DE4206380A1 - Daempferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der daempfungskraft eines regelbaren schwingungsdaempfers - Google Patents
Daempferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der daempfungskraft eines regelbaren schwingungsdaempfersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein direkt angesteuertes Dämpfer
ventil für regelbare Schwingungsdämpfer mit einem durch
einen elektromechanischen Wandler betätigbaren, druckun
ausgeglichenen Ventilkörper, sowie ein Verfahren zur
kontinuierlichen Verstellung der Dämpfungskraft eines bei
einem Fahrwerksregelungssystem für Kraftfahrzeuge ver
wendeten regelbaren Schwingungsdämpfers, dessen Dämpfer
ventil über eine elektrische Leistungsstufe ansteuerbar
ist, wobei das Fahrwerksregelungssystem Sensoren zur Er
mittlung des fahrdynamischen Zustandes sowie einen
elektronischen Fahrwerksregler aufweist, dessen Ausgangs
signale der Ansteuerung des Dämpferventils dienen.
Ein derartiges Dämpferventil ist z. B. aus der DE-PS
37 12 477 bekannt. Das Besondere an dem vorbekannten
Dämpferventil besteht darin, daß mindestens ein Teil
der Stirnfläche seines Ventilkörpers und Ventilsitzes
zueinander im Abstand angeordnet sind, wobei das Ver
hältnis der druckbeaufschlagten Stirnfläche zur hinteren
druckbeaufschlagten Stirnfläche 0,5-1 und das
Verhältnis einer druckbeaufschlagten Ringfläche zur
hinteren druckbeaufschlagten Stirnfläche 0-0,5 beträgt.
Dadurch wird erreicht, daß mit dem variablen steuerbaren
kompakten Dämpferventil nicht nur eine beliebig ver
stellbare Dämpfung in der Zug- und der Druckstufe er
reicht werden kann, sondern daß durch Gestaltung der
wirksamen, hydraulisch beaufschlagten Funktionsflächen
des Ventilkörpers das Schalt-, Frequenz-, Schließ- und
Öffnungsverhalten des als Ventilkörper ausgebildeten
Ankers des den elektromechanischen Wandler bildenden
Elektromagneten beeinflußt wird.
Als nachteilig ist bei dem vorbekannten Dämpferventil die
Tatsache anzusehen, daß insbesondere im Bereich kleiner,
durch das Dämpferventil hindurchfließender Volumenströme
keine vom Dämpferdruck unabhängige Drosselfunktion er
reicht werden kann. Das bekannte Dämpferventil stellt im
Bereich der druckabhängigen Drosselfunktion eine Steuer
kette dar, die sein dynamisches Verhalten bestimmt, so
daß ein mit einem derartigen Dämpferventil ausgerüsteter
regelbarer Schwingungsdämpfer für den Einsatz in einem
semiaktiven Fahrwerksregelungssystem weniger geeignet
ist. Ein weiterer Nachteil kann darin gesehen werden, daß
das Kennlinienfeld eines solchen Schwingungsdämpfers
durch die Auslegung der Einzelteile des Dämpferventils
festgelegt wird und beispielsweise bei einer adaptiven
Fahrwerksregelung während der Fahrt nicht geändert werden
kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Dämpferventil der eingangs genannten Art vorzuschlagen,
bei dem der Einfluß des Dämpferdruckes auf die Drossel
funktion im Bereich kleiner Volumenströme minimiert ist.
Gleichzeitig soll das dynamische Verhalten im Fahrwerks
regelungsprozeß verbessert werden. Außerdem soll erreicht
werden, daß die Charakteristik des Kennlinienfeldes des
vorgeschlagenen Dämpferventils elektrisch beeinflußbar
wird, um das gleiche Dämpferventil an verschiedene Fahr
zeugtypen anzupassen. Das Kennlinienfeld soll während der
Fahrt geändert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Ventilkörper mit einer Meßeinrichtung unmittelbar ge
koppelt ist, die den Betätigungsweg des Ventilkörpers er
faßt und deren Ausgangssignal einer elektrischen
Schaltung zugeführt wird, die den elektromechanischen
Wandler in der Art ansteuert, daß in einem ersten
Volumenstrombereich eine Drosselfunktion und einem
zweiten Volumenstrombereich eine Druckbegrenzungsfunktion
erfüllt werden.
Verfahrensmäßig besteht die Lösung der erwähnten Aufgabe
darin, daß die Ausgangssignale des Reglers einerseits
zusammen mit Ausgangssignalen der den Betätigungsweg des
Ventilkörpers erfassenden Meßeinrichtung einer Ver
gleichsschaltung und andererseits einem ersten Verstärker
zugeführt werden, wobei in der Vergleichsschaltung ein
Differenzwert gebildet wird, der einem zweiten Verstärker
zugeführt wird, und daß die Ausgangssignale der beiden
Verstärker einem variablen Begrenzer zugeführt werden,
der die Ausgangssignale des zweiten Verstärkers in Ab
hängigkeit von den Ausgangssignalen des ersten Ver
stärkers begrenzt und der elektrischen Leistungsstufe des
Dämpferventils zuführt.
Eine weitere Verbesserung des dynamischen Verhaltens des
erfindungsgemäßen Dämpferventils wird bei einer vorteil
haften Weiterbildung dadurch erreicht, daß der elektro
mechanische Wandler als eine mit einem Permanentmagneten
zusammenwirkende Tauchspule ausgebildet ist, deren Träger
den Ventilkörper bildet.
Günstige Voraussetzungen für eine Kompensation von inner
halb des Dämpferventils auftretenden Strömungskräften
sowie eine Ankopplung des elektromechanischen Wandlers
werden in einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungs
gegenstandes dadurch geschaffen, daß der Ventilkörper als
eine auf einem zylindrischen Führungsteil verschiebbar
geführte Hülse ausgebildet ist, die mit im Führungsteil
vorgesehenen Strömungsquerschnitten zusammenwirkt.
Für die einwandfreie Funktion des erfindungsgemäßen
Dämpferventils bzw. eines mit ihm ausgerüsteten
Schwingungsdämpfers ist dabei besonders vorteilhaft, wenn
beim Zusammenwirken des Ventilkörpers mit den Strömungs
querschnitten eine Kompensation von den im Wirkungsbe
reich auftretenden hydraulischen Kräften erfolgt. Diese
Maßnahme ermöglicht außerdem eine Senkung des für den
elektromechanischen Wandler erforderlichen Energiebedarfs.
Die vorhin erwähnte Kompensation der Strömungskräfte wird
bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin
dung beispielsweise dadurch erreicht, daß der Ventil
körper und/oder der in Strömungsrichtung sich hinter den
Strömungsquerschnitten befindliche Raum so ausgebildet
sind, daß eine Umlenkung des Volumenstroms gewährleistet
ist. Die mit den Strömungsquerschnitten zusammenwirkende
Stirnfläche des hülsenförmigen Ventilkörpers ist dabei
vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildet.
Eine andere Möglichkeit, den Strömungskräften entgegenzu
wirken, besteht nach einem weiteren Erfindungsmerkmal
darin, daß die Strömungsquerschnitte in einem hydrau
lischen Ringraum münden, der mit dem Ausgang der Ventil
anordnung derart verbunden ist, daß der im Ringraum ent
stehende statische Druck eine hydraulische Kraftkompo
nente wirksam werden läßt, die den auf den Ventilkörper
wirkenden Bernoulli-Kräften entgegenwirkt.
Vorteilhaft ist auch, wenn im Führungsteil radiale Druck
entlastungsnuten vorgesehen sind, die in einem zwischen
dem Ventilkörper und dem Führungsteil ausgebildeten Spalt
münden. Durch diese Maßnahme wird der Effekt des hydrau
lischen Klemmens in diesem Bereich verhindert.
Das Führungsteil weist dabei vorzugsweise Druckmittel
kanäle auf, die mit dem Spalt verbunden sind und denen
ein Filterelement vorgeschaltet ist. Dadurch wird eine
einwandfreie Versorgung des Spaltes mit gefiltertem Öl
gewährleistet, so daß eine Verschmutzungsgefahr
weitgehend eliminiert wird.
Die Verschmutzungsgefahr des erfindungsgemäßen Dämpfer
ventils wird bei einer weiteren Ausführung der Erfindung
dadurch reduziert, daß im Bereich der Strömungsquer
schnitte eine Ringnut vorgesehen ist. Zwischen den
Strömungsquerschnitten und der Ringnut liegt lediglich
ein kurzer Dichtspalt mit geringer Druckdifferenz, so daß
in den Spalt kaum Schmutz hineingedrückt werden kann.
Um auf eine einfache, kostengünstige Art zu gewähr
leisten, daß am Ventilkörper im Betrieb kein Druckaus
gleich stattfindet, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung
des Erfindungsgegenstandes vor, daß im Führungsteil eine
Bohrung vorgesehen ist, in der ein am Ventilkörper axial
lose anliegendes, vorzugsweise zylindrisches Teil geführt
ist.
Um zu gewährleisten, daß die Funktion des mit der erfin
dungsgemäßen Dämpfungsventil ausgestatteten Schwingungs
dämpfers auch bei einem Ausfall des elektromechanischen
Wandlers weiterhin aufrechterhalten wird (sog.
Fail-Safe-Funktion), sieht eine weitere Ausgestaltung des
Erfindungsgegenstandes vor, daß der Ventilkörper auf
einer Biegefeder aufgehängt ist, die im Ventilgehäuse
eingespannt ist. Diese Maßnahme ist insbesondere in
Verbindung mit bidirektionalen Wandlern sinnvoll. Die
Biegefeder kann bespielsweise als eine mit Durchlässen
versehene Federscheibe ausgebildet sein. Weiterhin ist es
möglich, die Biegefeder als Lagerung des Ventilkörpers
bzw. des elektromechanischen Wandlers auszubilden, um auf
diese Weise die Reibeffekte weiter zu minimieren.
Eine kostengünstig herstellbare, bauraumsparende Aus
führung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die
Meßeinrichtung Änderungen von magnetischen Größen erfaßt,
die durch die Verstellung des Ventilkörpers hervorgerufen
werden.
Dabei kann die Meßeinrichtung vorzugsweise durch einen am
Ventilkörper bzw. einem mit ihm verbundenen Teil ange
brachten Permanentmagneten sowie ein die Änderungen
seines Magnetfeldes registrierendes Sensorelement gebil
det sein.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungs
gegenstandes, die insbesonders für den Einsatz bei
höheren Temperaturen geeignet ist, sieht vor, daß das
Sensorelement durch ein magnetoresistives Element gebil
det ist. Das Sensorelement kann allerdings auch durch ein
Hallelement gebildet sein.
Eine unabhängig vom Einfluß äußerer Magnetfelder zuver
lässig arbeitende Meßeinrichtung wird beispielsweise
durch eine Reflexlichtschranke gebildet.
Eine robuste, gegen Verschmutzung unempfindliche Meßein
richtung kann als eine nach dem Wirbelstromprinzip
arbeitende Anordnung ausgebildet sein.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
kontinuierlichen Verstellung der Dämpfungskraft eines mit
dem Dämpferventil nach der Erfindung ausgestatteten
Schwingungsdämpfers ist es besonders vorteilhaft, daß für
Fahrwerksregelungswecke der im Schwingungsdämpfer einge
stellte Druck (p) im statischen Zustand über die folgende
Gleichung
aus den Sensor- und Steuersignalen ermittelt werden kann,
da die Strömungskräfte kompensiert sind, wobei
da die Strömungskräfte kompensiert sind, wobei
Kmag [N/A] den Übertragungsfaktor des elektromechanischen
Wandlers,
i [A] den der Tauchspule zugeführten Strom,
C [N/mm] die Federkonstante der Biegefeder,
y [mm] den Betätigungsweg des Ventilkörpers, und
A1 [mm2] die Fläche des am Ventilkörper anliegen den zylindrischen Teiles
i [A] den der Tauchspule zugeführten Strom,
C [N/mm] die Federkonstante der Biegefeder,
y [mm] den Betätigungsweg des Ventilkörpers, und
A1 [mm2] die Fläche des am Ventilkörper anliegen den zylindrischen Teiles
bedeuten.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs
beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1 einen mit dem erfindungsgemäßen
Dämpferventil ausgestatteten regelbaren
Schwingungsdämpfer in schematischer
Schnittdarstellung;
Fig. 2 das erfindungsgemäße Dämpferventil in
größerem Maßstab;
Fig. 3 ein mit dem erfindungsgemäßen Dämpferventil
realisierbares Kennfeld; und
Fig. 4 einen Signalflußplan eines Regelkreises zur
Durchführung des Regelverfahrens nach der
Erfindung.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte regelbare
Schwingungsdämpfer weist einen Arbeitszylinder 1 sowie ein
zum Arbeitszylinder 1 koaxial angeordnetes Rohr 6 auf, so
daß dazwischen ein Verbindungskanal 33 gebildet wird.
Koaxial zum Arbeitszylinder 1 bzw. dem Rohr 6 ist weiter
ein Außenrohr 7 angeordnet, das mit dem Rohr 6 einen teil
weise mit Öl gefüllten, mit dem Verbindungskanal 33 zu
sammenwirkenden Ausgleichsraum 8 mit einem Kreisringquer
schnitt begrenzt. Der Innenraum des Arbeitszylinders 1 ist
mittels eines durch eine Kolbenstange 2 verschiebbaren
Kolbens 3 in eine oberhalb des Kolbens 3 ausgebildete
erste Arbeitskammer 4 sowie eine unterhalb des Kolbens 3
ausgebildete zweite Arbeitskammer 5 unterteilt.
Im Bodenbereich des gezeigten Schwingungsdämpfers befindet
sich eine näher nicht bezeichnete Ventilbaugruppe, die im
wesentlichen aus einem in der Zugstufe wirksamen Rück
schlagventil 9, einem in der Druckstufe wirksamen, vor
zugsweise durch ein zweites Rückschlagventil gebildeten
Schaltventil 13 sowie einem in seiner Gesamtheit mit dem
Bezugszeichen 10 versehenen steuerbaren Dämpferventil be
steht. Die beiden Rückschlagventile 9,13 sind dabei vor
zugsweise in einem Ventilgehäuse 34 angeordnet, das
gleichzeitig das Dämpferventil 10 aufnimmt.
Das erste Rückschlagventil 9 besteht aus einer durch eine
Feder 38 vorgespannten Ventilscheibe 70, die mit im
Ventilgehäuse 34 vorgesehenen Durchlässen 37 zusammenwirkt
und in der Zugstufe ein Nachsaugen des Öls aus dem Aus
gleichsraum 8 in die zweite Arbeitskammer 5 ermöglicht.
Das mit dem in der zweiten Arbeitskammer 5 herrschenden
Druck beaufschlagbare Schaltventil bzw. zweite Rückschlag
ventil 13 wird durch eine mittels einer Feder 48 vorge
spannte, radial außerhalb des Arbeitszylinders 1 ange
ordnete Ventilscheibe 50 gebildet, die mit im Ventilge
häuse 34 ausgebildeten, axial verlaufenden Durchlässen 47
zusammenwirkt. Der Arbeitszylinder 1 ist in seinem unteren
Bereich (in der unteren Hubendlage des Kolbens 3) mit
Öffnungen 49 versehen, die ganz oder teilweise vom Kolben
3 überfahren werden können. Diese Öffnungen 49 münden in
einem Ringraum 51, der radial (und axial von unten) durch
das Ventilgehäuse 34 und axial vom zweiten Rückschlag
ventil 13 begrenzt ist.
Das als ein einstufiges Schieberventil ausgeführte
Dämpferventil 10 ist in einem einen Teil das Ventilge
häuses 34 bildenden Dämpferventilgehäuse 35 vorzugsweise
senkrecht zur Schwingungsdämpfer-Längsachse angeordnet und
dient zur Änderung des Durchflußquerschnittes der Verbin
dung zwischen dem Verbindungskanal 33 und dem Ausgleichs
raum 8. Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, be
steht das Dämpferventil 10 aus einem im wesentlichen zy
lindrischen, Strömungsquerschnitte 12 aufweisenden
Führungsteil 11, auf dem ein vorzugsweise topf- oder
hülsenförmiger Ventilkörper 14 geführt wird, der den
Träger 19 einer elektrischen Tauchspule 15 bildet, die zu
sammen mit einem ringförmigen Polschuh 16, einem Permanent
magneten 17 sowie einer am Permanentmagneten 17 anliegen
den Bodenplatte 18 einen elektromechanischen Wandler 20
bilden. Die Strömungsquerschnitte 12 münden einerseits in
einer im Führungsteil 11 ausgebildeten zylindrischen
Ausnehmung 21, die im montierten Zustand des Dämpfer
ventils 10 mit dem Verbindungskanal 33 (s. Fig. 1) in Ver
bindung steht, und andererseits in einem Ringraum 22, der
über Ausgangskanäle 23 mit dem Ausgleichsraum 8 verbunden
ist. Die Ausgangskanäle 23 werden dabei von einem Deckel
24 begrenzt, der in seiner Mitte eine näher nicht be
zeichnete kreisförmige Öffnung aufweist, durch die sich
sowohl des Führungsteil 11 als auch der Ventilkörper 14
hindurch erstrecken. Der Ventilkörper 14 ist dabei vor
zugsweise auf einer scheibenförmigen Biegefeder 25 auf
gehängt, die an ihrem Außenrand zwischen dem Deckel 24 und
dem Polschuh 16 eingespannt ist. Das Führungsteil 11 und
der Ventilkörper 14 sind so ausgelegt, daß zwischen ihnen
ein radialer Spalt 26 ausgebildet ist. In diesem Spalt 26
münden mehrere auf der Oberfläche des Führungsteiles 11
nebeneinander angeordnete Druckentlastungsnuten 27 sowie
in der Ausnehmung 21 mündende Druckmittelkanäle 28, denen
ein Filterelement 29 vorgeschaltet ist. Am Boden der Aus
nehmung 21 befindet sich eine axiale Bohrung 31, die ein am
Ventilkörper 14 axial lose anliegendes zylindrisches Teil
32 aufnimmt, dessen Stirnfläche mit dem im Schwingungs
dämpfer herrschenden hydraulischen Druck beaufschlagbar ist.
Um die im Betrieb des erfindungsgemäßen Dämpferventils 10
im Bereich der Strömungsquerschnitte 12 auftretenden
Strömungskräfte wirksam zu kompensieren ist es vorteil
haft, wenn die mit den Strömungsquerschnitten 12 zusammen
wirkende Steuerkante 36 kegelstumpfförmig gestaltet ist.
Außerdem ist es sinnvoll, im Ausgangsbereich des Dämpfer
ventils 10 eine Ringnut 39 vorzusehen, die als Sammel
stelle für die in die Strömungsquerschnitte 12 eindringen
den Schmutzpartikel dient. Um einen Volumenausgleich
innerhalb des Dämpferventils 10 zu ermöglichen, ist es er
forderlich, in dem Deckel 24, dem Polschuh 16, dem Ventil
körper 14 sowie der Biegefeder 25 Bohrungen 41, 42, 43 bzw.
Durchlässe 40 vorzusehen.
Um das in Fig. 3 in diagrammatischer Darstellung gezeigte
Kennlinienfeld des in Fig. 1 dargestellten Schwingungs
dämpfers, d. h. die Abhängigkeit des im Schwingungsdämpfer
herrschenden hydraulischen Druckes von dem durch das
Dämpferventil 10 fließenden Volumenstrom bei verschiedenen
Werten des den elektromechanischen Wandler 20 ansteuernden
Erregerstromes zu erreichen, ist es erforderlich, den Be
tätigungsweg des Ventilkörpers 14 zu sensieren. Zu diesem
Zweck ist unmittelbar mit dem Ventilkörper 14 eine Meßein
richtung 30 gekoppelt, die Änderungen von magnetischen
Größen erfaßt, die durch die Verstellung des Ventilkörpers
14 hervorgerufen werden. Die in Fig. 2 gezeigte Meßein
richtung 30 besteht aus einem am Ventilkörper 14 bzw.
einem mit dem Ventilkörper 14 verbundenen Teil 44 be
festigten Permanentmagneten 45 sowie einem mit ihm zu
sammenwirkenden Sensorelement 46, beispielsweise einem
Hall- oder einem magnetoresistiven Element. Denkbar sind
jedoch auch andere Ausführungsformen der Meßeinrichtung,
die z. B. durch eine Reflexlichtschranke gebildet ist oder
nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten kann. Das Ausgangs
signal der Meßeinrichtung 30 wird vorzugsweise einer
elektrischen Schaltung 60 (Fig. 4) zugeführt, die eine
Ansteuerung des elektromechanischen Wandlers 20 in der Art
ermöglicht, daß im Dämpferventil 10 im Bereich kleiner
Volumenströme (A-s. Fig. 3) eine Drosselfunktion und
im Bereich größerer Volumenströme (B-s. Fig. 3) eine
Druckbegrenzungsfunktion erfüllt wird. Die Funktionsweise
der erwähnten Schaltung wird im nachfolgenden Text im Zu
sammenhang mit Fig. 4 näher erläutert, die die Struktur
eines Regelkreises zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur kontinuierlichen Verstellung der Dämpfungs
kraft eines mit dem Dämpferventil 10 nach Fig. 2 ausge
statteten regelbaren Schwingungsdämpfers zeigt.
Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, werden die den gewünsch
ten Betätigungshub des Ventilkörpers 14 des erfindungsge
mäßen Dämpferventils 10 darstellenden Ausgangssignale
(ysoll) eines zum Fahrwerksregelungssystem gehörenden
Fahrwerksreglers 57 einerseits zusammen mit dem Ausgangs
signal (ysoll) der vorhin erwähnten Meßeinrichtung 30
einer Vergleichsschaltung 52 und andererseits einem ersten
Verstärker 53 zugeführt. In der Vergleichsschaltung 52
wird ein Differenzwert gebildet, der als Eingangssignal
einem zweiten Verstärker 54 zugeführt wird. Das Ausgangs
signal des zweiten Verstärkers 54 wird als Eingangssignal
einem variablen Begrenzer 55 zugeführt, in dem es im Be
darfsfall in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des ersten
Verstärkers 53 begrenzt wird. Das Ausgangssignal des
variablen Begrenzers 55 wird schließlich einer
elektrischen Leistungsstufe 56 zugeführt, die elektrischen
Strom für die Ansteuerung des elektromechanischen Wandlers
20 liefert.
Der mit dem Bezugszeichen 58 versehene Teil des Signal
flußplans nach Fig. 4 stellt das Ersatzschaltbild des in
Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Dämpferventils 10 dar,
in dem der Funktionsblock 61 (Kmag, Tm) das zeitliche
Übertragungsverhalten des elektromechanischen Wandlers 20
zeigt, der hier als Proportionalglied mit Verzögerung
erster Ordnung angenommen wird. Die mit 62 bezeichnete
Signaladdition zeigt die Kräftebilanz der wichtigsten im
Dämpferventil 10 auftretenden Kraftkomponenten, während
der Funktionsblock 63 die wirksame Fläche A1 des am
Ventilkörper 14 anliegenden zylindrischen Teiles 32 dar
stellt, das einer Druckrückführung dient. Mit dem Bezugs
zeichen 64 ist ein erster Integrator versehen, dessen Aus
gangssignal der Beschleunigung des Ventilkörpers 14
entspricht, wobei mit m das Gewicht sämtlicher bewegten
Dämpferventilteile bezeichnet wird. Der Funktionsblock 65
(D) stellt eine geschwindigkeitsproportionale Reibkraft
dar, während der Funktionsblock 66 das Verhalten der
Biegefeder 25 (Fig. 2) mit einer Federkonstanten C zeigt.
Im zweiten Integrator 67 entsteht ein dem Betätigungsweg y
des Ventilkörpers 14 entsprechendes Signal, während der
Funktionsblock 68 das Verhalten der Meßeinrichtung 30
(Fig. 2) zeigt. Mit dem Funktionsblock 69 wird im Signal
flußplan auf eine extrem vereinfachte Art der Drossel
wirkung des Dämpferventils 10 Rechnung getragen, wobei mit
Q der durch das Dämpferventil 10 fließende Volumenstrom
und mit p der eingestellte Schwingungsdämpferdruck be
zeichnet werden.
Der zweite, mit dem Bezugszeichen 59 versehene Teil des
Signalflußplans von Fig. 4 stellt vereinfacht das Ver
halten des Schwingungsdämpfers von Fig. 1 dar, wobei mit
A2 die wirksame Fläche des Kolbens 3 (Fig. 1) bezeichnet
wird, die in der Zugstufe durch die Kolben-Ringfläche
(Kolbengesamtfläche - Fläche des Kolbenstangenquerschnitts)
und in der Druckstufe durch die Fläche des Kolbenstangen
querschnitts gebildet wird. Mit x werden schließlich die
Eingangsgröße bzw. die Kolbenstangengeschwindigkeit und
mit F die entstehende Dämpfungskraft bezeichnet.
Für die nachfolgende Beschreibung der Funktion des in Fig. 4
gezeigten Regelkreises wird zunächst angenommen, daß in
einem Regelprozeß eine mittlere Kennlinie aus dem in Fig. 3
dargestellten gesamten Kennlinienfeld eingestellt werden
soll. Durch den Fahrwerksregler 57 wird ein bestimmter Be
tätigungsweg (ysoll) des Ventilkörpers 14 vorgegeben.
Für den Fall, daß kein Volumenstrom durch das Dämpfer
ventil 10 fließt, bewirken die im Regelkreis entstehenden
Steuersignale eine Verstellung des Ventilkörpers 14 in die
gewünschte Position. Mit zunehmenden kleinen Volumen
strömen (Bereich A in Fig. 3) steigt der Druck im
Schwingungsdämpfer gemäß dem ersten Abschnitt I der ge
wünschten Kennlinie, so daß das Dämpferventil eine Drossel
funktion erfüllt. Dabei wirkt auf die Stirnfläche des am
Ventilkörper 14 anliegenden Teiles 32 der im Schwingungs
dämpfer herrschende Druck, so daß eine Kraftkomponente
entsteht, die in der Öffnungsrichtung des Dämpferventils
10 wirkt. Diese Kraftkomponente verursacht über den Regel
kreis eine Erhöhung der am Ventilkörper 14 vom elektro
mechanischen Wandler 20 aufgebrachten Betätigungskraft, so
daß ein gleichbleibender Drosselquerschnitt gewährleistet
wird.
Bei weiter ansteigendem Volumenstrom, der einem Dämpfer
druck P1 entspricht, müßte eine weitere Erhöhung der vom
elektromechanischen Wandler 20 aufgebrachten Betätigungs
kraft erfolgen, um den Ventilkörper 14 in der einge
stellten Position zu halten. Dies ist jedoch im Bereich
größerer Volumenströme (Bereich B in Fig. 3) auf Grund der
vom Ausgangssignal ysoll des Fahrwerksreglers 57 ab
hängigen Funktion des variablen Begrenzers 55 nicht mehr
möglich. Deshalb erfolgt eine weitere Verstellung des
Ventilkörpers 14 in der Öffnungsrichtung, die eine Druck
begrenzung gemäß dem Abschnitt 11 der gewünschten Kenn
linie zur Folge hat.
Eine Änderung der Kennfeldcharakteristik kann im darge
stellten Beispiel durch Änderungen der Verstärkungs
faktoren der beiden Verstärker 53 und 54 erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Arbeitszylinder
2 Kolbenstange
3 Kolben
4 Arbeitskammer
5 Arbeitskammer
6 Rohr
7 Außenrohr
8 Ausgleichsraum
9 Rückschlagventil
10 Dämpferventil
11 Führungsteil
12 Strömungsquerschnitt
13 Schaltventil/Rückschlagventil
14 Ventilkörper
15 Tauchspule
16 Polschuh
17 Permanentmagnet
18 Bodenplatte
19 Träger
20 Wandler
21 Ausnehmung
22 Ringraum
23 Strömungskanal
24 Deckel
25 Biegefeder
26 Spalt
27 Druckentlastungsnut
28 Druckmittelkanal
29 Filterelement
30 Meßeinrichtung
31 Bohrung
32 Teil (Pin)
33 Verbindungskanal
34 Ventilgehäuse
35 Dämpferventilgehäuse
36 Steuerkante
37 Durchlaß
38 Feder
39 Ringnut
40 Durchlaß
41 Bohrung
42 Bohrung
43 Bohrung
44 Teil
45 Permanentmagnet
46 Sensorelement
47 Durchlaß
48 Feder
49 Öffnung
50 Ventilscheibe
51 Ringraum
52 Vergleichsschaltung
53 Verstärker
54 Verstärker
55 Begrenzer
56 Leistungsstufe
57 Fahrwerksregler
58 Teil des Signalflußplans
59 Teil des Signalflußplans
60 Schaltung
61 Funktionsblock
62 Signaladdition
63 Funktionsblock
64 Integrator
65 Funktionsblock
66 Funktionsblock
67 Integrator
68 Funktionsblock
69 Funktionsblock
70 Ventilscheibe
2 Kolbenstange
3 Kolben
4 Arbeitskammer
5 Arbeitskammer
6 Rohr
7 Außenrohr
8 Ausgleichsraum
9 Rückschlagventil
10 Dämpferventil
11 Führungsteil
12 Strömungsquerschnitt
13 Schaltventil/Rückschlagventil
14 Ventilkörper
15 Tauchspule
16 Polschuh
17 Permanentmagnet
18 Bodenplatte
19 Träger
20 Wandler
21 Ausnehmung
22 Ringraum
23 Strömungskanal
24 Deckel
25 Biegefeder
26 Spalt
27 Druckentlastungsnut
28 Druckmittelkanal
29 Filterelement
30 Meßeinrichtung
31 Bohrung
32 Teil (Pin)
33 Verbindungskanal
34 Ventilgehäuse
35 Dämpferventilgehäuse
36 Steuerkante
37 Durchlaß
38 Feder
39 Ringnut
40 Durchlaß
41 Bohrung
42 Bohrung
43 Bohrung
44 Teil
45 Permanentmagnet
46 Sensorelement
47 Durchlaß
48 Feder
49 Öffnung
50 Ventilscheibe
51 Ringraum
52 Vergleichsschaltung
53 Verstärker
54 Verstärker
55 Begrenzer
56 Leistungsstufe
57 Fahrwerksregler
58 Teil des Signalflußplans
59 Teil des Signalflußplans
60 Schaltung
61 Funktionsblock
62 Signaladdition
63 Funktionsblock
64 Integrator
65 Funktionsblock
66 Funktionsblock
67 Integrator
68 Funktionsblock
69 Funktionsblock
70 Ventilscheibe
Claims (23)
1. Direkt angesteuertes Dämpferventil für regelbare
Schwingungsdämpfer mit einem durch einen elektromecha
nischen Wandler betätigbaren druckunausgeglichenen Ven
tilkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ventilkörper (14) mit einer Meßeinrichtung (30) un
mittelbar gekoppelt ist, die den Betätigungsweg des
Ventilkörpers (14) erfaßt und deren Ausgangssignal einer
elektrischen Schaltung zugeführt wird, die den elektro
mechanischen Wandler (20) in der Art ansteuert, daß in
einem ersten Volumenstrombereich (A) eine Drossel
funktion und einem zweiten Volumenstrombereich (B) eine
Druckbegrenzungsfunktion erfüllt werden.
2. Dämpferventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der elektromechanische Wandler (20)
als eine mit einem Permanentmagneten (17) zusammen
wirkende Tauchspule (15) ausgebildet ist, deren Träger
(19) den Ventilkörper (14) bildet.
3. Dämpferventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ventilkörper (14) als eine auf
einem zylindrischen Führungsteil (11) verschiebbar ge
führte Hülse ausgebildet ist, die mit im Führungsteil
(11) vorgesehenen Strömungsquerschnitten (12) zusammen
wirkt.
4. Dämpferventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß beim Zusammenwirken von Ventil
körper (14) und Strömungsquerschnitten (12) eine
Kompensation von den im Wirkungsbereich auftretenden
hydraulischen Kräften erfolgt.
5. Dämpferventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ventilkörper (14) und/oder
der in Strömungsrichtung hinter den Strömungsquer
schnitten (12) befindliche Raum so ausgebildet sind,
daß eine Umlenkung des Volumenstroms gewährleistet
ist.
6. Dämpferventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mit den Strömungsquer
schnitten (12) zusammenwirkende Steuerkante (36) des
Ventilkörpers (14) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
7. Dämpferventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Strömungsquerschnitte (12)
in einem hydraulischen Ringraum (22) münden, der mit
Ausgangskanälen (23) des Dämpferventils (10) derart
verbunden ist, daß der im Ringraum (22) entstehende
statische Druck eine hydraulische Kraftkomponente
wirksam werden läßt, die den auf den Ventilkörper
(14) wirkenden Bernoulli-Kräften entgegenwirkt.
8. Dämpferventil nach Anspruch 3 oder einem der An
sprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeich
net, daß im Führungsteil (11) radiale Druckent
lastungsnuten (27) vorgesehen sind, die in einem
zwischen dem Ventilkörper (14) und dem Führungsteil
(11) ausgebildeten Spalt (26) münden.
9. Dämpferventil nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Führungsteil (11) Druck
mittelkanäle (28) aufweist, die mit dem Spalt (26)
verbunden sind und denen ein Filterelement (29) vor
geschaltet ist.
10. Dämpferventil nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
im Bereich der Strömungsquerschnitte (12) eine oder
mehrere Ringnuten (39) vorgesehen sind.
11. Dämpferventil nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Führungsteil (11) eine
Bohrung (31) aufweist, in der ein am Ventilkörper
(14) axial lose anliegendes, vorzugsweise zylin
drisches Teil (32) geführt ist.
12. Dämpferventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ventilkörper (14) auf einer
Biegefeder (25) aufgehängt ist, die im Dämpferventil
gehäuse (35) eingespannt ist.
13. Dämpferventil nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Biegefeder (25) als
eine mit Durchlässen (40) versehene Federscheibe
ausgebildet ist.
14. Dämpferventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Meßeinrichtung (30)
Änderungen von magnetischen Größen erfaßt, die
durch die Verstellung des Ventilkörpers (14) hervor
gerufen werden.
15. Dämpferventil nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Meßeinrichtung (30) durch
einen am Ventilkörper (14) bzw. einem mit ihm ver
bundenen Teil (44) angebrachten Permanentmagneten
(45) sowie ein sein Magnetfeld registrierendes Sen
sorelement (46) gebildet ist.
16. Dämpferventil nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Meßeinrichtung durch ein
Sensorelement gebildet ist, das am Ventilkörper be
festigt ist und mit dem Permanentmagneten des
elektromechanischen Wandlers zusammenwirkt.
17. Dämpferventil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sensorelement
(46) durch ein magnetoresistives Element gebildet
ist.
18. Dämpferventil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sensorelement
(46) durch ein Hallelement gebildet ist.
19. Dämpferventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Meßeinrichtung durch eine
Reflexlichtschranke gebildet ist.
20. Dämpferventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Meßeinrichtung als eine
nach dem Wirbelstromprinzip arbeitende Anordnung
ausgebildet ist.
21. Dämpferventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stromzuführung der Tauch
spule (15) über die Federscheibe (25) bzw. mehrere
Federscheiben erfolgt.
22. Verfahren zur Verstellung der Dämpfungskraft eines
bei einem Fahrwerksregelungssystem für Kraftfahr
zeuge verwendeten regelbaren Schwingungsdämpfers,
der ein über eine elektrische Leistungsstufe an
steuerbares Dämpferventil insbesondere nach einem
der Ansprüche 1 bis 21, aufweist, wobei das Fahr
werksregelungssystem Sensoren zur Ermittlung des
fahrdynamischen Zustandes sowie einen elektronischen
Fahrwerksregler aufweist, dessen Ausgangssignale der
Ansteuerung des Dämpferventils dienen, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Ausgangssignale
(Ysoll) des Fahrwerksreglers (57) einerseits zu
sammen mit Ausgangssignalen des den Betätigungsweg
des Ventilkörpers (14) erfassenden Meßeinrichtung
(30) einer Vergleichsschaltung (52) und andererseits
einem ersten Verstärker (53) zugeführt werden, wobei
in der Vergleichsschaltung (52) ein Differenzwert ge
bildet wird, der einem zweiten Verstärker (54) zuge
führt wird, und daß die Ausgangssignale der beiden
Verstärker (53, 54) einem variablen Begrenzer (55)
zugeführt werden, der die Ausgangssignale des
zweiten Verstärkers (54) in Abhängigkeit von den
Ausgangssignalen des ersten Verstärkers (53) be
grenzt und der elektrischen Leistungsstufe (56) des
Dämpferventils (10) zuführt.
23. Dämpferventil nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß der im
Schwingungsdämpfer eingestellte Druck (p) im
statischen Zustand die folgende Gleichung erfüllt:
wobei
Kmag [N/A] den Übertragungsfaktor des elektromechanischen Wandlers (20),
i [A] den der Tauchspule (15) zugeführten Strom,
C [N/mm] die Federkonstante der Biegefeder (25),
y [mm] den Betätigungsweg des Ventilkörpers (14), und
A1 [mm2] die Fläche des am Ventilkörper (14) anliegenden zylindrischen Teiles (32)
bedeuten.
Kmag [N/A] den Übertragungsfaktor des elektromechanischen Wandlers (20),
i [A] den der Tauchspule (15) zugeführten Strom,
C [N/mm] die Federkonstante der Biegefeder (25),
y [mm] den Betätigungsweg des Ventilkörpers (14), und
A1 [mm2] die Fläche des am Ventilkörper (14) anliegenden zylindrischen Teiles (32)
bedeuten.
Priority Applications (5)
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DE19924206380 DE4206380A1 (de) | 1992-02-29 | 1992-02-29 | Daempferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der daempfungskraft eines regelbaren schwingungsdaempfers |
PCT/EP1993/000353 WO1993017254A1 (de) | 1992-02-29 | 1993-02-13 | Dämpferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der dämpfungskraft eines regelbaren schwingungsdämpfers |
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DE59304056T DE59304056D1 (de) | 1992-02-29 | 1993-02-13 | Dämpferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der dämpfungskraft eines regelbaren schwingungsdämpfers |
EP19930903969 EP0627052B1 (de) | 1992-02-29 | 1993-02-13 | Dämpferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der dämpfungskraft eines regelbaren schwingungsdämpfers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924206380 DE4206380A1 (de) | 1992-02-29 | 1992-02-29 | Daempferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der daempfungskraft eines regelbaren schwingungsdaempfers |
Publications (1)
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DE4206380A1 true DE4206380A1 (de) | 1993-09-02 |
Family
ID=6452923
Family Applications (2)
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DE19924206380 Ceased DE4206380A1 (de) | 1992-02-29 | 1992-02-29 | Daempferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der daempfungskraft eines regelbaren schwingungsdaempfers |
DE59304056T Expired - Lifetime DE59304056D1 (de) | 1992-02-29 | 1993-02-13 | Dämpferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der dämpfungskraft eines regelbaren schwingungsdämpfers |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE59304056T Expired - Lifetime DE59304056D1 (de) | 1992-02-29 | 1993-02-13 | Dämpferventil sowie verfahren zur kontinuierlichen verstellung der dämpfungskraft eines regelbaren schwingungsdämpfers |
Country Status (4)
Country | Link |
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US (1) | US5487455A (de) |
EP (1) | EP0627052B1 (de) |
DE (2) | DE4206380A1 (de) |
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