DE19542409A1 - Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Schwingungsdämpfer ist aus der DE 38 00 864 A1 bekannt. Bei diesem Schwingungsdämpfer soll die Dämpfung mit­ tels einer elektromagnetischen Stellvorrichtung veränderbar sein. Die Stellvorrichtung selbst ist am Dämpferkolben ange­ ordnet und umfaßt eine Magnetspule, einen Anker und einen mit dem Anker verbundenen Steuerschieber, dessen Lage die Dros­ selung und damit den Strömungswiderstand des bzw. für das zwi­ schen den Arbeitsräumen sich bewegende Dämpfungsfluid be­ stimmt. Der Steuerschieber oder Ventilkörper soll einen mög­ lichst großen Durchmesser aufweisen, so daß bei geringem Hub große Drosselquerschnitte realisierbar sind. Darüber hinaus soll der Steuerschieber oder ein mit diesem zusammenwirkendes Bauteil des Kolbens ein bestimmtes Steuerprofil aufweisen, um verschiedene Dämpfercharakteristiken einstellen zu können. Es ist jedoch von Nachteil, daß, in Abhängigkeit von der Stellung des Schiebers und den auf den Dämpfer gelangenden Kräften, die Wirkungen als Rückschlagventil aufgehoben sind, so daß sich weitere konstruktive Maßnahmen als erforderlich erweisen.

Aus der DE 25 03 247 A1 ist ein Stoßdämpferventil bekannt, bei dem ein auf der Kolbenstange gleitender Ventilkörper Öldurch­ trittsöffnungen freigibt, wobei die Einfederungstiefe des Ven­ tilkörpers proportional zu den aufgebrachten Stoßkräften ist. Unterschiedliche Kennlinienverläufe sind dadurch erzielbar, indem verschieden geformte Öldurchtrittsöffnungen vorhanden sind, wovon die jeweils zu aktivierenden durch Verdrehen von Teilen des Stoßdämpfers gegeneinander ausgewählt werden.

Die US-PS 2 916 281 offenbart eine Druckstufe eines Stoßdämp­ fers, bei dem ein Ventilkörper Öldurchtrittsöffnungen einer bestimmten Form als Funktion der Einfedertiefe freigibt, wobei die Form der Öldurchtrittsöffnungen den Kennlinienverlauf be­ stimmen. Werden andere Kennlinienverläufe gewünscht, dann ist die die Öldurchtrittsöffnung tragende Hülse nach Zerlegen des Stoßdämpfers gegen eine andere mit der gewünschten Form auszu­ wechseln.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem an einer Kolbenstange befestigten Kolben, welcher innerhalb eines Zylinders geführt ist und zwei Arbeitsräume trennt, anzugeben, welcher es durch einfache Mittel gestattet, gewünschte Dämpfungscharakteristika als Funktion der jeweils relevanten Fahrzeug- und Betriebsda­ ten in einem nahezu beliebigen Kennfeld optimal einzustellen und nachzuführen, so daß der Dämpfer in einem vorgebbaren Ar­ beitspunkt betreibbar ist.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand nach den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Un­ teransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen umfassen.

Mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer ist eine Dämp­ fungscharakteristik extern einstellbar, die nicht nur auf einer Kennlinie verläuft, sondern die in Abhängigkeit von er­ mittelten Betriebs- und Zustandsdaten variabel in ein Kennfeld gelegt werden kann.

In Verbindung mit einer entsprechenden Signalerfassungs- und Regelelektronik, zweckmäßigerweise unter Anwendung eines Mi­ kroprozessors, kann die gebotene Dämpfungscharakteristik je­ weils mit den Komfort- und Funktionswünschen des Fahrers eines Kraftfahrzeuges einerseits und andererseits mit dem von der Fahrbahn induzierten Impulsprofil sowie den erwähnten Be­ triebsdaten, z. B. Geschwindigkeit, Beladungsgewicht usw., op­ timal abgestimmt werden. Zusätzlich ist aufgrund der kosten­ günstigen Herstellbarkeit des Schwingungsdämpfers die Möglich­ keit gegeben, jedes Rad einzeln oder paarweise für die vorde­ ren bzw. hinteren, links- oder rechtsseitigen Räder mit den entsprechenden Schwingungsdämpfern auszurüsten, welche indivi­ duell hinsichtlich der auszuwählenden Dämpfungscharakteristik im Kennfeld angesteuert werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäßen Stoßdämp­ fer ohne zusätzlichen Energieaufwand oder Hilfssysteme hydrau­ lischer Art die gewünschten Funktionen erfüllen und über eine geringe Anzahl beweglicher Teile und damit hohe Zuverlässig­ keit und hohe Dauerstandfestigkeit verfügen. Es liegt im Sinne der Erfindung, Zug- und Druckstufe des Dämpfers analog auszubilden.

Nach einem ersten Grundgedanken der Erfindung besteht der in der Grundkonstruktion bekannte Schwingungsdämpfer aus einem an einer Kolbenstange befestigten Kolben, welcher innerhalb eines Zylinders geführt ist und wobei der Kolben zwei Arbeitsräume, die durch Verbindungskanäle verbunden sind, trennt. Ein fluides Medium strömt zwischen den Verbindungskanälen, wobei diese durch einen federbelasteten Ventilkörper geöffnet und verschlossen werden können.

Eine erfindungsgemäß längsverschiebliche und/oder verdrehbare, d. h. verstellbare, Hülse weist Ausnehmungen auf, die einen Teilabschnitt der erwähnten Verbindungskanäle bilden. Die Hülse gestattet im Zusammenwirken mit dem Ventilkörper das Öffnen, Schließen und Querschnittsverändern der Verbindungs­ kanäle. Durch eine Verbindung einer äußeren Stelleinrichtung mit der erfindungsgemäßen Hülse zu deren Arretieren, Längsver­ stellen und/oder Drehen, kann in Wechselwirkung mit der Anzahl und der Querschnittsform der Verbindungskanäle selbst der Kennlinienverlauf innerhalb eines Kennlinienfeldes ausgewählt werden.

Zusätzlich kann der federbelastete Ventilkörper in seinem zy­ lindrischen Mantel Strömungskanäle aufweisen, die wiederum einen Teil der Verbindungskanäle bilden. Die Strömungskanäle können bezüglich Gestalt, Höhe und Tiefe im Wandmaterial eine vorgegebene Formgebung zur Erzielung gewünschter Dämpfungs­ kennlinien aufweisen. Die Wirkverbindung zwischen dem Kolben und dem federbelasteten, Strömungskanäle aufweisenden, Ventil­ körper gestattet das Einstellen von Kennlinienverläufen ohne unerwünschte lineare Abschnitte oder Unstetigkeitsstellen, wo­ bei keine hohen Genauigkeiten oder Forderungen an die Ferti­ gung der einzelnen Komponenten des Schwingungsdämpfers ge­ stellt werden.

Die Federbelastung des Ventils wird zweckmäßigerweise mittels einer Schraubenfeder realisiert, kann jedoch auch auf hydrau­ lischem, pneumatischem oder elektrischem Wege gestaltet wer­ den, so daß gegebenenfalls unterschiedliche Vorlasten auf das Ventil einwirken können, wodurch sich eine weitere Varianz, bezogen auf die Dämpfungscharakteristik und die Ansprechemp­ findlichkeit des Ventils, zum Öffnen bzw. Schließen der Ver­ bindungskanäle ergibt.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird der Ven­ tilkörper, welcher eine rotationssymmetrische Form besitzt, so ausgebildet, daß dieser eine Kontur aufweist, die im wesentli­ chen konisch ist und einen linear ansteigenden und/oder stetig konvex ansteigenden und/oder stetig stufig ansteigenden und/oder im Wechsel konkav/konvex ansteigenden Verlauf zeigt. Zusätzlich kann der Ventilkörper auf seiner ansonsten koni­ schen Mantelfläche einen Abschnitt mit einer Anschrägung auf­ weisen. Durch diese Maßnahmen kann im Falle des Einfederns und aufgrund der Druckunterschiede in den Arbeitsräumen der Ven­ tilkörper gegenüber seiner Federbelastung längsverschoben wer­ den, so daß ein Fluidstrom durch den sich ausbildenden Ringspalt zwischen Kolben und Ventilkörper fließt. Für den Dämpfungsverlauf entscheidend ist die jeweils momentan freie Fläche des Ringspaltes als Funktion der Einfederungs- bzw. Be­ wegungstiefe des Ventilkörpers.

In einer weiteren Variante der Ausführungsform gemäß dem ersten Grundgedanken der Erfindung kann auf die längsver­ schiebliche Ausführung der Hülse verzichtet werden und an­ stelle einer einteiligen Hülse diese aus zwei ineinander ange­ ordneten Teilhülsen ausgebildet werden, von denen eine fest mit der Kolbenstange verbunden ist und die zweite Teilhülse relativ zur ersten verdreht werden kann, so daß entsprechend in den Teilhülsen vorhandene Fluid-Durchtrittsöffnungen durch gegenseitiges Verdrehen im Querschnitt veränderbar sind.

Darüber hinaus kann eine der Teilhülsen in einem unteren Be­ reich Schrägflächen aufweisen und so gestaltet sein, daß durch weiteres Drehen, beispielsweise mit ein und derselben Stell­ einrichtung wie zum gegenseitigen Verdrehen der Hülsen, aller­ dings in einer Arretierungsposition der beiden Hülsen, eine unterschiedliche Wegstrecke einstellbar ist, die vom Ventil­ körper überwunden werden muß, wenn Druckunterschiede in den Arbeitsräumen entstehen. Durch diese mögliche Einstellbarkeit der Wegstrecke kann das Ansprechverhalten des Schwingungsdämp­ fers von außen eingestellt werden.

Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Hülse Bohrungen aufweist, welche durch einen Längskanal mit Austrittsöffnungen verbunden sind, so daß das Fluid über die erwähnten Verbindungskanäle, die Bohrungen und den Längskanal hin zu den Austrittsöffnungen, d. h. zwischen den Arbeitsräumen hin- und herströmen kann. Durch das erwähnte Verdrehen der Teilhülsen können die Bohrungen und/oder Austrittsöffnungen in ihrem Durchmesser bzw. der freien Querschnittsfläche, verän­ dert werden, um wiederum das Dämpfungsverhalten des Schwin­ gungsdämpfers für den jeweiligen Einsatzfall zu optimieren.

Ein weiterer wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Schwingungsdämpfer für jedes Rad einzeln und situa­ tionsabhängig fortlaufend einzustellen bzw. anzupassen.

So können beispielsweise erfindungsgemäß die Dämpfer zusammen­ wirkend mit einer entsprechenden Stelleinrichtung sowie einer zugehörigen elektronischen Ansteuerung dafür benutzt werden, um z. B. bei einem Rennwagen die Dämpfungshärte der bei einer Kurve äußeren Räder als Funktion der Geschwindigkeit sowie des Lenkeinschlages situationsabhängig zu optimieren. Weiterhin kann die Dämpfung dem infolge Treibstoffverbrauch veränderli­ chen Wagengewicht optimal nachgeführt werden. Ebenso kann das Dämpfersystem an die unterschiedliche Dämpfungscharakteristik bei Reifenwechsel den jeweils neuen Erfordernissen angepaßt werden.

Eine zusätzliche vorteilhafte Wirkung ergibt sich dann, wenn das Dämpferverhalten je nach Fahrbahneigenschaften geregelt wird. Dies kann zum einen durch manuelles Einstellen erfolgen oder durch eine Regelkette realisiert werden. Hierfür wird zunächst eine Messung der von der Fahrbahn induzierten Impulse vorgenommen, eine Meßwertglättung durchgeführt und über einen Mikroprozessor eine Regelgröße an das Stellglied, z. B. einen Elektromotor zur Längs- und/oder Drehverstellung der Hülse ab­ gegeben. Je nach der Anzahl der fahrbahninduzierten Stöße und deren Zeitfolge wird ein entsprechendes Dämpfungsverhalten re­ alisiert. In dem Falle, wo das Fahrzeug eine ebene Fahrbahn erreicht, wird eine straffere Dämpfung eingestellt.

Zusätzlich kann in einer ergänzenden Ausführungsform die Hülse so ausgebildet werden, daß diese bei definierten Positionen den Fluidstrom zwischen den Arbeitsräumen entweder völlig un­ terbinden oder unterbrechen kann. Das Bewegen der Hülse in eine derartige Position, d. h. das gezielte Ausschalten der Dämpferwirkung, ist dann sinnvoll, wenn das Fahrzeug unberech­ tigt benutzt wird. Bei Fahrzeugen mit einer elektronischen Wegfahrsperre erkennt der zentrale Prozessor Manipulationen oder Startversuche. Hieraufhin wird einem Elektromotor ein entsprechender Stellbefehl zugeführt, und daraufhin die Hülse in die öldurchflußblockierende Position gebracht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert wer­ den.

Hierbei zeigen:

Fig. 1a bis 1e Darstellungen von Kennlinien bzw. Kennli­ nienfeldern im V/F-Diagramm;

Fig. 2a prinzipielle Darstellung für die Druck­ stufe eines Dämpferventils mit längsver­ schiebbarer Hülse und fluidführenden Kanä­ len sowie längsbewegbarem Ventilkörper in Ruhelage dargestellt sowie mit elektroma­ gnetischer Längsverstellung der Hülse;

Fig. 2b mechanische Spindelverstellung der längs­ verschiebbaren Hülse;

Fig. 2c die Teildarstellung aus Fig. 2a zur Er­ läuterung der Einstellung der Ansprechemp­ findlichkeit des Ventils durch Varianz der Strecke S;

Fig. 3 Darstellung der Möglichkeit des vollstän­ digen Blockierens des Fluidflusses in einer Endlage der längsverschiebbaren Hülse;

Fig. 4a Darstellung einer zweiteiligen Hülse mit einer fest mit der Kolbenstange verbun­ denen Teilhülse und einer zweiten gegen die erste verdrehbaren Teilhülse;

Fig. 4b eine prinzipielle Darstellung einer fest­ stehenden äußeren Hülse mit nicht prisma­ tischen Eintrittsöffnungen, wie diese in Fig. 4a verwendet wird;

Fig. 4c Darstellung des Zusammenwirkens der Teil­ hülsen der zweiteiligen Hülse mit erkenn­ baren Veränderungsmöglichkeiten bezüglich des Fluiddurchtrittes;

Fig. 4d Teildarstellung der äußeren drehbaren Teilhülse mit nicht prismatischen Durch­ trittsöffnungen;

Fig. 5a die Darstellung eines Ventilkörpers mit nicht prismatischen fluidführenden Kanälen zur Kenntlichmachung des Führungsverbundes zwischen Kolben und längsverschieblicher Hülse;

Fig. 5b Darstellung eines Ventilkörpers mit nicht prismatischen Kanälen bzw. Ausnehmungen, die einen Teil des Verbindungskanals bil­ den;

Fig. 5c und 5d Abwicklungen von Mantelflächen verschiede­ ner Ventilkörper mit erkennbaren Ausfüh­ rungsformen nicht prismatischer Ausnehmun­ gen bzw. Kanäle;

Fig. 6a prinzipielle Darstellung einer Regel­ strecke für die Anwendung in einem PKW zum Ableiten eines Signals zum Einstellen des Stellgliedes;

Fig. 6b prinzipielle Darstellung einer Regel­ strecke, z. B. für einen Rennwagen, mit dem individuellen Ableiten von Signalen zum Betreiben des Stellgliedes entsprechend den jeweiligen Betriebszuständen des Fahr­ zeuges; und

Fig. 7 Querschnitt durch einen Ventilkörper mit einer Konuskontur entlang der Mantelflä­ che.

Mit Hilfe der Fig. 1a bis 1e soll zunächst erläutert wer­ den, welche unterschiedlichen Dämpfungscharakteristika ent­ sprechend der jeweiligen Betriebszustände und dem konstrukti­ ven Aufbau von Schwingungsdämpfern relevant sind.

In den gezeigten Diagrammen werden die von der Fahrbahn indu­ zierten Stoßkräfte mit V(m/s) und die vom Dämpfer erzeugte Dämpfungskraft mit F(kN) bezeichnet. Folgende Forderungen sind an moderne Dämpfersysteme zu stellen.

Wie in Fig. 1a dargestellt, muß im V/F-Diagramm jeder tech­ nisch sinnvolle Kennlinienverlauf erzeugbar sein, d. h. konkav, konvex oder mit Wendepunkten. Jeder Kennlinie muß, wie in den Fig. 1b bis 1d dargestellt, im V/F-Diagramm derart nach oben bzw. nach unten verschiebbar sein, daß aus einer Kennli­ nie ein Kennfeld als definierter Arbeitspunktbereich entsteht. Darüber hinaus muß das gewünschte Dämpfungsniveau über den ge­ samten Geschwindigkeitsbereich V möglicher Stoßkräfte manuell oder mittels einer Regelstrecke innerhalb des Kennfeldes ein­ stellbar sein, wie in Fig. 1e gezeigt.

Eine erste Ausführungsform des Schwingungsdämpfers soll nun anhand der Fig. 2a bis 2c erläutert werden.

Wie in der Fig. 2a gezeigt, trennt ein Kolben 1 einen unteren Arbeitsraum A gegen einen oberen Arbeitsraum B, wobei beide Räume mit einem Dämpferfluid füllbar sind. Der Kolben 1 ist fest mit der Kolbenstange 3 verbunden, wobei in der Prinzip­ skizze gemäß Fig. 2a die eigentliche Fixierung des Kolbens aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Im Arbeitsbereich des Dämpferventils besitzt die Kolbenstange 3 einen durchmesserreduzierten Abschnitt, welcher mit dem Be­ zugszeichen 33 versehen ist. In diesen Abschnitt ist eine Hülse 4 längsverschiebbar und/oder drehbeweglich angeordnet. Die Hülse 4 ist mit fluidführenden Kanälen 7 definierter Form versehen. Die Kanäle 7 bilden einen Abschnitt der Verbindungs­ kanäle, die ein Strömen des Fluides zwischen den Arbeitsräumen A und B gestatten. Auf der Hülse 4 ist gleitend ein rotations­ symmetrischer Ventilkörper 2 vorgesehen, der in Ruhelage durch den Druck der zylindrischen Schraubenfeder 5 mit Hilfe eines umlaufenden Bundes 13 auf dem Kolben 1 aufliegt, so daß ein Rückschlagventil gebildet wird.

Der Ventilkörper 2 wird durch den beim Einfedern höheren Fluiddruck im Arbeitsraum A gegen die Kraft der Schraubenfeder 5 vom Kolben 1 abgehoben und gibt dann, je nach Einfederungs­ tiefe, zunehmend mehr Strömungsquerschnitt der fluidführenden Kanäle 7 frei.

Prinzipiell sind auch Ausformungen oder Ausnehmungen der fluidführenden Kanäle 7 dergestalt realisierbar, daß mit zu­ nehmender Einfederungstiefe ein konstanter oder abnehmender Durchströmungsquerschnitt freigebbar ist.

Das Dämpferfluid strömt beim Einfedern durch die Kanäle 7, an­ schließend durch die Bohrungen 8 in der Hülse 4, durch den längsführenden prismatischen Kanal 10 der Hülse 4 und durch die Austrittsöffnungen 9 in den Arbeitsraum B.

Beim Ausfedern drückt der höhere Fluiddruck im Raum B in Ver­ bindung mit der Schraubenfeder 5 den Bund 13 des Ventilkörpers 2 auf den Kolben, so daß ein Fluidrücklauf sicher verhindert ist. Die Anzahl und die Form der fluidführenden Kanäle 7 und ihr Tiefenverlauf in der Hülse 4 bestimmen den Kennlinienver­ lauf, wie in Fig. 1a dargestellt, hingegen bestimmt die Posi­ tion der längsverschiebbaren und/oder drehbeweglichen Hülse 4 die Lage der Kennlinie im V/F-Diagramm, wie in Fig. 1e bei­ spielsweise dargestellt.

Die Längsverschiebung der Hülse 4 kann z. B. elektromagnetisch, mechanisch oder auch hydraulisch erfolgen.

Fig. 2a zeigt eine schematische elektromagnetische Ausführung der Längsverschiebung mit einem Magneten 14 und einer Regel­ stange 15. Fig. 2b zeigt eine Variante mit Spindelgewinde 17, wobei die Drehbewegung der Regelstange 15 mittels z. B. Schrittmotor oder auch manuell einstellbar ausgeführt werden kann. Im letzteren Falle sind einrastende Winkelstellungen zweckmäßig, um in vorgegebenen Schritten vorgegebene Dämp­ fungscharakteristika oder Dämpfungsabschnitte zu erreichen bzw. einstellen zu können. Vorteilhafterweise sind der Ventil­ körper 2 und die Hülse 4 dreh- bzw. rotationssymmetrisch aus­ gebildet.

Wie bereits kurz angedeutet, wird im Ausführungsbeispiel nach Darstellung gemäß Fig. 2a die längsverschiebende Kraft von dem Elektromagneten 14 erzeugt, der im Inneren der Kolben­ stange 3 angeordnet ist und über die Regelstange 15 auf die längsverschiebbare Hülse 4 aufgebracht. Die Übertragung der Längsverschiebung oder alternativ der Drehbewegung der Regel­ stange 15 auf die Hülse 4, erfolgt im Ausführungsbeispiel ge­ mäß Fig. 2a über eine Scheibe 19. Durch konstruktive Maßnah­ men, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt wurden, ist sichergestellt, daß auf die Scheibe 19 wirkende Druckkräfte den Kennlinienverlauf und die Eigenschaften des Dämpfers nicht nachteilig beeinflussen.

Das Ansprechverhalten des Stoßdämpfers bzw. des Ventilkörpers 2 wird durch die Länge der Strecke S, wie in Fig. 2c darge­ stellt, bestimmt. Das Maß der Strecke S wird in der Regel einen positiven Wert haben, es kann jedoch auch Null sein. In Sonderfällen kann S im Ruhezustand für ein extrem weiches An­ sprechen einen negativen Wert annehmen. Ein Vergrößern oder Verkleinern der Strecke S ist durch die erwähnte Längsver­ schiebemöglichkeit der Hülse 4 relativ zur Ruhelage des Ven­ tilkörpers 2 gegeben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Hülse 4 aus zwei ineinander angeordneten Teilhülsen bestehen, von denen eine fest mit der Kolbenstange 3 verbunden und die zweite Teilhülse relativ zur ersten Teilhülse verdrehbar ist. Beide Teilhülsen weisen Durchtrittsöffnungen auf mit besonderen Formgebungen, die dem gewünschten Kennlinienverlauf entsprechen. Die Teil­ hülsen werden bei dieser Ausführungsform nicht längsverschoben und die wirksame Öffnung für den Fluiddurchfluß wird allein durch den relativen Drehwinkel der Teilhülsen zueinander durch Veränderung der Durchtrittsöffnungen zwischen einem Maximum, d. h. die Durchtrittsöffnungen liegen deckungsgleich übereinan­ der, bis zu einem minimalen Wert, nämlich vollständigem Redu­ zieren des Fluiddurchflusses, eingestellt.

Fig. 4a zeigt eine derartige geteilte Hülse, wobei eine der Teilhülsen 20 fest mit der Kolbenstange 3 verbunden und eine innere Hülse 21 mittels Regelstange 15 drehbar ist. Technisch gleichwertig ist eine Ausführung, bei der unter Verzicht auf die Hülse 20 die Kolbenstange 3 im entsprechenden Endbereich hohlgebohrt ist und die Kanäle 25 sowie die Bohrungen 9 ent­ hält.

Mit Hilfe der Fig. 4b soll der Aufbau einer äußeren Hülse 20 mit Kanälen 25 dargestellt werden, wobei die Kanäle 25 im Zu­ sammenwirken mit den Kanälen 26 der inneren Hülse 21 den Kenn­ linienverlauf des Dämpfers bestimmen. Fig. 4c zeigt eine Va­ riante, bei der eine äußere Hülse 30 drehbar auf der an der Kolbenstange 3 fixierten Hülse, hier mit 31 bezeichnet, ange­ ordnet ist. Der wirksame Öldurchtrittsquerschnitt wird von der jeweils eingestellten freien Überdeckung der Durchtrittsöff­ nungen 25 und 26, in Fig. 4c geschwärzt dargestellt, be­ stimmt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Längsverschiebbarkeit der Hülse mit einer Verdrehbarkeit zweier Teilhülsen gegeneinander zu kombinieren. Zweckmäßiger­ weise kann ein Verdrehen nur über einen eingeschränkten Win­ kelabschnitt erfolgen, wobei dann beim Erreichen eines Endan­ schlages durch ein und dieselbe Stelleinrichtung, z. B. ein Spindelgewinde, durch weiteres Drehen beider Hülsen eine Längsverstellung erfolgen kann.

Im Falle einer gewünschten, besonders weichen Dämpfungscharak­ teristik und/oder einer kürzeren Bauhöhe des Dämpferventils kann der Ventilkörper 2 prismatische oder nicht prismatische fluidführende Ausnehmungen bzw. Kanäle 18 aufweisen, die wie­ derum einen Teil der Verbindungskanäle bilden. Bei einer der­ artigen Ausführungsform wird der Verlauf der Kennlinie durch das Zusammenwirken der Kanäle 18 (Fig. 5b) im Ventilkörper 2 und der Kanäle 7 in der Hülse 4 bestimmt. Eine derartige Aus­ führungsform zeigt die Teilschnittdarstellung nach Fig. 5a. Hier ist die Wirkverbindung Ventilkörper 2 und Kolben 1 er­ kennbar, die auch grundsätzlich ohne Einsatz der Hülse gegeben ist.

Im Falle des Vorsehens nicht prismatischer Kanäle 18 im Ven­ tilkörper 2 lassen sich, je nach Anzahl, Formgebung und Tie­ fenverlauf, annähernd beliebige Kennlinienverläufe, wie in Fig. 1a prinzipiell dargestellt, realisieren.

Die Fig. 5b zeigt einen Ventilkörper 2 mit Kanälen 18 für eine degressive Dämpfung. Die Fig. 5c und 5d zeigen Abwick­ lungen der zylindrischen Mantelfläche 19 des Ventilkörpers und weiterer Beispiele für Formen der Kanäle bzw. Ausnehmungen 18.

Die Menge des durchtretenden Fluids wird, außer von der Form und Anzahl der Kanäle 18, auch vom Tiefenverlauf im Material bestimmt. In dem Falle, wo lediglich ein Wirkungsverbund zwi­ schen Kolben 1 und Ventilkörper 2 besteht, können die Kanäle 18 bis zum inneren Durchmesser, d. h. durch die gesamte Mantel­ fläche des Ventilkörpers 2, ausgebildet sein.

Dann, wenn eine längsverschiebbare Hülse 4 mit entsprechenden Ausnehmungen für das Bilden von Teilabschnitten der Verbin­ dungskanäle vorgesehen ist, können die Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit beim Ausbilden der Kanäle 18 deutlich reduziert werden, da über das Bewegen der Hülse 4 nachträglich eine Offset-Korrektur im Sinne eines Nachregulierens vorgenom­ men werden kann.

Wie in Fig. 7 dargestellt, kann der vorgesehene, ansonsten zylindrische, äußere Mantel des Ventilkörpers 2 durch einen Körper mit einer definierten Konuskontur ersetzt werden. Im Arbeitsbereich r kann die Kontur einen linear abnehmenden und/oder einen stetig konkav und/oder einen konvex abnehmenden Verlauf oder einen abwechselnden Verlauf konvex/konkav aufwei­ sen. Vorzugsweise sollen die Ventilkörper 2 mit einer Konus­ kontur auch beim vollen Einfedern nicht aus dem Kolben 1 her­ austreten.

Das Ausbilden der Konuskontur kann leicht durch Drehen aus einem vorgefertigten standardisierten Grundkörper erfolgen, so daß auch hier die Lagerhaltung und der Fertigungsaufwand redu­ ziert ist.

Bei der Anwendung der Schwingungsdämpfer gemäß Ausführungsbei­ spielen für Fahrzeuge kann eine Einstellung der Dämpferhärte, z. B. für PKW in Standardausführung, per manuellem Wählschalter in mehreren Schritten von weich bis hart, entsprechend dem Komfortwunsch des Fahrers erfolgen. Bei Limousinen in einer höheren Preisklasse ist eine Wahlmöglichkeit zwischen manuel­ ler oder automatischer Einstellung der Dämpfungsstufen bzw. der Dämpfungscharakteristika vorgesehen.

Eine automatische Einstellung kann beispielsweise, wie anhand des Ablaufschemas gemäß Fig. 6a dargestellt, vorgenommen wer­ den. Zunächst wird mittels einer Impulsmessung eine Untersu­ chung der von der Fahrbahn induzierten Stöße nach Stärke und Häufigkeit vorgenommen. Anschließend erfolgt eine Glättung der Meßwerte innerhalb einer festgelegten Zeitbasis und ein mit einem entsprechenden Programm versehener Mikroprozessor wird aktiviert, um jeweils optimale Dämpferhärtewerte zu bestimmen. Ausgangsseitig nach Auswerten des Betriebsartwahlschalters, stellt der Mikroprozessor Befehle bereit, welche an das Stell­ glied, vorzugsweise einen Elektromotor, gelangen, der die Ein­ stellung der Hülse 4 über die Regelstange 15 vornimmt. Auch bei der automatischen Einstellung kann der Fahrer die ge­ wünschte Dämpfungscharakteristik zwischen hart, mittel und weich vorgeben.

Im Gegensatz zur manuellen Dämpfungswahl, bei der die Hülse 4 in der entsprechenden Höhe eingestellt verbleibt, wird bei automatischer Regelung die Höhenverstellung der Hülse 4 ent­ sprechend den sich stetig ändernden Fahrbahnimpulsen im Be­ reich der vorgewählten Grundcharakteristik nachgeführt. Bei einem üblichen PKW erfolgt die Einstellung der Dämpfung in der Regel gleichmäßig für alle vier Räder, d. h. für alle vier den Rädern zugeordneten Schwingungsdämpfer.

Eine umfassendere Ausführungsform des Betreibens der Schwin­ gungsdämpfer durch Ansteuerung mittels eines Stellgliedes sei anhand der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 6b näher erläutert. Mit dieser Ausführungsform, z. B. für Rennwagen, soll sicherge­ stellt werden, daß bei Kurvenfahrten die jeweils äußeren Räder härter und die jeweils inneren Räder weicher gedämpft werden, so daß sich insgesamt eine optimale Bodenhaftung durch die je­ weiligen Schwingungsdämpfer unterstützt, ergibt.

Da bei schnell fahrenden Kraftfahrzeugen, z. B. Rennwagen, die Richtungswechsel sehr schnell erfolgen, muß außerordentlich schnell eine Umstellung der Dämpfungscharakteristika möglich sein. Zusätzlich kann die geänderte Gewichtsverteilung zwi­ schen Vorder- und Hinterräder, z. B. infolge des Treibstoffver­ brauches, bei Kraftfahrzeugen berücksichtigt werden. In dem Falle, wo bei Änderung der Wetterbedingungen andere Reifen be­ nutzt werden, ist eine individuelle Berücksichtigung der Fede­ rungseigenschaften bzw. der Einflüsse der Reifen auf das System Rad/Schwingungsdämpfer möglich. Entsprechend der Dar­ stellung gemäß Fig. 6b werden Werte, die den Betriebszustand des Fahrzeuges charakterisieren, wie z. B. die Geschwindigkeit, der Lenkradeinschlagswinkel, der Kraftstoffstand sowie die Reifenart und die Fahrbahnvorgaben bzw. -bedingungen, gegebe­ nenfalls nach Meßwertglättung, einem zentralen Prozessor zuge­ führt, welcher unter Rückgriff auf abgespeicherte Standard­ werte oder aktuelle Berechnungen entsprechende Regelgrößen für die jeweiligen Schwingungsdämpfer der entsprechenden Räder be­ reitstellt.

Bei der Eingabe von Fahrbahnvorgaben kann der Verlauf einer nicht bekannten Rennstrecke eingegeben werden, so daß sich auch unter Sicherheitsaspekten weitere Verbesserungen ergeben.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform des Schwingungsdämpfers nach Fig. 3 kann vorgesehen werden, den Fluidfluß völlig zu blockieren, beispielsweise durch einen Bund 12, welcher in einer Grenzlage die Austrittsöffnungen 9 der Hülse 4 ver­ schlossen hält. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, ausgehend von einer vorhandenen Wegfahrsperre, den Versuch des unberechtigten Betreibens eines Kraftfahrzeuges zu erkennen, um dann an die Stellmotoren der Stoßdämpfer einen, ohne Hilfs­ mittel nicht umkehrbaren, Befehl zum Blockieren selbiger anzu­ legen. Durch diese Maßnahme ist die weitere Nutzung des Kraft­ fahrzeuges sehr unkomfortabel und unsicher und es wird zumin­ dest für die Insassen sofort erkannt, daß es sich um ein z. B. gestohlenes Fahrzeug handelt. Derart blockierte Dämpfer stel­ len daher eine indirekte zusätzliche Diebstahlsicherung dar.

Alles in allem gelingt es mit dem Stoßdämpfer gemäß den voran­ stehend geschilderten Ausführungsbeispielen nicht nur längs einer Kennlinie eine Verstellung der Dämpfereigenschaften vor­ zunehmen, sondern situationsabhängig in einem Kennfeld zu ar­ beiten. Hierdurch kann außerordentlich schnell und in einem breiten Variationsbereich eine Anpassung der Dämpfungscharak­ teristik an Komfort- oder Funktionswünsche des Fahrers einer­ seits und andererseits an die Fahrbahnverhältnisse erfolgen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Vari­ anz der Dämpfungscharakteristik ohne zusätzlichen Energieauf­ wand und ohne Hilfsmittel, wie z. B. separate Hydraulikmittel, erreichbar ist, so daß die Stoßdämpfer selbst kostengünstig hergestellt werden können.

Claims (14)

1. Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem an einer Kolbenstange (3) befestigten Kolben (1), welcher in­ nerhalb eines Zylinders geführt ist und zwei Arbeitsräume (A, B) trennt sowie mit Verbindungskanälen zwischen den Arbeits­ räumen (A, B) zum Strömen eines Dämpfungsfluides, weiterhin mit einem federbelasteten Ventilkörper (2) zum Freigeben und Verschließen der Verbindungskanäle und mit einer äußeren Stelleinrichtung, gekennzeichnet durch eine auf der Kolbenstange (3) angeordnete längsverschiebliche Hülse (4) mit Ausnehmungen (7), die einen Teilabschnitt der Verbindungskanäle (7) bilden, wobei die Hülse (4) im Zusammen­ wirken mit dem Ventilkörper (2) die Verbindungskanäle öffnet, schließt und/oder im Querschnitt verändert, eine Verbindung (15) der äußeren Stelleinrichtung mit der Hülse (4) zum Arretieren und Längsverstellen derselben, wobei durch die Anzahl und Querschnittsform der Verbindungskanäle der Kennlinienverlauf und durch die Position der Hülse (4), bezogen auf den Ventilkörper (2), und/oder Kolben (1) die Lage der jeweiligen Kennlinie im V/F-Diagramm einstellbar ist.

2. Schwingungsdämpfer, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem an einer Kolbenstange (3) befestigten Kolben (1), welcher in­ nerhalb eines Zylinders geführt ist und zwei Arbeitsräume (A, B) trennt sowie mit Verbindungskanälen zwischen den Arbeits­ räumen (A, B) zum Strömen eines Dämpfungsfluides, weiterhin mit einem federbelasteten Ventilkörper (2) zum Freigeben und Verschließen der Verbindungskanäle und mit einer äußeren Stelleinrichtung, gekennzeichnet durch eine auf der Kolbenstange (3) angeordnete verdrehbare Hülse (4) mit durch Drehung verschließbare Fluiddurchtrittsöffnungen (25, 26), wobei die Hülse (4) im Zusammenwirken mit dem Ven­ tilkörper (2) die Verbindungskanäle öffnet und schließt, eine Verbindung (15) der äußeren Stelleinrichtung mit der Hülse (4) zum Drehen derselben, wobei durch die Anzahl und Querschnittsform der Verbindungskanäle der Kennlinienverlauf und durch die Verdrehposition der Öffnungen der Hülse die Lage der jeweiligen Kennlinien im V/F-Diagramm einstellbar ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Kombination einer längsverschieblichen und verdrehbaren Hülse.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen (7) über einen Außenabschnitt in der Mantelfläche der Hülse in axialer Richtung erstrecken.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) über einen Innenabschnitt Ausnehmungen (18) oder eine konische Form aufweist, wobei die derart entstande­ nen Bereiche Abschnitte der Verbindungskanäle bilden.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) in ihrem unteren Bereich längs einer Strecke (s) im Zusammenwirken mit dem Ventilkörper (2) die Verbindungskanäle verschließt, wobei durch die Länge der Strecke (s) in Verbindung mit der Federbelastung des Ven­ tilkörpers (2) das Ansprechverhalten des Dämpfers einstellbar ist.

7. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (2) gleitend auf der Hülse (4) beweglich ist, wobei in Ruhelage ein umlaufender Bund (12) des Ventil­ körpers (2) auf dem Kolben (1) aufliegt.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) Bohrungen (8) aufweist, welche durch einen Längskanal (10) mit Austrittsöffnungen (9) verbunden sind, wo­ bei das Fluid über die Verbindungskanäle (7), die Bohrungen (8) und den Längskanal (10) sowie über die Austrittsöffnungen (9) zwischen den Arbeitsräumen (A, B) strömen kann.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) aus zwei ineinander angeordneten Teilhülsen (30, 31) besteht, von denen eine (31) fest mit der Kolben­ stange (3) verbunden und die zweite Teilhülse (30) relativ zur ersten Teilhülse (31) verdrehbar ist, so daß Fluiddurchtritts­ öffnungen (25, 26) in den Teilhülsen (30, 31) durch das gegen­ seitige Verdrehen im Querschnitt veränderbar sind.

10. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (2) Ausnehmungen (18) prismatischer und/oder nicht prismatischer Form zur Veränderung der Strö­ mungsverhältnisse des Fluides in den Verbindungskanälen auf­ weist.

11. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Ventilkörpers (2) eine Konuskontur auf­ weist.

12. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konuskontur einen linear abnehmenden und/oder stetig konkaven und/oder konvexen Verlauf aufweist.

13. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stelleinrichtung durch eine Regelstrecke (15) mit individueller Betriebsdaten- und Fahrzustandserfassung angesteuert wird.

14. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung im Falle der Aktivierung einer Weg­ fahrsperre die Dämpfungsfunktion deaktiviert.