DE4007261A1

DE4007261A1 - Regelbarer schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE4007261A1
Application number: DE19904007261
Authority: DE
Inventors: Norbert Ackermann
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1991-09-12
Also published as: DE4007261C2

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 Kolben, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, wobei mindestens ein, mit einem axial beweglichen Ventilkörper und einem Ventilsitz versehenes, elektromagnetisch steuerbares, vorgesteuertes Dämpfungsventil den wirksamen Querschnitt eines Dämpfungskanales steuert, und daß ausgehend von einem Arbeitsraum mindestens ein zu einer Steuerkammer verlaufender, konstanter Drosselquerschnitt vorgesehen ist und ein weiterer Kanal mit konstantem Querschnitt durch eine stufenlos positionierbare Steuernadel gesteuert wird.

Es sind hydraulisch, regelbare Schwingungsdämpfer bekannt, deren Dämpfungskraft in der Zug- und/oder Druckstufe während des Betriebes verändert werden kann (z. B. DE-AS 12 42 945). Mit diesen Vorrichtungen läßt sich der Dämpfungskraftverlauf der Schwingungsdämpfer manuell oder auch über die Wirkung eines der Fahrzeugorgane an den jeweiligen Fahrzustand, z. B. an die Fahrgeschwindigkeit, anpassen. Nachteilig ist hierbei, daß die Verstellungsgeschwindigkeit konstruktionsbedingt mehr niedrig ist, so daß auf Schwingungen der Radaufhängungen nur sehr träge reagiert werden kann.

Darüber hinaus sind schnellschaltende Flüssigkeitssteuereinrichtungen für Fahrzeugaufhängungssysteme bekannt (z. B. DE-OS 34 26 014), deren hochfrequentes Schaltverhalten es ermöglichen sollte, mit der Dämpfungskraftverteilung auf die Schwingungsdämpfbewegungen zu reagieren. Derartige Schwingungsdämpfer arbeiten nach der Aufgabenstellung, den Fahrzeugaufbau zu stabilisieren, das heißt, seine Bewegungen möglichst klein zu halten. Zu diesem Zweck ist die konstruktive Ausführung des Schwingungsdämpfers so gestaltet, daß es möglich wird, die Bewegungen von Aufbau und Radaufhängung zu erfassen und in solchen Bewegungszuständen eine große Dämpfungskraft zu wählen, in denen die Richtung der erzeugten Dämpfungskraft der Bewegung des Fahrzeugaufbaus entgegen gerichtet ist, bzw. eine kleine Dämpfungskraft zu wählen, wenn Dämpfungskraft und Aufbaubewegung des Fahrzeuges gleichgerichtet sind. Zur Verwirklichung dieser Aufgabenstellung ist es erforderlich, die Verstellung der Dämpfungskraft jeweils zu dem Zeitpunkt vorzunehmen, zu dem der Schwingungsdämpfer seine Bewegungsrichtung umkehrt. Durch eine Phasenverschiebung zwischen der angestrebten Dämpfungskrafteinstellung (Sollwert) und der schaltungstechnisch tatsächlich erreichten Einstellung (Istwert) wird die Wirksamkeit der zugrunde gelegten Dämpfungsmethode stark beeinträchtigt. Um im dynamischen Ablauf der Schwingbewegungen die Phasenverschiebung zwischen Soll- und Istwert auf ein tolerierbares Maß zu verringern, muß die Verstellung der Dämpfungskraft mit hoher Geschwindigkeit vollzogen werden. Das bedeutet, unter Berücksichtigung der Eigenfrequenzen der Radaufhängungen von ca. 10-15 Hertz (bei PKW) steht für das Erkennen der Aufbaubewegung des Fahrzeuges, das Erkennen der relativen Radbewegung, die Verarbeitung der Signale, das Auslösen des Schaltvorganges und für die Ausführung des Schaltvorganges eine Zeit von ca. 2-10 Millisekunden zur Verfügung. Die Verwirklichung solcher Schaltzeiten führt in der Praxis zu Problemen.

Nachteilig ist des weiteren, daß zum Erkennen des jeweils vorliegenden Bewegungszustandes nicht nur Meßwertaufnehmer für die Bewegung des Fahrzeugaufbaus, sondern auch solche für die Bewegung jedes einzelnen Rades vorgesehen werden müssen, denn durch die Notwendigkeit zur Erfassung mehrerer Meßgrößen werden sowohl der Zeitaufwand für die Signalverarbeitung als auch die Kosten für das Gesamtsystem beträchtlich erhöht.

Weiterhin sind elektrohydraulisch steuerbare Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. DE-OS 38 03 888), die durch ihre spezielle Schaltungstechnik die Kombination von weicher Zug- und harter Druckstufe und umgekehrt zulassen, ohne daß bei jeder Schwingung der Radaufhängung ein Schaltvorgang erforderlich wird.

Diese Ausführungsform eignet sich allerdings nur für die Anwendung in Einrohr-Schwingungsdämpfern. Mit ihr läßt sich für jede Bewegungsrichtung lediglich eine harte und eine weiche Dämpfungseinstellung realisieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen beliebigen Schwingungsdämpfer mit einer Ventileinrichtung zur Dämpfungskraftregelung für die Zug- und Druckstufe zu versehen, wobei die Schaltaktivitäten der Ventileinrichtung unabhängig von der Achsfrequenz vorgenommen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß für die Zug- und für die Druckstufe jeweils ein Dämpfungsventil und ein Rückschlagventil vorgesehen ist, wobei daß für die Zug- und für die Druckstufe jeweils ein Dämpfungsventil und ein Rückschlagventil vorgesehen ist, wobei jeweils der konstante Drosselquerschnitt von dem anströmseitigen Arbeitsraum ausgehend verläuft und ein weiterer, von der Steuerkammer ausgehender Kanal in Abströmrichtung verlaufend angeordnet ist.

Durch diese Anordnung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Dämpfungskrafteinstellung von Zug- und Druckstufe völlig getrennt voneinander vorgesehen werden kann, und daß Dämpfungseinstellungen zur Beruhigung des Aufbaus mit geringer Zug- und hoher Druckstufenkraft und umgekehrt realisierbar sind, ohne daß die Verstellelemente mit der Schwingfrequenz der Radaufhängung angesteuert werden müssen.

Hieraus ergeben sich wesentliche Vorteile:

- Um Dämpfungssysteme zur Beruhigung des Aufbaus mit niedriger Zug- und hoher Druckstufe (und umgekehrt) zu realisieren, genügt bezüglich der Sensierung die Erfassung der Aufbaubewegung.
- Es sind keine Relativsignalaufnehmer für die Bewegung zwischen Radaufhängung und Aufbau erforderlich.
- Die Schaltfrequenz für die Verstelleinrichtung wird sehr stark herabgesetzt.
- Durch die erhebliche Verringerung der Schaltfrequenz stellt die Verschiebung der Phasengänge von Soll- und Istwert kein Problem mehr dar.
- Aufgrund ihrer Vielseitigkeit, Schnelligkeit und Flexibilität ist die erfindungsgemäße Ausführung grundsätzlich für die Umsetzung sämtlicher Dämpfungsstrategien, die auf der Verwendung adaptiv geregelter Schwingungsdämpfer beruhen, geeignet.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der von dem anströmseitigen Arbeitsraum zur Steuerkammer verlaufende Kanal im Ventilkörper angeordnet ist.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß der von der Steuerkammer zum abströmseitigen Arbeitsraum verlaufende Kanal durch eine Steuernadel stufenlos verstellbar ist und durch den Ventilkörper verläuft.

Darüber hinaus ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, daß die Steuernadel eine Druckbeaufschlagungsfläche für den Druck in der Steuerkammer aufweist.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß bei einem Zweirohr-Schwingungsdämpfer ein Dämpfungsventil und ein Rückschlagventil im Kolben und ein Dämpfungsventil und ein Rückschlagventil im Boden angeordnet sind.

Eine besondere günstige Ausführung sieht vor, daß die Dämpfungsventile als separates Bauteil ausgebildet sind.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als druckbeaufschlagte Fläche eine über dem Außenumfang des Ventilkörpers verlaufende Fläche vorgesehen ist.

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

Fig. 1 einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer mit zwei steuerbaren Dämpfungsventilen im Schnitt

Fig. 2 einen schematisch dargestellten Einrohr-Schwingungsdämpfer mit zwei extern angeordneten Dämpfungsventilen

Fig. 3 ein Dämpfungsventil im Schnitt als Einzelteil

Fig. 4 ein weiteres Dämpfungsventil im Schnitt als Einzelteil.

In der Fig. 1 ist ein Zweirohr-Schwingungsdämpfer dargestellt, welcher aus dem Arbeitszylinder 2 und dem Außenrohr 5 besteht. Im Arbeitszylinder 2 auch die, den Kolben 14 aufnehmende Kolbenstange 1 ein, wobei der Kolben 14 den Zylinder 2 in einen oberen Arbeitsraum 3 und in einen unteren Arbeitsraum 4 unterteilt. Zur Erzeugung von Dämpfungskräften in der Zugstufe dient das Dämpfungsventil 7.1 sowie das Rückschlagventil 8.1.

Zwischen dem Zylinder 2 und dem Außenrohr 5 ist der Ausgleichsraum 6 vorgesehen, welcher mit dem unteren Arbeitsraum 4 über das im Boden 15 angeordnete Dämpfungsventil 7.2 und das Rückschlagventil 8.2 verbunden ist. Das Dämpfungsventil 7.2 sowie das Rückschlagventil 8.2 dienen zur Erzeugung von Dämpfungskräften in der Druckstufe.

Jedes Dämpfungsventil 7.1 bzw. 7.2 ist mit einem Ventilkörper 13 versehen, der eine druckbeaufschlagte Fläche 9, einen konstanten Drosselquerschnitt 10 und einen Kanal 11 aufweist. Der Kanal 11 wird durch eine Steuernadel 17 mittels eines Elektromagneten 18 gesteuert. Der im Kolben 14 angeordnete Ventilkörper 13 besitzt eine druckbeaufschlagte Fläche 9, die auf dem Außenumfang des Ventilkörpers 13 angeordnet ist. Ausgehend von dieser druckbeaufschlagten Fläche 9, ist der konstante Drosselquerschnitt 10 zur Rückseite 12 des Ventilkörpers 13 verlaufend angeordnet. Im Gegensatz hierzu ist der im Boden 15 angeordnete Ventilkörper 13 auf seiner Stirnseite mit der druckbeaufschlagten Fläche 9 versehen.

Diese druckbeaufschlagten Flächen sind deshalb unterschiedlich angeordnet, weil in der Zugstufe das Dämpfungsmittel vom oberen Arbeitsraum 3 den Außenumfang des Ventilkörpers 13 beaufschlagt, da das Rückschlagventil 8.1 geschlossen bleibt.

In der Druckstufe dagegen schließt das Rückschlagventil 8.2 und das Dämpfungsmittel beaufschlagt vom unteren Arbeitsraum 4 die Stirnfläche des Ventilkörpers 13.

In der Fig. 2 sind die Dämpfungsventile 7.1 und 7.2 als separates Bauteil 16 außerhalb des Schwingungsdämpfers angeordnet. Um das Dämpfungsmittel je nach Zug- oder Druckrichtung entsprechend zu leiten, sind wiederum die Rückschlagventile 8.1 und 8.2 vorgesehen. Ansonsten ist die Wirkungsweise dieser Dämpfungsventile 7.1 und 7.2 entsprechend den in Fig. 1 dargestellten.

Die Fig. 3 zeigt ein Dämpfungsventil 7 als Einzelteil in vergrößertem Maßstab. Das Dämpfungsmittel beaufschlagt die druckbeaufschlagte Fläche 9 des Ventilkörpers 13, wobei gleichzeitig Dämpfungsmittel über den konstanten Drosselquerschnitt 10 auf die Rückseite 12 des Ventilkörpers 13 gelangt. Hierbei wird die Steuernadel 17 und die Rückseite 12 des Ventilkörpers 13 mit Druck beaufschlagt. Steigt der Druck des Dämpfungsmittels an der druckbeaufschlagten Fläche 9 an, so gelangt über den konstanten Drosselquerschnitt 10 diese Druckerhöhung auf die Rückseite 12 des Ventilkörpers 13 und die Steuernadel 17 wird ausgelenkt. Das Freiwerden des mit dem Rücklauf verbundenen Kanales 11 verursacht eine Verlangsamung des Druckanstieges auf der Rückseite 12 des Ventilkörpers 13. Durch die druckbeaufschlagte Fläche 9 wird der Ventilkörper 13 ebenfalls axial ausgelenkt und folgt der gegen die Feder ausweichenden Steuernadel 17. Durch das Zusammenwirken der Steuernadel 17 und des Ventilkörpers 13 wird ein entsprechender Querschnitt am Ventilsitz freigegeben.

Das in Fig. 4 gezeigte Dämpfungsventil 7 zeigt einen Ventilkörper 13 mit einem konstanten Drosselquerschnitt 10, wobei der Druck der Steuerkammer 19 ebenfalls durch die Steuernadel 17 über die Beaufschlagungsfläche 20 gesteuert wird. Im Gegensatz zum Dämpfungsventil der Fig. 3 ist der Kanal 11 in einem fest angeordneten Bauteil vorgesehen. Durch die axiale Bewegung der Steuernadel 17 wird ebenfalls eine Druckregelung in der Steuerkammer 19 vorgenommen und eine axiale Auslenkung des Ventilkörpers 13 gewährleistet.

Bezugszeichenliste

1 Kolbenstange
2 Zylinder
3 oberer Arbeitsraum
4 unterer Arbeitsraum
5 Außenrohr
6 Ausgleichsraum
7.1 Dämpfungsventil
7.2 Dämpfungsventil
8.1 Rückschlagventil
8.2 Rückschlagventil
9 druckbeaufschlagte Fläche
10 konstanter Drosselquerschnitt
11 Kanal
12 Rückseite
13 Ventilkörper
14 Kolben
15 Boden
16 separates Bauteil
17 Steuernadel
18 Elektromagnet
19 Steuerkammer
20 Beaufschlagungsfläche

Claims

1. Regelbarer Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge mit einem Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Zylinder, einer darin abgedichtet eintauchenden, axial verschieblich angeordneten Kolbenstange und einem daran befestigten Kolben, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, wobei mindestens ein, mit einem axial beweglichen Ventilkörper und einem Ventilsitz versehenes, elektromagnetisch steuerbares, vorgesteuertes Dämpfungsventil den wirksamen Querschnitt eines Dämpfungskanales steuert, und daß ausgehend von einem Arbeitsraum mindestens ein zu einer Steuerkammer verlaufender, konstanter Drosselquerschnitt vorgesehen ist und ein weiterer Kanal mit konstantem Querschnitt durch eine stufenlos positionierbare Steuernadel gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zug- und für die Druckstufe jeweils ein Dämpfungsventil (7.1, 7.2) und ein Rückschlagventil (8.1, 8.2) vorgesehen ist, wobei jeweils der konstante Drosselquerschnitt (10) von dem anströmseitigen Arbeitsraum (3 oder 4) ausgehend verläuft und ein weiterer, von der Steuerkammer (19) ausgehender Kanal (11) in Abströmrichtung verlaufend angeordnet ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem anströmseitigen Arbeitsraum zur Steuerkammer (19) verlaufende Kanal (10) im Ventilkörper (13) angeordnet ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Steuerkammer (19) zum abströmseitigen Arbeitsraum (3 oder 4) verlaufende Kanal (11) durch eine Steuernadel (17) stufenlos verstellbar ist und durch den Ventilkörper (13) verläuft.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernadel (17) eine Druckbeaufschlagungsfläche (20) für den Druck in der Steuerkammer (19) aufweist.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Zweirohr-Schwingungsdämpfer ein Dämpfungsventil (7.1) und ein Rückschlagventil (8.1) im Kolben (14) und ein Dämpfungsventil (7.2) und ein Rückschlagventil (8.2) im Boden (15) angeordnet sind.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsventile (7.1, 7.2) als separates Bauteil (16) ausgebildet sind.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als druckbeaufschlagte Fläche (9) eine über dem Außenumfang des Ventilkörpers (13) verlaufende Fläche vorgesehen ist.