DE19925724C1 - Verstellbarer Schwingungsdämpfer mit Sicherheitseinrichtung - Google Patents

Abstract

Verstellbarer Schwingungsdämpfer, umfassend einen Verdränger in einem Zylinder, wobei mittels eines verstellbaren Dämpfventils ein Dämpfmedium eine Dämpfkraft ausübt, wobei das verstellbare Dämpfventil von einem Steuerdruck einer Luftfeder angesteuert wird und eine Sicherheitseinrichtung vorliegt, die bei einem durch einen Schaden der Luftfeder verminderten Steuerdruck eine ausreichend große Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers bereitstellt, wobei mindestens zwei Luftfedern mit der Sicherheitseinrichtung verbunden sind, die aus einer Pneumatikschaltung in der Funktion einer Druckwaage zwischen den Luftfedern ausgeführt ist, die den höheren Steuerdruck einer Luftfeder in der Pneumatikschaltung freischaltet, wobei die zu den Luftfedern gehörigen verstellbaren Schwingungsdämpfer über mindestens einen Druckausgangsanschluß der Pneumatikschaltung verbunden sind und mit dem höchsten Steuerdruck der beteiligten Luftfedern angesteuert werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei verstellbaren Schwingungsdämpfern, die zusammen mit Luftfedern eingesetzt werden, will man mit steigender Tendenz den Druck in der Luftfeder des Fahr­ zeugs als Steuersignal für ein verstellbares Dämpfventil am oder im Schwin­ gungsdämpfer nutzen. Der wesentliche Vorteil dieser durch Luftdruck steuerba­ ren Dämpfventile liegt im einfachen und damit auch kostengünstigen Aufbau. Insbesondere im Nutzfahrzeugbereich strebt man einfache und robuste Lösungen an, da die Fahrwerkkomponenten bei Geländefahrten sehr hohen Belastungen ausgesetzt sind.

Aufgrund der großen Belastungen kann es vorkommen, daß Luftfedern durch die Versprödung des Luftfederbalgs undicht werden. Des weiteren muß man mit dem Platzen einer Luftfeder rechnen. Für die Ansteuerung der Luftfeder ist der Unter­ schied wichtig, ob ein geringer Steuerdruck aufgrund einer kleiner Beladung des Fahrzeugs oder aufgrund einer Undichtigkeit vorliegt.

Für diese Art der Luftfederausfälle offenbart die DE 41 05 771 A1 eine Lösung, bei der ein pneumatischer Steuerdruck für ein verstellbares Dämpfventil einge­ setzt wird. Es kommt ein relativ kompliziertes Dämpfventil zur Anwendung, bei dem ein Steuerkolben auf der einen Seite mit einem Steuerdruck und auf der an­ deren Seite von einem Referenzdruck beaufschlagt wird. Als Referenzdruck dient die Atmosphäre. Sobald der Steuerdruck ein gewisses Niveau unterschreitet, drückt der Referenzdruck den Steuerkolben in eine Betriebsstellung, die mit einer größeren Dämpfkraft für den Schwingungsdämpfer verbunden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verstellbaren Schwingungs­ dämpfer zu realisieren, der bei Ausfall des Steuerdrucks weiterhin eine ausrei­ chende Dämpfkraft aufbauen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch, daß mindestens zwei Luftfedern mit der Sicherheitseinrichtung verbunden ist, die aus einer Pneumatikschaltung in der Funktion einer Druckwaage zwischen den Luftfedern ausgeführt ist, die den hö­ heren Steuerdruck einer Luftfeder in der Pneumatikschaltung freischaltet, wobei die zu den Luftfedern gehörigen verstellbaren Schwingungsdämpfer über minde­ stens einen Druckausgangsanschluß der Pneumatikschaltung verbunden ist und mit dem höheren Steuerdruck der beteiligten Luftfedern angesteuert werden.

Die Pneumatikschaltung stellt eine Abfrage dar. Man geht davon aus, daß man mit dem höheren Steuerdruck auf jeden Fall auf der sicheren Seite der Funktion der Luftfeder liegt. Mit einer intakten Anlage kann man immer einen höheren Steuerdruck erzeugen als mit einer defekten Luftfeder. Folglich filtert man den fehlerhaften Steuerdruck aus.

Die einfachste Variante zeichnet sich dadurch aus, daß die Pneumatikschaltung aus einem Wechselventil besteht, das Anschlüsse an die Luftfedern aufweist. Man kann ein an sich bekanntes Wechselventil verwenden. Dabei erhält man den Vorteil, daß mit einem Wechselventil zwei Luftfedern abgesichert werden.

Man kann vorsehen, daß der Schwingungsdämpfer in einer Fahrzeugachse ver­ wendet wird, wobei die Luftfedern einer Fahrzeugachse mit der Pneumatikschal­ tung verbunden sind. Mit dieser Auslegung kann in Grenzen das Rollverhalten eines Fahrzeugs günstig beeinflusst werden, da alle Schwingungsdämpfer einer Fahrzeugachse mit dem höheren Steuerdruck der kurvenäußeren Luftfeder ange­ steuert werden.

Alternativ kann der Schwingungsdämpfer in einem Fahrzeug mit mehreren luftge­ federten Achsen verwendet werden, wobei die Luftfedern verschiedener Achsen mit der Pneumatikschaltung verbunden sind. Dahinter verbirgt sich die Philoso­ phie, daß aufgrund einer überhöhten Achslast eine Luftfeder geplatzt ist. Folglich wird die verbleibende Luftfeder an dieser Achse noch höher belastet, so daß die Wahrscheinlichkeit eines weiteren Ausfalls steigt. Wird jedoch der Steuerdruck einer Luftfeder einer anderen Achse verwendet, so kann das verstellbare Ventil des Schwingungsdämpfers mit größerer Sicherheit weiter betrieben werden.

Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Schwingungsdämpfer in einem Fahr­ zeug mit mehreren luftgefederten Achsen verwendet wird, wobei die Luftfedern einer Anzahl von Achsen jeweils pro Achse und die besagten Luftfedern ver­ schiedener Achsen mit der Pneumatikschaltung verbunden sind. Dabei werden die Luftfedern immer paarweise miteinander verglichen und die dabei freigeschal­ tete Luftfeder mit einer anderen freigeschalteten Luftfeder verglichen.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 Verstellbarer Schwingungsdämpfer als Einzelkomponente

Fig. 2 Beispielhafte Ausgestaltung des verstellbaren Ventils am Schwin­ gungsdämpfer

Fig. 3 Sicherheitseinrichtung für zwei verstellbare Schwingungsdämpfer

Fig. 4 Mehrachsiges luftgefedertes Fahrzeug mit einer Sicherheitseinrichtung für alle verstellbaren Ventile der Schwingungsdämpfer

In Fig. 1 ist ein Schwingungsdämpfers 1 mit einem Zylinder 3 dargestellt, in dem eine Kolbenstange 5 axial beweglich angeordnet ist. Der Zylinder ist nach unter durch einen Boden 7 abgeschlossen. Die Kolbenstange 5 ist durch eine Führungs- und Dichtungseinheit 9 aus dem oberen Ende des Zylinders herausgeführt. Inner­ halb des Zylinders 3 ist an der Kolbenstange 5 eine Kolbeneinheit 11 mit einer Kolbenventilanordnung 13 befestigt. Der Boden des Zylinders 3 ist mit einer Bo­ denventilanordnung 15 versehen. Der Zylinder 3 ist von einem Behälterrohr 17 umhüllt. Zwischen dem Behälterrohr 17 und dem Zylinder 1 ist ein Ringraum 19 gebildet, der eine Ausgleichskammer darstellt. Der Raum innerhalb des Zylin­ ders 1 ist durch die Kolbeneinheit 11 in eine erste Arbeitskammer 21a und eine zweite Arbeitskammer 21b unterteilt. Die Arbeitskammern 21a und 21b sind mit Druckflüssigkeit gefüllt. Die Ausgleichskammer 19 ist bis zu dem Niveau 19a mit Flüssigkeit und darüber mit Gas gefüllt. Innerhalb der Ausgleichskammer 19 wird eine erste Leitungsstrecke, nämlich eine Hochdruckteilstrecke 23a, von einem Zwischenrohr 23 gebildet, welche über eine Bohrung 25 des Zylinders 1 mit der zweiten Arbeitskammer 21b in Verbindung steht. An diese Hochdruckteilstrecke schließt sich ein seitlich an dem Behälterrohr 17 angebautes druckabhängig rea­ gierendes Ventil 27 an. Von diesem führt (nicht dargestellt) eine zweite Leitungs­ strecke, nämlich eine Niederdruckteilstrecke, zu dem Ausgleichsraum 19.

Wenn die Kolbenstange 5 aus dem Zylinder 3 nach oben ausfährt, wird die obere Arbeitskammer 21b verkleinert. Es bildet sich in der oberen Arbeitskammer 21b ein Überdruck aus, der sich durch die Kolbenventilanordnung 13 in die untere Ar­ beitskammer 21a abbauen kann, solange das druckabhängig reagierende Ven­ til 27 geschlossen ist. wenn das druckabhängig reagierende Ventil 27 geöffnet ist, so fließt gleichzeitig Flüssigkeit von der oberen Arbeitskammer 21b durch die Hochdruckteilstrecke 23 und das druckabhängig reagierende Ventil 27 in die Ausgleichskammer 19. Die Dämpfcharakteristik des Schwingungsdämpfers beim ausfahren der Kolbenstange 5 ist also davon abhängig, ob das druckabhängig reagierende Ventil 27 offen oder geschlossen ist.

Wenn die Kolbenstange 3 in den Zylinder 3 einfährt, so bildet sich in der unteren Arbeitskammer 21a ein Überdruck. Flüssigkeit kann von der unteren Arbeits­ kammer 21a durch die Kolbenventilanordnung 13 nach oben in die obere Arbeits­ kammer 21b übergehen. Die durch das zunehmende Kolbenstangenvolumen in­ nerhalb des Zylinders 1 verdrängte Flüssigkeit wird durch die Bodenventilanord­ nung 15 in die Ausgleichskammer 19 ausgetrieben. In der oberen Arbeitskam­ mer 21b tritt, da der Durchflußwiderstand der Kolbenventilanordnung 13 geringer ist als der Durchflußwiderstand der Bodenventilanordnung 15, ebenfalls ein stei­ gender Druck auf. Dieser steigende Druck kann bei geöffneten druckabhängig reagierendem Ventil 27 durch die Hochdruckteilstrecke 23a wiederum in den Ausgleichsraum 19 überfließen. Dies bedeutet, daß bei geöffnetem druckabhän­ gig reagierendem Ventil 27 der Stoßdämpfer auch beim einfahren dann eine wei­ chere Charakteristik hat, wenn das druckabhängig reagierende Ventil 27 geöffnet ist und eine härtere Charakteristik, wenn das druckabhängig reagierende Ventil geschlossen ist, genauso wie beim Ausfahren der Kolbenstange. Festzuhalten ist, daß die Strömungsrichtung durch die Hochdruckteilstrecke 23a des Bypasses immer die gleiche ist, gleichgültig, ob die Kolbenstange ein- oder ausfährt.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des druckabhängigen Ventils 27 als Ein­ zelkomponente. Innerhalb eines außen am Behälterrohr 17 angeordneten Rohr­ stutzens 29 ist ein topfförmiger Einsatz 31 montiert, der einen Anschluß 33 an die Hochdruckteilstrecke 23a (s. auch Fig. 1) des Schwingungsdämpfers auf­ weist. Am Boden des topfförmigen Einsatzes ist eine Ventilfläche 35 und minde­ stens eine Abflußöffnung 37 zum Ausgleichsraum 19 eingearbeitet.

Auf der Ventilfläche ist in dieser Betriebsstellung ein Ventilkörper 39 vorge­ spannt. Der Ventilkörper wird in einer zentralen Stufenöffnung 41 eines Druck­ übersetzers 43 radial geführt, wobei eine Ventilkörperdichtung 39a die Ventilkör­ pervorderseite von der Ventilkörperrückseite trennt. Dem Ventilkörper 39 schließt sich eine Verlängerung 45 an, die den Druckübersetzer vollständig durchsetzt und in einer Druckanschlußöffnung 47 in einem Deckel 49 endet. Die Druckanschluß­ öffnung ist mit einer nichtdargestellten Luftfeder (s. Fig. 3 o. 4) verbunden.

Der Druck in der Druckanschlußöffnung, im weiteren Steuerdruck genannt, wirkt auf den Druckübersetzer 43, der axial schwimmend im topfförmigen Einsatz 31 geführt ist. Der Druckübersetzer wird von einer Scheibe gebildet, die an ihrem Außendurchmesser eine Dichtung 51 trägt. Dafür ist der Innendurchmesser des rohrförmige Einsatzes ausgehend vom Deckel 49 bis zu einer ersten Stützflä­ che 53 als Führungsfläche 55 gearbeitet.

Auf der ersten Stützfläche 53 radial außen und einem Absatz 57 auf der Unter­ seite des Druckübersetzers 43 ist ein erstes Federelement 59 angeordnet, das bevorzugt aus geschichteten Planscheiben besteht. Ein zweites Federelement 61 ist zwischen einem weiteren Absatz 63 des Druckübersetzers 43 und einer zwei­ ten Stützfläche 65 verspannt. Die zweite Stützfläche 65 wird von einem Spann­ ring 67 bereitgestellt, dessen Außendurchmesser zur Führungsfläche 55 derart dimensioniert ist, daß zwischen diesen Flächen eine Preßpassung vorliegt.

Ausgehend von der Dichtung 51 bildet die Führungsfläche 55 mit der Oberseite des Druckübersetzers 43 und dem Deckel 49 einen Druckraum 69, indem der Steuerdruck anliegt. Von der Druckanschlußöffnung 47 gelangt das Steuermedi­ um nicht direkt in den Druckraum, da die Verlängerung 45 außenseitig zur Druck­ anschlußöffnung 47 abgedichtet ist. Die Verlängerung weist einen zentralen Drosselzulaufkanal 71 auf, der in etwa bis zum Ventilkörper reicht. Von dort aus kann das Druckmedium durch den geringen Spalt zwischen dem Druckübersetzer und der Verlängerung bis an eine Gewindeverbindung strömen, die eine Einstell­ vorrichtung 73 bildet. Die Gewindeverbindung stellt eine Fortsetzung des Dros­ selzulaufkanals 71 dar.

Damit die Einstellvorrichtung bzw. die Gewindeverbindung spielfrei arbeitet, ist zwischen der Verlängerung und der Oberseite des Druckübersetzers eine Vor­ spannfeder 75 angeordnet, die die beiden genannten Bauteile der Gewindever­ bindung so vorspannt, daß stets dieselben Gewindeflanken in Eingriff sind. Als Anschlag für die Vorspannfeder 75 dient eine Stützscheibe 77.

Eine Deckeldichtung 81 soll den Druckraum 69 und den Ausgleichsraum 19 zur Umgebung im Bereich des Ventils 27 abdichten. Ein Sicherungsring 83 hält den Deckel in der geschlossenen Position, wobei der Deckel verdrehbar ist, um eine nicht dargestellte Versorgungsleitung in eine gewünschte Position zum Ventil 27 ausrichten zu können.

Während des Dämpferbetriebs wird Dämpfflüssigkeit über die Hochdruckteil­ strecke 23a in den Anschluß 33 des Ventils 27 verdrängt. In Abhängigkeit der gewünschten Dämpfkraftkennlinie muß das Dämpfmedium ggf. eine Vordros­ sel 85 passieren, bevor es auf eine Anströmungsfläche 87 des Ventilkörpers 39 trifft. Der Druck auf die Anströmfläche multipliziert mit deren Flächeninhalt stellt eine auf den Ventilkörper wirksame Öffnungskraft dar, die gegen die resultieren­ de Schließkraft aus Steuerdruck im Druckraum 69 auf den Druckübersetzer 43 und der resultierenden Federkraft der beiden Federelemente 59; 61 wirkt. Ist die Öffnungskraft größer als die Schließkraft, so hebt der Ventilkörper ab, bzw. hebt ein bereits geöffneter Ventilkörper, der im drucklosen Zustand bereits einen Ventildurchlaßquerschnitt zuläßt, weiter ab. Über die Abflußöffnungen 37 kann das Dämpfmedium in den Ausgleichsraum 19 aus einem Niederdruckraum 89 zwischen dem Boden des topfförmigen Einsatzes und der Unterseite des Druck­ übersetzers 43 abströmen. Durch den Druckabfall des Dämpfmediums am Ven­ til 27 stellt eine Dämpfkraft dar, die durch die Größe des Steuerdrucks einstellbar ist.

Es sei nach erwähnt, daß der Momentandruck im Schwingungsdämpfer, wenn keine Kolbenbewegung abläuft, auf die Fläche der Größe der Unterseite des Druckübersetzers zuzüglich der Anströmfläche 87 des Ventilkörpers 39 wirkt und eine Öffnungskraft darstellt. Insbesondere bei Schwingungsdämpfern mit einer Gasvorspannung im Ausgleichsraum muß dieser Umstand bei der Einstellung der Federelemente berücksichtigt werden, da bei Erwärmung, beispielsweise durch den Dämpfbetrieb, die Gasvorspannung ansteigen kann, wodurch der Ventilkör­ per aufgrund der größeren Öffnungskraft einen größeren Ventildurchlaßquer­ schnitt einstellt und die Dämpfkraft im Gegenzug sinkt.

Diese Ausgestaltung des Schwingungsdämpfers und des damit verbundenen ver­ stellbaren Ventils ist beispielhaft zu sehen. Es soll nur die Funktion eines pneu­ matisch angesteuerten Ventils verdeutlichen. Prinzipiell kann das verstellbare Ventil auch anders ausgeführt sein. Auch eine Kolbenanordnung ist möglich.

Die Fig. 3 zeigt ein Schaltbild, das zwei Luftfedern 91 mit zwei verstellbaren Schwingungsdämpfern 1 enthält. Die Schwingungsdämpfer können an einer, aber auch an verschiedenen Fahrzeugachsen angeordnet sein. Auf die Darstellung der Druckluftversorgungseinrichtung wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.

Der Aufbau einer Luftfeder 91 wird als bekannt vorausgesetzt. Beispielhaft wird auf die DE 32 46 962 A1 hingewiesen. Es ist aber auch möglich, daß die Luftfe­ der und der Schwingungsdämpfer eine Baueinheit bilden, wie es bereits aus der DE 21 18 080 A1 bekannt ist.

An der Luftfeder ist jeweils eine Steuerleitung 93a; 93b angeschlossen, die den Luftdruck p₁; p₂ an einen Anschluß S₁; S₂ einer Sicherheitseinrichtung 95 weiter­ leiten. Bei dieser Sicherheitseinrichtung handelt es sich um ein Wechselventil, das den größeren der beiden Steuerdrücke p₁; p₂ freischaltet, indem ein durch Fe­ dern 97a; 97b in einer Ausgangsposition gehaltener Ventilkörper 99 einen Druck­ ausgangsanschluß 101 zu den Schwingungsdämpfern 1 freigibt. Der Sicherheit­ seinrichtung kann noch eine Drossel 103 nachgeordnet sein, die eine uner­ wünscht hohe Druckänderungsfequenz pneumatisch ausfiltert.

Während des Betriebs der Luftfedern 91 werden diese von der Druckversor­ gungseinrichtung ständig unter Druck gehalten. Geht man davon aus, daß beide Luftfedern gleichmäßig mit Druckluft versorgt werden, so nimmt die Sicherheit­ seinrichtung 95 bzw. der Ventilkörper 99 die dargestellte Schaftstellung ein, bei der beide Steueranschlüsse s₁; s₂ freigeschaltet sind und der Steuerdruck beider Luftfedern 91 auf das verstellbare Ventil 27 der Schwingungsdämpfer 1 wirkt.

Sobald eine Steuerleitung 93a; 93b und auch die Luftfeder 91 einen Defekt auf­ weist, der mit einem Druckverlust am Steueranschluß s₁; s₂ verbunden ist, so wird der Ventilkörper 99 der Sicherheitseinrichtung 95 von dem höheren Druck innerhalb der intakten Luftfeder in eine Schaltstellung gebracht, bei der der Steu­ eranschluß mit dem Druckverlust abgesperrt ist. Folglich werden beide Schwin­ gungsdämpfer von der intakten Luftfeder mit einem Steuerdruck versorgt.

Die Fig. 4 zeigt eine Weiterentwicklung der Ausführung nach Fig. 3. In diesem Fall besteht die Sicherheitseinrichtung aus 3 Wechselventilen 95a; 95b; 95c, die zu einer Logikschaltung verknüpft sind. Grundsätzlich werden nach dem Prinzip der Fig. 3 zwei Luftfedern 91 über Steuerleitungen 93a; 93b; 93c; 93d an ein Wechselventil 95a; 95b angeschlossen. Diese Wechselventile 95a; 95b sind wiederum mittels weiterer Steuerleitungen 93e; 93f an ein zentrales Wechsel­ ventil 95c angeschlossen, so daß beispielsweise die Luftfedern einer ersten Fahr­ zeugachse mit Luftfedern einer zweiten Fahrzeugachse nach dem Prinzip der Druckwaage verglichen werden, wobei immer der höhere Druck der Steueran­ schlüsse am Druckausgangsanschluß 101c ansteht und sämtliche Schwingungs­ dämpfer 1 ansteuert.

Claims (5)

1. Verstellbarer Schwingungsdämpfer, umfassend einen Verdränger in einem Zy­ linder, wobei mittels eines verstellbaren Dämpfventils ein Dämpfmedium eine Dämpfkraft ausübt, wobei das verstellbare Dämpfventil von einem Steuerdruck einer Luftfeder angesteuert wird und eine Sicherheitseinrichtung vorliegt, die bei einem durch einen Schaden der Luftfeder verminderten Steuerdruck eine ausreichend große Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Luftfedern (91) mit der Sicherheitseinrichtung (95) ver­ bunden ist, die aus einer Pneumatikschaltung in der Funktion einer Druckwaa­ ge zwischen den Luftfedern (91) ausgeführt ist, die den höheren Steuerdruck einer Luftfeder (91) in der Pneumatikschaltung freischaltet, wobei die zu den Luftfedern (91) gehörigen verstellbaren Schwingungsdämpfer (1) über minde­ stens einen Druckausgangsanschluß (101) der Pneumatikschaltung verbunden sind und mit dem höchsten Steuerdruck der beteiligten Luftfedern (91) ange­ steuert werden.

2. Verstellbarer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pneumatikschaltung aus einem Wechselventil besteht, das Anschlüs­ se (93) an die Luftfedern (91) aufweist.

3. Verstellbarer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdämpfer (1) in einer Fahrzeugachse verwendet wird, wo­ bei die Luftfedern (91) einer Fahrzeugachse mit der Pneumatikschaltung ver­ bunden sind.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdämpfer (1) in einem Fahrzeug mit mehreren luftgefeder­ ten Achsen verwendet wird, wobei die Luftfedern (91) verschiedener Achsen mit der Pneumatikschaltung verbunden sind.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdämpfer (1) in einem Fahrzeug mit mehreren luftgefeder­ ten Achsen verwendet wird, wobei die Luftfedern (91) einer Anzahl von Ach­ sen jeweils pro Achse und die besagten Luftfedern (91) verschiedener Achsen mit der Pneumatikschaltung verbunden sind.