DE4294772C2

DE4294772C2 - Bodenventil für einen Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE4294772C2
Application number: DE4294772A
Authority: DE
Inventors: Jan Nicolas Henri Driessen
Original assignee: Tenneco Automotive Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Inc
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1992-02-24
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2012-02-25
Also published as: JPH06506756A; JP2984371B2; DE4294772T1; WO1993017255A1; US5113979A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraft fahrzeuge.

Schwingungsdämpfer für Radaufhängungen an Fahrzeugen absorbieren un erwünschte Schwingungen, die während des Fahrens auftreten. Hierzu sind sie all gemein zwischen dem Chassis und der Aufhängung angeordnet. Über eine Kolben stange ist der Kolben des Schwingungsdämpfers am Chassis befestigt. Da der Kol ben den Flüssigkeitsaustausch in der Arbeitskammer begrenzt, wenn der Dämpfer ein- bzw. ausfährt, liefert der Dämpfer eine Dämpfungskraft, welche die von der Aufhängung auf das Chassis übertragenen Schwingungen dämpft. Je stärker der Strömungsmittelaustausch in der Arbeitskammer vom Kolben begrenzt wird, desto größer sind die vom Dämpfer erzeugten Kräfte.

Weil die Stärke der vom Dämpfer erzeugten Dämpfungskräfte Änderungen im Fahrverhalten hervorrufen, ist es oft wünschenswert, dass die Dämpfungskräfte einstellbar sind. Ein derartiges Verfahren ist aus WO 88/06983 A1 bekannt. Hier besitzt der Schwingungsdämpfer ein Magnetventil zum Steuern des Strömungsmittelaus tausches in den Druckkammern, die neben Lamellenventilen vorgehen sind, um die Dämpfungseigenschaften zu steuern. Wird der Magnetventilstößel verstellt, so än dert sich der Druck in den Druckkammern, so dass die Dämpfungseigenschaften veränderlich sind.

Ein anderes Verfahren zu diesem Zweck ist in der US 5,016,908 erläutert, bei dem der Magnetventilstößel in den Kolben ragt und den Strömungsmittelaustausch durch Kanäle steuert, die zu zwei Entlastungen führen, die auf die oberen und unteren Federscheiben wirken. Indem die Strömung durch diese Kanäle gesteuert wird, ist es möglich, die erzeugten Dämpfungskräfte zu verändern.

Schwingungsdämpfer für variable Dämpfungseigenschaften besitzen oft ein Bodenventil, das den Strömungsmittelaustausch zwischen dem unteren Teil der Ar beitskammer und der Ausgleichskammer regelt, welche den Druckzylinder für den Kolben umgibt. Für gewöhnlich sind solche Bodenventile für den angestrebten Zweck brauchbar, doch oftmals regulieren sie die Strömung nicht in der gewünschten Abhängigkeit von den Dämpfungseigenschaften. Mit anderen Worten sind die Strömungsmittelmengen zwischen dem unteren Teil der Arbeitskammer und der Ausgleichskammer typischerweise stets annähernd gleich, unabhängig davon, ob der Schwingungsdämpfer ein steifes oder weiches Verhalten besitzt.

Ein Schwingungsdämpfer mit einem Bodenventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der älteren, nachveröffentlichten DE 41 39 820 A1 be kannt. Bei dem dort gezeigten Zweirohr-Stoßdämpfer ist das Bodenventil als Zwei wegeventil ausgebildet, das vom Druck im oberen Druckraum derart gesteuert ist, dass es bei Druckanstieg öffnet und bei Druckabfall wieder schließt. Dieser Schwingungsdämpfer ist mit einem außerhalb des Druckzylinders angeordneten Ausgleichzylinder versehen, der eine Ausgleichskammer bildet, die über das Bo denventil mit dem kolbenseitigen Teil der Arbeitskammer in Verbindung steht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungs dämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, dass der Strö mungsmittelaustausch zwischen dem unteren Teil der Arbeitskammer und der Aus gleichskammer über das Bodenventil abhängig von den erzeugten Dämpfungsei genschaften veränderlich ist. Hierbei soll sich das Bodenventil ständig selbst derart einstellen, dass die vom Kolben hervorgerufenen Dämpfungskräfte besser gesteuert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Bodenventil des erfindungsgemäß ausgebildeten Schwingungsdämpfers steuert die Strömung des Dämpferfluids abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Strömungsmittel im ersten Teil der Arbeitskammer und dem Strömungsmittel in der Ausgleichskammer. Ferner wird mit dem erfindungsgemäßen Bodenventil das Ausmaß einer Aufschäumung verringert, die dadurch hervorgerufen wird, dass der Druck im ersten Teil der Arbeitskammer geringer ist als der Druck in der Ausgleichskammer. Insgesamt wird die Steuerung der Dämpfungskräfte verbessert, die von einem Schwingungsdämpfer mit veränderlicher Dämpfung erzeugt werden. Schließlich be sitzt das Bodenventil gemäß der Erfindung eine einfache Bau weise, ist billig und einfach herzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit eingebautem Bodenventil gemäß der Erfindung;

Fig. 2A und 2B schematische Schnittansichten des in Fig. 1 ge zeigten Schwingungsdämpfers mit einem erfin dungsgemäßen Bodenventil;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch das erfindungsgemäße Bo denventil;

Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung des Boden ventils der Fig. 3; und

Fig. 5A und 5B Schnitte des Bodenventils der Fig. 2B im offenen und geschlossenen Zustand.

In Fig. 1 sind insgesamt vier Schwingungsdämpfer 10 in der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt, die im Zusammenhang mit einem üblichen Fahrzeug 12 stehen. Das Fahrzeug 12 hat eine Hinterradaufhängung 14 mit einer quer liegenden Hinterachse (nicht gezeigt) für die Hinterräder 18. Die Hinterachse ist mit dem Fahrzeug 12 über zwei Schwingungsdämpfer 10 und Schraubenfedern 20 verbunden. Das Fahrzeug 12 hat auch eine Vorderradaufhängung 16 mit einer querliegenden Vorderachse (nicht gezeigt) für die Vorder räder 26. Die Vorderachse ist mit dem Fahrzeug 12 über zwei Schwingungsdämpfer 10 und Schraubenfedern 28 verbunden. Die Dämpfer 10 dienen zum Dämpfen der Bewegungen der ungefeder ten Masse (d. h. der Radaufhängungen 22 und 14) und der ge federten Massen (Chassis 30). Das Fahrzeug 12 ist zwar als Pkw dargestellt, doch ist der Schwingungsdämpfer 10 auch für andere Fahrzeuge oder andere Anwendungsarten geeignet. Der Ausdruck "Schwingungsdämpfer" soll auch im Zusammenhang mit Federbeinen verstanden werden. Zur Steuerung der Dämpfungs eigenschaften sind ein Betriebsart-Wahlschalter 32 und ein Steuermodul 34 vorgesehen. Der Betriebsart-Wahlschalter 32 liegt in der Personenkabine 36 des Fahrzeugs 12 und ist für die Fahrgäste zugänglich. Mit diesem Schalter läßt sich die Art der Dämpfungseigenschaften auswählen, z. B. steifes, weiches oder automatisches Dämpfen. Das Steuermodul 34 ist an den Schalter 32 angeschlossen und erzeugt elektrische Signale zum Steuern der Dämpfungseigenschaften. Ein Beispiel für ein Steuermodul 34 ist in US 5 016 908 erläutert. Mit der Veränderung der Dämpfungseigenschaften sollen sowohl der Fahrkomfort wie auch das Fahrverhalten optimiert werden.

Der Schwingungsdämpfer 12 wird anhand der Fig. 2A und 2B be schrieben. Der Dämpfer 10 hat einen Ausgleichszylinder 38 mit einer tassenförmigen Kappe 40 am oberen Ende und einer Bodenkappe 42 am unteren Ende, so daß eine Ausgleichskammer 44 für Dämpfungsflüssigkeit gebildet ist. Die Kolbenstange 46, die an ihrem unteren Ende einen Kolben 48 trägt, er streckt sich axial durch die obere Kappe 40. Der Kolben 48 verschiebt sich axial in einem Druckzylinder 50, der inner halb des Ausgleichszylinders 38 liegt. Der Druckzylinder 50 bildet eine Arbeitskammer 52, deren oberer Teil über dem Kolben 48 und deren unterer Teil unter dem Kolben 48 liegt. Zwischen dem Kolben 48 und dem Zylinder 50 liegt eine Tef lonhülse 54 zur besseren Gleitfähigkeit des Kolbens im Zy linder.

Mit dem Kolben 48 ist es möglich, die Dämpfungskräfte zum Optimieren der Fahreigenschaften zu verändern. Dies erfolgt dadurch, daß der Strömungsmittelaustausch zwischen dem obe ren und dem unteren Teil der Arbeitskammer beim Ein- und Ausfedern vom Kolben 48 gesteuert wird. Ein Beispiel für eine derartige Kolbenanordnung ist in US 5 016 908 darge stellt, obwohl auch andere Kolbenanordnungen dienlich sind.

Zur Führung der Kolbenstange im Zylinder 50 ist eine Ring führung 56 vorgesehen, die zwischen dem oberen Teil des Zylinders 50 und der Kappe 40 liegt und eine Öffnung 58 be sitzt, in der die Kolbenstange 46 aufgenommen ist. Somit ist die Kolbenstange axial geführt und gegen seitliche Ausweich bewegungen gesichert. Zwischen der Führung 56 und der Kappe 40 liegt eine Gummi- oder Plastikdichtung 60 in einer Aus nehmung innerhalb der Führung 56, die die Kolbenstange 46 abdichtet und damit den Eintritt von Schmutz verhindert.

Zur Befestigung des Dämpfers 10 an der Hinterachse des Fahr zeugs 12 ist ein Auge 62 vorgesehen, das an der Bodenkappe 42 beispielsweise angeschweißt ist. In dem Auge liegt ein Bolzen 64 mit einer Hülse 66 zur Befestigung an der Hinter achse. Zur Befestigung des Dämpfers am Chassis 30 sind zwei Scheiben 68 und 70 vorgesehen, durch welche die Kolbenstange 46 greift und zwischen denen ein Teil des Chassis 30 liegt. Dabei sind zwischen dem Chassis und Vertiefungen 72, 76 Kis sen 74 und 78 eingeklemmt.

Zur Befestigung dient eine selbstsichende Mutter 80 auf der Kolbenstange über der Scheibe 68. Unterhalb der unteren Scheibe 70 liegt ein Abstandsring 82 über der Kappe 40, die mit einer Spannscheibe 84 auf der Kolbenstange 46 gesichert ist.

Für den elektrischen Anschluß des Steuermoduls 34 an den Dämpfer 10 ist ein Verbinder 86 vorgesehen, mit dem sich die elektrischen Anschlüsse schnell lösen lassen. Ein Beispiel für einen solchen Verbinder ist in den Fig. 8 bis 10 der U.S. 4,846,318 dargestellt.

Zur Befestigung des Kolbens 48 an der Kolbenstange 46 dient ein Abschnitt 88 und eine Mutter 90. Der Abschnitt 88 ist im Querschnitt rund und greift axial durch eine mittlere Öff nung (nicht gezeigt) des Kolbens 48. Die Befestigung des Ab schnitts 88 an der Kolbenstange 46 erfolgt durch die Mutter 90. Die Mutter 90 ist ringförmig und sitzt mit ihrem Innen gewinde auf dem Außengewinde der Kolbenstange 46.

Für den Strömungsmittelaustausch zwischen dem zweiten Teil der Arbeitskammer und der Ausgleichskammer entsprechend der Arbeitsweise des Kolbens 48 dient ein Bodenventil 92. Gemäß Fig. 4 hat das Bodenventil 92 ein im Ventilgehäuse 56 ver schiebbares Ventilelement 94 mit zwei Kolbenabschnitten 98 und 100 beidseitig einer koaxial angeordneten Verbindung 102. Auf die Stirnfläche 104 des Kolbens 98 wirkt der Druck in der Ausgleichskammer 44 und auf die Stirnfläche 106 des Kolbenabschnitts 100 wirkt der Druck im oberen Teil der Arbeitskammer 52. Das Ventilelement 54 kann unter anderem aus gehärtetem Stahl bestehen. Es kann auch eine andere Bauweise aufweisen und kann mit Dichtungen versehen sein, um die Leckage zwischen den Kolbenabschnitten 98, 100 und dem Ventilgehäuse 96 zu verringern.

Das Ventilgehäuse 96 hat eine etwa kreisförmige Oberfläche 108, die am unteren Teil des Zylinders 50 in passender Weise befestigt ist, z. B. in einem Preßsitz. Das Ventilgehäuse 96 hat ferner eine im wesentlichen kreisförmige Unterseite 110, die unterhalb der oberen Stirnfläche 108 liegt. Das Ventil gehäuse 96 hat ferner eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche 112.

Das Ventilelement 94 ist in einer ersten Bohrung 114 des Ventilgehäuses 96 verschiebbar, die sich von einer Außen seite 112 teilweise durch das Gehäuse parallel zur Unter- bzw. Oberseite 108, 110 erstreckt. Die Bohrung 114 ist zur Ausgleichskammer 44 hin offen, damit die Stirnfläche 104 des Kolbenabschnitts 98 mit dem Druck in der Ausgleichskammer 44 beaufschlagt wird. In der Bohrung 114 nahe dem offenen Ende liegt ein Sicherungsring 116 für das Ventilelement 94.

Als Strömungsmittelkanal besitzt das Ventilgehäuse 96 ferner eine zweite Bohrung 118 in der Oberseite 108 und eine dritte Bohrung 120 in der Unterseite 110. Beide Bohrungen sind so angeordnet, daß bei Verschiebung des Ventilelements 94 in einer Richtung (nach rechts in Fig. 5A) den Strömungsweg durch die zweite Bohrung (118) absperrt, während bei der Verschiebung der anderen Richtung (nach links in Fig. 5B) das Ventilelement 94 den Strömungskanal durch die beiden Bohrungen freigibt, so daß das Strömungsmittel im wesent lichen ungehindert aus der Arbeitskammer 52 in die Aus gleichskammer 44 strömen kann.

Zur Verbindung des ersten Teils der Arbeitskammer 52 mit dem Bodenventil 92 ist ein Kanal in Form eines Röhrchens 122 vorgesehen, das senkrecht zwischen dem Druckzylinder 50 und dem Ausgleichszylinder 38 verläuft. Das obere Ende des Röhr chens 122 ist mit der Stangenführung 56 am oberen Ende des Zylinders 50 verbunden und steht mit dem oberen Teil der Arbeitskammer 52 über einen Kanal 124 in der Stangenführung 56 in Verbindung. Über den Kanal 124 kann Fluid aus dem oberen Teil der Arbeitskammer 52 in das Röhrchen 122 ein treten.

Das untere Ende des Röhrchens 122 ist in Verbindung mit der Oberseite 108 des Bodenventils 92 und mündet über einen Ka nal 126 im Ventilgehäuse in die der Stirnseite 106 des Kol benabschnitts 100 benachbarte Kammer.

Die Betriebsweise ist folgende: Die Stirnseite 106 des Kol benabschnitts 100 wird mit dem Druck der Dämpferflüssigkeit im oberen Teil der Arbeitskammer 52 über den Kanal 124 in der Stangenführung, das Röhrchen 122 und den Kanal 126 im Ventilgehäuse beaufschlagt. Damit wird das Ventilelement 54 nach links gedrückt.

Dagegen wird die Stirnseite 104 des anderen Kolbenelements 98 über die Öffnung 114 mit dem Druck in der Ausgleichs kammer 44 beaufschlagt, so daß das Ventilelement 94 nach rechts gedrückt wird. Damit steuert das Ventilelement 94 den Strömungsmittelaustausch zwischen dem unteren Teil der Ar beitskammer 52 und der Ausgleichskammer 54 entsprechend dem Druck im oberen Teil der Arbeitskammer 52 in folgender Wei se: Beginnt der Druck im oberen Teil der Arbeitskammer 52 im Verhältnis zum Druck in der Ausgleichskammer 44 beim Einfe dern abzufallen, so wird sich das Ventilelement 94 in Fig. 5a nach rechts verschieben, und zwar in eine Position, in der der Durchgang von Dämpferflüssigkeit durch die zweite Bohrung 118 begrenzt bzw. abgesperrt wird. Als Folge davon steigt der Druck im ersten oberen Teil der Arbeitskammer 52 an. Sobald der Druck im oberen Teil der Arbeitskammer 52 den Druck der Dämpferflüssigkeit in der Ausgleichskammer 44 beim Einfedern übersteigt, verschiebt sich das Ventilelement 94 nach links in Fig. 5B und Dämpferflüssigkeit strömt im we sentlichen frei aus dem zweiten unteren Teil der Arbeits kammer 52 in die Ausgleichskammer 54 über die Bohrungen 118 und 120 im Ventilgehäuse 96.

Beim Ausfedern des Schwingungsdämpfers steigt der Druck im oberen Teil der Arbeitskammer 52 im Verhältnis zum Druck der Flüssigkeit in der Ausgleichskammer 44, so daß sich das Ventilelement 94 nach links gemäß Fig. 5B verschiebt. Dann strömt Flüssigkeit im wesentlichen frei zwischen der Aus gleichskammer 44 und dem unteren Teil der Arbeitskammer 52 beim Ausfedern.

Der Fachmann erkennt somit, daß das Bodenventil das Über treten der Dämpferflüssigkeit aus dem unteren Abschnitt der Arbeitskammer in die Ausgleichskammer bei einem steifen Dämpfungsverhalten hindert, dagegen für ein weiches Dämpfen eine freie Durchströmung gestattet. Da außerdem der Druck der Dämpferflüssigkeit im ersten Teil der Arbeitskammer wesentlich größer oder gleich dem Druck der Flüssigkeit in der Ausgleichskammer ist, wird ein Aufschäumen der Dämpfer flüssigkeit minimiert. Im Rahmen der Erfindung sind mehrere Änderungen möglich. Beispielsweise kann eine in der Ventil gliedbohrung angeordnete Feder das Ventilelement in eine Lage vorspannen, in der die Strömung durch die erste Bohrung gesperrt ist.

Claims

1. Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Druckzylinder (50) zum Ausbilden einer Arbeitskammer (52), einem die Arbeits kammer in einen kolbenstangenseitigen Teil und einen kolbenseitigen Teil des Druckzylinders unterteilenden Kolben (48), mit Mitteln zum Steuern des Strö mungsmittelaustausches zwischen den beiden Teilen der Arbeitskammer und mit Mitteln zum Einstellen von steifen und weichen Dämpfungseigenschaften, und mit einem außerhalb des Druckzylinders angeordneten Ausgleichszylinder (38), der eine Ausgleichskammer (44) bildet, die über ein Bodenventil (92) mit dem kolben seitigen Teil der Arbeitskammer (52) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenventil (92) zum Einstellen des Strömungsmittelaustausches zwischen dem kolbenseitigen Teil der Arbeitskammer (52) und der Ausgleichskammer (44) mit dem Druck des Dämpferfluids im kolbenstangenseitigen Teil der Arbeitskam mer (52) beaufschlagt ist, und das Bodenventil (92) aus einem Ventilgehäuse (96) und einem in einer Bohrung verschiebbaren Ventilelement (94) besteht, wobei das Ventilelement aus zwei Kolbenabschnitten (98, 100) besteht, die miteinander ver bunden sind.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil der Arbeitskammer (52) mit dem Bodenventil über einen Kanal (122, 124, 126) in Verbindung steht.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenventil (92) einen in den zweiten Teil der Arbeitskammer mündenden Durch gangskanal (118, 120) aufweist.

4. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Bodenventil über einen weiteren Kanal (114) mit der Ausgleichs kammer (44) in Verbindung steht.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass beim Einfedern des Schwingungsdämpfers von dem Bodenventil (92) der Strömungsmittelaustausch derart gesteuert wird, dass der Druck des Dämpferfluids im ersten Teil der Arbeitskammer größer oder gleich dem Druck des Dämpferfluids in der Ausgleichskammer ist.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsmittelaustausch derart ge steuert ist, dass das Aufschäumen des Dämpferfluids im Schwingungsdämpfer ver ringert wird.

7. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass beim Ausfedern des Schwingungsdämpfers von dem Bodenventil (92) ein im wesentlichen freier Strömungsweg zwischen der Ausgleichskammer (44) und dem zweiten Teil der Arbeitskammer einstellbar ist.

8. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass beim Einfedern des Schwingungsdämpfers und einem steifen Dämp fungsverhalten der Strömungsweg aus dem zweiten Teil der Arbeitskammer in die Ausgleichskammer von dem Bodenventil (92) absperrbar ist.

9. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass beim Einfedern des Schwingungsdämpfers und bei weichem Dämp fungsverhalten der Strömungsweg aus dem zweiten Teil der Arbeitskammer (52) in die Ausgleichskammer (44) von dem Bodenventil (92) im wesentlichen freigegeben ist.

10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (104) des einen Kolbenabschnitts (98) mit dem Druck in der Ausgleichskammer (44) und die gegenüberliegende abgekehrte Stirnseite (106) des Kolbenabschnitts (100) vom Druck im oberen Teil der Arbeitskammer (52) beauf schlagt ist.

11. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass der erste Kolbenabschnitt (98) zum Absperren des Strömungs weges durch Bohrungen (118, 120) im Ventilgehäuse zwischen dem unteren Teil der Arbeitskammer und der Ausgleichskammer vorgesehen ist.

12. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (96) eine im wesentlichen flache und kreisförmige Oberseite und eine im wesentlichen flache und kreisförmige Unterseite aufweist und die Seiten im wesentlichen zueinander parallel liegen.

13. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Seiten über eine zylindrische Außenwand (112) miteinander verbunden sind.

14. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass der obere Teil der Arbeitskammer (52) über ein Röhrchen (122) mit dem Bodenventil verbunden ist.