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Die Erfindung betrifft ein Dämpfersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere für die Radaufhängung eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, wobei das Dämpfersystem einen hydraulischen, semiaktiven oder aktiven Schwingungsdämpfer mit einstellbarer Dämpferkraft und einen Hydraulikaktuator zur Einstellung der Dämpferkraft aufweist, wobei der Schwingungsdämpfer ein Dämpfergehäuse aufweist, das einen innerhalb des Dämpfergehäuses angeordneten Arbeitsraum aufweist, der zumindest teilweise mit einem Hydraulikmedium befüllbar ist und dazu ausgebildet ist, mit einem hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt zu werden, wobei der Hydraulikaktuator eine Hydraulikpumpe zur Einstellung der Dämpferkraft, einen Elektromotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe, eine Welle, sowie ein Aktuatorgehäuse mit einem Pumpenraum und einem Motorraum aufweist, wobei der Elektromotor im Motorraum angeordnet ist und die Hydraulikpumpe im Pumpenraum, wobei der Pumpenraum hydraulisch mit dem Arbeitsraum verbunden ist, und wobei der Elektromotor und die Hydraulikpumpe derart mit der Welle gekoppelt sind, dass eine Antriebsleistung vom Elektromotor auf die Hydraulikpumpe übertragbar ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein zweispuriges Kraftfahrzeug, mit einer Radaufhängung mit einem Dämpfersystem, wobei das Dämpfersystem einen hydraulischen, semiaktiven oder aktiven Schwingungsdämpfer mit einstellbarer Dämpferkraft und einen Hydraulikaktuator zur Einstellung der Dämpferkraft aufweist.
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Gattungsgemäße Dämpfersysteme mit einem hydraulischen, semiaktiven oder aktiven Schwingungsdämpfer mit einstellbarer Dämpferkraft sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, insbesondere zur vertikaldynamischen Fahrwerksregelung von Fahrzeugen, beispielsweise aus der
US 2014/0260233 A1 .
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Der Schwingungsdämpfer als Teil einer zugehörigen Radaufhängung ist dabei in der Regel für einen Einbau zwischen einem Rad und einem Fahrzeugaufbau ausgebildet. Die einzustellenden Dämpferkräfte werden üblicherweise in Abhängigkeit von den erfassten Radbewegungen, insbesondere in Abhängigkeit von den erfassten Radbeschleunigungen, sowie in Abhängigkeit von den erfassten Bewegungen bzw. Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus eingestellt.
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Für einen hohen Fahrkomfort ist die Dynamik des Dämpfersystems dabei von entscheidender Bedeutung. Die Dynamik eines Dämpfersystems ist dabei umso besser, je geringer die Reibung im Dämpfersystem ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Dämpfersystem bereitzustellen, vorzugsweise ein Dämpfungssystem mit einer reduzierten Reibung gegenüber vergleichbaren, aus dem Stand der Technik bekannten Dämpfersystemen, insbesondere ein Dämpfersystem mit einer reduzierten hydraulischen Reibung.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Dämpfersystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 7. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche der nachfolgenden, genannten Merkmale werden, um Wiederholungen zu vermeiden, teilweise nur einmal beschrieben, d.h. nur im Zusammenhang mit dem Dämpfersystem oder dem Fahrzeug, gelten jedoch unabhängig voneinander sowohl für das Dämpfersystem als auch für das Fahrzeug.
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Ein erfindungsgemäßes Dämpfersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenraum und der Motorraum gegeneinander abgedichtet sind und der Motorraum mit einem gasförmigen Medium befüllbar ist und mit einem Gegendruck zum hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagbar ist, wobei vorzugsweise in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand des Dämpfersystems der Motorraum mit einem gasförmigen Medium befüllt ist, insbesondere mit Stickstoff, und mit einem Gegendruck zum hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt ist.
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Unter dem Begriff Motorraum wird dabei ein den Elektromotor umgebendes Volumen im Aktuatorgehäuse verstanden und unter dem Begriff Pumpenraum ein die Hydraulikpumpte umgebendes Volumen im Aktuatorgehäuse.
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Die erfindungsgemäße Abdichtung zwischen dem Pumpenraum und dem Motorraum ermöglicht, dass der Elektromotor „trocken“ betrieben werden kann, d.h. nicht im Öl läuft. Dadurch kann vermieden werden, dass in einem Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors, der für einen guten Wirkungsgrad so klein wie möglich ausgeführt ist, eine hydraulische Reibung entsteht. Dadurch ist ein besonders energieeffizienter Betrieb des Elektromotors möglich. Ferner kann durch die reduzierte Reibung, insbesondere die reduzierte hydraulische Reibung, ein besseres, insbesondere dynamischeres Verhalten des Elektromotors und damit des gesamten Dämpfersystems erreicht werden.
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Durch die hydraulische Verbindung des Pumpenraumes mit dem Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers, welcher in Betrieb mit einem hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt wird, insbesondere mit hydraulischen Arbeitsdrücken von 30 bar und teilweise mehr, stellt sich im Pumpenraum ebenfalls ein entsprechender hydraulischer Druck ein, insbesondere in dem Bereich, in welchem der Pumpenraum gegen den Motorraum abgedichtet ist.
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Um zu vermeiden, dass durch den hohen hydraulischen Druck im Pumpenraum, insbesondere an der Abdichtung, eine hohe Reibung entsteht, ist der Motorraum eines erfindungsgemäßen Dämpfersystem erfindungsgemäß mit einem gasförmigen Medium befüllbar und mit einem Gegendruck zum hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagbar, wobei besonders bevorzugt der Motorraum in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand mit einem gasförmigen Medium befüllt ist und mit einem Gegendruck zum hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt ist.
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Dadurch kann eine Druckdifferenz zwischen Pumpenraum und Motorraum, insbesondere im Bereich der Abdichtung, reduziert werden, wodurch wiederum eine Reibung im Bereich der Abdichtung erheblich reduziert werden kann und infolgedessen ein verbessertes Dynamikverhalten des Dämpfersystems erreicht werden kann.
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Vorzugsweise ist der Hydraulikaktuator eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems dabei außerhalb vom Dämpfergehäuse angeordnet und insbesondere am Dämpfergehäuse befestigt, wobei der Pumpenraum vorzugsweise mittels wenigstens einer Hydraulikleitung mit dem Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers verbunden ist, insbesondere mittels mehrerer Hydraulikleitungen, wobei bevorzugt wenigstens eine der Hydraulikleitungen einen konstanten Querschnitt aufweist, wobei dies aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist.
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Der Schwingungsdämpfer ist bevorzugt für einen Einbau in eine Achse eines zweispurigen Kraftfahrzeugs mit Einzelradaufhängung ausgebildet, wobei der Schwingungsdämpfer vorzugsweise als sogenannter Ein-Rohr-Dämpfer ausgebildet ist.
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Ein erfindungsgemäßes Dämpfersystem kann dabei sowohl als semiaktives Dämpfersystem mit einem semiaktiven Schwingungsdämpfer oder als aktives Dämpfersystem mit einem aktiven Schwingungsdämpfer ausgebildet sein.
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Bei einem semiaktiven Schwingungsdämpfer kann die Dämpferkraft in der Regel durch eine Veränderung eines Fluidstromes mittels eines Dämpferventils geändert bzw. eingestellt werden. Dazu weist das Dämpferventil ein ansteuerbares Stellelement auf, dass, beispielsweise in Abhängigkeit vom Fahrzustand, elektronisch, hydraulisch, mechanisch, mechatronisch oder auf ähnliche Weise angesteuert werden kann, wobei bei einem semiaktiven Dämpfersystem die sich für einen eingestellten Fluidstrom ergebende Dämpferkraft in der Regel von der Dämpfergeschwindigkeit abhängt, d.h. davon, wie schnell der Dämpfer „zusammengedrückt“ bzw. „auseinandergezogen“ wird.
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Aktive Dämpfersysteme sind hingegen derart ausgebildet, dass über einen Aktuator die gewünschte Dämpferkraft unabhängig von der Dämpfergeschwindigkeit eingestellt werden kann.
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Der Elektromotor und die Hydraulikpumpe sind zur Übertragung einer Antriebsleistung vom Elektromotor auf die Hydraulikpumpe vorzugsweise jeweils mit der Welle drehverbindbar oder drehverbunden. Das heißt mit anderen Worten, dass der Elektromotor und die Hydraulikpumpe bevorzugt jeweils mit der Welle drehfest verbunden sind oder drehfest mit der Welle verbunden werden können, beispielsweise mittels einer Kupplung oder dergleichen.
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Der Schwingungsdämpfer weist ferner vorzugsweise eine Kolbeneinrichtung auf, wobei die Kolbeneinrichtung eine Kolbenstange und ein Arbeitskolben aufweist, der in einem Bereich eines Endes der Kolbenstange an der Kolbenstange befestigt ist und wobei die Kolbenstange mit dem anderen Ende aus dem Dämpfergehäuse herausgeführt ist. Dabei ist die Kolbeneinrichtung entlang einer Mittel-Längs-Achse des Schwingungsdämpfers relativ zum Dämpfergehäuse bewegt werden, wobei der Arbeitskolben den Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers in ein erstes Arbeitsvolumen und ein zweites Arbeitsvolumen teilt, wobei der Arbeitsraum bevorzugt zumindest teilweise zylinderförmig ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist dabei der Pumpenraum des Aktuatorgehäuses sowohl mit dem ersten Arbeitsvolumen, als auch mit dem zweiten Arbeitsvolumen des Schwingungsdämpfers hydraulisch verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems sind der Pumpenraum und der Motorraum mittels einer Dichtungseinrichtung gegeneinander abgedichtet, vorzugsweise mithilfe eines im Aktuatorgehäuse angeordneten und an der Welle zwischen der Hydraulikpumpe und dem Elektromotor anliegenden Radialwellendichtringes. Bei Bedarf kann zusätzlich selbstverständlich noch ein Axialwellendichtring und/oder andere Dichtungsvorrichtungen vorgesehen sein.
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Wie vorstehend bereits erläutert worden ist, kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Dämpfersystems, welche Befüllung des Motorraumes mit einem gasförmigen Medium ermöglicht und eine Beaufschlagung des Motorraumes mit einem Gegendruck bzw. durch die Befüllung des Motorraums mit einem gasförmigen Medium und die Beaufschlagung des Motorraumes mit einem Gegendruck in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand eine Druckdifferenz zwischen Pumpenraum und Motorraum, insbesondere im Bereich der Abdichtung und damit im Bereich der Dichtungseinrichtung, reduziert werden, insbesondere an der Dichtungseinrichtung selber.
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Infolgedessen ermöglicht die Erfindung, aufgrund der Reduzierung der Druckdifferenz zwischen Pumpenraum und Motorraum, die Verwendung eines Radialwellendichtringes als Dichtungseinrichtung und damit eine besonders einfache und kostengünstige Maßnahme zur Abdichtung des Pumpenraumes gegenüber dem Motorraum.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems weist das Dämpfersystem einen Gasdruckspeicher mit einem Gasdruckspeichervolumen auf, wobei der Motorraum und das Gasdruckspeichervolumen mit einem gasförmigen Medium befüllt werden können oder befüllt sind, insbesondere in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand, und mit einem Gegendruck zum hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt werden können oder beaufschlagt sind. Dabei ist der Motorraum fluidisch mit dem Gasdruckspeichervolumen des Gasdruckspeichers verbunden, vorzugsweise über eine Fluidleitung, insbesondere über eine Fluidleitung, die zumindest über einen Teil ihrer Länge einen konstanten Querschnitt aufweist. Ein zusätzlicher Gasdruckspeicher ermöglicht auf einfache Art und Weise die Beaufschlagung des Motorraums mit einem erforderlichen Gegendruck.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems ist der Gasdruckspeicher im Schwingungsdämpfer angeordnet, wobei das Gasdruckspeichervolumen, bezogen auf einen funktionsgemäßen Einbauzustand des Schwingungsdämpfers in einem Fahrzeug, vorzugsweise unterhalb des Arbeitsraumes des Schwingungsdämpfers angeordnet ist, und insbesondere der Arbeitsraum und das Gasdruckspeichervolumen durch einen in Dämpferlängsrichtung bewegbaren Trennkolben voneinander getrennt sind.
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Schwingungsdämpfer mit einem unterhalb des Arbeitsraumes angeordneten Gasdruckspeichervolumen, bezogen auf einen funktionsgemäßen Einbauzustand des Schwingungsdämpfers in einem Fahrzeug, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Um ein erfindungsgemäßes Dämpfersystem in einer vorteilhaften Ausgestaltung bereitzustellen, ist somit lediglich ergänzend eine Fluidleitung, welche das Gasdruckspeichervolumen eines herkömmlichen Schwingungsdämpfers fluidisch mit dem Motorraum verbindet, vom Gasdruckspeichervolumen des Schwingungsdämpfers zum Motorraum des Hydraulikaktuators vorzusehen und der Motorraum des Hydraulikaktuators entsprechend gegenüber dem Pumpenraum abzudichten.
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Durch die zusätzliche Anordnung einer Fluidleitung kann der Gasdruckspeicher bzw. das Gasdruckspeichervolumen eines herkömmlichen Schwingungsdämpfers zur Beaufschlagung des Motorraumes mit dem Gegendruck genutzt werden. Dadurch kann auf besonders einfache Weise ein erfindungsgemäßes Dämpfersystem mit den oben genannten Vorteilen bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise weist die Fluidleitung, mittels welcher das Gasdruckspeichervolumen mit dem Motorraum fluidisch verbunden ist, dabei zumindest über einen Teil ihrer Länge einen konstanten Querschnitt auf, besonders bevorzugt ist der Querschnitt der Fluidleitung über die gesamte Länge der Fluidleitung konstant.
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Bevorzugt ist der Druck im Gasdruckspeichervolumen dabei wenigstens so groß, dass in jedem Betriebspunkt des Schwingungsdämpfers der Druck im Gasdruckspeichervolumen größer ist als der im Arbeitsraum auftretende hydraulische Arbeitsdruck, um ein Einfedern des Trennkolben zu vermeiden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Dämpfersystem sind der Motorraum und/oder das Gasdruckspeichervolumen derart mit einem Gegendruck beaufschlagbar oder beaufschlagt, dass beim Betrieb des Dämpfersystems in einem Fahrzeug in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand des Dämpfersystems ein im Pumpenraum auftretender und an der Dichtungseinrichtung anliegender hydraulischer Arbeitsdruck durch den an der Dichtungseinrichtung im Motorraum anliegenden Gegendruck in wenigstens einem Fahrzustand derart kompensiert wird, dass sich an der Dichtungseinrichtung eine Druckdifferenz von weniger als 15 bar einstellt, vorzugsweise von weniger als 10 bar, insbesondere von weniger als 5 bar, besonders bevorzugt von weniger als 1 bar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems wird der Gegendruck, mit dem der Motorraum und/oder der Gasdruckspeicher beaufschlagbar sind oder beaufschlagt sind, dabei vorzugsweise so gewählt, dass sich in einem Fahrzustandsbereich bei einer Anregung des Schwingungsdämpfers in einem Frequenzbereich von ca. 10 bis ca. 50 Hz, insbesondere bei einer Anregung des Schwingungsdämpfers in Dämpferlängsrichtung in einem Frequenzbereich von ca. 10 bis ca. 50 Hz um die Nulllage herum, eine Druckdifferenz von weniger als 15 bar einstellt, vorzugsweise von weniger als 10 bar, insbesondere von weniger als 5 bar, besonders bevorzugt von weniger als 1 bar.
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Dadurch kann insbesondere bei hochfrequenten Anregungen des Schwingungsdämpfers, welche in der Regel durch Radbewegungen verursacht werden, die üblicherweise in einem Frequenzbereich von ca. 10 bis 50 Hertz liegen, die Druckdifferenz an der Dichteinrichtung deutlich reduziert werden, insbesondere auf eine Druckdifferenz von weniger als 15 bar, wodurch die Reibung an der Dichteinrichtung verringert wird, was sich vorteilhaft auf die Dynamik des Dämpfersystems auswirkt, was insbesondere bei einer hochfrequenten Anregung des Schwingungsdämpfers vorteilhaft ist.
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Das heißt mit anderen Worten, dass der Gegendruck vorzugsweise derart gewählt wird, dass sich in einem Fahrzustandsbereich, in dem eine hohe Dynamik des Dämpfersystems erforderlich ist, nämlich insbesondere bei einer Anregung des Schwingungsdämpfers in Dämpferlängsrichtung in einem Frequenzbereich von ca. 10 bis ca. 50 Hz um die Nulllage herum, eine geringe Druckdifferenz einstellt.
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Insbesondere wenn das Dämpfersystem derart ausgebildet ist, dass der Gegendruck während des Betriebs nicht verändert werden kann und der Motorraum mit einem konstanten Gegendruck beaufschlagt ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Gegendruck derart gewählt ist, dass sich in einem Fahrzustandsbereich bei einer Anregung des Schwingungsdämpfers in einem Frequenzbereich von etwa 10 bis 50 Hz, insbesondere bei einer Anregung des Schwingungsdämpfers um die Nulllage herum eine Druckdifferenz von weniger als 15 bar einstellt, vorzugsweise von weniger als 10 bar, insbesondere von weniger als 5 bar.
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Um insbesondere in einem Fahrzustandsbereich bei einer Anregung des Schwingungsdämpfers in einem Frequenzbereich von etwa 10 bis 50 Hz, insbesondere bei einer Anregung des Schwingungsdämpfers um die Nulllage herum in diesem Frequenzbereich, eine Druckdifferenz von weniger als 15 bar einstellt, vorzugsweise von weniger als 10 bar, insbesondere von weniger als 5 bar, besonders bevorzugt von weniger als 1 bar zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Gasdruckspeichervolumen mit einem Gegendruck von etwa 10 bis 50 bar, vorzugsweise von 20 bis 30 bar, beaufschlagt werden kann bzw. in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand mit einem entsprechenden Gegendruck beaufschlagt ist.
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Bei niederfrequenten Anregungen mit Anregungsfrequenzen <10 Hertz, wie sie vor allem durch Aufbaubewegungen verursacht werden, stellt sich dann zwar eine größere Druckdifferenz zwischen dem Pumpenraum und dem Motorraum ein, aber aufgrund der bei geringeren Frequenzen geringen erforderlichen Dynamik des Systems fallen die damit verbundenen Nachteile nicht sehr stark ins Gewicht.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Schwingungsdämpfern mit einem unterhalb des Arbeitsraumes angeordneten Gasdruckspeichervolumen, bezogen auf einen funktionsgemäßen Einbauzustand des Schwingungsdämpfers in einem Fahrzeug, ist das Gasdruckspeichervolumen in der Regel mit einem gasförmigen Medium wie beispielsweise Stickstoff gefüllt und mit einem Druck von ca. 20 bis 30 bar und teilweise sogar mit einem Druck bis zu 50 bar beaufschlagt.
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Somit kann mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Schwingungsdämpfer mit einem unterhalb des Arbeitsraumes angeordneten Gasdruckspeichervolumen, wobei das Gasdruckspeichervolumen wie üblich mit einem gasförmigen Medium befüllbar ist oder befüllt ist und mit einem üblichen Druck beaufschlagbar ist oder beaufschlagt ist, sofern eine entsprechende fluidische Verbindung zum Motorraum des Hydraulikaktuators vorgesehen ist und eine erfindungsgemäße Abdichtung zwischen Pumpenraum und Motorraum, auf einfache Art und Weise im Motorraum ein Gegendruck erzeugt werden, insbesondere ohne zusätzliche Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtungen, der im Wesentlichen dem hydraulischen Arbeitsdruck im Motorraum entspricht und der wenigstens so groß ist, dass die Druckdifferenz im Bereich der Abdichtung zwischen Pumpenraum und Motorraum auf weniger als 15 bar oder weniger reduziert werden kann.
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Da das Gasdruckspeichervolumen üblicherweise mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher zu einem Gegendruck im Motorraum führt, mit dem sich insbesondere im Bereich hochfrequenter Anregungen in einem Frequenzbereich von 10 bis etwa 50 Hertz eine besonders geringe Druckdifferenz zwischen Pumpenraum und Motorraum einstellt.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein erfindungsgemäßes Dämpfersystem aufweist.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhaft für sich sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können für die hier Schutz beansprucht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei die Erfindung dazu in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist. 1a zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Dämpfersystem im Dreiviertelschnitt und 1b einen Hydraulikaktuator des Dämpfersystems aus 1a in vergrößerter Darstellung, ebenfalls im Dreiviertelschnitt. 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems, ebenfalls in Dreiviertelschnitt und 2b einen Hydraulikaktuator des erfindungsgemäßen Dämpfersystems aus 2a in vergrößerter Darstellung, ebenfalls im Dreiviertelschnitt. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
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Das in 1a dargestellte, aus dem Stand der Technik bekannte Dämpfersystem 1 für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs, wobei das Dämpfersystem 1 insbesondere für eine Radaufhängung eines zweispurigen Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, weist einen hydraulischen Schwingungsdämpfer 2 mit einstellbarer Dämpferkraft und einen Hydraulikaktuator 3 zur Einstellung der Dämpferkraft auf. Der Schwingungsdämpfer 2 weist dabei ein Dämpfergehäuse 4 auf, das einen innerhalb des Dämpfergehäuses 4 angeordneten, und bei diesem Ausführungsbeispiel vollständig zylinderförmig ausgebildeten Arbeitsraum 6 aufweist, wobei der Arbeitsraum 6 mit einem Hydraulikmedium befüllt werden kann und mit einem hydraulischen Arbeitsdruck, der mittels des Hydraulikaktuators 3 erzeugt werden kann, beaufschlagt werden kann.
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Der Schwingungsdämpfer 2 weist ferner eine Kolbeneinrichtung 5 auf mit einer Kolbenstange 5A, welche entlang einer Längs-Mittel-Achse L des Schwingungsdämpfers 2 bzw. in Dämpferlängsrichtung L relativ zum Dämpfergehäuse 4 bewegt werden kann. An einem Ende der Kolbenstange 5A ist ein Arbeitskolben 5B befestigt, wobei der Arbeitskolben den Arbeitsraum 6 in ein erstes Arbeitsvolumen 6A und ein zweites Arbeitsvolumen 6B unterteilt.
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Bezogen auf einen funktionsgemäßen Einbauzustand in einem Fahrzeug befindet sich unterhalb des Arbeitsraumes 6, insbesondere unterhalb des zweiten Arbeitsvolumens 6B ein Gasdruckspeicher mit einem Gasdruckspeichervolumen 8 auf, das mit einem Stickstoffgas befüllt ist und mit einem Druck von etwa 30 bar beaufschlagt ist. Dabei ist das Gasdruckspeichervolumen mittels eines in axialer Richtung, d.h. in Federbeinlängsrichtung, verschiebbaren Trennkolbens 7 vom Arbeitsraum 6 bzw. dem zweiten Arbeitsvolumen 6B getrennt. Das Gasdruckspeichervolumen 8 dient insbesondere als Ausgleichsvolumen und hat die Funktion, ein mittels der Kolbenstange 5A beim Ein- bzw. Ausfedern verdrängtes bzw. angesaugtes Volumen des Hydraulikmediums auszugleichen. Damit das mit einem gasförmigen Medium gefüllte Gasdruckspeichervolumen 8 nicht als Feder wirkt, ist es mit Druck beaufschlagt, insbesondere mit einem Druck, der in jedem Betriebszustand größer ist, als ein auftretender, hydraulischer Arbeitsdruck im Arbeitsraum 6, insbesondere ein im zweiten Arbeitsvolumen 6B auftretender, hydraulischer Arbeitsdruck. In diesem ist, wie bereits erläutert, das Gasdruckspeichervolumen 8 dabei mit Stickstoffgas befüllt und mit einem Druck von etwa 30 bar beaufschlagt.
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Außerhalb des Dämpfergehäuses 4 ist der Hydraulikaktuator 3 angeordnet, wobei der Hydraulikaktuator 3 eine Hydraulikpumpe 10, einen Elektromotor 9, eine Welle 12, sowie ein Aktuatorgehäuse 15 mit einem Pumpenraum 14 und einen Motorraum 13 aufweist. Der Elektromotor 9 und die Hydraulikpumpe 10 sind dabei jeweils drehfest auf der Welle 12 befestigt und somit über die Welle 12 miteinander verbunden. Dadurch kann eine Antriebsleistung vom Elektromotor 9 auf die Hydraulikpumpe 10 übertragen werden. Der Elektromotor 9 ist im Motorraum 13 angeordnet und die Hydraulikpumpe 10 im Pumpenraum 14. Der Pumpenraum 14 ist mittels der Hydraulikleitungen 11A und 11B mit dem Arbeitsraum 6 hydraulisch verbunden, wobei der Pumpenraum 14 über die Hydraulikleitung 11A mit dem ersten Arbeitsvolumen 6A verbunden ist und über die Hydraulikleitung 11B mit dem zweiten Arbeitsvolumen 6B.
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Wie anhand von 1b gut zu erkennen ist, sind der Pumpenraum 14 sowie der Motorraum 13 über einen Kanal 11C miteinander verbunden, so dass auch der Motorraum 13 in hydraulischer Verbindung mit dem Arbeitsraum 6 des Schwingungsdämpfers 2 steht, und zwar ebenfalls über die Hydraulikleitungen 11A und 11B.
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Dies hat zur Folge, dass der Motorraum 13 ebenfalls mit Hydraulikmedium gefüllt ist. Infolgedessen läuft der Rotor des Elektromotors 9 im Hydraulikmedium, bei Verwendung eines Hydrauliköls als Hydraulikmedium somit in einem Ölbad. Für einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Elektromotors 9 ist es erforderlich, zwischen dem Rotor und dem Stator einen möglichst kleinen Spalt vorzusehen. Durch das Hydraulikmedium entsteht hydraulische Reibung, welche umso größer ist, je kleiner der Spalt zwischen Rotor und Stator ist. Die hydraulische Reibung wirkt sich jedoch nachteilig auf das dynamische Verhalten des Dämpfersystems 1 aus.
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Mit einem erfindungsgemäßen Dämpfersystem, beispielsweise mit einem Dämpfersystem 100 wie es in 2a dargestellt ist, kann hingegen die hydraulische Reibung im System erheblich reduziert werden, wobei ein erfindungsgemäßes Dämpfersystem 100 grundsätzlich wie das anhand der 1a und 1b beschriebene, aus dem Stand der Technik bekannte Dämpfersystem 1 aufgebaut ist, sich jedoch insbesondere in der Ausgestaltung des Hydraulikaktuators 103 sowie in der Anbindung des Hydraulikaktuators 103 am Schwingungsdämpfer 102 von diesem unterscheidet. Anhand des in den 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems 100 wird im Folgenden der erfindungsgemäße Aufbau sowie die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems erläutert.
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Das in den 2a und 2b dargestellte, erfindungsgemäße Dämpfersystem 100 ist ebenfalls für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere für die Radaufhängung eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, ausgebildet und weist ebenfalls einen hydraulischen Schwingungsdämpfer 102 mit einstellbarer Dämpferkraft sowie einen Hydraulikaktuator 103 zur Einstellung der Dämpferkraft auf. Der Schwingungsdämpfer 102 weist ebenfalls ein Dämpfergehäuse 104 auf, das einen innerhalb des Dämpfergehäuses 104 angeordneten und in diesem Fall ebenfalls vollständig zylinderförmigen Arbeitsraum 106 aufweist, welcher ebenfalls zumindest teilweise mit einem Hydraulikmedium gefüllt werden kann und dazu ausgebildet ist mit einem hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt zu werden.
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Der Hydraulikaktuator 103 weist ebenfalls eine Hydraulikpumpe 110 zur Einstellung der Dämpferkraft, einen Elektromotor 109 zum Antrieb der Hydraulikpumpe, eine Welle 112, sowie ein Aktuatorgehäuse 115 mit einem Pumpenraum 114 und einen Motorraum 113 auf. Der Elektromotor 109 ist ebenfalls im Motorraum 113 angeordnet, während die Hydraulikpumpe 110 ebenfalls im Pumpenraum 114 angeordnet ist. Auch bei dem erfindungsgemäßen Dämpfersystem 100 sind der Elektromotor 109 und die Hydraulikpumpe 110 derart über die Welle 112 miteinander verbunden, dass eine Antriebsleistung vom Elektromotor 109 auf die Hydraulikpumpe 110 übertragen werden kann. Und ebenfalls ist bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer 102 der Pumpenraum 114 hydraulisch mit dem Arbeitsraum 106 verbunden, insbesondere ebenfalls über die Hydraulikleitungen 111A und 111B.
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Der Schwingungsdämpfer 102 des erfindungsgemäßen Dämpfersystems 100 weist ferner ebenfalls, wie das aus dem Stand der Technik bekannte Dämpfersystem 1, eine Kolbeneinrichtung 105 mit einer Kolbenstange 105A und einem Arbeitskolben 105B auf, wobei der Arbeitskolben am unteren Ende der Kolbenstange 105A befestigt ist und den Arbeitsraum 106 in ein erstes Arbeitsvolumen 106A und ein zweites Arbeitsvolumen 106B teilt. Die Kolbeneinrichtung 105 kann ebenfalls entlang einer Längs-Mittel-Achse L bzw. in Dämpferlängsrichtung L relativ gegenüber dem Dämpfergehäuse 104 bewegt werden.
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Der Schwingungsdämpfer 102 des erfindungsgemäßen Dämpfersystems 100 weist auch ein unterhalb des zweiten Arbeitsvolumens 106B angeordnetes Gasdruckspeichervolumen 108 auf, welches mittels eines entlang der Längs-Mittel-Achse L des Schwingungsdämpfers 102 verschiebbar gelagerten Trennkolbens 107 vom zweiten Arbeitsvolumen 106B getrennt ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems 100 ist das Gasdruckspeichervolumen 108 mit einem Druck von etwa 50 bar beaufschlagt, wobei der Druck im Gasdruckspeichervolumen 108, wie bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Schwindungsdämpfer 2, größer ist als der maximal mögliche hydraulische Arbeitsdruck im zweiten Arbeitsvolumen 106B, um ein Federn des Trennkolbens 107 zu verhindern. In einigen Fällen kann aber auch die Beaufschlagung des Gasdruckspeichervolumens 108 mit einem geringeren Druck als 50 bar ausreichen, insbesondere mit nur einem Druck von 30 bar oder sogar von nur 20 bar.
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Im Unterschied zu dem anhand der 1a und 1b beschriebenen Dämpfersystem 1 sind erfindungsgemäß der Pumpenraum 114 und der Motorraum 113 gegeneinander abgedichtet. Außerdem ist der Motorraum 113 fluidisch über die Fluidleitung 116 mit dem Gasdruckspeichervolumen 108 verbunden und ebenfalls mit einem gasförmigen Medium befüllt, in diesem Fall ebenfalls mit Stickstoffgas. Entsprechend liegt im Motorraum 113 der gleiche Druck an wie im Gasdruckspeichervolumen 108, also ebenfalls etwa 50 bar, wobei der Druck im Motorraum 113 als Gegendruck zum hydraulischen Arbeitsdruck im Arbeitsraum 106 wirkt und im Folgenden daher als Gegendruck bezeichnet wird.
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Zur Abdichtung des Motorraums 113 gegenüber dem Pumpenraum 114 weist das erfindungsgemäße Dämpfersystem 100, insbesondere der Hydraulikaktuator 103 eine Dichtungseinrichtung 117 in Form eines auf der Welle 112 zwischen dem Elektromotor 109 und der Hydraulikpumpe 110 angeordneten Radialwellendichtringes 117 auf. Ferner ist im Aktuatorgehäuse kein Kanal (vgl. 1a und 1b: 11C) mehr vorhanden, welcher den Pumpenraum 114 mit dem Motorraum 113 verbindet. Somit ist der Motorraum 113 hydraulisch vom Pumpenraum 114 und vom Arbeitsraum entkoppelt, d.h., es gelangt kein Hydraulikmedium mehr in den Motorraum 113. Somit kann der Elektromotor 109 „trocken“ betrieben werden. Dadurch befindet sich kein Hydraulikmedium im Spalt zwischen Rotor und Stator des Elektromotors 109. Infolgedessen kann die Entstehung von hydraulischer Reibung im Bereich des Elektromotors 109 vermieden werden. Dadurch erhöht sich zum einen die Energieeffizienz des Elektromotors 109, zum anderen verbessert sich die Dynamik des Dämpfersystems 100 erheblich, wodurch ein deutlich verbessertes Regelverhalten erreicht werden kann und somit ein höherer Fahrkomfort, insbesondere in Fahrzuständen mit hochfrequenten Anregungen im Bereich von 10 bis 50 Hz, wie sie beispielsweise infolge einer Radbewegung bzw. Radbeschleunigung auftreten können.
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Im Pumpenraum 114 der Hydraulikpumpe 110 liegt bei stehender Pumpe und unbewegtem Dämpfer ein hydraulischer Arbeitsdruck an, der dem Druck im Arbeitsvolumen 106B und 106A und auch dem Druck im Gasdruckspeichervolumen 108 entspricht (abgesehen von der Reibung am Trennkolben 107), wobei das Gasdruckspeichervolumen 108 über die Fluidleitung 116 mit dem Motorraum 113 kommuniziert. Dadurch beträgt die sich am Radialwellendichtring 117 einstellende Druckdifferenz nahezu Null. Je kleiner die Druckdifferenz zwischen Pumpenraum 114 und Motorraum 113 ist, umso kleiner ist die im Bereich des Radialwellendichtrings 117 entstehende Reibung, und umso besser ist infolgedessen der Wirkungsgrad des Dämpfersystems 100 und das dynamische Verhalten des Dämpfersystems 100.
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Das heißt, mit dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfersystems 100 kann, insbesondere aufgrund der fluidischen Verbindung des Gasdruckspeichervolumens 108 des Schwingungsdämpfers 102 mittels der Fluidleitung 116 mit dem Motorraum 113, ohne eine zusätzliche, insbesondere aufwendige Steuer-/Regelungsvorrichtung vorzusehen, zum einen die hydraulische Reibung zwischen Rotor und Stator des Elektromotors 109 reduziert werden und zum anderen die Reibung im Bereich der Dichtungseinrichtung 117. Dadurch kann ein besonders dynamisches Dämpfersystem 100 bereitgestellt werden mit einem infolgedessen besonders vorteilhaften Regelverhalten, wodurch ein besonders hoher Fahrkomfort erreichbar ist.
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Selbstverständlich ist eine Vielzahl an Abwandlungen, insbesondere von konstruktiven Abwandlungen, zu dem erläuterten Ausführungsbeispiel möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- aus dem Stand der Technik bekanntes Dämpfersystem
- 2
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Hydraulikaktuator
- 4
- Dämpfergehäuse
- 5
- Kolbeneinrichtung
- 5A
- Kolbenstange
- 5B
- Arbeitskolben
- 6
- Arbeitsraum
- 6A
- erstes Arbeitsvolumen
- 6B
- zweites Arbeitsvolumen
- 7
- Trennkolben
- 8
- Gasdruckspeichervolumen
- 9
- Elektromotor
- 10
- Hydraulikpumpe
- 11A, 11B
- Hydraulikleitung
- 11C
- Kanal
- 12
- Welle
- 13
- Motorraum
- 14
- Pumpenraum
- 15
- Aktuatorgehäuse
- 100
- erfindungsgemäßes Dämpfersystem
- 102
- Schwingungsdämpfer
- 103
- Hydraulikaktuator
- 104
- Dämpfergehäuse
- 105
- Kolbeneinrichtung
- 105A
- Kolbenstange
- 105B
- Arbeitskolben
- 106
- Arbeitsraum
- 106A
- erstes Arbeitsvolumen
- 106B
- zweites Arbeitsvolumen
- 107
- Trennkolben
- 108
- Gasdruckspeichervolumen
- 109
- Elektromotor
- 110
- Hydraulikpumpe
- 111A, 111B
- Hydraulikleitung
- 112
- Welle
- 113
- Motorraum
- 114
- Pumpenraum
- 115
- Aktuatorgehäuse
- 116
- Fluidleitung
- 117
- Radialwellendichtring
- L
- Dämpferlängsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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