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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug mit einem Zylinder, in dem ein mit zumindest einer Dämpfungseinrichtung ausgestatteter Kolben gleitet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einem derartigen Schwingungsdämpfer ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 44 07 264 A1 ist ein gattungsgemäßer Schwingungsdämpfer bekannt, umfassend einen mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben, der axial beweglich in einem Zylinder angeordnet ist und den mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Innenraum des Zylinders in zwei Arbeitsräume unterteilt, die mittels Dämpfungsventilen des Kolbens miteinander verbunden sind. Am unteren Ende des Zylinders ist dabei ein Bodenventil vorgesehen, das zusammen mit einer Kolbenstangenführung den Zylinder in einem Behälter zentriert und befestigt, wobei zwischen dem Zylinder und dem Behälter ein Ausgleichsraum besteht, der über das Bodenventil mit dem unteren Arbeitsraum in Verbindung steht. Dieser untere Arbeitsraum weist dabei zumindest eine Drosselstrecke als hydraulischen Druckanschlag auf, die ab einer bestimmten Einfahrhublage über ein kolben- bzw. kolbenstangenseitiges Bauteil wirksam wird.
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Aus der
DE 31 29 208 A1 ist ein hydraulischer Stoßdämpfer zur Aufhängung eines Fahrzeugkörpers bekannt, der einen Hilfszylinder und ein Außenrohr umfasst, die beide koaxial außerhalb eines Hauptzylinders angeordnet sind, wobei im Hauptzylinder gleitbar ein Kolben gelagert ist. Der Hauptzylinder hat dabei zwei Ölöffnungen, die in Abständen von der Oberseite und der Unterseite des Kolbens liegen, sofern das Fahrzeug stillsteht und wobei der Ringraum zwischen dem Außenrohr und dem Hilfszylinder mit dem Innenraum des Hauptzylinders kommuniziert.
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Schließlich ist aus der
DE 2118 079 A ebenfalls ein Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug bekannt, der aus einem Zylinder besteht, in dem ein mit Dämpfungseinrichtung für die Zug- und Druckdämpfung versehener Kolben gleitet. Bei großen Ausfederungen stößt der Kolben ein verschiebbar im Zylinder gelagertes Anschlagelement, welches dann Bypassöffnungen verschließt und dadurch die Dämpferkraft erhöht.
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Für den Federungskomfort in modernen Kraftfahrzeugen wird oft eine weiche Dämpferkennung eingesetzt, die jedoch im Missbrauchsfall, wie beispielsweise einer schnellen Überfahrt über Schlaglöcher, nicht ausreichende Dämpferkräfte erzeugt. Die durch solche Manöver resultierenden Kräfte müssen daher zum großen Teil durch die mechanischen Teile des Schwingungsdämpfers abgestützt werden, was zu unerwünschten Beschädigungen führen kann. Die aus dem Stand der Technik bekannten Schwingungsdämpfer können zwar die aufzubringende Dämpferkraft erhöhen, jedoch stets nur wegabhängig.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Schwingungsdämpfer der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die die aufzubringenden Dämpferkräfte im Missbrauchsfall erhöht und gleichzeitig mechanische Teile entlastet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Schwingungsdämpfer oder Federbein für ein Kraftfahrzeug mit einem Zylinder, in dem ein mit zumindest einer Dämpfungseinrichtung ausgestatteter Kolben gleitet, an diesem Kolben an zumindest einer Stirnseite zusätzlich zu der dort angeordneten Ventilscheibe eine Begrenzungsscheibe vorzusehen, zwischen der und dem Kolben die wenigstens eine Ventilscheibe angeordnet ist und die eine Verformung der Ventilscheibe, insbesondere im Missbrauchsfall begrenzt. Der Kolben trennt dabei in dem Zylinder in üblicher Weise zwei Arbeitsräume voneinander, die über die zumindest eine Dämpfungseinrichtung des Kolbens miteinander verbindbar sind. Da der Kolben üblicherweise sowohl Zug- als auch Druckkräfte dämpfen soll, ist üblicherweise auf beiden Stirnseiten des Kolbens jeweils zumindest eine Ventilscheibe und zumindest wenigstens eine Begrenzungsscheibe angeordnet. Mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer ist es möglich, das Dämpfungsverhalten desselben sofort und nicht wegabhängig zu erhöhen. Ab einer bestimmten Dämpfergeschwindigkeit, das heißt ab einer bestimmten Axialgeschwindigkeit des Kolbens, begrenzt nämlich die Begrenzungsscheibe die Anhebung der Ventilscheibe, wodurch die Vergrößerung des zwischen der Ventilscheibe und einer Zylinderinnenwand gelegenen Strömungsquerschnitts begrenzt wird. In diesem Fall steigt die Dämpferkraft über die zunehmende Dämpfergeschwindigkeit und nicht wie bisher aus dem Stand der Technik rein wegabhängig. Durch die Tatsache, dass die Erhöhung der Dämpferkraft nicht wegabhängig ist, kann mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer der Federweg effektiv zur Dämpfung ausgenutzt werden. Durch die über den Schwingungsdämpfer aufzunehmende höhere Dämpfungskraft können insbesondere der Fahrkomfort in dem mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer ausgestatteten Kraftfahrzeug erhöht und zusätzlich mechanische Teile entlastet werden. Dabei ist denkbar, dass die Begrenzungsscheibe sowohl auf der Druck- als auch auf der Zugseite des Kolbens angeordnet wird, wobei zumindest die Anordnung auf der Druckseite den Fahrkomfort erheblich erhöht. Die erfindungsgemäße Begrenzungsscheibe stellt dabei ein konstruktiv äußerst einfaches Bauteil dar, so dass der Mehrnutzen mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer mit lediglich marginalen Mehrkosten erreicht werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Begrenzungsscheibe zumindest eine Öffnung zum Druckausgleich auf. Hierdurch kann insbesondere ein sogenannter „Saugnoppeneffekt” vermieden werden. Selbstverständlich können dabei auch mehrere Druckausgleichsöffnungen, beispielsweise gleichmäßig verteilt über den Umfang der Begrenzungsscheibe, angeordnet werden.
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Zweckmäßig weist die Begrenzungsscheibe einen randseitigen und der zugehörigen Ventilscheibe zugewandte Ringkragen auf. Dieser Ringkragen dient dabei zur stärkeren Begrenzung der Bewegungsfreiheit der zugehörigen Ventilscheibe, so dass durch eine definierte Axialerstreckung des Ringkragens die Bewegungsfreiheit der Ventilscheibe exakt definiert werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer mit einer Begrenzungsscheibe,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einer anders gebauten Begrenzungsscheibe,
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3 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit wiederum einer anderen Begrenzungsscheibe,
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4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Begrenzungsscheibe,
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5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkung der erfindungsgemäßen Begrenzungsscheibe.
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Entsprechend den 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßer Schwingungsdämpfer 1 einen Zylinder 2 auf, in welchem ein mit zumindest einer Dämpfungseinrichtung, beispielsweise einer Ventilscheibe 3, ausgestatteter Kolben 4 gleitet. Der Kolben 4 trennt dabei zwei Arbeitsräume innerhalb des Zylinders 2 voneinander, die über die Dämpfungseinrichtung, das heißt insbesondere über die Ventilscheibe 3 miteinander verbindbar sind. Eine Verbindung der beiden Arbeitsräume ober- und unterhalb des Kolbens 4 erfolgt dabei durch eine Bewegung des Kolbens 4, bei welchem die Ventilscheibe 3 sich leicht randseitig umbiegt und dadurch einen Ringraum zwischen dem Rand der Ventilscheibe 3 und einer Innenwand des Zylinders 2 als Strömungspfad freigibt, was insbesondere auch in den Detaildarstellungen der einzelnen 1 bis 3 dargestellt ist. Die als Ventilscheibe 3 ausgebildete Dämpfungseinrichtung ist dabei zumindest in Druckrichtung des Schwingungsdämpfers 1 angeordnet, wobei auch vorgesehen sein kann, dass stirnseitig des Kolbens 4 jeweils zumindest eine Ventilscheibe 3 angeordnet ist, so dass der Schwingungsdämpfer 1 sowohl Zug- als auch Druckschwingungen dämpfen kann. Um nun insbesondere bei Missbrauchsfällen, wie beispielsweise beim Überfahren von Schlaglöchern, eine genügend hohe Dämpferkraft schnell zur Verfügung stellen zu können, wird erfindungsgemäß zumindest eine Begrenzungsscheibe 5 vorgesehen, wobei zwischen dem Kolben 4 und der Begrenzungsscheibe 5 die wenigstens eine Ventilscheibe 3 angeordnet ist. Die Begrenzungsscheibe 5 dient dabei der Begrenzung der Verformung der Ventilscheibe 3, wodurch der zwischen dem Rand der Ventilscheibe 3 und der Innenwand des Zylinders 2 freigebbare Strömungsquerschnitt zum Druckausgleich begrenzt wird und dadurch eine vergleichsweise hohe Dämpferkraft, insbesondere bei Missbrauchslasten, schnell aufgebaut werden kann.
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Dabei ist gemäß der Detaildarstellung in 1 mit einer unterbrochen gezeichneten Linie 6 die ohne Begrenzungsscheibe 5 stattfindende Verformung der Ventilscheibe 3 gezeichnet, bei welcher eindeutig erkennbar ist, dass der zwischen dem Rand der Ventilscheibe 3 und der Innenwand des Zylinders 2 freigegebene Strömungsquerschnitt deutlich größer ist als mit Begrenzungsscheibe 5, die ein Umbiegen des Randes der Ventilscheibe 3 und damit auch den Strömungsquerschnitt zwischen Ventilscheibe 3 und Innenwand der Zylinder 2 begrenzt.
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Um sowohl im Druck- als im Zugbereich möglichst rasch hohe Dämpfungskräfte aufbauen zu können, ist vorzugsweise auf beiden Stirnseiten des Kolbens 4 jeweils eine Ventilscheibe 3 und zumindest eine zugehörige Begrenzungsscheibe 5 angeordnet. Die Begrenzungsscheibe 5 kann darüber hinaus zumindest eine Öffnung 7 zum Druckausgleich aufweisen, wie dies beispielsweise gemäß der 4 dargestellt ist.
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Generell gibt es unterschiedliche Ausführungsformen der Begrenzungsscheibe 5, so dass diese, wie dies beispielsweise gemäß der 1 gezeigt ist, lediglich einen scheibenförmigen Charakter aufweisen kann. Alternativ hierzu kann die Begrenzungsscheibe 5 einen randseitigen und der zugehörigen Ventilscheibe 3 zugewandten Ringkragen 8 aufweisen, wie dies beispielsweise in der 2 gezeigt ist, wobei der Ringkragen 8 die Verformung des Randes der Ventilscheibe 3 begrenzt.
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Denkbar ist auch, dass die Begrenzungsscheibe 5 einen zum Rand hin zunehmende Dicke aufweist, wie dies beispielsweise der gemäß der 3 dargestellt ist. Im Unterschied zum Ringkragen 8 gemäß der 2 erfolgt somit eine vorzugsweise kontinuierliche Zunahme der Dicke von der Mitte der Begrenzungsscheibe 5 zu deren Rand hin.
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Mit der erfindungsgemäßen Begrenzungsscheibe 5 ist eine konstruktive Begrenzung für die Abhebung der Ventilscheibe 3 vorgesehen, wobei die Begrenzungsscheibe 5 generell auch die Funktion einer Spitzscheibe übernehmen kann.
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In 5 ist ein Diagramm dargestellt, mit welchem die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers 1 anschaulich dargestellt werden soll. Auf der Abszisse ist dabei eine Dämpfergeschwindigkeit v abgetragen, wogegen auf der Ordinate oberhalb des Nullpunkts eine Dämpferkraft F in Form einer Zugkraft und unterhalb des Nullpunkts eine Dämpferkraft F in Form einer Druckkraft dargestellt ist. Im Bereich A bewegt sich das Fahrzeug im normalen Fahrbetrieb und damit in üblicher Weise relevanten Bereich für den Schwingungsdämpfer 1. Im Bereich B hingegen, das heißt ab einer vordefinierten Dämpfergeschwindigkeit v1, geht man vom Missbrauchsbereich bzw. Sonderereignisbereich aus, in welchem eine schnelle Zunahme der Dämpferkraft F wünschenswert ist, um den Fahrkomfort werter aufrechterhalten zu können. Die Kraft-Geschwindigkeitslinien laufen dabei bis zu einer Dämpfergeschwindigkeit v2 stetig, wobei mit Erreichen der Dämpfergeschwindigkeit v2 ein Knick der Dämpferkraft-Dämpfergeschwindigkeitslinie auftritt, der durch das Eingreifen der Begrenzungsscheiben 5 bewirkt wird. Bei einer Dämpfergeschwindigkeit kleiner als v2 liegt somit die jeweilige Ventilscheibe 3 noch nicht an der Begrenzungsscheibe 5 an, so dass diese den Strömungsquerschnitt zwischen der Ventilscheibe 3 und der Innenwand des Zylinders 2 noch nicht begrenzt. Erst mit Erreichen der Dämpfergeschwindigkeit v2 ist ein weiteres Umbiegen des Randes der Ventilscheibe 3 nicht mehr möglich, diese nun in ihrer Bewegung bzw. Verformung durch die Begrenzungsscheibe 5 behindert wird, wodurch die Dämpferkraft F stark ansteigt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer 1 lassen sich insbesondere bei Missbrauchsfälle auftretende Bauteilschäden reduzieren und damit auch die damit verbundenen Kundenbeanstandungen. Der wesentliche Effekt der Erfindung kann dabei durch eine konstruktiv einfache und kostengünstige Begrenzungsscheibe 5 erreicht werden, wobei der Verlauf der Dämpferkraft-Dämpfergeschwindigkeitskennlinie gemäß der 5 durch Einstellen des Spalts bzw. des maximal möglichen Strömungsquerschnitts zwischen dem Rand der Ventilscheibe 3 und der Innenwand des Zylinders 2, beispielsweise durch eine entsprechende Auslegung des Radius der Begrenzungsscheibe 5 einfach einstellbar ist. Im normalen Fahrbereich A stellt die Begrenzungsscheibe 5 keinerlei Komforteinbußen dar, da sie in diesem Bereich überhaupt nicht wirksam ist, sondern ausschließlich im Missbrauchsbereich B. Der wesentliche Vorteil ist jedoch, dass die Dämpferkrafterhöhung nicht wegabhängig ist, wodurch der Federweg effektiv für die gesamte Dämpfung ausgenutzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4407264 A1 [0002]
- DE 3129208 A1 [0003]
- DE 2118079 A [0004]
