DE3432465C2

DE3432465C2 -

Info

Publication number: DE3432465C2
Application number: DE3432465A
Authority: DE
Inventors: Bernd 5249 Hamm De Moser; Heinz 5208 Eitorf De Knecht
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1984-09-04
Filing date: 1984-09-04
Publication date: 1988-11-10
Also published as: GB2164120A; US4749070A; ES545579A0; BR8504168A; GB8521548D0; JPS6165929A; IT8521406A0; MX161488A; FR2569800A1; DE3432465A1; ES8608646A1; GB2164120B; IT1185172B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Schwingungsdämpfer bei dem ein an einer Kolbenstange befestigter Kolben mit Drosselorganen einen Arbeitszy linder in zwei Arbeitsräume unterteilt und bei dem der Arbeitszylinder an einen Ausgleichsraum angeschlossen ist, welcher mit dem oberen Arbeitsraum über mindestens eine Strömungsverbindung verbunden ist und bei dem eine regelbare Dämpfungsventileinrichtung zwischen dem oberen Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum vorgesehen ist.

Es sind Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. DE-OS 29 11 768), bei denen eine Regelung über einen Elektro magneten erfolgt und durch den die Verstellung der Dämp fungskraft bei niedriger Kolbengeschwindigkeit möglich ist. Nachteilig ist dabei, daß keine Veränderung der Dämpfungskräfte bei mittlerer und hoher Kolbengeschwin digkeit und somit auch keine Ventilkraftänderung bei mittlerer Kolbengeschwindigkeit möglich ist, da durch die Zugstange ein entsprechender Bypaß lediglich offenge halten oder geschlossen werden kann. Diese Anordnung ist daher lediglich als Bypaßventil vorgesehen und kann nur in Verbindung mit einer konventionellen Dämpfungskraft regelung verwendet werden. Die Regelbarkeit des Schwingungsdämpfers über einen in der hohlen Kolbenstange angeordneten Bypaß ist dabei sekundär und bewältigt nur einen eingeschränkten Anteil der Gesamtverdrängermenge des Dämpfungsmittels. Bei einer mittleren und hohen Kolbengeschwindigkeit treten allerdings große Verdränger mengen auf, die über die Bypaßverbindung nicht bewältigt werden können, so daß in diesem Geschwindigkeitsbereich die Dämpfungskraft kaum beeinflußt werden kann.

Darüber hinaus sind Schwingungsdämpfer oder Federbeine bekannt (z. B. DE-OS 32 31 739), bei denen die Dämp fungskraft ebenfalls verändert werden kann, jedoch ist auch bei dieser Vorrichtung ein wirksames Bypaßventil mit einer steuerbaren Querschnittsänderung parallel zu den Dämpfungsventilen vorgesehen. Dabei sollte dieses Bypaß ventilsystem leicht im vorhandenen Bauraum eines Schwin gungsdämpfers unterzubringen sein.

Die bekannten Vorrichtungen basieren prinzipiell auf einer analogen Verstellwirkung eines einzigen Strömungs querschnittes zur Dämpfungskraftbeeinflussung. Auch sind Verstellvorrichtungen (z. B. FR-PS 10 95 506) im Kolben bekannt, die über einen Elektromagneten einen einzigen Strömungsquerschnitt verstellen.

Neben diesen Ausführungen sind Dämpfer (z. B. DE-OS 32 41 984) zur stufigen Verstellung des Drosselquer schnittes mit einer einfachen Querschnittsvariabilität bekannt, wobei über mehrere Elektromagneten in rota torischer Bewegung ebenfalls nur eine einzige Quer schnittsgröße kontinuierlich schaltbar ist.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dämpfungsventileinrichtung für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer zu schaffen, bei dem die gewünschte Durchflußmenge wählbar und stufenförmig veränderbar ist, wobei gleichzeitig eine reaktionsschnelle Steuerung des Durchflusses und der Dämpfungskraft erzielt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Dämpfungsventileinrichtung mindestens zwei Elektromagnete umfaßt, wobei die Elektromagnete parallel und unabhängig voneinander ansteuerbar sind und jeweils einen Spulenkörper mit einer Wicklung und einen Anker aufweisen, der den Querschnitt der Strömungsverbindung beeinflußt.

Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, daß eine ein fache, störsichere Ansteuerung möglich ist, indem der Anker der einzelnen Elektromagnete direkt die Durchfluß menge und somit die Dämpfungskraft regeln, indem diese in die Strömungsverbindung eintauchen. Dabei kann der Anker des Elektromagneten die Strömungsverbindung direkt sperren oder nur teilweise, so daß eine ständig fließende Restmenge von Dämpfungsmittel möglich ist. Der gesamte Querschnitt der Dämpfungsmittel ist dabei in Einzel querschnitte aufgeteilt, wobei jedem einzelnen Elektro magneten ein entsprechender Einzelquerschnitt zugeordnet ist. Eine beliebige Ansteuerung von Einzelquerschnitten gestattet eine digitale Variabilität des Querschnittes der Strömungsverbindung. Vorteilhaft ist des weiteren, daß der üblicherweise zur Regelung der Dämpfungskraft herangezogene Kolben vergleichsweise einfach ausgebildet werden kann, da die Dämpfungskraftregelung ausschließlich durch das in der Strömungsverbindung angeordnete Dämp fungsventil erfolgt.

Eine besonders kostengünstige und fertigungstechnisch einfach zu gestaltende Ausführungsform wird erreicht, indem die Dämpfungsventileinrichtung in einem die Führung der Kolbenstange übernehmenden Führungsbauteil angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform kann zusätzlich zum Dämpfungsventil gleichzeitig noch die entsprechenden Strömungsverbindungen wie auch die Führung der Kolben stange übernehmen. Die entsprechenden elektrisch not wendigen Anschlüsse lassen sich an dieser Stelle besonders leicht nach außen führen.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß die Anker quer zur Mittelachse der Strömungsver bindung und koaxial zur Mittelachse des Arbeitszylinders angeordnet sind. Hierbei ergibt sich mit Vorteil, daß ein derartiges Dämpfungsventil unabhängig von der Durchfluß richtung betrieben werden kann. Durch die Einbringung des Ankers in die Strömungsverbindung wird der Strömungs widerstand entsprechend beeinflußt, so daß je nach Kolbengeschwindigkeit auch eine entsprechende Dämpfungs kraft vorhanden ist.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die Anker quer zur Mittelachse des Arbeitszylinders angeordnet. Diese Anord nung gestattet ein Anflanschen des Dämpfungsventiles am Außenrohr, wobei durch die Anordnung des Ankers quer zur Strömungsverbindung eine unabhängige Durchflußrichtung des Dämpfungsmittels beibehalten werden kann.

Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, daß die Strömungsverbindung als Ringkanal ausgebildet ist, wobei vom oberen Arbeitsraum zum Ringkanal und vom Aus gleichsraum zum Ringkanal entsprechende Verbindungskanäle vorgesehen sind. Es wird dabei das Dämpfungsmittel bei der Durchströmung des Dämpfungsventiles in den Ringkanal geleitet, so daß über den gesamten Umfang verteilt ange ordnete Anker den Strömungswiderstand beeinflussen. Bei einer solchen Konstruktion lassen sich problemlos mehrere Elektromagneten vorsehen, so daß durch eine parallele Ansteuerung und einer großen Anzahl von Ankern nicht nur ein weiter Bereich geregelt werden kann, sondern noch eine reaktionsschnelle, einfache und störungssichere Ansteuerung möglich ist. Durch die parallele Ansteuerung eines jeden Elektromagneten ist eine schnelle Schalt frequenz erzielbar. Um eine weitere Variabilität der Durchflußmenge des Dämpfungsmittels zu erzielen, ist nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß als Strömungsverbindung mehrere mit dem oberen Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum verbundene Verbindungskanäle vor gesehen sind, wobei in jeden Verbindungskanal mindestens ein Anker eines Elektromagneten eintaucht.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß als Strömungsverbindung vom oberen Arbeitsraum in den Aus gleichsraum eine gewünschte Anzahl von Einzelkanälen vorgesehen werden kann, die jeweils unabhängig vonein ander angesteuert werden können. Dabei ist jeder einzelne Verbindungskanal durch einen mit einem Anker versehenen Elektromagneten beaufschlagt. Durch das Eintauchen des Ankers in den Verbindungskanal wird eine Durchfluß regelung erzielt. Durch die parallele Ansteuerung ist jeder Verbindungskanal einzeln wie auch alle Verbindungs kanäle zusammen im Strömungswiderstand beeinflußbar. Dabei ist es unerheblich, ob die einzelnen Verbindungs kanäle einen gleichen Querschnitt aufweisen oder ob jeder einzelne Verbindungskanal einen unterschiedlich großen Querschnitt besitzt. Je nach Ausführungsform wird der Anker entsprechend dem Querschnitt des Verbindungskanales angepaßt.

Eine zusätzliche weitere Variabilität wird erzielt, wenn die Anker im Durchmesser unterschiedlich groß sind oder daß in jeweils eine Strömungsverbindung mehrere Anker eintauchen, wobei die Durchmesser der Anker gleich oder unterschiedlich groß sein können.

Ein derartig regelbares Dämpfungsventil bietet eine Viel zahl von Möglichkeiten im Hinblick auf die Dämpfungs kraftregelung, wobei eine angepaßte elektronische Steuerung und/oder ein entsprechender Sensor zur Aufnahme der gewünschten Parameter zur Ausnutzung der Möglich keiten mit herangezogen werden kann.

Des weiteren ist nach der Erfindung der in den oberen Arbeitsraum mündende Teil der Strömungsverbindung als Drossel ausgebildet. Eine solche Ausführung gestattet zu sammen mit dem Dämpfungsventil eine zweistufige Regelung der Dämpfungskraft. Die Ausbildung des Dämpfungsventiles kann dabei so ausgelegt werden, daß eine vollständige Sperrung oder auch nur eine teilweise Sperrung der Dämp fungsverbindung möglich ist.

Die Anker eines jeden Elektromagneten enthalten ein Rück führungssystem, welches beispielsweise als Rückholfeder, Permanent-Magnet oder Spule ausgebildet ist oder welches durch den Systeminnendruck eine Rückstellkraft erhält.

Die Anwendung des Dämpfungsventiles kann ohne weiteres bei Gasdruckdämpfern, Zweirohrdämpfern mit und ohne Systemdruck und hydropneumatischen Federelementen er folgen.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schwingungsdämpfer im Schnitt,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des in Fig. 1 dar gestellten Schwingungsdämpfers im Schnitt,

Fig. 3 einen Schwingungsdämpfer im Prinzip wie in Fig. 2 dargestellt mit einem zusätzlich vorgesehenen integrierten Sensor im Schnitt,

Fig. 4 ein im Kolbenstangenführungsbauteil angeordnetes Dämpfungsventil im Schnitt,

Fig. 5 einen Schnitt durch das in Fig. 4 dargestellte Dämpfungsventil,

Fig. 6 eine weitere Variante des in Fig. 4 dargestellten Dämpfungsventiles im Schnitt,

Fig. 7 einen Schnitt durch das in Fig. 6 dargestellte Dämpfungsventil.

Der in Fig. 1 dargestellte hydraulische Schwingungsdämpfer zeigt im wesentlichen den Arbeitszylinder 8, die Kolben stange 9, an deren Ende der Kolben 16 befestigt ist. Der Kolben 16 teilt den Innenraum des Arbeitszylinders 8 in den oberen Arbeitsraum 12 und den unteren Arbeitsraum 13. Der Kolben 16 besitzt Ventile 17, die der Grunddämpfung dienen. Zur Befestigung des Schwingungsdämpfers im Fahr zeug sind die Befestigungsvorrichtungen 18 und 19 vorge sehen.

Der Arbeitszylinder 8 ist durch ein Mantelrohr 20 umgeben, wobei im verbleibenden Zwischenraum der Ausgleichsraum 14 gebildet wird. Zwischen dem Ausgleichsraum 14 und dem oberen Arbeitsraum 12 bestehen entsprechende Strömungs verbindungen 4. Diese Strömungsverbindungen 4 sind Be standteil des Führungsbauteiles 10, welches gleichzeitig das Dämpfungsventil 1 aufnimmt. Die Dämpfungskraftregelung erfolgt über das Dämpfungsventil 1, in dem die Durchfluß menge vom oberen Arbeitsraum 12 zum Ausgleichsraum 14 ge regelt wird. Die elektrische Ansteuerung des Dämpfungsven tiles 1 wird durch die Anschlußleitungen 21 hergestellt. Die Kompensation des eintauchenden Kolbenstangenvolumens während des Betriebes erfolgt über Bodenventile 22, die den unteren Arbeitsraum 13 mit dem Ausgleichsraum 14 ver binden.

Fig. 2 zeigt einen Schwingungsdämpfer im Prinzip wie er in Fig. 1 dargestellt wurde, mit dem Unterschied, daß sowohl der Kolben 16 ein in einer Richtung wirkendes Ventil aufweist. Das Bodenventil 22 besteht ebenfalls aus einem einzigen in einer Richtung wirkenden Ventil. Diese Ventile dienen lediglich dem Volumenausgleich der eintauchenden Kolbenstange 9. Die Dämpfung erfolgt wie im Ausführungsbei spiel nach Fig. 1 vom oberen Arbeitsraum 12 über die Strömungsverbindungen 4 in den Ausgleichsraum 14.

Fig. 3 ist im Gegensatz zu der Ausführung nach der Fig. 2 mit einem zusätzlichen Sensor 23 ausgerüstet, welcher über die Anschlüsse 24 die Meßsignale erfaßt und bei Ver wendung einer entsprechenden Elektronik das Dämpfungsven til 1 über die Anschlußleitungen 21 entsprechend regelt. Als Sensor für die Erfassung von Kolbengeschwindigkeit, Kolbenweg, Kolben-Beschleunigung, Druck, Temperatur und Beladungszustand ist eine Vorrichtung nach dem Rohrkon densatorprinzip vorgesehen, welche über die Veränderung der Kapazität entsprechende Meßsignale liefert. Als Sensor 23 lassen sich jedoch auch andere Ausführungen verwenden, die ebenfalls über eine elektronische Auswertungselektronik 15 mit dem regelbaren Dämpfungsventil 1 zusammenarbeiten.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt eines Schwingungsdämpfers im Schnitt gezeigt, bei den die Kolbenstange 9 durch ein Führungsbauteil 10 geführt wird. Der Arbeitszylinder 8 bildet zusammen mit dem Mantelrohr 20 den Ausgleichs raum 14. Das Führungsbauteil 10 übernimmt über die Buchse 25 die Führung und Zentrierung der Kolbenstange 9, wobei die Kolbenstangendichtung 26 den oberen Arbeitsraum 12 sowie den Ausgleichsraum 14 gegenüber der Atmosphäre ab dichtet. Die Buchse 25 wird durch ständig mitgerissenes Dämpfungsmittel benetzt, so daß eine einwandfreie Schmierung gegeben ist. Zuviel mitgerissenes Dämpfungsmittel sammelt sich in dem Ringraum 27 und wird über die Verbindung 28 zurück in den Ausgleichsraum 14 geführt. Die ebenfalls im Führungsbauteil 10 vorhandene Strömungsverbindung 4 dient der Durchflußmengenregelung in Verbindung mit dem Dämpfungs ventil 1.

Das Dämpfungsventil 1 besteht aus einem Elektromagneten 2, der aus einem Spulenkörper 3 und einer Wicklung 6 sowie einem Anker 5 zusammengesetzt ist. Wird der Elektromagnet über die Anschlußleitungen 21 mit Strom beaufschlagt, so taucht der Anker 5 in die vorgesehene Ausnehmung 29 ein und verschließt somit die Strömungsverbindung 4 zwischen dem oberen Arbeitsraum 12 und dem Ausgleichsraum 14. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungsventil 1 Be standteil des Führungsbauteiles 10. Es sind zur Erzielung einer variablen Durchflußmenge des Dämpfungsmittels mehrere über den Umfang des Führungsbauteiles 10 verteilt ange ordnete Elektromagneten 2 vorgesehen. Die Elektromagneten 2 mit ihren Ankern sind im Führungsbauteil 10 parallel und koaxial zur Mittelachse 7 des Arbeitszylinders 8 angeordnet, dabei sind die Anker 5 quer zur Strömungsverbindung 4 vorge sehen, so daß der Durchfluß des Dämpfungsmittels in beiden Richtungen erfolgen kann.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch ein Führungsbauteil 10 ge zeigt, bei dem über den Umfang verteilt mehrere Elektro magneten 2 angeordnet sind. Jedem Elektromagneten 2 ist ein Anker 5 zugeordnet, der in jeweils eine Strömungsver bindung 4 eintauchbar ist. Durch diese Anordnung mit insge samt 8 Elektromagneten entsteht eine große Variabilität zur Regelung des Durchflusses für das im Arbeitszylinder 8 be findliche Dämpfungsmittel.

Fig. 6 zeigt eine weitere Variante eines Dämpfungsventiles 1, bei dem die Strömungsverbindung 4 als Kanal 11 ausge bildet ist. Dabei sind mehrere Kanäle 11 radial verlaufend über den gesamten Umfang verteilt. In jeden Kanal 11 taucht ein Anker 5 eines Elektromagneten 2 ein, so daß wie die Fig. 7 in Draufsicht zeigt eine entsprechende Anzahl von Elektromagneten mit einer gewünschten Anzahl von Anker den Durchfluß in den Kanälen 11 vollständig oder auch nur teilweise sperren oder öffnen kann. Durch die Verwendung von Ankern mit unterschiedlich großen Durchmessern und einer entsprechend angepaßten Elektronik wird nicht nur eine große Variabilität sondern auch eine schnelle Schalt frequenz erreicht.

Bezugszeichenliste 1 Dämpfungsventil
2 Elektromagnet
3 Spulenkörper
4 Strömungsverbindung
5 Anker
6 Wicklung
7 Mittelachse des Arbeitszylinders
8 Arbeitszylinder
9 Kolbenstange
10 Führungsbauteil (Kolbenstangenführung)
11 Kanal
12 oberer Arbeitsraum
13 unterer Arbeitsraum
14 Ausgleichsraum
15 Auswertungselektronik
16 Kolben
17 Ventile
18 Befestigungsvorrichtung
19 Befestigungsvorrichtung
20 Mantelrohr
21 Anschlußleitung
22 Bodenventile
23 Sensor
24 Anschlüsse
25 Buchse
26 Kolbenstangendichtung
27 Ringraum
28 Verbindung
29 Ausnehmung
30 Drossel

Claims

1. Hydraulischer Schwingungsdämpfer bei dem ein an einer Kolbenstange befestigter Kolben mit Drosselorganen einen Arbeitszylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt und bei dem der Arbeitszylinder an einen Ausgleichs raum angeschlossen ist, welcher mit dem oberen Arbeitsraum über mindestens eine Strömungsverbindung verbunden ist und bei dem eine regelbare Dämpfungs ventileinrichtung zwischen dem oberen Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsventileinrichtung (1) mindestens zwei Elektromagnete (2) umfaßt, wobei die Elektromagnete (2) parallel und unabhängig voneinander ansteuerbar sind und jeweils einen Spulenkörper (3) mit einer Wicklung (6) und einen Anker (5) aufweisen, der den Querschnitt der Strömungsverbindung (4) beeinflußt.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsventileinrichtung (1) in einem die Führung der Kolbenstange (9) übernehmenden Führungs bauteil (10) angeordnet ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker (5) quer zur Mittelachse der Strömungs verbindung (4) und koaxial zur Mittelachse (7) des Arbeitszylinders (8) angeordnet sind.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker (5) quer zur Mittelachse (7) des Ar beitszylinders (8) angeordnet sind.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung (4) als Ringkanal (11) ausgebildet ist, wobei vom oberen Arbeitsraum (12) zum Ringkanal (11) und vom Ausgleichsraum (14) zum Ring kanal (11) Verbindungskanäle (15) vorgesehen sind.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungsverbindung (4) mehrere mit dem oberen Arbeitsraum (12) und dem Ausgleichsraum (14) verbun dene Verbindungskanäle vorgesehen sind, wobei in jeden Verbindungskanal mindestens ein Anker (5) eines Elek tromagneten (2) eintaucht.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker (5) im Durchmesser unterschiedlich groß sind.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeweils eine Strömungsverbindung (4) mehrere Anker (5) eintauchen.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in den oberen Arbeitsraum (12) mündende Teil der Strömungsverbindung (4) als Drossel (30) ausge bildet ist.