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Die Erfindung betrifft eine frequenzabhängige Dämpfventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 10 2014 210 705 A1 beschreibt eine gattungsbildende frequenzselektive Dämpfventileinrichtung, die derart ausgelegt ist, dass hochfrequente Anregungen zu einer geringeren Dämpfkrafteinstellung führen als niederfrequente Anregungen, die gewöhnlich auch mit einem größeren Federweg eines Schwingungsdämpfers verbunden sind. Eine derartige Dämpfventileinrichtung ist über eine hydraulischen Steueranordnung zwischen zwei Kennlinien, die als Grenzkennlinie anzusehen sind, stufenlos umschaltbar. Die Umschaltung erfolgt jedoch nicht fremdgesteuert, sondern wird von der Art der Anregung initiiert. Dadurch kann die Dämpfventileinrichtung im Aufbau sehr einfach und frei von Fremdenergie betrieben werden.
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Fahrversuche haben gezeigt, dass mit einer derartigen Dämpfventileinrichtung ein deutlicher Komfortgewinn erzielt werden kann, wobei der Komfortgewinn von der Differenz der Dämpfkräfte der beiden Dämpfkrafteinstellungen bezogen auf eine Anregung bestimmt wird. Die weiche Dämpfkrafteinstellung muss derart gewählt werden, dass auch kritische Fahrzustände eines Fahrzeugs sicher beherrschbar sind. Insbesondere die Überlagerung einen niederfrequenten, langhubigen Grundanregung mit einer hochfrequenten Zusatzanregung, z. B. die Kombination einer langwelligen Schlechtwegstrecke mit einem Kopfsteinpflasterbelag kann dazu führen, dass aufgrund der hochfrequenten Anregung ausgehend vom Kopfsteinpflasterbelag eine weiche Dämpfkrafteinstellung der Dämpfventileinrichtung vorliegt. Die langwellige Grundanregung könnte deshalb u. U. nicht ausreichend bedämpft werden. Um diesen Widerspruch aufzulösen wird vielfach die weiche Dämpfkrafteinstellung so gewählt, dass auch diese Fahrsituation sicher beherrscht werden kann. Damit muss aber akzeptiert werden, dass das Komfortpotential der Dämpfventileinrichtung nicht vollständig ausgenutzt wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Dämpfventileinrichtung in Richtung eines Komfortgewinns zu verbessern.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, indem die Dämpfventileinrichtung eine zum Dämpfventil zusätzliche Drosselstelle aufweist, deren Drosselquerschnitt mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle abnimmt.
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Mit der zusätzlichen Drosselstelle wird praktisch eine Lücke in den Optionen der Dämpfkraftabstimmung geschlossen. Die Drosselstelle arbeitet frequenzunabhängig und sorgt damit für einen Dämpfkraftanstieg, wenn das Dämpfventil aufgrund der frequenzabhängigen Steueranordnung eine tendenziell weichere Dämpfkraftcharakteristik einstellt. Dadurch kann die weichere Dämpfkraftcharakteristik der Dämpfventileinrichtung in Richtung einer Komfortsteigerung ausgelegt werden, da für die zahlenmäßig sehr geringen Anlässe für eine sicherheitsorientierte Dämpfkraftcharakteristik die Drosselstelle zur Verfügung steht.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung stellt die Drosselstelle ein von dem Dämpfventil separierbares Dämpfelement dar. Man kann für verschiedene Anwendungen ein Basisdämpfventil verwenden und dieses mit einer Steueranordnung und ggf. mit einer Drosselstelle kombinieren.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Drosselstelle einer Eintrittsöffnung des Dämpfventils hydraulisch vorgelagert. Damit lässt sich das Dämpfkraftverhalten der Dämpfventileinrichtung sehr genau auf eine gewünschte Charakteristik ausführen.
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Für die Ausgestaltung der Drosselstelle stehen verschiedene Bauformen zur Verfügung. Beispielsweise kann die Drosselstelle von mindestens einer Ventilscheibe gebildet werden, die ausgehend von einer Durchlassstellung oberhalb einer definierten Strömungsgeschwindigkeit einen Drosselkanal in seinem Querschnitt reduziert.
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Eine ähnliche einfache Bauform zeichnet sich dadurch aus, dass die Drosselstelle von einem im Durchmesser veränderbaren Ringelement gebildet wird, das mit einer Strömungsleitfläche zusammenwirkt. Das Ringelement kann z. B. von einem scheibenförmigen Träger an einer Kolbenstange gebildet werden und das Ringelement befindet sich in einer äußeren Ringnut des Trägers. Als Strömungsleitfläche fungiert dann z. B. eine Innenwandung des Zylinders des Schwingungsdämpfers.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Dämpfventileinrichtung mit einer frequenzabhängigen Steueranordnung
- 2 Dämpfkraftcharakteristik der Dämpfventileinrichtung
- 3 Alternativausführung zur 1.
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Die 1 zeigt eine mögliche Ausführungsvariante einer Dämpfventileinrichtung mit einer frequenzabhängigen Dämpfkraftcharakteristik als Bestandteil eines Schwingungsdämpfers 3 beliebiger Bauform.
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An einer in einem Zylinder 5 axial verschiebbaren Kolbenstange 7 mit einem Kolbenstangenzapfen 9 ist u. a. ein Dämpfventilkörper 11 als Bestandteil der Dämpfventileinrichtung 1 befestigt ist. Der Dämpfventilkörper 11 ist mit einer Ringdichtung 13 bestückt und dichtet diesen gegenüber dem Zylinder 5 radial ab, wodurch der Zylinder in einen ersten, kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 und einen zweiten, kolbenstangenfernen Arbeitsraum 17 unterteilt wird.
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In dem Dämpfventilkörper 11 ist pro Durchströmungsrichtung des im Zylinder befindlichen Dämpfmediums mindestens ein Strömungskanal 19 ausgeführt, dessen Austrittsseite 21 von mindestens einer Ventilscheibe 23 zumindest teilweise abgedeckt wird. Der mindestens eine Strömungskanal 19 und die mindestens eine Ventilscheibe 23 bilden in der einfachsten Form ein Dämpfventil 25, wobei die Anzahl, die Größe und die Ausgestaltung der einzelnen Ventilscheiben 23 variieren können und damit die Dämpfkennlinie der Dämpfventileinrichtung 1 des Schwingungsdämpfers 3 bestimmen.
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An der Kolbenstange 7 ist als weitere Komponente der Dämpfventileinrichtung 1 eine Steueranordnung 27, koaxial zu dem Dämpfventilkörper 11 angebracht, wobei die Steueranordnung 27 einen Steuertopf 29 und einen im Steuertopf 29 axial verschiebbaren Steuerkolben 31 umfasst. Der Steuertopf 29 weist eine zylinderförmige Topfwand 33 und einen scheibenförmigen, an einem von dem Dämpfventilkörper 11 abgewandten Ende des Steuertopfes 29 angeordneten Topfboden 35 auf.
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Der im Steuertopf 29 angeordnete Steuerkolben 31 begrenzt auf der dem Dämpfventil 25 zugewandten Seite axial einen im Steuertopf 29 eingeschlossenen Steuerraum 37. Eine axiale Verschiebung des Steuerkolbens 31 innerhalb des Steuertopfes 29 ist abhängig vom Volumen des Steuerraums 37.
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Die Steueranordnung 27 umfasst des Weiteren eine Zulströmverbindung 39, welche den ersten Arbeitsraum 15 mit dem Steuerraum 37 verbindet. Beispielhaft ist an der Kolbenstange 7 ein Bypass 41 ausgeführt, mit einer den ersten Arbeitsraum 15 verbindende Strömungsausnehmung 31, sowie mindestens eine den Bypass 41 mit dem Steuerraum 37 verbindende Zuströmdrossel 45.
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Des Weiteren weist die Steueranordnung 27 eine Abströmverbindung 47 auf, welche den Steuerraum 37 mit dem zweiten Arbeitsraum 17 verbindet.
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Zur Fixierung der Dämpfventileinrichtung 1 ist eine rohrförmige Führungsbuchse 49 zwischen dem Dämpfventilkörper 11 und dem Topfboden 35 der Steueranordnung 27 angeordnet ist.
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Der Steuerkolben 31 umgreift die Führungsbuchse 49 radial und gleitet axial an der äußeren Oberfläche der Führungsbuchse 49.
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Zwischen dem Steuerkolben 31 und dem Dämpfventil 25 ist ein Federelement 51 in Form einer Tellerfeder angeordnet. Dieses stützt sich axial einerseits an dem Steuerkolben 31 und andererseits an der Ventilscheibe 23 des Dämpfventils 25 ab. Das Federelement 51 beaufschlagt also die Ventilscheibe 23 axial in Richtung des Strömungskanals 19 und den Steuerkolben 31 in Richtung des Topfbodens 35 mit einer definierten Federkraft. Der Steuerkolben 31 weist einen Anschlag 53 auf, welcher die axiale Bewegung des Steuerkolbens 31 in Richtung Topfboden 35 begrenzt. In der abgebildeten Position des Steuerkolbens 31 ist die Vorspannkraft des Federelements 51 am geringsten, so dass hiermit ein geringes definiertes Dämpfkraftniveau erzielt wird.
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Bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 7 und einer damit verbundenen Druckerhöhung im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 wird das Dämpfmedium durch die kleinste Querschnittsfläche der im Steuerraum 37 mündenden Zuströmverbindung 39 gedrosselt in den Steuerraum 37 befördert. Der Steuerkolben 31 wird verschoben und spannt dabei das sich an der Ventilscheibe 23 des Dämpfventils 25 axial abstützende Federelement 51 weiter vor, wodurch die Dämpfkraft des Dämpfventils 25 erhöht wird.
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Bei schnellen, kleineren Axialbewegungen des Dämpfventilkörpers 2 innerhalb des Zylinders 5 wird der Steuerraum 37 gar nicht oder nur geringfügig unter Druck gesetzt, so dass das Federelement 51 nicht weiter vorgespannt wird und die Dämpfkraft auf einem definierten niedrigen Niveau bleibt.
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Bei größeren, langsameren Axialbewegungen des Dämpfventilkörpers 11 innerhalb des Zylinders 5 baut sich im Steuerraum 37 über die Zeit, die trotz des Drosselwiderstandes der Zuströmverbindung 39 groß genug, um dem Steuerraum 37 so viel Dämpffluid zuzuführen, dass der Steuerkolben 31 das Federelement 51 stärker vorspannt, bis der Steuerkolben 31 auf eine zwischen der Führungsbuchse 49 und den Ventilscheiben 23 des Dämpfventils 25 angeordnete Anschlagscheibe 55 trifft. Die Anschlagscheibe 55 begrenzt die axiale Bewegung des Steuerkolbens 31 in Richtung des Dämpfventilkörpers 11, sowie definiert die maximale Vorspannung des Federelements 24 und damit auch die höchste Dämpfkraftkennlinie.
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Nach der Umkehrung der Kolbenstangenbewegung fällt der Dämpffluiddruck im Steuerraum 37 wieder. Das durch den Steuerkolben 31 vorgespannte Federelement 51 drängt über den Steuerkolben 31 das Dämpffluid wieder zurück, überwiegend über die Zuströmverbindung 39, in den Kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15.
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Neben dem Dämpfventil 25 und der Steueranordnung 27 weist die Dämpfventileinrichtung 1 eine zum Dämpfventil zusätzliche Drosselstelle 57 auf, deren Drosselquerschnitt mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 57 abnimmt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Drosselstelle 57 von einem Ventilring 59 gebildet, der zwischen dem Dämpfventilkörper 11 und einem Absatz 61 der Kolbenstange 7 verspannt ist. Der Ventilring 59 übernimmt als weitere Funktion noch die einer Stützscheibe für die mindestens eine Ventilscheibe 63, die bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 7 zusammen mit einem verdeckten Strömungskanal ein Dämpfventil bildet. In dem Ventilring 59 ist mindestens ein Drosselkanal 65 ausgeführt, die mit einer elastischen Ventilscheibe 67 zusammenwirkt und die Drosselstelle 57 bildet. In der Ausgangsstellung nimmt die Ventilscheibe 67 die dargestellte Durchlassposition für den Drosselkanal 65 ein, bei der die Drosselstelle 57 keinen signifikanten Einfluss auf die Dämpfkrafterzeugung des Schwingungsdämpfers 3 ausübt. Die Drosselstelle 57 stellt damit ein von dem Dämpfventil 25 separierbares Dämpfelement dar, das optional einsetzbar ist.
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Wenn die Strömungsgeschwindigkeit bei einer Kompression des kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 einen definierbaren Schwellwert vu überschreitet, dann legt sich die Ventilscheibe 67 auf dem Ventilring 59 ab, dessen Drosselkanäle 65 dadurch zumindest teilweise verschlossen werden. Man kann auch vorsehen, dass die Ventilscheibe 67 eine Drosselöffnung 69 aufweist, die dann wirksam wird. In diesem Betriebszustand. Damit ist die Drosselstelle 57 der Eintrittsöffnung des Dämpfventils 25 hydraulisch vorgelagert.
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In der 2 ist der funktionale Zusammenhang der Drosselstelle 57 mit dem Dämpfventil 25 und der Steueranordnung 27 dargestellt. Die gestrichelte Linie stellt die Komfortkennlinie FDK der Dämpfventileinrichtung 1 dar. Das Umschalten U der Dämpfventileinrichtung 1 von der Komfortkennlinie auf die härtere Dämpfkraftkennlinie FDH ist abhängig von der Frequenz f der auf den Schwingungsdämpfer 3 einwirkenden Anregung. Daraus folgt: U = f (f). Zwischen den beiden dargestellten Dämpfkraftkennlinien können auch Zwischenkennlinien eingenommen werden, da der Steuerkolben 31 stufenlos verstellbar ist.
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Bei einer überlagerten Anregung mit einem niederfrequenten langhubigen Anteil und einem hochfrequenten kurzhubigen Anteil erfolgt keine Umschaltung, da sich im Steuerraum 37 der Steueranordnung 27 kein ausreichender Druck für eine Umschaltung aufbauen kann. Ist der niederfrequente Anteil jedoch mit einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit verbunden, dann setzt die Wirkung der Drosselstelle 57 ein. In der 2 ist die Dämpfkraftkennlinie Fz der Drosselstelle 57 als strichpunktierte Linie dargestellt. Die Umschaltung U erfolgt geschwindigkeitsabhängig, d. h. U = f (v). Dann wechselt die Dämpfkraftkennlinie ab der Geschwindigkeit v(u) in den progressiv ansteigenden Anteil. Diese Umschaltung ist unabhängig von den Kennlinien des Dämpfventils 25. Folglich kann die Komfortkennlinie FDK mit dem Ziel einer Komfortsteigerung weiter abgesenkt werden, ohne dass dadurch ein Sicherheitsproblem entsteht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Fahrzeug mit einer geringen Häufigkeit in den Geschwindigkeitsbereich vu eintritt. Folglich ist der Komfortgewinn schon beträchtlich.
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Die Ausführung der Dämpfventileinrichtung 1 nach 3 verfügt über ein gleichartiges Dämpfventil 25 und eine Steueranordnung 27 nach 1. Abweichend wird die Drosselstelle 57 von einem im Durchmesser veränderbaren Ringelement gebildet, das mit einer Strömungsleitfläche 73 die Drosselstelle 57 bildet. Die Aufweitfunktion des Ringelements 71 kann z. B. durch die Materialeigenschaft, einem Radialschlitz oder auch durch eine Mehrteiligkeit des Ringelements 71 erreicht werden. Die Strömungsleitfläche 73 stellt der Zylinder 5 mit seiner Innenwandung. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass ein von dem Ringelement 71 und der Innenwandung 73 gebildete Drosselquerschnitt 75 mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit eine Druckabsenkung erfährt, so dass am Außendurchmesser des Ringelements 75 ein geringerer Druck vorliegt als am Innendurchmesser. Dadurch entsteht eine Radialkraftkomponente, die das Ringelement 75 aufweitet. Ein außenseitiger Begrenzungsring 77 am Ringelement 75 bestimmt die maximale Aufweitstellung und damit die maximale Drosselstellung des Ringelements 71. Des Weiteren sorgt das Begrenzungselement 77, das z. B. von einem elastischen Sicherungsring gebildet wird, für eine Rückstellkraft auf das Ringelement 71, das sich dadurch gesichert in seine Ausgangsstellung innerhalb einer Ringnut 75 eines scheibenförmigen Trägers 81 wird zurückbewegt. Die Ausführung nach 3 folgt entsprechend dem Arbeitsprinzip, wie im Zusammenhang mit der 2 beschrieben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventileinrichtung
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- Zylinder
- 7
- Kolbenstange
- 9
- Kolbenstangenzapfen
- 11
- Dämpfventilkörper
- 13
- Ringdichtung
- 15
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 17
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 19
- Strömungskanal
- 21
- Austrittsseite
- 23
- Ventilscheibe
- 25
- Dämpfventil
- 27
- Steueranordnung
- 29
- Steuertopf
- 31
- Steuerkolben
- 33
- Topfwand
- 35
- Topfboden
- 37
- Steuerraum
- 39
- Zuströmverbindung
- 41
- Bypass
- 43
- Strömungsausnehmung
- 45
- Zuströmdrossel
- 47
- Abströmverbindung
- 49
- Führungsbuchse
- 51
- Federelement
- 53
- Anschlag
- 55
- Anschlagscheibe
- 57
- Drosselstelle
- 59
- Ventilring
- 61
- Absatz
- 63
- Ventilscheibe
- 65
- Drosselkanal
- 67
- Ventilscheibe
- 69
- Drosselöffnung
- 71
- Ringelement
- 73
- Strömungsleitfläche
- 75
- Drosselquerschnitt
- 77
- Begrenzungselement
- 79
- Ringnut
- 81
- Träger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014210705 A1 [0002]
