DE4131532A1 - Verstellbares daempfventil mittels eines elektrorheologischen steuermediums fuer einen schwingungsdaempfer - Google Patents
Verstellbares daempfventil mittels eines elektrorheologischen steuermediums fuer einen schwingungsdaempferInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Ober
begriff von Anspruch 1.
Moderne Kraftfahrzeuge, insbesondere die der Oberklasse, sind
mit verstellbaren Schwingungsdämpfern ausgerüstet, um einer
seits eine weiche Fahrwerksabstimmung für den Fahrkomfort und andererseits
eine sportlich straffe Abstimmung für den Bereich der höheren
Fahrgeschwindigkeiten zu erzielen. Es gibt z. B. die Möglich
keit, die Dämpfer mit Dampfventilen auszurüsten, die über
Elektromagneten in ihrer Dampfkraft verstellbar sind. Diese
Dampfventile sind in ihrem Aufbau sehr kompliziert und entspre
chend teuer und empfindlich. Als Alternative sind Schwingungs
dämpfer bekannt, die ein elektrorheologisches Medium enthalten,
das unter dem Einfluß einer Hochspannung innerhalb einer Kon
densatoranordnung seine Viskosität ändert. Die veränderbare
Viskosität des Mediums ist die Grundlage für die verstellbare
Dämpfung. Man verwendet das elektrorheologische Medium gleich
zeitig als Steuer- und als Dämpfmedium. Die hohen Kosten und
die nicht ausreichende Alterungsbeständigkeit des elektrorheo
logischen Mediums führten zu einer Entwicklung, die in der
DE 39 05 639 näher beschrieben ist, nämlich der Trennung von
Dämpfmedium und Steuermedium, wobei als Dämpfmedium konventio
nelles Mineralöl verwendet wird. Dieser Dämpfer besitzt außer
halb seiner Arbeitsräume ein Dämpfventil, das ohne Hochspan
nungseinfluß wie eine geschwindigkeitsabhängige Drosseleinrich
tung funktioniert, sich aber bei Anlage einer Hochspannung in
seiner Dämpfwirkung verändert. Prinzipiell besitzt das Dämpf
ventil bei abgeschalteter Hochspannung in der Druckstufe die
geringste und in der Zugstufe die höchste Dämpfkraft. Bei ange
legter Hochspannung ändert sich die Dämpfkraft ungleichsinnig,
d. h. die Druckstufendämpfkraft vergrößert sich und die Zugstu
fendämpfung nimmt ab. Dieses Kennlinienverhalten entspricht
aber nicht den Erfordernissen einer praktischen Dämpfkraftab
stimmung.
Ein weiteres zu verbesserndes Konstruktionsdetail liegt darin,
daß sich bei einer Änderung der Viskosität des Steuermediums
innerhalb der Steuerstrecke große Druckunterschiede innerhalb
des elektrorheologlschen Teiles ergeben, die wiederum zu Verzö
gerungen der Dämpfkraftänderung fuhren. Diese Druckunterschiede
entstehen dadurch, daß in der Steuerstrecke eine Kondensator
anordnung die Fließbewegung des elektrorheologischen Steuerme
diums nur auf einem Teilabschnitt stark hemmt. In einem Teil
stück des elektrorheologischen Steuerkreises wird das Steuer
medium zwischen dem Ventilkörper und der Steuerstrecke kompri
miert und dem anderen Teilstück zwischen Steuerstrecke und
Ventilkörper-Rückseite entlastet. Es gibt zwar einen Steuer
mediumausgleichsraum mit Druckvorlage mittels einer Membrane,
doch hat diese die Strömungswiderstände einer Steuermediumteil
strecke zu überwinden.
Die Kondensatorausführung für die sperrbare Steuerstrecke er
möglicht zwar eine große Kondensatorlänge, doch ergibt sich aus
der spiralförmigen Durchführstrecke nur ein relativ kleiner
mittlerer Windungsradius, der in Annäherung etwa dem Mittelwert
zwischen dem kleinsten und dem größten Windungsradius ent
spricht. Der mittlere Durchflußdurchmesser sollte aber zur Er
zielung einer möglichst großen Viskositätssteigerung des Steu
ermediums eine hinreichende Größe aufweisen. Bei der spiralför
migen Ausführung kommt noch hinzu, daß bei konstanter Spannung
an den Kondensatorflächen aufgrund des sich ändernden Radius
sich ändernde Viskositätszustände betrachtet über die Kondensa
torlänge ergeben. Als Folge muß die Hochspannung auf ein überhöhtes
Niveau gebracht werden, damit sichergestellt ist, daß
auf der gesamten Kondensatorlänge die Viskosität des Steuerme
diums zur Wirkung kommt. Andernfalls kann ein Unterdruck zwi
schen dem Ventilkörper und der spiralförmigen Durchflußstrecke
entstehen, der dafür sorgt, daß aus der Spirale Steuermedium
abgesaugt wird oder daß der Ventilkörper in seinem Bewegungsab
lauf behindert wird. Der Steuermediumausgleichsraum kann diesen
Mangel nicht beheben, da er nur bei spannungslosem Zustand auf
den Ventilkörper einwirken kann (Fig. 3).
Die Anordnung der Dämpfeinrichtung außerhalb der Arbeitsräume
führt zwangsläufig zu langen Verbindungskanälen für das Dämpf
medium. Als Folge ergibt sich gerade bei Winterbetrieb eine
zusätzliche Drosselwirkung, die nur sehr schwer abzuschätzen
ist und innerhalb einer Steuerung berücksichtigt werden muß.
Weiterhin besitzt die Dämpfeinrichtung relativ viele Einzel
teile, die wiederum eine sehr präzise Fertigung erfordern.
Es fällt auf, daß die Ventilkörperfläche, die vom Dämpfmedium
auf der Zugseite beaufschlagt wird, in der Regel größer ist als
die Fläche des elektrorheologischen Steuermediums. Daraus er
gibt sich ein ungünstiges Übersetzungsverhältnis, da die Visko
sität des Steuermediums überproportional gesteigert werden muß.
Die Steigerung ist aber nach Angaben von Herstellern der Steu
ermedien derzeit begrenzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen in seinem Auf
bau einfachen Schwingungsdämpfer mit einem elektrorheologischen
Steuermedium für ein verstellbares Dämpfventil zu schaffen, der
schnell und präzise ansteuerbar ist, der in seinem Dämpfkraft
änderungsverhalten der allgemeinen gewünschten Charakteristik
entspricht und den realisierbaren Viskositätssteigerungen des
Steuermediums Rechnung trägt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe
dadurch gelöst, daß das Dämpfventil die veränderbare Dämpfung
jeweils einem Dämpfventil für die Druck- und die Zugstufe
parallel geschaltet ist, wobei die Dämpfkraftveränderung in
Zug- und Druckrichtung gleichsinnig erfolgt. Entsprechend den
Anforderungen an die Fahrwerksabstimmung bezüglich der Dämpf
kraftveränderung kann man die Dämpfkraft gleichzeitig in Zug-und
in Druckrichtung vergrößern oder verringern. Ausschlagge
bend für diese Möglichkeit der Dämpfkraftveränderung ist, daß
auf den Ventilkörper in Zug- und in Druckrichtung gleichsinnig
gerichtete hydraulische Öffnungskräfte wirken. Voraussetzung
dafür ist, daß ein beweglicher Ventilkörper ventilsitzseitig
vom Dämpfmedium und ventilkörperrückseitig vom Steuermedium
und/oder einer Federkraft beaufschlagt ist. Diese klare Tren
nung zwischen Steuermedium und Dämpfmedium vereinfacht prinzi
piell eine konkrete technische Ausführung.
Die Viskosität des Steuermediums läßt sich nicht beliebig stei
gern. Für eine Art hydraulische Übersetzung sind die druckbe
aufschlagten Flächen am Ventilkörper auf der Dämpfmediumseite
kleiner oder gleich ausgeführt als auf der Steuermediumseite.
Zur Vermeidung langer Strömungswege für den Parallelweg des
Dämpfmediums zwischen dem Arbeitsraum und dem Dämpfmediumaus
gleichsraum besteht eine Verbindungsstrecke, die von einem be
weglichen Ventilkörper, der einerseits von dem Dämpfmedium und
andererseits vom elektrorheologischen Steuermedium druckbeauf
schlagt ist, stufenlos sperrbar ist. Die Verbindungsstrecke be
sitzt vorteilhafterweise ebenfalls zwischen dem Dämpfmediumaus
gleichsraum und den Arbeitsräumen nur eine Durchströmungsrichtung.
Damit auf jeden Fall sichergestellt ist, daß sich das verstell
bare Dämpfventil schnell in eine andere Öffnungsposition bewe
gen kann, wenn sich die Viskosität des Steuermediums bei
Reduzierung der Hochspannung abbaut, wird das
über Strömungsweg parallel angeordnete verstellbare Dämpfventil
einerseits vom Dämpfmedium und andererseits aus einer Reihen
schaltung bestehend aus einer Federkraft und einer Steuer
mediumdruckkraft angesteuert. In einer alternativen Ausführung
wird das im Strömungswegrelais angeordnete verstellbare Dämpf
ventil einerseits vom Dämpfmedium und andererseits aus einer
Parallelschaltung bestehend aus einer Federkraft und einer
Steuermediumdruckkraft angesteuert. Zur Funktionsunterstützung
der Dämpfventilbewegung ist zwischen einem Steuermediumaus
gleichsraum und dem verstellbaren Dämpfventil ein der Steuer
strecke parallel geschaltetes Rückschlagventil installiert.
Das Rückschlagventil öffnet bei einem erhöhten Druck im Steuer
mediumausgleichsraum gegenüber der Steuerstrecke. In einer Aus
führungsvariante wird das Rückschlagventil für das Steuermedium
gegen eine Federbelastung geschaltet.
Zur Vermeidung von Druckunterschieden innerhalb der Steuer
strecke steht die Steuerstrecke durch eine sich an einem zylin
derfesten Bauteil abstützende Feder und einem Dichtkörper unter
einer Druckvorspannung. Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch
kann die Steuerstrecke auch unter einer Gasdruckvorlage stehen.
In einer speziellen Ausführung sind die vom Dämpfmediumdruck
beaufschlagten Endflächen der Steuerstrecke unterschiedlich
groß ausgeführt. Daraus ergibt sich eine Art schwimmend ange
ordnete Steuerstrecke, die eine Temperaturkompensation für die
Dämpfkraft beinhaltet. Dehnt sich unter Temperatureinfluß das
Dämpfmedium aus, steigt gleichzeitig der statische Druck inner
halb des Steuermediums, so daß die auf das Dämpfventil wirken
den Schließkräfte ebenfalls ansteigen. In weiterer Ausgestal
tung der Erfindung ist die Steuerstrecke an einem Ende von
einem axial beweglichen Dichtkörper gegenüber dem Dämpfmedium
abgetrennt. Bei dieser Ausführungsform liegt bei spannungsloser
Steuerstreckenschaltung die maximale Dämpfkraft vor, was einen
großen Sicherheitsaspekt beinhaltet.
Die konzentrisch zum Zylinderrohr angeordnete Steuerstrecke er
möglicht gegenüber dem Stand der Technik eine deutlich verbes
serte Raumökonomie sowie eine Optimierung der Steuerstreckenge
stalt bezüglich der wichtigen Kenngrößen wie Steuerstreckenlän
ge und mittlerem Steuerstreckendurchmesser.
Damit die Dämpfmediummenge aufgrund des vorhandenen Einbaurau
mes des Dämpfers nicht reduziert werden muß, ist die Steuer
strecke außerhalb der Arbeitsräume angeordnet. Gemäß einem vor
teilhaften Unteranspruch verläuft die Steuerstrecke zwischen
einem Kondensatorrohr und einem koaxial zum Zylinderrohr beab
standeten Rohr. Vorteilhafterweise bietet sich die Möglichkeit,
Komponenten aus einem konventionellen Seriendämpfer zu verwen
den. Hinsichtlich der geringen Teilezahl und des Raumbedarfes
besteht die Möglichkeit, daß die Steuerstrecke zwischen dem
Zylinder und dem Kondensator verläuft und eine besonders inter
essante Konstruktionsvariante darstellt. Bei Ausführungsformen
der Erfindung, bei denen die Steuerstrecke nicht schwimmend an
geordnet ist, muß, damit es zu keinem Druckunterschied inner
halb des Steuermediums kommt, ein Ausgleichsraum für das Steu
ermedium vorhanden sein, der unter einer Druckvorspannung
steht. Eine Möglichkeit besteht darin, zwischen dem Kondensa
torrohr und einer elastischen Membrane einen Ausgleichsraum
für das Steuermedium zu bilden. Eine andere Möglichkeit liegt
darin, daß der Steuermediumausgleichsraum unter einer Gaspol
sterdruckvorlage steht.
In einer im besonderen für Federbeine oder Einrohrschwingungs
dämpfer interessanten Erfindungsvariante, ist das Dämpfventil
mit veränderbarer Dämpfkraft innerhalb einer hohlen Kolbenstange
angeordnet ist. Die Kolbenstange weist je Arbeitsraum einen
Einströmkanal zu einem Dämpfmediumzwischenraum auf, in dem ein
federkraftbelasteter Ventilkörper den Durchfluß zwischen den
beiden Einströmkanäle steuert. Entsprechend wirken in Druckstu
fenrichtung bezogen auf den Ventilkörper eine resultierende
Öffnungskraft bestehend aus einem Arbeitsdruck multipliziert
mit einer Anströmfläche und einem um die Drosselung des Dämpf
ventiles verminderten Druckes multipliziert mit einer Anström
fläche. In Zugstufenrichtung wirken bezogen auf den Ventilkörper
eine resultierende Öffnungskraft bestehend aus einem Arbeits
druck multipliziert mit einer Anströmfläche und einem um die
Drosselung des Dämpfventiles verminderten Druckes multipliziert
mit einer Anströmfläche. Die Ausgestaltung der Flächenverhält
nisse an dem Ventilkörper bietet eine sehr große Flexibilität
bei der Auslegung der Dämpfkräfte.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung
mit ihren Vorteilen näher erläutert werden.
Fig. 1/2 Hydraulikschaltbild und eine entsprechende Aus
führungsvariante, bei der das Steuermedium für das
veränderbare Dämpfventil unter einer Federvorspan
nung steht.
Fig. 3/4 Hydraulikschaltbild und eine dazugehörige Aus
führungsvariante, bei der das einstellbare Dampf
ventil beidseitig vom Dämpfmedium angesteuert wird.
Fig. 5 Hydraulikschaltbild mit einem einstellbaren Dämpf
ventil, das für die Steuerstrecke einen Steuer
mediumausgleichsraum mit einem dazugehörigen Rück
schlagventil besitzt.
Fig. 6 Schwingungsdämpfer mit einem einstellbaren Dämpf
ventil, dessen Steuermediumausgleichsraum von einer
Membrane in Verbindung mit einem Kondensatorrohr
gebildet wird.
Fig. 7 Schwingungsdämpfer mit einem einstellbaren Dämpf
ventil innerhalb einer hohlen Kolbenstange.
Der Schwingungsdämpfer 1 in Fig. 1 verfügt über ein Dämpf
ventil 2 mit veränderbarer Dämpfkraft sowie ein parallel ge
schaltetes geschwindigkeitsabhängiges Drosselventil 3. Man er
kennt, daß das Dämpfventil 2 nur eine Durchflußrichtung be
sitzt. Das Dämpfventil 2 wird einerseits vom Dämpfmedium,
andererseits aus einer Reihenschaltung, bestehend aus einer
Federkraft und einer Druckkraft, innerhalb eines elektrorheo
logischen Steuermediums angesteuert, wobei sich die Feder auf
einem zylinderfesten Bauteil abstützt.
Fig. 2 stellt die technische Umsetzung des Schaltbildes gemäß
Fig. 1 dar. Ein Kolbenventil 4 an einer axial beweglichen Kol
benstange 5 und ein Bodenventil 6 an einem Zylinderboden bein
halten die geschwindigkeitsabhängige Drosselung. Ein Arbeits
raum wird vom Kolben 7 zweigeteilt. Ein Zylinderrohr 8 begrenzt
den Arbeitsraum und ist gleichzeitig Bestandteil eines Konden
sators. In einem koaxialen Abstand zum Zylinderrohr 8 ist ein
Kondensatorrohr 9 angeordnet, das von einer Kolbenstangenfüh
rung 10 positioniert wird. Oberhalb der Kolbenstangenführung 10 wird
eine Dichtungseinheit montiert. Das Zylinderrohr 8 und das
Kondensatorrohr 9 bilden einen Ringraum 11, der einerseits von
einem federbeaufschlagten Dichtungsführungskörper 12, anderer
seits von einem Ventilkörper 13 in Verbindung mit einer Dich
tung 14 axial begrenzt ist. Der Ringraum 11 ist mit einem
elektrorheologischen Steuermedium gefüllt, das bei Anlage einer
Hochspannung seine Viskosität vergrößert. Das Zylinderrohr 8
besitzt im Bereich der Kolbenstangenführung 10 eine Abflußboh
rung 15, die in einen Ringraum 16 mündet. Dieser Ringraum 16
wird im wesentlichen vom Ventilkörper 13 begrenzt. Auf der
gleichen Höhe besitzt das Kondensatorrohr 9 eine Verbindungs
bohrung 17, die in einem Berührungskanal 18 mündet. Das Dämpf
ventil besteht somit aus dem Kondensatorrohr 9, dem Zylinder
rohr 8, der Feder 19, dem Ventilkörper 13 und den jeweiligen
Bohrungen im Zylinderrohr 8 und im Kondensatorraum 9. Ein Be
hälter 20 umschließt die gesamte Dämpfeinrichtung und bildet
mit dem Kondensatorrohr 9 ein Dämpfmediumausgleichsraum 21. Zur
Vermeidung von Blasenbildung und zur Verringerung der Dämpfme
diummenge ist in dem Ausgleichsraum eine Eintauchhülse 22
montiert. An dem Kondensatorrohr 9 ist ein Anschlußkontakt 23
an eine Spannungsquelle vorgesehen. Dementsprechend ist das
Kondensatorrohr 9 durch einen Isolationsring 24 elektrisch vom
Zylinderrohr 8 getrennt. An dem Behälter 20 ist ein entspre
chender elektrischer Abflußkontakt 25 vorgesehen. In einem
spannungslosen Zustand des Kondensators verhält sich das ein
stellbare Dämpfventil wie eine konventionelle Drosseleinrich
tung. Der Schwingungsdämpfer 1 besitzt unter dieser Vorausset
zung die geringste Dämpfkraft. Bei der Bewegung der Kolbenstan
ge 5 wird das Dämpfmedium aus einem Arbeitsraum 26 über die Ab
flußbohrung 15 verdrängt. Die Druckkraft des Dämpfmediums be
wegt den Ventilkörper 13 gegen die Strömungswiderstände inner
halb einer Steuerstrecke 27, die von der Dichtung 14 axial
begrenzt wird sowie der Federkraft, wobei der Ventilkörper 13
die Verbindungsbohrung 17 zum Beruhigungskanal 18 freigibt.
Bei Anlage einer Hochspannung an das Kondensatorrohr 9 steigt
die Viskosität des Steuermediums an und sperrt je nach Bedarf
die Verbindungsstrecke 15, 16, 17 zwischen dem Arbeitsraum 26
und dem Dämpfmediumausgleichsraum 21. Ein nicht dargestellter
Rechner ermittelt die nötige Spannung für den Kondensator. Die
Feder 19 hält das Steuermedium in jeder Situation unter einer
Druckvorlage. Der Ventilkörper 13 besitzt auf der Dämpfmedium
seite 28 eine kleinere Fläche als auf der Steuermediumseite 29,
so daß eine Art hydraulische Übersetzung vorliegt.
Die konstruktive Ausführung des Kondensatorrohres 9 beinhaltet
einen großen mittleren Steuerstreckendurchmesser sowie eine
große axiale Länge im Bereich der Steuerstrecke 27. Folglich be
nötigt man eine vergleichweise kleine Hochspannung oder umge
kehrt erzielt man eine große Viskositätssteigerung. Durch die
konzentrische Anordnung der rohrförmigen Dämpferteile wird der
zur Verfügung stehende Raum optimal ausgenutzt.
Fig. 3 zeigt ein Hydraulikschaltbild mit einem zu einem ge
schwindigkeitsabhängigen Drosselventil 3 parallel geschaltetes
dämpfkraftveränderbares Dämpfventil 2, das von Dämpfmediuman
schlüssen direkt oder indirekt angesteuert wird. Man erhält da
mit eine schwimmende Anordnung der Steuerstrecke.
Fig. 4 stellt eine Umsetzung des Schaltbildes nach Fig. 3 dar.
Die wesentlichen Komponenten sind identisch mit dem Schwin
gungsdämpfer 1 aus Fig. 2, so daß nur auf Unterschiede einge
gangen wird. Die Verbindungsstrecke besteht aus der Abflußboh
rung 15 sowie einem fluiden Raum 30 zwischen dem Zylinderrohr 8
und einem koaxial zu diesem beabstandeten Rohr 31. Am Ende der
Verbindungsstrecke befindet sich ein Ventilkörper 13, der von
einer Feder 19 beaufschlagt wird, die sich an einem Stützkör
per 32 nebst Dichtung abstützt. Ein Kondensatorrohr 9 bildet
mit einem Rohr 31 eine Steuerstrecke 27, die an der der Ventil
körper abgewandten Seite von einer axial beweglichen Dichtung
33 begrenzt wird. Im Bereich oberhalb der Dichtung 33 besitzt
das Rohr 31 eine Bohrung 34 mit Anbindung an den fluiden Raum
30. Daraus folgt, daß bei einer Kolbenstangenbewegung beide
Steuerstreckenendflächen dämpfmediumbeaufschlagt sind. Da die
Endfläche 35 an der axial beweglichen Dichtung 33 größer ist
als die des Ventilkörpers 13 bleibt das parallel geschaltete
Ventil 2 im spannungslosen Kondensatorzustand stets geschlos
sen, so daß die größte Dämpfwirkung vorliegt. Das ist ein
wichtiger Beitrag zur Fahrsicherheit. Wird eine Hochspannung
an das Kondensatorrohr 9 gelegt und die Viskosität steigt an,
stützt sich die Feder 19 an der gesperrten Steuermediumsäule
ab und der Ventilkörper 13 kann den Durchfluß unter dem Ein
fluß der Druckkraft des Dämpfmediums öffnen. Der Ausflußpunkt
des Dämpfmediums ist innerhalb des Dämpfers 1 sehr tief ange
setzt, so daß auf einer Eintauchhülse zur Verschäumungsver
hinderung verzichtet werden kann.
In dem Schaltkreis von Bild 5 besitzt das verstellbare Dämpf
ventil 2 einen Steueranschluß für das Dämpfmedium und eine
Parallelansteuerung bestehend aus einer Federkraft und der
Druckkraft des elektrorheologischen Steuermediums. Im Gegensatz
zu den bisher beschriebenen Varianten ist das Steuermedium
innerhalb der Steuerstrecke 27 nicht schwimmend angeordnet. Die
Steuerstrecke 27 ist mit einem Steuermediumausgleichsraum 36
verbunden, der unter einer Druckvorspannung steht. Für das
Dämpfventil 2 bedeutet das, daß das Dämpfmedium am Steueran
schluß gegen eine Federkraft und die Sperrkraft des Dämpfmedi
ums wirkt, es jedoch nur in Abhängigkeit von einer Hochspannung
mehr oder weniger in Durchlaßstellung schalten kann. Bei
Hochspannung und der damit verbun
denen Viskosität des Steuermediums kann das Steuer
medium ein der Steuerstrecke 27 parallel geschaltetes Rück
schlagventil 37 passieren und somit dazu bei tragen, daß sich der
Ventilkörper 13 schnellstmöglich ohne äußere Ventilsteuerung
in eine Schließstellung bewegen kann. Unterdruckzustände, bedingt durch
die Steuerstrecke 27, innerhalb der gesamten elektrorheolo
gischen Strecke werden durch das freigegebene Rückschlagven
til 37 kompensiert.
Eine Möglichkeit, das Schaltbild nach Fig. 5 in eine reale
technische Lösung umzusetzen, beschreibt die Fig. 6. Sie ent
spricht dem wesentlichen Aufbau der Fig. 1. Abweichend wird
der Ventilkörper 13 von einer Feder 38 beaufschlagt, die sich
an dem Kondensatorrohr 9 abstützt. Konzentrisch zum Kondensa
torraum 9 ist eine elastische Membrane 39 angeordnet, die mit
dem Kondensatorraum 9 einen Ringraum bildet, der die Funktion
eines Ausgleichsraums 36 für das Steuermedium übernimmt. An dem
dem Ventilkörper 13 abgewandten Ende der Steuerstrecke 27 be
sitzt das Kondensatorrohr 9 Durchbrüche 40 zum Ausgleichsraum
36. Als Rückschlagventil 37 dient ein elastischer Ring 41, der
eine Reihe von Kurzschlußbohrungen 2 verschließt. Ist der
Druck, erzeugt von der elastischen Membrane 39, innerhalb der
Steuerstrecke 27 niedriger als im Steuermediumausgleichsraum
36, so kann das Steuermedium durch diese Kurzschlußbohrungen 42
an den Ventilkörper 13 und die Steuerstrecke 27 strömen.
Die Lösungen der Fig. 1 bis 6 eignen sich besonders gut für
Schwingungsdämpfer, die nach dem Zweirohrdämpferprinzip aufge
baut sind.
Fig. 7 stellt einen Ausschnitt aus einem Dämpfer 1 dar, bei dem
innerhalb einer hohlen Kolbenstange 43 das einem geschwindig
keitsabhängigen Drosselventil 3 parallel geschaltete Dämpfven
til 2 inklusive einem Ausgleichsraum 36 für das Steuermedium
sowie einem Rückschlagventil 37 angeordnet sind. An der Kolben
stange 43 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Arbeitskolben
mit ventilplattenbestückten Drosselkanälen befestigt. Ein Ein
strömkanal 44 ist koaxial innerhalb der Kolbenstange 43 einge
bracht, der in einen Dämpfmediumzwischenraum 46 mündet. Dieser
Einströmkanal 44 wird von einem axial beweglichen Ventilkörper
13 unter Belastung einer Feder 38 verschlossen. Ein weiterer
Einströmkanal 45 verbindet den Dämpfmediumzwischenraum 46 mit
dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 26. Der Ventilkörper 13
besitzt je Einströmkanal 44, 45 eine Anströmfläche 47, 48, wo
bei die Anströmfläche 47, die bei der Druckstufe beaufschlagt
wird, vorzugsweise kleiner ist als die der Zugstufe. Auf der Ventilkörper
rückseite befindet sich der Steuermediumanschluß. Die Ventil
körperrückseite ist durch einen abdichtenden Faltenbalg 49
gegenüber dem Dämpfmediumzwischenraum 46 getrennt. Dem Falten
balginnenraum schließt sich ein Sammelraum 50 an, der Verbin
dungsbohrungen 51 zu den Steuerstrecken 27, die von den Konden
satorrohren 9 gebildet werden sowie einem federbelasteten Rück
schlagventil 37 zu einem Steuermediumausgleichsraum 36 inner
halb eines Kondensatorrohres. Die Steuerstrecke 27 sowie der
Steuermediumausgleichsraum 36 stehen unter der Druckvorlage
eines Gaspolsters 52. Bei spannungslosen Kondensatoren wird ein
Teil des Dämpfmediums über die geschwindigkeitsabhängige Dros
seleinrichtung 3 sowie dem parallel geschalteten Dämpfventil 2
verdrängt. Der Ventilkörper 13 öffnet gegen die Feder 38 inner
halb des Faltenbalges 49. Entsprechend den Querschnitten der
Anströmflächen 47, 48 bzw. Einströmkanälen 44, 45 stehen Zug- und
Druckstufe in einem definierten Verhältnis am parallel ge
schalteten Dämpfventil 2. In der Druckstufe wirkt die hydrau
ische Öffnungskraft in der Summe aus dem Ar
beitsdruck im Arbeitsraum 53 multipliziert mit der Anströmflä
che 47 sowie dem reduzierten Arbeitsdruck im Arbeitsraum 26
multipliziert mit der Anströmfläche 48. In der Zugstufe greift
der Druck im Arbeitsraum 26 multipliziert mit
der Anströmfläche 48 und der reduzierten Arbeitsdruck im Ar
beitsraum 53 multipliziert mit den Anströmflächen 47 an den
Ventilkörper 13.
Bei der Anlage einer Hochspannung an die Kondensatoren steigt
die Viskosität innerhalb der Steuerstrecke 27, wodurch die
Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 13 gebremst wird die Ge
samtdämpfkraft nimmt zu. Bei Reduzierung der Hochspannung
strömt unter nachlassendem Druck im Arbeitsraum des Dämpfers
das Steuermedium unter der Wirkung des Gaspolsters 52 aus der
Steuerstrecke 27 auf die Ventilkörperrückseite. Damit das Ven
til 2 unabhängig von der Hochspannung relativ schnell schließen
kann, öffnet sich bedingt durch das Gaspolster 52, im Steuer
mediumausgleichsraum 36 das Rückschlagventil 37. Im Ventilkör
perrückraum kann dadurch niemals ein Unterdruck herrschen.
Der t-förmige Querschnitt des Ventilkörpers 13 ermöglicht eine
hydraulische Übersetzung mit dem Ziel, den Druck auf der Steuer
mediumseite so zu verkleinern, daß es der Sperrwirkung des elek
trorheologischen Steuermediums entspricht.
Diese Ausführung eines parallel geschalteten Dämpfventils 2
eignet sich besonders gut für Einrohrdämpfer oder Federbeine.
Claims (30)
1. Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft, umfassend
ein Zylinderrohr, dessen dämpfmediumgefüllter Arbeitsraum
von einem Kolben zweigeteilt ist, einer Strömungsverbindung
zwischen den Arbeitsräumen und einem Dämpfmediumausgleichs
raum, einer gegenüber der Atmosphäre abgedichteten, inner
halb der Arbeitsräume axial beweglichen Kolbenstange, Fahr
zeuganschlußverbindung an der Kolbenstange und einem zu
dieser relativ beweglichen zylinderrohrseitigen Schwingungsdämpferbauteil,
einem vom Dämpfmedium getrennten
druckbeaufschlagten gegenüber dem Zylinder isolierten
rheologischen Dämpfkraftsteuermedium innerhalb einer an
einem Hochspannungsfeld angeschlossenen Steuerstrecke,
einem Ventilkörper, der von dem Dämpfmedium und vom Steuer
medium umströmt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Dämpfventil (2) mit veränderbarer Dämpfung jeweils einem
Dämpfventil (31 für die Druck- und die Zugstufe parallel
geschaltet ist, wobei die Dämpfkraftveränderung in Zug- und
in Druckrichtung gleichsinnig erfolgt.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auf den Ventilkörper (13) in Zug- und in Druckrichtung
gleichsinnig gerichtete hydraulische Öffnungskräfte wirken.
3. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein beweglicher Ventilkörper (13) ventilsitzseitig
vom Dämpfmedium und ventilkörperrückseitig vom
Steuermedium und/oder einer Federkraft beaufschlagt ist.
4. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die druckbeaufschlagten Flächen am Ven
tilkörper (13) auf der Dämpfmediumseite (28) kleiner oder
gleich sind als auf der Steuermediumseite (29).
5. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen dem Arbeitsraum (26) und dem
Dämpfmediumausgleichsraum (21) eine Verbindungsstrecke (15,
16, 17) besteht, die von einem beweglichen Ventilkörper
(13), der einerseits von dem Dämpfmedium und andererseits
vom elektrorheologischen Steuermedium druckbeaufschlagt
ist, stufenlos sperrbar ist (Fig. 2, 4, 6).
6. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verbindungsstrecke (15, 16, 17)
zwischen dem Dämpfmediumausgleichsraum (21) und den Ar
beitsräumen (26, 53) eine Durchströmungsrichtung besitzt
(Fig. 2, 4, 6).
7. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß das im Strömungsweg parallel angeordnete
verstellbare Dämpfventil (2) einerseits vom Dämpfmedium
und andererseits aus einer Reihenschaltung, bestehend aus
einer Federkraft und einer Steuermediumdruckkraft, ange
steuert wird (Fig. 1, 2, 3, 4).
8. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß das im Strömungsweg parallel angeordnete
verstellbare Dämpfventil (2) einerseits vom Dämpfmedium und
andererseits aus einer Parallelschaltung, bestehend aus
einer Federkraft und einer Steuermediumdruckkraft, ange
steuert wird (Fig. 5 bis 7).
9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen einem Steuermediumausgleichsraum (36) und dem
verstellbaren Dämpfventil (2) ein der Steuerstrecke (27)
parallel geschaltetes Rückschlagventil (37) installiert
ist (Fig. 5 bis 7).
10. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Rückschlagventil (37) bei einem er
höhten Druck im Steuermediumausgleichsraum (36) gegenüber
der Steuerstrecke (37) öffnet (Fig. 5 bis 7).
11. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1, 9 und 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (37) für das
Steuermedium gegen eine Federbelastung geschaltet wird
(Fig. 5 bis 7).
12. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke (27)
durch eine sich an einem zylinderfesten Bauteil abstützende
Feder (19) und einem Dichtkörper (11) unter einer Druckvor
spannung steht (Fig. 1).
13. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü
che, daß die Steuerstrecke (27) unter einer Gasdruckvorlage
steht (Fig. 7).
14. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vom Dämpfmedium druckbeaufschlagten
Endflächen der Steuerstrecke (27) unterschiedlich groß aus
geführt sind (Fig. 4).
15. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 7, 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke (27) an einem Ende
von einer axial beweglichen Dichtung (33) gegenüber dem
Dämpfmedium abgetrennt ist (Fig. 2, 4, 6).
16. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 7, 14, 15, daß bei
spannungsloser Steuerstreckenschaltung die maximale Dämpf
kraft vorliegt (Fig. 2).
17. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die an einem Hochspannungsfeld angeschlossene Steuer
strecke (27) konzentrisch zum Zylinderrohr (8) angeordnet
ist.
18. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die an ein Hochspannungsfeld ange
schlossene Steuerstrecke (27) außerhalb der Arbeitsräume
(26, 53) angeordnet ist.
19. Schwingungsdämpfer nach einem vorangegangenen Anspruch, da
durch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke (27) zwischen
einem Kondensatorrohr (9) und einem koaxial zum Zylinder
rohr (8) beabstandeten Rohr (31) verläuft (Fig. 4).
20. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke (27)
zwischen dem Zylinderrohr (8) und dem Kondensatorrohr (9)
verläuft (Fig. 2, 6, 7).
21. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Kondensatorrohr (9) und
einer elastischen Membrane (41) ein Ausgleichsraum (36)
für das Steuermedium vorliegt (Fig. 6).
22. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermediumaus
gleichsraum (36) unter einer Gaspolsterdruckvorlage (52)
steht.
23. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Dämpfventil (2) mit veränderbarer
Dämpfkraft innerhalb einer hohlen Kolbenstange (43) ange
ordnet ist (Fig. 7).
24. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 23, da
durch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (43) je Arbeits
raum (26, 53) einen Einströmkanal (44, 45) zu einem Dämpf
mediumzwischenraum (46) aufweist, in dem ein federbelaste
ter Ventilkörper (13) den Durchfluß zwischen den Einström
kanälen (44, 45) steuert (Fig. 7).
25. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, 23, 24, da
durch gekennzeichnet, daß die in Druckstufenrichtung, be
zogen auf den Ventilkörper (13), eine resultierende hydrau
lische Öffnungskraft, bestehend aus einem Arbeitsdruck
multipliziert mit einer Anströmfläche (47) und einem um
die Drosselung des Dämpfventils (3) verminderten Druckes
multipliziert mit einer Anströmfläche (48) wirkt (Fig. 7).
26. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, 23 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß in Zugstufenrichtung, bezogen
auf den Ventilkörper (13), eine resultierende hydraulische
Öffnungskraft, bestehend aus einem Arbeitsdruck, multipli
ziert mit einer Anströmfläche (48) und einem um die Dros
selung des Dämpfventils (3) verminderten Druckes multipli
ziert mit einer Anstromfläche (47) wirkt (Fig. 7).
27. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, 23 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kolbenstange (43)
mindestens eine Steuerstrecke (27) angeordnet ist (Fig. 7).
28. Schwingungsdämpfer nach einem vorangegangenen Anspruch, da
durch gekennzeichnet, daß sich der Dämpfmediumausgleichs
raum (21) zwischen dem Kondensatorrohr (9) und dem Behäl
ter (20) befindet (Fig. 2, 4).
29. Schwingungsdämpfer nach einem vorangegangenen Anspruch, da
durch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstrecke (14, 15,
16) zwischen dem Arbeitsraum (26) und dem Dämpfmediumaus
gleichsraum (21) eine Eintauchhülse (22) enthält (Fig. 2,
6).
30. Schwingungsdämpfer nach einem vorangegangenen Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (8) koaxial
innerhalb eines Behälters (20) montiert ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |