DE4418972A1

DE4418972A1 - Variable damper for vehicle suspension strut

Info

Publication number: DE4418972A1
Application number: DE19944418972
Authority: DE
Inventors: Norbert Ackermann
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2014-06-01
Also published as: DE4418972C2

Abstract

The damper has a main piston inside which a movable piston operates the bypass flow through the piston and thereby controls the damping characteristics. A pressure chamber (20) on the back of the piston is connected to the two sides of the piston by pairs of non-return valve which control the flow direction of the damping fluid. The non return valves include ball valves (24) as well as flap valves (22, 21). The pressure chamber (20) is fitted to the rear of the main piston and its inlet is controlled by the servo controlled variable valve (3). At least one of the non return valves is rotationally symmetric.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen regelbaren Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge mit einem Dämpfungsflüssigkeit enthaltenen Zylinder, einer darin abgedichtet eintauchenden, axial verschieblich ange ordneten Kolbenstange und einem daran befestigten Dämpfungskolben, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, und einem mit einem Ventilsitz versehenen Dämpfungsventil, welches über einen axial verschieb lichen Ventilkörper den wirksamen Querschnitt eines Dämpfungskanales der Hauptstufe steuert, wobei dem Ventilkörper auf der der druckbeaufschlagten Stirnfläche entgegengesetzten Seite eine Vorkammer zugeordnet ist, die in Zuström- und Abströmrichtung über mindestens je ein Rückschlagventil aufweisenden Kanal mit dem oberen und unteren Arbeitsraum in Verbindung steht, wobei zwischen der Vorkammer und dem Kanal ein axial ver schiebbares stufenlos positionierbares, vorgesteuertes Ventilelement vorgesehen ist, dessen Ventilsitz am Ventilkörper angeordnet ist.The invention relates to a controllable Vibration damper for motor vehicles with one Damping fluid contained cylinder, one in it sealed immersed, axially displaceable arranged piston rod and one attached to it Damping piston that moves the cylinder into two work spaces divided, and one with a valve seat Damping valve, which shifts axially union valve body the effective cross section of a Damping channel controls the main stage, the Valve body on the pressurized face an antechamber is assigned to the opposite side, in the inflow and outflow direction over at least each a check valve channel with the upper and lower work space communicates, whereby between the antechamber and the channel an axially ver sliding, steplessly positionable, piloted Valve element is provided, the valve seat on Valve body is arranged.

Es sind bereits Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. DE-PS 40 16 807), welche über einen axial verschieblichen Ventilkörper den wirksamen Querschnitt eines Dämpfungs kanales der Hauptstufe steuern, wobei dem Ventilkörper auf der der druckbeaufschlagten Stirnfläche entgegen gesetzten Seite eine Vorkammer zugeordnet ist, die in Zuström- und Abströmrichtung über mindestens je ein ein Rückschlagventil aufweisenden Kanal mit dem oberen und unteren Arbeitsraum in Verbindung stehen. Das vorge steuerte Ventilelement ist dabei im Dämpfungskolben integriert, wobei deren Vorsteuerstrom über zwei Paar Rückschlagventile am Ventilkörper gleichgerichtet wird. Diese Schwingungsdämpfer ermöglichen wegen der einge schränkten Platzverhältnisse für die Rückschlagventile nur geringe Steuervolumenströme. Darüber hinaus ist es kaum möglich ein Rückschlagventil vorzusehen, bei dem im Betrieb kein nennenswerter Druckabfall entsteht. Dieser Nachteil schränkt die Gestaltungsmöglichkeit der aus führbaren Dämpfungskennlinien ein.Vibration dampers are already known (e.g. DE-PS 40 16 807), which has an axially displaceable Valve body the effective cross section of a damping control the main stage channel, the valve body towards the pressurized face a prechamber is assigned to the set side, which Inflow and outflow direction over at least one each Check valve having channel with the upper and communicating with the lower work area. The featured controlled valve element is in the damping piston integrated, their pilot current over two pairs Check valves on the valve body is rectified. These vibration dampers allow because of the limited space for the check valves only low control volume flows. Beyond that it is hardly possible to provide a check valve, in which Operation no significant pressure drop arises. This Disadvantage limits the design options feasible damping characteristics.

Darüber hinaus sind Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. WO/85 04698), bei denen ein vorgesteuertes Dämpfungs ventil mit vier Rückschlagventilen versehen ist. Bei diesen Schwingungsdämpfern wird das Dämpfungsventil jeweils in der gleichen Richtung durchströmt, das heißt, die Rückschlagventile müssen den verdrängten Ölstrom komplett gleichrichten. Nachteilig ist hierbei, daß ent weder große Rückschlagventile erforderlich sind, die konstruktiv im Dämpfungskolben nicht unterbringbar sind oder es ergeben sich Einschränkungen in der Absenk barkeit des Druckes bei hohen Volumenströmen.Vibration dampers are also known (e.g. WO / 85 04698), in which a pre-controlled damping valve is provided with four check valves. At These dampers become the damping valve flows in the same direction, that is, the check valves must have the displaced oil flow completely rectify. The disadvantage here is that ent neither large check valves are required that cannot be accommodated constructively in the damping piston or there are restrictions in the lowering Availability of the pressure at high volume flows.

Darüber hinaus sind Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. EP-OS 0.364.757), bei denen ein wechselseitig ange strömter Hauptventilkörper von einer Vorsteuerstufe ge steuert wird. Dabei wird der Ventilkörper der Vorsteuer stufe in Zug- und Druckstufe gleichzeitig angeströmt, so daß vier Rückschlagventile bzw. ein Wechselventil er forderlich sind. Die Drosselventile dieser Schwingungs dämpfer arbeiten in druckgekoppelter Ausführung, das heißt, die Hauptstufe und die Vorsteuerstufe sind mechanisch und örtlich voneinander getrennt, wobei die Verbindung zwischen den beiden Stufen lediglich durch den Druck des Dämpfungsmittels hergestellt wird. Solche Systeme zeigen in nachteiliger Weise eine geringe Stabilität, das heißt, zur Kontrolle der Hauptstufe und zur Vermeidung von Schwingungen ist die Beaufschlagung der Hauptstufe durch eine Feder notwendig und es ist die Dämpfung von Vorsteuerstufe und/oder der Hauptstufe not wendig, so daß in nachteiliger Weise die Absenkbarkeit der Dämpfungskraft begrenzt wird, da diese Vorspannkraft nicht von der Vorsteuerstufe bzw. durch die Wirkung des Steuerorganes aufgehoben werden kann. Derartige Systeme zeigen durch die Dämpfung von Haupt- oder Vorsteuerstufe ungünstige dynamische Eigenschaften, und zwar im Führungsverhalten (Veränderung der Bestromung) als auch im Störverhalten (Weganregung des Schwingungsdämpfers).Vibration dampers are also known (e.g. EP-OS 0.364.757), in which a mutually indicated flowed main valve body from a pilot stage is controlled. The valve body becomes the pilot flow in the rebound and compression stages simultaneously, so that four check valves or a shuttle valve he are required. The throttle valves of this vibration dampers work in pressure-coupled design, the means that the main stage and the input tax stage are mechanically and locally separated, the Connection between the two stages only through the pressure of the damping agent is produced. Such Systems disadvantageously show a low one Stability, that is, to control the main level and The application is to avoid vibrations the main stage by a spring and it is the Damping of pilot stage and / or the main stage not agile, so that the lowerability is disadvantageous the damping force is limited because this biasing force not by the input tax level or by the effect of Tax body can be canceled. Such systems show by damping the main or pilot stage unfavorable dynamic properties, namely in Leadership behavior (change in current supply) as well in disturbance behavior (path excitation of the vibration damper).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen regelbaren, hydraulischen Schwingungsdämpfer mit einer stufenlos steuerbaren, schnell und präzise arbeitenden Steuerung zu schaffen, der sowohl als Einrohr- als auch als Zwei rohr-Schwingungsdämpfer ausgebildet werden kann und der mit geringem fertigungstechnischem Aufwand herstellbar ist, wobei die Bauhöhe der Ventileinheit möglichst gering gehalten werden soll.The object of the invention is to provide an adjustable hydraulic vibration damper with a stepless controllable, fast and precise working control to create that as both a single tube and as a two Pipe vibration damper can be formed and the producible with little manufacturing effort is, the overall height of the valve unit as possible should be kept low.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge sehen, daß zur Gleichrichtung des Vorsteuervolumen stromes am Ventilelement der Ventilkörper des Dämpfungs ventiles mit zwei Rückschlagventilen und der Dämpfungs kolben mit zwei weiteren Rückschlagventilen versehen ist. Hierbei ist von Vorteil, daß die Hauptstufe und die Vorsteuerstufe eine bauliche Einheit bilden und das Dämpfungsventil weggekoppelt ist. Derartige Ventile zeichnen sich durch ein gutes Stabilitätsverhalten aus, so daß Dämpfungsmaßnahmen am Dämpfungsventil nur in geringem Maße erforderlich sind. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß durch die Baueinheit von Haupt- und Vorsteuerstufe nur ein Federelement erforderlich ist, dessen Vorspannung durch die Wirkung eines Steuerorganes aufgehoben werden kann, so daß eine optimale Variabili tät der Dämpfungskraftkennlinien gegeben ist.To solve this problem, the invention provides see that to rectify the input tax volume flow on the valve element of the valve body of the damping valves with two check valves and the damping piston with two additional check valves is. The advantage here is that the main stage and Form a structural unit and that Damping valve is coupled away. Such valves are characterized by good stability behavior, so that damping measures on the damping valve only in to a small extent are required. In addition, from Advantage that the main and Pilot stage only one spring element is required its bias by the action of a control body can be canceled so that an optimal variabili damping force characteristics.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß mindestens ein Rückschlagventil als Kugelventil ausgebildet ist. Hierbei läßt sich die Vorkammer zylindrisch ausbilden, so daß ein Kugelventil problemlos untergebracht werden kann.Another embodiment provides that at least a check valve is designed as a ball valve. Here, the antechamber can be cylindrical, so that a ball valve can be easily accommodated can.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Vor kammer im Ventilkörper und der Ventilsitz am Ventil körper des Dämpfungsventiles angeordnet ist und zusammen mit einem weiteren Ventilkörper ein vorgesteuertes Ventilelement bilden.In a further embodiment it is provided that the front chamber in the valve body and the valve seat on the valve Body of the damping valve is arranged and together with a further valve body a piloted Form the valve element.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß zur An strömung der Vorkammer für mindestens eine An strömrichtung ein im Querschnitt verengter Anströmkanal vorgesehen ist.A favorable embodiment provides that the An flow of the prechamber for at least one type flow direction a flow channel narrowed in cross section is provided.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der weitere Ventilkörper des Ventilelementes extern ansteuerbar. Mit Vorteil ist als Ansteuerung ein Elektromagnet vorge sehen.According to a further embodiment, the other Valve body of the valve element can be controlled externally. With Advantage is pre-selected as a solenoid see.

In weiterer Ausgestaltung weist mindestens eines der Rückschlagventile eine rotationssymmetrische Form auf oder mindestens ein Rückschlagventil ist konzentrisch zur Mittelachse des Dämpfungskolbens angeordnet.In a further embodiment, at least one of the Check valves have a rotationally symmetrical shape or at least one check valve is concentric arranged to the central axis of the damping piston.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß mindestens ein Rückschlagventil zur Steuerung des abfließenden Volumens als Ventil ohne Vorspannung ausge führt ist.According to another essential feature, that at least one check valve to control the flowing volume out as a valve without preload leads is.

Ein herstellungstechnisch einfache Ausführungsform sieht vor, daß mindestens ein Rückschlagventil als Platten ventil ausgeführt ist.A manufacturing technically simple embodiment sees before that at least one check valve as plates valve is executed.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß das Durch messerverhältnis zwischen dem Ventilkörper und der Steuerkante entsprechend dem einzustellenden Kräftever hältnis zwischen Zug- und Druckstufe gewählt ist.A favorable embodiment provides that the through knife ratio between the valve body and the Control edge according to the force to be set ratio between rebound and compression is selected.

Nach einem weiteren Merkmal ist der Querschnitt der ver engten Anströmkanäle für Zug- und Druckstufe umgekehrt proportional zum Verhältnis der in der jeweiligen Arbeitsrichtung einzustellenden Dämpfungskraft gewählt.According to a further feature, the cross section of the ver narrow inflow channels for rebound and compression proportional to the ratio of those in each Damping force to be set in the working direction.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.Preferred embodiments are in the drawings shown schematically.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Ansicht eines Schwingungsdämpfers mit einer in den Dämpfungskolben integrierten Ventileinheit, Fig. 1 is a view of a vibration damper with an integrated in the damping piston valve unit,

Fig. 2 als Einzelheit die Rückschlagventile im End bereich des Dämpfungskolbens. Fig. 2 as a detail, the check valves in the end area of the damping piston.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Schwingungsdämpfer dargestellt, welcher aus dem Zylinder 9, einer Kolben stange 25 und einem an der Kolbenstange 25 befestigten Dämpfungskolben 6 besteht. Der Dämpfungskolben 6 unter teilt den Zylinder 9 in den oberen Arbeitsraum 8 und den unteren Arbeitsraum 7. Im Dämpfungskolben 6 ist ein Dämpfungsventil zur Erzeugung von Dämpfungskräften vor gesehen. Dabei bilden das Ventilgehäuse 1 und das Ge häuse des Antriebselementes 2 die tragenden Teile des Dämpfungskolbens 6.In Fig. 1, a vibration damper is shown schematically, which consists of the cylinder 9 , a piston rod 25 and a damping piston 6 attached to the piston rod 25 . The damping piston 6 divides the cylinder 9 into the upper working space 8 and the lower working space 7 . In the damping piston 6 , a damping valve for generating damping forces is seen before. The valve housing 1 and the Ge housing of the drive element 2 form the supporting parts of the damping piston 6 .

Der in dem Ventilgehäuse 1 geführte Ventilkörper 10 bildet mit einer Steuerkante 15 insgesamt drei Kammern, von denen die erste die Bodenkammer 16, die zweite die Ringkammer 17 und die dritte die durch Kanäle mit der Bodenkammer 16 und der Ringkammer 17 verbundene Steuer kammer 14 darstellt. Von der Bodenkammer 16 und der Ringkammer 17 führen Kanäle in eine Vorkammer 20, wobei zwischen der Bodenkammer 16 und der Vorkammer 20 das Rückschlagventil 24 für den Zulauf angeordnet ist, während von der Ringkammer 17 das Dämpfungsmittel über das Rückschlagventil 23 in die Steuerkammer 14 gelangt und erst von dort in die Vorkammer 20 strömt. Aus der Vorkammer 20 gelangt das Dämpfungsmittel über den Drosselkanal 11, vorbei am Ventilelement 3 unter Beauf schlagung der Beaufschlagungsfläche 18, und über Strömungsverbindungen über die Rückschlagventile 21 und 22 jeweils in den unteren Arbeitsraum 7 bzw. oberen Arbeitsraum 8.The guided in the valve housing 1 valve body 10 forms a control edge 15 a total of three chambers, the first of which the bottom chamber 16, the second annular chamber and the third representing 17 through ducts to the bottom chamber 16 and the annular chamber 17 connected control chamber fourteenth Channels lead from the bottom chamber 16 and the annular chamber 17 into a prechamber 20 , the check valve 24 for the inlet being arranged between the bottom chamber 16 and the prechamber 20 , while from the annular chamber 17 the damping agent reaches the control chamber 14 via the check valve 23 and only flows into prechamber 20 from there. From the pre-chamber 20 , the damping agent passes through the throttle channel 11 , past the valve element 3 while acting on the pressure surface 18 , and via flow connections via the check valves 21 and 22 in each case in the lower working chamber 7 and upper working chamber 8 .

Im Gehäuse 5 des Antriebselements 2 ist das Ventil element 3 aufgenommen, welches mit seiner Beauf schlagungsfläche 18 den Drosselkanal 11 stufenlos öffnet bzw. verschließt. Der Ventilkörper 10 ist dabei eben falls axial beweglich, so daß das Ventilelement 3 sowie der Ventilkörper 10 unabhängig voneinander relativ zum Ventilgehäuse 1 axial beweglich angeordnet sind. Das Ventilelement 3 ist dabei über das Federelement 4 beauf schlagt.In the housing 5 of the drive element 2 , the valve element 3 is accommodated, which opens or closes the throttle channel 11 with its actuation surface 18 . The valve body 10 is just axially movable, so that the valve element 3 and the valve body 10 are arranged axially movable independently of one another relative to the valve housing 1 . The valve element 3 is in this case struck by the spring element 4 .

Zum Aufbau eines entsprechenden Druckes in der Vorkammer 20 ist für die Druckstufe dem Rückschlagventil 24 ein verengter Anströmkanal 32 und für die Zugstufe dem Rück schlagventil 23 ein verengter Anströmkanal 31 vorge schaltet. Die Vorkammer 20 ist im Ventilkörper 10 ange ordnet, während der Ventilkörper 10 einen Ventilsitz 35 aufweist, mit dem das Ventilelement 3 zusammenarbeitet. Auf der Rückseite des Ventilelementes 3 ist die Kammer 37 vorgesehen, die das an der Beaufschlagungsfläche 18 vorbeiströmende Dämpfungsmittel drucklos aufnimmt.To build up a corresponding pressure in the prechamber 20 , the check valve 24 has a narrowed inflow channel 32 for the pressure stage and a narrowed inflow channel 31 for the rebound check valve 23 switches up. The pre-chamber 20 is arranged in the valve body 10 , while the valve body 10 has a valve seat 35 with which the valve element 3 cooperates. On the back of the valve element 3 , the chamber 37 is provided, which receives the damping agent flowing past the pressure surface 18 without pressure.

In der Fig. 2 ist das Rückschlagventil 22 des Dämpfungsventiles 40 als Einzelheit dargestellt. In der linken Bildhälfte befindet sich das Rückschlagventil 22 in der Druckstufe des Dämpfungskolbens 6, so daß sich ein Druck auf der Scheibe 41 aufbaut und das Rückschlag ventil 22 schließt. In der rechten Bildhälfte öffnet das Rückschlagventil 22 in der Zugstufe des Dämpfungskolbens 6, wobei sich die Scheibe 41 axial bewegt und durch die Fangscheibe 42 gehalten wird, hierbei wird der axiale Weg der Scheibe 41 durch die Distanzscheibe 43 festge legt. Die Fangscheibe 42 bildet in der Zugstufe den End anschlag für die Scheibe 41, wobei die Scheibe 41, die Fangscheibe 42 und die Distanzscheibe 43 durch einen Formschluß des Kolbens in fertigungstechnisch einfacher Weise gegenüber dem Dämpfungskolben 6 fixiert werden.In FIG. 2, the check valve 22 of the damping valve 40 is shown in detail. In the left half of the picture, the check valve 22 is in the pressure stage of the damping piston 6 , so that a pressure builds up on the disk 41 and the check valve 22 closes. In the right half of the picture, the check valve 22 opens in the rebound stage of the damping piston 6 , the disk 41 moving axially and being held by the catch disk 42 , the axial path of the disk 41 being fixed by the spacer disk 43 . The catch washer 42 forms the end stop for the washer 41 in the rebound, the washer 41 , the catch washer 42 and the spacer 43 being fixed relative to the damping piston 6 by a positive engagement of the piston in a technically simple manner.

BezugszeichenlisteReference list

1 Ventilgehäuse
2 Antriebselement
3 Ventilelement
4 Federelement
5 Gehäuse
6 Dämpfungskolben
7 unterer Arbeitsraum
8 oberer Arbeitsraum
9 Zylinder
10 Ventilkörper
11 Drosselkanal
14 Steuerkammer
15 Steuerkante
16 Bodenkammer
17 Ringkammer
18 Beaufschlagungsfläche
20 Vorkammer
21, 22 Rückschlagventil, Ablauf
23, 24 Rückschlagventil, Zulauf
25 Kolbenstange
31 verengter Anströmkanal
32 verengter Anströmkanal
35 Ventilsitz
37 drucklose Kammer
40 Dämpfungsventil
41 Scheibe
42 Fangscheibe
43 Distanzscheibe 1 valve housing
2 drive element
3 valve element
4 spring element
5 housing
6 damping pistons
7 lower work area
8 upper work area
9 cylinders
10 valve body
11 throttle channel
14 control chamber
15 control edge
16 floor chamber
17 ring chamber
18 loading area
20 prechamber
21 , 22 check valve, drain
23 , 24 check valve, inlet
25 piston rod
31 narrow inflow channel
32 narrow inflow channel
35 valve seat
37 depressurized chamber
40 damping valve
41 disc
42 catch disc
43 spacer

Claims

1.Variable vibration damper for motor vehicles with a damping fluid contained cylinder, a sealed immersed therein, axially displaceably arranged piston rod and a damping piston attached to it, which divides the cylinder into two working spaces, and a damping valve provided with a valve seat, which has an axially displaceable valve body controls the effective cross-section of a damping channel of the main stage, the valve body being assigned a prechamber on the side opposite the pressurized face, which is connected to the upper and lower working space in the inflow and outflow direction via at least one check valve each channel, wherein between the prechamber and the channel, an axially displaceable, steplessly positionable, pilot-controlled valve element is seen, the valve seat of which is arranged on the valve body, characterized in that at the same time Direction of the pilot flow on the valve element ( 3 ) of the valve body ( 10 ) of the damping valve ( 40 ) with two check valves ( 23 , 24 ) and the damping piston ( 6 ) with two further check valves ( 21 , 22 ) is provided.

2. Vibration damper according to claim 1, characterized in that at least one check valve ( 24 ) is designed as a ball valve.

3. Vibration damper according to claim 1, characterized in that the prechamber ( 20 ) in the valve body ( 10 ) and the valve seat ( 35 ) on the valve body ( 10 ) of the damping valve ( 40 ) is arranged and together with another valve body a controlled valve element ( 3 ) form.

4. Vibration damper according to claim 1, characterized in that for the flow to the prechamber ( 20 ) for at least one flow direction a flow channel ( 31 , 32 ) narrowed in cross section is provided.

5. Vibration damper according to claim 1, characterized in that the further valve body of the valve element ( 3 ) is externally controllable.

6. Vibration damper according to claim 1, characterized in that at least one check valve ( 21-24 ) has a rotationally symmetrical shape.

7. Vibration damper according to claim 1, characterized in that at least one check valve ( 21-24 ) is arranged centrally to the central axis of the piston ( 6 ).

8. Vibration damper according to claim 1, characterized in that at least one check valve ( 21-24 ) for controlling the flowing volume is designed as a valve without bias.

9. Vibration damper according to claim 1, characterized in that at least one check valve ( 21-24 ) is designed as a plate valve.

10. Vibration damper according to claim 1, characterized in that the diameter ratio between the valve body ( 10 ) and the control edge ( 15 ) is selected according to the force ratio to be set between rebound and compression.

11. Vibration damper according to claim 1, characterized in that the cross section of the narrowed flow channels for tension ( 31 ) and compression stage ( 32 ) is inversely proportional to the ratio of the damping force to be set in the respective working direction.