DE10307363B3

DE10307363B3 - Schwingungsdämpfer mit hubabhängiger Dämpfkraft

Info

Publication number: DE10307363B3
Application number: DE10307363A
Authority: DE
Inventors: Manfred Grundei
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-22
Also published as: US20050034944A1; US7111711B2; FR2851630A1

Abstract

Schwingungsdämpfer, umfassend einen dämpfmediumgefüllten Zylinder, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich angeordnet ist, wobei ein Bypass einen vom Kolben getrennten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum mit einem kolbenstangenfernen Arbeitsraum in Abhängigkeit der Hublage des Kolbens verbindet, wobei der Kolben für mindestens eine Durchströmungsrichtung mindestens einen Durchlasskanal aufweist, der austrittsseitig von mindestens einer Ventilscheibe zumindest teilweise abgedeckt wird, so dass an der Ventilscheibe eine in Öffnungsrichtung druckbeaufschlagte Fläche vorliegt, wobei die Ventilscheibe zu der besagten druckbeaufschlagten Fläche eine zusätzliche zweite druckbeaufschlagte Fläche aufweist, die von der ersten bei geschlossener Ventilscheibe getrennt ist und über den Bypass zuschaltbar ist, so dass sich die beiden druckbeaufschlagten Flächen addieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit hubabhängiger Dämpfkraft entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 196 18 055 C1 ist ein Kolben-Zylinderaggregat mit einem wegabhängigen Dämpfkraftkennfeld bekannt. Die Kolbenstange des Kolben-Zylinderaggregates trägt zwei beabstandete Kolben, die jeweils eine Dämpfkraft für beide Bewegungsrichtungen der Kolbenstange erzeugen können. In dem Zylinder des Kolben-Zylinderaggregats ist mindestens eine Bypassnut eingeformt, die axial länger ist als der Abstand zwischen den Kolbenringen der beiden Kolben. Damit werden drei Kennlinienbereiche erzeugt. Wenn sich beide Kolben in einem Hubbereich befinden, auf dem sich die Bypassnut erstreckt, dann wird die Dämpfkraft von dem Querschnitt der Bypassnut bestimmt. Bei zunehmendem Kolbenstangenhub wandert einer der Kolben aus der Bypassnut und eine mittlere Kennlinie stellt sich ein. Sobald auch der zweite Kolben den Bereich der Bypass nut verlassen hat, ist die härtestes Dämpfkraftkennlinie wirksam. Für einen derartig variablen Schwingungsdämpfer benötigt man aber zwei Kolben mit mindestens vier Ventilscheiben und ggf. Ventilfedern. Dieser Aufwand kann für den einen oder anderen Anwendungsfall zu groß sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schwingungsdämpfer mit einer hubabhängigen Dämpfkraftkennlinie im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ventilscheibe zu der besagten druckbeaufschlagten Fläche eine zusätzliche zweite druckbeaufschlagte Fläche aufweist, die von der ersten bei geschlossener Ventilscheibe getrennt ist und über den Bypass zuschaltbar ist, so dass sich die beiden druckbeaufschlagten Flächen addieren.

Der Vorteil besteht darin, dass im Vergleich zu einer Dämpfkraftkennlinie mit einem Voröffnungsbereich, der von dem Bypass bestimmt wird, ein früheres Öffnen der Ventilscheibe einsetzen würde, also insgesamt eine komfortablere Fahrwerksabstimmung, insbesondere bei höheren Kolbenstangengeschwindigkeiten, vorliegt.

Im Hinblick auf eine einfache konstruktive Ausgestaltung des Bypasses wird dieser von einer Bypassnut gebildet. Dabei kann die Bypassnut einen Einlaufbereich und/oder einen Auslaufbereich aufweisen. Die wirksamen Querschnittsverhältnisse der Bypassnut ermöglichen eine kontinuierliche Druckveränderung an der zweiten druckbeaufschlagten Fläche, so dass Druckstöße, die zu einem plötzlichen Ventilaufreißen oder -zuschlagen führen könnten, vermieden werden. Die Bypassnut kann auf von einer Durchmessererweiterung über den ganzen Umfang des Zylinders gebildet werden

In weiterer konstruktiver Ausgestaltung ist der Ventilscheibe eine Dichthülse zugeordnet, die sich zumindest von der druckbeaufschlagten Fläche an der Ventil scheibe in Richtung des zugeordneten Arbeitsraums erstreckt. Durch die Länge der Ventilhülse bezogen auf die Bypassnutlänge kann die Dämpfkraftkennlinie bestimmt werden.

Im Hinblick auf ein definiertes Betriebsverhalten ist die Dichthülse mit einer in Richtung des Zylinders wirksamen Dichtung versehen. Des weiteren ist der Spalt zwischen der Wandung des Zylinders und der Dichthülse größer als zwischen dem Kolben und dem Zylinder, damit eventuelle maßliche Abweichungen innerhalb des kompletten Ventils kompensiert werden können. Ein größere Spalt zwischen der Dichthülse und dem Zylinder vermindert die Drosselwirkung innerhalb des Spaltes und verbessert im gleichen Maße die gezielte Axialbewegung der Dichthülse.

Der Kolben mit seinen Durchlasskanälen für beide Durchströmungsrichtungen gestaltet sich sehr fertigungsfreundlich, da der mindestens eine Durchlasskanal für die eine Strömungsrichtung des Dämpfmediums von konzentrisch angeordneten Ventilsitzflächen des mindestens einen Durchlasskanals für die andere Strömungsrichtung getrennt wird, wobei die Breite der ersten druckbeaufschlagten Fläche von den beiden konzentrischen Ventilsitzflächen bestimmt wird. Es besteht die Wahlmöglichkeit die Ventilsitze als Erhebung an der Ventilscheibe oder am Kolben auszuführen. Der Vorteil der Ventilsitze an der Ventilscheibe besteht darin, dass durch den Austausch der Ventilscheibe sehr viel kostengünstiger auf verschiedene Dämpfkraftkennlinie eingegangen werden kann, als wenn man jeweils einen anderen Kolben vorsehen muss.

Der Kanal zu der zusätzlichen druckbeaufschlagten Fläche kann sehr einfach gelöst werden, wenn sich die zweite druckbeaufschlagte Fläche radial außerhalb der Ventilsitzflächen für die Ventilscheiben erstreckt.

Damit der Schwingungsdämpfer in Ein- und Ausfahrrichtung der Kolbenstange die gewünschte hubabhängige Dämpfkraftkennlinie realisiert, ist zwischen dem zugeordneten Arbeitsraum und einem Anschluss zu der zweiten druckbeaufschlag ten Fläche ein Rückschlagventil angeordnet, das in Anströmrichtung auf die zweite druckbeaufschlagte Fläche blockiert ist.

Für eine einfache Montage ist es sinnvoll, wenn die Ventilscheibe und die Dichthülse einteilig ausgeführt sind. Man kann aber auch vorsehen, dass die Dichthülse ein von der Ventilscheibe separates Bauteil darstellt. Zwecks definierter Betriebslage der Dichthülse spannt eine Ventilfeder die Dichthülse auf der Ventilscheibe vor.

Wenn man sicherstellen will, dass bei einer symmetrischen Anordnung der Bypassnut bezogen auf den Kolbenhub für beide Bewegungsrichtungen ausgehend von der Normallage die angestrebte Wirkung der zweiten druckbeaufschlagten Fläche einsetzen soll, dann ist der Abstand der wirksamen Dichtkanten eines Kolbenrings und der Dichtung in der Hülse gleich oder kleiner der Länge der Bypassnut zu wählen.

Es besteht auch die Möglichkeit, dass drei hubabhängig wirksame Dämpfkraftkennlinien erzeugt werden können, indem die Dichthülse von einer separaten Feder in Richtung der jeweils zugeordneten Ventilscheibe vorgespannt wird, wobei die Federcharakteristik der Feder derart abgestimmt ist, dass die Dichthülse ab einer definierten Hublage bei einer weiteren Hubbewegung in Richtung der Federkraft der Feder von der Ventilscheibe abheben kann.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Erfindungsgemäßer Schwingungsdämpfer mit zwei Dämpfkraftkennlinien;
2 Abwandlung des Kolbens zur 1;
3 Schwingungsdämpfer mit drei Dämpfkraftkennlinien;
4 u. 5 Schwingungsdämpfer nach 3 bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange;
6 u. 7 Schwingungsdämpfer nach 3 bei einer Ausfahrbewegung.
8 Abwandlung des Kolbens mit Durchlasskanälen auf einem kleinen Teilkreis
9a–14b Darstellung des Dämpfkraftverhalten eines Kolbens nach 8 Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer beliebiger Bauform im Bereich der mittleren Hublage einer Kolbenstange 1 bezogen auf einen Zylinder 3. Die Kolbenstange 1 trägt einen Kolben 5, der den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 7; 9 unterteilt. An der Mantelfläche des Kolbens ist ein Kolbenring 11 montiert. Innerhalb des Kolbens ist für die Ausfahrbewegung der Kolbenstange mindestens ein Durchlasskanal 13 und für die Einfahrbewegung mindestens ein Durchlasskanal 15 ausgeführt. Die Austrittsseite des Durchlasskanals 13 wird von einer Ventilscheibe 19 und die des Durchlasskanals 15 von einer Ventilscheibe 21 abgedeckt. Beide Ventilscheiben werden von einer Ventilfeder 23; 25 auf Ventilsitzflächen 27d; 29d; 31d und 27z; 29z vorgespannt. Innerhalb der Ventilscheibe 21 ist in Strömungsüberdeckung zum Durchlasskanal 13 eine Anschlussöffnung 33 und in der Ventilscheibe 19 eine Anschlussöffnung 35 in den Durchlasskanal 15 eingearbeitet.
Die Ventilsitzflächen 27z; 29z definieren an der Unterseite der Ventilscheibe bezogen auf die Ausfahrrichtung der Kolbenstange eine erste kreisringförmige druckbeaufschlagte Fläche 37, deren Druckkraft gegen die Ventilfeder 25 gerichtet ist. Entsprechend fungieren die Ventilsitzflächen 29d, 31d als Begrenzung für eine erste druckbeaufschlagte Fläche 39 in Einfahrrichtung der Kolbenstange.
Einteilig mit den beiden Ventilscheiben 19; 21 ist eine Dichthülse 41; 43 ausgeführt, die jeweils in Richtung der Wandung des Zylinders in einem Abstand zur Ebene der Ventilscheibe eine Dichtung, im weiteren Dichthülsendichtung 45; 47 tragen.
Innerhalb des Zylinders ist ein Bypass in Form mindestens einer Bypassnut 49 eingeformt, deren wirksame Länge bezogen auf eine Bewegungsrichtung vorzugsweise kleiner ist als der Abstand des Kolbenrings zu den Dichthülsendichtungen 45; 47.
Des weiteren umfasst jede der beiden Ventilscheiben definiert zwischen den Ventilsitzflächen 27d, 27z und der Wandung des Zylinders 1 jeweils eine zweite druckbeaufschlagte Fläche 51; 53 an der Ventilscheibe 19; 21 pro Bewegungsrichtung. Innerhalb der Ventilscheibe 19 ist ein Anschluss 55 eingearbeitet, der wiederum von einem Rückschlagventil 57 gegen die druckbeaufschlagte Fläche 51 verschlossen wird. In der Ventilscheibe 21 ist ebenfalls ein Anschluss 59 vorgesehen, der von einem Rückschlagventil 61 in Richtung der druckbeaufschlagten Fläche 53 die Blockierstellung einnimmt.
In der beispielhaften Darstellung ist die wirksame Länge der Bypassnut 49 ausgehend von einer Normallage etwa halb so lang wie der Abstand der wirksamen Dichtkanten des Kolbenrings 11 und der Dichthülsendichtungen 45; 47.
Sobald sich die Kolbenstange in Ausfahrrichtung bewegt, wird das Dämpfmedium im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 7 komprimiert und strömt durch die Anschlussöffnung 33 in den Durchtrittskanal 13. Parallel dazu öffnet das Rückschlagventil 61 und gibt einen Strömungsweg durch die Bypassnut auf die Unterseite der Ventilscheibe 19 frei. Die Dichtwirkung des Kolbenrings wird von der Bypassnut aufgehoben. In Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstange baut sich an der ersten druckbeaufschlagten Fläche 37 und der zweiten druckbeaufschlagten Fläche 51 der Ventilscheibe 19 ein Staudruck auf, der in Abhebrichtung der Ventilscheibe 19 von den Ventilsitzflächen 27z; 29z wirkt. Die Dichthülsendichtung 45 verhindert ein Umströmen der Dichthülse 41 über einen Spalt zwischen der Dichthülse und der Wandung des Zylinders. Solange die Ventilscheibe von den Ventilsitzflächen noch nicht abgehoben ist, kann ein kleiner Voröffnungsquerschnitt 63 innerhalb der Ventilsitzfläche 29z eine Verbindung zwischen den Arbeitsräumen herstellen und eine kleinere Dämpfkraft ausüben. Ein derartiger Voröffnungsquerschnitt kann z. B. auch in den Ventilsitzflächen 27d; 29d ausgeführt sein. Ist die Summe der Druckkräfte an der ersten druckbeaufschlagten Fläche 37 und der zweiten druckbeaufschlagten Fläche 51 größer als die Schließkraft der Ventilfeder 25, dann hebt die Ventilscheibe 19 von den Ventilsitzflächen 27z, 29z ab. Damit stellt sich eine erste tendenziell komfortablere abgestimmte Dämpfkraftkennlinie ein, bis der Kolbenring 1 1 das obere Ende der Bypassnut 49 erreicht hat und der Kolbenring damit nicht mehr hydraulisch überbrückt wird. Die zweite druckbeaufschlagte Fläche 51 steht damit für die Krafterzeugung nicht mehr zur Verfügung. Die Dämpfkraftkennlinie wird deshalb von der ersten druckbeaufschlagten Fläche 37 bestimmt.
Bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 9 stellt sich ausgehend von der Normallage dasselbe Betriebsverhalten der entsprechenden Ventilkomponenten ein. So kann das Dämpfmedium aus dem Arbeitsraum 9 über die Anschlussöffnung 35 innerhalb der Ventilscheibe 19 in den Durchlasskanal 15 einströmen und trifft an der Ventilscheibe 21 auf die erste druckbeaufschlagte Fläche 39, die sich zwischen den beiden Ventilsitzflächen 29d; 31d erstreckt. Parallel dazu öffnet sich das Rückschlagventil 57 des Anschlusses 55 in der Ventilscheibe 19. Im Gegensatz dazu ist das Rückschlagventil 61 geschlossen und erzeugt damit die Wirkung der zweiten druckbeaufschlagten Fläche 53, die sich mit der ersten druckbeaufschlagten Fläche 39 additiv überlagert. Die Dichthülsendichtung 47 befindet sich in dieser Stellung des Kolbens außerhalb der Bypassnut 49. Der Voröffnungsquerschnitt 63 steht auch für diese Bewegungsrichtung zur Verfügung und ermöglicht ein Überströmen des Dämpfmediums vom kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9 zum kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 7.
Wenn der Kolbenring 11 das untere Ende der Bypassnut 49 erreicht hat, dann steht für die weitere Kolbenstangenbewegung ebenfalls nur noch die erste druckbeaufschlagte Fläche 39 zur Verfügung. Bei abgehobener Ventilscheibe 21 kann das Dämpfmedium vom Durchlasskanal 15 über die Ventilsitzfläche 29d durch die Anschlussöffnung 33 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 7 abfließen.
Die 2 beschränkt sich auf einen Ausschnitt aus der 1 und soll eine konstruktive Abwandlung der Dichthülse 41; 43 verdeutlichen. In der 1 umfasst die Dichthülse 41; 43 auch die Ventilscheibe 19; 21. In der 2 ist diese Bauform in ihre Bestandteile Dichthülse-Ventilscheibe getrennt. Zwischen der zugeordneten Stirnfläche der Dichthülse 41; 43 und der Ventilscheibe 19; 21 ist dann ggf. eine Ringdichtung 65 eingelegt, wobei die Ventilfeder 23; 25 dann an der Dichthülse angreift und für eine gesicherte Verbindung zwischen der Dichthülse und der Ventilscheibe sorgt. Dazu verfügt die Dichthülse über einen radial innenliegenden Absatz 67.
Die 3 zeigt eine der 1 ähnliche Variante. Abweichend kommt eine Dichthülse 41; 43 zur Anwendung, die funktional wie in der 2 bereits dargestellt ist, ein separates Bauteil darstellt und von einer Feder 69; 71, die sich an einem axial ortsfesten Bauteil zum Zylinder 1, z. B. einer nicht dargestellten Kolbenstangenführung oder einem Boden des Zylinders abstützt. Des weiteren ist die Federcharakteristik der Federn 69; 71 derart gewählt, dass ab einer bestimmten Hublage des Kolbens 5 und damit auch der Ventilscheibe 19; 21 der hydraulisch dichte Kontakte zwischen der Stirnfläche der Dichthülse 41; 43 und der zugehörigen Ventilscheibe 19; 21 aufgehoben ist.
Das Betriebsverhalten eines Schwingungsdämpfers nach 3 ist solange identisch mit der Beschreibung zur 1, wie die Dichthülsen 41; 43 mit den Ventilscheiben 19; 21 in Kontakt stehen.
Die 4 zeigt die Stellung der Ventilteile des Kolbens nach 3 bei einer Einfahrbewegung, wenn ein Hubbereich um die Normallage verlassen wurde, wobei der Kolbenring 1 1 am Kolben 5 sich noch innerhalb der Bypassnut 49 befindet. Das Rückschlagventil 57 ist geöffnet und die Dichthülse 43 hat keinen Kontakt mehr zur Ventilscheibe 21. Die Feder 71 ist völlig entspannt. Die Dichthülse 43 kann mit der Feder 71 auf beliebige Art und Weise verbunden sein oder durch die Reibkraft zwischen der Dichthülsendichtung 47 und dem Zylinder 1 in ihrer Position gehalten werden. Folglich steht der Durchfluss über die Bypassnut 49 zur Verfügung. Die zweite Wirkung der druckbeaufschlagten Fläche 53 steht nicht zur Verfügung. Die momentane Dämpfkraftkennlinie setzt sich aus den Anteilen der Dämpfwirkung der Bypassnut 49 und der ersten druckbeaufschlagten Fläche 39 zusammen. Während dieser Kolbenbewegung wird die Dichthülse 41 gegen die Kraft der Feder 69 zusammen mit dem Kolben 5 bewegt.
In der 5 nimmt der Kolben 5 eine Hublage ein, bei der sich der Kolbenring 11 nicht mehr in Überdeckung mit der Bypassnut 49 befindet und somit seine Dichtfunktion ausführt. Die zweite druckbeaufschlagte Fläche 53 ist von der Anströmung aus dem Arbeitsraum 9 abgetrennt und kann deshalb auf die Ventilscheibe 21 keine Druckkraft ausüben. Ab dieser Hublage bestimmt die Größe der ersten beaufschlagten Fläche 39 das Öffnungsverhalten der Ventilscheibe 21.
Wenn sich die Hubrichtung der Kolbenstange 1 ausgehend von der Kolbenposition nach 5 in Richtung Ausfahrbewegung ändert, dann wirkt der Kolbenring außerhalb der Bypassnut 49, so dass trotz des dann geöffneten Rückschlagventils 61 nur die erste druckbeaufschlagte Fläche 37 an der Ventilscheibe 19 die Dämpfkraft bestimmt. Die Dichthülse 41 wird dabei von der Feder 69 nachgeführt, so dass dann, wenn der Kolbenring 11 wieder in den Bereich der Bypassnut 49 eintritt, die Summe der beiden druckbeaufschlagten Flächen 37; 51 an der Ventilscheibe 19 wirkt. Damit setzt wieder das Dämpfkraftverhalten ein, wie zu 3 beschrieben.
Die 6 verdeutlicht die Funktionsweise des Kolbenventils, wenn die Kolbenstange 1 ausgehend von der 3 eine Ausfahrbewegung ausführt. Solange sich der Kolbenring 11 noch innerhalb der Bypassnut 49 befindet und die Dichthülse 41 mit der Ventilscheibe 19 noch in Kontakt steht, liegt die weichste Dämpfkraftkennlinie vor, da beide druckbeaufschlagten Flächen 37, 51 für eine Öffnungskraft an der Ventilscheibe 19 zur Verfügung stehen (s. 3). Für die Dämpfkraftkennlinie ist es unerheblich, ob die Dichthülse 43 mit der Ventilscheibe 21 in Kontakt steht, da das Rückschlagventil 61 geöffnet ist. In der 6 ist bereits die Hublage erreicht, wenn die Dichthülse 41 ihre Endstellung erreicht hat und nicht mehr an der Ventilscheibe 19 anliegt.
Das Rückschlagventil 61 ist geöffnet, so dass die momentane Dämpfkraftkennlinie von der Bypassnut 49; der Voröffnungsquerschnitt 63 und der ersten druckbeaufschlagten Fläche 37 bestimmt wird.
Im Anschluss daran stellt sich bei weiterer Kolbenstangenausfahrbewegung die Hublage gemäß 7 ein, bei der sich der Kolbenring 11 außerhalb der Bypassnut 49 befindet und seine Wirkung entfaltet. Es steht in Öffnungsrichtung der Ventilscheibe 19 lediglich die erste druckbeaufschlagte Fläche 37 zur Verfügung.
Bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange aus einer Position entsprechend der 7 öffnet sich zwar das Rückschlagventil 57, doch hat dessen Schaltstellung keinen Einfluss, solange der Kolbenring 11 noch nicht die Bypassnut 49 erreicht hat. Die Dämpfkraft wird dann wiederum nur von der ersten druckbeaufschlagten Fläche 39 an der Ventilscheibe 21 bestimmt. Wenn dann der Kolbenring 11 wieder in den Hubbereich der Bypassnut 49 eintritt, wird wieder die Dämpfkraftkennlinie gemäß der 3 maßgeblich, ebenfalls wieder unabhängig von der momentanen Stellung der Dichthülse 41, da das Rückschlagventil 57 eine Öffnungsstellung einnimmt, wenn die Kolbenstange 1 einfährt.
In den Ausführungen nach den 1 bis 7 ist stets vorgesehen, dass für die „Zuschaltung" der zweiten druckbeaufschlagten Fläche stets die Dichtheit zwischen der Dichthülse bzw. der Dichthülsendichtung und dem Zylinder vorliegt. Mit der Figurenfolge 8–14b soll verdeutlicht werden, dass auch ein ausreichendes Druckgefälle p an der Ventilscheibe für ein gezieltes Abhubverhalten verwendet werden kann.
In der 8 kommt ein Kolben 5 zur Anwendung, dessen Durchlasskanal 13 für die Bewegung der Kolbenstange 1 in Ausfahrrichtung auf einem kleineren Teilkreis angeordnet ist als der mindestens eine Durchlasskanal 15 für die Bewegung der Kolbenstange in Einfahrrichtung. Der Ventilscheibe 19 ist gleichfalls ein Rückschlagventil 57 beigefügt, das sich auf den kolbenseitigen Ventilsitzflächen 27z, 29z abstützt. Durch die beiden Ventilsitzflächen am Kolben ergeben sich wie in den vorangegangenen Figuren eine erste und eine zweite druckbeaufschlagte Fläche 37; 51. Das Rückschlagventil 57 deckt die Anschlussöffnung 35 ab. Der Innendurchmesser der Ventilscheibe 19 und eine Kolbenbefestigungsmutter bilden den Anschluss 55, über den das verdrängte Dämpfmedium aus dem Durchlasskanal 13 für die Kolbenstangenausfahrbewegung in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum abströmen kann. Als Voröffnungsquerschnitt dient die mindestens eine Öffnung 63 innerhalb des Rückschlagventils 57. Das Rückschlagventil zentriert sich über Stege am Innendurchmesser zum Kolben. Mit den Stegen beginnt praktisch der Anschluss 55 der Ventilscheibe.
Auf der Kolbenoberseite ist die Ventilscheibe 21 über eine Sternfeder als Ventilfeder 23 vorgespannt und verfügt über mindestens eine Anschlussöffnung 33. Eine Stützscheibe 73 begrenzt die Abhubbewegung der Ventilscheibe 21. Der Kolbenring 11 kann sich keinesfalls über ein bestimmtes Maß nach radial außen in seinem Durchmesser vergrößern, da ein Klemmring 75 an der Mantelfläche des Kolbens einen Anschlag für einen Absatz 77 des Kolbenrings 11 bildet. Die Hülsendichtung 45 kann sich in gewissen Grenzen sehr wohl radial ausdehnen.
Die 9a stellt den Kolben nach 8 mit einem vereinfacht dargestellten Kolbenring 11 in einer Position unterhalb der Bypassnut 49 dar. Der Kolbenring 11 verhindert bei einer Kolbenstangenausfahrbewegung den Dämpfmedium übertritt von dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 7 zur zweiten druckbeaufschlagten Fläche 51. Damit liegt zwischen der Oberseite und der Unterseite im Bereich der zweiten druckbeaufschlagten Fläche kein Druckunterschied Δp vor, der eine Öffnungskraft gegen die Schließkraft der Ventilfeder 25 ausübt. In Öffnungsrichtung wirkt damit nur die erste druckbeaufschlagte Fläche 37 an der Ventilscheibe 19.
Damit stellt sich die Dämpfkraftkennlinie gemäß 9b ein, die für die weiteren Betrachtungen als die „Normalkennlinie" angesehen werden soll. Mit dieser Normalkennlinie werden in Ausfahrrichtung der Kolbenstange 1 die vergleichsweise größten Dämpfkräfte bezogen auf eine bestimmte Ausfahrgeschwindigkeit erreicht. Bei einer kleineren Ausfahrgeschwindigkeit ist nur der Voröffnungsquerschnitt 63 innerhalb des Rückschlagventils 57 wirksam. Das Dämpfmedium aus dem mindestens einen Durchlasskanal 13 kann bei abgehobener Ventilscheibe 19 durch den Anschluss 55 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9 abströmen.
In der 10a erreicht der Kolbenring 11 eine Einlaufschräge 79 zur Bypassnut 49. Die Hülsendichtung 45 verschließt den Spalt A_ab zwischen der Dichthülse 41 und Innenwandung des Zylinders 1 Hingegen wächst der Zuströmquerschnitt A_zu im Bereich des Kolbenringes 11 der Bypassnut mit seiner Einlaufschräge 79 an. Folglich wächst das Druckgefälle Δp an der Ventilscheibe 19 im Bereich der zweiten druckbeaufschlagten Fläche 51 stetig an, so dass ein weiches Öffnungsverhalten auftritt. Schon bei einer sehr kleinen Abhubbewegung der Ventilscheibe 19 kann das Dämpfmedium nach radial innen abströmen und dadurch auch den Kennlinienbereich des Voröffnungsquerschnitts mit beeinflussen. Damit stellt sich die Dämpfkraftkennlinie 2 gemäß 10b ein, die deutlich komfortabler ist.
In der 11a befindet sich der Kolben 5 mit seinem Kolbenring 11 in einem Bereich der Bypassnut 49, die einen sehr großen Zuströmquerschnitt A_zu aufweist und die Hülsendichtung ebenfalls einen kleinen Spalt A_ab zwischen Dichthülse und Innenwandung des Zylinders freigibt. Damit ergibt sich ein größerer Voröffnungsquerschnitt aus der mindestens einer Öffnung 63 im Rückschlagventil 58 (8) und dem Querschnitt A_ab. In der Dämpfkraftkennlinie 3 nach 11b macht sich diese Änderung durch eine weichere Dämpfkraftkennlinie im Bereich kleinerer Kolbenstangengeschwindigkeiten v und auch kleineren Dämpfkräften bei größeren Kolbenstangengeschwindigkeiten bemerkbar, da das Druckgefälledp aufgrund der Flächenverhältnisse A_zu/A_ab besonders groß ist und entsprechend große Öffnungskräfte an der zweiten druckbeaufschlagten Fläche wirksam sind.
In der 12a sind die Querschnitt A_zu und A_ab ungefähr gleich groß bemessen. An der Ventilscheibe 19 stellt sich nur ein vernachlässigbares Druckgefälle p ein. Entsprechend gering ist auch der Einfluss der Öffnungskraft an der zweiten druckbeaufschlagten Fläche, im Gegensatz zu dem deutlich gewachsenen Voröffnungsquerschnitt 63 + A_ab. Die erreichbare Dämpfkraft in der Kennlinie 4 der 12b wird bei kleinen Kolbenstangengeschwindigkeiten v nochmals abgesenkt, hingegen steigen die Dämpfkräfte, die vom Öffnungsverhalten der Ventilscheibe 19 bestimmt werden.
Die 13a zeigt den Kolben mit seinem Kolbenring 11 im Auslaufbereich 81 der Bypassnut 49. Der Querschnitt A_zu ist deutlich kleiner als der Querschnitt A_ab. Der wirksame Voröffnungsquerschnitt wird nun von der Öffnung 63 in dem Rückschlagventil und dem Querschnitt A_zu bestimmt: Dieser gesamte Voröffnungsquerschnitt ist aber wiederum kleiner als der in der 12a vorliegende. Zwangsläufig steigt damit die Dämpfkraftkennlinie an. Des weiteren sinkt durch das Verhältnis A_zu/A_ab ab und damit das Druckgefälle Δp deutlich ab, so dass auch der Einfluss der zweiten druckbeaufschlagten Fläche 51 absinkt. Insgesamt steigt die Dämpfkraftkennlinie auf das Niveau gemäß der Dämpfkraftkennlinie 5.
In der 14a hat der Kolbenring 1 1 den Auslaufbereich 81 der Bypassnut 49 verlassen. A_zu ist damit praktisch auf Null gesunken, hingegen stellt A_ab noch einen bedeutenden Querschnitt dar. Ein Druckgefälle Δp liegt nicht vor, so dass die zweite druckbeaufschlagte Fläche 51 für das Öffnungsverhalten nicht zur Verfügung steht. Auch der Voröffnungsquerschnitt wird einzig vom Rückschlagventil bestimmt, so dass die Dämpfkraftkennlinie 6 wieder der Normalkennlinien nach 9b entspricht. Wie man aus der Gesamtschau der 9b bis 14b erkennen kann, lassen sich durch die Ausgestaltung der Querschnitte A_zu und A_ab die Einsatzpunkte der zweiten druckbeaufschlagten Flächen 51 bestimmen. Es kommt weniger auf die axiale Erstreckung der Dichthülse 41 an. Mittels der Ein- und Auslaufbereiche 77; 81 der Bypassnut 49 steht die zweite druckbeaufschlagte Fläche 51 nicht plötzlich zur Verfügung sondern es stellt sich ein konti nuierlich steigendes oder abnehmendes Druckgefälle Δp ein. Geräusche von sehr raschen Ventilscheibenbewegungen treten deshalb nicht auf.

Claims

Schwingungsdämpfer, fassend einen dämpfmediumgefüllten Zylinder, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich angeordnet ist, wobei ein Bypass einen durch den Kolben getrennten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum mit einem kolbenstangenfernen Arbeitsraum in Abhängigkeit der Hublage des Kolbens verbindet, wobei der Kolben für mindestens eine Durchströmungsrichtung mindestens einen Durchlasskanal aufweist, der austrittsseitig von mindestens einer Ventilscheibe zumindest teilweise abgedeckt wird, so dass an der Ventilscheibe eine in Öffnungsrichtung druckbeaufschlagte Fläche vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (19; 21) zu der besagten druckbeaufschlagten Fläche (37; 39) eine zusätzliche zweite druckbeaufschlagte Fläche (51; 53) aufweist, die von der ersten bei geschlossener Ventilscheibe (19; 21) getrennt ist und über den Bypass (49) zuschaltbar ist, so dass sich die beiden druckbeaufschlagten Flächen (37; 51; 39; 53) addieren.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass von einer Bypassnut (49) gebildet wird.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (49) einen Einlaufbereich (79) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut einen Auslaufbereich (81) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilscheibe (19; 21) eine Dichthülse (41; 43) zugeordnet ist, die sich zumindest von der druckbeaufschlagten Fläche (37, 39; 51; 53) an der Ventilscheibe (19, 21) in Richtung des zugeordneten Arbeitsraums (7; 9) erstreckt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5; dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (41; 43) mit einer in Richtung des Zylinders (3) wirksamen Dichtung (45; 47) versehen ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der wirksamen Dichtkanten eines Kolbenrings (1 1) und der Dichtung (45, 47) in der Dichthülse (41; 43) gleich oder kleiner als die Länge des Bypasses (49) für die jeweilige Bewegungsrichtung ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchlasskanal (13) für die eine Strömungsrichtung des Dämpfmediums von konzentrisch angeordneten Ventilsitzflächen (27z; 29z; 27d; 29d; 31d) des mindestens einen Durchlasskanals (15) für die andere Strömungsrichtung getrennt wird, wobei die Breite der ersten druckbeaufschlagten Fläche von den beiden konzentrischen Ventilsitzflächen bestimmt wird.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite druckbeaufschlagte Fläche (51; 53) radial außerhalb der Ventilsitzflächen (27d; 27z;) für die Ventilscheibe (19; 21) erstreckt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zugeordneten Arbeitsraum (7; 9) und einem Anschluss (55; 59) zu der zweiten druckbeaufschlagten Fläche (51; 53) ein Rückschlagventil (57; 61) angeordnet ist, das in Anströmrichtung auf die zweite druckbeaufschlagte Fläche (51; 53) blockiert ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (19; 21) und die Dichthülse (41; 43) einteilig ausgeführt sind.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (41; 43) ein von der Ventilscheibe (19; 21) separates Bauteil darstellt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilfeder (23; 25) die Dichthülse (41; 43) auf die Ventilscheibe (19; 21) vorspannt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (41; 43) von einer separaten Feder (69; 71) in Richtung der jeweils zugeordneten Ventilscheibe (19; 21) vorgespannt wird, wobei die Federcharakteristik der Feder (69; 71) derart abgestimmt ist, dass die Dichthülse (41; 43) ab einer definierten Hublage des Kolbens bei einer weiteren Hubbewegung in Richtung der Federkraft der Feder (69; 71) von der Ventilscheibe (19; 21) abheben kann.