DE3712477C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen, regelbaren Stoßdämpfer mit einem an einer Kolbenstange befestigten Kolben, der einen Arbeitszylinder in zwei mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Arbeitsräume unterteilt, wobei mindestens teilweise zur Steuerung der Dämp­ fungskraft ein elektromagnetisch betätigbarer und axial beweglicher Ventilkörper eines Ventiles einen Durch­ flußkanal beaufschlagt, wobei der Ventilkörper mit einer vom Durchflußkanal zu der hinteren Stirnfläche des Ventilkörpers verlaufenden hydraulischen Verbindung ver­ sehen ist und eine in etwa rechtwinkelig zur Rotations­ achse des Ventilkörper angeordnete Sitzfläche zusammen mit der Stirnfläche des Ventilkörpers einen Ventilsitz bildet.

Es sind hydraulische Stoßdämpfer bekannt (z. B. DE-AS 12 42 945), deren Dämpfungscharakteristik durch Ändern des Flusses des hydraulischen Dämpfungsmittels durch die Dämpfungsventile elektromagnetisch regelbar ist. Dabei ist eine Bypassverbindung vorgesehen, die zur Regelung der Dämpfungskraft in der Zugstufe dient. Zur Änderung der Dämpfungskraft bei unterschiedlichen Straßenbe­ dingungen in der Zugstufe ist in der Bypassverbindung ein elektromagnetisch steuerbares Ventil vorgesehen. Der Durchflußkanal wird über den Ventilkörper und dieser über einen entsprechend groß dimensionierten Elektromagneten gesteuert.

Darüber hinaus sind hydraulische, einstellbare Dämpfer bekannt (z. B. DE-OS 21 19 531), bei denen ein erstes Dämpfungselement und zusätzlich eine mit einem Regel­ ventil ausgestattete Leitung vorgesehen ist. Dabei ist in einer geschlossenen Schleife ein Regelventil und ein Dämpfungselement jeweils separat angeordnet. Die Ein­ stellung des Regelventiles erfolgt dabei manuell oder durch die Wirkung eines der Fahrzeugorgane.

Aus älteren nachveröffentlichten Patentanmeldungen (DE-OS 35 35 287, DE-OS 35 18 327) sind steuerbare Dämpfungs­ ventile bekannt, bei denen der als Magnetanker ausge­ bildete Ventilkörper einen kragenförmigen Ansatz auf­ weist. Angaben über den Grund für die Ausbildung des Ventilkörpers mit dem Ansatz sind nicht enthalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeugdämpfungssystem mit einer variablen, intelligenten elektronischen Dämp­ fungsanpassung für die Zug- und Druckstufe so auszu­ bilden, daß über ein variabel steuerbares, kompaktes Dämpfungsventil nicht nur eine beliebig verstellbare Dämpfung in der Zug- und Druckstufe erzielt werden kann, sondern daß durch Gestaltung der wirksamen hydraulisch beaufschlagten Funktionsflächen des Ventilkörpers das Schalt-, Frequenz-, Schließ- und Öffnungsverhalten des als Ventilkörper ausgebildeten Ankers des Elektromagneten beeinflußt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß mindestens ein Teil der Stirnflächen von Ventilkörper und Ventilsitz zueinander im Abstand E angeordnet sind, wobei das Verhältnis der druckbeaufschlagten Stirnfläche zur hinteren druckbeaufschlagten Stirnfläche 0,5-1,0 und das Verhältnis einer druckbeaufschlagten Ringfläche zur hinteren druckbeaufschlagten Stirnfläche 0-0,5 beträgt.

Alternativ ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, daß die Stirnfläche des Ventilkörpers plan verläuft und daß der Bereich radial innerhalb des Ventilsitzes eine Ausnehmung aufweist, die im Abstand E zur Stirnfläche des Ventil­ körpers verlaufend angeordnet ist, wobei das Verhältnis der druckbeaufschlagten Stirnfläche zur hinteren druckbe­ aufschlagten Stirnfläche 0,5-1,0 und das Verhältnis einer druckbeaufschlagten Ringfläche zur hinteren druck­ beaufschlagten Stirnfläche 0-0,5 beträgt.

Bei dieser Lösung ist von Vorteil, daß ein derartiges Dämpfungsventil in verschiedenen Variationen im Schwingungsdämpfungssystem eines Fahrzeuges eingebaut werden kann. Dabei besteht die Möglichkeit, das Dämp­ fungsventil parallel zu den konventionellen Drossel­ ventilen im Dämpfungskolben und/oder im Zylinderboden anzuordnen, oder es lassen sich im Dämpfungskolben und falls vorhanden im Zylinderboden lediglich Rückschlag­ ventile anordnen, so daß das Dämpfungsventil in einem Bypass untergebracht wird. In Anwendung bei blockierbaren Schwingungsdämpfern ist die Anordnung des Dämpfungs­ ventiles möglich, ohne daß im Dämpfungskolben und im Bodenbereich weitere Drosselventile vorhanden sind.

Des weiteren wird durch Optimierung der hydraulisch, beeinflußten Funktionsflächen des Ventilkörpers zuein­ ander ein schnelles Schließ- und Öffnungsverhalten sowie eine sicheres Schließen und Öffnen unter allen Betriebs­ zuständen erzielt, wobei eine kompakte Bauweise mit geringen elektrischen Leistungsbedarf ermöglicht wird. Durch die Ausbildung als elektromagnetisches Sitzventil mit einem axial beweglichen Ventilkörper in einer Spaltführung und einem an beiden Stirnseiten druckbeauf­ schlagten Ventilkörper läßt sich erreichen, daß die Öffnung des Ventiles lediglich mittels Magnetkraft und das Schließen des Ventiles mittels Feder- und der hydraulischen Druckkraft des Dämpfungssystems selbst erfolgt. Dies führt zur Verwendung von sehr kleinen Elektromagneten, da nur noch eine geringe elektrische Leistung benötigt wird.

Vorteilhaft ist auch, daß im Bereich des Ventilsitzes eine Differenzdruckkraft am Ventilkörper entsteht. Dabei ist zwar der Ventilkörper auf beiden Stirnflächen über die hydraulische Verbindung prinzipiell mit dem gleichen Druck beaufschlagt, jedoch entsteht im Bereich des Ventilsitzes bei geöffnetem Ventil durch das strömende Dämpfungsmittel partiell ein abgesenkter Druck gegenüber der Umgebung des Ventilsitzes. Diese örtliche Druck­ differenz wird zur Unterstützung der Ventilfeder heran­ gezogen, so daß bei ausgeschaltetem Elektromagneten nicht nur die Ventilfeder den Ventilkörper schließt, sondern gleichzeitig die partielle Druckabsenkung eine Kraft in Schließrichtung auf den Ventilkörper ausübt. Diese zusätzliche Kraft ermöglicht ein schnelles Schließen unter allen Betriebszuständen, wobei die Schaltzeit sich mit zunehmender Relativgeschwindigkeit des Schwingungs­ dämpfers verkürzt.

Die am Außenumfang gebildete Ringfläche des Ventilkörpers kann bei Anströmung von innen gegen 0 gehen. Bei radialer Anströmung des Ventilkörpers von der Außenseite und einer äußeren Ringfläche wird eine Schließkraft erzeugt, die die Ventilfeder beim Schließen des Ventiles unterstützt.

In Ausgestaltung der Erfindung verläuft mindestens ein Teil der Stirnfläche des Ventilkörpers konisch.

In einer weiteren Ausführung verläuft die Stirnfläche des Ventilkörpers plan, und der dem Ventilsitz benachbarte Bereich weist eine Ausnehmung auf, die im Abstand zur Stirnfläche des Ventilkörpers verlaufend angeordnet ist.

Von Vorteil ist bei dieser Ausbildung, daß die Verwendung eines zylindrischen und an seiner Stirnfläche plan ver­ laufenden fertigungstechnisch einfachen Ventilkörpers möglich ist.

Bei allen Lösungen wird durch die im Abstand E ange­ ordnete Fläche erreicht, daß bei Anströmung des Dämp­ fungsmittels unter einem bestimmten Druck im Bereich des Ventilsitzes durch die Verringerung des Querschnittes eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Dämpfungsmittels erzielt wird, so daß der Druck entsprechend sinkt. Es liegt hierbei die Gesetzmäßigkeit "nach Bernoulli" zu­ grunde. Durch die partielle Druckabsenkung wird die Ventilfeder des Ventilkörpers unterstützt. Für das Schließ- und Öffnungsverhalten unter allen Betriebszu­ ständen ist es so im Prinzip unerheblich, ob die Stirn­ fläche des Ventilkörpers im Abstand zur Ventilsitzfläche liegt oder ob der dem Ventilsitz benachbarte Bereich eine im Abstand zur Stirnfläche des Ventilkörpers angeordnete Ausnehmung aufweist.

Zur Beeinflussung des Dämpfungskraftsprungverlaufes beim Schalten des Ventilkörpers ist nach einem wesentlichen Merkmal vorgesehen, daß das Verhältnis der wirksamen Querschnittsfläche der hydraulischen Verbindung zur hinteren druckbeaufschlagten Stirnfläche 0,002-0,85 beträgt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Stoßdämpfer in Ansicht, teils geschnitten,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Stoßdämpfer im Bereich des Bypasses,

Fig. 3 ein elektromagnetisch betätigbares Ventil im Schnitt,

Fig. 4 bis 8 verschiedene Ausführungsformen der Ventilkörper im Schnitt.

Der in Fig. 1 dargestellte Stoßdämpfer 1 in Zweirohraus­ führung ist Teil eines Federbeins. Er besteht im wesent­ lichen aus dem Dämpfungskolben 2, der Kolbenstange 3 und dem Arbeitszylinder 4. Der Dämpfungskolben 2 unterteilt den Arbeitszylinder 4 in den oberen Arbeitsraum 5 und den unteren Arbeitsraum 6. Der Dämpfungskolben 2 ist des weiteren mit Dämpfungsventilen bestückt. Im Boden des Arbeitszylinders 4 sind weitere Ventile angeordnet, über deren Querschnitte das durch die Kolbenstange 3 ver­ drängte Volumen in den Ausgleichsraum 17 verdrängt wird. Der Ausgleichsraum 17 wird durch die Wandung des Arbeits­ zylinders 4 und die Innenwandung des Mantelrohres 18 gebildet.

Vom oberen Arbeitsraum 5 über den Kanal 19, den Bypass 20 und vorbei am Ventil 7 verläuft eine Strömungsverbindung in den Ausgleichsraum 17. In dieser Strömungsverbindung stellt das Ventil 7 eine Drosselstelle mit variabler Dämpfung dar.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt des Stoßdämpfers 1 gezeigt, wobei im Zentrum die Kolbenstange 3 angeordnet ist und der obere Arbeitsraum 5 über den Kanal 19 und den Bypass 20 mit dem Ausgleichsraum 17 verbunden ist. Der Bypasskanal 20 ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel durch ein örtlich abgeschliffenes Rohr gebildet.

In Fig. 3 ist ein Ventil 7 im Schnitt gezeigt, wobei der Arbeitszylinder 4 zusammen mit dem Rohr 21 den Bypass 20 bildet. Ausgehend vom Bypass 20 wird das Ventil 7 über die Zuströmbohrung 22 angeströmt, dabei fließt das Dämpfungs­ mittel am Ventilkörper 8 am Ventilsitz 16 vorbei über die Abströmbohrungen 23, passiert dabei ein Federplatten­ ventil 24 und gelangt in den Ausgleichsraum 17. Das Ventil 7 selbst steuert dabei durch Zusammenspiel von Elektromagnet 25, Ventilfeder 26 und hydraulischem Druck den den Durchflußkanal 9 beeinflussenden Ventilkörper 8. Die Bohrung 11 im Ventilkörper 8 gewährleistet den Druck­ ausgleich zwischen der hinteren Stirnfläche 10 und der Stirnfläche 14 des Ventilkörpers 8.

Durch die spezielle Gestaltung wird in etwa rechtwinklig zur Rotationsachse 12 des Ventilkörpers 8 eine Sitzfläche 13 gebildet, die zur Stirnfläche 14 des Ventilkörpers 8 einen Abstand E aufweist. Durch die Gestaltung der Stirn­ fläche 14 entsteht am Ventilsitz 16 während des Durch­ strömens des Dämpfungsmittels von der Zuströmbohrung 22 in die Abströmbohrungen 23 ein partiell abgesenkter Druck und damit ein Differenzdruck gegenüber dem umgebenden Druckniveau. Durch den Differenzdruck wird die Ventil­ feder 26 in ihrem Schließverhalten unterstützt.

Es sind Ausführungen möglich, bei denen die Anströmung des Ventilkörpers 8 über den Durchflußkanal 9 radial von seiner Außenseite her denkbar ist. Hierbei kann unter Zuhilfenahme einer Ringfläche 27 eine Kraft auf den Ventilkörper 8 aufgebracht werden, die ebenfalls die Ventilfeder 26 unterstützend, in Schließrichtung wirkt.

In der Fig. 4 ist ein Ventilkörper 8 vorgeschlagen, bei dem die Stirnfläche 14 teilweise konisch verläuft und bei dem auf der Außenfläche des Ventilkörpers 8 eine Ring­ fläche 27 vorgesehen ist. Der Ventilsitz 16 bildet dabei zusammen mit der Sitzfläche 13 eine Steuerkante. Das Ausführungsbeispiel dieses Ventilkörpers 8 zeigt dabei eine Stirnfläche 14, deren Innendurchmesser 28 maximal dem Außendurchmesser 29 des Ventilkörpers 8 entspricht. Der plan verlaufende Teil der Stirnfläche 14 des Ventil­ körpers 8 ist dabei vom Ventilsitz 13 im Abstand E ver­ laufend angeordnet.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführung ist der Ventil­ körper 8 mit einer durchgehend zylindrischen Außenfläche versehen, wobei die Stirnfläche 14 im Abstand E zum Ventilsitz 13 angeordnet ist, so daß durch die Wahl des Durchmessers der Stirnfläche 14 der Ventilsitz 16 gebildet wird. Eine Ringfläche 27 ist hier nicht ausgeformt.

Die Variante der Fig. 6 sieht eine konisch verlaufende Stirnfläche 14 vor, wobei wiederum an der Außenfläche des Ventilkörpers 8 eine Ringfläche 27 angeordnet ist. Im Gegensatz hierzu sieht die Fig. 7 eine in etwa recht­ winklig zur Rotationsachse 12 des Ventilkörpers 8 ver­ laufende Stirnfläche 14 vor, wobei wiederum die Ring­ fläche 27 andeutet, daß dieser Ventilkörper 8 unter anderem für den Fall verwendet wird, daß eine Anströmung radial von außen erfolgt.

Fig. 8a zeigt einen zylindrisch verlaufenden Ventil­ körper 8 mit einer plan verlaufenden Stirnfläche 14. Radial innerhalb der Sitzfläche 13 ist eine Ausnehmung 15 ausgebildet, so daß wiederum die Stirnfläche 14 des Ventilkörpers 8 zur entsprechenden Gegenfläche einen Abstand E besitzt. Die Sitzfläche 13 bestimmt dabei gleichzeitig die Geometrie des Ventilsitzes 16. Die Fig. 8b zeigt eine Gestaltung mit konisch verlaufender Aus­ nehmung 15.

Die Geometrien aller Ventilkörper 8 in den Fig. 4 bis 8 zeigen, daß im Bereich des Ventilsitzes 16 ein engerer Querschnitt vorhanden ist als in den entsprechend benach­ barten Bereichen. Durch diese Geometrie wird bei ge­ öffnetem Ventilkörper 8 eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Dämpfungsmittels im Bereich des Ventilsitzes 16 gewährleistet, so daß bei Durchströmung ein ent­ sprechender Differenzdruck im Bereich des Ventilsitzes 16 im Vergleich zum benachbarten Bereich eine Unterstützung der Ventilfeder 26 gestattet.

Claims (5)

1. Hydraulischer, regelbarer Stoßdämpfer mit einem an einer Kolbenstange befestigten Kolben, der einen Arbeitszylinder in zwei mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Arbeitsräume unterteilt, wobei mindestens teilweise zur Steuerung der Dämpfungskraft ein elektromagnetisch betätigbarer und axial beweglicher Ventilkörper eines Ventiles einen Durchflußkanal beaufschlagt, wobei der Ventilkörper mit einer vom Durchflußkanal zu der hinteren Stirnfläche des Ventil­ körpers verlaufenden, hydraulischen Verbindung ver­ sehen ist und eine in etwa rechtwinkelig zur Rotationsachse des Ventilkörpers angeordnete Sitz­ fläche zusammen mit der Stirnfläche des Ventilkörpers einen Ventilsitz bildet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Stirnfläche (14) des Ventilkörpers (8) und des Ventilsitzes (16) zueinander im Abstand (E) angeordnet sind, wobei das Verhältnis der druckbeaufschlagten Stirnfläche (14) zur hinteren druckbeaufschlagten Stirnfläche (10) 0,5-1,0 und das Verhältnis einer druckbeaufschlagten Ringfläche (27) zur hinteren druckbeaufschlagten Stirnfläche (10) 0-0,5 beträgt.

2. Hydraulischer, regelbarer Stoßdämpfer mit einem an einer Kolbenstange befestigten Kolben, der einen Arbeitszylinder in zwei mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Arbeitsräume unterteilt, wobei mindestens teilweise zur Steuerung der Dämpfungskraft ein elektromagnetisch betätigbarer und axial beweglicher Ventilkörper eines Ventiles einen Durchflußkanal beaufschlagt, wobei der Ventilkörper mit einer vom Durchflußkanal zu der hinteren Stirnfläche des Ventil­ körpers verlaufenden, hydraulischen Verbindung ver­ sehen ist und eine in etwa rechtwinkelig zur Rotationsachse des Ventilkörpers angeordnete Sitz­ fläche zusammen mit der Stirnfläche des Ventilkörpers einen Ventilsitz bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (14) des Ventilkörpers (8) plan verläuft und daß der Bereich radial innerhalb des Ventilsitzes eine Ausnehmung (15) aufweist, die im Abstand (E) zur Stirnfläche (14) des Ventilkörpers (8) verlaufend angeordnet ist, wobei das Verhältnis der druckbeaufschlagten Stirnfläche (14) zur hinteren druckbeaufschlagten Stirnfläche (10) 0,5-1,0 und das Verhältnis einer druckbeaufschlagten Ringfläche (27) zur hinteren druckbeaufschlagten Stirnfläche (10) 0-0,5 beträgt.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) eine zylindrische Außenfläche aufweist.

4. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Stirnfläche (14) des Ventilkörpers (8) konisch verläuft.

5. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der wirksamen Querschnittsfläche der hydraulischen Verbindung (11) zur hinteren druck­ beaufschlagten Stirnfläche (10) 0,02-0,85 beträgt.