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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventilanordnung mit einer frequenzabhängigen Dämpfkraftkennlinie, gemäß Patentanspruch 1.
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Die Aufgabe eines Schwingungsdämpfers in einem Kraftfahrzeug ist es die von dem unebenen Straßenbelag angeregten Schwingungen zu dämpfen. Dabei muss stets ein Kompromiss zwischen der Fahrsicherheit und dem Fahrkomfort gefunden werden. Ein Schwingungsdämpfer, dessen Dämpfventilanordnung hart abgestimmt ist und eine hohe Dämpfkraftkennlinie aufweist ist optimal für eine hohe Fahrsicherheit. Soll ein hoher Komfortanspruch erfüllt werden, so soll die Dämpfventilanordnung möglichst weich abgestimmt werden. Bei einem Schwingungsdämpfer mit einer konventionellen, nicht elektronisch mit Hilfe eines Aktuators verstellbaren Dämpfventilanordnung kann dieser Kompromiss nur sehr schwer gefunden werden.
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Aus dem Stand der Technik sind Dämpfventilanordnungen mit einer frequenzabhängigen Dämpfkraftkennlinie bekannt, welche mit einer zusätzlichen elektronischen und/oder Mechanischen Steuerung ausgerüstet sind und in Abhängigkeit von einer Einfederungs- und/oder Ausfederungsfrequenz des Schwingungsdämpfers eine zusätzliche Dämpfventilanordnung zuschalten oder abschalten
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Es sind ebenfalls Lösungen bekannt, welche eine an der Kolbenstange, koaxial zu dem Dämpfkolben angebrachte Steueranordnung aufweisen, umfassend einen Steuertopf, sowie einen im Steuertopf angeordneten axial verschiebbaren Steuerkolben. Der Steuerkolben begrenzt axial einen im Steuertopf eingeschlossenen Steuerraum, welcher über eine Zulaufverbindung mit der Dämpfventilanordnung verbunden ist. Zwischen dem Steuerkolben und dem Dämpfventil ist ein Federelement angeordnet, welches eine Federkraft in den Steuerkolben einerseits und in das Dämpfventil andererseits axial einleitet. Wird der Steuerraum mit Dämpfmedium befüllt, so verschiebt sich der Steuerkolben in Richtung Dämpfventil und erhöht über das Federelement den Anpressdruck der Ventilscheiben des Dämpfventils, was die Dämpfkraft erhöht.
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Alle bekannten Dämpfventilanordnungen zeichnen sich durch eine hohe Komplexität aus, unter Anderem da diese eine hohe Abstimmungsgenauigkeit erfordern. Insbesondere ist es schwierig bei diesen Schwingungsdämpfern die weiche und die harte Dämpfkraftkennlinie, sowie das Kräfteverhältnis zwischen der Federkraft des Federelements und der Kraft mit der das Dämpfmedium im Steuerraum den Steuerkolben verschiebt, ohne zusätzliche Steuerung einzustellen.
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Die Aufgabe dieser Erfindung ist, eine einfach aufgebaute und kostengünstige Dämpfventilanordnung anzugeben, welche eine frequenzabhängige Dämpfkraftkennlinie aufweist und eine einfache Einstellung der Dämpfkraftkennlinie ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird Erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steueranordnung eine Einstelleinrichtung, zur Einstellung der Vorspannung des Federelements aufweist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Figuren, sowie in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist die Einstelleinrichtung mindestens eine im Topfboden ausgeführte Ausnehmung, sowie ein in der Ausnehmung angeordnetes Einstellelement auf, welches in den Steuerraum hineinragt und die Vorspannung des Federelements über den Steuerkolben definiert. Dabei kann beispielsweise eine Bohrung vorgesehen sein, in die ein Stift als Einstellelement eingeführt wird wobei dieser den Steuerkolben in Richtung Federelement hineindrückt und somit die Vorspannung des Federelements erhöht. Beim Erreichen einer definierten Vorspannung kann der Stift im Topfboden verstemmt oder auf eine andere Weise befestigt werden. Ebenfalls kann eine Gewindebohrung als Ausnehmung und eine Schraube als Einstellelement vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann der Topfboden und/oder der Steuerkolben derart ausgeführt sein, dass eine radiale Erstreckungsfläche des dem Topfboden zugewandten Endabschnitts des Steuerkolbens und/oder der dem Steuerraum zugewandten Oberfläche des Topfbodens unter Ein-schluss eines definierten Winkels zu einer gedachten, gegenüber der Längsachse der Dämpfventilanordnung senkrecht verlaufenden Fläche ausgerichtet ist.
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Es kann vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Einstelleinrichtung mindestens eine am Steuerkolben ausgeführte und sich in Richtung des Topfbodens erstreckende Erhebung umfasst, welche in mindestens eine an dem Topfboden ausgeführte Vertiefung eingreift. Sind mehrere Vertiefungen mit unterschiedlicher Tiefe vorhanden, so kann die Einstellung der Vorspannung des Federelements durch die Wahl der Vertiefung mit geeigneter Tiefe erfolgen. Alternativ können die Erhebung am Topfboden und die Vertiefung an dem Steuerkolben ausgeführt sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Einstelleinrichtung mindestens ein zwischen dem Federelement und dem Steuerkolben oder zwischen dem Federelement und dem Dämpfkolben angeordnetes Distanzelement aufweisen. Dadurch kann die Dämpfkraftkennlinie mittels der Anzahl oder der Dicke der verwendeten Distanzelemente eingestellt werden. Alternativ dazu kann die Einstelleinrichtung mindestens eine zwischen dem Federelement und dem Steuerkolben oder zwischen dem Federelement und dem Dämpfkolben angeordnete Zusatzfeder aufweisen wie in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel angegeben.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Einstelleinrichtung eine Einstellhülse aufweist, welche den Steuertopf in Umfangsrichtung umgreift und mit dem Steuertopf fest verbunden ist, wobei sich die Einstellscheibe mit deren äußerem Randbereich an dem, zum Dämpfkolben zugewandten Endabschnitt der Einstellhülse axial abstützt. Darüber hinaus kann der Steuertopf mindestens eine an der Topfwand ausgeführte Befestigungsausnehmung aufweisen, wobei die Einstellhülse mittels einer partiellen plastischen Verformung in Richtung der Befestigungsausnehmung mit dem Steuertopf verbunden sein kann.
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Anhand folgender Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1: eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Dämpfventilanordnung mit einer Einstelleinrichtung gemäß Patentanspruch 1;
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2 eine Schnittdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Dämpfventilanordnung mit einer Einstelleinrichtung gemäß Patentanspruch 1;
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3a eine Schnittdarstellung eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels einer Dämpfventilanordnung mit einer Einstelleinrichtung gemäß Patentanspruch 1;
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3b eine Darstellung einer Einstelleinrichtung gemäß 3a) im Ausschnitt
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4 eine Schnittdarstellung eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels einer Dämpfventilanordnung mit einer Einstelleinrichtung gemäß Patentanspruch 1;
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5 eine Schnittdarstellung eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels einer Dämpfventilanordnung mit einer Einstelleinrichtung gemäß Patentanspruch 1;
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6 eine Schnittdarstellung eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels einer Dämpfventilanordnung mit einer Einstelleinrichtung gemäß Patentanspruch 1.
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Die 1 zeigt eine beispielsweise Ausführungsvariante einer Dämpfventilanordnung 1 mit einer frequenzabhängigen Dämpfkraftkennlinie gemäß Patentanspruch 1.
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Die 1 zeigt eine Kolbenstange 3, welche einen sogenannten Kolbenstangenzapfen 32 aufweist. Bei dem Kolbenstangenzapfen 32 handelt es sich um einen im Durchmesser reduzierten Abschnitt der Kolbenstange 3. Die gesamte Dämpfventilanordnung 1 ist an dem Kolbenstangenzapfen 32 aufgefädelt und ist zwischen einem an dem Kolbenstangenzapfen 32 angrenzenden Abschnitt der Kolbenstange 3, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als der Kolbenstangenzapfen 32, und einem Befestigungsmittel 33, welcher in der 1 als eine Kolbenstangenmutter dargestellt ist, axial verspannt.
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Wie in der 1 dargestellt, umfasst die Dämpfventilanordnung 1 einen Dämpfkolben 4, welcher innerhalb eines mit einem Dämpffluid gefüllten Zylinders 2 angeordnet und an einer Kolbenstange 3 axial festgelegt ist. Der Dämpfkolben 4 ist mit einer Kolbendichtung 34 ausgestattet, welche diesen gegenüber dem Zylinder 2 radial abdichtet. Der an der Kolbenstange 3 festgelegte Dämpfkolben 4 ist innerhalb des Zylinders 2 gemeinsam mit der Kolbenstange 3 axial verschiebbar angeordnet und unterteilt den Zylinderinnenraum in einen ersten, kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 7 und einen zweiten, von der Kolbenstange 3 abgewandten Arbeitsraum 8.
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Der Dämpfkolben 4 ist mit jeweils einem Rückschlagventil 35; 36 in jeder Strömungsrichtung des Dämpffluides ausgestattet. Die Rückschlagventile 35; 36 umfassen dabei jeweils mindestens einen im Dämpfkolben 4 ausgeführten Strömungskanal 6, welcher mit mindestens einer Ventilscheibe 5 abgedeckt ist. Wie in den Figuren dargestellt, können die Strömungskanäle 6 durch mehrere übereinander gestapelte Ventilscheiben 5 – sogenannte Ventilscheibenpakete abgedeckt sein. Die Anzahl, die Größe und die Ausgestaltung der einzelnen Ventilscheiben 5 in einem Ventilscheibenpaket beeinflussen den Anpressdruck, sowie die Dämpfkraftkennlinie, und das Dämpfverhalten eines Schwingungsdämpfers.
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An der Kolbenstange 3 ist eine Steueranordnung 9, koaxial zu dem Dämpfkolben 4 angebracht, wobei die Steueranordnung 9 einen Steuertopf 10 und einen im Steuertopf 10 axial verschiebbaren Steuerkolben 13 umfasst. Steuertopf 10 weist eine zylinderförmige Topfwand 11 und einen scheibenförmigen, an einem von dem Dämpfkolben 4 abgewandten Ende des Steuertopfes 10 angeordneten Topfboden 12 auf.
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Der im Steuertopf 10 angeordnete Steuerkolben 13 begrenzt auf dessen dem Rückschlagventil 35 zugewandter Seite axial einen im Steuertopf 10 eingeschlossenen Steuerraum 14, sodass eine axiale Verschiebung des Steuerkolbens 13 innerhalb des Steuertopfes 10 das Volumen des Steuerraums 14 definiert verändert.
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Die Dämpfventilanordnung weist des Weiteren eine Zulaufverbindung 37 auf, welche den ersten Arbeitsraum 7 mit dem Steuerraum 14 verbindet. Diese umfasst in der in 1 abgebildeten Ausführungsvariante einen an der Kolbenstange 3 ausgeführten Bypass 39, mindestens eine den Bypass 39 mit dem ersten Arbeitsraum 7 verbindende Strömungsausnehmung 40, sowie mindestens eine den Bypass 39 mit dem Steuerraum 14 verbindende Drossel 41.
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Des Weiteren weist die Dämpfventilanordnung 1 eine Ablaufverbindung 38 auf, welche den Steuerraum 14 mit dem zweiten Arbeitsraum 8 verbindet.
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Die Drossel 41 kann vielfältig realisiert werden, wie beispielsweise durch Bohrungen oder Prägungen. Ebenso denkbar sind auch komplexere Ventile als Zufluss Widerstand zum Steuerraum 14, wie beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil, das einen Zufluss in den Steuerraum 14 erst oberhalb eines einstellbaren Druckes zulässt. Diese Ausführungsvarianten sind in den Figuren nicht abgebildet, sind aber dennoch im Sinne der vorliegenden Erfindung realisierbar.
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Die in den Figuren abgebildeten Ausführungsvarianten sehen vor, dass zur Realisierung einer Verspannkette der Dämpfventilanordnung 1 eine rohrförmige Führungsbuchse 42 zwischen dem Dämpfkolben 4 und dem Topfboden 12 der Steueranordnung 9 angeordnet ist.
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Der Steuerkolben 13 umgreift die Führungsbuchse 42 radial und gleitet axial an der äußeren Oberfläche der Führungsbuchse 42, während einer Volumenveränderung des Steuerraums 14.
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Zwischen dem Steuerkolben 13 und dem Rückschlagventil 35 ist ein Federelement 17 in Form einer Tellerfeder angeordnet. Dieses stützt sich axial einerseits an dem Steuerkolben 13 und andererseits an der Ventilscheibe des Rückschlagventils ab. Das Federelement 17 beaufschlägt also die Ventilscheibe 5 axial in Richtung des Strömungskanals 6 und den Steuerkolben 13 in Richtung des Topfbodens 12 mit einer definierten Federkraft. Der Steuerkolben 13 weist einen Anschlag 43 auf, welcher die axiale Bewegung des Steuerkolbens 13 in Richtung Topfboden 12 begrenzt. In der, in 1 abgebildeten Position des Steuerkolbens 13 ist die Vorspannkraft des Federelements 17 am geringsten, so dass hiermit ein geringes definiertes Dämpfkraftniveau erzielt wird.
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Der Steuerkolben 13 ist radial innen und außen im Vergleich zum kleinsten Querschnitt der Zulaufverbindung 37 annähernd dicht. Es kann jedoch eine definierte Undichtigkeit zwischen dem Steuerkolben 13 und der Topfwand 11 des Steuertopfes 10 vorgesehen und/oder eine Ablaufdrossel im Steuerkolben 13 und/oder im Steuertopf 10 ausgeführt sein, welche die Ablaufverbindung 38 beeinflusst.
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Die dem Steuerraum 14 zugewandte Oberfläche des Steuerkolbens 13 ist größer als eine von dem Strömungskanal 6 begrenzte Oberfläche der Ventilscheibe 5. Das bedeutet, dass die bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 3 aus dem Zylinder 2 mit dem steigenden Druck des Dämpfmediums beaufschlagte – also druckbeaufschlagte axiale Oberfläche des Steuerkolbens 13 größer ist als die druckbeaufschlagte axiale Oberfläche des zugseitigen Rückschlagventils 35.
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Bei einer Druckerhöhung in Zugrichtung wird das Dämpfmedium, durch die kleinste Querschnittsfläche der im Steuerraum 14 mündenden Zulaufverbindung 37 gedrosselt in den Steuerraum 14 befördert. Der Steuerkolben 13 wird verschoben und spannt dabei das sich an der Ventilscheibe 5 des Rückschlagventils 6 axial abstützende Federelement 17 weiter vor, wodurch die Dämpfkraft des Rückschlagventils 35 erhöht wird.
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Bei schnellen, kleineren Axialbewegungen der Dämpfventilanordnung 1 innerhalb des Zylinders 2 wird der Steuerraum 14 gar nicht oder nur geringfügig befüllt, so dass das Federelement 17 nicht weiter vorgespannt wird und die Dämpfkraft auf einem definiertem niedrigem Niveau bleibt. Bei größeren, langsameren Axialbewegungen der Dämpfventilanordnung 1 innerhalb des Zylinders 2 jedoch ist das Integral aus Druckdifferenz von Dämpffluiddruck auf die Ventilscheibe 5 zu Dämpffluiddruck im Steuerraum 14 über die Zeit, trotz des Drosselwiderstandes der Zulaufverbindung 37 groß genug, um dem Steuerraum 14 so viel Dämpffluid zuzuführen, dass der Steuerkolben 13 das Federelement 17 vorspannt, bis der Steuerkolben 13 auf eine zwischen der Führungsbuchse 42 und den Ventilscheiben 5 des Rückschlagventils 35 angeordnete Anschlagscheibe 44 trifft. Die Anschlagscheibe 44 begrenzt die axiale Bewegung des Steuerkolbens 13 in Richtung Dämpfkolben 4, sowie definiert die maximale Vorspannung des Federelements 17 und damit auch die höchste Dämpfkraftkennlinie.
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Nach der Umkehrung der Kolbenstangenbewegung fällt der Dämpffluiddruck wieder. Das durch den Steuerkolben 13 vorgespannte Federelement 17 drängt über den Steuerkolben 13 das Dämpffluid wieder zurück, überwiegend über die Zulaufverbindung 37, in den Kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 7.
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Wie in allen Figuren abgebildet, weist die Steueranordnung 1 eine Einstelleinrichtung 18, zur Einstellung der Vorspannung des Federelements 17 auf.
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Die 1 zeigt beispielsweise dass die Einstelleinrichtung 18 mindestens eine im Topfboden 12 ausgeführte Ausnehmung 19, sowie ein in der Ausnehmung 19 angeordnetes Einstellelement 20 aufweist. Das Einstellelement 20 kann als eine Schraube oder auch als ein Stift ausgeführt sein, welcher in den Steuerraum 14 hineinragt, sich an dem Steuerkolben 13 abstützt und die Vorspannung des Federelements 17 über den Steuerkolben 13 definiert.
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Alternativ dazu kann die Einstelleinrichtung 18 gemäß 2 derart ausgeführt sein, dass diese eine radiale Erstreckungsfläche 21 des dem Topfboden 12 zugewandten Endabschnitts 15 des Steuerkolbens 13 und/oder der dem Steuerraum 14 zugewandten Oberfläche 16 des Topfbodens 12 aufweist, welche unter Einschluss eines definierten Winkels α zu einer gedachten, gegenüber der Längsachse L der Dämpfventilanordnung 1 senkrecht verlaufenden Fläche 22 ausgerichtet ist.
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Gemäß 3a) und 3b) kann die Einstelleinrichtung 18 alternativ mindestens eine am Steuerkolben 13 ausgeführte und sich in Richtung des Topfbodens 12 erstreckende oder eine am Topfboden 12 ausgeführte und sich in Richtung des Steuerkolbens 13 erstreckende Erhebung 23 umfassen, welche in mindestens eine an dem Topfboden 12 oder an dem Steuerkolben 13 ausgeführte Vertiefung 24 eingreift.
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In der 4 ist eine alternative Ausführungsvariante der Einstelleinrichtung 18 dargestellt, welche mindestens ein zwischen dem Federelement 17 und dem Steuerkolben 13 oder zwischen dem Federelement 17 und dem Dämpfkolben 4 angeordnetes Distanzelement 25 aufweist.
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Die in 5 dargestellte Steueranordnung 9 umfasst eine Einstelleinrichtung 18, wobei diese eine starre Einstellscheibe 26 aufweist, welche zwischen dem Steuerkolben 13 und dem Federelement 17 angeordnet ist. Des Weiteren weist die Einstelleinrichtung 18 eine Einstellhülse 27 auf, welche den Steuertopf 10 in Umfangsrichtung umgreift und mit dem Steuertopf 10 fest verbunden ist. Dabei stützt sich die Einstellscheibe 26 mit deren äußerem Randbereich 28 an dem, zum Dämpfkolben 4 zugewandten Endabschnitt 29 der Einstellhülse 27 axial ab. Der Steuertopf 10 kann mindestens eine an der Topfwand 11 ausgeführte Befestigungsausnehmung 30 aufweisen. Diese kann beispielsweise auch als eine umlaufende Nut ausgeführt sein. Die Ein-stellhülse 27 kann mittels einer partiellen plastischen Verformung in Richtung Kolbenstange 3 im Bereich der Befestigungsausnehmung 30 mit dem Steuertopf 10 verbunden werden.
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Gemäß der in 6 abgebildeten Einstelleinrichtung 18, kann diese mindestens eine zwischen dem Federelement 17 und dem Steuerkolben 13 oder zwischen dem Federelement 17 und dem Dämpfkolben 4 angeordnete Zusatzfeder 31 aufweisen, mit einer weichere Federkraftkennlinie, als das Federelement 17.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventilanordnung
- 2
- Zylinder
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Dämpfkolben
- 5
- Ventilscheibe
- 6
- Strömungskanal
- 7
- erster Arbeitsraum
- 8
- zweiter Arbeitsraum
- 9
- Steueranordnung
- 10
- Steuertopf
- 11
- Topfwand
- 12
- Topfboden
- 13
- Steuerkolben
- 14
- Steuerraum
- 15
- Endabschnitt des Steuerkolbens
- 16
- Oberfläche des Topfbodens
- 17
- Federelement
- 18
- Einstelleinrichtung
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Einstellelement
- 21
- Erstreckungsfläche
- 22
- gedachte Fläche
- 23
- Erhebung
- 24
- Vertiefung
- 25
- Distanzelement
- 26
- Einstellscheibe
- 27
- Einstellhülse
- 28
- äußerer Randbereich
- 29
- Endabschnitt der Einstellhülse
- 30
- Befestigungsausnehmung
- 31
- Zusatzfeder
- 32
- Kolbenstangenzapfen
- 33
- Befestigungsmittel
- 34
- Kolbendichtung
- 35
- Rückschlagventil
- 36
- Rückschlagventil
- 37
- Zulaufverbindung
- 38
- Ablaufverbindung
- 39
- Bypass
- 40
- Strömungsausnehmung
- 41
- Drossel
- 42
- Führungsbuchse
- 43
- Anschlag
- 44
- Anschlagscheibe
- L
- Längsachse
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4441047 C1 [0004]
- US 2006283675 A [0004]
- US 4953671 A [0004]
