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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem derartigen Stoßdämpfer.
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Herkömmliche Stoßdämpfer kommen in nahezu allen Kraftfahrzeugen als wichtige Fahrzeugkomponente zum Einsatz, mittels derer insbesondere ein hohes Maß an Fahrsicherheit bzw. Fahrkomfort in dem Kraftfahrzeug sichergestellt werden kann. In jüngster Zeit werden zunehmend Stoßdämpfer verwendet, die zwischen verschiedenen sogenannten Kraft-Geschwindigkeitskennlinien, welche die Dämpfungseigenschaften des Stoßdämpfers bestimmen, verstellbar sind. Beispielsweise kann eine erste Kennlinie einem sogenannten Sportmodus des Stoßdämpfers mit härterer Dämpfung und eine zweite Kennlinie, die von der ersten Kennlinie verschieden ist, einem sogenannten Komfortmodus mit einer weicheren Dämpfung des Stoßdämpfers entsprechen. Derartige, zwischen zwei Kennfeldern umschaltbare Stoßdämpfer können in herkömmlicher Weise auch durch Kombination eines frequenzselektiven ersten Ventils mit einem zweistufigen Verstelldämpfungsventil erzielt werden. Das frequenzselektive Ventil kann dabei ein passives Ventil sein, welches frequenzabhängig arbeitet und insbesondere bei höheren Anregungsfrequenzen frequenzabhängig geringere Dämpfungskräfte, bzw. entsprechend bei niedrigeren Anregungsfrequenzen höhere Kräfte einstellt. Mittels des zweistufigen Verstelldämpfungsventils ist es dann möglich, zwei unterschiedliche, auswählbare Kennfelder bereitzustellen, was sowohl die Fahrsicherheit als auch den Fahrkomfort eines den Stoßdämpfer verwendenden Kraftfahrzeugs erheblich erhöht. Herkömmliche Stoßdämpfer ermöglichen dabei eine Dämpfungscharakteristik, welche der eines vollständig elektronisch gesteuerten, aber vergleichsweise kostenintensiven Stoßdämpfers sehr nahe kommt. Allerdings weist ein derartiges herkömmliches Ventil den Nachteil auf, dass es eben nur zwischen zwei verschiedenen Kennfeldern umgeschaltet werden kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für einen Stoßdämpfer bereitzustellen, welcher insbesondere einen verbesserten Fahrkomfort und eine erhöhte Flexibilität bietet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Stoßdämpfer für ein Kraftfahrzeug ein frequenzselektives Ventil, mittels welchem dem Stoßdämpfer zugeführte mechanische Schwingungen frequenzaufgelöst dämpfbar sind, mit einem zusätzlichen steuerbaren Verstelldämpfungsventil zu kombinieren. Das steuerbare Verstelldämpfungsventil kann mechanisch, elektrisch oder elektromechanisch ausgeführt sein und ist nachfolgend – im Sinne einer einfacheren Lesbarkeit – als elektrisches Verstelldämpfungsventil beschrieben. Durch die Kombination eines elektrischen Verstelldämpfers mit einem frequenzselektiven Ventil ist eine sehr hohe Aufbaudämpfung (Sicherheit, Dynamik, etc.) bei gleichzeitig komfortabler Raddämpfung möglich. Insbesondere ist dadurch auch eine Reduzierung der Dämpfkräfte bei höheren Frequenzen (im Bereich der Achseigenfrequenz) möglich, was zu einem deutlich gesteigerten Fahrkomfort führt. Als frequenzselektives Ventil kann beispielsweise ein sogenanntes ”FSD-Ventil” der Firma ”Koni” benutzt werden. Ein derartiges frequenzselektives Ventil ist dabei üblicherweise ein passives Ventil, welches jedoch frequenzselektiv arbeitet, das heißt in Abhängigkeit der Frequenz der dem mit einem frequenzselektiven Ventil ausgestatteten Stoßdämpfer zugeführten mechanischen Schwingung können jeweils unterschiedliche Dämpfungskräfte eingestellt werden. Die Einstellung der jeweils angemessenen Dämpfungskräfte erfolgt dabei durch das frequenzselektive Ventil derart, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Anregungsfrequenz des Stoßdämpfers ein neben einem ersten Ölkanal bereitgestellter zweiter Ölkanal, welcher beispielsweise in Form eines Bypasskanals ausgebildet sein kann, mittels eines Kolbens des Stoßdämpfers öffnen und schließen kann. Das zusätzliche elektrische Verstelldämpfungsventil kann in der Art eines schaltbaren Magnetventils ausgebildet sein, welches in unbestromtem Zustand durch eine Feder geschlossen wird. Durch geeignete Auslegung eines derartigen Magnetventils kann für jeden durch eine Magnetspule des Magnetventils fließenden elektrischen Strom ein Gleichgewicht zwischen der durch die Magnetspule erzeugten Magnetkraft und der von der Feder erzeugten Gegenkraft hergestellt werden. Auf diese Weise lässt sich mittels des Magnetventils eine bestimmte effektive Strömungsöffnung für ein das elektrische Verstelldämpfungsventil durchströmende Fluid in der Art eines Proportionalventils einstellen. Charakteristisch für ein derartig ausgebildetes elektrisches Verstelldämpfungsventil ist, dass für jeden die Magnetspule durchströmenden elektrischen Strom in einem sog. Kraft-Geschwindigkeits-Diagramm ein bestimmtes, individuelles Kraft-Geschwindigkeitskennfeld zugeordnet werden kann. Im Gegensatz zum elektrischen Verstelldämpfungsventil lassen sich mittels des frequenzselektiven Ventils zu dämpfende mechanische Schwingungen frequenzabhängig dämpfen. Das Kraft-Geschwindigkeitskennfeld des elektrischen Verstelldämpfers ist zunächst weitestgehend unabhängig von der Frequenz bzw. kann nicht frequenzabhängig beeinflusst werden. Die Parallel- oder Reihenschaltung frequenzselektiven Ventils erzeugt durch die Kombination mit dem elektrischen Verstelldämpfungsventil ein dreidimensionales Kennfeld, wodurch die Dämpfkraft über der Geschwindigkeit und zusätzlich über der Frequenz eingestellt werden kann. Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer Ist also hinsichtlich seiner Dämpfungseigenschaften extrem flexibel und gleichzeitig technisch auf relativ einfache Weise herstellbar, da das frequenzselektive Ventil modular in den Stoßdämpfer eingebaut werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers kann mittels des steuerbaren Verstelldämpfungsventils zumindest ein Kraft-Geschwindigkeits-Kennfeld eingestellt werden. Vorzugsweise ist durch das Zusammenwirken des frequenzselektiven Ventils mit dem elektrischen Verstelldämpfungsventil ein Kraft-Geschwindigkeits-Frequenz-Kennfeld erzeugt. Dies erhöht den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit maßgeblich, indem das Fahrzeugrad komfortabel (weich) bedampft werden kann und gleichzeitig der Fahrzeugaufbau stets sicher und damit je nach Fahrsituation härter bedampft werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das frequenzselektive Ventil derart ausgebildet sein, dass es bei höheren Anregungsfrequenzen eine geringere Dämpfungskraft aufweist als bei hierzu im Vergleich niedrigeren Anregungsfrequenzen. Hierdurch ist es möglich, die Dämpfungskraft an jeweilige Eigenschwingungen des Kraftfahrzeugs anzupassen und den bei üblichen Dämpfern gewöhnlichen Konflikt zwischen Komfort und Handling zu lösen. Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer ist mittels des frequenzselektiven Ventils in der Lage, einen zweiten Ölfluss (parallel zum Ölfluss durch den Kolben) zu öffnen und zu schließen und somit zu kontrollieren. Bei stärkerer Belastung wird der parallele Ölfluss geschlossen, was zu einer zur Kolbenbewegung fast zeitgleichen Dämpfkraft-Erhöhung führt. Hierdurch ist eine aktive und sehr hohe Aufbaudämpfung (Sicherheit, Dynamik, etc.) bei gleichzeitig komfortabler Raddämpfung möglich. Insbesondere ist dadurch auch eine Reduzierung der Dämpfkräfte bei Frequenzen im Bereich der Achseigenfrequenz möglich, was zu einem deutlich gesteigerten Fahrkomfort führt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können das frequenzselektive Ventil und das zusätzliche elektrisches Verstelldämpfungsventil in Reihe oder parallel geschaltet sein. Beispielsweise kann im letzten Fall das elektrische Verstelldämpfungsventil oder das frequenzselektive Ventil eine Hauptdämpfung übernehmen.
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In einer besonders einfach technisch zu realisierenden Ausführungsform kann das zusätzliche elektrische Verstelldämpfungsventil eine verstellbare Strömungsöffnung aufweisen, mittels derer ein effektiver Strömungsquerschnitt für ein das zusätzliche elektrische Verstelldämpfungsventil durchströmendes Fluid einstellbar ist.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform kann die Einstellung der Strömungsöffnung mittels eines schaltbaren Elektromagneten erfolgen, mittels welchem der effektive Strömungsquerschnitt der verstellbaren Strömungsöffnung einstellbar ist. Beispielsweise kann daran gedacht sein, dass mittels eines solchen Elektromagneten eine Magnetkraft erzeugt wird, mittels welcher die Strömungsöffnung eingestellt werden kann. Dabei kann die Strömungsöffnung durch einen bewegbaren Ankers realisiert sein, der mittels einer eine Vorspannkraft erzeugenden Feder in einer bestimmten Grundstellung gehalten ist. Mittels der durch den Elektromagneten erzeugten Magnetkraft kann dann der Anker in eine von der Grundstellung abweichenden Position gegen die durch die Feder erzeugte Vorspannkraft bewegt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der effektive Strömungsquerschnitt der verstellbaren Strömungsöffnung in Abhängigkeit von einem den Elektromagneten durchströmenden elektrischen Strom einstellbar und zwar derart, dass einem vorbestimmten, durch den Elektromagneten fließenden elektrischen Strom eine bestimmte Strömungsöffnung zugeordnet ist. Durch diese Ausführungsform kann das Verstelldämpfungsventil in der Art eines Proportionalventils ausgestaltet werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Stoßdämpfer mit einem oder mehreren der oben genannten Merkmale.
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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 Darstellung einer Reihen- bzw. Parallelschaltung eines frequenzselektiven Ventils und eines Verstelldämpfungsventils in einem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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2 den Aufbau des frequenzselektiven Ventils eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers, und
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3 ein exemplarisches Kraft-Geschwindigkeits-Frequenz-Kennfeld.
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Entsprechend der schematischen Darstellung der 1a und 1b weist ein erfindungsgemäßer Stoßdämpfer 1 ein frequenzselektives Ventil 2 sowie ein zusätzliches elektrisches Verstelldämpfungsventil 3 auf. Durch die Kombination eines elektrischen Verstelldämpferventils 3 mit einem frequenzselektiven Ventil 2 ist eine sehr hohe Aufbaudämpfung (Sicherheit, Dynamik, etc.) bei gleichzeitig komfortabler Raddämpfung möglich. Insbesondere ist dadurch auch eine Reduzierung der Dämpfkräfte bei höheren Frequenzen (im Bereich der Achseigenfrequenz) möglich, was zu einem deutlich gesteigerten Fahrkomfort führt. Wie in der 1a gezeigt, können das frequenzselektive Ventil 2 sowie das zusätzliche elektrische Verstelldämpfungsventil 3 in Reihe geschaltet sein; in einer alternativen Variante (vgl. 1b) ist aber auch eine Parallelschaltung vorstellbar, wobei dann das elektrische Verstelldämpfungsventil 3 oder das frequenzselektive Ventil 2 eine Hauptdämpfung übernimmt.
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Das frequenzselektive Ventil 2 ist nun in der 2 genauer dargestellt. Das frequenzselektive Ventil 2 ist in der Lage, sowohl niederfrequente als auch hochfrequente Schwingungen wirkungsvoll dämpfen zu können, und zwar frequenzabhängig, also in Abhängigkeit einer Schwingungsfrequenz der zu dämpfenden Schwingung. Das frequenzselektive Ventil 2 ist dabei üblicherweise als passives Ventil ausgebildet. Bei höheren Anregungsfrequenzen stellt der Stoßdämpfer 1 situationsabhängig geringere Dämpfungskräfte ein, wohingegen er bei niedrigeren Anregungsfrequenzen höhere Dämpfungskräfte bewirkt. In dem fequenz-selektiven Ventil 2 kann in Abhängigkeit von der auftretenden Anregungsfrequenz der zu dämpfenden Schwingung neben einem ersten Öldurchfluss 4 auch ein zweiter Öldurchfluss 5 geöffnet und wieder geschlossen werden. Das frequenzselektive Ventil 2 kann dabei bspw. wie das oben erläuterte Ventil der Firma ”Koni” ausgebildet sein.
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Das zusätzliche elektrische Verstelldämpfungsventil 3 kann in der Art eines herkömmlichen schaltbaren Magnetventils ausgebildet sein und eine verstellbare Strömungsöffnung aufweisen, mittels derer ein effektiver Strömungsquerschnitt für ein das elektrische Verstelldämpfungsventil 3 durchströmendes Fluid einstellbar ist. Die Einstellung der Strömungsöffnung kann wiederum mittels eines schaltbaren Elektromagneten erfolgen, wobei eine effektive Strömungsöffnung dann in Abhängigkeit von einem den Elektromagneten durchströmenden elektrischen Strom einstellbar ist. Die Einstellung kann dabei derart erfolgen, dass mit einem bestimmten, durch den Elektromagneten fließenden elektrischen Strom entsprechend eine bestimmte Strömungsöffnung erzeugt wird.
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Im Gegensatz zum elektrischen Verstelldämpfungsventil 3 lessen sich mittels des frequenzselektiven Ventils 2, wie bereits erläutert, die zu dämpfenden mechanischen Schwingungen frequenzabhängig dämpfen. Dies bedeutet, dass die Dämpfungseigenschaften eines solchen Ventils 2 ein Kraft-Geschwindigkeits-Frequenz-Kennfeld (8) erzeugt. Dieses Kraft-Geschwindigkeits-Frequenz-Kennfeld ist in der 3 exemplarisch gezeigt. Mit ansteigender Frequenz der zu dämpfenden Schwingung reduziert sich eine Kraft-Geschwindigkeits-Kennlinie 10. Mittels des frequenzselektiven Ventils 2 lässt sich also eine Auffächerung in eine dritte Dimension (Frequenz) erzielen. Das zusätzliche elektrische Verstelldämpfungsventil 3 ermöglicht dem Fahrer nun unabhängig von der oben erläuterten frequenzabhängigen Dämpfung mittels des frequenzselektiven Ventils 2 eine zusätzliche – beispielsweise per Knopfdruck – Variation des Kennfelds in der Höhe seiner Dämpfkraft. Alternativ zu diesem Fahrerwunsch kann die Variation des Kennfelds auch automatisch mittels Sensoren (z. B. Aufbaubeschleunigungs-, Lenkwinkel-, Federwegsensoren, und/oder Gaspedalstellung bzw. Betätigungsgeschwindigkeit des Gaspedals etc.) erfolgen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer 1, der die Vorteile des frequenzselektiven Ventils 2 mit den Vorteilen des elektrischen Verstelldämpfungsventils 3 kombiniert, ist somit erfindungsgemäß ein Stoßdämpfer 1 realisiert, der eine Mehrzahl von unterschiedlichen, einstellbaren Kraft-Geschwindigkeits-Kennfeldern bereitstellt und damit auf sehr flexible Art und Weise mechanische Schwingungen in einem Fahrzeug, insbesondere in einer Kraftfahrzeug, dämpfen kann. Durch das elektrische Verstelldämpfungsventil 3 wird dabei die Verstellung zwischen den verschiedenen Dämpfungsmodi bewirkt. Zusätzlich kann durch das frequenzselektive Ventil 2 eine Auffächerung in die dritte Dimension (Frequenz) des Kraft-Geschwindigkeits-Kennfeldes erfolgen.
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Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer 1 ist also hinsichtlich seiner Dämpfungseigenschaften extrem flexibel und technisch – durch Kombination zweier herkömmlicher Ventilarten – dennoch relativ einfach realisierbar. Durch die Kombination des elektrischen Verstelldämpferventils 3 mit dem frequenzselektiven Ventil 2 in dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer 1 ist eine sehr hohe Aufbaudämpfung (Sicherheit, Dynamik, etc.) bei gleichzeitig komfortabler Raddämpfung möglich. Auch kann hierdurch eine Reduzierung der Dämpfkräfte bei höheren Frequenzen (im Bereich der Achseigenfrequenz) erreicht werden, was zu einem gesteigerten Fahrkomfort sowie zu einem verbesserten akustischen Verhalten führt.
