-
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit selektiver Dämpfung für ein Kraftfahrzeug.
-
Ein Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge umfasst einen mit einem Dämpfmedium zumindest teilweise gefüllten Zylinder, mit einer Kolbenstange, welche abgedichtet zumindest teilweise in den Zylinder eintaucht und darin axial beweglich ist, wobei der Zylinder einen an einem Ende der Kolbenstange festgelegten Kolben in Umfangsrichtung umschließt, sodass der Kolben den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt. An dem Kolben sind üblicherweise Rückschlagventile ausgeführt. In einer sogenannten Druckstufe taucht die Kolbenstange tiefer in den Zylinder ein. In einer Zugstufe fährt die Kolbenstange aus dem Zylinder zumindest teilweise aus. Dabei strömt das Dämpfmedium durch das Rückschlagventil aus einem Arbeitsraum in den anderen. Das freie, aus dem Zylinder ragende Ende der Kolbenstange, sowie das von der Kolbenstange gegenüberliegende Ende des Zylinders weisen jeweils eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des Schwingungsdämpfers zwischen einer Fahrzeugkarosserie und einer Radaufhängung. Beim Durchfahren von Straßenunebenheiten bewegen sich die Radaufhängung und die Fahrzeugkarosserie relativ zueinander. Diese sogenannten Schwingungen werden von dem Schwingungsdämpfer definiert gedämpft.
-
Eine Voraussetzung für die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs ist eine ausreichende Dämpfung vor allem im Frequenzbereich der Eigenschwingungen der gefederten Massen, die in der Regel in etwa im Bereich von 1 Hz liegen. Um dieses Ziel zu erfüllen muss ein Schwingungsdämpfer entsprechend hart eingestellt sein um mit einer hohen Dämpfkraft einer niederfrequenten Schwingung entgegenzuwirken. Fahrbahnanregungen mit höheren Frequenzen werden dabei jedoch zu stark bedämpft, was sich entsprechend negativ auf den Fahrkomfort auswirkt. Um diesen Zielkonflikt aufzulösen werden im Stand der Technik unterschiedliche Lösungen einer selektiven Dämpfung offenbart. Diese lassen sich je nach Funktion einteilen in amplitudenselektive und in frequenzselektive Dämpfung.
-
Das Prinzip einer amplitudenselektiven Dämpfung ist beispielsweise in
DE 40 02 882 C1 offenbart. Eine elastische Sperreinrichtung verschließt den Fluidstrom durch einen Bypass zum Hauptventil, abhängig zum Arbeitsweg. Bei kleineren Amplituden bewegt sich die Sperreinrichtung und die Dämpfkraft wird abgesenkt. Bei Anregungen mit größeren Amplituden geht die Sperreinrichtung in eine Endlage und die Dämpfkraft steigt an.
-
Die
US 32 32 390 A zeigt ebenfalls ein Dämpfungsventil mit einer frequenzselektiven Dämpfung. Hierbei wird eine Gegendruckkammer gebildet, die den Ventilkörper mittels Spiralfedern mit einem Gegendruck beaufschlagt, wobei sich der Druck in der besagten Gegendruckkammer mit zeitlicher Verzögerung aufbaut.
-
Die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen einer selektiven Dämpfung liegen vor Allem in der aufwändigen Bauweise. Des Weiteren ist eine Einstellung der selektiven Dämpfkraft nur schwierig möglich.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen einfach aufgebauten und kostengünstigen Schwingungsdämpfer zu entwickeln, welcher eine selektive Dämpfung aufweist, sicher funktioniert und bei dem die selektive Dämpfkraft einfach einzustellen ist.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Schwingungsdämpfer mit einer selektiven Dämpfung für ein Kraftfahrzeug gelöst, umfassend einen mit einem Dämpfmedium zumindest teilweise gefüllten Zylinder, eine Kolbenstange, welche abgedichtet zumindest teilweise in den Zylinder eintaucht und darin axial beweglich ist, einen an der Kolbenstange befestigten Kolben, welcher den Zylinder in einen ersten und einen zweiten Arbeitsraum unterteilt, und wobei der Kolben mindestens einen Durchströmkanal aufweist, welcher den ersten Arbeitsraum mit dem zweiten Arbeitsraum verbindet und wobei der Durchströmkanal durch mindestens eine Ventilscheibe abgedeckt ist, sodass eine Durchflussmenge des bei der axialen Bewegung der Kolbenstange durch den Durchströmkanal aus dem ersten Arbeitsraum in den zweiten Arbeitsraum oder aus dem zweiten Arbeitsraum in den ersten Arbeitsraum strömenden Dämpfmediums definiert begrenzt wird, und wobei der Schwingungsdämpfer eine Bypassverbindung aufweist, welche den ersten Arbeitsraum mit dem zweiten Arbeitsraum verbindet, wobei im Kolben eine Zusatzanordnung vorgesehen ist, welche eine Ventilscheibe mit einer dazugehörigen ersten Kippscheibe umfasst und die in der Bypassverbindung vorgesehen ist, sodass das durch die Bypassverbindung strömende Dämpfmedium aus dem ersten Arbeitsraum über die Bypassverbindung im Kolben in den zweiten Arbeitsraum gelangt und wobei die Ventilscheibe bei einer definierten Durchflussmenge des Dämpfmediums durch die Bypassverbindung sich reversibel verformt und einen Durchfluss des Dämpfmediums durch die Bypassverbindung zumindest teilweise versperrt.
-
Dabei kann es weiter vorgesehen sein, dass die Kippscheibe einen axialen Anschlag für die Ventilscheibe der Zusatzanordnung bildet. Dabei liegt die Ventilscheibe beispielsweise mit ihrem radial äußeren oder auch mit ihrem radial inneren Bereich an der Kippscheibe auf. Der jeweils andere radiale Bereich an der Ventilscheibe, der nicht an der Kippscheibe aufliegt, bildet einen Spalt oder Öffnungsbereich, durch den das Dämpfmedium vorbeifließen kann. Dabei bildet die Ventilscheibe solange einen Spalt, bis eine Grenzdurchflussgeschwindigkeit an diesem Öffnungsbereich bzw. Spalt überschritten wird. Nach dem Überschreiten dieser Grenzdurchflussgeschwindigkeit des Dämpfmediums verformt sich die Ventilscheibe reversibel und verschließt den Spalt bzw. Öffnungsbereich. Auf Grund der Federkennlinie der Ventilscheibe, die mit der Federkennlinie einer Membranfeder vergleichbar ist, erfolgt die reversible Verformung der Ventilscheibe nahezu sprunghaft, so dass der Bypasskanal nach dem Überschreiten der Grenzdurchflussgeschwindigkeit des Dämpfmediums durch die Ventilscheibe nahezu sprunghaft verschlossen wird. Hierdurch kann bewirkt werden, dass durch diese beschriebene Zusatzanordnung zwischen zwei Dämpfkraftkennlinien nahezu schlagartig umgeschalten wird.
-
Weiter kann es vorgesehen sein, dass die Zusatzanordnung eine Vorspannfeder umfasst, wobei die Vorspannfeder die Ventilscheibe in Richtung von der ersten Kippscheibe weg vorspannt. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Ventilscheibe undefiniert axial schwingt. Auch ist die Verwendung der Vorspannfeder vorteilhaft, wenn das Dämpfmedium entgegen der voran beschriebenen Flussrichtung fließt, da dann die Ventilscheibe den Bypasskanal sofort verschließt und nicht erst durch das Dämpfmedium an die zu verschließende Fläche bewegt werden muss.
-
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine zweite Kippscheibe vorgesehen ist, die in axialer Staffelung zu der ersten Kippscheibe nach der Ventilscheibe vorgesehen ist. Hierdurch kann bewirkt werden, dass eine nahezu sprunghafte Umschaltung zwischen zwei Dämpfkraftkennlinien, wie vorangehend beschrieben, nicht nur in einer Flussrichtung, beispielsweise in Zugrichtung, sondern auch in der anderen Flussrichtung, also dann in Druckrichtung erfolgen kann.
-
Auch kann es vorgesehen sein, dass der Kolben zumindest zweiteilig mittels eines ersten Kolbenteils und eines zweiten Kolbenteils ausgeführt ist, wobei sich zwischen den beiden Kolbenteilen die Zusatzanordnung befindet. Durch diese Anordnung der Zusatzanordnung kann Bauraum eingespart werden und die Bypassanordnung kann kompakt in dem Kolben integriert werden.
-
Weiter kann es vorteilhaft sein, dass die Ventilscheibe zwischen dem ersten Kolbenteil und dem zweiten Kolbenteil axial verschiebbar vorgesehen ist. Dabei kann es weiter vorgesehen sein, dass die Ventilscheibe radial außen oder radial innen dem ersten Kolbenteil oder an dem zweiten Kolbenteil radial und /oder axial gelagert ist. Hierdurch kann die Ventilscheibe sicher gelagert werden und es kann weiter sichergestellt werden, dass die Ventilscheibe in beiden Flussrichtungen des Dämpfermediums funktionssicher arbeitet.
-
Auch kann es vorgesehen sein, dass mittels der Zusatzanordnung ein Übergang zwischen einer ersten Dämpfkraftkennlinie (K1) und einer zweiten Dämpfkraftkennlinie (K2) nahezu sprunghaft erfolgt. Dieser sprunghafte Übergang von einer Dämpfkraftkennlinie zu der anderen Dämpfkraftkennlinie kann vorteilhaft für das zu dämpfende Bauteil sein, beispielsweise ein Rad eines PKWs, so dass dieses sicher Kontakt zur Fahrbahn hält.
-
Anhand folgender Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt mit einer Schnittdarstellung einer beispielsweisen Ausführungsvariante eines Schwingungsdämpfers gemäß Patentanspruch 1;
- 2 einen weiteren Zustand aus der 1
- 3 einen weiteren Zustand aus der 1
- 4 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
- 5 eine Dämpfkraftkennlinie eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers wie in der 1 bis 3 beschrieben.
-
Die 1 zeigt eine mögliche Ausführungsvariante eines Schwingungsdämpfers mit selektiver Dämpfung für ein Kraftfahrzeug, gemäß Patentanspruch 1. Dieser umfasst einen mit einem Dämpfmedium zumindest teilweise gefüllten Zylinder 1, eine Kolbenstange 2, welche abgedichtet zumindest teilweise in den Zylinder 1 eintaucht und darin axial beweglich ist, sowie einen an der Kolbenstange 2 befestigten Kolben 3, welcher den Zylinder 1 in einen ersten und einen zweiten Arbeitsraum 4; 5 unterteilt. Der Kolben 3 weist hier einen Durchströmkanal 6 auf, welcher den ersten Arbeitsraum 4 mit dem zweiten Arbeitsraum 5 verbindet. Der Durchströmkanal 6 ist durch eine Ventilscheibe 7 abgedeckt, sodass eine Durchflussmenge des bei der axialen Bewegung der Kolbenstange 2 durch den Durchströmkanal 6 aus dem ersten Arbeitsraum 4 in den zweiten Arbeitsraum 5 oder aus dem zweiten Arbeitsraum 5 in den ersten Arbeitsraum 4 strömenden Dämpfmediums definiert begrenzt wird, was den gewünschten definierten Dämpfungseffekt mit sich bringt.
Weiter ist hier zu erwähnen, dass der Kolben zweiteilig ausgeführt ist und aus einem ersten Kolbenteil 3a und einem zweiten Kolbenteil 3b besteht, die auf der Kolbenstange 2 mittels jeweils einer Verschraubung 16, 17 axial gesichert sind.
-
Parallel zu dem vorstehend erläuterten Dämpfmittelweg weist der Schwingungsdämpfer eine Bypassverbindung 11 auf, welche ebenfalls den ersten Arbeitsraum 4 mit dem zweiten Arbeitsraum 5 verbindet.
Im Bereich des Kolbens 3, hier zwischen den beiden Kolbenteilen 3a und 3b ist eine Zusatzanordnung 8 angebracht. Die Zusatzanordnung 8 umfasst hier eine Ventilscheibe 9, eine Kippscheibe 8 und eine Vorspannfeder 13. Dabei kann die Ventilscheibe 9 sich zwischen den beiden Kolbenteilen 3a und 3b axial bewegen. Dabei ist die ventilscheibe 9 weiter durch die Vorspannfeder 13 in Richtung des Kolbenteils 3b vorgespannt. Die Kippscheibe 12 ist hier auf der Seite des Kolbenteils 3a vorgesehen und ist so ausgelegt, dass die Kippscheibe 12 sich am radial äußeren Bereich der Ventilscheibe 9 befindet. Dabei ist die hier dargestellte Position der Ventilscheibe 9 in dem Zustand dargestellt, wenn sich der Kolben 3 in Richtung des zweiten Arbeitsraumes 5 bewegt. Diese Bewegungsrichtung wird hier mit +Sk bezeichnet. Für diesen Fall ist hier auch die Flussrichtung des Dämpfmediums gestrichelt dargestellt. Dabei gelangt das Dämpfmedium von dem zweiten Arbeitsraum 5 in den Bypasskanal 11 des ersten Kolbenteils 3a. Durch die Ventilscheibe 9 ist in diesem Zustand der Bypasskanal 11 im zweiten Kolbenteil 3b verschlossen und das Dämpfmedium wird weiter durch den Durchströmkanal 6 und weiter an einer Ventilscheibe 27 vorbeigeführt, wobei die Ventilscheibe 27 den Durchströmkanal 6 verschließt. Bekanntermaßen kann das Dämpfmedium erst an der Ventilscheibe 27 vorbeifließen, wenn ein Grenzdruck des Dämpfmediums überschritten wird und die Ventilscheibe 27 vom zweiten Kolbenteil 3b abhebt und den Durchflusskanal 6 zumindest teilweise zu dem ersten Arbeitsraum 4 freigibt. Bei dieser Kolbenbewegung +Sk, wird die Dämpfkraft durch die Ventilscheibe 27 erzielt und es ergibt sich daraus eine Dämpfkraft für die Bewegungsrichtung des Kolbens 3 nach +Sk, wie in dem Diagramm in der 5 dargestellt.
-
In der 2 ist eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers wie in der 1 gezeigt, jedoch mit einer Bewegungsrichtung des Kolbens 3 in Richtung des ersten Arbeitsraumes 4, hier mit -Sk bezeichnet und bei einer geringen Kolbengeschwindigkeit. Die Flussrichtung des Dämpfmediums ist dabei wieder gestrichelt dargestellt. Dabei wird die Ventilscheibe 9 durch das Dämpfmedium gegen die Vorspannkraft der Vorspannfeder 13 gegen die Kippscheibe 12 gedrückt.
-
Dabei bildet sich zwischen der Ventilscheibe 9 und dem ersten Kolbenteil 3a ein Ringspalt 19, der eine Spaltbreite s aufweist, wobei die Spaltbreite s nahezu der Materialstärke t der Kippscheibe 12 entspricht. Dies gilt für den Fall, dass sich die Ventilscheibe 9 weiter in Planlage befindet und sich die Anlagefläche der Kippscheibe 12 an dem ersten Kolbenteil 3a auf der selben Ebene befindet, auf der sich auch die Anlagefläche der Ventilscheibe 9 mit dem ersten Kolbenteil 3a befindet. Dabei strömt weiter das Dämpfmedium radial innen an der Ventilscheibe 9 vorbei und weiter durch den Ringspalt 19 in den Bypasskanal 11 in den zweiten Arbeitsraum 5. Dabei wird das Dämpfmedium durch die Ventilscheibe 7 gehindert weiter durch den Durchströmkanal 6 zu fließen, da die Ventilscheibe 7 den Durchströmkanal in dieser Flussrichtung verschließt. Dabei ist weiter zu erwähnen, dass bei dem Durchfließen des Dämpfermediums durch den Bypasskanal 11 nur eine geringe Dämpfkraft erzielt wird, die in dem Diagramm der 5 für die Bewegungsrichtung -Sk, mit dem Kennlinienbereich K1 dargestellt ist.
-
Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Schwingungsdämpfers wie in der 2 bereits beschrieben, jedoch nach überschreiten einer Grenzgeschwindigkeit des Kolbens 3 in Richtung -Sk. Dabei wird die Ventilscheibe 9 an ihrem radial inneren Bereich durch das Dämpfmedium gegen die Anlagefläche 24 des ersten Kolbenteils 3a gedrückt und verschließt dadurch den Bypasskanal 11. Das Dämpfmedium fließt dabei weiter durch den Durchströmkanal 6. Bei einem Überschreiten eines Grenzdruckes des Dämpfmediums hebt die Ventilscheibe 7 ab und das Dämpfmedium gelangt in den zweiten Arbeitsraum 5. Dabei entsteht beispielsweise eine Dämpfkraftkennlinie K2, wie diese in dem Diagramm der 5 dargestellt ist.
-
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel wie bereits in der 1 beschrieben, jedoch mit einer weiteren Kippscheibe 14 in einer axialen Staffelung zur ersten Kippscheibe 12 und der Ventilscheibe 9. Hierdurch kann die bereits beschriebene Bypassfunktion bei einer Bewegungsrichtung des Kolbens nach +Sk auch in der Gegenrichtung -Sk realisiert werden.
-
Die 5 zeigt eine Dämpfkraftkennlinie eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers wie in den 1 bis 3 beschrieben. Hierbei ist gut die Bypassfunktion in der Kolbenrichtung -SK zu sehen. Bei geringen Kolbengeschwindigkeiten kann das Dämpfmedium durch die Bypassverbindung von einem Arbeitsraum in den anderen Arbeitsraum gelangen ohne eine nennenswerte Dämpfkraft K1 zu erzeugen. Überschreitet die Kolbengeschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert, so wird die Bypassverbindung nahezu sprunghaft durch die Ventilscheibe verschlossen und es wird eine Dämpfkraft in Form der Kolbenventilbestückung erzeugt, welche hier durch die Kennlinie K2 dargestellt ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zylinder
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Kolben
- 4
- erster Arbeitsraum
- 5
- zweiter Arbeitsraum
- 6
- Durchströmkanal
- 7
- Ventilscheibe
- 8
- Zusatzanordnung
- 9
- Ventilscheibe
- 10
- Durchflussöffnung
- 11
- Bypassverbindung
- 12
- Kippscheibe
- 13
- Vorspannfeder
- 14
- Kippscheibe
- 16
- Verschraubung
- 17
- Verschraubung
- 19
- Ringspalt
- 20
- Gehäusebauteil
- 21
- Verschlussabschnitt
- 24
- Anlagefläche
- 25
- Anlagefläche
- S
- Spaltbreite
- Sk
- Bewegungsrichtung Kolben
- K1
- Kennlinie
- K2
- Kennlinie
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4002882 C1 [0004]
- US 3232390 A [0005]
