DE102013112734B4

DE102013112734B4 - Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer und Verfahren zum Betreiben des Dämpferbeins

Info

Publication number: DE102013112734B4
Application number: DE102013112734.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: WO2015075016A1; TW201525325A; DE102013112734A1; US20160265616A1; EP3071863A1; US10047816B2

Abstract

Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer (2), der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen (10) aufweist, einer Einfahrdetektionseinrichtung (23), die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts eines Einfahrens des Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, sowie einer ein Tellerventil mit einem Ventilteller (30) aufweisenden Druckstufendrossel (16), durch die beim Einfahren des Stoßdämpfers (2) das Dämpferfluid entgegen der Schließrichtung des Tellerventils strömt, wodurch von dem Ventilteller (30) eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die Druckstufendrossel (16) zum Vorspannen des Ventiltellers (30) in die Schließrichtung des Tellerventils ein Vorspannmittel (28), das zumindest in einem Bereich des Ventilhubs (x) des Ventiltellers (30) eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist (F' = dF/dx ≈ 0), wodurch in jedem Zeitpunkt für sich genommen die Vorspannung des Tellerventils konstant ist, und einen Wert (K) hat, und einen Vorspannungsgeber (27) aufweist, der das Vorspannmittel (28) mit dem Ventilteller (30) kuppelt, mit der Einfahrdetektionseinrichtung (23) verschaltet ist und eingerichtet ist, beginnend mit dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers (2) den Wert (K) von einem einzigen Startwert über eine erste Zeitspanne anzuheben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer und ein Verfahren zum Betreiben des Dämpferbeins.
Ein Dämpferbein ist in Kombination mit einem Federbein als eine Radaufhängung für beispielsweise ein Fahrrad bekannt. Das Dämpferbein weist einen hydraulischen Stoßdämpfer auf, der ein mit einem Dämpferfluid gefüllter Einrohrdämpfer ist. In dem Einrohrdämpfer ist ein Dämpferkolben zum Verdrängen des Dämpferfluids längsverschiebbar gelagert, wobei der Dämpferkolben eine Mehrzahl von Dämpferöffnungen aufweist. Beim Ein- und Ausfahren des Dämpferbeins wird der Dämpferkolben in dem Einrohrdämpfer verschoben, so dass von dem Dämpferkolben das Dämpferfluid derart verdrängt wird, dass das Dämpferfluid durch die Dämpferöffnungen strömt. Die Strömung des Dämpferfluids in dem Einrohrdämpfer insbesondere durch die Dämpferöffnungen ist verlustbehaftet, woraus sich resultierend eine Dämpferbeinwiderstandskraft ergibt, die dem Verfahren des Dämpferbeins entgegenwirkt.
Beim Eintreten von diversen Fahrsituationen mit dem Fahrrad sind an das Dämpferbein insbesondere hinsichtlich der Stärke und der Dynamik der Dämpferbeinwiderstandskraft Anforderungen gestellt, durch die eine Fahrt mit dem Fahrrad mit hoher Sicherheit bei hohem Komfort ermöglicht sein soll. So ist es wünschenswert, wenn beispielsweise mit dem Fahrrad auf eine hohe Bordsteinkante oder einen niedrigeren Stein gefahren wird, dass, unabhängig von der dabei vorliegenden Hubposition des Dämpferbeins, die Dämpferbeinwiderstandskraft des Stoßdämpfers in beiden Fällen im ersten Augenblick möglichst gering ist und im anschließenden Hubverlauf sanft mit geringer Steigerung so ansteigt, dass bei Erreichen des Hindernismaximums, also noch vor der maximalen Amplitude der Hubanregung durch das Hindernis, die höchste Dämpferbeinwiderstandskraft erreicht wird.
Durch den beschriebenen Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf kann das Dämpferbein anfangs schnell eingefahren werden, wodurch das Rad dem Hindernis gut ausweichen kann, ohne dass ein übermäßiger Schlag von der Bordsteinkante oder dem Stein auf den Rahmen des Fahrrads übertragen wird. Beim Erreichen des Hindernismaximums wird das Rad maximal abgebremst, so dass ein durch die Trägheit der ungefederten Massen bedingtes, weiteres und somit schädliches Einfahren des Rades unterbunden wird, womit ein Kontaktverlust zur Fahrbahn verhindert wird. Dadurch ist die Sicherheit sowie der Komfort des Fahrers beim Fahren erhöht und die Radlastschwankung des gefederten Rades vermindert, so dass der Reifen-Fahrbahnkontakt erhöht ist.
Die Hubanregung ist als der Impuls definiert, der innerhalb seines Einwirkzeitraumes, d.h. der Anregungsdauer, das Verfahren des Dämpferbeins verursacht. Das Hubanregungsmaximum ist die maximale Hubhöhe eines theoretischen, kaum gedämpften Dämpferbeins, die durch diese Impulseinwirkung verursacht wird. Das Hindernismaximum ist der maximale Höheunterschied des Hindernisses bezogen auf das Höhenniveau der das Hindernis umgebenden Fahrbahn, den das Dämpferbein beim Überrollen des Hindernisses überwinden muss.
In der Regel vollzieht der Fahrer des Fahrrads beim Pedalieren eine rhythmische Gewichtsverlagerung, wodurch das Fahrrad in eine Wippbewegung gebracht wird. Leitet der Fahrer des Fahrrads dagegen ein abruptes Bremsmanöver ein, führt das dabei am Fahrzeugschwerpunkt angreifende Nickmoment zu starkem Einfahren des Dämpferbeins des Vorderrades und zeitgleicht zu starkem Ausfahren des Dämpferbeins des Hinterrades. Pedalierinduzierte Wippbewegungen und bremsinduzierte Ein- und Ausfahrbewegungen des Dämpferbeins werden tendenziell als störend empfunden und können sogar bei einem zu großen Ausmaß zu einem Sicherheitsrisiko für den Fahrer werden. Somit ist es ferner wünschenswert, dass während dieser unerwünschten Dämpferbeinbewegungen die Dämpferbeinwiderstandskraft möglichst schnell, sehr stark ansteigt, wodurch diese Hubanregungen von dem Dämpferbein abgeschwächt werden, noch bevor das Dämpferbein weit einfahren kann, so dass eine Fahrt bei hohem Komfort und mit hoher Sicherheit möglich ist.
EP 2 357 098 A2 offenbart ein System mit einer Fahrzeugaufhängung, einem Sensor, der eingerichtet ist Betriebsdaten der Fahrzeugaufhängung zu messen, und einem Prozessor, der in Kommunikation mit dem Sensor steht. DE 10 2011 002 339 B4 offenbart ein Dämpferbein für ein Fahrrad. EP 2 278 185 A1 offenbart eine Dämpfereinrichtung für ein Zweirad. DE 41 32 262 A1 offenbart einen hydraulischen regelbaren Schwingungsdämpfer.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer und ein Verfahren zum Betreiben des Dämpferbeins zu schaffen, mit dem eine komfortable und sichere Fahrt ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 5 und 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Dämpferbein weist einen hydraulischen Stoßdämpfer, der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen aufweist, eine Einfahrdetektionseinrichtung, die mit dem Stoßdämpfer zum Detektieren eines Starts und eines Endes eines Einfahrens des Stoßdämpfers gekoppelt ist, sowie eine ein Tellerventil mit einem Ventilteller aufweisende Druckstufendrossel auf, durch die beim Einfahren des Stoßdämpfers das Dämpferfluid strömt, wodurch von dem Ventilteller eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die Druckstufendrossel zum Vorspannen des Ventiltellers entgegen der Durchströmungsrichtung des Tellerventils ein Vorspannmittel, das zumindest in einem Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist, wodurch in jedem Zeitpunkt für sich genommen die Vorspannung des Tellerventils konstant ist, und einen Wert K hat, und einen Vorspannungsgeber aufweist, der das Vorspannmittel mit dem Ventilteller kuppelt, mit der Einfahrdetektionseinrichtung verschaltet ist und eingerichtet ist, beginnend mit dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers den Wert K von einem einzigen Startwert über eine erste Zeitspanne anzuheben.
Der Vorspannungsgeber des Dämpferbeins ist bevorzugt so mit der Einfahrdetektionseinrichtung verschaltet, dass der Wert (K) auf den Startwert zurückgesetzt ist, sobald die Einfahrdetektionseinrichtung ein Ende des Einfahrens detektiert. Alternativ weist das Dämpferbein eine Ausfahrdetektionseinrichtung auf, die mit dem Stoßdämpfer zum Detektieren eines Starts eines Ausfahrens des Stoßdämpfers gekoppelt ist, und so mit dem Vorspannungsgeber verschaltet und eingerichtet ist, beginnend mit dem Ausfahren des Stoßdämpfers den Wert (K) innerhalb der Dauer einer zweiten Zeitspanne auf den Startwert abzusenken.
Das Dämpferbein weist bevorzugt eine Zugstufendrossel auf, die parallel zur Druckstufendrossel und somit parallel zum Tellerventil geschaltet und beim Ausfahren des Stoßdämpfers von dem Dämpferfluid durchströmt ist, so dass beim Ausfahren des Stoßdämpfers der Ventilteller auf einen Ventiltellersitz des Tellerventils gedrückt ist.
Das alternative erfindungsgemäße Dämpferbein weist einen hydraulischen Stoßdämpfer, der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen aufweist, eine Ausfahrdetektionseinrichtung, die mit dem Stoßdämpfer zum Detektieren eines Starts eines Ausfahrens des Stoßdämpfers gekoppelt ist, sowie eine ein Tellerventil mit einem Ventilteller aufweisende Zugstufendrossel auf, durch die beim Ausfahren des Stoßdämpfers das Dämpferfluid strömt, wodurch von dem Ventilteller eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die Zugstufendrossel zum Vorspannen des Ventiltellers entgegen der Durchströmungsrichtung des Tellerventils ein Vorspannmittel, das zumindest in einem Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist, wodurch in jedem Zeitpunkt für sich genommen die Vorspannung des Ventiltellers konstant ist, und einen Wert K hat, und einen Vorspannungsgeber aufweist, der das Vorspannmittel mit dem Ventilteller kuppelt, mit der Ausfahrdetektionseinrichtung verschaltet ist und eingerichtet ist, beginnend mit dem Start des Ausfahrens des Stoßdämpfers den Wert K von einem einzigen Startwert über eine erste Zeitspanne anzuheben.
Der Vorspannungsgeber des alternativen Dämpferbeins ist bevorzugt so mit der Ausfahrdetektionseinrichtung verschaltet, dass der Wert (K) auf den Startwert zurückgesetzt ist, sobald die Ausfahrdetektionseinrichtung ein Ende des Ausfahrens detektiert. Alternativ weist das alternative Dämpferbein eine Einfahrdetektionseinrichtung auf, die mit dem Stoßdämpfer zum Detektieren eines Starts eines Einfahrens des Stoßdämpfers gekoppelt ist, und so mit dem Vorspannungsgeber verschaltet und eingerichtet ist, beginnend mit dem Einfahren des Stoßdämpfers den Wert (K) innerhalb einer zweiten Zeitspanne auf den Startwert abzusenken.
Das alternative Dämpferbein weist bevorzugt eine Druckstufendrossel auf, die parallel zur Zugstufendrossel und somit parallel zum Tellerventil geschaltet und beim Ausfahren des Stoßdämpfers von dem Dämpferfluid durchströmt ist, so dass beim Einfahren des Stoßdämpfers der Ventilteller auf einen Ventiltellersitz des Tellerventils gedrückt ist.
Das weitere alternative erfindungsgemäße Dämpferbein weist alle Merkmale der beiden anderen alternativen erfindungsgemäßen Dämpferbeine auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Dämpferbeins weist die Schritte auf: Starten des Verfahrens des Stoßdämpfers; beginnend mit dem Start des Verfahrens des Stoßdämpfers, Anheben der Vorspannung (K) des Ventiltellers von dem Startwert über die erste Zeitspanne ausschließlich durch den Vorspannungsgeber.
Sobald die erste Zeitspanne erreicht ist, wird bevorzugt die Vorspannung des Ventiltellers auf einem Maximalwert gehalten. Bevorzugt wird sodann die Richtung des Verfahrens des Stoßdämpfers umgekehrt, wobei bevorzugt beginnend mit der Richtungsumkehr des Stoßdämpfers die Vorspannung auf den Startwert über die zweite Zeitspanne abgesenkt wird.
Der Erfindung liegt folgende Beobachtung zugrunde: Trotz völlig unterschiedlich hoher Hubanregungsmaxima ist die Anregungsdauer der Hubanregung durch unterschiedliche Hindernisse, wie z.B. durch die Bordsteinkante oder durch den niedrigeren Stein, und damit auch die Anregungsdauer der dadurch ausgelösten, erwünschten Verfahrbewegungen des Dämpferbeins annähernd gleich lang. Dies gilt insbesondere bis zum Erreichen des jeweiligen Hindernis- bzw. Hubanregungsmaximums. Die Anregungsdauer der Hubanregung ändert sich über den Bereich der typischen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrrades nur in geringen Ausmaß und ist deutlich kürzer als die meist um ein vielfaches längere Anregungsdauer, wie sie sowohl durch Wippanregungen als auch durch bremsinduzierte Hubanregungen verursacht wird, die unerwünschte Verfahrbewegungen des Stoßdämpfers auslösen. Vergleicht man dagegen die Amplituden der Hubanregungen der erwünschten und unerwünschten Stoßdämpferbewegungen miteinander, so lässt sich kein unterscheidendes quantitatives Merkmal zwischen den beiden Gruppen erkennen. Gleiches gilt für die Ein- oder Ausfahrgeschwindigkeiten des Dämpferbeins. Diese Zusammenhänge zeigten sich sowohl beim Ein- als auch beim Ausfahren des Stoßdämpfers.
Die Vorspannung des Ventiltellers wird mit dem Vorspannmittel erzielt. Dadurch, dass das Vorspannmittel via den Vorspannungsgeber mit dem Ventilteller gekoppelt ist, ist mit dem Vorspannungsgeber die Vorspannung des Ventiltellers dosierbar. Erfindungsgemäß wird die Vorspannung des Ventiltellers mit dem Vorspannungsgeber derart dosiert, dass beim Start des Einfahrens des Stoßdämpfers die Vorspannung dem Startwert entspricht. Ausgehend von dem Startwert wird mit dem Vorspannungsgeber die Wirkung des Vorspannmittels auf den Ventilteller mit der Zeit verstärkt, bis das Ende des Einfahrens eintritt oder die erste Zeitspanne abgelaufen ist. Beim Start des Einfahrens des Stoßdämpfers mildert der Vorspannungsgeber die Wirkung des Vorspannmittels auf das Tellerventil derart ab, dass zum Start des Einfahrens des Stoßdämpfers das Tellerventil lediglich mit dem Startwert vorgespannt ist. Ab dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers nimmt die abmildernde Wirkung des Vorspannungsgebers ab, so dass über die erste Zeitspanne immer stärker die Vorspannungskraft des Vorspannmittels auf das Tellerventil übertragen wird. Am Ende der ersten Zeitspanne ist die abmildernde Wirkung des Vorspannungsgebers auf die Übertragung der Vorspannungskraft des Vorspannmittels auf das Tellerventil nicht mehr vorhanden oder zumindest reduziert. Das Ende der ersten Zeitspanne fällt nicht notwendigerweise mit dem Ende des Einfahrens des Stoßdämpfers zusammen und ist insbesondere nach praktischen Gesichtspunkten frei wählbar.
Der Vorspannungsgeber ist zwischen dem Vorspannmittel und dem Tellerventil geschaltet, wodurch die Stärke der mechanischen Kopplung zwischen dem Vorspannmittel und dem Ventilteller von dem Vorspannungsgeber manipulierbar ist. Somit wird der Ventilteller von dem Vorspannmittel entsprechend dessen Kennliniencharakteristik stets vorgespannt, wobei das Niveau der Vorspannung von dem Vorspannungsgeber während der ersten Zeitspanne vorgegeben wird. Mit dem Vorspannungsgeber wird lediglich die Intensität der Übertragung der Vorspannungskraft von dem Vorspannmittel auf das Tellerventil entsprechend erfindungsgemäß gesteuert, wobei zu jedem Zeitpunkt die Charakteristik der Kraft-Weg-Kennlinie des Vorspannmittels unverändert bleibt, wodurch die Charakteristik der Kraft-Weg-Kennlinie der Vorspannung des Ventiltellers ebenfalls unverändert bleibt.
Erfindungsgemäß ist die erste Ableitung nach dem Ventilhub der Kraft-Weg-Kennlinie im Wesentlichen Null, wodurch in jedem Zeitpunkt für sich genommen die Vorspannung des Tellerventils konstant ist. Bei unterschiedlichen Einfahrgeschwindigkeiten des Stoßdämpfers ist das Tellerventil aufgrund der entsprechend unterschiedlichen Verdrängungswirkungen des Dämpferfluids bei unterschiedlichen Ventilhüben angeordnet. Da die Kraft-Weg-Kennlinie im Wesentlichen konstant über den Ventilhub ist, ist die Vorspannung des Tellerventils in jeden Zeitpunkt für sich genommen unabhängig von der Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Vorspannmittel und der Ventilteller via den Vorspanngeber so gekuppelt sind, dass die zum Vorspannen des Vorspannmittels benötigte Kraft durch eine am Tellerventil entstehende Druckdifferenz des Dämpferfluides erzeugt wird, wobei die für das Vorspannen des Vorspannmittels notwendige physikalische Arbeit von dem Dämpferfluid verrichtet wird, das aus dem Dämpfervolumen geströmt ist und den Ventiltellersitz noch nicht passiert hat.
Dadurch, dass die Vorspannung des Tellerventils in jeden Zeitpunkt für sich genommen unabhängig von der Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers ist, ist folglich auch die am Tellerventil entstehende Druckdifferenz des Dämpferfluides nur von der Vorspannung des Ventiltellers durch das Vorspannmittel abhängig, aber nicht von der momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Dämpferbeins. Weil diese Druckdifferenz via die Kopplung über den Vorspannungsgeber die Kraft erzeugt, die das elastische Vorspannmittel zunehmend vorspannt - wobei das Dämpferfluid die dazu notwendige physikalische Arbeit verrichtet - ist auch die Zunahme der Vorspannung des Vorspannmittels ebenfalls unabhängig von der momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers. Somit ist die erste Zeitspanne, die benötigt wird um die Vorspannung des Vorspannmittels vom Startwert auf den Maximalwert anzuheben und damit den Ventilteller vorzuspannen, ebenfalls unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeiten des Dämpferbeins und somit selbst bei unterschiedlichen Hubgeschwindigkeitsverläufen des Dämpferbeins immer annähernd gleich lang, wodurch wiederum die Einfahrwiderstandskraft des Stoßdämpfers besonders vorteilhaft immer in gleicher Weise lediglich von seiner Einfahrdauer abhängig ist.
Ist beispielsweise der Vorspannungsgeber derart eingerichtet, dass er bei der Hälfte der ersten Zeitspanne die Wirkung der Vorspannung entsprechend der Kraft-Weg-Kennlinie um 50 % reduziert, ergibt sich die Vorspannung des Ventiltellers als die Hälfte des Maximalwerts des Werts K unabhängig davon, wie hoch die Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers ist. Vermindert beispielsweise der Vorspannungsgeber die Übertragung der Vorspannung von dem Vorspannmittel auf den Ventilteller bei 75 % der ersten Zeitspanne auf 80 %, so ist zu diesem Zeitpunkt die Vorspannung des Ventiltellers bei 20 % der maximalen Vorspannung wiederum unabhängig davon, bei welchem Ventilhub der Ventilteller momentan aufgrund der entsprechend vorliegenden Einfahrgeschwindigkeit angehoben ist.
Mit Hilfe des Vorspannungsgebers wirkt das Vorspannmittel auf den Ventilteller erst allmählich und zeitverzögert, wobei die stärkste Vorspannung, auf den Ventiltellers erst am Ende der ersten Zeitspanne oder am Ende des Einfahrens, je nachdem welcher Zeitpunkt früher eintritt, ausgeübt wird. Jedoch ist zu jedem Zeitpunkt des Einfahrens die Vorspannung des Ventiltellers unabhängig von seinem momentanen Ventilhub.
Ein Rad eines Fahrrads ist beispielsweise mit dem Dämpferbein am Rahmen des Fahrrads aufgehängt. Beispielweise fährt das Fahrrad auf eine Bordsteinkante zu. In dem Zeitpunkt, in dem das Rad auf die Bordsteinkante trifft, wird ein heftiger Schlag, also eine Hubanregung von hoher Amplitude innerhalb einer äußerst kurzen Dauer von der Bordsteinkante auf das Rad und somit auf das Dämpferbein übertragen. Das Dämpferbein startet nun mit dem Einfahren, das von der Einfahrtdetektionseinrichtung detektiert wird, womit die erste Zeitspanne startet. Die Vorspannung des Ventiltellers durch das Vorspannmittel entspricht dem Startwert, unabhängig von der Stärke des Schlags und insbesondere unabhängig von einer beim Start des Einfahrens vorhandenen momentanen Hubposition des Dämpferbeins. Zum Beginn des Einfahrens ist die Vorspannung des Ventiltellers mit dem Startwert minimal, wodurch hervorgerufen durch die große Stärke des Schlags die Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers hoch ist. Etwa eine Verstärkung der Vorspannung des Vorspannmittels und damit der Vorspannung des Ventiltellers des Stoßdämpfers seitens des Vorspannungsgebers tritt über den Einfahrhub des Stoßdämpfers nur sehr allmählich ein, weil es dem Stoßdämpfer ermöglicht ist, innerhalb der (für jede Hubanregung immer gleich langen) ersten Zeitspanne, die der Vorspanngeber benötigt, um den Ventilteller maximal vorzuspannen, einen langen Einfahrhub auszuführen. Idealerweise kann die Dauer der ersten Zeitspanne so eingestellt werden, dass die höchste Dämpferbeinwiderstandskraft erst bei Erreichen des Hindernismaximums durch Dämpferbein erreicht wird. Ist die erste Zeitspanne, dagegen so gewählt, dass sie bei Erreichen des Maximaleinfahrhubes am Hindernismaximum noch nicht abgelaufen ist, so werden auch die maximalen Dämpferbeinwiderstandskräfte bei solchen Hindernissen erst gar nicht erzielt, wodurch eine maximale Komforteinstellung des Stoßdämpfers erreicht ist.
Die möglichst vollständige Absorption des beschriebenen Hindernisses ist nur möglich, weil der Ventilteller die erfindungsgemäße Öffnungskennlinie hat, womit er bei der äußerst hohen momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers, die beim Überwinden der Bordsteinkante kurzfristig entsteht, einen sehr hohen Öffnungsgrad hat, ohne dass sich dadurch die Vorspannung des Ventiltellers erhöht. Dadurch ist die Dämpfungskraft des Tellerventils zu jedem Zeitpunkt für sich genommen unabhängig von der momentanen, in diesem Fall sehr hohen Einfahrgeschwindigkeit, wodurch ein Verhärten des Stoßdämpfers erst vollständig verhindert wird und die Dämpferbeinwiderstandskraft somit rein von dem bereits verstrichenen Anteil der ersten Zeitspanne und des dabei übertragenen Vorspannungwertes K durch den Vorspannungsgeber bestimmt wird. Gleichzeitig ist dadurch die erste Zeitspanne trotz der hohen Verfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers annähern immer gleich lang.
Somit wird der beim Hochfahren des Rads auf die Bordsteinkante überwundene Höhenunterschied von dem Dämpferbein ausgeglichen, wodurch die von der Bordsteinkante verursachte Unebenheit gut überwunden und von einem Fahrradfahrer kaum wahrgenommen wird. Beim Erreichen des Hindernismaximums wird das Rad dann bereits maximal abgebremst, so dass ein weiteres, schädliches Einfahren des Dämpferbeins und somit des Rades, und damit ein Kontaktverlust zur Fahrbahn, unterbunden werden.
Da wie beschrieben die Anregungsdauer des Dämpferbeins für unterschiedliche Hindernistypen, insbesondere bis zum Erreichen ihrer Hindernis- bzw. Hubanregungsmaxima, nur sehr begrenzt variiert, erzeugt der Stoßdämpfer, bedingt durch die so voreingestellte, immer gleich lange erste Zeitspanne, die der Vorspanngeber ab dem ersten Auftreffen des Rades auf das Hindernis benötigt, um die Vorspannung des Vorspannmittels auf ihren Maximalwert anzuheben, die höchste Dämpferbeinwiderstandskraft zuverlässig erst im Bereich dieser Hindernismaxima - unabhängig davon wie hoch dabei seine Einfahrgeschwindigkeit am jeweiligen Hindernistyp ist und welche Hubamplituden er dabei erreicht.
Anders dagegen verhält sich das Dämpferbein mit dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer, wenn eine unerwünschte Verfahrbewegung, verursacht durch eine lang andauernde Hubanregung wie sie typischer Weise z.B. beim Pedalieren oder bei einem vom Fahrer eingeleiteten Bremsvorgang entsteht, eintritt. Sofort findet eine sehr schnelle Erhöhung der Vorspannung des Vorspannmittels über den Einfahrhub des Stoßdämpfers statt, weil es dem lange einfahrenden Stoßdämpfer nur ermöglicht ist, in der (für jede Hubanregung immer gleich langen) ersten Zeitspanne, die der Vorspanngeber benötigt, um den Wert K von seinem Startwert auf den Maximalwert anzuheben und so den Ventilteller maximal elastisch vorzuspannen, einen relativ zur maximalen Amplitude der Hubanregung sehr kurzen Einfahrhub auszuführen. Höhere Dämpferbeinwiderstandskräfte werden so bereits am Beginn des Einfahrhubes innerhalb eines Bruchteils der maximalen Hubamplitude deutlich vor dem Hubanregungsmaximum aufgebaut, so dass beispielsweise ein Bremstauchen des Vorderrades oder eine rhythmische Gewichtsverlagerung des Fahrradfahrers beim Pedalieren von dem Dämpferbein unter Erhöhung der Dämpferbeinwiderstandskraft stark gedämpft werden. Das ist aber nur möglich, weil das Tellerventil bei den dabei herrschenden, eher geringeren, aber durchaus stark variierenden momentanen Einfahrgeschwindigkeiten des Dämpferbeins ausreichende und vor allem gleich hohe Dämpfungskräfte generieren kann, da erfindungsgemäße Öffnungskennlinie des Ventiltellers auf Grund ihrer vom Öffnungsgrad des Ventiltellers unabhängigen Vorspannung unabhängig von der momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Dämpferbeins ist. Die Dämpferbeinwiderstandskraft ist somit rein von dem bereits verstrichenen Anteil der ersten Zeitspanne und des dabei erzielten Vorspannungwertes K durch den Vorspannungsgeber bestimmt und gleichzeitig ist die erste Zeitspanne, trotz der unterschiedlichen Verfahrgeschwindigkeiten des Stoßdämpfers, annähern immer gleich lang.
Besonders vorteilhaft zeigt sich das beschriebene Verhalten des Dämpferbeins, wenn das Vorderrad des Fahrrades zum Beginn einer lang andauernden Hubanregung, z.B. während eines starken Bremsvorgangs, also während eines sehr starken Anstieges der Dämpferbeinwiderstandskraft in Relation zum Einfahrhub, auf ein großes Hindernis wie die Bordsteinkante trifft. Sofort erhöht sich der Öffnungsgrad des Ventiltellers ohne dabei das Vorspannmittel weiter vorzuspannen, wodurch sich zeitgleich und nahezu verzögerungsfrei der Einfahrhub verlängert, den das Dämpferbein ausführt, während der Vorspanngeber innerhalb der (für jede Hubanregung immer gleich langen) ersten Zeitspanne die Vorspannung K des Vorspannmittels vom Start- auf den Maximalwert anhebt. Dadurch flacht sich der Anstieg der Dämpferbeinwiderstandskraft über den Einfahrhub des Dämpferbeins sofort ab. Damit gibt das Dämpferbein nahezu verzögerungsfrei mehr Einfahrhub für das auftretende Hindernis frei, wodurch es wesentlich besser absorbiert werden kann. Ist das Hindernis bei weiter bestehendem Bremsvorgang überwunden, ohne dass dabei die maximale Vorspannung und damit die maximale Dämpferbeinwiderstandskraft erreicht wurde, stellt sich sofort danach der Steigungsgradient des Dämpferbeinwiderstandskraftverlaufes über den weiteren Einfahrhub des Stoßdämpfers wieder ein, der vor dem auftreffen des Rades auf die Bordsteinkannte herrschte, wodurch das Bremstauchen, das nun entstehen würde, verhindert wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Dämpferbeins und das erfindungsgemäße Betreiben des Dämpferbeins hat das Dämpferbein eine dynamisch erzeugte Kraft-Weg-Kennlinie, die abhängig von der Einfahrdauer aber unabhängig von der Hubgeschwindigkeit variiert. Diese Charakteristik führt dazu, dass sich das Dämpferbein während des Einfahrhubes nahezu wie eine in ihrer Kraft-Weg-Kennlinie veränderbare Fahrzeugfederung verhält, da auch die Fahrzeugfederung unabhängig von der Hubgeschwindigkeit ist und eine Kraft-Weg-Kennlinie hat. Auf Grund dieser Merkmale emuliert das erfindungsgemäße Dämpferbein, insbesondere beim Einfahren, in vielen Einsatzbereichen eine sogenannte aktive Federung. Diese wirkt unerwünschten Einfahrhubbewegungen, wie z.B. dem erwähnten Bremstauchen, durch eine dynamische Erhöhung der Federkennlinie der Federung des Fahrzeugs entgegen, indem sie über einen mit einer Sensorik und Steuerelektronik gesteuerten Aktor die Fahrwerksfeder (z.B. eine Spiraldruckfeder), die während durch die bremsbedingte Hubanregung einfedert, von ihrem karrosserieseitigen Ende her synchron und zusätzlich zum Einfedern zusammendrückt. Dadurch wird im Ergebnis, genau wie beim erfindungsgemäßen Dämpferbein, die Kraft-Weg-Kennlinie der Radaufhängung dynamisch erhöht und das Bremstauchen stark abgemildert.
Die dynamische Kennlinienerhöhung geschieht beim erfindungsgemäßen Dämpferbein allerdings nahezu verzögerungsfrei und wesentlich schneller als bei der meist elektronisch über eine Sensorik/Aktorik gesteuerten aktiven Federung, da die Reaktionszeit der erfindungsgemäßen Anordnung nur von dem detektieren des Start des Verfahrvorgangs des Dämpferbeins und den Massen seiner Ventilanordnung abhängig ist, nicht aber noch zusätzlich von der Reaktionszeit einer Sensorik/Elektronik/Aktorik, die die Radbewegung mit all ihren quantitativen Werten während des gesamten Vorgangs erst erfassen und verarbeiten und ihr anschließend entsprechend kontinuierlich unter großem Kraft- und Energieeinsatz entgegensteuern muss. Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Dämpferbein, bei ähnlichem Resultat, nur die Vorspannung des Ventilsystems erfindungsgemäß moduliert werden muss, und weil es auf Grund der wenigen und wesentlich einfacheren Komponenten auch deutlich leichter ausgeführt werden kann, ist es besonders vorteilhaft in Fahrzeugen mit einer geringen verfügbaren Energie, wie z.B. Fahrrädern, E-Bikes und Elektroautos eingesetzt.
Sobald die Einfahrphase des Dämpferbeins beendet ist und es mit der Ausfahrphase startet beginnen sich das Vorspannmittel in seiner Vorspannung innerhalb der zweiten Zeitspanne auf den Startwert zurückzustellen. Die zweite Zeitspanne dauert wesentlich kürzer, insbesondere ist sie kürzer als halb so lang, als die erste Zeitspanne, die der Vorspannungsgeber benötigt, um die Vorspannung des Vorspannungsmittels vom Startauf den Maximalwert anzuheben. Sobald ein erneutes Einfahren des Stoßdämpfers eintritt, ist das Vorspannmittel dadurch in seiner Vorspannung auf seinen Startwert zurückgesetzt, so dass die Vorspannung des Tellerventils und somit die Dämpferbeinwiderstandskraft erneut minimal ist. Dadurch ist der Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf beim erneuten Start des Einfahrens weitestgehend unabhängig von der bei diesem Start des Einfahrens vorhandenen Hubposition des Stoßdämpfers.
Dadurch, dass gemäß dem ersten alternativen Dämpferbein die Zugstufendrossel parallel zur Druckstufendrossel bzw. gemäß dem zweiten alternativen Dämpferbein die Druckstufendrossel parallel zur Zugstufendrossel geschaltet ist, wird am Ende des Einfahrens bzw. des Ausfahrens des Stoßdämpfers das Tellerventil zurück auf den Tellerventilsitz bewegt. Somit ist beim erneuten Starten des Einfahrens bzw. des Ausfahrens des Stoßdämpfers das Tellerventil geschlossen, wodurch trotz der verminderten Vorspannung des Ventiltellers beim Start des Einfahrens die Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist.
Das für das erste alternative Dämpferbein beschriebene gilt in analoger Weise für das zweite alternative Dämpferbein und das dritte alternative Dämpferbein.
Bevorzugtermaßen ist das Vorspannmittel elastisch, wodurch die Vorspannung auf den Ventilteller erzeugbar ist, wobei das Vorspannmittel via den Vorspannungsgeber mit dem Ventilteller unmittelbar gekuppelt ist und der Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers um so viel kleiner als der Hub des Vorspannmittels ist, dass die Kraft-Weg-Kennlinie im Bereich des Ventilhubs im Wesentlichen den konstanten Wert hat. Alternativ ist es bevorzugt, dass das Vorspannmittel elastisch ist, wodurch die Vorspannung auf den Ventilteller erzeugbar ist, wobei das Vorspannmittel via den Vorspannungsgeber mit dem Ventilteller mittelbar über ein Getriebe gekuppelt ist, mit dem der Ventilhub des Ventiltellers und der Hub des Vorspannmittels in einem Übersetzungsverhältnis zueinander stehen, dass die Kraft-Weg-Kennlinie im Bereich des Ventilhubs im Wesentlichen den konstanten Wert hat.
Das Getriebe ist bevorzugt ein Hebel, dessen Hebelarm, an dem der Ventilteller angreift, länger ist, als dessen Hebelarm, an dem das Vorspannmittel angreift. Das Vorspannmittel ist bevorzugtermaßen von einer Schraubenfeder und der Vorspannungsgeber ist bevorzugtermaßen von einer Kupplung gebildet, mit der die Federkraft der Schraubenfeder steuerbar ist, via die die Schraubenfeder mit dem Ventilteller zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt. Bevorzugt ist die Kupplung ein Übertragungsstab mit einer Rutschkupplung, der zwischen der Schraubenfeder und dem Ventilteller abgestützt ist, so dass via den Übertragungsstab die Federkraft der Schraubenfeder auf den Ventilteller übertragbar ist. Mit der Rutschkupplung ist der Übertragungsstab in zwei Hälften geteilt, wobei die eine Hälfte in die andere Hälfte längsverfahrbar eingreift. Beim Verfahren der beiden Hälften zueinander wirkt eine Reibungskraft, die der Federkraft entgegenwirkt. Dadurch, dass die ineinander verfahrbaren Hälften des Übertragungsstabs mit sich verjüngenden Querschnitten ausgestaltet sind, verändert sich die Reibungskraft in Abhängigkeit des Grads des Eingriffs. Ferner weist die Rutschkupplung bevorzugt einen Anschlag auf, dass, wenn mindestens einer der beiden Hälften des Übertragungsstabs am Anschlag anliegt, die Hälften des Übertragungsstabs der Rutschkupplung im größten Eingriff stehen.
Als Alternative ist es bevorzugt, dass das Vorspannmittel von einer Gasfeder und der Vorspannungsgeber von einem Druckreduzierventil gebildet ist, mit dem die Federkraft der Gasfeder steuerbar ist, via die die Gasfeder mit dem Ventilteller zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
Weiterhin ist das Vorspannmittel bevorzugt von einem Elektromagneten und der Vorspannungsgeber von einer elektrischen Stromsteuerung gebildet, mit der die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds steuerbar ist, via das der Elektromagnet mit dem Ventilteller zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt. Außerdem ist das Vorspannmittel alternativ bevorzugt von einem Permanentmagneten und der Vorspannungsgeber von einer Positionierungseinrichtung gebildet, mit der der Permanentmagnet im variablen Abstand zum Ventilteller positionierbar ist, wodurch die magnetische Kraft steuerbar ist, die am Ventilteller wechselwirkt und via die der Permanentmagnet mit dem Ventilteller zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
Bevorzugtermaßen ist der Bereich des Ventilhubs der gesamte Ventilhub des Ventiltellers. Ferner ist es bevorzugt, dass der Startwert Null ist.
Beim bevorzugten Verfahren zum Betreiben des Dämpferbeins liegt die erste Zeitspanne zwischen 0,01 und 0,8 Sekunden, insbesondere zwischen 0,05 und 0,5 Sekunden. Diese erste Zeitspannen sind vorteilhaft geeignet mit dem Dämpferbein Einfahrbewegungen komfortabel zu dämpfen.
Bevorzugt ist außerdem, dass das Anheben der Vorspannung des Ventiltellers von dem Startwert auf den konstanten Wert über die erste Zeitspanne linear, degressiv oder progressiv erfolgt. Außerdem ist es bevorzugt, dass der konstante Wert der Vorspannung des Ventiltellers derart gewählt wird, dass beim Auftreten der konstruktionsbedingt vorhandenen maximal zulässigen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers nach Ablauf der erste Zeitspanne die von dem Ventilteller erzeugte Dämpferbeinwiderstandskraft derart hoch ist, dass der Stoßdämpfer gerade nicht einfährt und somit starr ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform des ersten alternativen erfindungsgemäßen Dämpferbeins,
2 eine Skizze über die kinematischen Verhältnisse, wenn ein Rad auf eine Bordsteinkante fährt,
3 ein Diagramm über den zeitlichen Verlauf des Einfahrwegs und der Einfahrgeschwindigkeit beim Hochfahren der Bordsteinkante,
4 Unterschiedliche Hubanregungen des Dämpferbeins mit jeweils ihrer spezifischen Anregungsdauer, Hubamplitude und Hubgeschwindigkeit,
5 ein Diagramm, das beispielhaft den Einfahrweg in Abhängigkeit der Zeit beim Fahren auf unebenem Untergrund zeigt, und
6 bis 9 Kennlinien einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpferbeins.

1 zeigt ein Dämpferbein 1, das einen Stoßdämpfer 2 aufweist. Der Stoßdämpfer 2 weist einen Dämpferzylinder 3 auf, der in 1 gesehen an seiner Unterseite einen Dämpferzylinderkopf 4 aufweist, an dem ein Laufradauge 5 ausgebildet ist. Das Laufradauge 5 ist vorgesehen zur Aufnahme eines Laufrads, dessen Radaufhängung von dem Dämpferbein 1 gebildet ist. Ferner weist der Dämpferzylinder 3 an seiner dem Dämpferzylinderkopf 4 abgewandten Seite einen Dämpferzylinderboden 6 auf, wobei zwischen dem Dämpferzylinderkopf 4 und dem Dämpferzylinderboden 6 ein Volumen ausgebildet ist, das mit einem inkompressiblen Dämpferfluid, beispielsweise Öl, gefüllt ist. In dem Volumen ist ein Dämpferkolben 7 mit einer Dämpferkolbenstange 8 längsverschiebbar angeordnet, wobei die Dämpferkolbenstange 8 durch eine Öffnung 8 im Dämpferzylinderboden 6 geführt ist. Am außenliegenden Längsende der Dämpferkolbenstange 8 ist ein Rahmenauge 10 ausgebildet, das vorgesehen ist an einem Fahrzeugrahmen angelenkt zu sein. Von dem Dämpferkolben 7 ist das Volumen des Dämpferzylinders 3 in ein Dämpfervolumen 11 und ein Gegenvolumen 12 unterteilt, wobei das Dämpfervolumen 11 an der im Dämpferzylinderkopf 4 zugewandten Seite und das Gegenvolumen 12 an der dem Dämpferzylinderboden 6 zugewandten Seite angeordnet sind. An der Dämpferkolbenstange 8 ist ein Anschlag 13 vorgesehen, der bei Erreichen des Maximalhubs des Dämpferbeins 1 am Dämpferzylinderboden 6 anliegt.
Das Dämpfervolumen 11 und das Gegenvolumen 12 sind fluidleitend mit einer Dämpferfluidleitung miteinander verbunden, so dass das Dämpferfluid beim Hin- und Herverschieben des Dämpferkolbens 7 zwischen dem Dämpfervolumen 11 und dem Gegenvolumen 12 kommuniziert. Beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 bewegt sich der Dämpferkolben 7 in Richtung zu dem Dämpferzylinderkopf 4, so dass das Dämpfervolumen 11 sich verkleinert und das Dämpferfluid von dem Dämpfervolumen 11 in das Gegenvolumen 12 verdrängt wird. Beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 vergrößert sich das Dämpfervolumen 11, wobei das Gegenvolumen 12 sich verkleinert, so dass von dem Gegenvolumen 12 in das Dämpfervolumen 11 Dämpferfluid transportiert wird. Das Überströmen von dem Dämpferfluid von dem Dämpfervolumen 11 zu dem Gegenvolumen 12 und umgekehrt ist verlustbehaftet, wodurch eine Widerstandskraft des Dämpferbeins 1 erzeugbar ist, die dem Einfahren bzw. dem Ausfahren des Stoßdämpfers entgegenwirkt.
Dadurch, dass beim Verfahren des Dämpferkolbens 7 in dem Dämpferzylinder 3 die Dämpferkolbenstange 8 sich in Abhängigkeit der Hubstellung des Stoßdämpfers 2 sich erstreckt, ist die daraus resultierende Verdrängungswirkung der Dämpferkolbenstange 8 mit Hilfe einer Volumenausgleichseinrichtung 18 zu kompensieren. Die Volumenausgleichseinrichtung 18 ist in die Dämpferfluidleitung zwischen dem Dämpfervolumen 11 und dem Gegenvolumen 12 eingebaut und weist einen Ausgleichszylinder 19 auf, in dem ein Ausgleichskolben 20 längsverschiebbar angeordnet ist. Die dem Dämpferfluid zugewandte Seite des Ausgleichskolbens 20 begrenzt in dem Ausgleichszylinder 19 ein Ausgleichsvolumen 22, das von dem Dämpferfluid geflutet ist. Die dem Dämpferfluid abgewandte Seite des Ausgleichskolbens 20 begrenzt in dem Ausgleichszylinder 19 ein Puffervolumen 21, das mit einem kompressiblen Fluid, beispielsweise Luft, gefüllt ist. Entsprechend der Verdrängungswirkung der Kolbenstange 8 ist der Ausgleichskolben 20 in dem Ausgleichszylinder 19 verschoben angeordnet, so dass mit dem Ausgleichsvolumen 22 die Änderung der Größe des Gegenvolumens 12 ausgeglichen ist.
Das Dämpferbein 1 weist ferner eine Zugstufendrossel 14 und eine Druckstufendrossel 16 auf, die parallel zueinander in die Dämpferluidleitung eingebaut sind. Die Zugstufendrossel 14 weist ein Zugstufenventil 15 auf, das als ein Rückschlagventil ausgebildet ist, das beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 in der Geschlossenstellung und beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 in der Offenstellung ist. In analoger Weise ist die Druckstufendrossel 16 beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 durchströmt und beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 nicht durchströmt. Somit wird die Dämpferbeinwiderstandskraft beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 von den Strömungsverhältnissen in der Druckstufendrossel 16 und beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 von den Strömungsverhältnissen in der Zugstufendrossel 14 bestimmt.
Das Zugstufenventil 15 ist mit einer vorgespannten Kugel ausgebildet, wobei die Kugel beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 auf einen Sitz gepresst ist und beim Ausfahren des Stoßdämpfers von dem Sitz unter Überwinden ihrer Vorspannung abgehoben ist. Die Strömungsverhältnisse um die Kugel beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 werden unter anderem durch die Stärke der Vorspannung der Kugel bestimmt, so dass durch eine entsprechende Dimensionierung der Vorspannung die Dämpferbeinwiderstandskraft beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 einstellbar ist.
Die Druckstufendrossel 16 weist eine Einfahrdetektionseinrichtung 23 auf, die von einem Rahmenabstandssensor 24, einem Laufradabstandssensor 25 und einer Signalleitung 26 gebildet ist. Der Rahmenabstandssensor 24 ist an dem Rahmenauge 10 angebracht, wohingegen der Laufradabstandssensor 25 am Dämpferzylinderboden 6 angebracht ist. Der Rahmenabstandssensor 24 und der Laufradabstandssensor 25 wechselwirken miteinander derart, dass mit der Einfahrdetektionseinrichtung 23 der Beginn und das Ende des Einfahrens des Dämpferbeins 1 detektierbar ist. In der Signalleitung 26 ist ein entsprechendes Signal bereitgestellt.
Die Druckstufendrossel 16 weist ferner ein Tellerventil auf, das von einem Ventilteller 30 und einem Ventiltellersitz 32 gebildet ist. Das Tellerventil ist derart in die Dämpferfluidleitung eingebaut, dass beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 der Ventilteller 30 durch die Strömung des Dämpferfluids in der Dämpferfluidleitung von dem Ventiltellersitz 32 weggedrückt wird, wodurch sich eine Ventiltelleröffnung 31 ergibt. Beim Durchströmen der Ventiltelleröffnung 31 ergeben sich in der Strömung des Dämpferfluids Strömungsverluste, aus denen sich eine Druckdifferenz des Dämpferfluides am Tellerventil und somit die Dämpferbeinwiderstandskraft beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 ergibt. Beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 wird hingegen der Ventilteller 30 von dem Dämpferfluid auf den Ventiltellersitz 32 gedrückt, so dass eine Durchströmung des Tellerventils unterbunden ist. Ein Ventilhub des Ventiltellers 30 ist der Verfahrweg des Ventiltellers 30 gegenüber dem Ventilsitz 32, so dass sich zwischen dem Ventilteller 30 und dem Ventilsitz 32 eine Ventilöffnung 31 ergibt.
Zum Vorspannen des Ventiltellers 30 ist ein Vorspannmittel 28 vorgesehen, das via einen Vorspannungsgeber 27 mit dem Ventiltellers 30 zum Übertragen einer Vorspannungskraft auf den Ventiltellers 30 gekoppelt ist. Der Vorspannungsgeber 27 ist an die Signalleitung 26 angeschlossen, wodurch von der Einfahrdetektionseinrichtung 23 jeweils das Signal beim Start und beim Ende des Einfahrens des Stoßdämpfers 2 an den Vorspannungsgeber 27 übertragbar ist.
Das Vorspannmittel 28 ist von einem Elektromagneten gebildet, mit dem ein magnetisches Feld erzeugbar ist. Das magnetische Feld wechselwirkt mit dem Ventilteller 30 derart, dass es den Ventilteller 30 in Richtung zum Ventilsitz 32 hin vorspannt. Bedingt durch die in der Praxis üblicherweise in dem Stoßdämpfer 2 und insbesondere in der Dämpferfluidleitung auftretenden Strömungsverhältnisse des Dämpferfluids sind die Ventilhübe des Ventiltellers 30 so gering, dass bei unveränderter Stärke des magnetischen Felds, mit dem die Vorspannung des Ventilteller 30 von dem Vorspannmittel 28 erzeugt wird, die Vorspannung des Ventiltellers 30 bei allen in der Praxis denkbaren Hubstellungen im Wesentlichen gleich ist. Somit hat über den gesamten Ventilhub des Ventiltellers 30 dessen Vorspannung eine Kraft-Weg-Kennlinie, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist und somit einen konstanten Wert K hat, wodurch unabhängig von einem momentanen Ventilhub des Ventiltellers 30 dessen Vorspannung gleich groß ist.
Der momentane Ventilhub des Ventiltellers 30 ergibt sich im Wesentlichen aus der momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers 2. Bei einer hohen Einfahrgeschwindigkeit ist der Ventilhub groß und umgekehrt. Dadurch, dass die Vorspannung des Ventiltellers 30 unabhängig vom momentanen Ventilhub ist, ist die Vorspannung des Ventiltellers 30 unabhängig von der momentanen Einfahrgeschwindigkeit.
Der Vorspannungsgeber 27 ist von einer elektrischen Stromsteuerung gebildet, mit der der Elektromagnet betrieben und die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds steuerbar ist, via das der Elektromagnet mit dem Ventilteller 30 zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt. Der Vorspannungsgeber 27 steuert die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds derart, dass, sobald der Vorspannungsgeber 27 das Signal für den Start des Einfahrens empfangen hat, die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds ausgehend von einem Startwert angehoben wird. Diese Verstärkung erstreckt sich über eine vorherbestimmte erste Zeitspanne, wobei an deren Ende die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds einen Maximalwert hat. Erreicht den Vorspannungsgeber 27 via die Signalleitung 26 das Signal, dass das Einfahren des Stoßdämpfers 2 beendet ist, wirkt die elektrische Stromsteuerung derart, dass die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds wieder auf den Starwert gesetzt wird.
Eine hohe Anforderung an das Dämpferbein 1 ist gestellt, wenn das Laufrad eine steile Unebenheit, wie beispielsweise eine Bordsteinkante, zu überwinden hat. Das Auftreffen des Laufrads auf die Bordsteinkante wird mit einem großen Schlag von der Bordsteinkante auf das Laufrad eingeleitet, wodurch als Reaktion darauf der Stoßdämpfer 2 mit dem Einfahren beginnt. Dabei wird mit der Einfahrdetektionseinrichtung 23 das Signal in der Signalleitung 26 generiert, das den Beginn des Einfahrens anzeigt. Gleichzeitig mit dem Beginn des Einfahrens beginnt die erste Zeitspanne.
Mit Hilfe des Vorspannungsgebers 27 ist die Stärke des magnetischen Felds, mit dem von dem Vorspannmittel 28 die Vorspannung des Ventiltellers 30 erzeugbar ist, dosierbar. Zu Beginn der ersten Zeitspanne, die mit dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers 2 beginnt, wird mit dem Vorspannungsgeber 27 die Stärke des magnetischen Felds als minimal eingestellt. Somit lässt sich der Ventilteller 31 leicht von dem Ventilsitz 32 abheben. Dadurch, dass sich die Stärke der Vorspannung im Wesentlichen unabhängig von der Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers 2 ist, kann der Stoßdämpfer 2 zu Beginn der ersten Zeitspanne gleich sensibel auf unterschiedlich starke Stöße auf das Laufrad reagieren. Somit ist zu Beginn des Einfahrens des Stoßdämpfers 2 dieser weich in der Dämpfungswirkung, so dass der starke Stoß beim Auftreffen des Laufrads auf die Bordsteinkante vom Dämpferbein 1 gut kompensiert werden kann.
Die erste Zeitspanne ist derart ausreichend lang gewählt, nämlich zwischen 0,01 und 0,8 Sekunden, dass der starke Stoß, der das Einfahren des Stoßdämpfers 2 ausgelöst hat, weich abgedämpft werden kann.
Ab dem Beginn der ersten Zeitspanne wird von dem Vorspannungsgeber 27 das Vorspannmittel 28 derart angesteuert, dass die Stärke des magnetischen Felds kontinuierlich bis zum Ende der ersten Zeitspanne erhöht wird. Nach dem Ende der ersten Zeitspanne bleibt die Stärke des magnetischen Felds gleichbleibend hoch, bis von der Einfahrdetektionseinrichtung das Ende des Einfahrens des Stoßdämpfers 2 detektiert und per das Signal in der Signalleitung 26 an den Vorspannungsgeber 27 übertragen wird.
Durch das Zusammenwirken des Vorspannungsgebers 27 und des Vorspannmittels 28 wird erreicht, dass während der ersten Zeitspanne und bis zum Ende des Einfahrens die Charakteristik der Vorspannung des Ventiltellers 30 (erste Ableitung der Kraft-Weg-Kennlinie ist im Wesentlichen Null) gleichbleibend ist, wohingegen während der ersten Zeitspanne das Niveau der Vorspannung ausgehend von dem Startwert (insbesondere Null) angehoben wird.
Beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 wird die Zugstufendrossel 15 von dem Dämpferfluid durchströmt, wodurch Strömungsverluste entstehen. Dabei stellt sich in der Dämpferfluidleitung und in der Druckstufendrossel 16 eine Druckverteilung ein, die zum Schließen des Tellerventils führt, da der Ventilteller 30 auf den Ventilsitz 32 gedrückt wird. Dadurch ist der Ventilteller 30 für ein neues Einfahren in seine Startposition gebracht.
In den 2 bis 9 sind die vorhergehend beschriebenen Verhältnisse qualitativ gezeigt. In 2 sind die kinematischen Verhältnisse gezeigt, wenn ein Laufrad 35, das die Laufradnabe 36 aufweist, auf einer Straße 37 rollt, die eine Bordsteinkante 38 aufweist. Hierzu ist in 3 in einem Diagramm über eine Zeitachse 39 der Einfahrhub 40 und die Einfahrgeschwindigkeit 41 des Dämpferbeins 1 aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass sobald das Laufrad 35 auf die Bordsteinkante 38 trifft, die Einfahrgeschwindigkeit 41 sprunghaft ansteigt, da der Einfahrhub 40 über die Zeit zuerst einen steilen Gradienten aufweist, der ab dem Beginn des Hubes über einen großen Teil des Hubverlaufes als steiler, annähernd linearer Anstieg dargestellt werden kann. Erst gegen Ende des Einfahrhubes wird der Gradient nach und nach flacher. Der Verlauf der Einfahrgeschwindigkeit über ein solches Hindernis, ist in dem annähernd linearen Bereich des Hubes daher nahezu konstant und quantitativ von äußerst hohem Wert. Dadurch wird ein sehr starker Schlag auf das Laufrad 35 übertragen. Generiert ein Dämpferbein bereits zu diesem Beginn eines solchen Hubes sehr hohe Dämpferbeinwiderstandskräfte, so wird der Schlag sehr hart gedämpft und führt zu einer sehr starken Übertragung der Anregung auf den Rahmen des so gedämpften Fahrzeuges und somit auf den Fahrer. Aus diesem Grund sind die Komponenten des Dämpferbeines 1 so gekuppelt und verschaltet, das der Wert K der Vorspannung des Vorspannmittels 28 des Ventiltellers 30 zu Beginn eines solchen Hubes des Dämpferbeines 1 immer bei einem einzigen Startwert, der insbesondere minimal oder Null ist, beginnt und über die erste Zeitspanne auf den Maximalwert angehoben wird, wodurch ein solcher Schlag sanft gedämpft wird und zu einer schwachen Übertragung der Anregung auf den Rahmen des so gedämpften Fahrzeuges und somit auf den Fahrer führt. Es werden im Bereich des Hubanregungsmaximums 56 bereits die maximalen Dämpferbeinwiderstandskräfte durch eine maximale Übertragung der Vorspannung auf den Ventilteller 30 durch den Vorspannungsgeber 27 erreicht, so dass das Einfahren des Dämpferbeines 1 und damit des Laufrades 35 des Fahrzeuges, maximal gebremst wird, um ein weiteres, schadhaftes Einfahren und damit einen Kontaktverlust des Laufrads 35 zur Straße 37 zu verhindern.
In 4 ist der Verlauf unterschiedlicher Hubamplituden eines theoretischen, kaum gedämpften Dämpferbeins am Vorderrad eines Fahrrades bei auf ihn wirkenden Hubanregungen über die Zeitachse 39 gezeigt. Die Hubanregungen weisen jeweils ein Hubanregungsmaximum 56 auf. Bei einer Hubanregung des Vorderrades durch Hindernisse 59, 60 folgt beim Überrollen des Hindernismaximums durch das Vorderrad, also dem maximalen Höhenunterschied des Hindernisses zu dem ihm direkt umgebenden Niveau der Fahrbahn, erst kurze Zeit später ein Hubanregungsmaximum 56, weil durch die Masseträgheit der ungefederten Massen verursacht, das kaum gedämpfte Dämpferbein auch noch nach dem Hindernismaximum kurzzeitig weiter einfedert. Jede Hubanregung lässt sich in zwei Bereiche aufteilen: Vor Erreichen des Hubanregungsmaximums 56 handelt es sich um eine Einfahranregung, nach dessen Erreichen um eine Ausfahranregung des Dämpferbeins. Der Gradient der Kurven stellt die jeweilige Ein-/Ausfahrfahrgeschwindigkeit des theoretischen, kaum gedämpften Dämpferbeines über die Hubanregung dar. Aus dem Diagramm ist die unterschiedliche Anregungsdauer der Hubanregungen gut erkennbar: sie stellt sich auf der Zeitachse 39 als der Zeitstrahl vom Schnittpunkt der Achsen 39, 53 bis zum Schnittpunkt 58 der Kurve der jeweiligen Hubanregung mit der Zeitachse 39 dar. Es ist durch ein Bezugszeichen markiert, ob die jeweilige Hubanregung eine erwünschte Verfahrbewegung 54 oder unerwünschte Verfahrbewegung 55 des Dämpferbeines 1 auslöst. Gut zu erkennen ist, dass Hubanregungen durch Hindernisse (Bordsteinkante 59; niedrigerer Stein 60), die erwünschten Verfahrbewegungen 54 auslösen, wesentlich kürzer andauern als Hubanregungen, die z.B. durch Bremskräfte 61 oder durch Pedalieren 62 induziert werden und unerwünschte Verfahrbewegungen 55 auslösen. Weiterhin ist dargestellt, dass sich die Anregungsdauer über diverse Hindernisse 59, 60, insbesondere bis zum Erreichen ihrer Hindernis- bzw. Hubanregungsmaxima 56, in einem zeitlich sehr engen Bereich 57 bewegt. Das Bezugszeichen 48 markiert eine Linie, deren Schnittpunkt mit der Zeitachse 39 das Ende der ersten Zeitspanne darstellt. Die voreingestellte erste Zeitspanne des erfindungsgemäßen Dämpferbeins erstreckt sich also auf der Zeitachse 39 vom Schnittpunkt der Achsen 39, 53 bis zu diesem Punkt. Der Schnittpunkt der Linie 48 mit dem jeweiligen Graphen der Hubanregungen 59, 60, 61,6 2 zeigt, bezogen auf den Anregungstyp, bei welcher momentanen Höhe der Anregungsamplitude der jeweiligen Hubanregung die höchsten Dämpfungskräfte des erfindungsgemäßen Dämpferbeins 1 erreicht werden würden. Deutlich ist zu erkennen, dass bei den Hubanregungen 61, 62, die unerwünschten Stoßdämpferbewegungen 55 auslösen, bereits bei einem Bruchteil ihrer maximalen Hubamplituden, noch weit vor Erreichen der Hubanregungsmaxima 56, die höchsten Dämpfungskräfte anliegen, während bei den Hubamplituden der erwünschten Stoßdämpferbewegungen 54 die Dämpfungskräfte erst am oder knapp nach dem Hubanregungsmaximum 56 erreicht werden. Ist das Ende der Zeitspanne 59 erst nach Erreichen des Hubanregungsmaximums 63 erreichbar, so werden die maximalen Dämpferbeinwiderstandskräfte des Stoßdämpfers 1 erst gar nicht erreicht. Dadurch, dass im Bereich des Ventilhubes des Ventiltellers 30 die Kraft-Weg-Kennlinie des Vorspannmittels im Wesentlichen konstant ist, in diesem Bereich somit eine erste Ableitung besitzt, die im wesentlichen Null ist (F' =dF/dx ≈ 0), ist die Dämpferbeinwiderstandskraft unabhängig von der jeweiligen Verfahrgeschwindigkeit des Dämpferbeins 1. Somit sind die am Ventilteller 30 entstehende Druckdifferenz des Dämpfungsfluides unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeit und die am Vorspannmittel 28 wirkende Kraft. Dies ist der Fall, wenn am Dämpferbein 1 das Vorspannmittel 28 und der Ventilteller 30 via den Vorspannungsgeber 27 so miteinander gekuppelt sind, dass die zum Vorspannen des Vorspannmittels 28 benötigte Kraft durch diese am Ventilteller 30 entstehende Druckdifferenz des Dämpferfluides erzeugt wird. Dabei verrichtet das Dämpferfluid die physikalische Arbeit, die zum zunehmenden Vorspannen des Vorspannmittels 28 notwendig ist, durch eine kleine Menge Dämpferfluid, die die aus dem Dämpfervolumen 11 kommend den Ventiltellersitz 32 noch nicht passiert hat. Somit ist die erste Zeitspanne, die der Vorspannungsgeber 27 benötigt, um das Vorspannmittel 27 vom Startwert auf den höchsten Wert seiner Vorspannung anzuheben, für alle Hubanregungen 59, 60, 61, 62 immer gleich lang und erreicht nach immer der gleichen Zeit nach Beginn der jeweiligen Hubanregungen 59, 60, 61, 62 ihr Ende 48.
Die Gradienten der Hubanregungen 60 und 61 sind in Bereichen gleich steil, womit auch die Einfahrgeschwindigkeiten des ungedämpften Dämpferbeins in diesen Bereichen der Hubanregungen nahezu identisch sind. Die Amplituden der Hubanregungen 59 und 60 sind annähernd gleich hoch. Somit ist gut zu erkennen, dass weder die Hubamplituden noch die Verfahrgeschwindigkeiten dazu geeignet sind erwünschte und unerwünschte Hubanregungen des Dämpferbeins zu unterscheiden und die Dämpferbeinwiderstandskraft entsprechend zu regulieren. Das Dämpferbein 1 ist in seiner Dämpferbeinwiderstandskraft daher besonders vorteilhaft sowohl von den Verfahrgeschwindigkeiten als auch von den Hubamplituden als direkte Einflussfaktoren unabhängig.
In 5 ist der Einfahrhub 40 über die Zeit 39 aufgetragen, wenn das Laufrad 35 über die Straße 37 mit Unebenheiten rollt. Mit dem Bezugszeichen 43 ist ein relativer Hub des Dämpferbeins 1 und mit dem Bezugszeichen 44 ein absoluter Hub des Dämpferbeins 1 bezeichnet. Als relativer Hub des Dämpferbeins 1 wird der reelle Verfahrweg bezeichnet, den das Dämpferbein 1 aus der letzten Hubposition zu der eine Richtungsänderung des Hubes stattfand, bis zu der Hubposition des Bestimmungszeitpunktes zurückgelegt hat. Als absoluter Hub wird dagegen der imaginäre Verfahrweg bezeichnet, den das Dämpferbein 1 aus seiner maximal ausgefahrenen Hubposition bis zu der Hubposition des Bestimmungszeitpunktes benötigen würde. Der Wert der Vorspannung K des Vorspannmittels des Dämpferbeins 1 ist ab dem Auftreffen des Laufrades 35 auf ein Hindernis, aus den in der Beschreibung zu 2 bereits beschrieben Gründen, immer von einem einzigen Startwert aus über die erste Zeitspanne anhebbar. In dem Moment, in dem das Laufrad 35 auf ein Hindernis trifft, beginnt das Dämpferbein 1 mit einem relativen Hub. Deshalb muss der Startwert zu jedem Beginn eines relativen Hubes des Dämpferbeins 1 vorliegen und die Vorspannung mit ihrem Wert K über die erste Zeitspanne während des folgenden relativen Hubs angehoben werden.
Dagegen befindet sich das Dämpferbein 1, während das Laufrad 35 über die Straße 37 rollt, immer in einem anderen Bereich seines absoluten Hubes und damit jedes Mal in einer unterschiedlichen Hubposition, wenn das Laufrad 35 auf ein Hindernis trifft. Somit ist der Vorspannungswert K des Vorspannmittels unabhängig vom absoluten Hub und der daraus resultierenden Hubposition des Dämpferbeines 1. Das Dämpferbein 1 ist deshalb über die Verschaltung und Kuppelung seiner Komponenten insbesondere so eingerichtet, das der Startwert des Vorspannungswertes K des Vorspannmittels 28 des Ventiltellers 30 jeweils am Umkehrpunkt zwischen Ausfahren zu Einfahren Dämpferbeines 1 am Ventilteller 30 anliegt und bei weiterem Einfahren des Dämpferbeines über die erste Zeitspanne angehoben wird. Alternativ ist über die Verschaltung und Kuppelung der Komponenten des Dämpferbeins 1 dieses so eingerichtet, das der Startwert des Vorspannungswertes K des Vorspannmittels 28 des Ventiltellers 30 jeweils am Umkehrpunkt zwischen Einfahren zu Ausfahren des Dämpferbeines 1 am Ventilteller 30 anliegt und bei weiterem Ausfahren des Dämpferbeines 1 über die erste Zeitspanne angehoben wird.
In 6 ist der Verlauf der Dämpferbeinwiderstandskraft 42 des Dämpferbeins 1 über seinen Einfahrhub 40 gezeigt, wenn das Dämpferbein 1 den in 4 gezeigten unterschiedlichen Hubanregungen bis zu ihren jeweiligen Hubanregungsmaxima ausgesetzt ist. Das Bezugszeichen 63 markiert den Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf über die Hubanregung 66 der Bordsteinkante, das Bezugszeichen 64 den Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf über die Hubanregung 60 des Steins, das Bezugszeichen 65 den Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf über die Hubanregung 61 beim Bremsvorgang und das Bezugszeichen 66 den Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf über die Hubanregung 62 durch pedalierinduziertes Wippen. Unerwünschte Stoßdämpferbewegungen die durch die Hubanregungen 61, 62 ausgelöst werden, lösen Dämpferbeinwiderstandskraftverläufe 65, 66 mit äußerst steilen Gradienten aus, wodurch bereits bei äußerst geringen Einfahrwegen maximale Dämpferbeinwiderstandskräfte hervorgerufen werden.
Erwünschte Stoßdämpferbewegungen, die durch die Hubanregungen 59, 60 ausgelöst werden, weisen Dämpferbeinwiderstandskraftverläufe 63, 64 mit flachen Gradienten auf, die sanft von einem minimalen Startwert ausgehend ansteigen. Sie erreichen ihre höchsten Dämpferbeinwiderstandskräfte am jeweiligen Hindernismaximum, aber nach unterschiedlichen Einfahrwegen, wodurch der erfindungsgemäße Stoßdämpfer immer nur so viel Einfahrweg freigibt, wie für die vollständige Absorption der unterschiedlich hohen Hindernisse notwendig ist.
Beim Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf 70 über die Bordsteinkante wird die maximale Dämpferbeinwiderstandskraft nicht erreicht, weil die erste Zeitspanne so eingestellt ist, dass sie bei Erreichen des Hubanregungsmaximums noch nicht abgelaufen ist. Somit ist die maximal erreichte Dämpferbeinwiderstandskraft über die Bordsteinkante geringer als über den niedrigeren Stein, wodurch eine besondere Komforteinstellung des Stoßdämpfers über besonders harte und schnelle Schläge erreicht ist. Für die Ausfahrbewegungen des Stoßdämpfers sind die Funktionsweisen analog.
In 7 ist die Kennlinie der Dämpferbeinwiderstandskraft 42 über den Einfahrhub 40 des Dämpferbeins 1 gezeigt, wobei zuerst das Dämpferbein 1 langsam durch eine lang andauernde Hubanregung, wie etwa ein Bremstauchen, eingefahren wird (Kennlinie 46) und währenddessen auf ein Hindernis, wie etwa eine Bordsteinkante trifft, wodurch es schnell und weit eingefahren wird (Kennlinie 45). Die Darstellung des quantitativen Verlaufes der beiden Kennlinienteile ist der zur Vereinfachung linearisiert.
In 8 ist über die Zeit 39 aufgetragen und mit dem Bezugszeichen 47 bezeichnet die Vorspannungsübertragung des Vorspannungsgebers 27 an das Vorspannmittel 28, wobei am Punkt, der mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet ist, das Ende der ersten Zeitspanne erreicht ist. Der Verlauf der Vorspannungsübertragung 47 kann dabei linear, progressiv oder degressiv sein. Zu jedem Zeitpunkt ist die Vorspannungskraft 49 am Ventilteller 30 unabhängig von der Einfahrgeschwindigkeit 41, wie es in 9 gezeigt ist.
Bezugszeichenliste

1: Dämpferbein
2: Stoßdämpfer
3: Dämpferzylinder
4: Dämpferzylinderkopf
5: Laufradauge
6: Dämpferzylinderboden
7: Dämpferkolben
8: Dämpferkolbenstange
9: Öffnung
10: Rahmenauge
11: Dämpfervolumen
12: Gegenvolumen
13: Anschlag
14: Zugstufendrossel
15: Zugstufenventil
16: Druckstufendrossel
18: Volumenausgleichseinrichtung
19: Ausgleichszylinder
20: Ausgleichskolben
21: Puffervolumen
22: Ausgleichsvolumen
23: Einfahrdetektionseinrichtung
24: Rahmenabstandssensor
25: Laufradabstandssensor
26: Signalleitung
27: Vorspannungsgeber
28: Vorspannmittel
29: Steuerraum
30: Ventilteller
31: Ventiltelleröffnung
32: Ventiltellersitz
33: Abstützscheibe
34: Durchlass
35: Laufrad
36: Laufradnabe
37: Straße
38: Bordsteinkante
39: Zeitachse
40: Einfahrhub
41: Einfahrgeschwindigkeit
42: Dämpferbeinwiderstandskraft
43: relativer Hub
44: absoluter Hub
45: Kennlinie bei schnellem Einfahren
46: Kennlinie bei langsamen Einfahren
47: Vorspannungsübertragung des Vorspannungsgebers
48: Ende der ersten Zeitspanne
49: Vorspannungskraft am Ventilteller
50: linearer Verlauf
51: progressiver Verlauf
52: degressiver Verlauf
53: Anregungsamplitude der Hubanregung
54: Hubanregung erwünschter Dämpferbeinbewegungen
55: Hubanregung unerwünschter Dämpferbeinbewegungen
56: Hubanregungsmaximum
57: Bereich der Hubmaxima bei Hindernissen
58: Anregungsdauer der Hubanregung
59: Hubanregung durch Bordsteinkante
60: Hubanregung durch niedrigen Stein
61: Hubanregung durch Bremsvorgang
62: Hubanregung durch Pedalieren
63: Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf bei Hubanregung 66 durch Bordsteinkante
64: Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf bei Hubanregung 67 niedrigen Stein
65: Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf bei Hubanregung 68 durch Bremsvorgang
66: Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf bei Hubanregung 69 durch Pedalieren

Claims

Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer (2), der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen (10) aufweist, einer Einfahrdetektionseinrichtung (23), die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts eines Einfahrens des Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, sowie einer ein Tellerventil mit einem Ventilteller (30) aufweisenden Druckstufendrossel (16), durch die beim Einfahren des Stoßdämpfers (2) das Dämpferfluid entgegen der Schließrichtung des Tellerventils strömt, wodurch von dem Ventilteller (30) eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die Druckstufendrossel (16) zum Vorspannen des Ventiltellers (30) in die Schließrichtung des Tellerventils ein Vorspannmittel (28), das zumindest in einem Bereich des Ventilhubs (x) des Ventiltellers (30) eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist (F' = dF/dx ≈ 0), wodurch in jedem Zeitpunkt für sich genommen die Vorspannung des Tellerventils konstant ist, und einen Wert (K) hat, und einen Vorspannungsgeber (27) aufweist, der das Vorspannmittel (28) mit dem Ventilteller (30) kuppelt, mit der Einfahrdetektionseinrichtung (23) verschaltet ist und eingerichtet ist, beginnend mit dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers (2) den Wert (K) von einem einzigen Startwert über eine erste Zeitspanne anzuheben.
Dämpferbein gemäß Anspruch 1, wobei der Vorspannungsgeber (27) so mit der Einfahrdetektionseinrichtung (23) verschaltet ist, dass der Wert (K) auf den Startwert zurückgesetzt ist, sobald die Einfahrdetektionseinrichtung (23) ein Ende des Einfahrens detektiert.
Dämpferbein gemäß Anspruch 1, wobei das Dämpferbein (1) eine Ausfahrdetektionseinrichtung aufweist, die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts eines Ausfahrens des Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, und so mit dem Vorspannungsgeber (27) verschaltet und eingerichtet ist, beginnend mit dem Ausfahren des Stoßdämpfers (2) den Wert (K) innerhalb einer zweiten Zeitspanne auf den Startwert abzusenken.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Dämpferbein (1) eine Zugstufendrossel (14) aufweist, die parallel zur Druckstufendrossel (16) und somit parallel zum Tellerventil geschaltet und beim Ausfahren des Stoßdämpfers (2) von dem Dämpferfluid durchströmt ist, so dass beim Ausfahren des Stoßdämpfers (2) der Ventilteller (30) auf einen Ventiltellersitz (32) des Tellerventils gedrückt ist.
Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer (2), der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen (10) aufweist, einer Ausfahrdetektionseinrichtung, die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts und eines Endes eines Ausfahrens des Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, sowie einer ein Tellerventil mit einem Ventilteller (30) aufweisenden Zugstufendrossel (14), durch die beim Ausfahren des Stoßdämpfers (2) das Dämpferfluid entgegen der Schließrichtung des Tellerventils strömt, wodurch von dem Ventilteller (30) eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die Zugstufendrossel (14) zum Vorspannen des Ventiltellers (30) in die Schließrichtung des Tellerventils ein Vorspannmittel (28), das zumindest in einem Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers (30) eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, die im Wesentlichen einen konstanten Wert (K) hat und deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist (F' = dF/dx ≈ 0), wodurch in jedem Zeitpunkt für sich genommen die Vorspannung des Tellerventils konstant ist, und einen Wert (K) hat, und einen Vorspannungsgeber (27) aufweist, der das Vorspannmittel (28) mit dem Ventilteller (30) kuppelt, mit der Ausfahrdetektionseinrichtung verschaltet ist und eingerichtet ist, beginnend mit dem Start des Ausfahrens des Stoßdämpfers (2) den Wert (K) von einem einzigen Startwert über eine erste Zeitspanne anzuheben.
Dämpferbein gemäß Anspruch 5, wobei der Vorspannungsgeber (27) so mit der Ausfahrdetektionseinrichtung verschaltet ist, dass der Wert (K) auf den Startwert zurückgesetzt ist, sobald die Einfahrdetektionseinrichtung (23) ein Ende des Ausfahrens detektiert.
Dämpferbein gemäß Anspruch 5, wobei das Dämpferbein (1) eine Einfahrdetektionseinrichtung (23) aufweist, die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts eines Einfahrens des Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, und so mit dem Vorspannungsgeber (27) verschaltet und eingerichtet ist, beginnend mit dem Einfahren des Stoßdämpfers (2) den Wert (K) innerhalb einer zweiten Zeitspanne auf den Startwert abzusenken.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Dämpferbein (1) eine Druckstufendrossel (16) aufweist, die parallel zur Zugstufendrossel (14) und somit parallel zum Tellerventil geschaltet und beim Ausfahren des Stoßdämpfers (2) von dem Dämpferfluid durchströmt ist, so dass beim Einfahren des Stoßdämpfers (2) der Ventilteller (30) auf einen Ventiltellersitz (32) des Tellerventils gedrückt ist.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorspannmittel (28) elastisch ist, wodurch die Vorspannung auf den Ventilteller (30) erzeugbar ist, wobei das Vorspannmittel (28) via den Vorspannungsgeber (27) mit dem Ventilteller (30) unmittelbar gekuppelt ist und der Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers (30) um so viel kleiner als der Hub des Vorspannmittels (28) ist, dass die Kraft-Weg-Kennlinie im Bereich des Ventilhubs (x) im Wesentlichen den konstanten Wert (K) hat.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorspannmittel (28) elastisch ist, wodurch die Vorspannung auf den Ventilteller (30) erzeugbar ist, wobei das Vorspannmittel (28) via den Vorspannungsgeber (27) mit dem Ventilteller (30) mittelbar über ein Getriebe gekuppelt ist, mit dem der Ventilhub des Ventiltellers (30) und der Hub des Vorspannmittels (28) in einem Übersetzungsverhältnis zueinander stehen, dass die Kraft-Weg-Kennlinie im Bereich des Ventilhubs (x) im Wesentlichen den konstanten Wert (K) hat.
Dämpferbein gemäß Anspruch 10, wobei das Getriebe ein Hebel ist, dessen Hebelarm, an dem der Ventilteller (30) angreift, länger ist, als dessen Hebelarm, an dem das Vorspannmittel (28) angreift.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Vorspannmittel (28) von einer Schraubenfeder und der Vorspannungsgeber (27) von einer Kupplung gebildet ist, mit der die Federkraft der Schraubenfeder steuerbar ist, via die die Schraubenfeder mit dem Ventilteller (30) zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Vorspannmittel (28) von einer Gasfeder und der Vorspannungsgeber (27) von einem Druckreduzierventil gebildet ist, mit dem die Federkraft der Gasfeder steuerbar ist, via die die Gasfeder mit dem Ventilteller (30) zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorspannmittel (28) von einem Elektromagneten und der Vorspannungsgeber (27) von einer elektrischen Stromsteuerung gebildet ist, mit der die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds steuerbar ist, via das der Elektromagnet mit dem Ventilteller (30) zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorspannmittel (28) von einem Permanentmagneten und der Vorspannungsgeber (27) von einer Positioniereinrichtung gebildet ist, mit der der Permanentmagnet in variablem Abstand zum Ventilteller (30) positionierbar ist, wodurch die magnetische Kraft steuerbar ist, die am Ventilteller (30) wirkt und via die der Permanentmagnet mit dem Ventilteller (30) zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Bereich des Ventilhubs (x) der gesamte Ventilhub des Ventiltellers (30) ist.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Startwert Null ist.
Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Vorspannmittel (28) und der Ventilteller (30) via dem Vorspannungsgeber (27) so miteinander gekuppelt sind, dass die zum Vorspannen des Vorspannmittels (28) benötigte Kraft durch eine am Ventilteller (30) entstehende Druckdifferenz des Dämpferfluides erzeugt wird.
Dämpferbein gemäß Anspruch 18, wobei die physikalische Arbeit die zum zunehmenden Vorspannen des Vorspannmittels (28) notwendig ist, durch eine kleine Menge Dämpferfluid verrichtet wird, die die aus dem Dämpfervolumen (11) kommend den Ventiltellersitz (32) noch nicht passiert hat.
Verfahren zum Betreiben eines Dämpferbeins (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, mit den Schritten: - Starten des Verfahrens des Stoßdämpfers (2); - beginnend mit dem Start des Verfahrens des Stoßdämpfers (2) Anheben der Vorspannung (K) des Ventiltellers (30) von dem Startwert über die erste Zeitspanne ausschließlich durch den Vorspannungsgeber (27).
Verfahren gemäß Anspruch 20 mit dem weiteren Schritt: - sobald die erste Zeitspanne erreicht ist, Halten der Vorspannung des Ventiltellers (30) auf einem Maximalwert.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 mit den weiteren Schritten: - Umkehren der Richtung des Verfahrens des Stoßdämpfers (2); - beginnend mit der Richtungsumkehr des Verfahrens des Stoßdämpfers (2) Absenkung der Vorspannung des Ventiltellers (30) über die zweite Zeitspanne auf den Startwert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die erste Zeitspanne zwischen 0,01 und 0,8 Sekunden liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei die Absenkung der Vorspannung des Ventiltellers auf den Startwert kürzer andauert, als die erste Zeitspanne.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei das Anheben der Vorspannung des Ventiltellers (30) von dem Startwert auf den konstanten Wert (K) über die erste Zeitspanne linear, degressiv oder progressiv erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei der konstante Wert (K) der Vorspannung des Ventiltellers (30) derart gewählt wird, dass beim Auftreten der konstruktionsbedingt vorhandenen maximal zulässigen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers (2) nach Ablauf der ersten Zeitspanne die von dem Ventilteller (30) erzeugte Dämpferbeinwiderstandskraft derart hoch ist, dass der Stoßdämpfer (2) gerade nicht einfährt und somit starr ist.