DE3823430C3 - Hydraulischer Teleskopstoßdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Teleskop­ stoßdämpfer mit einem Zylinder sowie einem darin verschiebbaren, mittels Kolbenstange gehalterten Kolben, der im Zylinder zwei Kammern voneinander abteilt, welche miteinander über Kanäle verbunden oder verbindbar sind, die zumindest teilweise mittels einer durch einen Elektromagneten betätigbaren Ventilanordnung steuer- bzw. regelbar sind, deren den Öffnungsquerschnitt der steuerbaren Kanäle steuerndes schieberartiges Verschlußorgan den Anker bzw. ein damit verbundenes Teil des Elektromagneten bildet.

Entsprechende hydraulische Teleskopstoßdämpfer sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in der DE-OS 32 15 614 sowie der GB-OS 21 47 683 dargestellt.

Gemäß der DE-OS 32 15 614 kann vorgesehen sein, an einer der vom Kolben im Zylinder abgeteilten Kammern einen Druckfühler anzuordnen und dessen Ausgangssignal bei der Steuerung des Elektromagneten zu berücksichtigen.

Nach der GB-OS 21 47 683 ist vorgesehen, den Dämpfungswider­ stand in Abhängigkeit von der Differenz der Drucke in den beiden vom Kolben innerhalb des Zylinders abgetrennten Kammern zu steuern. Dabei ist die Anordnung derart ausgelegt, daß die hydraulischen Kräfte den Drosselwiderstand steuerbarer Kanäle sowohl in der Druck- als auch in der Zugstufe des Teleskopstoßdämpfers zu vermindern suchen. Dabei wird ein Steuerorgan entsprechend der in der Druck- und Zugstufe in entgegengesetzten Richtungen wirksamen Druck­ differenz zwischen den beiden genannten Kammern des Teleskop­ stoßdämpfers in entgegengesetzte Richtungen verschoben, wobei unterschiedliche Rückstellfedern auf das Steuerorgan einwirken. Auf diese Weise wird eine unterschiedliche Abstimmung des Teleskopstoßdämpfers für die Zug- und die Druckstufe erzielt. Bei Bestromung des Elektro­ magneten wirkt auf das genannte Steuerorgan eine zusätz­ liche Rückstellkraft ein, d.h. der eingeschaltete Elektro­ magnet wirkt im Sinne einer Versteifung der jeweils wirksamen Rückstellfeder, mit der Folge, daß der Drosselwiderstand der gesteuerten Kanäle tendenziell erhöht wird.

Aus der US-PS 43 33 668 ist ein steuerbarer hydraulischer Teleskopstoßdämpfer bekannt, bei dem in der Verbindungs­ leitung zwischen den beiden vom Kolben im Zylinder abge­ trennten Kammern in Reihe hintereinander ein in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit arbeitendes Ventil sowie ein elektromagnetisch steuerbares Ventil angeordnet sind. Dieses letztere Ventil wird in Abhängigkeit von der Druck­ differenz gesteuert, welche zwischen Drucksensoren auftritt, die an den Mündungen der Verbindungsleitung in die beiden Kammern angeordnet sind.

Aus der WO 85/04 698 ist ein weiterer steuerbarer hydrau­ lischer Stoßdämpfer bekannt, bei dem die vom Kolben im Zylinder voneinander abgetrennten Kammern sowohl in der Druck- als auch in der Zugstufe jeweils über zwei parallele Verbindungswege miteinander verbunden sind, von denen einer durch ein membranbetätigtes Ventil und einer durch ein elektrisch betätigtes Ventil gesteuert wird. Hierbei wird die Membran von den Drucken in den beiden Verbindungsleitungen gegensinnig beaufschlagt. Durch das elektrisch betätigte Ventil können nun die Druckverhältnisse in der einen Ver­ bindungsleitung relativ stark verändert werden, so daß die an der Membran wirksame Druckdifferenz entsprechend stark verändert wird. Durch das elektrisch betätigte Ventil werden also indirekt die Membran sowie das davon gesteuerte Ventil verstellt.

Die DE-PS 29 11 768 schließlich zeigt einen steuerbaren hydraulischen Teleskopstoßdämpfer, bei dem ein Teil der Verbindungswege zwischen den vom Kolben im Zylinder abge­ trennten Kammern nicht gesteuert bzw. ungeregelt ist und über den Elektromagneten ein zusätzlicher Bypassweg zwischen diesen Kammern gesteuert wird.

Auch wenn sich die Dämpfungscharakteristik der vorgenannten Teleskopstoßdämpfer in einem weiten Bereich verändern läßt, sind diese bekannten Stoßdämpfer für sogenannte aktive Federungssysteme noch nicht optimal.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Teleskopstoß­ dämpfer zu schaffen, welcher für aktive Federungssysteme besonders geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Teleskopstoßdämpfer der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Teleskopstoßdämpfer ist die Grund­ abstimmung des Dämpfers in der Zug- und Druckstufe durch die Drosselstrecken der nicht gesteuerten bzw. ungeregelten Kanäle vorgegeben. Diese Grundabstimmung wird demnach selbst dann noch beibehalten, wenn der Elektromagnet infolge auftretender Systemfehler stromlos bleibt. Es ist somit in allen Fällen stets ein sicherer Betrieb gewährleistet.

Während des normalen Betriebes sorgt der zusätzliche Bypass für eine sich rasch und genau den jeweiligen Fahrbedingungen an­ passende, stufenlos geregelte Dämpfungscharakteristik.

Da sich die auf die Membran wirkende Druckdifferenz propor­ tional mit dem Widerstand ändert, welchen der Stoßdämpfer der jeweiligen Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder entgegen­ setzt, ist die Größe des am Drucksensor abgreifbaren Ausgangs­ signals auch ein Maß für die jeweils vom Stoßdämpfer erzeugte Stützkraft. Dementsprechend wird durch die Erfindung in besonders einfacher Weise eine stützkraftabhängige Steuerung des Stoß­ dämpfers gewährleistet. Dies harmonisiert in besonderer Weise mit aktiven Federungssystemen, denn deren Regelvorrichtungen arbeiten im allgemeinen ebenfalls stütztkraftabhängig.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur ein Schnittbild eines erfin­ dungsgemäßen Teleskopstoßdämpfers, bei dem die Spule des Elektromagneten mit einem kolbenartigen Anker zusammenwirkt.

Der dargestellte Teleskopstoßdämpfer besitzt in herkömmlicher Weise ein Zylinderteil 1, welches von einem an einer Kolbenstange 2 gehalterten Kolben 3 in zwei Kammern 4 und 5 unterteilt wird. Die Kammern 4 und 5 sind über im Kolben 3 angeordnete axiale Kanäle 6 und 7 miteinander verbunden, die als Drosselstrecken ausgebildet sind. Dazu sind auf der Ober- und Unterseite des Kolbens 3 Federblättchen 8 und 9 angeordnet, welche die oberen Öffnungen der Kanäle 6 bzw. die unteren Öffnungen der Kanäle 7 abzusperren suchen. Wird der Kolben 3 mit hinreichender Kraft in Fig. 1 nach unten gedrückt, so erhöht sich der hydraulische Druck in der unteren Kammer 5, bis die Druckkräfte ausreichen, die oberen Federblättchen 8 von den oberen Öffnungen der Kanäle 6 abzuheben. Sodann verschiebt sich der Kolben 3 bei weiterhin einwirkenden abwärts gerichteten Kräften nach unten, wobei hydraulisches Medium aus der unteren Kammer 4 in die obere Kammer 5 verdrängt wird.

Da aufgrund der einseitig am Kolben 3 angeordneten Kolben­ stange 2 das Volumen der Kammern 4 und 5 bei Hubbewegungen des Kolbens 3 ungleichmäßig verändert wird, ist eine der Kammern 4 und 5, in der Regel die untere Kammer 5, mit einer nicht dargestellten Ausgleichskammer verbunden, die ein komprimierbares Medium aufnimmt oder deren Volumen gegen Federkraft verändert werden kann. Stattdessen ist es auch möglich, eine der Kammern 4 und 5, insbesondere die Kammer 4, teilweise mit einem komprimierbaren Pneumatikmedium zu befüllen.

Wird der Kolben 3 mit einer hinreichend großen Kraft in Aufwärtsrichtung beaufschlagt, so steigt der Druck in der oberen Kammer 4 entsprechend an, bis die Druckkräfte ausreichen, die unteren Federblättchen 9 von den unteren Öffnungen der Kanäle 7 wegzudrücken. Sodann verschiebt sich der Kolben 3 unter Verdrängung von Hydraulikmedium aus der Kammer 4 in die Kammer 5 nach oben.

Um den Widerstand verändern zu können, gegen den eine Verschiebung des Kolbens 3 im Zylinderteil 1 möglich ist, ist im Kolben 3 bzw. in der Kolbenstange 2 ein Bypass-Weg 10 angeordnet, welcher mittels eines schieberartigen Verschluß­ organs 11 gesteuert wird, zu dessen Betätigung ein Elektro­ magnet 12 dient.

Der Elektromagnet 12 ist in unmittelbarer Nachbarschaft des Kolbens 3 angeordnet.

Dazu ist am unteren Ende der rohrförmigen Kolben­ stange 2 ein nach unten geöffnetes napfartiges Gehäuse 13 angeordnet, welches an seinem oberen Ende einen einstückig in die Umfangswand übergehenden Boden mit einer zentrischen Mittelöffnung besitzt, in der das untere Ende der Kolbenstange 2 befestigt ist.

Im Gehäuse 13 ist unterhalb des genannten Bodens ein platten­ förmiges Kunststoffteil 14 untergebracht, welches mit einem stabartigen Fortsatz in die hohle Kolbenstange 2 hineinragt.

In dem Kunststoffteil 14 sind nicht näher dargestellte elektrische Zuleitungen für eine Elektrospule 15 des Elektromagneten 12 eingebettet, dessen elektrische Anschlüsse in Aussparungen 16 des Kunststoffteiles 14 untergebracht sind.

Anschließend an die untere Stirnseite des Kunststoffteiles 14 ist im Gehäuse 13 eine massive Ring­ scheibe 17 aus ferromagnetischem Material angeordnet, welche gegen Verschiebung nach oben durch eine Ringstufe auf der Innenseite der Umfangswand des Gehäuses 13 gesichert ist und im Gehäuse 13 durch Preßsitz festgehalten wird, d.h. die Innenseite des Gehäuses 13 liegt auf der Außen­ umfangsseite der Ringscheibe 17 unter starker Pressung auf.

Innerhalb der Mittelöffnung der Ringscheibe 17 ist ein Mittelteil 18, welches kreisförmigen Querschnitt besitzt und ebenfalls aus ferromagnetischem Material besteht, nach Art eines Stopfens mit Preßsitz angeordnet. Dieses Mittelteil 18 umschließt eine nach unten geöffnete Kammer 19, welche durch eine Membrane 20 unterteilt wird. Dabei kommuniziert der Bereich der Kammer 19 unterhalb der Membrane 20 mit der unteren Kammer 5 im Zylinderteil 1, während der Teil der Kammer 19 oberhalb der Membrane 20 über eine Radialbohrung 21, die von der Außenseite des Gehäuses 13 durch die Ringscheibe 17 bis zur Kammer 19 hindurchgeführt ist, mit der oberen Kammer 4 des Zylinderteiles 1 kommuniziert.

Auf der oberen Seite der Membrane 20 ist ein Stößel 22 ange­ ordnet, welcher eine Bohrung in der oberen Stirnseite des Mittelteiles 18 dicht durchsetzt und mit einem an ihm ange­ ordneten Kopf 23 in eine entsprechende Aussparung an der unteren Stirnseite des Kunststoffteiles 14 hineinragt.

Nach unten schließt sich an die Ringscheibe 17 die elektrisch isolierend umhüllte ringförmige Spule 15 an, in die das Mittelteil 18 etwas mit einem nach unten über die Ringscheibe 17 hinausstehenden Bereich hineinragt.

Auf der Unterseite der Spule 15 ist der flanschartige massive Kragen 24 eines aus ferromagnetischem Material bestehenden rohrförmigen Teiles 25 angeordnet, welches von unten in die Spule 15 hineinragt. Der Kragen 24 wird im Gehäuse 13 an seinem Außenumfang durch Preßsitz festgehalten, wobei in einer Ringnut am Außenumfang des Kragens 24 ein Dichtring 26 angeordnet sein kann, um auch bei sehr hohen hydraulischen Drucken eine gute Dichtigkeit zwischen der Umfangswand des Gehäuses 13 und dem Kragen 24 zu gewähr­ leisten.

Zwischen dem rohrförmigen Teil 25 und dem Mittelteil 18 ist eine diese beiden Teile flüssigkeitsdicht verbindende Hülse 27 aus nichtmagnetisierbarem Material eingepaßt, so daß die Spule 15 gegen Zutritt von hydraulischem Medium gesichert ist.

Das Mittelteil 15, das rohrförmige Teil 25 sowie die Hülse 27 umschließen gemeinsam eine zentrale Bohrung, in der ein rohr­ förmiger, aus ferromagnetischem Material bestehender Anker 28 des Elektromagneten 12 nach Art eines Kolbens verschiebbar aufgenommen ist.

Die axiale Mittelbohrung des Ankers 28 erweitert sich nach oben stufenförmig in einen Gewindeabschnitt, in den eine rohrförmige Schraube 29 eingedreht ist, welche dazu dient, eine in die Mittelbohrung des Ankers 28 einge­ setzte Lochscheibe 30 auf der Ringstufe der Mittelbohrung festzuhalten.

Die Lochscheibe 30 besitzt hinreichend viele Öffnungen, so daß Hydraulikmedium vom unteren Stirnende des Ankers 28 zum oberen Stirnende desselben hindurchtreten kann. Im übrigen dient die Lochscheibe 30 zur radialen und axialen Lagerung eines Schraubstiftes 31, welcher mit einem oberen verjüngten Ende eine Ringscheibe 32 haltert, die ein Wider­ lager einer Schraubendruckfeder 33 bildet, deren von der Ringscheibe 32 abgewandetes Ende auf einem Ringsteg des Mittelteiles 18 innerhalb der unteren Öffnung der Kammer 19 abgestützt ist. Die Schraubendruckfeder 33 sucht dement­ sprechend den Anker 28 in Fig. 1 nach unten zu drängen.

Das untere mit Gewinde versehene Ende des Schraubstiftes 31 ist in eine mittlere Gewindebohrung des kolbenartigen Schiebers 11 eingedreht, welcher innerhalb seines Umfang­ mantels von mehreren Axialbohrungen durchsetzt wird. Der Schieber 11 ist in einer Buchse 35 gleitverschiebbar geführt, deren den Außendurchmesser des Schiebers 11 ange­ paßter Innendurchmesser geringfügig größer als der Außen­ durchmesser des Ankers 28 ist. Die Buchse 35 ist innerhalb des rohrförmigen Teiles 25 in einem radial erweiterten Bereich angeordnet, welcher nach unten an die den Anker 28 gleitverschiebbar aufnehmende Bohrung anschließt. Dabei ist die Buchse 35 axial zwischen einer innenseitigen Ringstufe des rohrförmigen Teiles 25 sowie einem Sicherungsring 36 festgehalten, welcher seinerseits in eine innenseitige Ringnut am rohrförmigen Teil 25 eingedrückt ist. Der Siche­ rungsring 36 dient gleichzeitig als unterer Endanschlag für den Schieber 11.

Außenseitig der Buchse 35 ist im rohrförmigen Teil 25 ein Ringraum 37 ausgespart, welcher über radiale Öffnungen 38 in der Buchse 35 mit der unteren Kammer 5 des Zylinderteiles 1 und über radiale Öffnungen 39 im rohrförmigen Teil 25 mit der oberen Kammer 4 im Zylinderteil 1 kommuniziert. Die radialen Öffnungen 38 der Buchse 35 können durch den Schieber 11 gesteuert werden, d.h. vollständig abgeschlossen bzw. mehr oder weniger weit freigegeben werden.

Der Kolben 3 ist zusammen mit den Federblättchen 8 außen­ seitig auf dem rohrförmigen Teil 25 unterhalb der radialen Öffnungen 39 gehaltert.

Der dargestellte Teleskopstoßdämpfer funktioniert wie folgt:

In der dargestellten unteren Endlage wird der Schieber 11 bei nicht elektrisch beaufschlagter Spule 15 durch die Schraubendruckfeder 33 gehalten. Dementsprechend wird der durch die Ringkammer 37 sowie die Öffnungen 38 und 39 führende Bypassweg 10 blockiert. In dieser Betriebsphase wird der Widerstand, dem der Kolben 3 bei einer Hubbewegung in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung überwinden muß, ausschließ­ lich durch die Kanäle 6 sowie die Federblättchen 8 bzw. die Kanäle 7 sowie die Federblättchen 9 bestimmt.

Sobald die Elektrospule 15 bestromt wird, wird im Bereich der Hülse 27 ein Magnetfeld erzeugt, welches den Anker 28 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 33 nach oben zu schieben sucht. Je nach Stromstärke des die Elektro­ spule 15 durchsetzenden elektrischen Stromes wird dabei der Anker 28 mehr oder weniger weit verschoben. Dementsprechend gibt der Schieber 11 die Öffnungen 38 mehr oder weniger weit frei, so daß der Bypassweg 10 entsprechend weit geöffnet wird. Dementsprechend sinkt der hydraulische Widerstand, welcher einer Hubbewegung des Kolbens 3 entgegenwirkt.

Die Stärke des die Spule 15 beaufschlagenden elektrischen Stromes kann in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen den Kammern 4 und 5 des Zylinderteiles gesteuert werden. Dazu wirkt der Kopf 23 des Stößels 22 an der Membrane 20, die oberseitig vom Druck in der Kammer 4 und unterseitig vom Druck in der Kammer 5 beaufschlagt wird, mit einem Drucksensor 40 zusammen, dessen Ausgangssignal für die Steuerung der Stromstärke verwendet wird.

Der dargestellte Teleskopstoßdämpfer zeichnet sich durch einfache Konstruktion aus. Das die tragenden Teile zusammen­ haltende Gehäuse 13 läßt sich durch Tiefziehen herstellen. Die relative Lage des Schiebers 11 in bezug auf den Anker 28 kann durch Verdrehung des Schraubstiftes 31 justiert werden. Auf den Anker 28 können praktisch keinerlei einseitige hydraulische Kräfte einwirken, weil obere und untere Stirnseite des Ankers 28 immer von praktisch gleichen hydraulischen Drucken beaufschlagt werden, denn die zentralen Hohlräume im Mittelteil 18, in der Hülse 27 sowie im rohrför­ migen Teil 25 kommunizieren unterhalb der Membrane 20 mit der unteren Kammer 5 des Zylinderteiles 1.

Claims (3)

1. Hydraulischer Teleskopstoßdämpfer mit einem Zylinder sowie einem darin verschiebbaren, mittels Kolbenstange gehalterten Kolben, der im Zylinder zwei Kammern voneinander abteilt, welche miteinander über Kanäle verbunden oder verbindbar sind, die zumindest teilweise mittels einer durch einen Elektromagneten betätigbaren Ventilanordnung steuer- bzw. regelbar sind, deren den Öffnungsquerschnitt der steuerbaren Kanäle steuerndes schieberartiges Verschluß­ organ den Anker bzw. ein damit verbundenes Teil des Elektro­ magneten bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kanäle (6, 7) nicht gesteuert bzw. unge­ regelt ist und die mittels des Elektromagneten (12) steuer- bzw. regelbaren Kanäle einen zusätzlichen Bypassweg (10) bilden, und daß der Elektromagnet (12) in Abhängigkeit von einer die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern (4, 5) des Zylinders (1) registrierenden Differenzdruck-Meßvor­ richtung (20, 22, 23, 40) arbeitet, welche eine Membran (20) besitzt, die auf einer Seite vom Druck in der einen Kammer (4) und auf der anderen Seite vom Druck in der anderen Kammer (5) beaufschlagt ist und mittels eines Stößels (22, 23) mit einem Drucksensor (40) zusammenwirkt, dessen Ausgangssignal für die Steuerung der Stärke des den Elektromagneten (12) beaufschlagenden elektrischen Stromes verwendet wird.

2. Teleskopstoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzdruck-Meßvorrichtung (20, 22, 23, 40) innerhalb des Gehäuses der Spule (15) des Elektromagneten (12) innerhalb bzw. nahe des Kolbens (3) angeordnet ist.

3. Teleskopstoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (12) bei Bestromung das Verschlußorgan (11) der vom Elektromagneten (12) betätigbaren Ventilanordnung (11, 35, 38, 39) im Sinne einer Verminderung des Drosselwiderstandes der gesteuerten Kanäle (38, 39) betätigt.