DE4318558C1 - Ausgeprägt frequenzselektiv arbeitende hydraulische Dämpferanordnung - Google Patents
Ausgeprägt frequenzselektiv arbeitende hydraulische DämpferanordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine ausgeprägt frequenzselektiv
arbeitende hydraulische Dämpferanordnung, im wesentlichen
bestehend aus einem hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregat
mit einem einseitig mit einer Kolbenstange verbundenen
Kolben, zwei vom Kolben im Zylinder voneinander abgeteilten
Kammern, einem diese Kammern miteinander verbindenden Kanal
und den Kammern zugeordneten volumenelastischen Elementen,
wobei die volumenelastischen Elemente sowie die Länge und
der Querschnitt des Kanals derart bemessen sind, daß das
hydraulische Medium im Kanal mit einer vorgebbaren Resonanz
frequenz entsprechend der Frequenz einer kritischen
Schwingung eines zu dämpfenden Systems - z. B. Fahrzeug
lenkung - schwingen und den kritischen Schwingungen nach
Art eines Tilgers entgegenwirken kann.
Aus der DE 39 39 650 C2 ist eine entsprechende Dämpferan
ordnung bekannt, welche sich insbesondere als Lenkungs
dämpfer für Kraftfahrzeuge eignet.
Lenkungsdämpfer sollen bekanntlich Stöße und Schwingungen
unterbinden, die sich als Drehschwingungen im Lenkrad
bemerkbar machen. Diese Schwingungen treten typischerweise
mit Frequenzen von etwa 10 bis 15 Hz und mit Amplituden
von Bruchteilen eines Millimeters, beispielsweise mit
0,2 mm, am Lenkungsdämpfer auf.
Bei entsprechender Abstimmung kann mit der Dämpferanordnung
der DE 39 39 650 C2 erreicht werden, daß im wesentlichen
nur im Bereich der vorgenannten Frequenzen eine wirksame
Dämpfung auftritt, während außerhalb dieses Frequenzbe
reiches nahezu vernachlässigbare Dämpferkräfte vorhanden
sind, wie es bei einer Fahrzeuglenkung grundsätzlich er
wünscht ist. Denn die vom Fahrer vorgenommenen Lenkmanöver
sollen durch den Lenkungsdämpfer möglichst wenig behindert
werden. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Dämpfer
wirkung bei Frequenzen bis etwa 3 Hz möglichst minimal
sein bzw. verschwinden soll.
Bei der aus der DE 39 39 650 C2 bekannten hydraulischen
Dämpferanordnung werden die Schwingungen des hydraulischen
Mediums im Kanal dadurch ermöglicht, daß entweder der
Kolben mit der Kolbenstange oder der Zylinder mit seinem
am Fahrzeugaufbau bzw. an Lenkungsorganen angeordneten
Widerlager elastisch verbunden ist. Dies kann jedoch unter
ungünstigen Umständen dazu führen, daß die tilgerwirksamen
Schwingungen des hydraulischen Mediums im Kanal nicht in
einem wünschenswerten Maße angeregt werden können.
Die DE-AS 10 06 276 sowie das Lehrbuch von J. Reimpell
und H. Stoll "Fahrwerktechnik: Stoß- und Schwingungsdämpfer",
2. Auflage, Würzburg, Vogel-Verlag, 1989, Seiten 265 bis 271
(ISBN 3-8023-0202-8), zeigen nach Art hydraulischer Kolben-
Zylinder-Aggregate ausgebildete Lenkungsdämpfer, bei denen
das bei Kolbenhüben zwischen zwei Kammern ausgetauschte
hydraulische Medium einen Drosselwiderstand überwinden muß.
Dazu stehen die genannten Kammern über Drosselstrecken mit
einander in Verbindung, die durch entsprechend enge Kanäle
bzw. an den Kanälen angeordnete Dämpferventile gebildet
werden. Die Drosselwiderstände sind derart bemessen, daß
Resonanzschwingungen des hydraulischen Mediums ausge
schlossen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einer hydraulischen
Dämpferanordnung der eingangs angegebenen Art eine besonders
gute Tilgerwirkung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Zylinder und die mit dem Kolben fest verbundene
Kolbenstange jeweils über Verbindungselemente mit sehr
hoher Federrate in das zu dämpfende System eingebunden
sind, daß der kolbenstangenseitigen Kammer des Zylinders
ein relativ weiches erstes volumenelastisches Element
zum Ausgleich der Verdrängerwirkung der Kolbenstange zu
geordnet ist und daß in der von der Kolbenstange abge
wandten Kammer des Zylinders ein im Vergleich zum ersten
volumenelastischen Element steifes weiteres volumenelasti
sches Element angeordnet ist.
Aufgrund der steifen Verbindungselemente werden Schwin
gungen zwischen einer bewegungsmäßig zu dämpfenden
(kleinen) Masse und einer relativ stationären (großen)
Masse des zu dämpfenden Systemes ohne nennenswerte
Abschwächung auf den Zylinder bzw. den Kolben übertragen,
so daß Schwingungen im zu dämpfenden System zu wirksamen
Relativbewegungen zwischen Kolben und Zylinder und damit
zu einer besonders wirksamen Anregung von Schwingungen
des hydraulischen Mediums im Kanal führen. Durch das
relativ weiche erste volumenelastische Element, welches
in erster Linie lediglich die Verdrängerwirkung der
Kolbenstange ausgleichen soll, wird - aufgrund seiner
Weichheit - zwangsläufig gewährleistet, daß sich der
statische hydraulische Druck im Zylinder bei Verschiebung
von Kolben und Kolbenstange praktisch nicht ändert und
auf Werte eingestellt werden kann, welche einerseits
ausreichen, Kavitation bei Relativbewegungen zwischen
Kolben und Zylinder zu vermeiden, und andererseits
die Möglichkeit bieten, die Kolbenstange gegenüber dem
Zylinder mit reibungsarmen Dichtungen abzuschließen,
welche aufgrund ihrer geringen Reibung in der Regel nur
geringen Drücken standhalten.
Da das weiche volumenelastische Element der kolbenstangen
seitigen Kammer des Zylinders zugeordnet ist, werden auf
die Kolbenstangendichtungen wirkende dynamische Druck
spitzen abgeschwächt.
Die Resonanzfrequenzen der erfindungsgemäßen Dämpferan
ordnung werden damit einerseits durch die Bemessungen
von Kanal und Kolbenquerschnitt und andererseits im
wesentlichen durch das weitere volumenelastische Element
bestimmt, welches aufgrund der Weichheit des ersten
volumenelastischen Elementes eine vergleichsweise große
Steifheit aufweisen muß bzw. kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, das weitere volumenelastische
Element nach Art eines Dehnkörpers auszubilden, welcher
im wesentlichen aus einem gegen möglichst geringen Wider
stand verformbaren Balg und einer den Balg expandierenden
Feder, beispielsweise einer im Balg angeordneten Schrau
bendruckfeder, besteht. Damit ist die Volumenelastizität
dieses Elementes praktisch von der Temperatur unabhängig.
Das andere volumenelastische Element kann im wesentlichen
in grundsätzlich bekannter Weise als hydropneumatischer
Druckspeicher ausgebildet sein, wobei in einer den Zylin
der ringförmig umschließenden Ringkammer eine diese Kammer
unterteilende Schlauchmembran angeordnet ist, die außen
seitig vom pneumatischen Medium und innenseitig vom hydrau
lischen Medium beaufschlagt wird.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende
Erläuterung einer in der Zeichnung dargestellten vorteil
haften Ausführungsform verwiesen.
Dabei zeigt die einzige Figur einen Axialschnitt eines
entsprechend der Erfindung ausgebildeten Lenkungsdämpfers.
Der dargestellte Lenkungsdämpfer besitzt einen
Zylinder 1 sowie einen darin verschiebbaren Kolben 2,
welcher fest mit einer Kolbenstange 3 geringen Quer
schnittes verbunden ist, die einen (in der Zeichnung
linken) Boden 4 des Zylinders 1 durchsetzt. Der Boden 4
besitzt einerseits eine die Kolbenstange 3 führende
zentrale Öffnung und andererseits eine in einem Ringraum
des Bodens 4 untergebrachte, die Kolbenstange 3 dicht um
schließende Ringdichtung 5, welche zur Unterstützung
ihrer Dichtwirkung vom Druck im Zylinder 1 beaufschlagt
wird. Dazu ist der zur Unterbringung der Ringdichtung 5
dienende Ringraum mit dem Innenraum des Zylinders 1 über
einen Axialkanal 6 verbunden.
An der Kolbenstange 3 sind mit dem Boden 4 zusammen
wirkende Anschläge 7 und 8 angeordnet. Der Anschlag 7
verhindert, daß der Kolben 2 sowie die Kolbenstange 3
über die dargestellte eingeschobene Endlage hinaus
nach rechts verschoben werden können, während der An
schlag 8 in Ausschubrichtung von Kolben 2 und Kolben
stange 3 wirksam wird, sobald der Kolben 2 seine andere
Endlage 2′ erreicht hat.
Die genannten Endlagen bzw. an diese Endlagen angenäherte
Lagen können nur dann erreicht werden, wenn die Lenkung
eines Fahrzeuges extrem weit nach rechts oder links ein
geschlagen wird. Im normalen Fahrbetrieb nehmen dagegen
Kolben 2 und Kolbenstange 3 eine mittlere Lage zwischen
den vorgenannten Endlagen ein. In der Praxis braucht der
Lenkungsdämpfer auch nur in einer derartigen mittleren
Lage dämpferwirksam zu werden, weil die vom Lenkungs
dämpfer zu unterdrückenden Schwingungen nur bei höheren
Geschwindigkeiten auftreten, die sich nur in Geradeaus
stellung der Lenkung bzw. bei geringeren Lenkeinschlägen
erreichen lassen.
Die außerhalb des Verschiebebereiches des Kolbens 2
liegenden Endbereiche des Zylinders 1 kommunizieren mit
einander über eine außerhalb des Zylinders 1 angeordnete
Rohrleitung 9, welche eine relativ große Länge besitzen
und dazu den Zylinder 1 schraubenförmig umwinden kann.
Im übrigen werden die Bemessung sowie der Zweck der Rohr
leitung 9 weiter unten erläutert.
An der in der Zeichnung linken Hälfte des Zylinders 1 ist
eine dem Zylinder 1 ummantelnde Manschette 10 dicht ange
ordnet, welche eine den Zylinder 1 umschließende Ring
kammer bildet. Diese Ringkammer ist durch eine zwischen
den axialen Enden der Manschette 10 und dem Außenumfang
des Zylinders 1 dicht festgehaltene Schlauchmembran 11
in einen außenseitig der Schlauchmembran 11 verbleibenden
Druckgasraum 12 und einen innenseitig der Membran 11 ver
bleibenden Hydraulikraum 13 unterteilt, welcher über
mindestens eine Radialbohrung im Zylinder 1 mit dessen
Innenraum kommuniziert.
Innerhalb des rechten Endes des Zylinders 1 ist an dessen
rechtem Boden 14 ein volumenelastisches Dehnelement 15
angeordnet.
Dieses besteht im wesentlichen aus zwei Stirnplatten 16,
die dicht mit einem zwischen ihnen angeordneten, axial
sehr nachgiebigen Balg 17 dicht verbunden sind und durch
eine zwischen ihnen innerhalb des Balges 17 angeordnete
Schraubendruckfeder 18 elastisch auseinandergedrängt
werden, d. h. die Schraubendruckfeder 18 sucht das Volumen
des Dehnelementes 15 zu vergrößern.
Mittels eines an der einen Stirnplatte 16 angeordneten
Schraubbolzens ist das Dehnelement 15 in eine entsprechende
Gewindesackbohrung am Boden 14 des Zylinders 1 eingedreht
und festgehalten.
Der Hydraulikraum 13, die Rohrleitung 9 sowie der Innen
raum des Zylinders 1 (beidseitig des Kolbens 2) sind mit
Hydraulikmedium gefüllt.
Dieses Hydraulikmedium wird durch den Druck des im Druck
gasraum 12 eingeschlossenen Druckgases unter einem ge
wissen Überdruck gehalten, welcher ausreicht, Kavitationen
bei Verschiebebewegungen des Kolbens 2 zu vermeiden.
Bei Verschiebebewegungen des Kolbens 2 wird hydraulisches
Medium über die Rohrleitung 9 zwischen den beidseitig des
Kolbens 2 verbleibenden Räumen im Zylinder 1 ausgetauscht,
wobei bei einer Verschiebung des Kolbens 2 nach rechts
von der Kolbenstange 3 verdrängtes Hydraulikmedium vom
Hydraulikraum 13 aufgenommen wird, aus dem dann bei umge
kehrter Verschieberichtung des Kolbens 2 Hydraulikmedium
wiederum in den Zylinder 1 nachgeführt wird.
Die Federrate des im Druckgasraum 12 eingeschlossenen
Druckgases ist recht gering, so daß der Gasdruck sich
nur relativ wenig ändert, wenn der Hydraulikraum 13 hydrau
lisches Medium aufnimmt bzw. abgibt. Dies ist gleichbe
deutend damit, daß der Druckgasraum 12 eine große Volumen
elastizität besitzt, welche das Verhältnis zwischen
Volumenänderung und Druckänderung darstellt.
Bei langsamen Verschiebebewegungen des Kolbens 2 wird
das Dehnelement 15 praktisch nicht wirksam, weil seine
Volumenelastizität vergleichsweise groß ist.
Zylinder 1 und Kolben 2 sind mittels steifer Verbindungs
elemente 19, d. h. über solche mit hoher Federrate, einer
seits mit dem Fahrzeugaufbau (relativ stationäre Masse)
und andererseits mit beweglichen Teilen der Fahrzeug
lenkung (schwingungsmäßig zu dämpfende kleine Masse)
verbunden. Außerdem arbeiten die Ringdichtung 5 sowie
die Führung der Kolbenstange und der Kolben 2 im Zylin
der 1 mit (möglichst) geringer Reibung. Dementsprechend
führen Schwingungen der Lenkung relativ zum Fahrzeugaufbau
auch bei relativ geringen Kräften zu entsprechenden
Relativbewegungen zwischen Kolben 2 und Zylinder 1.
Dies hat zur Folge, daß das Hydraulikmedium in der Rohr
leitung 9 zu entsprechenden Bewegungen angeregt wird.
Durch entsprechende Bemessung von Länge und Querschnitt
der Rohrleitung 9 sowie die Bemessung der Volumenelastizi
täten des Druckgasraumes 12 und - insbesondere - des Dehn
elementes 15 wird die Möglichkeit geschaffen, die Resonanz
frequenz der Schwingungen des hydraulischen Mediums in der
Rohrleitung 9 entsprechend der Frequenz einer störenden
Schwingung des Lenksystems relativ zum Fahrzeugaufbau
zu bemessen.
Sollten also derartige Schwingungen des Lenksystems auf
treten, so regen diese aufgrund der steifen Verbindungs
elemente 19 sowie der geringen Reibung zwischen Teilen
des Zylinders 1 und dem Kolben 2 bzw. der Kolbenstange 3
sehr schnell entsprechende Schwingungen des hydraulischen
Mediums in der Rohrleitung 9 an. Das schwingende Hydrau
likmedium in der Rohrleitung 9 wirkt dann als Tilgermasse,
deren Schwingungen den Schwingungen des Lenksystems ent
gegenwirken.
Diese Wirkung ist stark frequenzabhängig, d. h. im wesent
lichen wird lediglich in der Nähe der Resonanzfrequenz
der Dämpferanordnung eine hohe Dämpferwirkung erreicht.
Bei langsamen Relativbewegungen zwischen Kolben 2 und
Zylinder 1 kann dagegen die Dämpferwirkung vernachlässigt
werden.
Für die Resonanzfrequenz gilt
ω₀ = [AK (k₁ + k₂)/ρ lK k₁ k₂]1/2.
Hierbei bedeuten
AK Querschnitt des von der Rohrleitung 9 gebildeten Kanales
lK Länge des von der Rohrleitung 9 gebildeten Kanales
k₁ Volumenelastizität des Druckgasraumes 12
k₂ Volumenelastizität des Dehnelementes 15
ρ Dichte des hydraulischen Mediums.
AK Querschnitt des von der Rohrleitung 9 gebildeten Kanales
lK Länge des von der Rohrleitung 9 gebildeten Kanales
k₁ Volumenelastizität des Druckgasraumes 12
k₂ Volumenelastizität des Dehnelementes 15
ρ Dichte des hydraulischen Mediums.
Für die Tilgerwirkung des in der Rohrleitung 9 schwingenden
hydraulischen Mediums ist in erster Linie dessen wirksame
(effektive) Masse mw maßgeblich, für die gilt
mw = (π/4) lK ρ dV⁴/dK².
Dabei bedeuten
dV Durchmesser des Kolbens 2
dK Durchmesser des von der Leitung 9 gebildeten Kanales.
dV Durchmesser des Kolbens 2
dK Durchmesser des von der Leitung 9 gebildeten Kanales.
Für die Resonanzfrequenz ω₀ ist also vor allem das Ver
hältnis zwischen Querschnitt und Länge des von der Lei
tung 9 gebildeten Kanales wichtig. Die wirksame Masse
mw wächst stark progressiv mit dem Verhältnis zwischen
dem Durchmesser des Kolbens 2 und dem Durchmesser dieses
Kanales.
Claims (5)
1. Ausgeprägt frequenzselektiv arbeitende hydraulische
Dämpferanordnung, im wesentlichen bestehend aus einem
hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem einseitig
mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben, zwei vom Kolben
im Zylinder voneinander abgeteilten Kammern, einem diese
Kammern miteinander verbindenden Kanal und den Kammern
zugeordneten volumenelastischen Elementen, wobei die
volumenelastischen Elemente sowie die Länge und der Quer
schnitt des Kanals derart bemessen sind, daß das hydrau
lische Medium im Kanal mit einer vorgebbaren Resonanzfrequenz
entsprechend der Frequenz einer kritischen Schwingung eines
zu dämpfenden Systems (Fahrzeuglenkung) schwingen und den
kritischen Schwingungen nach Art eines Tilgers entgegen
wirken kann,
dadurch gekennzeichnet,
daß
dadurch gekennzeichnet,
daß
- - der Zylinder (1) und die mit dem Kolben (2) fest verbundene Kolbenstange über Verbindungselemente (19) mit hoher Feder rate in das zu dämpfende System eingebunden sind,
- - der kolbenstangenseitigen Kammer des Zylinders (1) ein relativ weiches erstes volumenelastisches Element (12) zum Ausgleich der Verdrängerwirkung der Kolbenstange (3) zugeordnet ist, und
- - in der von der Kolbenstange (3) abgewandten Kammer des Zylinders (1) ein im Vergleich zum ersten volumenelasti schen Element (12) steifes weiteres volumenelastisches Element (15) angeordnet ist.
2. Dämpferanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elastizität des ersten volumenelastischen
Elementes durch einen Druckgasraum (12) gebildet wird.
3. Dämpferanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite volumenelastische Element als
Dehnelement (15) ausgebildet ist, welches aus
einem dicht mit zwei Stirnplatten (16) verbundenen
Balg (17) besteht, welcher eine die Stirnplatten (16)
axial auseinanderdrängende Schraubendruckfeder (18)
aufnimmt.
4. Dämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (2) gegen geringe Reibung im Zylinder (1)
verschiebbar ist.
5. Dämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder (1) durch eine reibungsarme
Dichtung (5) gegenüber der Kolbenstange (3) abgedichtet
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934318558 DE4318558C1 (de) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | Ausgeprägt frequenzselektiv arbeitende hydraulische Dämpferanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19934318558 DE4318558C1 (de) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | Ausgeprägt frequenzselektiv arbeitende hydraulische Dämpferanordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4318558C1 true DE4318558C1 (de) | 1994-12-22 |
Family
ID=6489617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934318558 Expired - Fee Related DE4318558C1 (de) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | Ausgeprägt frequenzselektiv arbeitende hydraulische Dämpferanordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4318558C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-06-04 DE DE19934318558 patent/DE4318558C1/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: DAIMLER-BENZ AKTIENGESELLSCHAFT, 70567 STUTTGART, |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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