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Die
Erfindung betrifft einen Lenkungsdämpfer nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein gattungsgemäßer Lenkungsdämpfer ist
aus der
EP 1318069
A2 bekannt.
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Es
ist bekannt, dass Lenkungsdämpfer
an gelenkten Rädern
von Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen eingesetzt werden, um
erstens Resonanzschwingungen zu unterdrücken oder deren Amplitude klein
zu halten und zweitens, um bei Anstößen gegen das gelenkte Rad
oder die gelenkten Räder
von außen
die daraus resultierende Lenkbewegung gering zu halten und damit
in beiden Fällen
die Fahrstabilität
und den Komfort zu verbessern bzw. die Fahrstabilität zu gewährleisten.
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Ferner
ist bekannt, dass Lenkungsdämpfer andererseits
die gewollte Lenkbewegung verzögern und
dadurch das Fahrzeug unhandlicher machen. Auch sind der negative
Einfluss von Lenkungsdämpfern
auf das Hochgeschwindigkeitspendeln von Motorrädern und die daraus u. U. resultierende
Gefährdung
bekannt.
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Es
gibt daher Lenkungsdämpfer
mit veränderlicher
Wirksamkeit (Kennlinie), die sich an die jeweiligen Bedingungen
anpassen lassen (s. u. A.
DE000019511091A1 ).
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Es
gibt auch Lenkungsdämpfer,
deren Wirksamkeit sich in Abhängigkeit
von der Lenkbewegung selbsttätig
verändert,
um so selektiver einerseits die schnellen aus Anstößen resultierenden
Bewegungen wirksam zu dämpfen,
andererseits aber die langsamen willkürlichen Lenkbewegungen so wenig
wie möglich
zu beeinträchtigen
(s. u. A.
DE000003923512A1 ,
DE000003735210C1 ,
EP 1323625A2 ,
EP 1481882A2 ).
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Weiter
gibt es bei Motorrädern
Lenkungsdämpfer,
deren Wirksamkeit in Abhängigkeit
von Geschwindigkeit, Gasstellung, Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder
anderen Betriebskenngrößen (elektrisch
bzw. elektronisch) gesteuert verändert
werden, um in den kritischen Betriebsbereichen die erforderliche
Dämpfung
zu realisieren, in den unkritischen Bereichen aber die Nachteile
zu vermeiden (s. u. A.
EP 1561677A1 ,
EP 1318069A2 ,
EP 129127A2 ).
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Ein
anderes System arbeitet zwar mit einem Beschleunigungssensor, dieser
erfasst aber die Beschleunigung des Fahrzeugs (Zunahme der Geschwindigkeit)
durch Antriebskräfte,
um indirekt die damit einhergehende Entlastung des Vorderrades als Eingangsgröße für eine Veränderung
des Lenkungsdämpfers
zu erfassen (s.
EP
1247729 A2 ). Ein anderer Sensor dient zur Erfassung einer
vertikalen Beschleunigung des Lenkers, nicht einer Winkelbeschleunigung
(s.
EP 1247729A2 ).
Ein anderes System variiert zwar auch zwischen zwei Wirksamkeiten, jedoch
abhängig
von Lenkwinkel bzw. Lenkwinkelgeschwindigkeit (s. u. A.
EP 1477397A1 ).
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Die
Servolenkung eines Mehrspurfahrzeugs wirkt als Nebeneffekt ähnlich wie
ein System nach Patentanspruch 6, da die Trägheit von Lenksäule und Lenkrad
bei einer Winkelbeschleunigung dieser Teile, wie sie bei einem Anstoß auftritt,
zu einer Ansteuerung der Servounterstützung der Lenkung gegen diese
Winkelbeschleunigung führt.
Der Effekt ist in der Praxis ähnlich,
technisch gesehen handelt es sich um vollkommen unterschiedliche
Systeme. Da Servolenkungen nur bei Mehrspurfahrzeugen mit mindestens
zwei gelenkten Rädern
eingesetzt werden und mit extern erzeugter Energie arbeiten, betreffen
sie nicht den Verwendungsbereich des neuen Systems.
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Die
bekannten rein mechanisch-hydraulischen Systeme haben entweder den
Nachteil, dass sie erst selektieren, wenn sich die Lenkanlage bereits schnell
bewegt und damit erst bei einem bereits ungewollt großen Lenkwinkel.
In keinem bekannten solchen System wird jedoch die am Beginn jeder
größeren ungewollten
Lenkamplitude auftretende Winkelbeschleunigung oder die mit einem
Anstoß von
außen
verbundene Beschleunigung von Fahrzeugteilen zur frühzeitigen
Erkennung der Störung
und/oder zur Aktivierung bzw. Verstärkung der Dämpfung benutzt.
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Die
bekannten Systeme, die den Betriebszustand des Fahrzeugs oder die
Beschleunigung eines Fahrzeugteils erfassen und in Abhängigkeit
davon die Dämpfung
variieren, funktionieren nur unter Einsatz von extern erzeugter
elektrischer Energie (Fremdenergie).
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Die
erfindungsgemäße Überwindung
dieser Nachteile erfolgt durch einen Lenkungsdämpfer mit den Merkmalen des
Anspruchs 1. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das
Problem wird durch die in Pat.-Anspruch 1 bis 9 beschriebenen Systeme
besser gelöst,
da sie bereits auf die Beschleunigung zu Beginn der Lenkbewegung
reagieren, bevor eine größere Lenkbewegung
eingesetzt hat. Weitere Vorteile sind die Integration aller Bauteile
in eine technische Einheit und die Unabhängigkeit von einer Fremdenergie,
dies erlaubt die einfache Nachrüstung
vorhandener Fahrzeuge. Bei Anstößen gegen
das Vorderrad wird in eine wirksamere Stufe umgeschaltet bzw. setzt
eine stetige Verstärkung
der Wirksamkeit ein, um so das Ausschlagen der Lenkung bereits im
Ansatz zu verringern. Es kommt zu einer Abnahme der Lenkausschläge, daher
wird die Fahrstabilität
gesteigert und z. B. das erst ab einer gewissen Anfangsamplitude des
Lenkeinschlags auftretende Lenkerschlagen (Kick-Back) bei Motorrädern verhindert.
Bei Abnahme der Beschleunigung oder der Lenkbewegung fällt die
Wirksamkeit wieder ab. Ist die weiche Stufe fast unwirksam, so ist
das Fahrzeug etwa so handlich und hochgeschwindigkeitsstabil wie
ohne Lenkungsdämpfer.
Die negativen Auswirkungen werden minimiert, ohne die Wirksamkeit
zu verringern. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
und der Beschreibung im Einzelnen.
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Ob
ein System nach einem der Patentansprüche 3 bis 6 effektiver ist,
richtet sich u. A. nach der Härte
der Federung und dem Verhältnis
der gefederten und ungefederten Massen zueinander im Bereich des
gelenkten Rades. Bei schweren Fahrzeugen mit weicher Federung tritt
keine große
vertikale Beschleunigung des Aufbaus durch einen Anstoß gegen
ein Rad auf, daher ist dort ein System nach Patentanspruch 3 nicht
effektiv. Ein System nach Patentanspruch 8 ist genauso selektiv,
jedoch wirksamer als das jeweilige Grundsystem nach einem der Ansprüche 3 bis
7, da die erhöhte
Wirkung erst beim Abklingen der ungewollten Lenkbewegung nachlässt oder
bei einer deutlichen Abnahme der sie erzeugenden Beschleunigung.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
werden anhand der Zeichnungen 1 bis 8 beschrieben.
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Eine
Ausführungsmöglichkeit
für ein
System nach einem der Patentansprüche 2, 3, 4, 5 und/oder 7 zeigt
Zeichnung 1 (Variante 1). Eine Masse (M), in diesem Fall eine Kugel,
dient als Beschleunigungssensor und Krafterzeuger, sie wird durch
die Kegel- oder Ringfläche
(R) des federbelasteten Ventilschiebers (VS) in ihrer Normallage
gehalten. Bei Beschleunigungen quer zur Arbeitsrichtung des Dämpfers (und
damit z. B. in Richtung der Lenkachse beim Motorrad ) verlagert
sich die Kugel, verschiebt das Ventil und schließt damit zunehmend die Bohrung
(D) des Überströmsystems
für die
weiche Kennlinie (W). Bei vollem Ventilhub kann die Flüssigkeit
bei Verschiebung des Kolbens (K) nur noch durch die Bohrung (E)
des Überströmsystems
für die
harte Kennfeldgrenze (H) von Raum A in Raum B gelangen, der Durchflusswiderstand
und damit die Dämpfung
erhöhen
sich. Das Überströmsystem
für die
harte Kennfeldgrenze (H) ist notwendig, um ein Blockieren der Lenkung
zu verhindern, es kann anders als hier dargestellt auch als Bypass
in das Überströmsystem
W integriert werden. Beim Absinken der Beschleunigung wird die Kugel
durch die Federkraft in ihre Normallage zurückgestellt.
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Optional
lässt sich
durch entsprechende Eingrenzung der Bewegungsmöglichkeiten der Kugel oder
andere Gestaltung der Sensormasse das Ansprechen des Systems in
eine oder mehrere Richtungen unterdrücken bzw. variieren oder es
lassen sich durch die Gestaltung der Kugellaufbahn degressive Betätigungskräfte realisieren.
Dies führt
zu einer unter der Aktivierungsbeschleunigung liegenden Deaktivierungsbeschleunigung
(Anspruch 8) und damit zu einer längeren Aktivierung bei dennoch
hoher Selektivität.
Weitere zusätzliche
Optionen zur Anpassung an unterschiedliche Bedingungen sind die
separate Einstellbarkeit der Querschnitte FW und FH für die weiche
und harte Grenzkennlinie sowie die Einstellbarkeit der Modulationsbeschleunigung über die
Veränderung
der Federvorspannung.
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Der
Lenkungsdämpfer
ist mit dem Gehäuse an
einem feststehenden Fahrzeugteil und mit der Kolbenstange an einem
mit jeder Lenkbewegung in Arbeitsrichtung des Lenkungsdämpfers bewegten Teil
verbunden. Er liegt in etwa parallel zur Fahrbahn, bei Motorrädern möglichst
genau im rechten Winkel zur Lenkachse.
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Durch
die Anbaulage in Fahrzeuglängsrichtung
ist sicherzustellen, dass bei Querbeschleunigungen nach rechts und
links keine asymmetrisch unterschiedliche Wirkung eintritt. Eine
zusätzliche Beeinflussung
der Wirkung durch Beschleunigungen in oder gegen Fahrtrichtung ist
zulässig
bzw. kann erwünscht
sein.
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Eine
Ausführungsmöglichkeit
für ein
System nach einem der Patentansprüche 1, 3, 4, 5 und/oder 7 ist
in Zeichnung 2 dargestellt (Variante 2). Der Unterschied besteht
in der beschleunigungs- und druckabhängigen Modulation der Dämpfung (Anspruch
1). Hierbei wirkt der Druck der Flüssigkeit auf die Fläche P bzw.
Q gegen die beschleunigungsabhängige Kraft,
mit der das Ventil geschlossen wird. Das Modulationsventil für die entgegengesetzte
Bewegungsrichtung wirkt dabei jeweils wie ein Schaltventil, da es wegen
des fehlenden Gegendrucks vollständig schließt. Die
Modulationsventile sind bei entgegengesetzter Arbeitsrichtung hydraulisch
parallel geschaltet. Die Rückschlagventile
(RS) sind nicht unbedingt notwendig. Dies System kann entweder mit oder
ohne parallele Durchflussmöglichkeit
zur Begrenzung der maximalen Dämpfung
(H) ausgeführt werden,
da ein entsprechend hoher Flüssigkeitsdruck
auf die Fläche
P oder Q immer zu einer mindestens teilweisen Öffnung eines der Ventile führt und
daher ein Blockieren ausgeschlossen ist. Der Lenkungsdämpfer ist
so am Fahrzeug zu befestigen, dass seine Arbeitsrichtung in etwa
senkrecht zur Lenkachse liegt. Wenn er mit dem Gehäuse an einem
festen Teil des Fahrzeugs und mit der Kolbenstange an einem Teil
der Lenkung befestigt ist, arbeitet er quer zur Fahrzeuglängsrichtung
eingebaut vorrangig nach Anspruch 3 oder 4, längsliegend vorrangig nach Anspruch
3 oder 5.
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Wird
Variante 2 mit dem Gehäuse
an der Lenkung und der Kolbenstange am Rahmen befestigt, so arbeitet
das System zusätzlich
nach Anspruch 6.
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Eine
Ausführungsmöglichkeit
für ein
System nach Patentanspruch 2, 5 und/oder 6 ist in Zeichnung 3 dargestellt
(Variante 3). Hier wird der durch zwei Federn (F1 und F2) in seiner
Normallage gehaltene Ventilschieber (VS) bei Beschleunigungen in
Arbeitsrichtung des Dämpfers
durch seine Massenträgheit in
seiner Lage gegen den Druck einer der beiden Federn verschoben und
verschließt
den Verbindungskanal (K) des Überströmsystems
für die
weiche Kennfeldgrenze. Ein vollständiges Blockieren der Lenkung
durch Lenkbewegungen ist bei diesem System zwar ausgeschlossen,
das Überströmsystem
für die
harte Kennfeldgrenze ist aber notwendig, um ein Blockieren der Lenkung
auch bei Beschleunigungen des gesamten Fahrzeugs in Arbeitsrichtung
des Lenkungsdämpfers
auszuschließen.
Wenn das Gehäuse an
einem festen Teil des Fahrzeugs und die Kolbenstange an einem Teil
der Lenkung befestigt ist, arbeitet diese Variante quer zur Fahrzeuglängsrichtung eingebaut
nach Anspruch 5. Wird Variante 3 mit dem Gehäuse an der Lenkung und der
Kolbenstange am Rahmen befestigt, so arbeitet das System zusätzlich nach
Anspruch 6.
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Eine
Ausführungsmöglichkeit
für ein
System nach Patentanspruch 1, 5 und/oder 6 ist in Zeichnung 4 dargestellt
(Variante 4). Hierbei wird analog zu Variante 2 die Dämpfung nicht
nur beschleunigungsabhängig,
sondern auch druckabhängig
moduliert wird. Hydraulisch ist eine Parallelschaltung mit Rückschlagventilen
möglich,
aber nicht notwendig, da das jeweils nicht tätige Ventil mechanisch geöffnet wird und
bei der Reihenschaltung nicht stört.
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Eine
Ausführungsmöglichkeit
für ein
System nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 ist in Zeichnung
5 dargestellt (Variante 5A und 5B). Hier wird eine Anordnung ähnlich wie
in Variante 4 gewählt, der
Ventilschieber ist jedoch dreiteilig, die mittlere Masse (M) erfasst
die Beschleunigungen quer zur Arbeitsrichtung des Lenkungsdämpfers analog
zu Variante 1, bei Beschleunigungen in Arbeitsrichtung des Dämpfers werden
auch die Massen der Ventilschieber (VS) wirksam. Je nach Anordnung
der Bohrungen im Bereich der Ventile arbeitet diese Variante nur beschleunigungsabhängig modulierend
(5A, Anspruch 2) oder beschleunigungs- und druckabhängig modulierend
(5, Anspruch 1) in vielfältigen
Kombinationsmöglichkeiten.
Dabei sind für
beide Varianten eine Parallelschaltung und zusätzliche Rückschlagventile erforderlich.
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Eine
Ausführungsmöglichkeit
für ein
System nach Patentanspruch 8 (Variante 6) ist in Zeichnung 6 dargestellt.
Es basiert auf Variante 3. Durch die zusätzlichen Druckräume (DR)
wird die Masse nach der Verschiebung durch die Beschleunigung von
dem mit zunehmender Dämpfung
ansteigenden Druck gegen die gegenüberliegende Seite des Gehäuses gedrückt und
die Ventilstellung bleibt erhalten, bis die Reibungskraft aufgrund
des mit abnehmender Winkelgeschwindigkeit sinkenden Drucks unter
die Federkraft absinkt.
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Eine
Ausführungsmöglichkeit
für ein
System nach Anspruch 9 besteht aus Variante 6 mit einem geänderten
Dämpferkolben,
der aus seiner definierten Mittellage heraus um einen gewissen Weg
nach beiden Seiten verschiebbar ist und dadurch den Leerweg erzeugt
(Variante 7). Den Kolben im Detail zeigt Zeichnung 7.
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Auch
die örtliche
Trennung von Dämpfer
und Schaltventilen ist für
alle Varianten möglich,
um die Schaltventile z. B. an der Radaufhängung oder an der Lenkanlage
mit weitem Abstand zur Drehachse (z. B. am Lenkerende) zu platzieren.
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Die
zu Variante 1 beschriebenen Einstellmöglichkeiten sind analog auch
für andere
Varianten möglich.
Bei allen Ausführungen
ist durch Druckentlastungsbohrungen (DE) sichergestellt, dass es durch
Volumenänderungen
in den einzelnen Kammern aufgrund der Ventilwege nicht zu verzögertem Ansprechen
kommt. Die Einstellvorrichtungen (Einst.) sind so ausgeführt, dass
sie keine Volumenänderungen
im hydraulischen System verursachen. Alle Varianten sind möglichst
genau im rechten Winkel zur Lenkachse zu montieren.