DE3914297C2

DE3914297C2 -

Info

Publication number: DE3914297C2
Application number: DE3914297A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck; Norbert 5208 Eitorf De Ackermann
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1989-04-29
Filing date: 1989-04-29
Publication date: 1991-05-29
Also published as: JPH02296027A; BR9001969A; US5078241A; DE3914297A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen regelbaren Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge mit einem Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Zylinder, einer darin abgedichtet eintauchenden, axial verschieblich angeordneten Kolbenstange und einem daran befestigten Dämpfungskolben, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt und durch Ventilscheiben gesteuerte Durchlässe aufweist, wobei die Ventilscheiben mit ihrem Außenumfang auf einer ersten Steuerkante aufliegen und auf ihrer entgegengesetzten Stirnseite am Innenumfang an einer zweiten Steuerkante abgestützt sind, und wobei mindestens eine Steuerkante gegenüber der anderen Steuerkante über eine Verstelleinrichtung axial verschiebbar ist.

Es sind bereits hydraulische Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. US-PS 33 12 312), bei denen ein Dämpfungskolben vorgesehen ist, dessen Ventilscheiben mit ihrem Außenumfang auf einer äußeren Steuerkante aufliegen und auf ihrer entgegengesetzten Stirnseite am Innenumfang an einer zweiten Steuerkante abgestützt sind. Die durch die Ventilscheiben gesteuerten Durchlässe des Dämpfungskolbens sind in der Zug- und Druckrichtung wirksam. Eine Steuerung zur Veränderung der Dämpfungskraft an diesen Ventilscheiben ist bei diesem Schwingungsdämpfer nicht vorgesehen.

Schwingungsdämpfer mit derartiger doppelseitiger Anströmung von Federblättern (z. B. DE-OS 15 05 478) sind auch in verstellbarer Ausführung bekannt. Die Federblätter sind dabei über ihren Außenrand mittels einer Verstelleinrichtung, abhängig vom Innendruck des Schwingungsdämpfers, in ihrer Vorspannung verstellbar. Eine derartige Verstelleinrichtung ist aus einer Vielzahl von Bauteilen zusammengesetzt und ist außer von einer Steuerstange und einem Umschaltventil noch vom Druckaufbau in einer Druckkammer abhängig, so daß erst nach dem Druckaufbau eine Änderung der Vorspannung der Federblätter erfolgen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen regelbaren, hydraulischen Schwingungsdämpfer mit einem schnell schaltbaren, stufenlos einstellbaren Dämpfungsventil zu versehen, das bei einfacher Bauweise passive Dämpfungskraftkennlinien mit linearer bis degressiver Charakteristik erzielen kann und sowohl im Zweirohr-, Einrohr-, Gasdruck-Schwingungsdämpfer als auch in einem Federzylinder anwendbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ventilscheiben in einem Hohlraum des Dämpfungskolbens aufgenommen sind, daß die erste Steuerkante an einer Innenwandung des Dämpfungskolbens angeordnet ist, daß die von außen gesteuerte Verstelleinrichtung im Holhlraum der Kolbenstange angeordnet ist, und daß die Verstelleinrichtung mit der zweiten Steuerkante den inneren Bereich der Ventilscheiben direkt beaufschlagt.

Bei dieser Lösung ist von Vorteil, daß das in beiden Strömungsrichtungen wirksame Dämpfungsventil im Dämpfungskolben eines Schwingungsdämpfers anwendbar ist. Hierdurch läßt sich das einstellbare Dämpfungsventil über Zweirohr-Schwingungsdämpfer hinaus auch bei Gasdruck- und Einrohr-Schwingungsdämpfern, wie auch bei Federzylindern anwenden.

Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform wird erzielt, wenn eine Steuerkante Bestandteil der Verstelleinrichtung ist. Dabei läßt sich mit Vorteil als Verstelleinrichtung ein Bauteil mit veränderlicher Länge vorsehen oder es sind längenveränderliche, piezomechanische Bauteile vorgesehen.

Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, daß die Ventilscheiben durch die Vorspannung eines Federelementes gehalten werden und daß die Ventileinrichtung bei Betätigung diese Vorspannung reduziert. Hierdurch lassen sich in vorteilhafter Weise die Dämpfungskraftkennlinien entsprechend beeinflussen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ventilscheiben Ausnehmungen enthalten, wobei für die Zug- und/oder Druckrichtung die jeweils druckseitig angeordnete Ventilscheibe im Bereich der Steuerkanten mindestens eine Ausnehmung aufweist, die von der jeweils niederdruckseitig angeordneten Ventilscheibe abgedeckt wird.

Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß die Ventilscheiben gegenüber der in der Zugstufe wirksamen Steuerkante niederdruckseitig durch ein zusätzliches Federelement abgestützt werden und/oder daß die Ventilscheiben gegenüber der in der Druckstufe wirksamen Steuerkante niederdruckseitig durch ein zusätzliches Federelement abgestützt werden.

Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform sieht zur Führung der Ventilscheiben vor, daß die Ventilscheiben aus Federscheiben unterschiedlichen Innendurchmessers bestehen, die auf ihrem gemeinsamen Außendurchmesser geführt werden oder daß die Ventilscheiben aus Federscheiben unterschiedlichen Außendurchmessers bestehen, die auf ihrem gemeinsamen Innendurchmesser geführt werden, und von denen mindestens eine mit ihrem Außenumfang auf der Steuerkante aufliegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schwingungsdämpfer im Schnitt mit einer Handverstelleinrichtung

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Schwingungsdämpfers mit einer Verstelleinrichtung z. B. mit piezomechanischen Bauteilen

Fig. 3 und 4 einen Schwingungsdämpfer im Schnitt, bei dem schematisch die Strömung für die Zug- und Druckrichtung eingezeichnet ist

Fig. 5 einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer mit einem erfindungsgemäßen Dämpfungskolben in der Anwendung als Federbein

Fig. 6 den in Fig. 5 gezeigten Zweirohr-Schwingungsdämpfer als Federbeinpatrone

Fig. 7 einen Einrohr-Gasdruckdämpfer im Schnitt

Fig. 8 einen Federzylinder mit einer entsprechenden Dämpfungseinrichtung, wobei der Arbeitszylinder mit einem Anschluß für eine Niveauregeleinrichtung versehen ist

Fig. 9 und 10 eine Ausführung, bei der die Verstelleinrichtung mit einem Federelement beaufschlagt ist

Fig. 11 einen Dämpfungskolben als Einzelteil, wobei die Ventilscheiben mit zusätzlichen Ausnehmungen versehen sind

Fig. 12a und 12b Dämpfungskraftkennlinien des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers

Fig. 13 und 14 ein Dämpfungsventil als Einzelheit, bei dem in der Zugstufe und/oder der Druckstufe zusätzliche Federelemente vorgesehen sind

Fig. 15 und 16 ein Dämpfungsventil als Einzelheit mit Ventilscheiben unterschiedlichen Innen- oder Außendurchmessers.

Der in Fig. 1 dargestellte regelbare Schwingungsdämpfer besteht aus einem Zylinder 1, einer in den Zylinder 1 eintauchenden, axial verschieblich angeordneten Kolbenstange 2 und einem daran befestigten Dämpfungskolben 3. Der Dämpfungskolben 3 unterteilt den Zylinder 1 in zwei Arbeitsräume 4 und 5. Zur Erzeugung einer Dämpfungskraft besitzt der Dämpfungskolben 3 Ventilscheiben 6, die über die Durchlässe 7, 8 und für die Zugstufe 14 von der Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagt werden.

In der Druckstufe des Schwingungsdämpfers gelangt die Dämpfungsflüssigkeit vom Arbeitsraum 5 durch den Durchlaß 8 und am Außenumfang der Ventilscheiben 6 vorbei über den Durchlaß 7 in den Arbeitsraum 4. In der Zugstufe gelangt die Dämpfungsflüssigkeit in umgekehrter Richtung über den Durchlaß 7 am Innendurchmesser der Ventilscheiben 6 vorbei, dem Durchlaß 14 und dem Durchlaß 8 in den Arbeitsraum 5. Die Ventilscheiben 6 sind dabei am Außenumfang an der Steuerkante 9 und am Innenumfang an der Steuerkante 10 abgestützt. Die Vorspannung der Ventilscheiben 6 ist über die Verstelleinrichtung 11 beeinflußbar, indem durch das Handrad 15 eine manuelle axiale Verstellung der Steuerkante 10 vorgenommen werden kann, um somit die Vorspannung der Ventilscheiben 6 zu erhöhen bzw. zu vermindern.

In der Fig. 2 ist ein Schwingungsdämpfer im Prinzip wie in Fig. 1 dargestellt, mit dem Unterschied, daß die zweite Steuerkante 10 wiederum mit einer Verstelleinrichtung 11 in Verbindung steht. Als Verstelleinrichtung 11 ist dabei im Innenraum der Kolbenstange 2 ein Bauteil veränderlicher Länge vorgesehen. Ein derartiges Bauteil könnte z. B. aus Piezokeramikelementen hergestellt sein, deren Länge sich über die Beaufschlagung von elektrischer Energie über den elektrischen Anschluß 16 verändern. Über die Verstelleinrichtung 11 werden wiederum die Ventilscheiben 6 mehr oder weniger vorgespannt.

In den Fig. 3 und 4 ist der Schwingungsdämpfer derart dargestellt, daß die Strömungsrichtung des Dämpfungsmittels in Fig. 3 für die Zugrichtung und in Fig. 4 für die Druckrichtung schematisch dargestellt ist. Für die Zugrichtung gelangt das Dämpfungsmittel durch den Durchlaß 7 an der zweiten Steuerkante 10 vorbei in den Durchlaß 14 und von dort über den Durchlaß 8 in den Arbeitsraum 5. In der Druckrichtung des Schwingungsdämpfers fließt Dämpfungsmittel über den Durchlaß 8 vorbei an der Steuerkante 9, dem Durchlaß 7 in den Arbeitsraum 4. Je nach Vorspannung der Verstelleinrichtung 11 bedarf es eines mehr oder weniger größeren Druckes des Dämpfungsmittels auf die Ventilscheiben 6, damit diese von ihrer entsprechenden Steuerkante 9 bzw. 10, je nach Druckrichtung, abheben.

In der Fig. 5 ist die Integration des Dämpfungskolbens 3 in einem Schwingungsdämpfer nach dem Zweirohrprinzip gezeigt, wobei es sich in Fig. 5 um ein Federbein und in Fig. 6 um eine Federbeinpatrone (Federbeineinsatz) handelt.

Die Fig. 7 zeigt einen Dämpfungskolben 3 mit Ventilscheiben 6 und einer Verstelleinrichtung 11 in der Anwendung bei einem Einrohr-Gasdruckdämpfer. Hierbei ist der Arbeitsraum 5 nochmals über einen Trennkolben 17 getrennt, so daß im unteren Bereich ein Gaspolster 18 vom Trennkolben 17 abgetrennt wird.

In der Fig. 8 ist ein Federzylinder dargestellt, bei dem der Dämpfungskolben 3 den Zylinder 1 wiederum in die Arbeitsräume 4 und 5 unterteilt und bei dem die Ventilscheiben 6 über die Verstelleinrichtung 11 vorgespannt werden können. Über den Anschluß 19 wird die Verbindung zu einem Druckspeicher, Ausgleichsraum oder dergleichen hergestellt, so daß dieser Federzylinder in einer Niveauregelungsanlage Anwendung finden kann.

In den Fig. 9 und 10 ist ein Dämpfungskolben 3 in einem Zylinder 1 dargestellt, wobei die Verstelleinrichtung 11 gegen ein Federelement 12 arbeitet. Die Verstelleinrichtung 11 ist mit einem Zapfen 20 versehen, welcher an seinem unteren Ende ein Bauteil 21 aufweist, welches die zweite Steuerkante 10 trägt. Ist die Verstelleinrichtung 11 nicht mit Strom versorgt, so erzeugt das Federelement 12 über den Zapfen 20 und die axial verschiebliche zweite Steuerkante 10 eine harte Vorspannung auf die Ventilscheiben 6. Dies hat zur Folge, daß bei Stromausfall der Schwingungsdämpfer in der harten Sicherheitseinstellung verharrt. Wird die Verstelleinrichtung 11 mit Strom versorgt, so drückt die Verstelleinrichtung 11 gegen das Federelement 12 und verschiebt den Zapfen 20 zusammen mit dem Bauteil 21 in eine untere Position, so daß die Ventilscheiben 6 entspannt werden. Diese Funktionsweise ist sowohl für die Zug- als auch für die Druckstufe des Schwingungsdämpfers maßgebend. In der Fig. 9 ist der Strömungsweg des Dämpfungsmittels für die Zugstufe schematisch dargestellt, wobei in der Fig. 10 der Strömungsweg des Dämpfungsmittels schematisch für die Druckstufe eingezeichnet ist. Das Prinzip entspricht wiederum dem in Fig. 1 bereits Gezeigtem.

In der Fig. 11 ist ein Dämpfungskolben 3 als Einzelteil dargestellt, wobei die Ventilscheiben 6 wiederum durch eine Verstelleinrichtung 11 mehr oder weniger vorgespannt werden. Jeweils eine Ventilscheibe besitzt eine Ausnehmung 13 bzw. 14. Diese Ausnehmungen 13 bzw. 14 dienen dazu, daß ein Teilvolumenstrom des Dämpfungsmittels durch diese Ausnehmungen 13, 14 je nach Zug- bzw. Druckrichtung gelenkt werden und so im unteren Geschwindigkeitsbereich des Dämpfungskolbens 3 bei geringer Dämpfungskrafteinstellung durch die Verstelleinrichtung 11 ein weiches Ansprechen der Ventilscheiben 6 bewirken. Wird die Verstelleinrichtung 11 weiter vorgespannt, so wird auch die Vorspannung der jeweils abdeckenden Ventilscheiben erhöht, so daß mit steigender Vorspannung der Verstelleinrichtung 11 der Einfluß der Ausnehmungen 13, 14 auf dem Dämpfungskraftverlauf sinkt.

In den Fig. 12a und 12b ist jeweils ein Vergleich einer Dämpfungskraftkennlinie gezeigt, wobei der Schwingungsdämpfer für die Kennlinie nach Fig. 12a dem Schwingungsdämpfer gemäß der Fig. 1 entspricht. Für die Kennlinie nach Fig. 12b ist ein Dämpfungskolben 3 maßgebend, welcher Ausnehmungen 13, 14 in den Ventilscheiben 6 für den unteren Geschwindigkeitsbereich aufweist. Während bei der Fig. 12a alle Dämpfungskraftkennlinien von einer Flanke (die durch Undichtigkeit bzw. konstante Drosselbohrung zustande kommen) ablösen, findet man bei Fig. 12b mit abnehmender Dämpfungskrafteinstellung einen zunehmend weichen Dämpfungskraftanstieg, der durch die abnehmende Vorspannung, mit der die Ausnehmungen 13, 14 abgedeckt werden, bewirkt wird.

In den Fig. 13 und 14 wird eine weitere Variante eines Dämpfungskolbens 3 dargestellt, wobei das Federelement 12 der Verstelleinrichtung 11 entgegenwirkt und lediglich in der Zugstufe (Fig. 13) wirksam werden kann. Das Federelement 13 (Fig. 14) stützt die Ventilscheiben 6 in der Druckstufe ab. Mit Hilfe der Federelemente 12 und/oder 13 ist es möglich, die Abstimmung zwischen Zug- und Druckkraftverlauf auch unabhängig von den geometrischen Abmessungen der jeweils vorgesehenen Steuerkanten 9 bzw. 10 und der entsprechenden Durchmesser der Ventilscheiben 6 vornehmen zu können.

In den Fig. 15 und 16 ist eine weitere Möglichkeit der Einflußnahme auf die unterschiedlichen Dämpfungskraftkennlinien in der Zug- und/oder Druckstufe gezeigt. Die Ventilscheiben 6 des Dämpfungskolbens 3 bestehen dabei aus mehreren einzelnen Federscheiben, die entweder mit unterschiedlichen Innendurchmessern (Fig. 15) oder mit unterschiedlichen Außendurchmessern (Fig. 16) versehen sind. Soll die Zunahme der Dämpfungskraft über der Kolbengeschwindigkeit in der Zugstufe nach einer anderen Gesetzmäßigkeit verlaufen als in der Druckstufe, so kann diesem Umstand durch Verwendung von Federscheiben unterschiedlichen Durchmessers Rechnung getragen werden. Es besteht die Möglichkeit, die Federscheiben der Ventilscheiben 6 an ihrem Außendurchmesser zu führen und den Innendurchmesser der Ventilscheiben zu variieren (Fig. 15) oder die Ventilscheiben 6 auf dem Innendurchmesser zu führen und im Außendurchmesser entsprechend abzustufen (Fig. 16).

Claims

1. Regelbarer Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge mit einem Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Zylinder, einer darin abgedichtet eintauchenden, axial verschieblich angeordneten Kolbenstange und einem daran befestigten Dämpfungskolben, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt und durch Ventilscheiben gesteuerte Durchlässe aufweist, wobei die Ventilscheiben mit ihrem Außenumfang auf einer ersten Steuerkante aufliegen und auf ihrer entgegengesetzten Stirnseite am Innenumfang an einer zweiten Steuerkante abgestützt sind und wobei mindestens eine Steuerkante gegenüber der anderen Steuerkante über eine Verstelleinrichtung axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheiben (6) in einem Hohlraum des Dämpfungskolbens (3) aufgenommen sind, daß die erste Steuerkante (9) an einer Innenwandung des Dämpfungskolbens (3) angeordnet ist, daß die von außen gesteuerte Verstelleinrichtung (11) im Hohlraum der Kolbenstange (2) angeordnet ist, und daß die Verstelleinrichtung (11) mit der zweiten Steuerkante (10) den inneren Bereich der Ventilscheiben (6) direkt beaufschlagt.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerkante (9; 10) Bestandteil der Verstelleinrichtung (11) ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstelleinrichtung (11) ein Bauteil mit veränderlicher Länge vorgesehen ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement (11) aus längenveränderlichen, piezomechanischen Bauteilen besteht.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheiben (6) durch die Vorspannung eines Federelementes (12) gehalten werden und daß die Verstelleinrichtung (11) bei Betätigung diese Vorspannung reduziert.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheiben (6) Ausnehmungen (13; 14) enthalten, wobei für die Zug- und/oder Druckrichtung die jeweils druckseitig angeordnete Ventilscheibe (6) im Bereich der Steuerkante (9; 10) mindestens eine Ausnehmung (13; 14) aufweist, die von der jeweils niederdruckseitig angeordneten Ventilscheibe (6) abgedeckt wird.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheiben (6) gegenüber der in der Zugstufe wirksamen Steuerkante (9; 10) niederdruckseitig durch ein zusätzliches Federelement (12) abgestützt werden.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheiben (6) gegenüber der in der Druckstufe wirksamen Steuerkante (9; 10) niederdruckseitig durch ein zusätzliches Federelement (13) abgestützt werden.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheiben (6) aus Federscheiben unterschiedlichen Innendurchmessers bestehen, die auf ihrem gemeinsamen Außendurchmesser geführt werden.

10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheiben (6) aus Federscheiben unterschiedlichen Außendurchmessers bestehen, die auf ihrem gemeinsamen Innendurchmesser geführt werden, und von denen mindestens eine mit ihrem Außenumfang auf der Steuerkante (9) aufliegt.