DE4423526C1 - Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft, entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Der in der Hauptanmeldung offenbarte Schwingungsdämpfer enthält nach den Ausführungen der Fig. 7 und 8 eine Dämpfventileinrichtung, die nach dem Skyhookprinzip die Dämpfkrafteinstellung vornimmt. Dabei wird eine Dämpfkrafteinstellung durchgeführt, bei der die Dämpfkraft wechselweise zu- oder abnimmt. In dem Maße, wie sich die Dämpfkraft für eine Durchströmungs­ richtung erhöht, wird sie für die andere Durchströmungsrichtung reduziert oder beibehalten. Dabei kommen mehrere Steuerkanten zum Einsatz, die die Drosselung des Nebenstroms bestimmen. Diese Drosselkanten müssen hinsichtlich der Toleranzen relativ genau abgestimmt sein, damit keine fehlerhafte Einstellung der Dämpfkraft eintritt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es den in der Patentanmeldung DE 44 06 918.6 beschriebene Schwingungsdämpfer mit seiner Dämpfventileinrichtung dahingehend zu verbessern, daß eine raumsparende Dämpfventileinrichtung vorliegt, die einen einfachen Aufbau und ein von den Leckverlusten unabhängiges Betriebsverhalten besitzt, so wie ein toleranzunabhängiges Dämpfkraftverhalten aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Die Anzahl der Steuerquerschnitte beschränkt sich gegenüber der Patentanmeldung DE 44 06 918.6, so daß sich zwangsläufig bei gleicher Fertigungsqualität die Toleranzempfindlichkeit des Schwingungsdämpfers, insbesondere der Dämpfventileinrichtung verringert.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird der Steuerquerschnitt des Vorstufenventils von einer Sitzfläche in Kombination mit einer Konusfläche gebildet, dem sich ein weiterer Durchströmungsquerschnitt anschließt. Sobald ein Steuerquerschnitt für die eine Durchströmungsrichtung wirksam ist, ist der andere Steuerquerschnitt für die entgegengesetzte-Durchströ­ mungsrichtung durch den Durchströmungsquerschnitt überbrückt.

Der Durchströmungsquerschnitt bestimmt die Dämpfkrafteinstellung der Dämpfventileinrichtung für das Dämpfmedium in einer Durchströmungsrichtung, die den Steuerquerschnitt nicht passiert. Um trotzdem eine Einstellung der Dämpfventileinrichtung vornehmen zu können, ist der Durchströmungsquer­ schnitt über den Aktuatorweg einstellbar.

Die Dämpfventileinrichtung ist vorteilhafter derart ausgeführt, daß zwischen den beiden Steuerquerschnitten eine Strömungsanbindung zu den Rückschlagventilen vorliegt, so daß zwei Teillängen des Durchströmungsquerschnitts entstehen, die jeweils richtungsabhängig wirksam sind. Die Dämpfkraftkennlinie wird immer vom kleinsten Querschnitt bestimmt. Damit der Steuerquerschnitt für die eine Durchströmungsrichtung wirksam und für die andere Durchströmungsrichtung unwirksam ist kann das Dämpfmedium über die Strömungsanbindung einen Steuerquerschnitt umgehen.

Dabei sind die beiden Teillängen der Durchströmungsquerschnitte unterschiedlich ausgebildet. Dadurch kann strömungsrichtungsabhängig die Dämpfventileinrichtung über die Durchströmungsquerschnitte genutzt werden. Liegt beispielsweise der Steuerquerschnitt für die Druckrichtung im Wirkbereich, so kann der wirksame Durchströmungsquerschnitt tendenziell hart eingestellt sein. Bei umgekehrter Durchströmungsrichtung kann der Durchströmungsquerschnitt komfortbetont weich sein. Es können Strömungsrichtungsabhängigkeiten über den Durchströmungsquerschnitt erreicht werden, indem beispielsweise die Durchströmungsquerschnitte durch eine Stufung miteinander verbunden sind.

Entsprechend einem weiteren vorteilhaften Merkmal sind die beiden Durchströmungsquerschnitte jeweils innerhalb ihrer Teillängen in Abhängigkeit des Aktuatorwegs einstellbar.

In Abhängigkeit des Durchströmungsquerschnitts, wenn bei einer mittleren Aktuatorstellung beide Steuerquerschnitte außer Eingriff sind, sorgt der Durchströmungsquerschnitt je nach Dimensionierung für eine gewünschte Dämpfkrafteinstellung. Da kann es fahrzeugspezifisch durchaus sein, daß eine mittlere oder harte Dämpfkraftkennlinie eingestellt ist. Alternativ sind bei einer mittleren Aktuatorstellung beide Steuerquerschnitte außer Eingriff und der Durch­ strömungsquerschnitt sorgt für eine weiche Dämpfkrafteinstellung. Bei dieser Ein­ stellung der Dämpfventileinrichtung ist überhaupt keine Steuerkante im Eingriff, so daß auch keine Dämpfkraftstreuungen auftreten können.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Dämpfventileinrichtung in der elektrisch stromlosen Stellung in der Zugrichtung hart und in der Druckrichtung weich eingestellt ist. Es handelt sich um einen guten Kompromiß, der trotz einer komfortablen Einstellung in Druckrichtung über eine harte Einstellung in Zugrich­ tung die Radbewegungen auf einem vertretbaren Niveau hält.

Hinsichtlich eines besonders einfachen Aufbaus der Ventileinrichtung setzt sich der Nebenstrom nach dem Durchströmen eines der Rückschlagventile in den Steuerraum fort. Der Strömungsweg ist dadurch denkbar kurz und konstruktiv einfach umsetzbar.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Dämpfventileinrichtung in Gesamtdarstellung,

Fig. 2 Ausschnittsdarstellung des Vorstufenventils.

Die Fig. 1 beschränkt sich in ihrer Darstellung auf eine Dämpfventileinrichtung 1 an einer hohlen Kolbenstange 3. Die Dämpfventileinrichtung 1 umfaßt unter anderem ein Dämpfventilgehäuse 5, das endseitig jeweils einen Dämpfventilkopf­ körper 7 und zwischen diesen einen Dämpfventilzwischenkörper 9 aufweist. Der Dämpfventilzwischenkörper 9 und die Dämpfventilkopfkörper 7 besitzen Verbin­ dungskanäle 11, die radiale Anbindungen als Zufluß 13 zu Zu­ strömöffnungen 15a/b aufweisen. Radial weiter innen, bezogen auf die Verbindungskanäle, bildet ein Zapfenabschnitt 17 der Kolbenstange 3 mit dem Dämpfventilzwischenkörper 9 zwei Steuerräume 19a/b, die axial von jeweils einem Hauptstufenventilkörper 21a/b begrenzt werden. Koaxial zu den Steuerräumen 19a/b ist ein Vorraum 23 angeordnet, der über radiale Strömungsverbindungen 25a/b mit den Steuerräumen 19a/b verbunden ist. Die gesamte Dämpfventileinrichtung 1 wird über eine Mutter 27 mit der Kolben­ stange 3 verspannt.

Die Dämpfventileinrichtung 1 weist eine Reihe von Rückschlagventilen auf, die die Strömungsverhältnisse innerhalb der Dämpfventileinrichtung 1 lenken. Zum einen sind die Austrittsöffnungen der Verbindungskanäle 11 mit Rückschlagven­ tilen 29a/b versehen. Jeder Hauptstufenventilkörper 21a/b ist mit einem richtungsabhängig durchlassenden Ventil 37a/b ausgerüstet, das den Zu- und Abfluß zum Steuerraum 19a/b beeinflußt.

Innerhalb des Vorraums 23 ist ein über eine Magnetspule 49 axial verschiebbarer Anker 51 angeordnet. Der Anker 51 weist Steuerquerschnitte 39a/b auf, die eine Verbindung zwischen den Steuerräumen 19a/b über die radilen Strömungsverbin­ dungen 25a/b beeinflussen.

Bei einer Bewegung der Dämpfventileinrichtung 1 in Richtung A muß das Dämpfmedium verdrängt werden, wobei es in die Zuströmöffnung 15a einströmt. Innerhalb der Zuströmöffnung 15a teilt sich das Medium in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom auf. Der Nebenstrom fließt durch den Hauptstufenventilkör­ per 21a und das Ventil 37a in den Steuerraum 19a. In Abhängigkeit des Durchtrittsquerschnitts 39a baut sich im Steuerraum 19a ein Druck auf, der auf den Hauptstufenventilkörper 21a eine Schließkraft ausübt, die von der Kraft einer Schließfeder 45a überlagert wird. Ist die Öffnungskraft im Bereich der Zu­ strömöffnung 15a größer als die Schließkraft des Steuerraums 19a, so hebt der Hauptstufenventilkörper 21a von einem Ventilsitz 47a ab, womit der Zufluß 13 zu den Verbindungskanälen 11 geöffnet wird.

Der Abfluß des Steuerraums 19a erfolgt über das geöffnete verstellbare Vorstufenventil und über ein Rückschlagventil 31a, das über die Strömungsverbindung 25b mit dem Steuerraum 19b verbunden ist, aus dem der Nebenstrom über das richtungsabhängig durchlassende Ventil 37b ausströmt.

Während der beschriebenen Hubbewegung schließt das Rückschlagventil 29a die Verbindungskanäle 11, damit der Steuerraum 19a nicht überbrückt wird.

Bei einer Hubbewegung in Richtung B schließt das Rückschlagventil 29b. Das Dämpfmedium passiert das Ventil 37b und baut die Schließkraft für den Hauptstufenventilkörper 21b auf. Über den Steuerraum 19b erfolgt der Abfluß des Nebenstroms. Der Hauptstrom ergießt sich nach dem Abheben des Hauptstufenventilkörpers 21b, der sich, wie der Hauptstufenventilköper 21a am Zapfenabschnitt 17 zentriert, in den Verbindungskanal 11.

Die Dämpfkraft der Dämpfventileinrichtung 1 wird über die Größe der Steuerquerschnittes 39a/b bestimmt, wobei für beide Strömungsrichtungen grundsätzlich der Abfluß des jeweiligen Steuerraums 19 für Dämpfkraftverän­ derungen benutzt wird.

Zur gegensinnigen Verstellung der Dämpfventileinrichtung werden wechselweise über den Anker 51 gekoppelten Konusflächen 53a/b in Verbindung mit den Sitzflächen 55a/b genutzt. Dabei passiert der Nebenstrom jeweils ein den Steuerquerschnitt 39 überbrückendes Rückschlagventil 31a/b. Jeweils ein Rückschlagventil 31a/b liegt im Strömungspfad des Nebenstroms mit einem Steuerquerschnitt 39a/b. Zwischen den Konusflächen 53a/b verfügt der Anker 51 über einen Längenabschnitt 57, der zusammen mit den Sitzflächen 55a/b einen kreisringförmigen Durchströmungsquerschnitt 59 bestimmt. Bildet eine der beiden Konusflächen 53a/b mit der zugehörigen Sitzflä­ che 55a/b jeweils einen Steuerquerschnitt 39a/b, ist die andere Konusfläche von der entsprechenden Sitzfläche so weit beabstandet, daß an dieser Stelle keine Drosselwirkung eintritt. Der Querschnitt wird von dem Durchmesser des Längenabschnitts 57 und den Sitzflächen 55a/b bestimmt. Dabei besitzt der Durchströmungsquerschnitt 59a eine Strömungsanbindung das Rückschlagventil 31a und der Durchströmungsquerschnitt 59b eine Strömungsanbindung an das Rückschlagventil 31b. Die beiden Rückschlagventile 31a/b sind über die Durchströmungsquerschnitte 59a/b und die Anbindung den beiden Steuerquerschnitten parallelgeschaltet.

Damit sich auch für beide Durchströmungsrichtungen eine weiche Dämpfkrafteinstellung realisieren läßt, sind bei einer mittleren Ankerstellung beide Steuerquerschnitte 39a/b außer Eingriff. Es wirkt nur der drosselarme Durchströmungsquerschnitt 63 zwischen den Konusflächen 53a/b des Aktuators.

Zur weiteren Anpassung der Dämpfkraft an die Durchströmungsrichtungen kommen zwei Schließfedern 45a, 45b zum Einsatz, die aufgrund ihrer besonderen Anordnung keine Abhängigkeiten der Federkräfte für die Hauptstufenventilkör­ per 21a, 21b mit sich bringen. Eine Federführungshülse 45c, die ortsfest zum Dämpfventilzwischenkörper 9 angeordnet ist, dient als Abstützungsorgan für die beiden Federn, so daß sich die Federkräfte nicht gegenseitig beeinflussen. In dieser Darstellung ist die Vorspannkraft der Schließfeder 45a um ein Mehrfaches höher als die der Schließfeder 45b, erfahrungsgemäß etwa um den Faktor 4, so daß die Schließfeder 45a die Lage der Federführungshülse 45c auf einem Ab­ satz 45d des Dämpfventilgehäuses 5 definiert. Alternativ kann die Feder­ führungshülse 45c auch zwischen einem Dämpfventilkopfkörper 7 und dem Dämpfventilzwischenkörper 9 verspannt sein. Die Schließfedern 45 greifen über Abstützkörper 71a/b an die Hauptstufenventilkörper 21a/b an.

Zur Druckbegrenzung der gesamten Dämpfventileinrichtung kommen Rückschlagventile 61 zur Anwendung, die mindestens eine Übertrittsöffnung 61c in der Federführungshülse 45c richtungsabhängig öffnen bzw. schließen. Bei den Rückschlagventilen handelt es sich um federvorgespannte Schließkörper 61a. Bei einem Überdruck im Steuerraum 19a kann die Abdeckscheibe 61b im Steuerraum 19b abheben und einen Druckabbau über den Steuerraum 19b ermöglichen. Im umgekehrten Fall hebt der Schließkörper 61a von der Fe­ derführungshülse 45c ab und gibt einen Ringquerschnitt 61d zwischen dem Kolbenstangenzapfen 17 und der Federführungshülse 45c frei.

In der Fig. 2 ist der Vorstufenventilbereich zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des Durchströmungsquerschnitts 59 vergrößert dargestellt. Grundsätzlich bestimmt der kleinste Abströmquerschnitt im Vorraum 23 (Steuerquerschnitt 39 oder Durchströmungsquerschnitt 59) über den Druckabbau in den jeweiligen Steuerräumen (19a/b Fig. 1) die Dämpfkrafteinstellung der Dämpfventileinrichtung. Wie schon zu Fig. 1 ausgeführt, ist stets nur ein Steuerquerschnitt 39a/b im Eingriff. Für die andere Durchströmungsrichtung ist der Durchströmungsquerschnitt 59 maßgebend. Das heißt, daß für die eine Richtung der Durchströmungsquerschnitt und für die andere Richtung der Steuerquerschnitt die Dämpfkrafteinstellung bestimmen, in dieser konkreten Darstellung der Querschnitt 39a/b.

Wie zusätzlich aus der Fig. 2 entnehmbar ist, ist der Durch­ strömungsquerschnitt 59 in zwei Teillängen 57a/b in die Ein­ zeldurchströmungsquerschnitte 59a/b unterteilt, die durch einen Absatz voneinander getrennt sind. In diesem Fall sind die Durchströmungsquerschnitte 59a/b innerhalb ihrer Teillängen 57a/b konstant. Daraus folgt, daß eine Verstellung des Steuerquerschnitts keine Änderung des Durchströmungsquerschnitts mit sich ziehen würde bzw. sich die Dämpfkrafteinstellung für die eine Arbeitsrichtung ändert und für die andere konstant bleibt.

Wie aus den strichpunktierten Linien erkennbar ist, können die Durchströmungsquerschnitte 59a/b jedoch auch hubabhängig ausgeführt sein, indem beispielsweise, wie gezeigt, die Kontur vom Anker 51 leicht konisch ausgeformt ist. Bei dieser Ausführungsvariante wird in beiden Richtungen über den Ankerhub die Dämpfkrafteinstellung verändert. Beide Durchströmungs­ querschnitte 59a/b werden durch die Strömungsanbindung 63 hydraulisch voneinander getrennt, so daß eine Teillänge 57a der Zugrichtung und eine Teillänge 57b der Druckrichtung zugeordnet ist.

Claims (9)

1. Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft, umfassend ein dämpfmediumgefülltes Druckrohr, in dem ein Kolben an einer axial beweglichen Kolbenstange einen Arbeitsraum in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen unterteilt, wobei ein Dämpfmittelstrom zwischen den beiden Arbeitsräumen vorliegt, der sich in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom aufteilt, eine Dämpfventileinrichtung, bestehend aus einem Dämpfventilkörper, mit einem Hauptstufenventil pro Stromrichtung, das durch jeweils einen Hauptstufenventilkörper gebildet wird, der einen Steuerraum axial begrenzt, wobei sich die Hauptstufenventilkörper beim Anströmen axial in den Steuerraum auf den jeweils anderen Hauptstufenventilkörper zu bewegen, der in einer geschlossenen Ventilstellung gehalten wird, und einem Vorstufenventil, das die Hauptstufenventile mittels eines regelbaren Aktuators ansteuert, wobei dieser eine Strömverbindung zwischen einem Steuerraum und einem Arbeitsraum beeinflußt und jeweils ein Hauptstufenventilkörper des Hauptstufenventils vom Hauptstrom und das Vorstufenventil vom Nebenstrom in beiden Strömungsrichtungen durch­ strömt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorstufenventil zwei wechselweise steuerbare Steuerquerschnitte (39a/b) aufweist und der Nebenstrom jeweils richtungsabhängig einen Steuerquerschnitt (39a/b) und ein in Strömungsrichtung sich öffnendes Rückschlagventil (31a/b) passiert.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerquerschnitt (39a/b) des Vorstufenven­ tils von einer Sitzfläche (55a/b) in Kombination mit ei­ ner Konusfläche (53a/b) gebildet wird und sich dem Steuerquerschnitt (39a/b) ein weiterer Durchströmquerschnitt (59) anschließt.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchströmungsquerschnitt über den Aktuatorweg einstellbar ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den beiden Steuerquerschnitten eine Strömungsanbindung zu den Rückschlagventilen vorliegt, so daß zwei Teillängen des Durchströmungsquerschnitts ent­ stehen, die jeweils richtungsabhängig wirksam sind.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Teillängen der Durchströmungsquer­ schnitte unterschiedlich ausgebildet sind.

6. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Durchströmungsquerschnitte jeweils innerhalb ihrer Teillängen in Abhängigkeit des Aktuatorwegs einstellbar sind.

7. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mittleren Aktuatorstellung beide Steuerquerschnitte (39a/b) außer Singriff sind und der Durchströmungsquerschnitt (59) je nach Dimensionierung für eine gewünschte Dämpfkrafteinstellung sorgt.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dämpfventileinrichtung in der elektrisch stromlosen Stellung in der Zugrichtung hart und in der Druckrichtung weich eingestellt ist.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der Nebenstrom nach dem Durchströmen eines der Rückschlagventile (31a/b) in den Steuerraum (19a/b) fortsetzt.