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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit einer eine aktive Höhenverstellung erzeugenden Hydraulikvorrichtung, wobei der Schwingungsdämpfer weiterhin wenigstens einen Arbeitszylinder und einen darin axial beweglichen Kolben aufweist, wobei im oder am Kolben wenigstens ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist.
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Mittels der Höhenverstellung soll eine Aufbaukontrolle des Fahrzeugaufbaus durchgeführt werden. Dabei geht es bekanntermaßen darum, kurz- oder langfristige Ausgleichsbewegungen vorzunehmen, beispielsweise um einen Wank- oder Nickausgleich durchzuführen. Es kann aber auch eine Niveauregulierung des Fahrzeugaufbaus durchgeführt werden. Beispielsweise können bei schräg stehenden Untergründen wie Hanglagen oder Kurvenfahrten die Auswirkungen auf den Fahrzeugaufbau verringert werden.
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Diese Funktion kann nicht durch herkömmliche, auch als passiv bezeichnete, Schwingungsdämpfer geleistet werden. Vielmehr bedarf es einer Stelleinrichtung, mit der die Relativposition des Kolbens aktiv von außen durch eine Steuerungseinrichtung veränderbar ist. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, als Hydraulikvorrichtungen Hydropumpen zu verwenden.
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Es gibt mehrere unterschiedliche bekannte Systeme, mit denen eine Aufbaukontrolle vorgenommen werden kann. Beispielsweise geht aus der
US 2009/0260935 A1 ein Schwingungsdämpfer hervor, der einen Gerotor aufweist, der an eine Pumpe gekoppelt ist. Ein Gerotor ist eine Vorrichtung, die sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar ist. Mit dieser Gerotorpumpe kann sowohl Energie rekuperiert werden als auch eine Aufbaukontrolle und auch eine Radkontrolle durchgeführt werden. Radkontrolle, Aufbaukontrolle und Rekuperation werden also durch eine einzige Vorrichtung bewirkt.
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Unter Radkontrolle wird allgemein verstanden, dass die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers veränderbar ist.
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Bei alternativen Ausgestaltungen wird die Radkontrolle mittels eines Druckregelventils realisiert und die Aufbaukontrolle mittels einer Motor-Pumpeneinheit. Bei diesem Aufbau sind die Aufbaukontrolle und die Radkontrolle unabhängig voneinander vollzogen.
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Dabei wird das einstellbare Ventil so eingestellt, dass es über den mit der Pumpe maximal erzeugbaren Druck hinausgeht.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungsdämpfer anzugeben, der eine verbesserte Dämpfeigenschaft aufweist.
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Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass bei einem Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art der Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters der Hydraulikvorrichtung eingestellt ist, wobei bei einer Änderung des wenigstens einen Betriebsparameters auch eine Änderung des Begrenzungsdrucks erfolgt. Mit anderen Worten passt sich der Begrenzungsdruck an den Betriebsparameter der Hydraulikvorrichtung an.
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Wie bereits beschrieben kann die Hydraulikvorrichtung als Hydropumpe, also als Einheit aus Pumpe und dieser ansteuernden Motor, ausgestaltet sein. Der Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils ist derjenige Druck, ab dem das Druckbegrenzungsventil öffnet und so einen Überdruck verhindert.
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Vorteilhafterweise kann ein Betriebsparameter der Hydraulikvorrichtung ein durch sie erzeugter Druck sein. Dies ist bevorzugt ein im Arbeitszylinder erzeugter Druck. Das heißt, dass sich das Druckbegrenzungsventil an den im Arbeitsraum angelegten Druck selbständig anpasst.
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Vorzugsweise kann der Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils kleiner sein als der durch die Hydraulikvorrichtung erzeugte Druck. Dadurch entsteht eine andauernde Leckage. Dies bietet den Vorteil, dass eine weichere Kennlinie erhalten wird.
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Vorteilhafterweise kann der Kolben den Arbeitszylinder in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum teilen, wobei beide Seiten des Druckbegrenzungsventils über den gleichen Arbeitsraum druckbeaufschlagt werden. Das heißt, dass das Druckbegrenzungsventil auf der einen Seite sowieso durch den ersten Arbeitsraum druckbeaufschlagt ist, auf der anderen Seite zumindest mittelbar aber auch.
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Insbesondere kann auf der zweiten Seite vorgesehen sein, dass der Druck sowohl durch den ersten als auch den zweiten Arbeitsraum eingestellt wird. Die zweite Seite kann insbesondere die Seite sein, die den Schließdruck aufweist. Die Beaufschlagung der einen Seite des Druckbegrenzungsventils mit Druck aus dem nicht angrenzenden Arbeitsraum setzt dabei keine Fluidbindung voraus. Vielmehr kann der hydraulische Druck auch über mechanische Bauteile weitergegeben werden.
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Vorzugsweise kann die eine Seite des Druckbegrenzungsventils zeitverzögert mit Druckänderungen beaufschlagt werden. Bevorzugt wird insbesondere die Schließdruckseite zeitverzögert mit Druckänderungen beaufschlagt. Dadurch wird es möglich, langsame Druckänderungen beispielsweise durch die Hydraulikvorrichtung an die Schließdruckseite weiterzugeben, sodass sich immer wieder neue Gleichgewichte einstellen und im Hinblick auf die Hydraulikvorrichtung immer ein quasi stationärer Zustand gegeben ist. Bei hochfrequenten Änderungen beispielsweise beim Überfahren einer Bodenunebenheit findet dagegen kein Angleich des Drucks statt, und das Druckausgleichsventil wird geöffnet. Auf diese Art und Weise wird das Druckbegrenzungsventil durchlässig gegenüber hochfrequenten Änderungen, während es gegenüber niederfrequenten sich selbstständig anpasst.
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Vorzugsweise weist der Schwingungsdämpfer eine Kolbenstange auf, die mit dem Kolben verbunden ist, wobei die Kolbenstange wenigstens einen Verbindungskanal aufweist, über den die Schließdruckseite des Druckbegrenzungsventils mit Druck beaufschlagbar ist. Durch den Verbindungskanal kann der Druck auf die Schließdruckseite weitergeleitet werden. Weist der Schwingungsdämpfer ein Druckbegrenzungsventil für die Zugseite und eines für die Druckseite auf, so umfasst die Kolbenstange wenigstens zwei Verbindungskanäle. Bevorzugt ist aber, dass für jedes Druckbegrenzungsventil mehrere Kanäle vorgesehen sind, die insbesondere in Umfangsrichtung gleich verteilt angeordnet sein können. Beispielsweise können pro Druckbegrenzungsventil vier Kanäle vorgesehen sein. Diese können jeweils mit 90 Grad-Abständen angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise kann im Kolben wenigstens ein Verbindungskanal angeordnet sein, der auf der einen Seite einen Bypass zum Umgehen eines Druckbegrenzungsventils aufweist. Im Gegensatz zu den Verbindungskanälen in der Kolbenstange stellen die Verbindungskanäle im Kolben eine Verbindung zur Seite mit dem Öffnungsdruck her. Sind auf beiden Seiten des Kolbens Druckbegrenzungsventile angeordnet, so ist die eine Seite mittels eines Bypasses zu umgehen, sodass unabhängig von der Stellung des zweiten Druckbegrenzungsventils für das andere Druckbegrenzungsventil ein Öffnungsdruck bereitgestellt wird.
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Vorteilhafterweise kann der Verbindungskanal in der Kolbenstange in einem Steuerungsraum münden, mit dem ein Ventilkolben steuerbar ist. Der Steuerraum weist bevorzugt eine Zulaufdrossel und/oder eine Ablaufdrossel auf. Der Ventilkolben gibt dann den Druck im Steuerraum an den eigentlichen Schließmechanismus des Ventils weiter. So kann über den Verbindungskanal in der Kolbenstange dem Steuerraum und den Kolben der in dem einen Arbeitsraum anliegende Druck auf die Schließdruckseite des Ventils übertragen werden, obwohl die Schließdruckseite zum anderen Arbeitsraum hinweist.
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Vorteilhafterweise kann das Druckbegrenzungsventil wenigstens eine Ventilscheibe zum Schließen eines Verbindungsweges zwischen dem ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum umfassen. Bevorzugt kann das Druckbegrenzungsventil ein Ventilscheibenpaket aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann der Schwingungsdämpfer zwei Druckbegrenzungsventile umfassen, wobei jeweils ein Ventil in einem Arbeitsraum angeordnet ist und den Druck des anderen Arbeitsraumes begrenzt.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Schwingungsdämpfer. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass der Schwingungsdämpfer wie beschrieben ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug, und
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2 eine Teilansicht eines Schwingungsdämpfers.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 bei diesem sind symbolisch vier Schwingungsdämpfer 2, 3, 4 und 5 dargestellt. Wenigstens zwei der vier Schwingungsdämpfer erlauben eine aktive Höhenverstellung, weisen also eine Hydropumpe oder ähnliches auf. Dadurch kann eine Nivellierung des Fahrzeugaufbaus erreicht werden. Beispielsweise kann bei Vorsehen einer aktiven Höhenverstellung an einer Achse ein Wankausgleich erzeugt werden. Beim Vorsehen der Höhenverstellbarkeit an allen vier Schwingungsdämpfern 2, 3, 4 und 5 kann auch ein Nickausgleich erfolgen sowie eine Niveauregulierung beispielsweise bei Hangfahrten. Bevorzugt ist daher, dass alle Schwingungsdämpfer des Kraftfahrzeugs eine Höhenverstellung erlauben. Dabei können selbstverständlich auch mehr als vier oder weniger als vier Schwingungsdämpfer vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug auch als Motorrad ausgestaltet sein. Dann weist es nur zwei Schwingungsdämpfer auf. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich aber auch um einen Mehrachser handeln, es kann also vorgesehen sein, dass mehr als zwei Achsen und dann auch mehr als vier Schwingungsdämpfer vorhanden sind.
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2 zeigt eine Teilansicht eines Schwingungsdämpfers 2. Zur Höhenverstellung weist dieser eine Hydraulikvorrichtung 6 mit Pumpe 7 und einem die Pumpe antreibenden Motor 8 auf. Diese ist mit dem Arbeitszylinder 9 auf beiden Seiten des Kolbens 10 verbunden. Der Kolben ist fest mit einer Kolbenstange 12 verbunden. Der Kolben 10 unterteilt den Arbeitszylinder in einen ersten Arbeitsraum 14 und einem zweiten Arbeitsraum 16. Am Kolben befinden sich weiterhin zwei Druckbegrenzungsventile 18 und 20. Dabei ist das Druckbegrenzungsventil 18 für die Druckseite und das Druckbegrenzungsventil 20 für die Zugseite eingesetzt. Die Druckbegrenzungsventile 18 und 20 sind von ihrem Aufbau und der Funktion her identisch, sie sind nur spiegelbildlich an der Kolbenstange 12 und in Bezug auf Kolben 10 angeordnet. Für gleiche Bauteile und Funktionsteile des einen Druckbegrenzungsventils werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet wie beim anderen Druckbegrenzungsventil.
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Der Aufbau und die Funktionsweise werden im Folgenden in Bezug auf das Druckbegrenzungsventil 20 erklärt. Die Beschreibung gilt analog für das Druckbegrenzungsventil 18.
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Das Verschlussmittel des Druckbegrenzungsventils 20 besteht aus einem Ventilscheibenpaket 22, das den Druck im ersten Arbeitsraum 14 einschließt. Dementsprechend befindet sich die Öffnungsdruckseite 24 auf der Seite des Verbindungskanals 26 im Kolben 10. Dargestellt im Querschnitt ist nur ein Verbindungskanal 26, in Umfangsrichtung des Kolbens 10 können sich aber mehrere Verbindungskanäle 26 befinden, die das Ventil 20 mit einem Öffnungsdruck beaufschlagen.
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Auf der dem ersten Arbeitsraum 14 zugewandten Seite hat der Verbindungskanal 26 einen Bypass 28, der das Ventilscheibenpaket 22 des Druckbegrenzungsventils 18 umgeht. So kann für das Ventilscheibenpaket 22 des Druckbegrenzungsventils 20 immer ein Öffnungsdruck bereitgestellt werden. Im Kolben 10 befinden sich derartige Verbindungskanäle 26 mit Bypass 28 auch umgekehrt für das Druckbegrenzungsventil 18, aufgrund des Schnittes sind diese aber nicht sichtbar.
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Auf der Schließdruckseite 30 wird einerseits Druck durch den zweiten Arbeitsraum 16 bereitgestellt, andererseits ist die Schließdruckseite 30 auch durch Druck aus dem ersten Arbeitsraum 14 beaufschlagt. Über den Verbindungskanal 32 wird der Druck des ersten Arbeitsraumes 14 in den Steuerraum 34 weitergegeben. Auf der Eingangsseite des Steuerraums 34 befindet sich eine Zulaufdrossel 36 auf der Ausgangseite einer Ablaufdrossel 38. Der Steuerraum 34 befindet sich dabei innerhalb eines Ventilkolbens 40, der axial beweglich in einem Steuertopf 42 gelagert ist. Ist der Druck P1 des ersten Arbeitsraumes 14 größer als der Druck P2 des zweiten Arbeitsraumes 16, so wird der Kolben 40 in Richtung des Ventilscheibenpakets 22 bewegt. Bei dieser Bewegung wird ein Federsystem 44 weiter vorgespannt, sodass der Schließdruck auf der Schließdruckseite 30 des Ventilscheibenpakets 22 erhöht wird.
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Bei langsamen Änderungen des Drucks P1 im ersten Arbeitsraum 14 passt sich dabei der Schließdruck dem Öffnungsdruck an, wobei diese Anpassung leicht zeitversetzt erfolgt. Daher ist bei langsamen Änderungen des Druckes P1 ein quasi stationärer Zustand vorhanden, sodass Öffnungsdruck und Schließdruck des Ventils 20 die vorgegebene Differenz aufweisen. Diese Differenz kann auch so aussehen, dass der Öffnungsdruck leicht höher ist als der Schließdruck, sodass eine stetige leichte Leckage stattfindet.
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Ändert sich der Druck P1 im ersten Arbeitsraum 14 schneller als die Zeitkonstante des Ventils 20 erlaubt, so ist der Öffnungsdruck immer größer wie der Schließdruck und es findet ein Druckausgleich zwischen dem Arbeitsraum 14 und dem Arbeitsraum 16 statt. Auf diese Art und Weise können niederfrequente zu einem Druckaufbau am Ventil 20 führen, während bei hochfrequenten Anregungen das Fluid passieren kann und damit ein Druckaufbau vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 4
- Schwingungsdämpfer
- 5
- Schwingungsdämpfer
- 6
- Hydraulikvorrichtung
- 7
- Pumpe
- 8
- Motor
- 9
- Arbeitszylinder
- 10
- Kolben
- 12
- Kolbenstange
- 14
- erster Arbeitsraum
- 16
- zweiter Arbeitsraum
- 18
- Druckbegrenzungsventil
- 20
- Druckbegrenzungsventil
- 22
- Ventilscheibenpaket
- 24
- Öffnungsdruckseite
- 26
- Verbindungskanal
- 28
- Bypass
- 30
- Schließdruckseite
- 32
- Verbindungskanal
- 34
- Steuerraum
- 36
- Zulaufdrossel
- 38
- Ablaufdrossel
- 40
- Ventilkolben
- 42
- Steuertopf
- 44
- Federsystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0260935 A1 [0004]
