DE4109180A1 - Stossdaempfer mit veraenderlicher daempfungskraft - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der in der Lage ist, seine Dämpfungskraft zu steuern.

Der optimale Wert der Dämpfungskraft eines Fahrzeuges zum Absorbieren von Vibrationen der Karosserie des Fahrzeuges ändert sich in Abhängigkeit von den Zuständen der Straßen­ oberfläche und den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges in konstanter Weise. Aus diesem Grunde wurde bereits ein Stoß­ dämpfer vorgeschlagen, der eine veränderliche Dämpfungskraft erzeugt. Ein Beispiel eines derartigen Stoßdämpfers ist in der japanischen Offenlegungsschrift 2 16 137/1989 beschrie­ ben. Bei diesem vorgeschlagenen Stoßdämpfer, der seine Dämpfungskraft verändern kann, ist das Innere eines Zylin­ ders durch einen Kolben, der innerhalb des Zylinders gleiten kann, in zwei Hydraulikkammern unterteilt. Ein Ventilkörper ist vorgesehen, um die Verbindung zwischen den beiden Hydraulikkammern zu steuern. Eine piezoelektrische Vor­ richtung wird als Antriebseinrichtung zum Steuern der Funktionsweise des Ventilkörpers verwendet. Die Verschie­ bung der piezoelektrischen Vorrichtung wird durch eine Verschiebungsverstärkungs- und -überführungseinrichtung, die eine mit einem Betriebsöl abgedichtete Arbeitskammer auf­ weist, verstärkt. Die Arbeitskammer wird durch einen Plun­ gerkolben und einen kleinen Kolben begrenzt. Die Verschie­ bung des Plungerkolbens wird in eine Änderung des Hydraulik­ drucks innerhalb der Arbeitskammer umgewandelt. Mit dieser Änderung wird der kleine Kolben zum Antreiben des Ventil­ körpers beaufschlagt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Stoßdämpfer des Standes der Technik, der in der Lage ist, seine Dämpfungskraft zu ver­ ändern, wird der kleine Kolben mit der Änderung des Hydrau­ likdrucks innerhalb der Arbeitskammer beaufschlagt, um die Verschiebung der piezoelektrischen Vorrichtung zu verstär­ ken. Die Arbeitskammer wird hierbei zwischen der piezo­ elektrischen Vorrichtung und dem Kolben gebildet. Zu diesem Zeitpunkt ist es erforderlich, den Durchmesser des kleinen Kolbens zu ändern, damit sich die Verschiebung des Kolbens ändern kann. Einer Modifikation des Durchmessers des Kolbens sind jedoch Grenzen gesetzt, da eine ausreichende Festigkeit sichergestellt sein muß. Aus diesem Grunde ist es unvermeid­ bar gewesen, daß eine Verstärkung der Verschiebung nur in eingeschränkter Weise möglich war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stoßdämpfer zu schaffen, der seine Dämpfungskraft verändern kann und mit einer völlig neuartigen Einrichtung zum Verstärken der Ver­ schiebung von piezoelektrischen Elementen versehen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stoßdämpfer, der eine veränderliche Dämpfungskraft erzeugt, gelöst, welcher die folgenden Bestandteile umfaßt: einen Zylinder, ein gleitend im Zylinder angeordnetes und das Innere des Zylinders in zwei Hydraulikkammern unterteilendes Kolben­ element, ein das Kolbenelement haltendes Haltelement, einen lose in den Zylinder eingesetzten und mit dem Halteelement verschraubten Stab, im Haltelement ausgebildete Kanäle, die eine Verbindung zwischen den beiden Hydraulikkammern ermög­ lichen, piezoelektrische Elemente, die innerhalb des Stabes angeordnet sind und sich in Abhängigkeit von der an sie an­ gelegten elektrischen Spannung verkürzen und verlängern, im Halteelement montierte Ventileinrichtungen, die die Kanäle öffnen und schließen, und eine zwischen den Ventilein­ richtungen und den piezoelektrischen Elementen montierte Hebeleinrichtung, die die Verschiebung der piezoelektrischen Elemente vervielfacht und die vervielfachte Verschiebung auf die Ventileinrichtungen überträgt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Trennwand­ element vorgesehen, so daß eine dritte Hydraulikkammer im Zylinder ausgebildet wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind ein im Stab montierter Drucksensor und eine elektronische Steuer­ einheit, die an den Drucksensor angeschlossen ist, vorge­ sehen. Die Steuereinheit steuert die an die piezoelek­ trischen Elemente angelegte elektrische Spannung in Abhän­ gigkeit vom Ausgangssignal des Sensors.

Da die Hebeleinrichtung als Einrichtung zur Übertragung der Verschiebung der piezoelektrischen Elemente verwendet wird, kann der Faktor, um den die Verschiebung verstärkt wird, aus zahlreichen Werten ausgewählt werden, indem man den Dreh­ punkt des Hebelelementes verändert. Folglich kann die Ver­ schiebung um einen großen Faktor erhöht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines mit Stoßdämpfern, die eine verän­ derliche Dämpfungskraft erzeugen, ausge­ rüsteten Fahrzeuges; und

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Stoß­ dämpfer, der eine veränderliche Dämpfungskraft erzeugt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind Stoßdämpfer SA allgemein zwischen der Karosserie BD eines Fahrzeuges und den Rädern WH montiert, um die Stoßbelastungen zu absorbieren, denen die Karosserie BD ausgesetzt ist. Erfindungsgemäß sind Stoßdämpfer SA, die in der Lage sind, ihre Dämpfungskraft zu verändern, zwischen der Karosserie BD und den entsprechenden Rädern WH montiert.

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Stoßdämpfer, der eine veränderliche Dämpfungskraft erzeugt. Dieser Stoß­ dämpfer besitzt einen Außenzylinder 10, in den ein Zylinder 11 lose eingesetzt ist. Ein Kolben 12 wird im Zylinder 11 gehalten, so daß er an der Innenwand des Zylinders 11 glei­ ten kann. Das Innere des Zylinders 11 ist in eine erste Hydraulikkammer 13 und eine zweite Hydraulikkammer 14 unter­ teilt. Eine dritte Hydraulikkammer 15 wird durch den Außen­ zylinder 10 und den Zylinder 11 gebildet. Die erste und zweite Kammer 13, 14 sind mit einem Betriebsöl gefüllt. Eine vorgegebene Menge des Betriebsöls ist in der dritten Hydrau­ likkammer 15 enthalten.

An einem Ende des Zylinders 11 ist ein Trennwandelement 16 in diesen Zylinder eingepaßt. Ein Ventilmechanismus 17, der aus zwei Ventilen 17a und 17b besteht, ist in und an dem Trennwandelement 16 montiert. Durch das Ventil 17a kann das Betriebsöl von der zweiten Hydraulikkammer 14 zur dritten Hydraulikkammer fließen. Durch das Ventil 17b kann das Öl von der dritten Hydraulikkammer 15 zur zweiten Hydraulikkam­ mer fließen. Die Ventile 17a und 17b sind in und an dem Trennwandelement 16 montiert. Am anderen Ende des Zylinders 11 ist ein Führungselement 18 mit Hilfe einer Preßpassung im Zylinder montiert. Ein Befestigungselement 18a ist auf den Außenzylinder 10 geschraubt, um das Führungselement 18 zu arretieren.

Eine Vielzahl von Löchern 12a erstreckt sich durch den Kol­ ben 12, der gleitend im Zylinder 11 geführt ist. Diese Löcher 12a bringen die erste Hydraulikkammer 13 mit der zweiten Hydraulikkammer 14 in Verbindung. Ein Halteelement 19 ist in den Kolben 12 eingesetzt. Der Kolben ist über eine Mutter 20 mit dem Halteelement 19 verbunden. Platten 21 und 22 sind an gegenüberliegenden Flächen des Kolbens 12 mon­ tiert, so daß Ventile 23 und 24 gebildet werden. Über das Ventil 23 kann das Betriebsöl nur von der ersten Hydraulik­ kammer 13 zur zweiten Hydraulikkammer 14 fließen. Durch das Ventil 24 kann das Öl nur von der zweiten Hydraulikkammer 14 zur ersten Hydraulikkammer 13 fließen. Ein Stab 25, der einen Hohlraum 25a aufweist, ist mit dem Halteelement 19 verschraubt. Ein Dichtungselement 26 ist in die Öffnung 25b des Hohlraumes 25a eingepaßt. Eine Vielzahl von scheibenför­ migen piezoelektrischen Elementen 27 sind im Hohlraum 25a innerhalb des Stabes 25 angeordnet. Eine Schraubenfeder 28 ist zwischen den laminierten piezoelektrischen Elementen 27 und dem Dichtungselement 26 gespannt. Der zwischen dem Dichtungselement 26 und den piezoelektrischen Elementen 27 gebildete Raum wird durch das Betriebsöl abgedichtet. Ein Loch 26a erstreckt sich durch das Dichtungselement 26. Ein kleiner Kolben 29 ist derart im Loch 26a angeordnet, daß er in flüssigkeitsdichter Weise gleiten kann. Eine Arbeits­ kammer 30 wird durch das Halteelement 19 und den Stab 25 gebildet. Das Halteelement 19 ist mit Kanälen 31 und 32 versehen. Der Kanal 31 bringt die Arbeitskammer 30 mit der ersten Hydraulikkammer 13 in Verbindung. Andererseits ver­ bindet der Kanal 32 die Arbeitskammer 30 mit der zweiten Hydraulikkammer 14. Eine Ventileinrichtung 33 ist in der Arbeitskammer 30 montiert und steuert die Verbindung zwischen der ersten Hydraulikkammer 13 und der zweiten Hydraulikkammer 14.

Die Ventileinrichtung 33 besteht aus einem Hebelelement 33a in der Form einer flachen Platte zusammen mit einer Feder 33b, die das Hebelelement 33a in einer solchen Richtung vor­ spannt, daß die Verbindung zwischen der ersten Hydraulikkam­ mer 13 und der zweiten Hydraulikkammer 14 begrenzt wird. Das Hebelelement 33a ist am Halteelement 19 verschwenkbar ange­ ordnet. Der Drehpunkt bzw. Schwenkpunkt des Hebelelementes 33a kann beliebig eingestellt werden, solange wie er am Hebelelement 33a liegt. Ein Drucksensor 34 ist innerhalb des Stabes 25 montiert. Das Ausgangssignal vom Sensor wird an eine äußere Steuereinheit oder CPU geführt.

Es wird nunmehr die Funktionsweise des Stoßdämpfers, der eine veränderliche Dämpfungskraft erzeugt, beschrieben. Wenn sich der Stoßdämpfer in einer solchen Richtung bewegt, daß er ausgelängt wird, oder in der durch den Pfeil A in Fig. 2 angedeuteten Richtung, nimmt das Volumen der ersten Hydrau­ likkammer 13 ab. Zur gleichen Zeit steigt das Volumen der zweiten Hydraulikkammer 14 an. Zu diesem Zeitpunkt wird das in der ersten Hydraulikkammer 13 enthaltene Betriebsöl über das Ventil 21 in die zweite Hydraulikkammer 14 gepreßt. Das Volumen des von der ersten Kammer 13 in die zweite Kammer 14 strömenden Betriebsöles ist geringer als die Änderung des Volumens der zweiten Kammer 14. Um dies zu kompensieren, wird Arbeitsöl von der dritten Kammer 15 über das Ventil 17a in die zweite Kammer 14 eingeführt.

Wenn sich andererseits der Stoßdämpfer in einer Richtung verschiebt, in der er verkürzt wird, oder in der Richtung des Pfeiles B in Fig. 2, nimmt das Volumen der ersten Kammer 13 zu. Gleichzeitig sinkt das Volumen der zweiten Kammer 14 ab. Zu diesem Zeitpunkt wird das in der zweiten Kammer 14 enthaltene Betriebsöl über das Ventil 22 in die erste Kammer 13 gedrückt. Das Volumen des von der zweiten Kammer 14 zur ersten Kammer 13 strömenden Betriebsöles ist geringer als die Änderung des Volumens der zweiten Kammer 14. Um dies zu kompensieren, wird Betriebsöl in einer Menge, die dieser Differenz entspricht, von der zweiten Kammer 14 über das Ventil 17b der dritten Kammer 15 zugeführt.

Wenn das Fahrzeug beispielsweise einen Höcker passiert, ver­ kürzt sich der Stoßdämpfer, um den auf die Karosserie BD des Fahrzeuges übertragenen Stoß zu mildern. Zu dieser Zeit fließt das Betriebsöl von der zweiten Hydraulikkammer 14 zur ersten Hydraulikkammer 13, und es wird eine Druckdifferenz erzeugt. Wenn diese Druckdifferenz groß ist, erhalten die Fahrzeuginsassen ein Gefühl der Unbequemlichkeit. Der Stoß kann jedoch in einem großen Ausmaß gedämpft werden, indem die Druckdifferenz klein gemacht wird. Zu diesem Zweck ist das Halteelement 19 mit den Kanälen 31 und 32 versehen, über die die erste und zweite Hydraulikkammer 13, 14 miteinander in Verbindung gebracht werden. Auf diese Weise wird der Stoß absorbiert.

Ein Höcker auf der Straße wird durch den im Stab 25 ange­ ordneten Drucksensor 34 erfaßt. Zur gleichen Zeit wird das Ausgangssignal vom Sensor der CPU zugeführt. Gleichzeitig damit erzeugt die CPU ein Signal für die piezoelektrischen Elemente 27, um diese zu betätigen. Die piezoelektrischen Elemente 27 werden in Abhängigkeit von der beaufschlagten Spannung verschoben oder verkürzt und ausgelängt.

Es wird nunmehr ein Beispiel in bezug auf die Verschiebung der piezoelektrischen Elemente 27 erläutert. Wenn diese sich in Abhängigkeit von der angelegten Spannung auslängen, nimmt das Volumen des von den piezoelektrischen Elementen 27 und dem Dichtungselement 26 eingenommenen Raumes ab. Dann setzt das Betriebsöl den kleinen Kolben 29 unter Druck, der gegen das Hebelelement 33a des Ventilelementes 33 gepreßt wird. Das Hebelelement 33a ist bereit, um seinen Drehpunkt gedreht zu werden. Der Kolben 29 dreht das Hebelelement 33a gegen die Vorspannkraft der Feder 33b, so daß die erste Hydraulik­ kammer 13 über die Kanäle 31 und 32 mit der zweiten Hydrau­ likkammer 14 in Verbindung gebracht wird. Wenn keine Span­ nung an die piezoelektrischen Elemente 27 angelegt wird, setzt die Feder 33b das Hebelelement 33a so unter Druck, daß die erste Kammer 13 von der zweiten Kammer 14 getrennt wird.

Der kleine Kolben 29 ist an einem Punkt am Hebelelement 33a gelagert. Dieser Punkt wird als erster Beaufschlagungspunkt angesehen. Das Drehzentrum des Hebelelementes 33a wird als Drehpunkt genommen. Das Hebelelement 33a sitzt an einem Punkt am Haltelement 19. Dieser Punkt wird als zweiter Be­ aufschlagungspunkt angesehen. Irgendein Punkt am Hebelele­ ment 33a kann als Drehpunkt des Hebelelementes genommen werden. Mit anderen Worten, das Verhältnis der Strecke zwischen dem Drehpunkt und dem ersten Beaufschlagungspunkt zur Strecke zwischen dem Drehpunkt und dem zweiten Beauf­ schlagungspunkt, d. h. das Hebelverhältnis, kann auf ir­ gendeinen gewünschten Wert eingestellt werden.

Erfindungsgemäß wird das Hebelelement dazu verwendet, die Verschiebung der piezoelektrischen Elemente zu verviel­ fachen. Dadurch kann das Hebelverhältnis beliebig einge­ stellt werden. Mit anderen Worten, der Vervielfachungs­ faktor der Verschiebung kann im Vergleich zum Verviel­ fachungsfaktor der Verschiebungsvervielfachungseinrichtun­ gen des Standes der Technik relativ groß gehalten werden. Der Freiheitsgrad, mit dem die Vervielfachung der Verschie­ bung der piezoelektrischen Elemente eingestellt werden kann, kann somit in bezug auf die Ausbildung der piezoelektrischen Elemente erhöht werden. Des weiteren kann die Zahl der ver­ wendeten piezoelektrischen Elemente herabgesetzt werden. Auf diese Weise besitzt der neuartige Stoßdämpfer eine Vielzahl von praktischen Vorteilen.

Erfindungsgemäß wird somit ein Stoßdämpfer für ein Kraft­ fahrzeug vorgeschlagen, der eine veränderliche Dämpfungs­ kraft besitzt. Der Stoßdämpfer weist einen Zylinder, einen gleitend im Zylinder geführten Kolben, ein den Kolben hal­ tendes Halteelement, einen in den Kolben eingesetzten Stab, eine Schicht von im Stab angeordneten piezoelektrischen Elementen und einen Ventilmechanismus auf. Der Kolben bil­ det zwei Kammern innerhalb des Zylinders. Im Halteelement sind Kanäle ausgebildet, so daß die beiden Kammern mitein­ ander in Verbindung stehen können. Die piezoelektrischen Elemente verkürzen und verlängern sich in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Spannung. Der Ventilmechanismus, der die Kanäle öffnet und schließt, besitzt ein Hebelelement und eine Feder. Das Hebelelement verstärkt die Verschiebung bzw. Verformung der piezoelektrischen Elemente.

Claims (3)

1. Stoßdämpfer mit veränderlicher Dämpfungskraft, gekenn­ zeichnet durch:
einen Zylinder (11),
ein gleitend im Zylinder (11) geführtes Kolbenelement (12), das das Innere des Zylinders in eine erste und eine zweite Hydraulikkammer (13, 14) unterteilt,
ein das Kolbenelement (12) haltendes Halteelement (19),
ein lose in den Zylinder (11) eingesetzter und mit dem Halteelement (19) gekoppelter Stab (25),
im Halteelement (19) ausgebildete Kanäle (31, 32), die die erste und zweite Hydraulikkammer (13, 14) miteinander in Verbindung bringen,
piezoelektrische Elemente (27), die im Stab (25) angeordnet sind und sich in Abhängigkeit von der an sie angelegten elektrischen Spannung verkürzen und verlängern,
eine Ventileinrichtung (33), die im Halteelement (19) mon­ tiert ist und die Kanäle (31, 32) öffnet und schließt, und ein Hebelelement (33a), das zwischen der Ventileinrichtung (33) und den piezoelektrischen Elementen (27) montiert ist und die Verformung bzw. Verschiebung der piezoelektrischen Elemente (27) vervielfacht sowie die vervielfachte Verfor­ mung bzw. Verschiebung auf die Ventileinrichtung (33) über­ trägt.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (11) ein Trennwandelement (16) angeordnet ist, um innerhalb des Zylinders (11) eine dritte Hydraulik­ kammer (15) zu bilden.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er des weiteren umfaßt:
einen im Stab (25) montierten Drucksensor (34) und
eine elektrische Steuereinheit, die an den Drucksensor (34) angeschlossen ist und die an die piezoelektrischen Elemente (27) angelegte elektrische Spannung in Abhängigkeit vom Aus­ gangssignal des Sensors (34) steuert.