann hierzu erfasst werden.
– Die zugehörige Frequenz und Phasenlage kann hierzu erfasst werden.
– Die Fahrsituation kann hierzu erfasst werden (Lenkwinkel, Bremsdruck, z.B. ABS oder ESP-Informationen).
– U.U. vorhandene Fahrwerkeinstellungen (Sportprogramm, Komfortprogramm) können hierzu berücksichtigt werden.

Unter Einbeziehung der oben beispielhaft angegebenen Randbedingungen kann das erfindungsgemäße aktive Dämpferlager geregelt werden, und zwar sowohl in den statischen Kennwerten (Steifigkeit), als auch hinsichtlich einer aktiven Bewegung, z.B.:

– Im Bereich der Achseigenfrequenz kann über einen Phasenversatz zwischen Bewegung des Dämpferlagers und der Radbewegung eine aktive Bedämpfung oder Auslöschung der Schwingungen erfolgen;
– Beim Anlenken des Fahrzeugs soll das Lager der Radbewegung entgegenlaufen und statisch „hart“ werden;
– Bei Regeleingriffen aus den Fahrdynamiksystemen soll das Lager „hart“ gestellt werden, um eine möglichst gute Dämpferwirksamkeit zu erreichen.
– Bei ungestörter Geradeausfahrt kann das Lager „weich“ geschaltet werden, um guten Abrollkomfort zu erhalten.

In der in 1 skizzierten Anordnung ist durch die Spulenanordnung 4a, 4b bereits eine Voraussetzung für eine Arbeitspunktbestimmung gegeben:

– taucht der Anker in die obere Spule ein, erhöht sich die Induktivität dort;
– taucht der Anker in die untere Spule ein, wird die Induktivität unten größer.

Bei Verwendung von Wechselstrom oder pulsförmiger Stromcharakteristik kann aus dem Vergleich der Induktivitäten sowohl die Mittelstellung, als auch die Bewegungssituation des Ankers ermittelt werden.
In 2a ist eine Variante der Anschlageinrichtung gezeigt, bei welcher die elastischen Anschläge 7, 8 derart ausgebildet sind, dass diese unterschiedlich nachgiebig sind. Der Anschlag 7 weist hier eine höhere Steifigkeit auf als der Anschlag 8.
Bei der Variante gemäß 2b sind die elastischen Anschläge 7´, 8´ stofflich mit dem Anschlagring 13 verbunden. Bei dieser Variante wird über die Anschläge 7´, 8´ die Mittenposition der Anbindungsstrukturen zueinander festgelegt. Diese Variante ermöglicht es, das erfindungsgemäße Dämpferlager zumindest phasenweise als passives Dämpferlager zu betreiben und eine Ansteuerung der Spuleneinrichtung nur vorzunehmen, wenn der momentane Anregungszustand des Fahrzeugs dies erfordert.
3 zeigt vereinfacht den Aufbau einer weiteren Spuleneinrichtung mit Spulen 4a, 4b durch welche die Ankereinrichtung 3 gesteuert in den der jeweiligen Spule zugeordneten jeweiligen Zylindertaschenabschnitt einziehbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ergeben sich am Außenumfang der Ankereinrichtung 3 konstante Luftspalte.
In den Bodenbereich der Zylindertaschenabschnitte sind elastische Anschläge 7“, 8“ eingebettet durch welche der Axialhub der Ankereinrichtung 3 begrenzt ist.
4 zeigt eine Systemdarstellung eines über ein erfindungsgemäßes Dämpferlager abgestützten Stoßdämpfers 15 einschließlich einer zur Ansteuerung der Spuleneinrichtung des Dämpferlagers vorgesehenen Steuereinheit P.
Die Steuereinheit P ist derart konfiguriert, dass im Wege der an die Spuleneinrichtung angelegten Spannung hinsichtlich Amplitude und Phasenlage angestimmte Kräfte an der Ankereinrichtung angreifen. Die Steuereinheit P kann schaltungstechnisch derart aufgebaut sein, das diese Energiespeichereinrichtungen, insbesondere Kondensatoren umfasst, durch welche phasenweise auch aus dem Bereich des Dämpferlagers freigesetzte elektrische Energie aufgenommen und gespeichert werden kann.
Die Abstimmung der an die Spuleneinrichtung angelegten Spannung, d.h. die Abstimmung der an der Ankereinrichtung angreifenden Kräfte erfolgt vorzugsweise derart, dass einer Achseigenschwingung entgegengetreten wird. Die zur entsprechenden Ansteuerung der Spuleneinrichtung erforderlichen Signale S1 können über radaufhängungsseitige Sensoren, insbesondere über Sensoren die in den Stoßdämpfer 15 integriert sind erfasst werden. Weiterhin ist es auch möglich zusätzliche Signale S2 aus aufbauseitig vorgesehenen Sensoren und Schaltungen abzugreifen. Die Steuereinrichtung P kann unmittelbar in das Dämpferlager, insbesondere in die zu karosserieseitigen Anbindung vorgesehene Struktur integriert sein.
Die Steuereinheit P kann so konfiguriert sein, dass die Abstimmung der an der Ankereinrichtung angreifenden Kräfte im Hinblick auf eine optimierte Aufbauberuhigung erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: erste Anbindungsstruktur
2: zweite Anbindungsstruktur
3: Ankereinrichtung
4a: Spuleneinrichtung
4b: Spuleneinrichtung
5: Kolbenstange
6: Anschlageinrichtung
7: elastischer Anschlag
8: elastischer Anschlag
9: Gewindezapfenabschnitt
10: Mutter
11: Scheibe
12: Hülse
13: Anschlagscheibe
15: Stoßdämpfer
P: Steuereinheit
S1: radaufhängungsseitig abgegriffene Signale
S2: aufbauseitig abgegriffene Signale

Claims

Dämpferlager für einen Stoßdämpfer mit: – einer ersten Anbindungsstruktur (1), – einer zweiten Anbindungsstruktur (2), – einer Ankereinrichtung (3), und – einer Spuleneinrichtung (4a, 4b) zur Generierung eines die Ankereinrichtung (3) erfassenden Magnetfeldes, wobei die Ankereinrichtung (3) und die Spuleneinrichtung (4a, 4b) derart angeordnet sind, dass die Ankereinrichtung (3) unter Wirkung des Magnetfeldes relativ zur Spuleneinrichtung (4a, 4b) bewegbar ist, und die Spuleneinrichtung (4a, 4b) mit der ersten Anbindungsstruktur (1) und die Ankereinrichtung (3) mit der zweiten Anbindungsstruktur (2) derart gekoppelt sind, dass die beiden Anbindungsstrukturen (1, 2) durch die zwischen der Spuleneinrichtung (4a, 4b) und der Ankereinrichtung (3) wirksamen Kräfte zueinander aktiv verlagerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung (4a, 4b) eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist, wobei über die erste Spule eine hinsichtlich des Abstands der Anbindungsstruktur (1, 2) verkürzte Abstützung des Stoßämpfers herbeiführbar ist und über die zweite Spule eine verlängerte Abstützung des Stoßdämpfers herbeiführbar ist.
Dämpferlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anbindungsstruktur (1) der aufbauseitigen Anbindung des Dämpferlagers dient.
Dämpferlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anbindungsstruktur (2) der dämpferseitigen Anbindung des Dämpferlagers dient.
Dämpferlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die zweite Anbindungsstruktur (2) eine Dämpferkolbenstange (5) mit der Ankereinrichtung (3) gekoppelt ist.
Dämpferlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlageinrichtung (6) zur Begrenzung des Verlagerungsweges zwischen den beiden Anbindungsstrukturen (1, 2) vorgesehen ist.
Dämpferlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlageinrichtung (6) elastische Anschläge (7, 8) umfasst.
Dämpferlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federeinrichtung zur Festlegung einer Mittenposition der Anbindungsstrukturen (1, 2) zueinander vorgesehen ist.
Dämpferlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung nach Maßgabe einer Steuereinheit (P) ansteuerbar ist.
Dämpferlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (P) derart konfiguriert ist, dass in Amplitude und Phasenlage angestimmte Kräfte an der Ankereinrichtung (3) angreifen.
Dämpferlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmung der an der Ankereinrichtung (3) angreifenden Kräfte derart erfolgt, dass einer Achseigenschwingung entgegengetreten wird.
Dämpferlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmung der an der Ankereinrichtung angreifenden Kräfte im Hinblick auf eine optimierte Aufbauberuhigung erfolgt.
Anordnung aus einem Dämpferlager und einem Stoßdämpfer (15) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Dämpferlager den Stoßdämpfer (15) axial gegen einen Fahrzeugaufbau abstützt, um Änderungen der karosseriesseitigen Abstützposition des Stoßdämpfers herbeizuführen, und dazu im Folgenden umfasst: – eine erste Anbindungsstruktur (1), – eine zweite Anbindungsstruktur (2), – eine Ankereinrichtung (3), und – eine Spuleneinrichtung (4a, 4b) zur Generierung eines die Ankereinrichtung (3) erfassenden Magnetfeldes, wobei die Ankereinrichtung (3) und die Spuleneinrichtung (4a, 4b) derart angeordnet sind, dass die Ankereinrichtung (3) unter Wirkung des Magnetfeldes relativ zur Spuleneinrichtung (4a, 4b) bewegbar ist, und die Spuleneinrichtung (4a, 4b) mit der ersten Anbindungsstruktur (1) und die Ankereinrichtung (3) mit der zweiten Anbindungsstruktur (2) derart gekoppelt sind, dass die beiden Anbindungsstrukturen (1, 2) durch die zwischen der Spuleneinrichtung (4a, 4b) und der Ankereinrichtung (3) wirksamen Kräfte zueinander aktiv verlagerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpferlager derart abgestimmt und angesteuert ist, dass im Bereich der Achseigenfrequenz eines Kraftfahrzeugs über einen Phasenversatz zwischen der Bewegung des Dämpferlagers und der Radbewegung eine aktive Bedämpfung oder Auslöschung von Schwingungen im Bereich der Achseigenfrequenz erfolgt.