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Die
Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der Offenlegungsschrift
EP
1 152 166 A1 ist eine Dämpfungsvorrichtung
bekannt, die eine amplituden- und kraftabhängige Dämpfung ermöglicht. Ein erstes Dämpferelement
weist einen in einem Dämpfergehäuse angeordneten
Kolben auf. Ein zweites Dämpferelement
ist zur Beeinflussung kleiner Amplituden in der Dämpfungsvorrichtung
angeordnet. Dazu wird ein durch eine verschiebliche, feste Scheibe
geteilter Zusatzraum vorgeschlagen, der hydraulisch parallel zum
ersten Dämpferelement
geschaltet ist. Der Kolben teilt das Dämpfergehäuse in zwei Arbeitsräume, die
jeweils mit einer Seite des Zusatzraums des zweiten Dämpferelementes
in Verbindung stehen. Der durch die Federn geöffnete Schieber wirkt als Ausgleich
bei geringen Stoßdämpferbewegungen.
Damit ist eine Dämpfungskraft
bei Schwingungen mit kleiner Amplitude gering. Sobald die Scheibe
bei größeren Amplituden
an einem axialen Anschlag im Zusatzgehäuse anschlägt, steigt die nun vom ersten
Dämpfungselement
bestimmte Dämpfungskraft
sprunghaft an. Die Dämpfung
des ersten Dämpfungselementes
setzt damit relativ hart ein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Dämpfungsvorrichtung
zu Verfügung
zu stellen, bei der ein weicher Übergang
der Dämpfung
bei kleinen Amplituden zu der Dämpfung
bei großen
Amplituden erfolgt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Dämpfungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass der durchströmbare Drosselquerschnitt der
Verbindungsleitungen über
einem Verschiebeweg s des Trennelementes ausgehend von Konstruktionslage
bis zu einer Anlage an einer Anschlagsfläche auf einen vorgebbaren Restwert
reduziert wird. Das Trennelement ist in einem Zusatzgehäuse angeordnet.
Das Trennelement ist beispielsweise als Kolben ausgeführt, der aus
einem Kunststoff- oder einem Metallwerkstoff hergestellt ist. Gegebenenfalls
weist der Kolben axiale Anschläge
und/oder radiale Dichtungen aus Elastomerwerkstoff auf, die über Vulkanisation,
eine Klebung oder eine formschlüssige
Verbindung mit dem Kolben verbunden sind. In Konstruktionslage ist
das Trennelement mittig zu einer unteren und oberen Anschlagsfläche angeordnet.
Das Trennelement teilt das Volumen des Zusatzgehäuses in einen unteren und oberen
Bereich, die über
Verbindungsleitungen mit einem unteren und oberen Arbeitsraum der Dämpfungsvorrichtung
verbunden sind. Das Trennelement dichtet den oberen gegenüber dem
unteren Arbeitsraum ab, so dass über
das Zusatzgehäuse kein
Hydraulikfluid vom unteren in den oberen Zusatzraum fließen kann.
Bei Ein- und Ausfedervorgängen
der Dämpfungsvorrichtung
verschiebt ein Hydraulikfluid das Trennelement in Richtung obere
oder untere Anschlagsfläche.
Bewegt sich das Trennelement in Richtung obere oder untere Anschlagsfläche, so
reduziert sich über
dem Verschiebeweg s der durchströmbare
Querschnitt der Verbindungsleitungen zum oberen oder unteren Arbeitsraum,
wodurch der Durchflusswiderstand ansteigt. Liegt das Trennelement
in Endlage an der oberen oder unteren Anschlagsfläche an,
so weist die Verbindungsleitung zum oberen oder unteren Arbeitsraum
einen verbleibenden Restquerschnitt auf. In vorteilhafter Weise steigt
mit Verminderung des Querschnitts der Verbindungsleitung die Dämpfung an.
Da ein vorgebbarer Restquerschnitt der Verbindungsleitung offen
bleibt, kann das Hydraulikfluid auch bei Anlage des Trennelementes
an der oberen oder unteren Anschlagsfläche in den oberen oder unteren
Bereich des Zusatzgehäuses
einströmen.
Das Trennelement haftet dadurch nicht an der Anschlagsfläche und
die Funktionsfähigkeit
der Dämpfungsvorrichtung
bleibt erhalten.
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In
Ausgestaltung der Erfindung reduziert das Trennelement über dem
Verschiebeweg s den durchströmbaren
Querschnitt einer Querbohrung im Zusatzgehäuse auf einen vorgebbaren Restwert.
Die Querbohrung stellt eine Verbindungsleitung zwischen dem oberen
Bereich des Zusatzgehäuses
und dem oberen Arbeitsbereich der Dämpfungsvorrichtung dar. Das
Zusatzgehäuse
weist mindestens eine Querbohrung auf, deren offener Querschnitt
sich über
dem Verschiebeweg des Trennelementes aus Konstruktionslage in eine
Endlage reduziert. An dem Trennelement sind Steuerkanten vorgesehen,
die die Querbohrungen verschließen.
Gleichfalls können auch
mehrere Querbohrungen im Zusatzgehäuse angeordnet sein, die von
den Anschlagsflächen
unterschiedlich beabstandet sind. Fortschreitend mit zunehmendem
Verschiebeweg verschließt
das Trennelement vollständig
oder teilweise die einzelnen Bohrungen, wodurch der offene Querschnitt
zwischen dem oberen Bereich des Zusatzgehäuses und dem oberen Arbeitsbereich
der Dämpfungsvorrichtung
reduziert wird. Querbohrungen im Zusatzgehäuse sind leicht herstellbar,
eine Zunahme der Dämpfung
der Dampfungsvorrichtung ist gezielt einstellbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Trennelement eine
umlaufende Nut, die über
Verbindungsleitungen und Überströmbohrungen
im Trennelement mit einem der Arbeitsräume verbindbar ist. Zwischen
dem oberen Bereich des Zusatzgehäuses
und dem oberen Arbeitsbereich der Dämpfungsvorrichtung findet ein
Hydraulikfluidaustausch über
Verbindungsleitungen wie beispielsweise Überströmbohrungen im Trennelement
und am Umfang verteilten Querbohrungen am Zusatzgehäuse statt. Über die
umlaufende Nut sind in vorteilhafter Weise die Bohrungen untereinander
hydraulisch koppelbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung drückt das Trennelement auf ein
Federelement, das den durchströmbaren
Querschnitt einer Verbindungsleitung auf einen vorgebbaren Restwert
reduziert.
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Das
Federelement ist vorzugsweise als geknickte Scheibe ausgeführt. Das
beispielsweise über eine
Punktschweißung
an einer Anschlagsfläche
des Trennelementes angeordnete Federelement wird von dem Trennelement
plan gedrückt,
sobald dieses in der Endlage ist. In Planlage ist der Außendurchmesser
der Scheibe geringfügig
kleiner als der Innendurchmesser des Zusatzgehäuses, so dass sich ein definierter
Ringspalt bildet. Verbindungsleitungen zu dem unteren oder oberen
Arbeitsbereich der Dämpfungsvorrichtung
münden
vorzugsweise in diesem Ringspalt. Ist die Scheibe geknickt, so steht
der volle Querschnitt der Verbindungsleitungen für den Durchfluss von Hydraulikfluid
zu Verfügung.
Dieser Querschnitt wird während
des Plandrückens
der Scheibe zunehmend von der Scheibe abgedeckt, Zufluss erfolgt
bei planer Scheibe nur noch über
den Ringspalt. Dadurch steigt in vorteilhafter Weise die Dämpfung der
Dämpfungsvorrichtung
an und das Trennelement ist hydraulisch abgebremst.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung,
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines zweiten Dämpferelementes
aus 1 und
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3 ein
Teil des zweiten Dämpferelemente aus 2 um
90° gedreht
und mit plan gedrückter Scheibe.
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In
der 1 sind die wesentlichen Bauteile einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung dargestellt.
In der Darstellung ist beispielhaft ein Einrohrdämpfer gezeigt. In gleicher
Weise ist jedoch auch ein Zweirohrdämpfer einsetzbar. Zur Befestigung
der Dämpfungsvorrichtung
sind jeweils an einem Dämpfergehäuse 1 und
an einer Kolbenstange 2 nicht gezeigte Anschraubaugen vorgesehen.
Durch eine Ein- oder Ausfederbewegung eines Rades verschiebt sich
die Kolbenstange 2 relativ zum Dämpfergehäuse 1.
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Im
Dämpfergehäuse 1 ist
ein Kolben 3, der mit einer Kolbenstange 2 verbunden
ist, angeordnet. Der Kolben 3 teilt das mit einem Arbeitsmedium
gefüllte
innere Volumen des Dämpfergehäuses 1 in
einen unteren Arbeitsraum 7 und einen oberen Arbeitsraum 8.
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An
dem Kolben 3 sind zwei flach bauende Plattenventile 5, 6 angeordnet.
Die Dämpfungskennlinie
ist von den an dem Kolben 3 sitzenden Plattenventilen 5, 6 und
von im Kolben 3 angeordneten Überströmkanälen bestimmt. Fährt beispielsweise die
Kolbenstange 2 aus dem Dämpfergehäuse 1 aus, so strömt das Arbeitsmedium,
das bevorzugt ein Hydrauliköl
ist, über
Bohrungen in dem Kolben 3 und das Plattenventil 5 aus
dem oberen Arbeitsraum 8 in den unteren Arbeitsraum 7.
Beim Einfahren des Kolbens 3 in das Dämpfergehäuse 1 strömt das Hydrauliköl in umgekehrter
Richtung und ist über
das Plattenventil 6 bedämpft.
Durch unterschiedliche Auslegung der Plattenventile 5, 6 lassen
sich somit beim Ein- und Ausfahren der Kolbenstange 2 auch
unterschiedliche Dämpferkennlinien
einstellen.
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Auf
der Kolbenstange 2 ist ein Gewinde vorgesehen, auf das
zur Befestigung des Kolbens 3 und der Plattenventile 5, 6 eine
Mutter 4 aufgeschraubt ist.
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Die
Kolbenstange 2 ist zweiteilig aufgebaut, d.h. aus einem
ersten Kolbenstangenabschnitt 9 und einem zweiten Kolbenstangenabschnitt 10.
Zwischen den Kolbenstangenabschnitten 9, 10 ist
das zweite Dämpferelement 12 angeordnet.
Das zweite Dämpferelement 12 umfasst
ein mit dem zweiten Kolbenstangenabschnitt 10 einstückigen Deckel 11 mit
einer axialen unteren Anschlagfläche 13 und
ein Zusatzgehäuse 14 mit
einer oberen axialen Anschlagfläche 15.
Das Zusatzgehäuse 14 ist
mit dem ersten und zweiten Kolbenstangeabschnitt 9, 10 verschweißt. In dem
Zusatzgehäuse 14 ist
ein als Zusatzkolben ausgeführtes
Trennele ment 16 angeordnet, der das Volumen des Zusatzgehäuses 14 in
einen unteren und oberen Bereich 22, 23 unterteilt.
Der Zusatzkolben 16 weist stirnseitig weiche, ballige Anlageflächen auf,
so dass eine Geräuschentwicklung
beim Anlegen des Zusatzkolbens 16 an der unteren und oberen
Anschlagsfläche 13, 15 vermieden
ist. In vorteilhafter Weise ist auch durch die Formgebung ein Anhaften oder
Festsaugen des Zusatzkolbens 16 an den Anschlagsflächen 13, 15 vermieden.
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In
dem zweiten Kolbenstangenabschnitt 10 ist eine Bypassbohrung 17 als
Längsbohrung,
die in zwei schräg
verlaufende Bohrungen 18 im Deckel 11 übergeht,
ausgeführt.
Das Gehäuseteil 14 weist
drei Querbohrungen 19, 19', 19'' auf,
die am Umfang verteilt sind. Die Querbohrung 19 ist verschlossen,
wenn der Zusatzkolben 16 an der unteren oder oberen Anschlagfläche 13, 15 anliegt.
Teilweise verschlossen ist die Bohrung 19' bei Anlage des Zusatzkolbens 16 an
der oberen Anschlagfläche 15,
gleichfalls teilweise verschlossen ist die Bohrung 19'' bei Anlage des Zusatzkolbens 16 an
der unteren Anschlagsfläche 13. Über die
Beabstandung der Bohrungen 19', 19'' von
den Anschlagflächen 13, 16 ist
der offen verbleibende Restquerschnitt vorgebbar.
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Der
Zusatzkolben 16 weist eine umlaufende Nut 20 auf.
An dem Zusatzkolben 16 sind Überströmbohrungen 21 angeordnet. Über die Überströmbohrungen 21 und
die Querbohrungen 19, 19', 19'' wird Hydrauliköl zwischen
dem oberen Arbeitsraum 8 und dem oberen Bereich 23 des
Zusatzgehäuses 14 ausgetauscht.
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Radeinfederungsvorgänge mit
kleinen Amplituden verschieben den Zusatzkolben 16 um einen Wert,
der kleiner als der maximal mögliche
Verschiebeweg s ist. Die Dämpfung
ist bei Verschiebung des Zusatzkolbens 16 mit einem Verschiebeweg
kleiner s durch die Drosselwiderstände des offenen Querschnitts
der Bohrungen 17, 18, 19, 19', 19'', 21 und der Kolbenreibung
im Zusatzgehäuse 14 bestimmt. Das
Hydrauliköl
fließt
in einem ersten Dämpfungsbereich
nicht über
die Plattenventile 5, 6 sondern verschiebt den Zusatzkolben 16 im
zweiten Dämpfungselement 12.
Bei einem Einfedervorgang fließt
Hydrauliköl über die
Längsbohrung 17 und
die Schrägbohrung 18 in
den unteren Bereich 22 des Zusatzgehäuses 14. Der Zusatzkolben 16 bewegt
sich und verdrängt
Hydrauliköl
aus dem oberen Bereich 23 des Zusatzgehäuses 14 über die Überströmbohrungen 21 und
die Querbohrungen 19, 19', 19'' in
den oberen Arbeitsraum 8. Ausgehend von der in 1 gezeigten
Konstruktionslage verschließt
der Zusatzkolben 16 über
dem Verschiebeweg mit einer Steuerkante 24 zuerst die Bohrung 19'', dann die Bohrung 19 und
zuletzt teilweise die die Bohrung 19'. Bei einem Ausfedervorgang läuft der
vorab beschriebene Vorgang umgekehrt ab, d.h. der Zusatzkolben 16 verdrängt Hydrauliköl in den
unteren Arbeitsraum 7. Der Zusatzkolben 16 verschließt mit einer
Steuerkante zuerst die Bohrung 19', dann die Bohrung 19 und dann
teilweise die Bohrung 19''.
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Bei
ausreichender großen
Radeinfederamplituden und Radeinfedergeschwindigkeiten wird der Zusatzkolben 16 soweit
ausgelenkt, dass dieser den oberen und unteren Anschlag 13, 15 berührt. In
einem zweiten Dämpfungsbereich
wird die Dämpfung von
den Plattenventilen 5, 6, bestimmt und vorzugsweise
deutlich größer. Somit
ist mit der Dämpfungsvorrichtung
eine zweistufige Dämpferkennlinie
darstellbar.
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Während der
Zusatzkolben 16 sich in Richtung oberen oder unteren Anschlag 13, 15 in
eine Endlage bewegt, reduziert sich wie vorangehend beschrieben
der durchströmbare
Querschnitt der Querbohrungen 19, 19', 19''. Die Reduzierung des wirksamen
Durchflussquerschnittes erhöht
die Dämpfkraft, so
dass ein weicher Übergang
von dem ersten in den zweiten Dämpfungsbereich
stattfindet. Gleichzeitig vermindert sich aufgrund der hydraulischen
Dämpfung
die Kolbengeschwindigkeit, so dass Anschlaggeräusche wirkungsvoll vermieden
sind.
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Die
Querbohrungen 19' und 19'' sind von der oberen Anschlagfläche 15 und 13 derart
beabstandet, dass diese bei einem in Endlage befindlichen Zusatzkolbens 16 nicht
vollständig
ver schlossen sind. Beispielsweise ist nach einem Einfedervorgang
des Rades mit einer ausreichend hohen Amplitude der Zusatzkolben 16 ausgehende
von der Mittellage um den Verschiebeweg s verschoben und liegt an
dem oberen Anschlag 15 an.
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Bei
einem auf den Einfedervorgang folgenden Ausfedervorgang kann das
Hydrauliköl über die Querbohrung 19', die umlaufende
Nut 20 und die Überströmbohrungen 21 in
vorteilhafter Weise in den oberen Bereich 23 des Zusatzgehäuses 14 einströmen und
den Zusatzkolben 16 in Richtung unteren Anschlag 13 verschieben.
Auch bei einem Anliegen des Zusatzkolbens 16 am unteren
Anschlag 13 ist die Querbohrung 19'' nicht
vollständig
verschlossen. Hydrauliköl
kann aus dem oberen Bereich 23 des Zusatzgehäuses 14 über die
Querbohrung 19'' in den oberen
Arbeitsraum 8 ausströmen,
wodurch der Zusatzkolben 16 leicht in Richtung obere Anschlagfläche 15 verschiebbar
ist. Die vorausgehend beschriebene Anordnung der Querbohrungen 19', 19'' vermeidet in vorteilhafter Weise
ein Anhaften des Zusatzkolbens 16 an den Anschlägen 13, 15.
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In
einem modifizierten Ausführungsbeispiel weist
das Zusatzgehäuse 14 nur
eine Querbohrung 19 auf, die der Zusatzkolben 16 bei
Anlage an den Anschlagflächen 13, 15 nur
teilweise verschließt. Gleichermaßen können am
Umfang mehrere teilweise verschließbare Bohrungen 19 angeordnet
sein.
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In 2 ist
eine weitere Ausführungsform
eines zweiten Dämpferelementes 12 dargestellt,
das alternativ in der 1 gezeigten Dämpfungsvorrichtung
einsetzbar ist. Das in 2 gezeigte zweite Dämpferelement 12 ist
gleichfalls zwischen den Kolbenstangenabschnitten 9, 10 anordenbar.
Das zweite Dämpferelement 12 umfasst
ein mit dem zweiten Kolbenstangenabschnitt 10 einstückigen Deckel 11 mit
einer axialen unteren Anschlagsfläche 13 und ein Zusatzgehäuse 14 mit
einer oberen axialen Anschlagsfläche 15.
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Das
Zusatzgehäuse 14 ist
mit dem ersten und zweiten Kolbenstangeabschnitt 9, 10 verschweißt. In dem
Zusatzgehäuse 14 ist
ein als Zusatzkolben ausgeführtes
Trennelement 16 angeordnet, der das Volumen des Zusatzgehäuses 14 in
einen unteren und oberen Bereich 22, 23 unterteilt.
Der Zusatzkolben 16 umfasst einen Elastomerkern 25, der
an einen metallischen Kolbengrundkörper 26 anvulkanisiert
ist. Der Kolbengrundkörper 26 weist
eine umlaufende Nut auf, in die ein Dichtband 27 aus Elastomerwerkstoff
eingelegt ist. Der Elastomerkern 25 weist ballige Stirnflächen auf,
die ein weiches Anschlagen am unteren und oberen Anschlag 13, 15 ermöglichen.
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Wie
aus 1 bekannt, ist in dem zweiten Kolbenstangenabschnitt 10 eine
Bypassbohrung 17 als Längsbohrung 17,
die in zwei schräg
verlaufende Bohrungen 18 im Deckel 11 übergeht,
vorgesehen. In 2 sind gegenüber der 1 die Bohrungen 18 um
90° verdreht
dargestellt. Das Zusatzgehäuse 14 weist
eine Bohrung 28 auf. Gleichermaßen können auch mehrere Bohrungen 28 am
Umfang verteilt sein. An der unteren Anschlagsfläche 13 des Deckels 11 ist
beispielsweise ein Federelement 29 mittels einer Punktschweißung 30 befestigt.
Das Federelement 29 ist als runde, geknickte Scheibe ausgeführt, die
in den Innenraum des Zusatzgehäuses 14 absteht.
Zwischen Innendurchmesser des Zusatzgehäuses 14 und der Scheibe 29 bildet
sich ein mit Hydrauliköl
durchströmbarer
Spalt 30.
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Bei
kleinen Rad Ein- und Ausfederamplituden, d.h. solange der Zusatzkolben 16 nicht
an dem unteren Anschlag 13 anstößt, ist die Dämpfung des ersten
Dämpfungsbereich
der Dämpfungsvorrichtung
durch den Drosselwiderstand der Bohrungen 17, 18, 28 dem
Drosselwiderstand des Spaltes 30 und dem Reibungswiderstand
des Zusatzkolbens 16 im Zusatzgehäuses 14 bestimmt.
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Liegt
der Zusatzkolben 16 bei größeren Rad Ein- und Ausfederamplituden
an einem der Anschläge 13, 15 an,
so ist die Dämpfung des
zweiten Dämpfungsbereichs
von den Plattenventilen 5, 6 bestimmt.
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Bei
einem dementsprechenden Ausfedervorgang des Dämpferelementes verschiebt sich
der Zusatzkolben 16 in Richtung untere Anschlagsfläche 13.
Bevor jedoch der Zusatzkolben 16 zum Stillstand kommt,
drückt
dieser das Federelement 29 plan. Damit vermindert sich
der Spalt 30 und mit dem Ansteigen des Drosselwiderstands
steigt die Dämpfung
an. Der Anstieg der Dämpfung
vermeidet ein sprunghaftes Ansteigen der Dämpfungskraft vom ersten auf den
zweiten Dämpfungsbereich.
Der Zusatzkolben 16 ist in vorteilhafter Weise hydraulisch
gebremst, wodurch ein mit einer Geräuschentwicklung verbundenes
hartes Anschlagen vermieden ist.
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Bei
einem anschließenden
Einfedervorgang fließt
Hydrauliköl
durch einen zwischen Federelement und Zusatzgehäuse 14 verbleibenden
Restquerschnittes in Form eines Restspaltes 30, der über die
Geometrie des Federelementes vorgebbar ist. Über die Schrägbohrung 18 gemäß der Darstellung in 3 fließt Hydrauliköl direkt
in den Restspalt 30 und schiebt den Zusatzkolben 16 in
Richtung obere Anschlagsfläche 15.
Das Federelement federt in die Ausgangsposition aus 2 zurück.
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In
einer modifizierten, nicht dargestellten Ausführungsform sind an der unteren
und oberen Anschlagsfläche 13, 15 Federelemente
angeordnet.
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- 1
- Dämpfergehäuse
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Kolben
- 4
- Mutter
- 5
- Plattenventil
- 6
- Plattenventil
- 7
- unteren
Arbeitsraum
- 8
- oberen
Arbeitsraum
- 9
- Erster
Kolbenstangenabschnitt
- 10
- Zweiter
Kolbenstangenabschnitt
- 11
- Deckel
- 12
- Zweites
Dämpferelement
- 13
- Untere
Anschlagsfläche
- 14
- Zusatzgehäuse
- 15
- Obere
Anschlagsfläche
- 16
- Trennelement,
Zusatzkolben
- 17
- Längsbohrung
- 18
- Schrägbohrung
- 19
- Querbohrung
- 19'
- Querbohrung
- 19''
- Querbohrung
- 20
- Umlaufende
Nut
- 21
- Überströmbohrungen
- 22
- Unterer
Volumenbereich Zusatzgehäuse
- 23
- oberer
Volumenbereich Zusatzgehäuse
- 24
- Steuerkanten
- 25
- Elastomerkern
- 26
- Kolbengrundkörper
- 27
- Dichtband
- 28
- Zu-
und Abströmbohrung
- 29
- Federelement
- 30
- Spalt