DE102009016985A1

DE102009016985A1 - Dämpfer mit kompressiblem Fluid

Info

Publication number: DE102009016985A1
Application number: DE102009016985A
Authority: DE
Inventors: Thomas Naber
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2009-12-24
Also published as: US20110049774A1; US8844912B2; WO2009124743A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dämpfer für ein Fahrzeug, mit einem Balgkolben (304), einem Balg (306) und einem Fluid als Dämpfungsmedium. Der Dämpfer weist eine an dem Balgkolben (304) angeordnete erste Trennwand (114, 414) auf, die ausgebildet ist, um einen Volumenbereich des Balgkolbens (304) von einem Volumenbereich des Balgs (306) abzutrennen. Die erste Trennwand (114, 414) weist eine erste Öffnung (430) auf, die ausgebildet ist, um einen Fluidstrom zwischen dem Volumenbereich des Balgkolbens (304) und dem Volumenbereich des Balgs (306) zu begrenzen. Der Dämpfer weist ferner eine gefederte Masse (112) auf, die innerhalb des Dämpfers angeordnet ist, um den Fluidstrom innerhalb des Dämpfers zu beeinflussen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dämpfer mit einem kompressiblen Fluid als Dämpfungsmedium.
Bei Fahrzeugen sind Stoßdämpferegelungen heutzutage üblich. Bei solchen Regelungen wird das Ziel verfolgt, entweder den Aufbau oder die ungefederten Massen zu beruhigen. Eine Regelung besteht typischerweise aus Sensoren, einer Elektronik und Aktuatoren. Dabei kommt der Schaltgeschwindigkeit eine besondere Bedeutung zu. Je schneller ein Bewegungszustand sensiert, ausgewertet und durch den Aktuator nachgeregelt werden kann, umso besser. Allerdings sind dabei Parameter wie Energieverbrauch und Kräfte zu berücksichtigen. Letztendlich ist die Regelung immer nur eine Reaktion auf einen nicht erwünschten Zustand. Das Problem ist nun, dass solche Regelungen hard- und softwaretechnisch aufwendig sind und sehr schnelle Regelungen zu einem hohen Energieverbrauch und einem hohen Verschleiß führen. Gleichzeitig bedarf aber insbesondere die Beruhigung der ungefederten Massen einer hohen Geschwindigkeit, da deren Eigenfrequenz ca. eine 10er-Potenz höher liegt, als die Eigenfrequenz des Aufbaus.
Bekannte Regelungen weisen Weg-, Druck- und/oder Beschleunigungssensoren, eine oder mehrere ECUS und Aktuatorventile auf, die je nach System, Ventile oder elektrische Kraftelemente sind. Wird ein unerwünschter Bewegungszustand durch einen oder mehrere Sensoren erkannt, kann der Dämpfer in einem Bereich zwischen hart und weich variiert werden, so dass als Ergebnis eine verbessernde oder zumindest nicht verschlechternde Kraft auf Aufbau und/oder Achse wirken kann.
11 zeigt eine Darstellung eines herkömmlichen Luftfederbalgs, der als Dämpfer eingesetzt werden kann, wenn der Balgkolben ein separates Volumen bildet, welches durch eine Drossel oder ein Ven til mit drosselnder Wirkung mit dem Balgvolumen verbunden ist. Der Luftfederbalg weist einen Boden 302, einen Balgkolben 304, einen Balggummi 306 und einen Balgdeckel 308 auf.
Luftdämpfer können eine dazwischen geschaltete Drossel aufweisen, die den Gasstrom regeln kann.
Bisher sind Drosselorgane bekannt, die einen festen Drosselquerschnitt aufweisen oder Drosseln, die einen Querschnitt aufweisen, der als Funktion des Druckunterschieds im Balg und im Zusatzvolumen verändert ist.
Prof. Gold hat bereits in den 1970er Jahren nachgewiesen, dass es für solche Dämpfsysteme eine max. Dämpfarbeit gibt, die mit herkömmlichen Mitteln nicht weiter gesteigert werden kann.
Für die meisten Anwendungen in Fahrzeugen ist die sich daraus ergebende Dämpfarbeit zu gering, so dass ein Einsatz als Dämpfer nicht möglich ist. Möglich wird so ein System für Primärdämpfungen von Fahrzeugen, wenn durch eine gezielte Beeinflussung der Drossel während einer Schwingamplitude, also mind. 10 Hz, die Dämpfarbeit mehr als verdoppelt wird.
12 zeigt, in welcher Weise die Drossel für die gezielte Beeinflussung zwischen offen und geschlossen verstellt werden muss. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen. Zeitintervalle 1201 kennzeichnen Zustände, in denen die Drossel zu ist und Zeitintervalle 1202 kennzeichnen Zustände, in denen die Drossel auf ist.
Idealerweise, aber technisch unmöglich, müsste in den jeweiligen Totpunkten (OT, UT) ein vollständiger Luftaustausch in unendlich kurzer Zeit stattfinden.
Bei so einem System ist die Dämpfarbeit jeweils die Fläche in einem F-s-Diagramm (Kraft-Weg-Diagramm).
13 zeigt in einem solchen F-s-Diagramm einen Vergleich einer geregelten zu einer ungeregelten Drossel. Gezeigt sind ein Flächeninhalt 1301, der einer „Dämpferarbeit geregelt” entspricht sowie ein Flächeninhalt 1302, der einer „Dämpferarbeit ungeregelt” entspricht.
Herausforderung an einem solchen Ventil und an einer solchen Regelung ist nun die hohe Regelgeschwindigkeit und die großen Ventilquerschnitte für den großen Luftmassenausgleich.
Prinzipiell möglich ist eine Verstellung durch einen Druck- oder Wegsensor, der die Totpunkte oder eine Annäherung an die Totpunkte erkennt, in Verbindung mit einer Regelelektronik und einem speziellen Ventil.
Nachteilig an solch einer Lösung sind die hohen Ventil- und Elektronikkosten sowie die komplexe Regelung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Dämpfer zu schaffen, der eine verbesserte Dämpfungseigenschaft ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Dämpfer gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein grundsätzlicher Erfindungsgedanke beruht auf der Antwort auf die Frage, welche mechanischen Möglichkeiten es für die Detektion der Totpunkte bei gleichzeitiger sinnvoller Drosselquerschnittsveränderung gibt.
Die erfindungsgemäße Antwort auf diese Frage besteht in einer seismischen Masse, die sich quasi „Erd”-fest bei einer Straßenanregung des Balgkolbens verhält und durch die Relativbewegung nach der gewünschten Sollregelung Überströmkanäle öffnet oder schließt.
Mit so einem System wird der „Umweg” des Totpunktsignals über eine Regelelektronik und einen Aktuator praktisch ausgeschlossen. Der Sensor, in diesem Fall die Umkehrrichtung des Balgkolbens relativ zur fast „erdfesten” Schwingmasse schaltet direkt und ohne Zeitverzug.
Erfindungsgemäß können dabei auch Probleme gelöst werden, die sich in den realen Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben und zu Abweichungen von der „Ideal”-Dämpfung führen. So können die Druckunterschiede in den beiden Volumina ggf. zu dynamischen Effekten führen, die zu berücksichtigen sind. Eine technische Lösung löst dieses Problem des Druckeinflusses vollständig, in dem ein Schieberprinzip anstatt eines Sitzprinzips eingesetzt wird. Zum anderen soll die Masse gefedert und gedämpft werden. Dies führt zu zusätzlichen ungewünschten Kräften und zu mindestens einer Eigenfrequenz, in der auf keinen Fall charakteristische Eigenfrequenzen der zu bedämpfenden Teile liegen dürfen.
Somit wird gemäß dieser ersten Ausgestaltung ein „seismisches Ventil” zur Dämpfkraftverstärkung eines Dämpfers auf Basis eines kompressiblen Fluids vorgeschlagen.
Dieser Erfindung liegt ferner der Gedanke zugrunde, dass die Frequenz einer zu dämpfenden Masse, beispielsweise eine Aufbaufrequenz eines Fahrzeugaufbaus, selbst genutzt werden kann, um einen Fluidstrom zu erzeugen, der eine Systemkinematik beeinflussen kann. Beispielsweise kann die Aufbaufrequenz genutzt werden, um ein Ventil zu steuern, das dann den Fluidstrom ermöglicht. Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Regelung gegebenenfalls zusätzlich noch die Grundsteuerung überlagern.
Somit wird gemäß dieser weiteren Ausgestaltung ein Feder-Masse-System vorgeschlagen, das mit der gleichen Eigenfrequenz schwingt, wie die zu dämpfende Masse, beispielsweise die ungefederte Masse eines Fahrzeugs.
Alle Ansätze verbindet der gemeinsame erfinderische Gedanke, dass eine Relativbewegung einer bewegten Masse in Bezug auf eine Ventilöffnung genutzt werden kann, um die Dämpfungseigenschaft des Dämpfers zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Dämpfer für ein Fahrzeug, mit einem Balgkolben, einem Balg und einem Fluid als Dämpfungsmedium, mit folgenden Merkmalen: einer an dem Balgkolben angeordne ten ersten Trennwand, die ausgebildet ist, um einen Volumenbereich des Balgkolbens von einem Volumenbereich des Balgs abzutrennen; einer ersten Öffnung in der ersten Trennwand, wobei die erste Öffnung ausgebildet ist, um einen Fluidstrom zwischen dem Volumenbereich des Balgkolbens und dem Volumenbereich des Balgs zu begrenzen; und einer gefederten Masse, die innerhalb des Dämpfers angeordnet ist, um den Fluidstrom innerhalb des Dämpfers zu beeinflussen.
Bei dem Dämpfer kann es sich um einen Federbalg und insbesondere um einen Luftfederbalg handeln. Der Dämpfer kann zwischen einer Fahrzeugachse und einem Fahrzeuggestell angeordnet sein, um Bewegungen zwischen der Achse und dem Fahrzeuggestell, relativ zueinander, zu dämpfen. Der Balgkolben kann als formstabiler Körper ausgebildet sein, der einen Abrollkörper für den Balg ausformen kann. Der Balg kann aus einem elastischen Material bestehen und mit dem Balgkolben fest verbunden sein. Der Volumenbereich des Balgkolbens und der Volumenbereich des Balgs können mit dem Fluid gefüllt sein. Ein durch das Fluid hervorgerufener Innendruck kann einer Abrollbewegung des Balgs über den Balgkolben entgegenwirken. Die Trennwand kann ein formstabiles Element, beispielsweise ein Platte sein, die fest mit dem Balgkolben verbunden sein kann. Somit führt eine Bewegung des Balgkolbens zu einer entsprechenden Bewegung der Trennwand. Die Trennwand kann den Balgkolben gegenüber dem Balg in Bezug auf das Fluid dicht abschließen, so dass ein Fluid-Austausch zwischen dem Balgkolben und dem Balg ausschließlich über die Öffnung der Trennwand erfolgen kann. Die gefederte Masse kann eine schwingend gelagerte oder aufgehängte Masse sein. Die gefederte Masse kann den Fluidstrom beeinflussen, indem sie die Öffnung in der Trennwand ganz oder teilweise verschließt. Ferner kann die gefederte Masse den Fluidstrom beeinflussen, indem sie aufgrund einer Relativbewegung in Bezug auf die Trennwand einen Druckunterschied zwischen einer der gefederten Masse zugewandten Seite und einer der gefederten Masse abgewandten Seite der Trennwand schafft.
Gemäß einer Ausführungsform kann die gefederte Masse eine gefederte Masse sein, die eine vorbestimmte Trägheit aufweist, so dass die gefederte Masse bei einer zu dämpfenden Bewegung des Balgkolbens aufgrund der vorbestimmten Trägheit weitgehend in Ruhe bleibt. Die gefederte Masse kann somit eine seismische Masse bilden, die ansprechend auf eine Bewegung des Balgkolbens in Ruhe bleibt. Dabei kann die Trägheit der gefederten Masse so ausgebildet sein, dass die gefederte Masse in Bezug auf typische Bewegungen des Balgkolbens, die beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen werden, weitgehend in Ruhe bleibt. Weitgehend in Ruhe bleiben kann hier geringförmige Auslenkungen der gefederten Masse, aufgrund der Bewegung des Balgkolbens, beinhalten, die mit vertretbarem Aufwand nicht zu vermeiden sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die gefederte Masse eine Resonanzfrequenz aufweisen, die auf eine Resonanzfrequenz einer von dem Dämpfer zu beruhigenden Masse abgestimmt ist. Auf diese Weise kann die Resonanzfrequenz zur Steuerung oder Regelung der Dämpfungswirkung des Dämpfers eingesetzt werden.
Beispielsweise kann die gefederte Masse ausgebildet sein, um bei einer vorbestimmten ersten Auslenkung, relativ zu der ersten Trennwand, die erste Öffnung zumindest teilweise zu verschließen. Somit kann die erste Öffnung ein Ventil bilden, dessen Öffnungsverhalten durch die gefederte Masse gesteuert werden kann.
Der Dämpfer kann eine zweite Trennwand mit einer zweiten Öffnung aufweisen, wobei die gefederte Masse zwischen der ersten und der zweiten Trennwand angeordnet sein kann, und bei dem die gefederte Masse ausgebildet sein kann, um bei einer vorbestimmten zweiten Auslenkung, relativ zu der zweiten Trennwand, die zweite Öffnung zumindest teilweise zu verschließen. Somit können die Trennwände ein Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen bilden, wobei ein Öffnungszustand der Öffnungen durch die gefederte Masse gesteuert werden kann.
Dabei kann die gefederte Masse über eine Feder mit zumindest einer der Trennwände verbunden sein.
Ferner kann die gefederte Masse eine dritte Öffnung aufweisen, die der ersten Öffnung gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die dritte Öffnung einen kleineren Querschnitt als die erste Öffnung aufweist. Über die dritte Öffnung ist ein Austausch des Fluids zwischen den beiden Seiten der gefederten Masse mögliche. Indem die dritte Öffnung der ersten Öffnung gegenüberliegend angeordnet ist, kann die erste Öffnung ständig, zumindest teilweise geöffnet sein. Somit ist beispielsweise ein Überdruckausgleich möglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Dämpfer ein Ventilgehäuse aufweisen, das mit dem Balgkolben verbunden ist und ausgebildet ist, um den Volumenbereich des Balgkolbens von dem Volumenbereich des Balgs abzutrennen, wobei das Ventilgehäuse die erste Trennwand mit der ersten Öffnung als eine obere Seitenwand, eine zweite Trennwand mit einer zweiten Öffnung als eine untere Seitenwand, eine obere Abdeckung und eine untere Abdeckung aufweist und wobei die gefederte Masse so innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet ist, das die gefederte Masse eine Relativbewegung zwischen der oberen und der unteren Abdeckung ausführen kann. Relativbewegung soll hier bedeuten, dass sich ein Abstand zwischen der gefederten Masse und der ersten Trennwand und ein Abstand zwischen der gefederten Masse und der zweiten Trennwand aufgrund der Relativbewegung verändern. In Bezug auf ein gemeinsames Koordinatensystem kann dies bedeuten, dass entweder die gefederte Masse eine Bewegung ausführt und der Balgkolben weitgehend in Ruhe bleibt, oder das die gefederte Masse weitgehend in Ruhe bleibt und der Balgkolben eine Bewegung ausführt. Ist die gefederte Masse als „seismische Masse” ausgeführt, so wird vorwiegend die gefederte Masse in Ruhe bleiben. Ist die gefederte Masse als Resonanzmasse ausgeführt, so wird vorwiegend der Balgkolben in Ruhe bleiben.
Dabei kann die Relativbewegung parallel zu einer Ausrichtung der oberen und der unteren Seitenwand verlaufen.
Beispielsweise können die obere und die untere Seitenwand zumindest annähernd parallel zu einer Seitenwand des Balgkolbens ausgerichtet sein. Somit kann die Relativbewegung der gefederten Masse direkt durch Bewegungen des Dämpfers angeregt werden, die parallel zu den Seitenwänden und somit entlang einer Wirkrichtung des Dämpfers verlaufen.
Die gefederte Masse kann eine Ruhestellung aufweisen, in der sich die gefederte Masse in einem Bereich zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung befinden kann und bei dem die gefederte Masse bei einer Relativbewegung in Richtung der oberen Abdeckung die erste Öffnung zumindest teilweise verschließen und bei einer Relativbewegung in Richtung der unteren Abdeckung die zweite Öffnung zumindest teilweise verschließen kann. Somit ist in der Ruhestellung ein Fluidaustausch durch die Öffnungen möglich.
Die gefederte Masse kann ausgebildet sein, um in dem Ventilgehäuse, einen an die obere Seitenwand und die obere Abdeckung angrenzenden oberen Raum von einem an die untere Seitenwand und die untere Abdeckung angrenzenden unteren Raum abzugrenzen, wobei die gefederte Masse mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist, die den oberen Raums mit dem unteren Raums verbinden kann. Somit kann die gefederte Masse als ein federnder Kolben fungieren, der sich zwischen der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung hin und her bewegen kann.
Dabei kann sich eine Ausrichtung der mindestens einen Durchgangsöffnung von einer Ausrichtung der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung unterscheiden. Beispielsweise können die erste und die zweite Öffnung in Bezug auf die Durchgangsöffnung quer angeordnet sein.
Ferner kann der Dämpfer ein in dem Ventilgehäuse angeordnetes Dämpfungssystem aufweisen.
Auch kann der Dämpfer dämpfende Endanschläge aufweisen, die in dem Ventilgehäuse angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Dämpfer mindestens ein Drehgelenk aufweisen, das ausgebildet ist, um die gefederte Masse gegenüber dem Balgkolben schwingend zu lagern. Auf diese Weise kann ein Masseschwinger nach dem Sitzprinzip realisiert werden. Das Drehgelenk kann eine Feder aufweisen. Mittels der Feder kann die gefederte Masse in einer Mittelstellung gehalten werden.
Dabei kann das mindestens eine Drehgelenk mit der ersten Trennwand verbunden sein.
Ferner kann das mindestens eine Drehgelenk einen Hebelarm aufweisen und ein erstes Ende des Hebelarms kann mit der gefederten Masse und ein zweites Ende des Hebelarms kann mit einer Schwingmasse verbunden sein.
Dabei kann die Schwingmasse eine vorbestimmte Trägheit aufweisen, so dass die gefederte Masse bei einer zu dämpfenden Bewegung des Balgkolbens aufgrund der vorbestimmten Trägheit weitgehend in Ruhe bleibt. In diesem Fall kann die gefederte Masse ein sehr geringes Gewicht aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Dämpfer eine Regeleinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Bewegung der gefederten Masse gemäß einer vorbestimmten Regelcharakteristik zu regeln. Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung der Dämpfungscharakteristik.
Beispielsweise kann die Regeleinrichtung ausgebildet sein, um die Bewegung der gefederten Masse über eine magnetische Kopplung zu beeinflussen. Eine solche Kopplung kann einfach realisiert werden.
Dazu kann die Regeleinrichtung eine Spulenanordnung oder andere elektrische Beeinflussungsanordnung aufweisen.
Ferner kann der Dämpfer eine Bremseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Bewegung der gefederten Masse, relativ zu der ersten Trennwand, zu bremsen. Somit kann ein Schwingverhalten der gefederten Masse beeinflusst werden.
Dazu kann die Bremseinrichtung ausgebildet sein, um einen durch die Bewegung der gefederten Masse, relativ zu der ersten Trennwand, erzeugten Druckunterschied innerhalb des Dämpfers zur Erzeu gung von Druckluft in einem mit dem Dämpfer gekoppelten Speicher zu nutzen.
Auch kann die Bremseinrichtung ausgebildet sein, um durch eine Bewegung der gefederten Masse einen elektrischen Strom zu erzeugen. Auf diese Weise kann Energie zurückgewonnen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die gefederte Masse als Magnet ausgebildet sein. Dadurch ist sowohl eine Beeinflussung der Bewegung der gefederten Masse in Relation zu dem Balgkolben als auch eine Energierückgewinnung realisierbar.
Gemäß einer weitern Ausführungsform kann die gefederte Masse innerhalb des Balgkolbens angeordnet sein. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Federbalgs;
2 eine Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Federbalgs;
3 eine Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Federbalgs;
4 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils;
5 eine weitere Darstellung des erfindungsgemäßen Ventils;
6 eine Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ventils;
7 eine weitere Darstellung des weiteren erfindungsgemäßen Ventils;
8 eine Darstellung eines Ventils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
9 eine weitere Darstellung des Ventils gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel;
10 eine graphische Darstellung einer erfindungsgemäßen Drosselphilosophie;
11 eine Darstellung eines Federbalgs gemäß dem Stand der Technik;
12 eine Darstellung idealer Drosselstellungen; und
13 eine Darstellung einer Kraft-Weg-Diagramms.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
1 zeigt einen Dämpfer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Dämpfer kann es sich um den anhand von 3 beschriebenen Luftfederbalg mit den Merkmalen 302, 304, 306, 308 handeln. Erfindungsgemäß weist der Federbalg zusätzlich eine gefederte Masse 112 auf.
Die gefederte Masse 112 ist so innerhalb des Federbalgs angeordnet, dass sie einen Fluidstrom zwischen dem Federbalg und dem im Balgkolben befindlichen Zusatzvolumen beeinflussen kann. Der Fluidstrom entsteht beispielsweise bei einer Kompression oder Entspannung des Federbalgs. Die gefederte Masse 112 ist in Ihrer Eigenfrequenz auf die Eigenfrequenzen des Fahrzeugs abgestimmt. Sie kann den Fluidstrom beeinflussen, indem sie bei Anregung in Eigenfrequenz durch die starke Auslenkung die Verbindungsleitung zwischen Balgvolumen und Zusatzvolumen kurzzeitig verschließt. Damit wird eine höhere Dämpfkraft erzielt. Gemäß diesem Ausführungsbei spiel ist die gefederte Masse dazu in einem Übergangsbereich zwischen dem Balgkolben 304 und einem von dem Balggummi 306 gebildeten Balg angeordnet und kann Schwingbewegungen in Richtung des Bodens 302 und in Richtung des Balgdeckels 308 ausführen.
Der Federbalg in Verbindung mit einem Zusatzvolumen kann eingesetzt werden, um eine Bewegung einer Masse, beispielsweise eines Fahrzeuges zu dämpfen. Um die Dämpfungseigenschaften des Federbalgs zu verbessern, kann die gefederte Masse 112 eine Resonanzfrequenz aufweisen, die auf eine Resonanzfrequenz der von dem Federbalg zu beruhigenden Masse abgestimmt ist. Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz f_Res der gefederten Masse der Resonanzfrequenz der zu beruhigenden Masse entsprechen. Die Resonanzfrequenz f_Res der gefederten Masse kann in diesem Fall gemäß der folgenden Formel bestimmt werden:
mit

c: = Federsteifigkeit des Federbalgs
m: = Gewicht der zu beruhigenden Masse.

Der in 1 gezeigte Federbalg kann eine erste Trenneinrichtung 114 aufweisen. Die erste Trenneinrichtung 114 kann als Trennwand ausgebildet sein, die einen Volumenbereich des Balgkolbens 304 von einem Volumenbereich des Balgs abtrennt. Dazu kann die erste Trenneinrichtung 114 mit dem Balgkolben 304 verbunden sein. Die erste Trenneinrichtung 114 weist mindestens eine erste Öffnung auf. Die erste Öffnung kann den Fluidstrom begrenzen. Die gefederte Masse 112 kann ausgebildet sein, um in Richtung der ersten Trennwand 114 zu schwingen und bei einer vorbestimmten ersten Auslenkung die erste Öffnung vollständig oder teilweise zu verschließen.
Der Federbalg kann eine zweite Trenneinrichtung mit einer zweiten Öffnung aufweisen. Die zweite Trenneinrichtung kann entsprechend der ersten Trenneinrichtung ausgebildet sein. Die gefederte Masse 112 kann zwischen der ersten Trenneinrichtung 114 und der zweiten Trenneinrichtung angeordnet sein. Die gefederte Masse 112 kann ferner ausgebildet sein, um in Richtung der zweiten Trennwand zu schwingen und bei einer vorbestimmten zweiten Auslenkung die zweite Öffnung vollständig oder teilweise zu verschließen. Dazu kann die gefederte Masse 112 über eine Feder 116 mit einer der Trenneinrichtungen 114 verbunden sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Feder 116 mit der zweiten Trenneinrichtung verbunden. Das im Balgkolben eingeschlossene Volumen kann alternativ durch weitere nicht im Balg befindliche Zusatzvolumina vergrössert werden.
Um die erste oder die zweite Öffnung nicht vollständig zu verschließen, kann die gefederte Masse 112 eine dritte Öffnung aufweisen. Die dritte Öffnung kann so angeordnet sein, dass sie der ersten bzw. zweiten Öffnung gegenüber liegt. Somit kann der Fluidstrom weiterhin durch die dritte Öffnung fließen, wenn die gefederte Masse 112 an der ersten oder zweiten Trenneinrichtung 114 anliegt. Dabei wird der Fluidstrom jedoch abgebremst. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die dritte Öffnung einen kleineren Querschnitt als die erste bzw. die zweite Öffnung aufweist.
Schwingt die gefederte Masse 112 mit ihrer Resonanzfrequenz, so kann die gefederte Masse 112 ein Resonanzventil für den Federbalg ausbilden. Durch das Resonanzventil kann der Fluidstrom innerhalb des Federbalgs beeinflusst werden.
Der Federbalg kann ferner eine Regeleinrichtung 118 aufweisen. Die Regeleinrichtung 118 kann ausgebildet sein, um die Bewegung oder Schwingung der gefederten Masse 112 gemäß einer vorbestimmten Regelcharakteristik zu regeln. Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist beidseitig der gefederten Masse 112 eine Spule oder eine ähnliche Einrichtung zur übergeordneten Beeinflussung der Steuercharakteristik oder Regelcharakteristik angeordnet. Über eine Spulenanordnung 118 oder andere elektrische Beeinflussungsanordnung kann die Regeleinrichtung 118 ausgebildet sein, um die Bewegung der gefederten Masse 112 über eine magnetische Kopplung abzubremsen bzw. zu beschleunigen.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt einen Luftfederbalg mit einem Zusatzvolumen und einem Resonanzventil mit bzw. ohne eine überlagerte Regelung. Das Zusatzvolumen, in dem die gefederte Masse 112 angeordnet sein kann, kann als Dämpfmöglichkeit in dem Balgkolben 304 vorgesehen sein. Unmittelbar in die Trennwand 114 zwischen Balg 306 und Kolben 304 kann ein Resonanzventil eingebaut sein.
Bei hohen Beschleunigungen oder großen Auslenkungen, insbesondere in der Eigenfrequenz kann das Ventil die Überströmbohrung in der Trennwand 114 verschließen. Der Luftstrom kann nur noch durch eine Überströmbohrung in der gefederten Masse 112 entweichen. Die Überströmbohrung in der gefederten Masse 112 weist einen anderen Querschnitt als die Überströmbohrung in der Trennwand 114 auf. Damit wird im Resonanzfall eine angepasste Dämpfung erreicht.
2 zeigt einen Federbalg gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Federbalg kann es sich wiederum um einen Luftfederbalg handeln, wie er in 3 gezeigt ist.
Alternativ zu dem in 1 gezeigten Federbalg kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel von einer Dämpfung über eine Drosseldissipation abgesehen werden und stattdessen eine Dämpfung über eine Tilgung und/oder eine Abgabe technischer Kompressionsarbeit erfolgen.
Hierzu kann in den Balgkolben 304 ein Resonanzmasse 112 eingebaut werden, die bei Eigenfrequenz schwingt und damit Druckluft oder alternativ elektrischen Strom erzeugt.
Der in 2 gezeigte Federbalg weist wiederum eine gefederte Masse 112 auf. Ferner kann der Federbalg eine Trenneinrichtung 114 aufweisen, die den Balgkolben 304 gegenüber dem Balg 306 abschließen kann. Die Trenneinrichtung 114 weist eine Öffnung auf, durch die der Fluidstrom fließen kann. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die gefederte Masse 112 innerhalb des Balgkolbens 304 angeordnet und über eine Feder 116 mit der Trenneinrichtung 114 verbunden.
Der Federbalg weist ferner eine Bremseinrichtung auf, die ausgebildet ist, um eine Bewegung der gefederten Masse 112 zu bremsen. Beispielsweise kann die Bremseinrichtung ausgebildet sein, um einen durch die Bewegung der gefederten Masse 112 erzeugten Druckunterschied innerhalb des Federbalgs zur Erzeugung von Druckluft zu nutzen. Dazu kann der Federbalg mindestens ein Ventil 222 aufweisen, über das ein Innenraum des Balgkolbens mit einem Speicher, beispielsweise einem Druckluftspeicher 224 verbunden werden kann. Das Ventil 222 kann in dem Boden 302 des Federbalgs angeordnet sein. Ein weiteres Ventil kann vorgesehen sein, um das Fluid in den Balgkolben zurückströmen zu lassen, wenn sich die gefederte Masse 112 von dem Boden 302 weg bewegt. In diesem Fall kann es sich um einen Luftfederbalg mit einer Trägheitsluftpumpe als Dämpfer ohne eine überlagerte Regelung handeln.
In einer alternativen Ausführung kann die gefederte Masse 112 als Permanentmagnet zur Erzeugung eines elektrischen Stroms ausgebildet sein. In diesem Fall kann der elektrische Strom durch die Bewegung der gefederten Masse 112, in Form eines Magneten, erzeugt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der erfindungsgemäße Ansatz für eine Federung bzw. Dämpfung eines Fahrzeuges und insbesondere der ungefederten Massen des Fahrzeugs eingesetzt werden.
Dabei berechnet sich die Eigenfrequenz f_eigen der ungefederten Massen m_R des Fahrzeugs wie folgt:
mit

f_eigen: = Eigenfrequenz der ungefederten Massen
C_Aufbau: = Federsteifigkeit der Aufbaufeder
C_Reifen: = Federsteifigkeit des Reifens
m_R: = ungefederte Massen

Somit muss auch das erfindungsgemäße Ventil ein solches Masse/Steifigkeitsverhältnis haben, das sich die Eigenfrequenz f_eigen einstellt.
Die Steuerung wird dann entsprechend so ausgelegt, dass die Eigenschaften positiv beeinflusst werden.
3 zeigt einen Dämpfer gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Dämpfer kann es sich um einen Dämpfer mit einem Boden 302, einem Balgkolben 304, einem Balg 306 und einen Balgdeckel 308 handeln, wie er bereits an Hand der vorstehenden Figuren beschrieben ist. Um die Dämpfungscharakteristik zu verbessern weist der Dämpfer wiederum eine gefederte Masse 112 auf, die im Inneren des Dämpfers angeordnet ist.
Der Dämpfer weist ein Ventil mit einem Ventilgehäuse auf, das innerhalb des Dämpfers, beispielswese in einem Übergangsbereich zwischen dem Balgkolben 304 und dem Balg 306 angeordnet sein kann. Das Ventilgehäuse ist fest mit dem Balgkolben 304 verbunden, so dass sich eine Bewegung des Balgkolbens 304 direkt auf das Ventilgehäuse überträgt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Ventilgehäuse mit einem, dem Boden 302 gegenüberliegenden Ende des Balgkolbens 304 verbunden und ragt sowohl in einen Volumenbereich des Balgs 306 als auch in einen Volumenbereich des Balgkolbens 304 hinein. Andere Anordnungen, beispielsweise vollständig im Inneren des Balgkolbens 304 sind ebenfalls möglich. Das Ventilgehäuse ist ausgebildet, um den Volumenbereich des Balgkolbens 304 von dem Volumenbereich des Balgs 306 abzutrennen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Ventilgehäuse eine obere Seitenwand 414, eine obere Abdeckung 416, eine untere Seitenwand 424 und eine untere Abdeckung 426 auf. Die Seitenwände 414, 424 können das Ventilgehäuse seitlich vollständig unschließen. Die Abdeckungen 416, 426 können mit den Seitenwänden 414, 424 abschließen und somit zusammen mit den Seitenwänden 414, 424 das geschlossenes Ventilgehäuse ausbilden. Die Seitenwände 414, 424 können jeweils mindestens eine Öffnung 430, 432 aufweisen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die obere Seitenwand 414 zwei gege nüberliegende Öffnungen 430 und die untere Seitenwand 424 zwei gegenüberliegende Öffnungen 432 auf.
Die Seitenwände 414, 424 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel parallel zu einer Seitenwand des Balgkolbens 304 und somit senkrecht zu dem Boden 302 und dem Deckel 308 ausgerichtet. Die Seitenwände 414, 424 können dabei einen zylinderförmigen Verlauf aufweisen. Die Abdeckungen 416, 426 können rechtwinklig zu den Seitenwänden 414, 424 und somit parallel zu dem Boden 302 und dem Deckel 308 ausgerichtet sein.
Die gefederte Masse 112 ist beweglich innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet. Beispielsweise kann die gefederte Masse über Federeinrichtungen mit der oberen Abdeckung 416 und/oder der unteren Abdeckung 426 verbunden sein. Insbesondere kann die gefederte Masse 112 eine Relativbewegung zwischen der oberen Abdeckung 416 und der unteren Abdeckung 426 ausführen. Das bedeutet, die gefederte Masse 112 und die obere Abdeckung 116 können sich so zueinander bewegen, dass sich ein Abstand zwischen der oberen Abdeckung 116 und der gefederten Masse 112 minimiert. In entsprechender Weise können sich die gefederte Masse 112 und die untere Abdeckung 126 so zueinander bewegen, dass sich ein Abstand zwischen der untern Abdeckung 126 und der gefederten Masse 112 minimiert.
In einer Ruhestellung kann die gefederte Masse 112 an einen Bereich der Seitenwände 414, 424 angrenzen, der zwischen den Öffnungen 430, 432 liegt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel grenzt die gefederte Masse 112 in der Ruhestellung an Ränder der Öffnungen 430, 432 an. Bewegen sich die gefederte Masse 112 und die obere Abdeckung 416 aufeinander zu, so kann die gefederte Masse 112 die Öffnung 430 zunächst abschnittsweise und später vollständig verschließen. Bewegen sich die gefederte Masse 112 und die untere Abdeckung 426 aufeinander zu, so kann die gefederte Masse 112 die Öffnung 432 zunächst abschnittsweise und später vollständig verschließen.
Die gefederte Masse 112 kann als eine Scheibe oder Platte ausgebildet sein, deren Umfang an die Seitenwände 414, 424 angepasst ist. Die gefederte Masse 112 kann so an die Seitenwände 414, 424 angrenzen, dass eine Bewegung der gefederten Masse 112 in Bezug auf die Seitenwände 414, 424 möglich ist und andererseits ein Durchfluss des Fluids zwischen der gefederten Masse 112 und den Seitenwänden verhindert oder zumindest begrenzt wird.
Die gefederte Masse 112 weist mindestens eine Durchgangsöffnung 434 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die gefederte Masse 112 zwei Durchgangsöffnungen 434 auf. Die Durchgangsöffnungen 434 können symmetrisch in der gefederten Masse 112 angeordnet sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Durchgangsöffnungen senkrecht zu einander gegenüberliegenden Oberflächen der gefederten Masse 112 ausgeführt.
Das in dem Dämpfer angeordnete Fluid kann von dem Volumenbereich des Balgs 306, durch die Öffnung 430 in eine obere Kammer des Ventilgehäuses strömen, und umgekehrt. Die obere Kammer wird dabei von der oberen Seitenwand 414, der oberen Abdeckung 416 und der gefederten Masse begrenzt. Von der oberen Kammer des Ventilgehäuses kann das Fluid durch die Durchgangsöffnung 434 in eine untere Kammer des Ventilgehäuses strömen. Die untere Kammer wird dabei von der unteren Seitenwand 424, der unteren Abdeckung 426 und der gefederten Masse 112 begrenzt. Ferner kann das Fluid von dem Volumenbereich des Balgkolbens 304, durch die Öffnung 432 in die untere Kammer des Ventilgehäuses strömen, und umgekehrt. Dabei ist eine Strömungsrichtung des Fluids durch die Öffnungen 430, 432 senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Fluids durch die Durchgangsöffnung 434.
Das Ventilgehäuse kann eine Koppeleinrichtung 440 aufweisen. Über die Koppeleinrichtung 440 kann die gefederte Masse 112 mit dem Ventilgehäuse verbunden sein. Die Verbindung kann über eine Mehrzahl von Federn erfolgen. Ferner kann die Koppeleinrichtung ein Dämpfungssystem aufweisen, das ausgebildet ist, um eine Bewegung oder Schwingung der gefederten Masse innerhalb des Ventilgehäuses zu dämpfen. Ferner kann die Koppeleinrichtung 440 Endanschläge aufweisen, die eine Bewegung der gefederten Masse in Richtung der Abdeckungen 116, 126 begrenzen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Koppeleinrichtung 440 zwei symmetrisch gegenüberliegend angeordnete Einheiten auf.
Die Masse der gefederten Masse 112 und eine Federaufhängung der gefederten Masse 112 können so gewählt werden, das die gefederte Masse in Bezug auf eine Bewegung des Balgkolbens 304 in Richtung des Deckels 308 oder des Bodens 302 eine solche Trägheit aufweist, dass die gefederte Masse 112 im Idealfall in Ruhe bleibt. Die Bewegung des Balgkolbens 304 kann beispielsweis durch eine Bewegung einer Achse eines Fahrzeugs hervorgerufen werden, deren Bewegung durch den Dämpfer gedämpft werden soll. Dazu kann der Dämpfer zwischen der Achse und einem Aufbau des Fahrzeugs angeordnet sein.
Das Ventilgehäuse bildet zusammen mit der gefederten Masse 112 ein Ventil, das in dem Dämpfer angeordnet ist.
Bei Anregung des Balgkolbens 304 durch eine Straßenanregung oder eine Aufbaubewegung wird der Balgkolben 304 vertikal bewegt. Das mit dem Balgkolben 304 fest verbundene Ventilgehäuse, verrichtet die gleichen Bewegungen wie der Balgkolben 304, weil es fest mit dem Balgkolben 304 verbunden, beispielsweise verschraubt, ist. Der sehr schwere Ventilkolben 112, der in sehr weichen Federn im Innern des Ventilgehäuses aufgehängt ist, macht diese Bewegungen nicht mit, sondern verhält sich weitgehend ruhig, im Verhältnis zum Boden 302. Der Ventilkolben 112 bewegt sich also relativ zum Ventilgehäuse. Dadurch werden die Ventil-Luftdurchlassbohrungen 430, 432 bei Auslenkung geschlossen und nur in der relativen Ventilmittelstellung geöffnet.
Dadurch wird die Dämpfkraft des Dämpfers gesteigert.
Bei dem in 3 gezeigten Dämpfer kann es sich somit um einen Luftdämpfer, bestehend aus einem variablen Volumen, nämlich dem Luftfederbalg, einem konstanten Volumen, nämlich dem Zusatzvolumen und einer dazwischen geschalteten Drossel handeln, die den Gasstrom regelt. Beispielsweise kann es sich bei dem Gas um Luft handeln.
13 verdeutlicht die Steigerung der Dämpfkraft für das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfers anhand des Kraft-Weg Diagramms.
Da die maximale Dämpfarbeit gleich der Fläche 1302 einer Hysteresekurve im Kraft-Weg-Diagramm ist, kann durch den nicht linearen Verlauf der Kraft über dem Weg, durch Ventilschaltung während einer Sinuswelle, die Dämpfkraft gesteigert werden.
Das Ventil kann als Ventil mit „Seismischer Masse” bezeichnet werden. Ein ähnliches Prinzip wird bei Seismischen Wegsensoren verwendet.
Damit Fehlfunktionen ausgeschlossen werden können, kann das Ventil noch um ein ventil-internes Dämpfsystem und um dämpfende Endanschläge erweitert werden.
Die 4 und 5 zeigen Detaildarstellungen des in 3 gezeigten Ventils. Dabei ist der Masseschwinger 112 nach Schieberprinzip, d. h. ohne Druckdifferenzeinfluss, mit mechanischen Feder 542, Luftdämpfer 544 und Gummiendanschlag ausgeführt.
4 zeigt eine Mittelstellung des Ventils. Eine in dieser Position mögliche Strömung ist mit dem Bezugszeichen 560 versehen.
5 zeigt eine Stellung des Ventils bei einer Beschleunigung nach oben. Die Schwingmasse 112 kann dabei eine Masse m aufweisen. Eine Beschleunigungsrichtung ist mit dem Bezugszeichen 572 und eine Richtung Massenkraft mit dem Bezugszeichen 572 versehen. Eine Druckdifferenz ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht vorhanden. Die Beschleunigungsrichtung 572 ist dabei der Richtung Massenkraft 574 entgegengesetzt.
Das in den 5 und 6 gezeigte Ventil besteht im Wesentlichen aus der Schwingmasse 112, die sich in einem Gehäuse federnd bewegen kann und in der Mittelstellung den Luftstrom 560 ermöglicht. Wird das Gehäuse stark beschleunigt, überwiegt die Trägheit der Schwingmasse 112 die Federkraft der Feder 542 und es tritt an der Schwingmasse 112 kaum eine Beschleunigung auf; die Schwingmasse 112 bleibt relativ zur Umgebung in Ruhe. Dadurch werden die Luftkanäle geschlossen und ein Druckausgleich ist nicht gegeben. Durch das Schieberprinzip bietet dieses Ausführungsbeispiel keine Angriffsfläche für die auftretenden Druckunterschiede.
Die Räume für die mechanischen Federn 542 werden gleichzeitig als Dämpfervolumina 544 genutzt und sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel deshalb über eine, ggf. einstellbare Drosselbohrung verbunden. Schwächt sich die Beschleunigung ab, was vor jedem Totpunkt der Fall ist, überwiegt schließlich die Federkraft wieder, die Schwingmasse bewegt sich zurück zur Mitte und ermöglicht damit in der Nähe der Totpunkte kurzzeitig einen Luftausgleich. Danach ergibt sich üblicherweise eine Beschleunigung in Gegenrichtung, was zum erneuten Verschließen des Luftstromes führt, diesmal die Bohrungen der gegenüberliegenden Seite.
Es wird deutlich, dass Schwingmasse 112, Federsteifigkeit und Dämpfung eingestellt und aufeinander abgestimmt werden müssen, damit die idealen Öffne- und Schließ-Zeitpunkte getroffen werden.
Die 6 und 7 zeigen ein Ventil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ventil kann beispielsweise anstelle des in 3 gezeigten Ventil in einem Federbalg eingesetzt und entsprechend dem in 3 gezeigten Ventil angeordnet werden. Eine erste Trennwand 114 des Ventils kann, entsprechend dem in 3 gezeigten Ventilgehäuse fest mit einem Kolben eines Federbalgs verbunden sein, und einen Volumenbereich des Kolbens von einem Volumenbereich des Balgs abtrennen. Bei dem in den 6 und 7 gezeigten Ventil handelt es sich um einen Masseschwinger nach Sitzprinzip mit Maximaldruckbegrenzung.
In 6 ist das Ventil in Mittelstellung gezeigt. Gezeigt sind zwei Schwingmassen 684, die jeweils über ein Drehgelenk 682 mit einer Verschlussplatte 112 verbunden sind. Die Schwingmassen 684 bilden somit zusammen mit der Verschlussplatte 112 eine gefederte Masse. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Masse der Verschlussplatte 112 geringer als die Massen der Schwingmassen 684 sein. Die Drehgelenke 682 können jeweils als gefedertes Drehgelenk ausgeführt sein. Es können auch mehr oder weniger als die gezeigten zwei Drehgelenke 682 eingesetzt werden. Die Verschlussplatte 112 ist zwischen der ersten Trennwand 114 und einer zweiten Trennwand angeordnet, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die erste Trennwand 114 weist eine erste Öffnung und die zweite Trennwand weist eine zweite Öffnung auf. Die erste Öffnung ist der zweiten Öffnung gegenüberliegend angeordnet. Die Drehgelenke 682 sind zwischen der ersten Trennwand 114 und der zweiten Trennwand angeordnet. Die Schwingmassen 684 sind jeweils auf einer der Verschlussplatte 112 gegenüberliegenden Seite des entsprechenden Drehgelenks 682 angeordnet. Die Schwingmassen 684 können jeweils über einen in dem jeweiligen Drehgelenk 682 gelagerten Hebel mit der Verschlussplatte 112 verbunden sein. Dabei können die Hebel beweglich mit der Verschlussplatte 112 verbunden sein. Die Drehgelenke 682 ermöglichen eine Bewegung der Verschlussplatte 112 und der Schwingmassen 684 relativ zu der ersten Trennwand 114. Die Verschlussplatte 112 kann sich der ersten Trennwand 114 soweit annähern, dass die erste Öffnung der ersten Trennwand 114 durch die Verschlussplatte 112 verschlossen wird. In entsprechender Weise kann sich die Verschlussplatte 112 der zweiten Trennwand soweit annähern, dass die zweite Öffnung der zweiten Trennwand durch die Verschlussplatte 112 verschlossen wird. Je nach Ausführungsform können die erste und die zweite Öffnung durch die Verschlussplatte 112 vollständig oder zumindest teilweise verschlossen werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Verschlussplatte 112 einen Durchmesser auf, der an die erste Öffnung der Trennwand 114 angepasst ist, so dass sich die Verschlussplatte 112 zumindest teilweise in die erste Öffnung hineinbewegen kann. Aufgrund der Drehgelenke 682 führen die Schwingmassen 684 eine, der Verschlussplatte 112 entgegengesetzte Bewegung aus. Beispielsweise bewegt sich die Verschlussplatte 112 zu der ersten Trennwand 114 hin, wenn sich die Schwingmassen 684 von der ersten Trennwand 114 weg bewegen. Die erste Trennwand kann im Bereich der Schwingmassen 684 Aussparungen aufweisen, die eine entsprechende Bewegung der Schwingmassen 684 ermöglichen. Die Schwingmassen 684 können jeweils eine Masse m aufweisen.
In der in 6 gezeigten Mittelstellung ist eine Strömung 560 durch die erste und die zweite Öffnung, vorbei an der Verschlussplatte 112 möglich. Dazu können die erste Trennwand 114 und die zweite Trennwand eine entsprechende Aussparung im Bereich der Mittelstellung der Verschlussplatte 112 aufweisen.
In der in 7 gezeigten Stellung bei Beschleunigung nach oben verschließt die Verschlussplatte 112 die erste Öffnung, so dass keine Strömung durch die erste Öffnung möglich ist.
Eine Beschleunigungsrichtung ist mit dem Bezugszeichen 572 und eine Richtung Massenkraft mit dem Bezugszeichen 574 versehen. Eine Druckdifferenz ist mit dem Bezugszeichen 576 versehen. Die Beschleunigungsrichtung 572 ist dabei gleich der Richtung der Massenkraft 574 an der Verschlussplatte und entgegengesetzt der Richtung der Massenkraft 574 an den Schwingmassen 112 und der Richtung der Druckdifferenz 576.
Das in den 6 und 7 gezeigte Ventil besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse, bestehend aus der ersten Trennwand 114 und der zweiten Trennwand, einem oder mehreren Hebeln die einseitig die Schwingmassen 112 aufnehmen, und einer sehr leichten Verschlussplatte 112, die den Luftstrom 560 ermöglicht oder verhindert. Diese Verschlussplatte 112 ist mit der anderen Seite des und/oder der Hebel drehgelenkig verbunden.
Die Hebel können auch radial um den Ventilmittelpunkt angebracht sein und somit aus einem Teil gefertigt sein, ähnlich einer Membranfeder einer Kupplung.
Wird der Balgkolben (gezeigt in 3) und somit das Ventilgehäuse nach oben beschleunigt, so bleiben die Schwingmassen 112 aufgrund ihrer Trägheit relativ zur Umgebung quasi in Ruhe. Damit entsteht eine Drehbewegung in den Drehgelenken 682 und die Verschlussplatte 112 schließt den Luftströmungskanal. Bei der Beschleunigung nach oben wird das bewegliche Volumen, d. h. der Balg (gezeigt in 3) komprimiert, sodass eine Druckdifferenz zwischen der Verschlussplattenoberseite und -unterseite bewirkt wird.
Dies hat eine Kraftkomponente nach unten zur Folge, die sich mit steigender Druckdifferenz vergrößert. Diese Komponente kann als Überlastschutz für das Ventil genutzt werden.
Auch bei dieser Ventilart ist auf zweckgebundene Abstimmung der Flächen, Massen und der Feder- und Dämpferelemente zu achten.
Die 8 und 9 zeigen ein Ventil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ventil kann beispielsweise entsprechend dem in 3 gezeigten Ventil in einem Federbalg eingesetzt und entsprechend dem in 3 gezeigten Ventil angeordnet werden. Bei dem in den 8 und 9 gezeigten Ventil handelt es sich um einen Masseschwinger nach Sitzprinzip mit Druckverstärkung und Extremdruckdrossel.
In 8 ist das Ventil in Mittelstellung gezeigt. Gezeigt ist eine Schwingmasse 112, die entsprechend der in 6 gezeigten Verschlussplatte angeordnet ist. Die Schwingmasse 112 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Drehgelenken 682 verbunden. Dabei kann die Schwingmasse 112 jeweils beweglich über einen Hebel mit dem jeweiligen Drehgelenk 682 verbunden sein. Alternativ können auch mehr oder weniger als die gezeigten zwei Drehgelenke 682 eingesetzt werden. Bei den Drehgelenken 682 kann es sich um gefederte Drehgelenke 682 handeln. Aufgrund der Lagerung kann die Schwingmasse 112 wiederum die erste Öffnung der ersten Trennwand 114 und die zweite Öffnung der zweiten Trennwand verschließen. Dabei kann die Schwingmasse 112 einen Durchmesser aufweisen, der jeweils größer als ein Durchmesser der ersten und zweiten Öffnung ist. Somit kann die Schwingmasse 112 bei einer Bewegung in Richtung der ersten Trennwand 114 an diese anstoßen und somit die erste Öffnung verschließen. Entsprechend dazu kann die Schwingmasse 112 bei einer Bewegung in Richtung der zweiten Trennwand an diese anstoßen und somit die zweite Öffnung verschließen.
Die Schwingmasse 112 kann eine Extremdruckdrossel 892 aufweisen, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Durchgangsloch ausgeführt ist. Das Durchgangsloch kann dabei einen wesentlich geringeren Durchmesser als die erste Öffnung aufweisen. Die Schwingmasse 112 kann eine Masse m aufweisen.
In der in 8 gezeigten Mittelstellung ist wiederum eine Strömung durch die erste und die zweite Öffnung, vorbei an der Schwingmasse 112 möglich.
In der in 9 gezeigten Stellung bei Beschleunigung nach oben verschließt die Schwingmasse 112 die zweite Öffnung, so dass lediglich durch die Extremdruckdrossel eine geringe Strömung durch die zweite Öffnung möglich ist.
Eine Beschleunigungsrichtung ist mit dem Bezugszeichen 572 und eine Richtung Massenkraft mit dem Bezugszeichen 574 versehen. Eine Druckdifferenz ist mit dem Bezugszeichen 576 versehen. Die Beschleunigungsrichtung 572 ist der Richtung der Massenkraft 574 und der Richtung der Druckdifferenz 576 entgegengesetzt.
Das in den 8 und 9 gezeigte Ventil kann somit aus den gleichen Komponenten bestehen, wie das in den 6 und 7 gezeigte Ventil, mit dem Unterschied, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Schwingmasse 112 und Verschlussplatte dasselbe Teil sind. D. h., dass die Verschlussplatte 112 schwer sein muss, damit sie seismisch in Ruhe bleibt. Bei einer Beschleunigung nach oben, bleibt nun wiederum die Schwingmasse 112 in Ruhe, so dass sich der Luftstromkanal verschließt. In diesem Fall führt aber eine große Druckdifferenz zu noch verstärkten Verschlusskräften. Dies kann zu verspätetem Wiederöffnen der Drossel führen. Dieses kann bis zu einem gewissen Grad durch eine Extremdruckdrossel 892 gelöst werden, die überdurchschnittlich hohen Druckunterschied gezielt ausgleichen kann. Zusätzlich kann dieses Problem auch wiederum durch gezielte Auslegung von Massen, Flächen und Feder- bzw. Dämpfereigenschaften beeinflusst werden.
In den 3 bis 9 sind Ventile für Luftdämpfer gezeigt, bei den sich, aufgrund weicher Federn und großer Massen, Kanäle in den Totpunkten oder in der Nähe der Totpunkte schließen. Dabei kann eine Druckunabhängigkeit durch ein Schieberprinzip gegeben sein.
Ferner kann ein integrierter Luftdämpfer zur Bedämpfung des Schwingmassenkolbens vorgesehen sein. Für die gezeigten Ventile kann eine Überlastsicherung vorgesehen sein. Bei dem in den 6 und 7 gezeigten Ventil kann die Überlastsicherung durch eine Hebelmechanik realisiert sein. Ferner können eine Druckverstärkung und eine Extremdruckdrossel vorgesehen sein, die erst bei einem definierten Druckunterschied Delta-p wirkt.
Die Drehgelenke können Gummifedern beinhalten.
10 zeigt eine Drosselphilosophie, die insbesondere den in den 3 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen zugrunde liegt. Dabei ist entsprechend zu 12 auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen. Zeitintervalle 1201 kennzeichnen Zustände, in denen die Drossel zu sein soll und Zeitintervalle 1202 kennzeichnen Zustände, in denen die Drossel auf sein soll. Die Zeitintervalle 1201, 1202 kennzeichnen somit Soll-Zustände. Die Zeitintervalle 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006 kennzeichnen Ist-Zustände. Das Zeitintervall 1001 kennzeichnet den Zustand „Drossel auf, möglichst kurz”, das Zeitintervall 1002 kennzeichnet den Zustand „Drossel zu, möglichst kurz nach OT”, das Zeitintervall 1003 kennzeichnet den Zustand „Drossel auf, möglichst kurz”, das Zeitintervall 1004 kennzeichnet den Zustand „Drossel zu, möglichst kurz nach OT”, das Zeitintervall 1005 kennzeichnet den Zustand „Drossel auf, möglichst kurz” und das Zeitintervall 1006 kennzeichnet den Zustand „Drossel zu, möglichst kurz nach OT”.
Man erkennt prinzipbedingt Abweichungen zwischen Soll und Ist, die aber bei geschickter Wahl der Parameter weitgehend reduziert werden können.
Als Feder ist in den Ausführungsbeispielenausdrücklich nicht nur eine mechanische Feder gedacht, sondern auch eine Gasfeder, mit ihrem bekanntermaßen nichtlinearen Verlauf.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch einen Dämpfer, beispielsweise einen Gasfederdämpfer, mit einem kompressiblen Fluid als Dämpfungsmedium. Der Dämpfer weist eine gefederte Masse auf, die innerhalb des Dämpfers angeordnet ist, um einen Fluidstrom innerhalb des Dämpfers zu beeinflussen oder durch Massenträgheit selbst zu dämpfen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft gewählt, und können miteinander kombiniert werden. Der erfindungsgemäße Ansatz ist nicht auf den beschriebenen Luftfederbalg begrenzt. Der Luftfederbalg soll hier stellvertretende für Federn bzw. Dämpfer stehen, die ein Fluid aufweisen, um eine Feder- bew. Dämpfwirkung bereitzustellen. Die Resonanzfrequenz der gefederten Masse kann einstellbar sein. Beispielsweise über eine Anpassung des Gewichts der gefederten Masse oder der Federsteifigkeit der Feder der gefederten Masse.

112: gefederte Masse
114: Trenneinrichtung
116: Feder
118: Regeleinrichtung
222: Ventil
224: Speicher
302: Boden
304: Balgkolben
306: Balg
308: Balgdeckel
414: obere Seitenwand
416: obere Abdeckung
424: untere Seitenwand
426: untere Abdeckung
430, 432: Öffnungen
434: Durchgangsöffnung
440: Koppeleinrichtung
542: Feder
544: Luftdämpfer
560: Strömung
572: Beschleunigungsrichtung
574: Richtung Massenkraft
576: Druckdifferenz
682: Drehgelenk
684: Schwingmasse
892: Extremdruckdrossel
1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006: Ist-Zustände
1201, 1202: Soll-Zustände
1301, 1302: Flächen

Claims

Dämpfer für ein Fahrzeug, mit einem Balgkolben (304), einem Balg (306) und einem Fluid als Dämpfungsmedium, mit folgenden Merkmalen: einer an dem Balgkolben angeordneten ersten Trennwand (114, 414), die ausgebildet ist, um einen Volumenbereich des Balgkolbens von einem Volumenbereich des Balgs abzutrennen; einer ersten Öffnung (430) in der ersten Trennwand, wobei die erste Öffnung ausgebildet ist, um einen Fluidstrom zwischen dem Volumenbereich des Balgkolbens und dem Volumenbereich des Balgs zu begrenzen; und einer gefederten Masse (112), die innerhalb des Dämpfers angeordnet ist, um den Fluidstrom innerhalb des Dämpfers zu beeinflussen.
Dämpfer gemäß Anspruch 1, bei dem die gefederte Masse (112) eine vorbestimmte Trägheit aufweist, so dass die gefederte Masse bei einer zu dämpfenden Bewegung des Balgkolbens (304) aufgrund der vorbestimmten Trägheit weitgehend in Ruhe bleibt.
Dämpfer gemäß Anspruch 1, bei dem die gefederte Masse (112) eine Resonanzfrequenz aufweist, die auf eine Resonanzfrequenz einer von dem Dämpfer zu beruhigenden Masse abgestimmt ist.
Dämpfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die gefederte Masse (112) ausgebildet ist, um bei einer vorbestimmten ersten Auslenkung, relativ zu der ersten Trennwand (114, 414), die erste Öffnung (430) zumindest teilweise zu verschließen.
Dämpfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer zweiten Trennwand (424) mit einer zweiten Öffnung (432), wobei die gefederte Masse (112) zwischen der ersten und der zweiten Trennwand angeordnet ist, und bei dem die gefederte Masse ausgebildet ist, um bei einer vorbestimmten zweiten Auslenkung, relativ zu der zweiten Trennwand, die zweite Öffnung zumindest teilweise zu verschließen.
Dämpfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die gefederte Masse (112) über eine Feder (116) mit einer der Trennwände (114) verbunden ist.
Dämpfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die gefederte Masse (112) eine dritte Öffnung aufweist, die der ersten Öffnung gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die dritte Öffnung einen kleineren Querschnitt als die erste Öffnung aufweist.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Ventilgehäuse, das mit dem Balgkolben (304) verbunden ist und ausgebildet ist, um den Volumenbereich des Balgkolbens von dem Volumenbereich des Balgs (306) abzutrennen, wobei das Ventilgehäuse die erste Trennwand mit der ersten Öffnung (430) als eine obere Seitenwand, (414), eine zweite Trennwand mit einer zweiten Öffnung (432) als eine untere Seitenwand (424), eine obere Abdeckung (416) und eine untere Abdeckung (426) aufweist und wobei die gefederte Masse so innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet ist, das die gefederte Masse eine Relativbewegung zwischen der oberen und der unteren Abdeckung ausführen kann.
Dämpfer gemäß Anspruch 8, bei dem die Relativbewegung parallel zu einer Ausrichtung der oberen und der unteren Seitenwand (414, 424) verläuft.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die obere und die untere Seitenwand (414, 424) zumindest annähernd parallel zu einer Seitenwand des Balgkolbens (306) ausgerichtet sind.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die gefederte Masse (112) eine Ruhestellung aufweist, in der sich die gefederte Masse in einem Bereich zwischen der ersten Öffnung (430) und der zweiten Öffnung (432) befindet und bei dem die gefederte Masse bei einer Relativbewegung in Richtung der oberen Abdeckung (416) die erste Öffnung zumindest teilweise verschließt und bei einer Relativbewegung in Richtung der unteren Abdeckung (426) die zweite Öffnung zumindest teilweise verschließt.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die gefederte Masse (112) ausgebildet ist, um in dem Ventilgehäuse, einen an die obere Seitenwand (414) und die obere Abdeckung (416) angrenzenden oberen Raum von einem an die untere Seitenwand (424) und die untere Abdeckung (426) angrenzenden unteren Raum abzugrenzen, wobei die gefederte Masse mindestens eine Durchgangsöffnung (434) aufweist, die den oberen Raums mit dem unteren Raums verbindet.
Dämpfer gemäß Anspruch 12, bei dem sich eine Ausrichtung der mindestens einen Durchgangsöffnung (434) von einer Ausrichtung der ersten Öffnung (430) und der zweiten Öffnung (432) unterscheidet.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, mit einem in dem Ventilgehäuse angeordneten Dämpfungssystem.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, mit dämpfenden Endanschlägen, die in dem Ventilgehäuse angeordnet sind.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, mit mindestens einem Drehgelenk (682), das ausgebildet ist, um die gefederte Masse (112) gegenüber dem Balgkolben (304) schwingend zu lagern.
Dämpfer gemäß Anspruch 16, bei dem das mindestens eine Drehgelenk (682) mit der ersten Trennwand (114) verbunden ist.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, bei dem das mindestens eine Drehgelenk (682) einen Hebelarm aufweist und bei dem ein erstes Ende des Hebelarms mit der gefederten Masse (112) und ein zweites Ende des Hebelarms mit einer Schwingmasse (684) verbunden ist.
Dämpfer gemäß Anspruch 18, bei dem die Schwingmasse (684) eine vorbestimmte Trägheit aufweist, so dass die gefederte Masse (112) bei einer zu dämpfenden Bewegung des Balgkolbens (304) aufgrund der vorbestimmten Trägheit weitgehend in Ruhe bleibt.
Dämpfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Regeleinrichtung (118), die ausgebildet ist, um eine Bewegung der gefederten Masse (112) gemäß einer vorbestimmten Regelcharakteristik zu regeln.
Dämpfer gemäß Anspruch 20, bei dem die Regeleinrichtung (118) ausgebildet ist, um die Bewegung der gefederten Masse (112) über eine magnetische Kopplung zu beeinflussen.
Dämpfer gemäß Anspruch 21, bei dem die Regeleinrichtung (118) eine Spulenanordnung oder andere elektrische Beeinflussungsanordnung aufweist.
Dämpfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Bremseinrichtung (222), die ausgebildet ist, um eine Bewegung der gefederten Masse (112), relativ zu der ersten Trennwand, zu bremsen.
Dämpfer gemäß Anspruch 23, bei dem die Bremseinrichtung (222) ausgebildet ist, um einen durch die Bewegung der gefederten Masse (112), relativ zu der ersten Trennwand, erzeugten Druckunterschied innerhalb des Dämpfers zur Erzeugung von Druckluft in einem mit dem Dämpfer gekoppelten Speicher (224) zu nutzen.
Dämpfer gemäß einem der Ansprüche 23 bis 24, bei dem die Bremseinrichtung ausgebildet ist, um durch eine Bewegung der gefederten Masse (112) einen elektrischen Strom zu erzeugen.
Dämpfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die gefederte Masse (112) als Magnet ausgebildet ist.
Dämpfer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die gefederte Masse (112) innerhalb des Balgkolbens (304) angeordnet ist.