DE4193088C2 - Hydraulischer Schwingungsdämpfer mit integrierter Nivellier-Regeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Vergangenheit hat man in zunehmendem Maße den Fahrkomfort und die Straßenlage von Fahrzeugen mit konventionellen Federsystemen wesentlich verbessert, indem die Federkräfte intelligenter Federsysteme hydraulisch gesteuert werden.

Federsysteme entkoppeln den Fahrzeugaufbau gegenüber Unregelmäßigkeiten der Straßenoberfläche sowie in bezug auf Bewegungen des Fahrzeugaufbaus und der Räder. Ferner ist es wünschenswert, daß die Federsysteme das Fahrzeug in einer bestimmten durchschnittlichen Fahrzeuglage einhalten, um damit die Stabilität des Aufbaus beim Fahren zu erhöhen. Klassische Federsysteme bestehen aus einer Feder und einem Schwingungsdämpfer, die parallel zwischen der gefederten Masse (Fahrzeugaufbau) und der ungefederten Masse (Räder und Achsen) angeordnet sind.

Um beim Fahren auftretende Schwingungen zu dämpfen, sind hydraulische Schwingungsdämpfer und/oder Federbeine in Verbindung mit konventionellen passiven Federsystemen bekannt. Dabei ist ein in dem Dämpfer angeordneter Kolben üblicherweise über eine Kolbenstange mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Beim Verschieben wird mittels des Kolbens die Strömung der Dämpferflüssigkeit in der Arbeitskammer begrenzt und damit eine Dämpfungskraft erzeugt, die der Schwingung entgegenwirkt. Je größer die Drosselung der Dämpferflüssigkeitsströmung durch den Kolben ist, desto größer sind die erzeugten Dämpfungskräfte.

Oft ist es wünschenswert, zusammen mit dem Schwingungsdämpfer eine Niveauregulierung vorzusehen. Damit kann die Länge des Dämpfers geändert werden, insbesondere wenn sich die Zuladung des Fahrzeugs ändert, wobei man zwei Belastungsarten unterscheidet, nämlich eine statische und eine dynamische Belastung. Die statische Belastung ergibt sich einfach aus der Zuladung des Fahrzeugs, die dynamische Belastung ändert sich dagegen entsprechend den Straßenbedingungen.

Die US 4 141 572 erläutert eine Nivellier-Regeleinrichtung mit Sensoren in einer Druckkammer zum Erfassen der relativen Position zweier bewegbarer Bauteile, die an der gefederten und ungefederten Masse des Fahrzeugs befestigt sind. Zeigen die Sensoren an, daß die beweglichen Elemente in eine Lage gelangen, in der der Dämpfer sehr stark zusammengedrückt ist, wird Druckluft in die Druckkammer geführt und damit der Dämpfer ausgefahren. Sind die Elemente dagegen in einer zweiten Lage, in der der Dämpfer sehr weit auseinandergezogen ist, so wird Luft aus der Kammer abgelassen und der Dämpfer schiebt sich zusammen.

Üblicherweise bedürfen bekannte Nivelliersysteme einer Pumpe zum Erzeugen eines hohen Strömungsmitteldrucks für den Dämpfer. Da dieses System eine einzige Pumpe zum Zuführen von Dämpfungsmittel zu jedem Dämpfer aufweist, gibt es einen besonderen Nachteil insofern, als ein ziemlich aufwendiges hydraulisches System erforderlich ist, das Kosten und Aufwand erhöht. Ein Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 38 16 102 C1 bekannt. Dabei wird die Pumpenrichtung von den Bewegungen des Fahrzeuges gegenüber der Straßenoberfläche betätigt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Schwingungsdämpfer eines Fahrzeugs zu schaffen, mit dem die Strömung von Dämpferflüssigkeit zwischen einem Reservoir und der Arbeitskammer einstellbar ist. Ferner soll die Höheneinstellung des Fahrzeugs über eine gesteuerte Einstellung der Dämpfungskräfte geändert werden, um Höhenänderungen des Fahrzeugaufbaus auszugleichen. Ferner soll die Anzahl der Bauteile verringert werden, die erforderlich ist, um Dämpferflüssigkeit aus einem Reservoir zur Arbeitskammer der hydraulischen Einrichtung zu führen. Darüber hinaus soll die Nivellierregeleinrichtung verhältnismäßig billig und einfach sein. Schließlich soll die Fahrzeughöhe aller Fahrzeugecken wahlweise durch Steuerung des Druckes und der Strömung in der Arbeitskammer der Einrichtung einstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeuges mit hydraulischen Schwingungsdämpfern,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Schwingungsdämpfers in einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Schwingungsdämpfers der Fig. 2 in einer ersten Phase des Pumpvorgangs (Einströmen) und

Fig. 4 die Darstellung der Fig. 3 in einer zweiten Phase des Pumpvorgangs (Ausströmen).

In Fig. 1 ist ein Nivelliersystem 10 für ein Fahrzeug 12 mit einem Fahrzeugaufbau 14 vorgesehen. Eine Hinterradfederung 16 ist für die Hinterachse 18 mit den Rädern 20 vorgesehen. Hierfür sind zwei Schwingungsdämpfer 22 in Verbindung mit zwei Wendelfedern 24 vorgesehen. Ferner ist eine Vorderradfederung 26 für die Vorderachse 28 mit den Rädern 30 vorgesehen, wobei zwei hydraulische Schwingungsdämpfer 22 und zwei Wendelfedern 32 vorgesehen sind. Die Vorder- und Hinterradfederung kann auch in anderer Form ausgebildet sein.

Zum Steuern der Dämpfungs- und Nivelliereigenschaften der Schwingungsdämpfer 22 sind eine elektronische Steuereinheit 34 und eine visuelle Anzeige 36 vorgesehen, die den Fahrzeuginsassen die dynamischen Steuerparameter und Eigenschaften des Nivelliersystems 10 anzeigt. Die Steuereinheit 34 erhält Signale von verschiedenen Sensoren, die wahlweise die dämpfenden (leistungsverzehrenden) und dynamischen Nivelliereigenschaften (Leistungsverstärkung) der Schwingungsdämpfer 22 steuern. Jeder Schwingungsdämpfer 22 steht mit einem Speicher 40 und einem Auslaßventil, z. B. einem Stromregelventil 42 in Verbindung. Die Ventile 42 sind in Verbindung mit einem Reservoir 44. Dieses ist ebenfalls mit jedem Schwingungsdämpfer 22 verbunden und führt den Schwingungsdämpfer 22 Dämpferflüssigkeit zu bzw. ab, wie nachstehend erläutert ist.

In Fig. 2 ist ein hydraulisches Schwingungsdämpfer 22 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Der Schwingungsdämpfer 22 besteht aus einem Dämpferzylinder 46, in dem eine Arbeitskammer 48 zur Aufnahme von Dämpferflüssigkeit vorgesehen ist. In der Arbeitskammer 48 liegt ein Dämpfungskolben 50, der mit einer Kolbenstange 52 in der nachstehend beschriebenen Weise verbunden ist.

Verschiebt sich der Kolben 50, so erfolgt ein Austausch von Dämpferflüssigkeit in der Arbeitskammer 48 wie bekannt. Durch Steuern der Übertritte von Dämpferflüssigkeit durch den Kolben kann die Relativbewegung zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Achsen des Fahrzeugs 12 gesteuert werden, um Fahrkomfort und Lenkverhalten zu optimieren.

Zur Befestigung des Kolbens 50 sitzt in einer zentrischen Bohrung 54 des Kolbens ein Schaft 56, dessen Verlängerung 58 mit einer mit Gewinde versehenen Bohrung 60 versehen ist, in die das untere Ende 62 einer Kolbenstange 52 verschraubt ist. Der Schaft 56 weist eine Schulter 64 mit einem größeren Durchmesser als der Schaft 54 auf. Der Kolben 50 ist zwischen der Schulter 64 und einer Mutter 66 gehalten, die auf dem Gewinde 68 des Endes 70 des Schaftes 56 aufgeschraubt ist.

Zum Pumpen von Dämpferflüssigkeit aus dem Reservoir 44 in die obere und untere Abteilung der Arbeitskammer 48 zum Nivellieren ist eine Pumpeinrichtung 72 vorgesehen. Diese ist in der Kolbenstange 52 angeordnet und erstreckt sich vom oberen inneren Abschnitt der Kolbenstange 52 zu einer Stelle nahe dem unteren Abschnitt der Kolbenstange 52. Ein oberes Ende 76 einer Pumpenstange 74 ist mit dem oberen inneren Abschnitt der Kolbenstange 52 verschraubt. Die Pumpenstange 74 hat einen Kopf 78 am unteren Ende, der das Eindrehen der Pumpenstange 74 ermöglicht. Die Pumpenstange 74 dient nicht nur zum Festlegen der Pumpeinrichtung 72 in der Kolbenstange 52, sondern übt auch eine Druckkraft auf eine unten erläuterte magnetostriktive Hülse aus.

Zum Verlängern und Verkürzen der Pumpenstange 74 ist diese mit einer magnetostriktiven Hülse 80 versehen, die in der Kolbenstange 52 auf der Pumpenstange 74 angeordnet ist. Die Hülse 80 liegt zwischen dem oberen inneren Ende der Kolbenstange 52 und einer Stelle nahe dem Kopfende 78 der Pumpenstange 74. Das obere innere Ende der Kolbenstange 52 und der Kopf der Pumpenstange 74 können somit eine Druckkraft auf die Hülse 80 ausüben. Diese kann beispielsweise aus Terfenol oder anderem Werkstoff bestehen.

Zum Verlängern der Hülse 80 abhängig von einem elektromagnetischen Feld ist eine Wicklung 82 vorgesehen, die außen um die Hülse 80 angeordnet ist und sich zwischen dem oberen inneren Ende der Kolbenstange 52 bis zu einer Stelle nahe dem unteren Ende der Hülse 80 erstreckt. Fließt durch die Wicklung 82 ein Strom, so wird in der Hülse 80 ein Feld erzeugt, das die Verlängerung der Hülse 80 zur Folge hat. Wird der Strom abgeschaltet, so verringert sich die Stärke des Feldes und die Hülse 80 nimmt ihre ursprüngliche Länge an.

Zum Steuern des Übertritts von Dämpferflüssigkeit aus dem Reservoir 44 in eine Zwischenkammer 84 zwischen Kolbenstange und dem Schaft unterhalb des Kopfes 78 der Pumpenstange 74 ist ein erstes Rückschlagventil 86 vorgesehen. Dieses weist eine erste kreisförmige Platte 88 auf, die am unteren Ende der Hülse 80 anliegt und so ein Aufwärtsschieben der Platte 88 verhindert. Die Platte 88 wird andererseits vom Kopfteil 78 der Pumpenstange 74 gehalten. Der Außenumfang der Platte 88 braucht nicht an der Innenwandung der Kolbenstange 52 anzuliegen, doch ist dies belanglos, wenn das Rückschlagventil 86 eine andere Bauweise hat. In der ersten Platte 88 sind mehrere Kanäle 90 für den Übertritt von Dämpferflüssigketi aus dem Reservoir 44 zur Zwischenkammer 84 unterhalb der ersten Platte 88 vorgesehen.

Um Dämpferflüssigkeit durch die Kanäle 90 nur in einer Richtung durchzulassen, weist das Rückschlagventil 86 mehrere erste Scheiben 92 und eine Membran 94 auf, die nahe der unteren Fläche der Platte 88 liegt und deren Umfang mit dem unteren Ende der Kolbenstange 52 mittels einer zweiten Platte verbunden ist. Die Scheiben 92 liegen zwischen der unteren Fläche der Membran 94 und der oberen Fläche des Kopfes 78 der Pumpenstange 74. Die Membran 94 hat mehrere Öffnungen 96 zum Durchtritt von Dämpferflüssigkeit durch die ersten Kanäle 90 und durch die Membran 94 zur Zwischenkammer 84 unterhalb der Platte 88.

Die Scheiben 92 drücken die Membran 94 an die erste Platte 88, und diese sperrt den Durchtritt von Flüssigkeit durch die Öffnungen 96 in der Membran 94 ab, wenn der Druck im Reservoir 44 größer ist als in der Zwischenkammer 84, wobei der Rand jeder Scheibe 92 nach unten ausgebogen wird (Fig. 3), so daß Dämpferflüssigkeit in die Zwischenkammer 84 über die Kanäle 90 und Öffnungen 96 gelangt. Außer der Zwischenkammer 84 kann jedoch Flüssigkeit nicht in das Reservoir 44 gelangen, da die Scheiben 92 die Kanäle 90 in dieser Richtung geschlossen halten.

Um Dämpferflüssigkeit aus der Zwischenkammer 84 in die Arbeitskammer 48 zu führen, ist ein zweites Rückschlagventil 98 vorgesehen. Dieses weist eine zweite kreisförmige Platte 100 auf, die ebenfalls in der Bohrung 60 des Schaftes 56 unterhalb des ersten Ventils 86 liegt. Die äußere Kante der zweiten Platte 100 hat einen nach oben gerichteten Flansch 102, dessen oberes Ende 104 den Außenumfang der Membran 94 erfaßt und die Membran 94 zwischen der zweiten Platte 100 unter dem unteren Ende der Kolbenstange 52 befestigt. Das untere Ende 106 des Flansches 102 erfaßt eine Schulter 108 am Kolbenschaft 56.

Für den Übertritt von Flüssigkeit aus der Zwischenkammer 84 in die Arbeitskammer 48 hat die zweite Ventilplatte 100 mehrere Kanäle 110. Auf der Unterseite der Platte 100 liegen mehrere Scheiben 114, die den Übertritt freigeben, wenn der Druck in der Zwischenkammer 84 den Druck in der Arbeitskammer 48 um einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Andererseits sperren die Scheiben 114 den Durchtritt von Flüssigkeit durch die Kanäle 110, wenn der Druck im unteren Teil 112 der Bohrung 54 den in der Zwischenkammer 84 übersteigt.

Die Scheiben 114 sind am Rückschlagventil 98 mit einem Stift 116 mit daran ausgebildeten Köpfen 118 und 120 befestigt.

Anhand der Fig. 3 und 4 wird jetzt die Betriebsweise erläutert. In der ersten Phase des Pumpvorgangs gemäß Fig. 4 erhält die Wicklung 82 Strom, ein elektromagnetisches Feld wird in der Hülse 80 erzeugt, so daß die Hülse 80 verlängert wird. Diese Verlängerung der magnetostriktiven Hülse 80 veranlaßt eine Verlängerung der Pumpenstange 74, womit sich das erste Rückschlagventil 86 nach unten verschiebt, so daß der Druck in der Zwischenkammer 84 ansteigt und damit die zweiten Scheiben 114 nach unten auslenken. Demzufolge strömt Dämpferflüssigkeit aus der Zwischenkammer 84 durch die Kanäle 110 in der zweiten Platte 100 in den Durchtrittskanal 112 und damit in den unteren Teil der Arbeitskammer 48.

In der zweiten Phase des Pumpvorgangs gemäß Fig. 3 wird der Strom in der Wicklung 82 abgeschaltet, so daß sich die Stärke des Feldes in der Hülse 80 verringert und damit sich die Hülse 80 zusammenzieht. Damit verkürzt sich auch die Pumpenstange 74, und die Folge ist eine Aufwärtsbewegung des ersten Rückschlagventils 86. Damit kann Dämpferflüssigkeit aus der Kolbenstange 52 (zwischen der Innenwandung der Kolbenstange 52 und der Außenwand der Spule 82, d. h. Dämpferflüssigkeit aus dem Reservoir 44) durch die Kanäle 90 in die Zwischenkammer 84 eintreten. Dabei biegen sich die Scheiben 92 nach unten aus und gestatten einen im wesentlichen ungehinderten Durchtritt durch die Kanäle 90 und Öffnungen 96 in der Membran 94.

Nach Ausführen dieser zweiten Pumpphase erfolgt wiederum eine erste Pumpphase, für die die Wicklung unter Strom gesetzt wird, so daß durch das elektromagnetische Feld die Hülse 80 expandiert. Damit gelangt Dämpferflüssigkeit aus der Zwischenkammer 84 in den unteren Teil der Arbeitskammer 48. Dann folgt wiederum die zweite Pumpphase zum Überführen von Dämpferflüssigkeit aus dem Reservoir 44 in die Zwischenkammer 84. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die gewünschte Nivellierung erreicht ist.

Verschiedene Änderungen sind möglich, beispielsweise können noch weitere Kanäle im Kolbenschaft vorgesehen sein, um den Durchtritt von Dämpferflüssigkeit in den oberen Teil der Arbeitskammer zu ermöglichen. Ferner kann für das erste Rückschlagventil eine andere Bauform vorgesehen sein, die keine Membran erfordert. Auch das Reservoir kann in anderer Weise vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Hydraulischer Schwingungsdämpfer mit integrierter Nivellier-Regeleinrichtung, bestehend aus einem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Dämpferzylinder (46), in dem ein mit einer Kolbenstange (52) verbundener Dämpfungskolben (50) gleitet, welcher den Dämpferzylinder (46) in zwei Arbeitskammern unterteilt, einem mit einer der Arbeitskammern zusammenwirkenden und mit Gas gefüllten Ausgleichsraum (40) und einer Pumpeinrichtung (72) zum Pumpen von Dämpfungsflüssigkeit aus einem Reservoir (44) in die andere Arbeitskammer (48), wobei die Pumpeinrichtung innerhalb der Kolbenstange (52) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenstange (52) eine Pumpenstange (74) befestigt ist, die von einer magnetostriktiven Hülse (80) und einer elektrischen Wicklung (82) in Längsrichtung angetrieben ist, daß ein erstes Rückschlagventil (86) vorgesehen ist, durch das bei einer Verkürzung der Pumpenstange (74) Dämpfungsflüssigkeit aus dem Reservoir (44) in eine Zwischenkammer (84) strömt, und daß ein zweites Rückschlagventil (98) vorgesehen ist, durch das bei einer Verlängerung der Pumpenstange (74) Dämpfungsflüssigkeit aus der Zwischenkammer (84) in die Arbeitskammer (48) verdrängt wird.

2. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (86) eine erste Ventilplatte 88 mit mehreren Kanälen (90) zur Verbindung zwischen dem Reservoir (44) und der Zwischenkammer (84) aufweist.

3. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Ventilplatte (88) eine Membran (94) angeordnet ist, die bei Verlängerung der Pumpenstange (74) den Druck der Dämpferflüssigkeit in der Zwischenkammer (84) erhöht.

4. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine erste Ventilscheibe (92) vorgesehen ist, die einen Teil der Membran (94) an die erste Ventilplatte (88) vorspannt.

5. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Membran (94) an der Kolbenstange (52) befestigt ist.

6. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rückschlagventil (98) eine zweite Ventilplatte (100) mit mehreren Kanälen (110) aufweist, über die Dämpferflüssigkeit zwischen der Zwischenkammer (84) und der Arbeitskammer (48) austauschbar ist.

7. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ventilscheibe (114) für die Steuerung des Flüssigkeitsdurchtritts durch die Kanäle (110) vorgesehen ist, wenn der Druck der Dämpferflüssigkeit in der Zwischenkammer (84) den Druck der Dämpferflüssigkeit in der Arbeitskammer (48) um einen bestimmten Betrag überschreitet, und daß die zweite Ventilscheibe (114) den Flüssigkeitsdurchtritt von der Arbeitskammer (48) in die Zwischenkammer (84) über die Kanäle (110) absperrt.