DE3330205A1 - Self-adjusting shock absorber, especially for motor vehicles - Google Patents
Self-adjusting shock absorber, especially for motor vehiclesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einea selbstregelnden Stoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem beidendig geschlossenen Zylinder, der mit einem Dämpfungsmedium gefüllt ist und mit einer Kolbenstange, die abgedichtet in den Zylinder eintaucht und die an ihrem zylindersei ti gen Ende einen gegen die Zylinderwand abgedichteten Kolben mit richtungsabhängigen Hoch- und Niederdruckventilen trägt, der den Zylinderraum in zwei Kammerhälften aufteilt und innerhalb des Zylinders ein elektronischer Regel- bzw. Steuerschaltkreis und gegebenenfalls Beschleunigungs-, Richtungs- und Weggeber für die Beschleunigung, die Bewegungsrichtung und den Weg des Zylinders gegenüber dem Kolben angeordnet sind.The invention relates to a self-regulating shock absorber, in particular for motor vehicles, consisting of one at both ends closed cylinder with a damping medium is filled and with a piston rod that plunges into the cylinder in a sealed manner and which is attached to the cylinder side End carries a piston sealed against the cylinder wall with directional high and low pressure valves, which divides the cylinder space into two chamber halves and within of the cylinder an electronic regulating or control circuit and, if necessary, acceleration, direction and displacement sensors for the acceleration, the direction of movement and the path of the cylinder relative to the piston are arranged.
Durch die deutsche Patentanmeldung P 33 12 899.5 ist ein Stoß-' dämpfer der genannten Gattung vorgeschlagen worden, bei dem die Kolbenstange zur Verbindung der beiden KammerhälftenThe German patent application P 33 12 899.5 is a shock ' Damper of the type mentioned has been proposed in which the piston rod to connect the two chamber halves
ZO eine Längsbohrung im Bereich des Kolbens und oberhalb desselben mindestens zwei die Längsbohrung durchsetzende, radiale Durchbrüche aufweist, die durch einen elektrisch gesteuerten Steuerschieber verschließbar sind, der mittels an der Kolbenstange angeordneter elektrischer Spule beweglich ist. Dabei ist der Steuerschieber ein hülsenförmiger Drehschieber, der koaxial die Kolbenstange im Bereich der Durchbrüche umfaßt und der in seiner Wandung entsprechend der Anzahl der Durchbrüche radiale Öffnungen aufweist, die bei Drehung ces Drenschiebers relativ zur Kolbenstange die Durchbrüche'mehr oder minder frei geben. Der Drehschieber ist als Rotor eines Schrittmotors ausgebildet, dessen Stator aus einer Mehrzahl von Magneten besteht, die je eine Erregerspule aufweisen und die Kolbenstange ebenfalls koaxial umgeben. Mit dieser Anordnung ist über den elektronischen Steüerschaltkreis eine selbsttätige Regelung des Stoßdämpfers möglich, bei ier der Stoßdämpfer momentan auf die sich ändernde Straßenlage anzusprechen imstande ist.ZO has a longitudinal bore in the area of the piston and above the same at least two radial openings penetrating the longitudinal bore, which can be closed by an electrically controlled control slide which is movable by means of an electrical coil arranged on the piston rod. The control slide is a sleeve-shaped rotary slide valve which coaxially surrounds the piston rod in the area of the openings and which has radial openings in its wall corresponding to the number of openings, which open the openings to a greater or lesser extent when the slide valve is rotated relative to the piston rod. The rotary slide valve is designed as a rotor of a stepping motor, the stator of which consists of a plurality of magnets, each of which has an excitation coil and also coaxially surrounds the piston rod. With this arrangement, automatic regulation of the shock absorber is possible via the electronic control circuit, in which case the shock absorber is able to respond momentarily to the changing road situation.
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Die vorliegende Erfindung fußt nun auf der Tatsache, daß Flüssigkeiten bekannt sind, die ihre Viskosität im elektrischen Feld abhängig von der angelegten Spannung ändert. Derartige Flüssigkeiten sind mehr oder weniger gute elektrisehe Isolatoren.The present invention is based on the fact that Liquids are known that change their viscosity in an electric field depending on the applied voltage. Such liquids are more or less good electrical Isolators.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstregelnden Stoßdämpfer der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der unter Vereinfachung seines Aufbaus sich die Eigenschaften eines Dämpfungsmediums mit elektrisch veränderbarer Viskosität zunutze macht.The invention is based on the object of creating a self-regulating shock absorber of the type mentioned at the outset, which, while simplifying its structure, has the properties of a damping medium with electrically changeable Makes use of viscosity.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Kombination folgender Merkmale:The solution to this problem is the combination of the following features:
a) Innerhalb des Zylinders bzw. eines äußeren Zylinders sind längs der Zylinderwandung mindestens zv/ei elektrisch leitende, voneinander elektrisch getrennte Streifen oder Schalen angeordnet, die direkt mit dem flüssigen Dämpfungsmedium in Verbindung stehena) Inside the cylinder or an outer cylinder, along the cylinder wall, there are at least zv / ei electrically conductive, electrically separated strips or shells arranged directly with the liquid damping medium stay in contact
b) das Dämpfungsmedium ist ein elektrischer Isolator und besitzt eine Viskosität, die sich im Dielektrikum abhängigb) the damping medium is an electrical insulator and has a viscosity that depends on the dielectric
2.0 von der elektrischen Feldstärke ändert2.0 changes from the electric field strength
c) an die beiden Streifen oder Schalen ist über Elektroden ein elektrisches Feld angelegt, dessen Spannung vom Steuerschal tkreis gemäß den errechneten momentanen Daten des Stoßdämpfers zur Änderung der Viskosität des Dämpfungsmedi ums geregelt wird.c) an electric field is applied to the two strips or shells via electrodes, the voltage of which is determined by the control circuit according to the calculated instantaneous data of the Shock absorber to change the viscosity of the damping medium is regulated.
Die Erfindung wendet somit ein flüssiges Dämpfungsmedium an, dessen Viskosität elektrisch beeinflußbar ist. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Flüssigkeit verändert sich entsprechend der Größe des Feldes die Viskosität,The invention thus applies a liquid damping medium whose viscosity can be influenced electrically. When an electric field is applied to this liquid it changes the viscosity varies according to the size of the field,
d.h. die Flüssigkeit wird 1 ei entfließender oder zähflüssiger. Die Flüssigkeit ist dabei ein mehr oder weniger guter Isolator, so daß die Verluste innerhalb aes Dämpfungsmediums aufgrund von dielektrischen Verschiebungsströmen gering sind.i.e. the liquid becomes more flowing or viscous. The liquid is a more or less good insulator, so that the losses within aes damping medium due to dielectric displacement currents are low.
Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer besitzt den hervorstechenden Vorteil, daß dessen Kolben und Kolbenstange in bekannter Weise einfach aufgebaut sein können. Durch die Regelung der angelegten Spannung zur Erzeugung eines elektrisehen Feldes wird momentan die Viskosität der Flüssigkeit geändert, wodurch diese mehr oder weniger leicht bei Bewegung des Kolbens die Ventildurchgänge passiert.The shock absorber according to the invention has the salient one The advantage that its piston and piston rod can be constructed simply in a known manner. Through the scheme the voltage applied to generate an electrical field is momentarily the viscosity of the liquid changed, whereby this more or less easily passes the valve passages when the piston moves.
Darüber hinaus besitzt der erfindungsgemäße Stoßdämpfer den Vorteil, daß bei Ausfall der angelegten Spannung der Stoßdämpfer wie ein normaler Stoßdämpfer reagiert.In addition, the shock absorber according to the invention has the advantage that if the applied voltage fails the shock absorber reacts like a normal shock absorber.
Der erfinüungsgemäße Stoßdämpfer kann somit über die Regelung der Viskosität sich praktisch ohne Zeitverzögerung jeder gegebenen Straßenlage anpassen. In vorteilhafter Weise sind sämtliche Aggregate innerhalb des Stoßdämpfers integriert.The shock absorber according to the invention can thus adjust the viscosity practically without any time delay Adjust road holding. All units are advantageously integrated within the shock absorber.
Des weiteren ermöglicht der erfindungsgemäße Stoßdämpfer, daß nunmehr jeder Stoßdämpfer für sich allein geregelt wird und sich jeder Stoßdämpfer unabhängig von den übrigen den momentanen Straßengegebenheiten selbsttätig anpaßt.Furthermore, the shock absorber according to the invention enables that Now each shock absorber is regulated by itself and each shock absorber is independent of the other current ones Automatically adapts to road conditions.
Darüber hinaus besitzt dieser Stoßdämpfer praktisch keine Massenträgheit, weil die Änderung der Viskosität des flüssigen Dämpfungsmediums bei Änderung der elektrischen Spannung bzw. des elektrischen Feldes augenblicklich erfolgt. Damit reagiert der Stoßdämpfer praktisch trägneitslos auf die Regelsignale des Steuerschaltkreises.In addition, this shock absorber has practically no inertia because of the change in viscosity of the liquid Damping medium when the electrical voltage changes or the electric field occurs instantaneously. In order to the shock absorber reacts practically without inertia to the control signals of the control circuit.
.-.eitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in cen ünteransorüchen gekennzeichnet.Other advantageous refinements of the invention are shown in cen uinter requirements marked.
Lin Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben.Lin example of the invention is shown in the drawing and then described.
Cabei zeigen:Show:
Fig. 1 einen Querschnitt durch.einen gesamten Stoßdämpfer zur Darstellung des Zylinders, der Kolbenstange mit Kolben, der metallenen Halbzylinder als Feldplatten und des Steuerschaltkreises undFig. 1 shows a cross section through.an entire shock absorber to represent the cylinder, the piston rod with piston, the metal half-cylinder as field plates and the control circuit and
IG Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Schnittlinie A-A unter Weglassung der Kolbenstange und des Kolbens.IG Fig. 2 shows a cross section through Fig. 1 along the cutting line A-A omitting the piston rod and piston.
Die in den Figuren beispielhaft gezeigte Ausführung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers besteht aus einem äußeren Zylinder 1, der gewöhnlich ein metallischer Zylinder ist und der an seinem unteren Ende eine Halterung 5 zur Befestigung Dei spielsweise am Rad eines Fahrzeuges aufweist. Das obere Ende dieses Zylinders 1 ist mittels eines Zylinderdeckels 2 verschlossen, der mittig eine Bohrung aufweist, durch die in den Zylinder eine Kolbenstange 3 hindurchragt. Das obere, äußere Ende der Kolbenstange 3 besitzt eine Halterung 4 zur Befestigung beispielsweise an der Karrosserie eines Fahrzeugs, das untere, eingetauchte Ende der Kolbenstange trägt einen Kolben 13.The embodiment of the invention shown by way of example in the figures The shock absorber consists of an outer cylinder 1, which is usually a metal cylinder and which has at its lower end a bracket 5 for attaching Dei, for example, to the wheel of a vehicle. The top The end of this cylinder 1 is by means of a cylinder cover 2 closed, which has a central bore through which a piston rod 3 protrudes into the cylinder. The top, the outer end of the piston rod 3 has a holder 4 for fastening, for example, to the body of a vehicle, the lower, submerged end of the piston rod carries a piston 13.
Innerhalb des äußeren Zylinders 1 ist ein weiterer Zylinder 6 angeordnet, der sich an die Zylinderwandung des Zylinders anschmiegt. Dieser Zylinder 6 besteht aus elektrischem Isoliermaterial und kann deshalb als Isolierzylinder bezeichnet werden. Dieser Isolierzylinder kann beispielsweise auch aus einem elektrisch nicht leitenden überzug, wie FarbauftragA further cylinder 6 is arranged within the outer cylinder 1 and is attached to the cylinder wall of the cylinder hugs. This cylinder 6 consists of electrical insulating material and can therefore be referred to as an insulating cylinder will. This insulating cylinder can, for example, also consist of an electrically non-conductive coating, such as paint
oder Beschichtung, bestehen, solange dieser eine ausreichende elektrische Durchschlagfestigkeit besitzt. Der Isolierzylinder 6 reicht dabei bis unterhalb des Zylinderdeckels Z, wie Fig. 1 zu entnehmen ist.or coating, exist as long as it has sufficient dielectric strength. The insulating cylinder 6 extends to below the cylinder cover Z, as can be seen in FIG. 1.
Innerhalb dieses Isolierzylinders 6 oder innerhalb dieser Isolierung gegenüber dem äußeren Zylinder 1 sind nun zwei elektrisch leitende Halbzylinder 7, 8 angeordnet, die vorzugsweise aus Metall bestehen. Sämtliche Stirnkanten dieser Halbzylinder 7, 8 sind in Abstand voneinander angeordnet, wobei in diesen Abstandsräumen'längs zur Längsachse des Stoßdämpfers Streifen 9, 10 aus Isoliermaterial angeordnet sind. Innerhalb des Abstandsraums der Bodenfläche beider Halbzylinder 7, 8 ist ein ebensolcher Isolierstreifen 11 angeordnet. ·Within this insulating cylinder 6 or within this Insulation from the outer cylinder 1, two electrically conductive half cylinders 7, 8 are now arranged, which are preferably made of metal. All front edges of these half cylinders 7, 8 are arranged at a distance from one another, wherein in these spacing spaces along the longitudinal axis of the shock absorber Strips 9, 10 are arranged from insulating material. Within Such an insulating strip 11 is arranged in the space between the bottom surface of the two half-cylinders 7, 8. ·
Damit bilden diese beiden Halbzylinder 7, 8 zwei sich gegenüberstehende, elektrisch voneinander isolierte Feldplatten zum Aufbau eines elektrischen Feldes innerhalb des Stoßdämpfers . Dazu ist jeder Halbzylinder 7, 8 über eine Zuführleitung mit einer Elektrode ZO, Zl verbunden, an die, wie in Fig. Z gezeigt ist, eine elektrische Spannung angelegt wird. ZO Dazu besitzt der Zylinderdeckel zwei Isolierdurchführungen 22, 23, vorzugsweise Glasdurchführungen, in denen die elektrischen Zuführleitungen jeweils für jeden Halbzylinder 7, 8 eingebettet sind. Auf den Isolierdurchführungen sind nunmehr die mit den Leitungen verbundenen Elektroden 20, 21 angeordnet. These two half-cylinders 7, 8 thus form two opposing, Field plates that are electrically isolated from one another to build up an electrical field within the shock absorber . For this purpose, each half cylinder 7, 8 is connected via a supply line to an electrode ZO, Z1, to which, as in FIG Fig. Z is shown, an electrical voltage is applied. ZO The cylinder cover has two insulating bushings for this purpose 22, 23, preferably glass feedthroughs, in which the electrical Feed lines for each half cylinder 7, 8 are embedded. There are now on the insulating bushings the electrodes 20, 21 connected to the lines are arranged.
Die beiden Halbzylinder 7,8 sind an ihrem oberen Ende mittels eines Isolierdeckels 12 verschlossen, der die Stirnkanten der Halbzylinder 7, 8 völlig überdeckt, so daß die Halbzylinder 7, 8 gegenüber dem Zylinderdeckel Z elektrisch isoliert sind.The two half cylinders 7,8 are closed at their upper end by means of an insulating cover 12, which the front edges of the Half cylinder 7, 8 completely covered so that the half cylinders 7, 8 are electrically isolated from the cylinder cover Z.
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Der Kolben 13 ist aufgebaut wie eia gewöhnlicher Kolben bekannter Stoßdämpfer, jedoch ist die periphere Mantelwan-Gung des Kolbens gegenüber den Halbyzlindern 7, 8 elektrisch isoliert. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Kolben 13 aus einem geeigneten nichtleitenden und widerstandsfähigen Kunststoff bestehen. Oder nur die periphere Manteloberfläche des Kolbens 13 weist eine elektrisch isolierende Schutzschicht aufj um so eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Halbzylindern 7,8 auszuschließen.The piston 13 is constructed like a conventional piston known shock absorber, but the peripheral jacket wall is of the piston against the half-cylinder 7, 8 electrically isolated. For this purpose, for example, the piston 13 from a suitable non-conductive and resistant Made of plastic. Or only the peripheral jacket surface of the piston 13 has an electrically insulating protective layer aufj so as to exclude an electrical connection between the two half-cylinders 7,8.
Ansonsten besitzt der Kolben 13 in bekannter Weise zwei Ventile 16, 17j die als Hoch- und Niederdruckventile ausgeführt sein können. Diese Ventile 16, 17 sind mittels Federpaketen 14, 15 abgedeckt. Die gesamte Anordnung aus Federpaket-Kolben-Federpaket ist auf das untere, verjüngte Ende der Kolbenstange aufgesetzt und mittels einer aufgeschraubten Mutter 31 gehaltert. Otherwise, the piston 13 has, in a known manner, two valves 16, 17j which are designed as high-pressure and low-pressure valves could be. These valves 16, 17 are covered by means of spring assemblies 14, 15. The entire arrangement of the spring package-piston-spring package is placed on the lower, tapered end of the piston rod and held by means of a screwed nut 31.
Der obere Teil der Kolbenstange 3 besitzt eine Bohrung 26, innerhalb der ein elektronischer Regel- oder Steuerkreis 24 angeordnet ist. Des weiteren sind innerhalb des Zylinders einThe upper part of the piston rod 3 has a bore 26 within which an electronic regulating or control circuit 24 is arranged. There are also a inside the cylinder
ZO 3eschleunigungs- und gegebenenfalls Weggeber 25 angeordnet, die ihre Signale bezüglich der Beschleunigung und des Weges dem Regel- und Steuerschaltkreis 24 übermitteln. Des weiteren weist die Kolbenstange oder der Zylinder einen (nicht gezeichneten) Richtungsgeber auf, der die momentane Richtung der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder diskriminiert und ebenfalls ein entsprechendes Ausgangssignal dem Regel- und Steuerschaltkreis 24 zuleitet. Des weiteren können über eine externe Zuleitung 28 weitere zur Regelung sinnvolle Daten, wie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder die Drehzahl des Motors, dem Regel- und Steuerschaltkreis 22 zugeführt werden, über den externen Anschluß 29 wird dem elektronischen Regel- und Steuerschaltkreis 24 die Versorgungsspannung zugeführt.ZO 3 acceleration and possibly displacement encoder 25 arranged, which transmit their signals relating to the acceleration and the path to the regulating and control circuit 24. Further if the piston rod or the cylinder has a direction indicator (not shown) that shows the current direction the piston rod is discriminated against the cylinder and also a corresponding output signal to the control and Control circuit 24 leads. Furthermore, additional data that are useful for regulation, such as the speed of the vehicle or the speed of the engine are fed to the regulating and control circuit 22, The supply voltage is fed to the electronic regulating and control circuit 24 via the external connection 29.
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Die durch den Kolben 13 gebildeten beiden Kammerhälften 18, 19 sind mit einem flüssigen Dämpfungsmedium 27 gefüllt. Dieses Dämpfungsmedium besitzt nun die Eigenschaft, daß sich dessen Viskosität im elektrischen Feld, abhängig von der elektrischen Feldstärke, ändert. Das bedeutet, daß eine derartige Flüssigkeit bei Änderung der elektrischen Feldstärke seine Fließeigenschaften ändert und somit einmal zähflüssiger oder leichtfließender wird. Dementsprechend verändert sich der Reibungswiderstand der Flüssigkeit beim Durchtritt durch die Ventile bei Relativbewegung des Kolbens gegenüber dem Zylinder.The two chamber halves formed by the piston 13 18, 19 are filled with a liquid damping medium 27. This damping medium now has the property that its viscosity changes in the electric field, depending on the electric field strength. It means that such a liquid changes its flow properties when the electric field strength changes, and thus once becomes more viscous or easy-flowing. The frictional resistance of the liquid changes accordingly Passes through the valves when the piston moves relative to the cylinder.
Wird deshalb an die beiden Halbzylinder 7, 8 über die Elektroden 20, 21 eine elektrische Spannung gelegt, so wird zwischen den beiden Halbzylindern 7, 8, die ja als Feldplatten wirken, ein elektrisches Feld aufgebaut, in welchem sich als Dielektrikum das Dämpfungsmedium 27 befindet. If, therefore, an electrical voltage is applied to the two half cylinders 7, 8 via the electrodes 20, 21, then so is between the two half cylinders 7, 8, which are called Field plates act, an electric field is built up in which the damping medium 27 is located as a dielectric.
Die an die Halbzylinder 7, 8 gelegte Spannung ist vorzugsweise eine Hochspannung, um eine ausreichende Viskositätsänderung der Dämpfungsflüssigkeit 27 zu erreichen. Aufgrund der eingegebenen Daten errechnet nunmehr der Regel- und Steuerschaltkreis 24 die optimale Einstellung des Stoßdämpfers und gibt ein entsprechendes Signal auf den externen Ausgang 30. Dieses Signal dient zur entsprechenden Steuerung der Spannung an den Elektroden 20, 21, wodurch wiederum entsprechend die Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit 27 aufgrund der sich ändernden Feldstärke zwischen den Halbzylindern 7, 8 geändert wird.The voltage applied to the half-cylinders 7, 8 is preferably a high voltage in order to achieve a sufficient change in viscosity to achieve the damping fluid 27. Because of Based on the data entered, the regulating and control circuit 24 now calculates the optimum setting of the shock absorber and sends a corresponding signal to the external output 30. This signal is used for the corresponding Control of the voltage on the electrodes 20, 21, which in turn adjusts the viscosity of the damping fluid 27 is changed due to the changing field strength between the half cylinders 7, 8.
Das erzeugte elektrische Feld ist vorzugsweise ein Gleichfeld, die an die Halbzylinder 7,8 angelegte Spannung vorzugsweise eine Gleichspannung. Die verwendete Dämpfungsflüssigkeit 27 besitzt hohe elektrische Isoliereigenschaften,The generated electric field is preferably a constant field, the voltage applied to the half cylinders 7, 8 is preferably a direct voltage. The damping fluid used 27 has high electrical insulating properties,
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um somit dielektrische Verluste klein zu halten.in order to keep dielectric losses small.
Die Erzeugung der notwendigen Gleichspannung geschieht über einen externen, nicht gezeigten, regel- bzw. steuerbaren Gleichspannungsgenerator. Dieser Generator braucht nur eine vergleichsweise geringfügige Leistung aufzuweisen, da zur Änderung der Viskosität nur geringe elektrische Verschiebungsströme notwendig und demzufolge die dielektrischen Verluste gering sind.The necessary DC voltage is generated by an external, not shown, regulatable or controllable DC voltage generator. This generator only needs to have a comparatively small amount of power, since for Change in viscosity, only small electrical displacement currents are necessary and consequently the dielectric losses are low.
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