DE10351794A1

DE10351794A1 - Schwingungs-Dämpfer

Info

Publication number: DE10351794A1
Application number: DE2003151794
Authority: DE
Inventors: Herbert Müller; Nikolaus Hallschmid
Original assignee: Suspa Holding GmbH
Current assignee: Suspa Holding GmbH
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2005-06-09

Abstract

Ein Schwingungs-Dämpfer weist ein mit Fluid gefülltes Gehäuse (1) auf, aus dem abgedichtet eine Kolbenstange (8) herausgeführt ist. An der Kolbenstange (8) ist ein Ventil (10) angebracht, das wiederum einen mittels eines in das verschiebbare Ventil (10) integrierten Elektro-Magneten (20) verschiebbaren Steuer-Schieber (22) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungs-Dämpfer, wie er bevorzugt in Sitzen von Nutzfahrzeugen, insbesondere Fahrersitzen solcher Fahrzeuge, einsetzbar ist.

Aus der DE 201 21 767 U1 ist ein im Federungssystem eines Fahrzeugs anzuordnender Stossdämpfer bekannt, dessen Dämpfungskraft regelbar ist. Die Regelung der Dämpfungskraft erfolgt über einen in einem Ventil angeordneten Elektro-Magneten, der in außerordentlich aufwendiger Weise eine Verbindung zwischen Arbeitsräumen herstellt, die durch das Ventil voneinander getrennt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungs-Dämpfer, insbesondere für den eingangs genannten Verwendungszweck, zu schaffen, der außerordentlich einfach aufgebaut ist und damit sehr schnell und fein regelbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Im Grundaufbau besteht das an der Kolbenstange angebrachte Ventil lediglich aus dem im Wesentlichen rohrförmigen Ventilgehäuse und einem in diesem angeordneten, federbelasteten Steuer-Schieber, der der Kern des Elektro-Magneten ist. Die feine Einstellung der Dämpfungskraft geschieht durch eine unterschiedliche Erregung des Elektro-Magneten, wobei gemäß den Ansprüchen 2 und 3 eine Steuerkante in Teil-Überdeckung oder vollständige Überdeckung mit einem Radial-Kanal kommt.

Die empfindliche feine Veränderung der Dämpfungs-Kraft wird durch die Weiterbildung nach dem Anspruch 4 und auch Anspruch 5 herbeigeführt, wodurch nämlich der Steuer-Schieber selber als solcher in seiner Verschieberichtung kräftefrei ist, sodass feine Veränderungen der Erregung des Elektro-Magneten zu entsprechenden Verstell-Bewegungen des Steuer-Schiebers führen. Es muss also nur eine Fein-Abstimmung zwischen der Feder-Charakteristik einerseits und der Charakteristik des Elektro-Magneten andererseits erfolgen.

Die Ausgestaltung kann nach den Ansprüchen 8 und 9 derart sein, dass die Verbindung bei Erregung oder Entregung des Elektromagneten hergestellt wird.

Zwischen dem Steuer-Schieber und dem Ventilgehäuse kann keine Gummidichtung oder dergleichen vorgesehen werden, da dies zu relativ hohen Reibungskräften führen würde, wodurch wiederum eine sehr feine und empfindliche Steuerung unterbunden würde. Dies führt wiederum aber dazu, dass eine gewisse Leckage, das heißt ein minimaler Fluid-Durchtritt zwischen Steuer-Schieber und Ventilgehäuse kaum vermeidbar ist. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 10 wird eine solche Leckage verhindert. Anspruch 11 gibt hierzu eine vorteilhafte Ausgestaltung an.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt
1 einen Schwingungs-Dämpfer nach der Erfindung mit in stromlosem Zustand geschlossenem Ventil,
2 das Ventil nach 1 in bestromtem, geöffnetem Zustand,
3 eine zweite Ausführungsform des Ventils, das in stromlosem Zustand geöffnet ist,
4 das Ventil nach 3 in bestromtem, geschlossenem Zustand,
5 eine dritte Ausführungsform des Ventils, das in stromlosem Zustand geschlossen ist und
6 das Ventil nach 5 in bestromtem, geöffnetem Zustand.
Der in der Zeichnung dargestellte Schwingungs-Dämpfer weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1 auf, in dem koaxial zur Mittel-Längs-Achse 2 ein Innen-Rohr 3 angeordnet ist. Das Gehäuse 1 ist an einem Ende mittels eines Bodens 4 vollständig verschlossen, an dem ein Befestigungselement 5 ausgebildet ist. Zwischen dem Innenrohr 3 und dem Gehäuse 1 ist ein ringzylindrischer Ausgleichsraum 6 ausgebildet.
An dem dem Boden 4 entgegengesetzten Ende ist eine Führungs- und Dichtungs-Einheit 7 angeordnet, durch die eine hohl ausgebildete Kolbenstange 8 nach außen herausgeführt ist, an derem äußeren freien Ende ebenfalls ein Befestigungselement 9 angebracht ist. Die Führungs- und Dichtungs-Einheit 7 dichtet gegen die Innenwand des Gehäuses 1, die Innenwand des Innenrohres 3 und die Kolbenstange 8 ab, sodass das Gehäuse 1 insgesamt an diesem Ende nach außen flüssigkeits- und gasdicht ausgebildet ist. Es ist also auch der Innenraum des Innenrohrs 3 gegenüber dem Ausgleichsraum 6 abgedichtet.
An dem im Gehäuse 1, also im Innenrohr 3, befindlichen Ende der Kolbenstange 8 ist ein Ventil 10 angebracht. Das Ventil 10 erfüllt gleichzeitig die Funktion eines Kolbens, indem an seinem im Wesentlichen zylindrischen Ventilgehäuse 11 ein äußerer Dichtring 12 angeordnet ist, der dichtend gegen die Innenwand 13 des Innenrohres 3 anliegt, und somit den Innenraum des Innenrohres 3 in zwei Arbeitsräume 14, 15 unterteilt, von denen der Arbeitsraum 14 zwischen dem Dichtring 12 und der Führungs- und Dichtungseinheit 7 ausgebildet ist, wogegen der Arbeitsraum 15 sich von dem Dichtring 12 bis zu einem dem Boden 4 benachbarten Ausgleichsventil 16 erstreckt. Die Arbeitsräume 14, 15 sind mit einem Fluid, bevorzugt Dämpfungsflüssigkeit, gefüllt. Der Ausgleichsraum 6 ist zu einem Teil mit Gas unter Druck und zum Teil mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt. Der Arbeitsraum 15 und der Ausgleichsraum 6 sind über das Ausgleichsventil 16 miteinander verbunden. Beim Einschieben der Kolbenstange 8 in das Gehäuse 1 wird Dämpfungsflüssigkeit aus dem Innenrohr 3 über das Ausgleichsventil 16 in den Ausgleichsraum 6 verdrängt. Beim Ausfahren der Kolbenstange 8 wird Dämpfungsflüssigkeit aus dem Ausgleichsraum 6 über das Ausgleichsventil 16 in den Innenraum des Innenrohrs 3 gezogen. Soweit der Schwingungs-Dämpfer bis hierhin beschrieben ist, ist er allgemein bekannt und in der Praxis in vielerlei Anwendungsmöglichkeiten im Einsatz.
Das Ventilgehäuse 11 weist einen Ventil-Grundkörper 17 auf. In dessen dem Ausgleichsventil 16 zugewandten Bereich ist er nur dünnwandig ausgebildet und durch ein etwa topfartiges Abschlussteil 18 verschlossen, das einen ringzylindrischen Hohlraum im Grundkörper 17 umschließt. In dem Hohlraum ist eine Spule 19 eines Elektro-Magneten 20 angeordnet. Der rohrförmige Ventil-Grundkörper 17 weist einen zylindrischen Steuerraum 21 auf, in dem ein Steuer-Schieber 22 gut eingepasst und damit weitgehend leckagefrei in Richtung der Achse 2 verschiebbar angeordnet ist. Der Steuer-Schieber 22 ist der Kern des Elektro-Magneten 20 und besteht deshalb weitgehend aus ferromagnetischem Material, beispielsweise aus Stahl. An dem dem Arbeitsraum 15 zugewandten Ende ist im Steuerraum 21 ein Widerlager 23 ausgebildet, gegen das sich eine vorgespannte Schrauben-Druck-Feder 24 mit einem Ende abstützt. Mit Ihrem anderen Ende stützt sie sich gegen den Steuer-Schieber 22 ab, drückt diesen also aus dem Elektro-Magneten 20 in Richtung zur Kolbenstange 8 heraus. Durch die hohl ausgebildete Kolbenstange 8 sind die Strom-Versorgungs-Leitungen 25 in das Ventilgehäuse 11 und dort zur Spule 19 geführt.
Im Ventil-Grundkörper 17 des Ventilgehäuses 11 sind ein oder mehrere Radial-Kanäle 26 ausgebildet, die den Arbeitsraum 14 mit dem Steuerraum 21 verbinden. Im Außenumfang des Steuer-Schiebers 22 ist ein Ring-Kanal 27 in Form einer Ringnut ausgebildet, der mittels einer Radial-Bohrung 28 mit einem Durchlass-Kanal 29 verbunden ist, der im Steuer-Schieber 22 koaxial zur Achse 2 ausgebildet ist und diesen über dessen volle Länge durchsetzt. Fluchtend mit diesem ist im Widerlager 23 ein Verbindungs-Kanal 30 ausgebildet, der in den Arbeitsraum 15 mündet. In stromlosem Zustand der Spule 20 befindet sich der Steuer-Schieber 22 in seiner durch eine Anlage-Fläche 31 im Ventil-Grundkörper 17 vorgegebenen Ruhestellung. Benachbart zu dieser Anlage-Fläche 31 weist der Steuer-Schieber 22 eine zum Durchlass-Kanal 29 hin konisch geneigte Kompensations-Fläche 32 auf, sodass zwischen der Anlage-Fläche 31 und der Kompensations-Fläche 32 ein Druck-Ausgleichs-Raum 33 gebildet wird, dessen Querschnitt angenähert dem des zylindrischen Steuer-Schiebers 22 entspricht. Dieser Druck-Ausgleichs-Raum 33 befindet sich also benachbart zur sogenannten Steuerkante, die durch den Ring-Kanal 27 gebildet wird.
Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung befindet sich der Ring-Kanal 27, also die Steuerkante des Steuer-Schiebers 22, zwischen dem Radial-Kanal 26 und dem Druck-Ausgleichs-Raum 33, ist also durch den Ventil-Grundkörper 17 abgedeckt. Die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 14 über den Radial-Kanal 26, den Ring-Kanal 27, die Radial-Bohrung 28, den Durchlass-Kanal 29 und den Verbindungs-Kanal 30 zum Arbeitsraum 15 und umgekehrt ist also unterbrochen. Bei einer Bestromung der Spule 19, also einer elektromagnetischen Erregung des Elektro-Magneten 20, wird der Steuer-Schieber 22 in die Spule 19 gegen die Kraft der Feder 24 hineingezogen und zwar bis zur Anlage seiner der Konus-Fläche 32 entgegenliegenden End-Fläche 34 mit kleinen Distanz-Stegen 34' gegen das Widerlager 23. In dieser in 2 dargestellten Position befindet sich der Ring-Kanal 27 in Überdeckung mit den Radial-Kanälen 26. Die geschilderte Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 14 und dem Arbeitsraum 15 ist also offen. Je nach Stärke der Erregung des Elektro-Magneten 20 wird der Steuer-Schieber 22 nicht bis zur Anlage seiner End-Fläche 34 am Widerlager 23 verschoben, sondern nur über einen Teil des möglichen Steuerweges a zwischen dem Steuer-Schieber 22 und dem Widerlager 23. In diesem Fall kommt der Ring-Kanal 27 und damit dessen Steuerkante nur zur Teilüberdeckung mit den Radial-Kanälen 26, wodurch eine fein einstellbare Dämpfung erfolgt. Da die einerseits im Bereich der End-Fläche 34 und andererseits im Bereich der Kompensations-Fläche 32 auf den Steuer-Schieber 22 wirkenden Flüssigkeits-Druck-Kräfte aufgrund der angenähert identischen Querschnittsflächen angenähert identisch sind, muss nur die Charakteristik der Feder 24 mit der Charakteristik des Elektro-Magneten 20 abgestimmt werden.
Bei der Ausgestaltung nach den 3 und 4 ist die geschilderte Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 14 und dem Arbeitsraum 15 in stromlosem Zustand (3) des Elektro-Magneten 20 offen und in bestromtem Zustand (4) geschlossen. Bei dieser Ausgestaltung ist der Ring-Kanal 27' derart angeordnet, dass dann, wenn der Elektro-Magnet 20 stromlos ist, wenn also die Feder 24 den Steuer-Schieber 22 gegen die Anlage-Fläche 31 gedrückt hat, in völliger Überdeckung mit den Radial-Kanälen 26. Bei Bestromung, also Erregung des Elektro-Magneten 20 wird der Steuer-Schieber 22 in den Elektro-Magneten 20 in Richtung zum Widerlager 20 hineingezogen, sodass der Ring-Kanal 27', also die Steuerkante, in Überdeckung mit dem Ventil-Grundkörper 17 kommt. Auch hier sind je nach Umfang der Erregung der Spule 19 Teil-Überdeckungen von Ring-Kanal 27' und Radial-Kanälen 26 möglich, wodurch also ebenfalls eine fein regelbare Dämpfung möglich ist.
Je nach Druck des Gases im Ausgleichsraum 6 kann der Schwingungs-Dämpfer zunehmend auch die Funktion einer gedämpften hydropneumatischen Feder übernehmen. Bei einer reinen Druckgas-Füllung hat er die Funktion einer gedämpften Gasfeder und eines Dämpfers.
Bei der Ausgestaltung nach den 5 und 6 ist in der Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 14 und dem Arbeitsraum 15 ein zusätzliches Verschließ-Element 35 vorgesehen, und zwar im Verbindungs-Kanal 30' im Widerlager 23' des Ventil-Grundkörpers 17. Hierbei ist im Widerlager 23' ein Dicht-Sitz 36 ausgebildet, gegen den ein Dicht-Körper 37, beispielsweise aus Gummi oder dergleichen dichtend anliegt oder von diesem abgehoben werden kann. Der Dicht-Körper ist mit dem Steuer-Schieber 22' über eine fest mit dem Steuer-Schieber 22' und dem Dicht-Körper 37 verbundene Betätigungs-Stange 38 verbunden, so dass beim Erregen der Spule 19 des Elektro-Magneten 20 und der dadurch bewirkten Verschiebung des Steuer-Schiebers 22' gegen die Kraft der Feder 24 in Richtung zum Widerlager 23' der Dicht-Körper 37 vom Dicht-Sitz 36 abgehoben wird. Insoweit entspricht die Anordnung des Ring-Kanals 27 relativ zu den Radial-Kanälen 26 der Ausgestaltung nach den 1 und 2. Wenn ein Ring-Kanal 27' entsprechend der Ausgestaltung nach den 3 und 4 vorgesehen wird, dann werden Dicht-Sitz 36 und Dicht-Körper 37 in umgekehrter Reihenfolge angeordnet, so dass bei der Erregung des Elektro-Magneten 20 das Verschließ-Element 35 verschlossen wird.
Die Betätigungs-Stange 38 ist mit ihrem dem Steuer-Schieber 22' entgegengesetzten Ende in einem Ausgleichs-Raum 39 geführt, der mittels einer an der Betätigungs-Stange 38 anliegenden Dichtung 40 zum Verbindungs-Kanal 30' hin abgedichtet ist. Der Ausgleichs-Raum 39 ist wiederum über einen Ausgleichs-Kanal 41 mit dem Arbeitsraum 15 verbunden. Die Betätigungs-Stange 38 weist über ihre volle Länge gleichbleibenden Querschnitt auf. Der Verbindungs-Kanal 30' ist über den Ausgleichs-Raum 39 umgehende Bohrungen 42 mit dem Arbeitsraum 15 verbunden, die insoweit Teil des Verbindungs-Kanals 30' sind. Da das Widerlager 23' flüssigkeitsdicht im Ventilgehäuse 11 angebracht ist, kann bei geschlossenem Verschließ-Element 35 keinerlei Fluid, in der Regel also Hydrauliköl, das zwischen Ventilgehäuse 11 und Steuer-Schieber 22' hindurchdringt, in der einen oder anderen Richtung durch das Ventil 10 hindurchfließen. Das Ventil 10 selber ist also leckagefrei.

Claims

Schwingungs-Dämpfer – mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse (1), – das eine Mittel-Längs-Achse (2) aufweist, – das an einem Ende verschlossen ist, und – das mit einem Fluid gefüllt ist, – mit einer Kolbenstange (8), – die aus einem dem verschlossenen Ende entgegengesetzten Ende des Gehäuses (1) herausgeführt und – in Richtung der Mittel-Längs-Achse (2) angeordnet und gegenüber dem Gehäuse (1) verschiebbar ist, – mit einem Ventil (10), – das innerhalb des Gehäuses (1) an der Kolbenstange (8) angebracht ist, – das ein den Innenraum des Gehäuses (1) in einen ersten Arbeitsraum (14) und einen zweiten Arbeitsraum (15) unterteilendes Ventilgehäuse (11) aufweist, – das einen in Richtung der Mittel-Längs-Achse (2) verlaufenden Steuerraum (21) aufweist, – das einen im Ventilgehäuse (11) angeordneten, den Steuerraum (21) umgebenden Elektro-Magneten (20) aufweist, – das einen im Steuerraum (21) angeordneten, einen Kern des Elektro-Magneten (20) bildenden, bei Bestromung des Elektro-Magneten (20) in Richtung zu einer ersten Endlage verschiebbaren Steuer-Schieber (22, 22') aufweist, – das eine den Steuer-Schieber (22, 22') in stromlosem Zustand des Elektro-Magneten (20) in Richtung zu einer zweiten Endlage schiebende Feder (24) aufweist und – das eine durch Verschieben des Steuer-Schiebers (22, 22') zwischen der ersten und der zweiten Endlage teilweise oder vollständig zu öffnende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsraum (14, 15) aufweist.
Schwingungs-Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsraum (14, 15) eine durch Verschieben des Steuer-Schiebers (22, 22') betätigte Steuerkante zwischen dem Steuer-Schieber (22, 22') und dem Ventil-Gehäuse (11) aufweist.
Schwingungs-Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsraum (14, 15) mindestens einen mit dem ersten Arbeitsraum (14) verbundenen Radial-Kanal (26) im Ventilgehäuse (11), einen Ring-Kanal (27, 27') im Steuer-Schieber (22, 22') und einen den Ring-Kanal (27, 27') mit dem zweiten Arbeitsraum (15) verbindenden Verbindungs-Kanal (30, 30') aufweist.
Schwingungs-Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer-Schieber (22, 22') im Bereich der ersten und der zweiten Endlage angenähert gleiche Querschnitte aufweist und ständig mit Fluid beaufschlagt ist.
Schwingungs-Dämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer-Schieber (22, 22') mindestens eine einen Druck-Ausgleichs-Raum (33) begrenzende Kompensations-Fläche (32) aufweist.
Schwingungs-Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Druck-Feder (24) ausgebildet ist, die einerseits gegen ein Widerlager (23, 23') im Ventilgehäuse (11) und andererseits gegen den Steuer-Schieber (22, 22') anliegt.
Schwingungs-Dämpfer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer-Schieber (22, 22') eine dem Widerlager (23, 23') zugewandte End-Fläche (34) aufweist, die in einer Endlage des Steuer-Schiebers (22, 22') gegen das Widerlager (23, 23') anliegt.
Schwingungs-Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des ersten und des zweiten Arbeitsraums (14, 15) in stromlosem Zustand des Elektro-Magneten (20) geöffnet ist.
Schwingungs-Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsraum (14, 15) in stromlosem Zustand des Elektro-Magneten (20) geschlossen ist.
Schwingungs-Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsraum (14, 15) im Ventilgehäuse (11) ein Verschließ-Element (35) angeordnet ist, das bei Verschieben des Steuer-Schiebers (22') in die Endlage mit geöffneter Verbindung geöffnet und bei Verschieben des Steuer-Schiebers (22') in die Endlage mit geschlossener Verbindung geschlossen ist.
Schwingungs-Dämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließ-Element (35) einen mit dem Steuer-Schieber (22') fest verbundenen Dicht-Körper (37) aufweist, der in der verschließenden Endlage des Steuer-Schiebers (22') an einem Dicht-Sitz (36) im Ventilgehäuse (11) anliegt und der in der öffnenden Endlage des Steuer-Schiebers (22') von dem Dicht-Sitz (36) abgehoben ist.