DE3346352C1 - Regelbares Ventil für die Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers - Google Patents

Description

• Mit dem regelbaren Ventil nach der Erfindung werden die Vorteile erreicht, daß ein derartig ausgerüsteter Schwingungsdämpfer sich praktisch ohne Zeitverzöge- rung selbsttätig regelnd jeder momentan äußeren Änderung, beispielsweise der Straßenlage, anpaßt. Der Steuerschieber des Ventils besitzt nur eine sehr geringe Massenträgheit, weshalb die Hülse praktisch trägheitslos auf die wechselnde Erregung der Elektromagnete reagiert. Des weiteren besitzt das Ventil den Vorteil, daß nunmehr auch bei hoher Durchströmgeschwindigkeit des Dämpfungsmediums durch die Radialkanäle der Kolbenstange Verwirbelungen des Dämpfungsmedz um keinen Einfluß mehr auf den Steuerschieber haben, wenn dieser in beliebigen Zwischenstellungen zwischen den Endstellungen steht. Das durchströmende Medium kann auf den Steuerschieber kein unsymmetrisches Moment übertragen, welches den Steuerschieber aus der eingestellten Stellung bewegen könnte. Des weiteren ist es nun möglich, den Weg des Steuerschiebers von der Schließstellung bis zur Offenstellung in beliebig viele oder kleine Schritte zu unterteilen, wodurch eine sehr genaue Regelung bzw. Steuerung des Steuerschiebers möglich ist. Hinzu kommt der einfache Aufbau des Ventils, wobei nur noch die Kolbenstange Radialkanäle trägt, die eben von der Hülse mehr oder weniger abgedeckt werden. Dabei kann die Form der Radialkanäle innerhalb der Kolbenstange beliebig sein. Der Steuerschieber selbst ist eine einfache Hülse, die, zusammen mit den übrigen Teilen des Schrittmotors, leicht herzustellen sind. Von entscheidendem Vorteil ist, daß es hier auf die Ausbildung der Strömungsverhältnisse nach dem Austritt des Dämpfungsmediums aus den Radialkanälen der Kolbenstange nicht ankommt, weil durch das Dämpfungsmedium keine unsymmetrische Kraftübertragung auf die Hülse stattfindet. Die Wirkungsweise des Steuerschiebers wird somit vom Durchströmen des Dämpfungsmediums durch die mehr oder weniger freigegebenen Radialkanäle innerhalb der Kolbenstange nicht beeinflußt.
• Zur Ausgestalung des regelbaren Ventils als Schrittmotor ist auszuführen, daß Schrittmotoren als solche bekannt sind.
• Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben.
• Dabei zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Einrohr-Schwingungsdämpfer mit Zylinder, Kolbenstange und Kolben zur Darstellung des Ventils und des Schrittmotors und F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung der Hülse und der Schalenkerne mitsamt den Erregerspulen, die zusammen den Schrittmotor des Ausführungsbeispiels bilden.
• Gemäß der F i g. 1 besteht der Schwingungsdämpfer 1 aus einem Zylinder 2, der beidendig geschlossen und mit mindestens einem Dämpfungsmedium gefüllt ist, wobei dieses eine Flüssigkeit und/oder ein Gas sein kann. Das obere Ende des Zylinders ist mittels eines Zylinderdeckels 16 verschlossen, der beispielsweise in den Zylinder eingeschraubt ist. Durch den Zylinderdekkel 16 ragt eine Kolbenstange 3 in den Zylinder 2 hinein, wobei der Durchgang mittels einer Ringdichtung 17 zur Kolbenstange abgedichtet ist. Am oberen Ende der Kolbenstange und am unteren Ende des Zylinders sind jeweils eine Halterung 4, 5 zur Befestigung des Schwingungsdämpfers 1 einerseits an der Karosserie und andererseits am Rad oder an der Achse des Fahrzeugs angeordnet. Die Kolbenstange besitzt vorzugsweise eine Längsbohrung 48, in der ein elektronischer Regel- bzw.
• Steuerschaltkreis 46 angeordnet ist Die Kolbenstange 3 weist an ihrem zylinderseitigen Ende 15 einen Kolben 8 auf, der in bekannter Weise scheibenförmig ausgebildet ist Dieser Kolben ist mittels einer Mutter 14, die auf das untere Ende der Kolbenstange 15 aufgeschraubt ist, fest mit der Kolbenstange verbunden.
• Der Kolben 8 kann ein gewöhnlicher Kolben sein, wie er im Stoßdämpferbau bekannt ist, weshalb der Kolben 8 Durchgangsbohrungen 9, 10 aufweist, die mittels Federpaketen 11, 12 abgedeckt sind. Die Federn können z. B. unterschiedliche Federwerte aufweisen, wodurch der Kolben 8 ein Hochdruck- und ein Niederdruckventil darstellt. Der Kolben 8 teilt den Zylinderinnenraum in eine untere Kammer 6 und in eine obere Kammer 7, die somit in der in F i g. 1 gezeigten Ausführung über die Durchgangsbohrungen 9, 10 miteinander in Verbindung stehen.
• Das untere Ende 15 der Kolbenstange 3 weist, ausgehend von der Stirnfläche der Kolbenstange, eine Längsbohrung 26 auf, die zentrisch zur Längsachse der Kolbenstange 3 verläuft und sich bis über den Kolben 8 erstreckt Quer zu dieser Längsbohrung 26 besitzt die Kolbenstange 3 oberhalb des Kolbens 8 mindestens einen Durchbruch 27, der radial die Längsbohrung 26 durchsetzt, wobei die Anzahl der Durchbrüche oder Radialkanäle beliebig sein kann. In F i g. 1 ist der gezeigte Durchbruch eine Querbohrung 27 längs eines Durchmessers der Kolbenstange 3. Damit verbinden die Bohrungen 26, 27 die Kammerhälften 6, 7 miteinander und schaffen so bei der bevorzugten Verwendung des Kolbens 8 mit Hoch- und Niederdruckventilen zusätzlich einen Bypass, gebildet aus diesen Bohrungen 26,27.
• Auf der Kolbenstange ist ein hülsenförmiger Steuerschieber 25 angeordnet, der auf der Kolbenstange frei verschieblich nach oben und unten ist. Zur Begrenzung des Weges des Steuerschiebers nach oben in Richtung zum Zylinderdeckel 16 besitzt die Kolbenstange 3 eine umlaufende Schulter 18, so daß der Steuerschieber 25 nur auf dem unteren, verjüngten Teil der Kolbenstange 3 läuft Oberhalb der Schulter 18 ist auf die Kolbenstange 3 eine Scheibe 19 aufgesetzt, beispielsweise aufgeschraubt Eine Hülse 20 ist ihrerseits an ihrem oberen Ende mit einem Innengewinde versehen und auf die periphere Stirnwandung der Scheibe 19 aufgeschraubt.
• Diese Hülse 20 erstreckt sich nach unten im Bereich des Steuerschiebers 25 ungefähr bis oberhalb des Durchbruches 27 innerhalb der Kolbenstange 3. Die Hülse 20 besitzt an ihrem unteren, dem Durchbruch 27 zugewandten Ende, einen umgebördelten Rand 51.
• Innerhalb dieser Hülse 20 sind mehrere torusförmige Schalenkerne 21, 22, 23 angeordnet, wobei deren Aufbau, zusammen mit dem Steuerschieber 25, anhand der F i g. 2 beschrieben wird.
• Gemäß Fig.2 besitzt der Steuerschieber 25 eine Mehrzahl von hervorstehenden Ringen 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, die voneinander gleiche Abstände haben. Der Steuerschieber 25 besteht vorzugsweise aus weichmagnetischem Material, beispielsweise Weicheisen. Der nutenförmige Zwischenraum zwischen je zwei Ringen kann beispielsweise mittels (nicht dargestelltem) Kunststoff aufgefüllt sein, so daß die Stirnflächen sämtlicher Ringe zusammen mit den peripheren umlaufenden Ringflächen der Kunststoffummantelungen, eine geschlossene Manteloberfläche des Steuerschiebers bilden.
• Innerhalb der Hülse 20 sind übereinander die Schalenkerne 21, 22, 23 angeordnet, die torusförmig den Steuerschieber 25 umgeben. Jeder einzelne Schalenkern 21, 22, 23 besitzt zwei torusförmige Pol-schuhe 30, 31, die zwischen sich einen Aufnahmeraum für je eine Erre- gerspule 42, 43, 44 aufweisen. Der Schalenkern besteht dabei vorzugsweise ebenfalls aus magnetisch weichem Material, beispielsweise Weicheisen. Die Schalenkerne sind dergestalt angeordnet, daß die Polschuhe ringförmig den Ringen 32-41 des Schiebers 25 unter Belassung eines geringen Luftspaltes gegenüberstehen. Die Erregerspulen 42, 43, 44 sind einzeln ansteuerbar und über (nichtgezeigte) Leitungen mit dem Regel- bzw.
• Steuerschaltkreis 46 verbunden.
• Bevorzugt besteht ein Schalenkern aus einem rohrförmigen Zylinder 54, an dem einstückig ein Boden 55 angeformt ist. Der Zylinder 54 wird auf seiner Oberseite durch einen Deckel 56 abgeschlossen. Der Boden 55 und der Deckel 56 besitzen je eine zentrische Bohrung, deren Durchmesser geringer ist, als der lichte Durchmesser des Zylinders 54. In diesem dadurch gebildeten ringförmigen Innenraum ist die Erregerspule angeordnet Der Boden 55 und der Deckel 56 bilden mit ihren inneren, stirnseitigen Schmalflächen 57 jeweils die Polschuhe 30,31 des Schalenkerns.
• Der Aufbau dieser Anordnung ist dergestalt, daß die Schalenkerne zusammen mit ihren Erregerspulen und dem Steuerschieber einen Schrittmotor, und zwar einen Linearmotor, bilden. Dabei hängt die Größe des einzelnen Schrittes von der Anzahl der Ringe des Schiebers, der Anzahl der Polschuhe und dem Abstand der Polschuhe voneinander ab. Vorzugsweise besteht der Steuerschieber aus magnetisch weichem Werkstoff, wobei der Steuerschieber mitsamt den Ringen ein einstückiges Drehteil bildet. Damit stehen sämtliche Ringe untereinander in magnetischer Verbindung.
• In F i g. 2 ist eine solche Gestaltung des Steuerschiebers 25 und der Erregerspule gewählt, bei der die Polschuhe 30, 31 der einzelnen Schalenkerne 21,22,23 den doppelten Abstand aufweisen, wie zwei benachbarte Ringe des Schiebers 25. Zur Auffüllung der Hülse 20 im oberen Bereich oberhalb der obersten Erregerspule 23 dient ein Füllring 24, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Zur Abstandshalterung der einzelnen Schalenkerne 21, 22, 23 dienen dazwischen angeordnete scheibenförmige Abstandsscheiben 28, 29, die magnetisch isolierend sind und somit zur scharfen Trennung der magnetischen Erregung und somit der magnetischen Feldlinien innerhalb zweier benachbarter Schalenkerne dienen. In dem hier gezeigten Beispiel beträgt die Dicke dieser Abstandsscheiben 28, 29 gleich die Dicke eines Ringes, die bevorzugt wiederum gleich der Dicke der Polschuhe 30,31 ist.
• Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventils ist folgende: Beide Figuren zeigen den Steuerschieber 25 in seiner vollständig geöffneten Stellung, so daß der untere Rand des Steuerschiebers 25 gerade den Durchbruch 27 vollständig freigibt. Dazu wird die Erregerspule 42 erregt, so daß sich magnetische Feldlinien 50, wie in F i g. 2 gezeigt, zwischen den Polschuhen 30,31 und den Ringen 32,34 ausbilden. In dieser Stellung wird somit der Steuerschieber 25 gehalten, solange die Erregerspule 42 erregt ist. Wird nun die Erregerspule 43 erregt und die Spule 42 abgeschaltet, so bewegt sich der Steuerschieber 25 um einen Schritt - der der Dicke eines Ringes entspricht - nach unten, so daß die Ringe 35, 37 den Polschuhen des Schalen kerns 22 gegenüberstehen. Dadurch haben sich gleichzeitig die Ringe 38, 40 bis auf einen Schritt den Polschuhen des Schalenkerns 23 angenähert. Wird nun beim nächsten Schritt die Erregerspule 44 erregt und die Spule 43 ausgeschaltet, so bewegt sich aufgrund der Tatsache der Minimisierung der Ener- gie im magnetischen Feld der Steuerschieber 25 einen weiteren Schritt nach unten, indem die Ringe 38, 40 nunmehr den Polschuhen des Schalenkerns 23 gegenüberstehen. Zum nächsten Schritt wird nunmehr wieder die Erregerspule 42 des Schalenkerns 21 erregt und die Spule 44 abgeschaltet Dadurch wandern die Ringe 33, 35 in den unmittelbaren Bereich der Polschuhe des Schalenkerns 21. Zur Ausführung des letzten Schrittes wird wiederum die Erregerspule 44 des Schalenkerns 23 erregt und die vorher erregte Spule abgeschaltet. Dadurch wandern die Ringe 39, 41 in den Bereich der Polschuhe des Schalenkerns 23, womit der Steuerschieber 25 seinen Weg nach unten beendet hat und der Radialkanal 27 vollständig verschlossen ist. Zum Heben des Steuerschiebers 25 wird in umgekehrter Reihenfolge verfahren, also beginnend mit Erregung der Erregerspule 43 des Schalenkerns 22, danach Erregung der Erregerspule 42 des Schalenkerns 21, danach Spule 44, danach Spule 43 und zum Schluß Spule 42.
• Sollte die elektrische Spannungsversorgung ausfallen, so besitzt der Schwingungsdämpfer den Vorteil, daß der Steuerschieber mittels einer Feder 52 in die Schließstellung gedrückt wird. Diese Stellung ist die Ruhestellung des Steuerschiebers.
• Der Regel- bzw. Steuerschaltkreis 46 weist vorzugsweise einen Mikrocomputer und/oder einen Mikroprozessor auf, der sämtliche Steuersignale innerhalb des Stoßdämpfers gewinnt, wie Beschleunigung mittels eines Beschleunigungsgebers 49, Weg des Schwingungsdämpfers mittels eines Weggebers (P 33 12 881.2) und entsprechend den errechneten Dämpfungswerten die Erregerspulen ansteuert zur Höhenverstellung des Steuerschiebers 25. Dadurch kann der Steuerschieber für die jeweilige Situation optimal eingestellt werden.
• Die Spannungsversorgung des Regel- bzw. Steuerschaltkreises 46 kann extern über eine Zuleitung 47 geschehen. Ebenso ist es möglich, innerhalb des Schwingungsdämpfers eine interne Energiequelle vorzusehen, beispielsweise einen Weicheisenkern mit Erregerspule, an dem ein Magnet vorbeiläuft. Die in der Drahtwicklung induzierte Spannung dient dann der internen Spannungsversorgung des Regel- bzw. Steuerschaltkreises.
• Zusätzlich können dem Regel- bzw. Steuerschaltkreis 46 extern weitere Signale, wie zum Beispiel die Drehzahl des Motors, zugeführt werden.
• In bevorzugter Ausführung ist der untere Teil 53 der Kolbenstange 3, beispielsweise in F i g. 1 ab der gezeigten oberen Bruchlinie, aus antimagnetischem Material, z. B. aus Messing, hergestellt. Ebenso bestehen die Abstandsscheiben 28 29 aus antimagnetischem Material.
• Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer kann in bekannter Weise als Einrohr- oder als Zweirohr-Schwingungsdämpfer ausgeführt sein, wobei im letzteren Fall am kolbenseitigen Ende des inneren Zylinderrohres noch mindestens ein Ventil angeordnet ist, durch welches Dämpfungsflüssigkeit in den äußeren Zylinder strömen kann. Das Gaspolster zum Druckausgleich befindet sich hier im äußeren Zylinder, wenn ein System mit flüssigem Dämpfungsmedium Verwendung findet.
• Liste der Bezugszeichen 1 Schwingungsdämpfer 2 Zylinder 3 Kolbenstange 4,5 Halterungen 6 untere Kammerhälfte 7 obere Kammerhälfte 8 Kolben 9, 10 Ventilbohrungen 11,12 Ventilfedern 13 Ringdichtung 14 Mutter 15 unteres Ende der Kolbenstange 16 Zylinderdeckel 17 Ringdichtung 18 Schulter 19 Scheibe 20 Hülse 21,22,23 torusförmige Schalenkerne 24 Füllring 25 Schieber 26 Längsbohrung 27 Querbohrung 28,29 magnetisch isolierende Abstandsscheiben 30,31 scheibenförmige Polschuhe 32-41 Ringe 42,43,44 Erregerspulen 45 Bewegungs-Doppelpfeil 46 Regelschaltkreis 47 Stecker für Spannungsversorgung 48 Bohrung der Kolbenstange 49 Beschleunigungsgeber 50 magnetische Feldlinie 51 umbördelter Rand 52 Druckfeder 53 unterer Teil der Kolbenstange 54 rohrförmiger Zylinder 55 Boden 56 Deckel 57 innere, stirnseitige Schmalfläche Hierzu 2 Blatt Zeichnungen - Leerseite -

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Regelbares Ventil für die Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers, der einen Zylinder und die Kolbenstange mit Kolben umfaßt, der das Volumen des Zylinders in zwei Kammern aufteilt, wobei die Kolbenstange im Bereich des Kolbens eine Längsbohrung und oberhalb desselben die Längsbohrung durchsetzende Radialkanäle aufweist, die gemeinsam zur Verbindung der beiden Kammern eine Passage bilden, welche durch einen in axialer Richtung der Kolbenstange beweglichen Steuerschieber verschließbar ist, der mittels an der Kolbenstange angeordnetem Elektromagneten und einem elektrischen Kreis zum Erregen desselben auf und ab beweglich ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) der Steuerschieber ist eine Hülse (25), die die Kolbenstange (3) umschließt und auf dieser im Bereich der Radialkanäle (27) über deren Öffnungen hinweg beweglich angeordnet ist, b) die Hülse (25) weist an der Mantelwandung in Querschnittsebenen liegende, übereinander angeordnete Ringe (32-41) aus magnetischem Werkstoff auf, die untereinander magnetisch in Verbindung stehen, c) der Elektromagnet besteht aus einer Mehrzahl von selektiv ansteuerbaren Erregerspulen (42, 43, 44) mit Schalenkernen (21, 22, 23), die in Längsrichtung der Kolbenstange (3) übereinander angeordnet und zu dieser ortsfest sind, d) die Erregerspulen (42, 43, 44) mit Schalenkernen (21,22, 23) bilden den Stator eines Schrittmotors, wobei die Hülse (25) den beweglichen Teil desselben bildet 2. Regelbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (42, 43, 44) umschliesenden Schalenkerne (21, 22, 23) die Kolbenstange (3) und die Hülse (25) ringförmig umschließen und in einer weiteren Hülse (20) gehaltert sind, die zentrisch fest mit der Kolbenstange verbunden ist, wobei die Schalenkerne Polschuhe (30,31) besitzen, die den Ringen (32-41) der Hülse (25) mit geringem Abstand gegenüberstehen.

   3. Regelbares Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (25) aus magnetisch weichem Werkstoff besteht.

   4. Regelbares Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung der Hülse (25.) in fünf Schritten diese zehn Ringe (32-41) in äquidistanten Abständen trägt und daß drei Schalenkerne (21, 22, 23) mit je zwei Polschuhen (30, 31) vorhanden sind, wobei die Polschuhe eines Schalenkerns voneinander einen Abstand haben der gleich dem doppelten Abstand zweier benachbarter Ringe der Hülse ist.

   5. Regelbares Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kolbenstange (3) eine Scheibe (19) geschraubt ist, auf deren Stirnfläche die Hülse (20) zur Halterung der Schalenkerne (21, 22, 23) mitsamt den Erregerspulen (42, 43, 44) geschraubt ist.

   6. Regelbares Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (53) der Kolbenstange (3) im Bereich der Hülse (25) aus antimagnetischem Material besteht.

   7. Regelbares Ventil nach den Ansprüchen 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Schalenkernen (21, 22, 23) Abstandsscheiben (28, 29) angeordnet sind, die aus antimagnetischem Material bestehen.

   Die Erfindung geht aus von einem regelbaren Ventil für die Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

   Durch die DE-PS 29 11 768 ist ein regelbarer Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt geworden, der aus einem mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Zylinder und mit einem den Zylinder übergreifenden zylindrischen Topf besteht, der innen zentrisch und axial eine Kolbenstange trägt, die in den Zylinder eintaucht und die an ihrem Ende eine gegen die Zylinderwand abgedichtete Scheibe trägt, die den Zylinderraum in zwei Kammerhälften aufteilt und die richtungsabhängige Hoch- und Niederdruckventile aufweist; In einer axialen Bohrung der Kolbenstange ist ein in axialer Richtung federbelasteter Steuerschieber beweglich angeordnet, der in Ruhestellung/Arbeitsstellung eine zusätzliche Durchgangsöffnung zwischen den beiden Kammerhälften schließt. Zur Bewegung des Steuerschiebers ist derselbe in axialer Richtung an einem Anker angeordnet, der in eine elektrische Spule eintaucht, die innerhalb der Längsbohrung im oberen Teil der Kolbenstange angeordnet ist und die eine elektrische Zuführleitung von außerhalb des Stoßdämpfers aufweist. Der Zylinder weist an seinem oberen Ende mindestens einen Dauermagneten auf, wobei an der zylindrischen Innenwandung des Topfes in axialer Richtung mindestens eine Spule angeordnet ist, die ebenfalls eine Zuführleitung von außerhalb des Stoßdämpfers besitzt.

   Dieser regelbare Stoßdämpfer besitzt den Nachteil, daß er zum Einsatz in einem geregelten System zum schnellen Reagieren auf die Schwingungsänderungen der bewegten Massen aufgrund Änderungen beispielsweise der Straßengegebenheiten ungeeignet ist. Denn der Steuerschieber dieses Schwingungsdämpfers ist nur dafür vorgesehen, die Passage entweder vollständig zu schließen oder vollständig freizugeben. Es ist praktisch nicht möglich, durch Variieren des Steuerstromes genau definierte und reproduzierbare Zwischenstellungen des Ankers innerhalb der Spule zu erreichen, weshalb dieser Stoßdämpfer zum momentanen Reagieren auf sich ändernde Gegebenheiten mit optimaler Dämpfungseinstellung nicht geeignet ist.

   Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde.

   ein regelbares Ventil für die Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers zu schaffen, welches praktisch trägheitslos auf Änderungen von äußeren Gegebenheiten, beispielsweise der Straßenlage, optimal reagiert, wobei keine Verfälschung der Stellung des Steuerschiebers auftreten soll, damit sich das Ventil praktisch verzögerungsfrei allen momentanen Änderungen optimal anpaßt.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Patentanspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.