DE3606306A1 - Betaetigungseinrichtung fuer einen schwingungsdaempfer mit veraenderbarer daempfkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinrichtung für einen Schwingungsdämpfer mit veränderbarer Dämpfkraft gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Betätigungseinrichtung für die Veränderung der Dämpf­ kraft wird durch die DE-Pat Anm.-Nr. P 34 46 133 vorgeschlagen. Die Betätigungselemente sind hierbei als Drehschieber ausgebildet und werden entgegen der Kraft einer Rückstellfeder aus der Null-Lage mittels elektromotorischer Verstellung bis zu einem jeweiligen Anschlag gefahren, wodurch eine Dämpfkraftänderung infolge Öff­ nens oder Schließens eines Durchlaßquerschnittes in einem Bypaß­ kanal bewirkt wird. Für den gesamten Verstellweg wird der Elek­ tromotor mit der vollen Motorspannung versorgt. Erst nach Ablauf einer bestimmten Zeit, die so bemessen ist, daß durch den Elek­ tromotor die Endlage sicher erreicht ist, erfolgt üblicherweise mittels eines Zeitschaltgliedes eine Umschaltung auf eine Halte­ spannung. Diese Haltespannung muß so groß sein, daß der Elektro­ motor das jeweilige Betätigungselement entgegen der Kraft der Rückholfeder sicher in der Endstellung hält. Nachteilig ist da­ bei, daß die volle Motorspannung länger als erforderlich anliegt und dadurch eine unnötige Erwärmung des Elektromotors erfolgt. Da außerdem mit dem vollen Motormoment gegen den Anschlag gefah­ ren wird, treten erhebliche Anschlagstöße auf, denen durch ent­ sprechend starke Dimensionierung der Teile begegnet werden muß und die nach längerem Betrieb dennoch einen erheblichen Verschleiß insbesondere der Getriebeteile hervorrufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betätigungs­ einrichtung für eine elektromotorische Dämpfkraftänderung zu schaffen, die einfach im Aufbau ist, einen geringen Platzbedarf benötigt und einen verschleißarmen und sicheren Betrieb über lan­ ge Zeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Elek­ tromotor in einer Stromzuleitung ein Vorwiderstand und ein diesen Vorwiderstand überbrückender Schalter angeordnet sind, welch letz­ terer in Abhängigkeit mindestens eines vorbestimmten Verdrehwin­ kels des jeweiligen Betätigungselementes und vor Erreichen des Anschlages den Vorwiderstand zuschaltet. Dadurch wird auf einfa­ che Weise der Motor vor Erreichen des Anschlages durch den Vor­ widerstand auf Haltespannung geschaltet. Dementsprechend verrin­ gert sich auch das Motormoment und damit die auf den Anschlag wirkenden mechanischen Kräfte, so daß alle mechanischen Teile geringer belastet werden. Die vom Verdrehwinkel gesteuerte Um­ schaltung auf die Haltespannung verhindert außerdem eine unnötige Erwärmung des Elektromotors, wobei an den Kontakt des Schalters trotz induktiver Last des Motors keine hohen Anforderungen ge­ stellt werden, denn der volle Motorstrom wird bei geschlossenem Kontakt aufgeschaltet, während beim Öffnen des Kontaktes der Wi­ derstand eine Funkenbildung verhindert. Dementsprechend ist ein verschleißarmes Arbeiten der beweglichen Teile über einen langen Zeitraum gewährleistet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß der Schalter eine dem jeweiligen Verdrehwinkel zu­ geordnete Kontaktanordnung aufweist, welche mehrere Schaltfunk­ tionen über den Verdrehwinkel besitzt. Erfindungsgemäß erfolgen die Schaltfunktionen im Bereich der Null-Lage und im Bereich der jeweiligen Endlage. Dadurch ist es möglich, den Motor sowohl mit der Haltespannung anzufahren als auch damit die jeweilige Endlage zu erreichen, womit ein verringerter Anlaufstrom und auch ein verringerter Bürstenverschleiß erreicht wird.

Eine sehr einfache und betriebssichere Ausführung des Schalters wird dadurch geschaffen, daß merkmalsgemäß die Kontaktanordnung durch mindestens einen Schleifkontakt gebildet ist. Dieser Schleif­ kontakt wird auf einfache Weise abtriebsseitig auf der Getriebe­ platte angeordnet, während die Kontaktanordnung von einem mit der Abtriebswelle fest verbundenen Schleifer gebildet wird. Ebenso sind andere Kontakte, beispielsweise Kontaktfahnen, die am Ge­ triebe befestigt sind und durch eine auf der Abtriebswelle be­ findliche Nockenscheibe betätigt werden, denkbar.

Wie weitere Merkmale der Erfindung zeigen, ist der Vorwiderstand im Bereich des Elektromotors in einem Hohlraum der Kolbenstange angeordnet. Dabei wird der Vorwiderstand vorteilhafterweise durch einen Widerstand gebildet, der einen bei steigender Temperatur abnehmenden elektrischen Widerstand aufweist. Wie ein weiteres Merkmal der Erfindung zeigt, weist der Vorwiderstand eine derar­ tige Temperaturabhängigkeit auf, damit der aus der Summe des bei Temperaturanstieg stark zunehmenden Motorwiderstandes und des Vor­ widerstandes gebildete Gesamtwiderstand mit steigender Temperatur eine schwach ansteigende Kennlinie bildet. Da Schwingungsdämpfer über einen weiten Temperaturbereich von beispielsweise -40°C bis +120°C eine einwandfreie Funktion aufweisen müssen, wird auch der vorteilhafterweise im Innenraum der Kolbenstange angeordnete elektromotorische Antrieb diesen Temperaturen ausgesetzt. Bei ho­ hen Temperaturen nimmt der Widerstand der Motorwicklung stark zu, wodurch sich in gleichem Maße der Motorstrom und damit das zur Verfügung stehende Motormoment verringert. Diese Abnahme wird durch einen derart ausgelegten Vorwiderstand kompensiert. Außerdem wird durch einen Gesamtwiderstand, der mit steigender Temperatur eine schwach ansteigende Kennlinie bildet, die Möglichkeit geschaffen, aus dem Gesamtwiderstand den Dämpferzustand temperaturabhängig festzustellen. Dies ist ohne weiteres auch durch Analogauswertung des Stromes möglich.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Zweirohr-Schwingungsdämpfers im Längsschnitt;

Fig. 2 eine elektromotorisch betriebene Betätigungseinrichtung in schematischer Darstellung;

Fig. 3 die Winkelbewegung bei Verdrehen eines Betätigungselemen­ tes in schematischer Darstellung;

Fig. 4 eine Ausführungsform für die Schaltung des Elektromotors mittels Schleifkontakten und

Fig. 5 ein Diagramm für den Verlauf des Widerstandes über der Temperatur.

Am Beispiel eines Zweirohr-Schwingungsdämpfers wird die elektro­ motorische Betätigungseinrichtung erläutert. Der in Fig. 1 ge­ zeigte Ausschnitt eines Zweirohr-Schwingungsdämpfers 11 weist ei­ nen Behälter 12 auf, in welchem koaxial ein Zylinder 13 angeordnet ist. Eine Kolbenstangen-Baueinheit 14, die aus einer einen Hohl­ raum 15 bildenden Kolbenstange und einem eine Dämpfventileinrich­ tung tragenden Ansatz besteht, wird in einer Kolbenstangenführung geführt und mittels einer Kolbenstangendichtung nach außen abge­ dichtet. Die Dämpfventileinrichtung ist durch ein erstes Dämpf­ ventilsystem 16 und ein zweites Dämpfventilsystem 17 gebildet und auf dem Ansatz der Kolbenstangen-Baueinheit befestigt und als Kolben des Schwingungsdämpfers 11 ausgebildet. In einem nicht eingezeichneten Fahrzeug ist beispielsweise die Kolbenstangen- Baueinheit 14 mit dem Fahrzeugaufbau und der Behälter 12 mit der Fahrzeugachse verbunden, so daß durch Relativbewegung von Fahr­ zeugaufbau zur Fahrzeugachse die Kolbenstangen-Baueinheit 14 eine Axialbewegung im Zylinder 13 ausführt. Die Dämpfventileinrich­ tung unterteilt dabei den mit Dämpfflüssigkeit gefüllten Innen­ raum des Zylinders 13 in einen oberen Arbeitsraum und einen unte­ ren Arbeitsraum. Im Ansatz der Kolbenstangen-Baueinheit 14 ist ein zentral angeordneter und axial verlaufender Bypaßkanal 18 vorgesehen, mit welchem die beiden Dämpfventilsysteme 16 und 17 überbrückbar sind. In diesen Bypaßkanal 18 münden ein oberer äu­ ßerer Durchlaßquerschnitt 19, ein unterer äußerer Durchlaßquer­ schnitt 20 sowie ein mittiger Durchlaßquerschnitt 21. Der obere äußere Durchlaßquerschnitt 19 und der untere äußere Durchlaßquer­ schnitt 20 sind dabei über als Drehschieber ausgebildete Betäti­ gungselemente 5 und 5′ steuerbar. Diese Betätigungselemente 5 und 5′ stehen über eine Rückstellfeder 22 miteinander in Verbin­ dung und werden wahlweise über eine gekröpfte Betätigungswelle 23 betätigt, wobei eine untere Kröpfung dieser Betätigungswelle 23 mit einer Anschlagfläche 6 des Betätigungselementes 5 zusammen­ wirkt, während die obere Kröpfung der Betätigungswelle 23 auf ei­ ne in dieser Ansicht nicht sichtbare Anschlagfläche des Betäti­ gungselementes 5′ einwirkt. Wenn die gekröpfte Betätigungswel­ le 23 keine Verstellkraft ausübt, werden die Betätigungselemen­ te 5 und 5′ durch die Rückstellfeder 22 mit ihren Anschlagflächen gegen die Anschläge 7 und 7′ gedrückt.

Die elektromotorische Betätigungseinrichtung befindet sich im Hohlraum 15 der Kolbenstangen-Baueinheit 14 und wird durch einen Elektromotor 1 und ein Getriebe 2 gebildet, wobei eine Abtriebs­ welle 3 fest mit einem Kupplungsstück 24 verbunden ist, welches die gekröpfte Betätigungswelle 23 drehfest verbindet. Auf der ab­ triebswellenseitigen Stirnseite des Getriebes 2 ist eine Kontakt­ anordnung 4 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch Schleifkontakte gebildet ist, die mit einem den Schalter 10 bil­ denden Schleifer zusammenwirken, wobei dieser Schleifer auf der Abtriebswelle 3 befestigt ist. In der aus Elektromotor und Ge­ triebe bestehenden Baueinheit ist ein Vorwiderstand angeordnet, welcher mit der aus Schleifkontakt und Schleifer gebildeten Schalt­ einrichtung parallelgeschaltet in einer Stromzuleitung des Elek­ tromotors liegt.

In der in Fig. 1 gezeichneten Stellung der Betätigungselemente 5 und 5′ wirkt kein Verstellmoment von der Abtriebswelle 3 auf die gekröpfte Betätigungswelle 23, so daß die Verstellelemente 5 und 5′ mit ihren Anschlagflächen 6 an den Anschlägen 7 und 7′ anliegen und sowohl den oberen äußeren Durchlaßquerschnitt 19 als auch den unteren äußeren Durchlaßquerschnitt 20 verschließen. In dieser Einstellung sind bei Axialbewegung der Kolbenstangen-Baueinheit 14 sowohl das erste Dämpfventilsystem 16 als auch das zweite Dämpf­ ventilsystem 17 wirksam. Durch Einschalten des Elektromotors 1 wird über das Getriebe 2 und die Abtriebswelle 3 ein Verstellmo­ ment über die Kupplung 24 auf die gekröpfte Betätigungswelle 23 ausgeübt, wobei in der einen Drehrichtung die untere Kröpfung das untere Betätigungselement 5 über die Anschlagfläche 6 so lange mitnimmt, bis diese an ihrem anderen Ende am Anschlag 7 anliegt, wodurch der untere äußere Durchlaßquerschnitt 20 geöffnet wird. In dieser Stellung ist dann nur das erste Dämpfventilsystem 16 wirksam, denn das zweite Dämpfventilsystem 17 wird durch den ge­ öffneten unteren Durchlaßquerschnitt 20 und den mittleren Durch­ laßquerschnitt 21 überbrückt. In der anderen Drehrichtung des Elektromotors 1 nimmt die gekröpfte Betätigungswelle 23 das obere Betätigungselement 5′ entgegen der Kraft der Rückstellfeder 22 mit, wodurch der obere äußere Durchlaßquerschnitt 19 mit dem By­ paßkanal 18 verbunden wird, während das in der Null-Lage befind­ liche untere Betätigungselement 5 sich in der Null-Lage befindet, d. h., den unteren äußeren Durchlaßquerschnitt 20 verschließt. In dieser Stellung wird durch den geöffneten oberen Durchlaßquer­ schnitt 19 und den mittigen Durchlaßquerschnitt 21 das erste Dämpfventilsystem 16 überbrückt, so daß nur das zweite Dämpfven­ tilsystem 17 wirkt.

Zum besseren Verständnis werden in den schematischen Darstellun­ gen nach den Fig. 2 bis 4 dieselben Bezugszeichen verwendet, die in Fig. 1 die funktionell gleichen Teile bezeichnen. Bei der in Fig. 2 gezeigten elektromotorischen Betätigungseinrichtung ist der Elektromotor 1 und das Getriebe 2 zu einer Baueinheit zusam­ mengefaßt, wobei die Abtriebswelle 3 eine Kontaktanordnung 4 auf­ weist, die von einer darauf befestigten Schaltnockenscheibe ge­ bildet ist. Das Betätigungselement 5 ist hier fest mit der Ab­ triebswelle 3 verbunden und wirkt mit einer Anschlagfläche 6 mit einem Anschlag 7 zusammen. In der Stromzuleitung 8 befindet sich der Vorwiderstand 9, während der von der Kontaktanordnung 4 be­ tätigte Schalter 10, der in geschlossenem Zustand den Vorwider­ stand 9 überbrückt. In der eingezeichneten Stellung erfolgt die Stromversorgung des Elektromotors 1 über die Stromzuleitung 8 und den Vorwiderstand 9, da der Schalter 10 in geöffneter Stellung ist und dadurch der Motor 1 mit der Haltespannung versorgt wird, da das Betätigungselement 5 bis zum Anliegen der Anschlagfläche 6 am Anschlag 7 verstellt ist. An Hand von Fig. 3 wird die Verstell­ bewegung des Betätigungselementes und die hierdurch vorgenommene Schaltung entspr. Fig. 2 näher erläutert. Ausgehend von der Null- Lage des Betätigungselementes 5, ist der Schalter 10 geschlossen, so daß der Motor 1 mit der vollen Motorspannung versorgt wird.

Am Ende des Verdrehwinkels α wird von der auf der Abtriebswel­ le 3 befestigten, als Kontaktanordnung 4 wirkenden Schaltnocken­ scheibe der Schalter 10 geöffnet und dadurch die Überbrückung des Vorwiderstandes 9 in der Stromzuleitung 8 aufgehoben, so daß jetzt die Haltespannung am Elektromotor 1 anliegt. Hierbei ist es vor­ teilhaft, wenn in dieser Stellung bereits der volle, vom Betäti­ gungselement 5 gesteuerte Durchlaßquerschnitt vorhanden ist. Die weitere Drehbewegung des Betätigungselementes 5 entsprechend dem Winkel β bis zum Anschlag der Anschlagfläche 6 am Anschlag 7 er­ folgt mit Haltespannung, also mit wesentlich verringertem Motormo­ ment, so daß der Anschlag 7 weich angefahren wird. Durch die hier­ bei vorgenommene Umschaltung von voller Motorspannung auf Halte­ spannung erfährt der Motorstrom eine meßbare Verringerung, wobei die Abnahme des Motorstromes zur Erkennung der durchgeführten Drehbewegung des Betätigungselementes 5 herangezogen werden kann.

Bei der Ausführung gem. Fig. 4 ist auf der Abtriebswelle 3 ein den Schalter 10 bildender Schleifer befestigt, der bei Verdrehung mit der von Schleifkontakten gebildeten Kontaktanordnung elek­ trisch leitend verbunden wird. In der eingezeichneten Null-Lage besteht keine Kontaktverbindung zwischen dem Schleifer und den Schleifkontakten, so daß der Vorwiderstand 9 in der Stromzuleitung 8 zugeschaltet ist und das Anfahren mit Haltespannung erfolgt. Ab einem vorbestimmten Drehwinkel kommt der Schleifer 10 auf den Schleifkontakt 4 und überbrückt damit den Vorwiderstand 9, so daß die weitere Verdrehbewegung mit voller Motorspannung erfolgt. Am Ende des Schleifkontaktes 4 wird wiederum auf Haltespannung umge­ schaltet, wobei die restliche Drehbewegung bis zum Anliegen des Betätigungselementes 5 am Anschlag 7 wieder mit Haltespannung er­ folgt. Diese Ausführungsform zeigt, daß bei Umpolen der Stromzu­ leitungen der als Gleichstrommotor ausgebildete Elektromotor die Verstellung in der anderen Drehrichtung in analoger Weise aus­ führt, wobei am Ende dieser Drehbewegung das Betätigungselement 5′ am Anschlag 7′ anliegt.

Im Diagramm gem. Fig. 5 sind die einzelnen Widerstands-Kennlinien in Abhängigkeit der Temperatur aufgezeigt. Hierbei ist mit R₁ der aus dem Motorwiderstand R ₂ und dem Vorwiderstand R ₃ gebildete Ge­ samtwiderstand bezeichnet. Die Kennlinie des Motorwiderstandes R ₂ zeigt, daß mit steigender Temperatur der Widerstand der Motor­ wicklung stark zunimmt. Der Vorwiderstand wird so gewählt, daß der Widerstandswert mit steigender Temperatur abnimmt, und zwar derart, daß der Gesamtwiderstand R ₁ mit steigender Temperatur ei­ ne schwach ansteigende Kennlinie bildet. Hierbei ergibt eine Ana­ logauswertung des Stromes Aufschluß über die Öltemperatur im Dämpfer und über den Dämpferzustand, d. h. über die Stellung des Betätigungselementes. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den temperaturabhängigen Widerstand so zu wählen, daß der Gesamtwi­ derstand über die Temperatur gleichbleibend ist. In diesem Falle kann der Dämpferzustand aus dem Gesamtwiderstand temperaturunab­ hängig abgelesen werden.

Infolge der Umschaltung des Motorstromes in Abhängigkeit des Ver­ drehwinkels des Betätigungselementes 5 wird eine eindeutige Rück­ meldung für die Stellung des Betätigungselementes 5 über die zwei Versorgungsleitungen des Elektromotors 1 ermöglicht. Die beiden Endstellungen werden lediglich durch Strommessung und die jewei­ lige Polarität in den Versorgungsleitungen bestimmt, also ohne zu­ sätzliche Leitungen zum Schwingungsdämpfer. Wenn nur eine zwei­ stufige Verstellung des Schwingungsdämpfers gefordert ist, kann ohne weiteres der Schwingungsdämpfer als Masseleiter verwendet werden, wobei dieser Masseleiter mit dem Motor verbunden ist, während lediglich ein Kabel zum Motor führt. Andererseits ist es bei elektrisch isoliertem Einbau des Schwingungsdämpfers im Fahr­ zeug möglich, diesen als umpolbare Versorgungsleitung auszubilden und mit dem Elektromotor zu verbinden, so daß auch in diesem Fal­ le nur eine von einem Kabel gebildete Leitung zum Motor zu führen ist.

Claims (8)

1. Betätigungseinrichtung für einen Schwingungsdämpfer mit verän­ derbarer Dämpfkraft, wobei im Schwingungsdämpfer infolge Rela­ tivbewegung eines Fahrzeugaufbaues zur Fahrzeugachse Dämpfme­ dium über eine dämpfkraftveränderbare Dämpfeinrichtung von ei­ nem Arbeitsraum in einen zweiten Arbeitsraum verdrängt wird, während zur Dämpfkraftänderung mindestens ein unter Einwirkung einer Rückstellfeder stehendes und von einem Elektromotor an­ treibbares Betätigungselement vorgesehen ist, welches entgegen der Kraft der Rückstellfeder aus seiner Null-Lage gegen minde­ stens einen Anschlag verdrehbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Elektromotor (1) in einer Stromzuleitung (8) ein Vorwiderstand (9) und ein diesen Vorwi­ derstand (9) überbrückender Schalter (4, 10) angeordnet sind, welch letzterer in Abhängigkeit mindestens eines vorbestimmten Verdrehwinkels des jeweiligen Betätigungselementes (5, 5′) und vor Erreichen des Anschlages (7, 7′) den Vorwiderstand (9) zu­ schaltet.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schalter (10) eine dem jeweiligen Verdrehwinkel zugeordnete Kontaktanordnung (4) aufweist, welche mehrere Schaltfunktionen über den Verdrehwinkel besitzt.

3. Betätigungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunktionen im Bereich der Null- Lage und im Bereich der jeweiligen Endlage erfolgen.

4. Betätigungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktanordnung (4) durch mindestens einen einen Schleifer (Schalter 10) aufweisenden Schleifkon­ takt gebildet ist.

5. Betätigungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (9) im Bereich des Elek­ tromotors (1) in einem Hohlraum (15) der Kolbenstange angeord­ net ist.

6. Betätigungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (9) durch einen Wider­ stand gebildet ist, der einen bei steigender Temperatur abneh­ menden elektrischen Widerstand aufweist.

7. Betätigungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (9) eine derartige Tem­ peraturabhängigkeit aufweist, damit der aus der Summe des bei Temperaturanstieg stark zunehmenden Motorwiderstandes und des Vorwiderstandes (9) gebildete Gesamtwiderstand mit steigender Temperatur eine schwach ansteigende Kennlinie bildet.

8. Betätigungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch die verdrehwinkelabhängige Umschaltung des Motorstromes eine eindeutige Rückmeldung der Stellung des Betätigungselementes (5, 5′) über die beiden Versorgungslei­ tungen (Stromzuleitung 8) des Elektromotors (1) erfolgt.