WO2015075016A1 - Dämpferbein mit einem hydraulischen stossdämpfer und verfahren zum betreiben des dämpferbeins - Google Patents

Dämpferbein mit einem hydraulischen stossdämpfer und verfahren zum betreiben des dämpferbeins Download PDF

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WO2015075016A1
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Thomas Ripa
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    • F16F9/18—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts with a closed cylinder and a piston separating two or more working spaces therein
    • F16F9/19—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts with a closed cylinder and a piston separating two or more working spaces therein with a single cylinder and of single-tube type

Definitions

  • the invention relates to a shock absorber leg with a hydraulic shock absorber and a method for operating the shock absorber leg.
  • a strut is known in combination with a strut as a suspension for example a bicycle.
  • Damper leg has a hydraulic shock absorber which is a one-tube damper filled with a damper fluid.
  • a damper piston for displacing the
  • Damper piston has a plurality of damper openings. During retraction and extension of the damper strut, the damper piston is displaced in the monotube damper so that the damper fluid is displaced by the damper piston in such a way that the damper fluid flows through the damper openings.
  • Damper fluid in the monotube damper, in particular through the damper openings is lossy, resulting in a damper leg resistance force that counteracts the method of the damper leg.
  • the damper leg resistance force of the shock absorber in both cases is as small as possible in the subsequent stroke and gently increases with low increase so that when reaching the obstacle maximum, so even before the maximum amplitude of Hubanregung by the
  • the wheel is braked maximum, so that caused by the inertia of the unsprung masses, further and thus harmful retraction of the wheel is prevented, thus preventing contact loss to the road.
  • the safety and comfort of the driver while driving is increased and the wheel load fluctuation of the sprung wheel
  • Stroke excitation is defined as the momentum that is within its exposure period, i. the excitation duration, the
  • the obstacle maximum is the maximum height difference of the
  • the rider of the bicycle performs a rhythmic shift of weight when pedaling, whereby the bicycle is brought into a rocking motion.
  • the driver of the bicycle initiates an abrupt braking maneuver, this leads to a
  • the object of the invention is to provide a shock absorber leg with a
  • hydraulic shock absorbers and a method of operating the shock absorber leg, which allows a comfortable and safe ride.
  • the strut according to the invention comprises a hydraulic shock absorber having a damper volume filled with an incompressible damper fluid
  • Stop detection device with the shock absorber for
  • Detecting a start and an end of a retraction of the shock absorber is coupled, and a poppet valve with a valve plate having pressure stage throttle through which flows when retracting the shock absorber fluid, whereby from the valve plate a damper leg resistance force can be generated, wherein the pressure stage throttle for biasing the valve disk against the flow direction of the shock absorber
  • Poppet valve is a biasing agent, at least in one
  • Area of the valve lift of the valve disk has a force-displacement characteristic whose first derivative is substantially zero and has a value K, and a bias generator which couples the biasing means to the valve disc and is connected to the Einfahrdetektions adopted that starting from the start of retraction of the shock absorber, the value K can be raised from a single starting value over a first period of time.
  • the bias transmitter of the damper strut is preferably connected to the intrusion detection device such that the value (K) is reset to the start value as soon as the
  • Entry detection device an end of retraction
  • the strut has a Extension detecting means coupled to the shock absorber for detecting a start of extension of the shock absorber and connected to the bias generator such that, starting with the extension of the shock absorber, the value (K) within the duration of a second period of time
  • the damper strut preferably has a rebound throttle, which is parallel to the compression throttle and thus parallel to the
  • Poppet valve connected and flows through the damper fluid during extension of the shock absorber, so that when the shock absorber is extended, the valve disk is pressed onto a valve disk seat of the poppet valve.
  • the alternative shock absorber leg according to the invention comprises a hydraulic shock absorber having a damper volume filled with an incompressible damper fluid
  • Exit detection device used with the shock absorber for
  • Detecting a start of an extension of the shock absorber is coupled, as well as a poppet valve with a
  • Valve plate having rebound throttle, through which the damper fluid flows during extension of the shock absorber, whereby from the valve plate a damper leg resistance force can be generated, wherein the rebound choke for biasing the
  • Poppet valve is a biasing agent, at least in one
  • Region of the valve lift of the valve disk has a force-displacement characteristic whose first derivative is substantially zero and has a value K, and a bias transmitter which couples the biasing means to the valve plate and is connected to the extension detection means, starting from the start extension of the shock absorber, the value K can be raised from a single starting value over a first period of time.
  • the bias generator of the alternative damper leg is
  • the alternative damper leg has an intrusion detection device coupled to the shock absorber for detecting a start of collapse of the shock absorber and connected to the preload generator such that, starting with the collapse of the shock absorber, the value (K) within a second period of time Start value is lowered.
  • the alternative damper leg preferably has one
  • Compressor throttle which is connected in parallel to the Switzerlandmplendrossel and thus parallel to the poppet valve and flows through the damper fluid during extension of the shock absorber, so that when retracting the shock absorber, the valve plate is pressed onto a valve disk seat of the poppet valve.
  • the further alternative shock absorber leg according to the invention has all the features of the two other alternative damper struts according to the invention.
  • damper leg according to the invention comprises the steps: starting the process of the shock absorber; beginning with the start of the method of shock absorber, raising the preload (K) of the valve disk from the starting value over the first period exclusively by the bias sensor.
  • the bias of the valve disk is preferably maintained at a maximum value. Then, the direction of the method of the
  • Start value is lowered over the second period.
  • the invention is based on the following observation: In spite of completely different lift excitation maxima, the excitation duration of the stroke excitation is due to different obstacles, such as the curb or the lower stone, and thus also the excitation duration of the triggered thereby desired traversing movements of the damper leg approximately the same length. This applies in particular until reaching the respective obstacle or Hubanregungsmaximums. The excitation time of the Hubanregung changes over the range of the typical obstacle or Hubanregungsmaximums.
  • the bias of the valve disc is achieved with the biasing means. Because the biasing means via the
  • Biased voltage sensor is coupled to the valve plate, can be dosed with the bias sensor before voltage of the valve disk.
  • Biasing sensor the effect of the biasing means on the poppet valve in such a way that the start of the retraction of the shock absorber, the poppet valve is biased only with the starting value. From the start of the retraction of the shock absorber decreases the mitigating effect of the bias generator, so that over the first period more and more
  • the end of the first period does not necessarily coincide with the end of the insertion of the shock absorber and is in particular freely selectable in practical terms.
  • the bias sensor is connected between the biasing means and the poppet valve whereby the amount of mechanical coupling between the biasing means and the valve disk is manipulatable by the bias sensor.
  • Valve plate of the biasing means according to its
  • Characteristic characteristic always biased, wherein the level of the bias voltage is set by the bias generator during the first period. With the bias generator, only the intensity of the transmission of the biasing force from the biasing means to the poppet valve according to the invention controlled according to the invention, wherein at any time
  • the first derivative after the valve lift of the force-displacement curve is substantially zero, whereby taken at any time in itself the bias of the poppet valve is constant.
  • the poppet valve is arranged at different valve strokes due to the corresponding different displacement effects of the damper fluid. Since the force-displacement characteristic is substantially constant over the valve lift, the bias of the poppet valve at any time taken by itself is independent of the retraction speed of the
  • biasing means and the valve plate are coupled via the bias adjuster so that the force required for biasing the biasing means by a resulting pressure on the poppet valve of the Damper fluid is generated, wherein the necessary for the biasing of the biasing means physical work of the
  • Damper fluid is performed, which has flowed out of the damper volume and has not yet passed the valve seat.
  • Damper fluid depends only on the bias of the valve disk by the biasing means, but not on the current retraction speed of the damper strut. Because this
  • Dämpferbein always approximately the same length, which in turn is particularly advantageous in the same way only depending on its Einfahrdauer the Einfahrwiderstandskraft of the shock absorber.
  • the bias generator is arranged to reduce the effect of the bias corresponding to the force-displacement characteristic by 50% at half the first period, the bias of the valve disk will be half the maximum value of the value K regardless of how high the retraction speed of the shock absorber is.
  • the bias generator reduces the transfer of the bias voltage from the biasing means to the valve disk to 80% at 75% of the first period, then the bias of the valve disk is 20% of the maximum at that time In turn, bias regardless of which valve lift the valve head currently due to the corresponding
  • the biasing means acts on the valve disk only gradually and with a time delay, wherein the strongest bias is applied to the valve disk only at the end of the first period or at the end of retraction, whichever occurs earlier. However, at any time of retraction, the bias of the
  • Valve plates independent of its current valve lift.
  • a wheel of a bicycle is suspended from the frame of the bicycle by the strut.
  • the bike moves towards a curb.
  • the wheel hits the curb, it becomes more violent
  • the bias of the valve disk by the biasing means corresponds to the starting value, regardless of the strength of the impact and in particular independent of a present at the start of the retraction instantaneous stroke position of the
  • Preload of the biasing means and thus the preload of the shock absorber valve disk by the preload encoder occurs very gradually over the impact stroke of the shock absorber because it allows the shock absorber to move within the first time span required by the preload (for each lift excitation). maximum around the valve disk
  • the duration of the first period of time may be set such that the highest damper leg resistance force is reached only when it is reached the maximum obstacle is achieved by damper leg. If the first period of time, on the other hand chosen so that they do not yet reach the maximum maximum on the obstacle maximum
  • Opening characteristic according to the invention has, which he at the extremely high instantaneous retraction speed of the
  • the excitation duration of the shock absorber leg for different types of obstacles, in particular until they reach their obstacle or stroke excitation maxima, is very limited varies, generates the shock absorber, due to the so pre-set, always the same first time period, the bias of the first impact of the wheel on the
  • Stroke excitation as typically typified e.g. when pedaling or when initiated by the driver braking occurs. Immediately finds a very fast increase in the
  • Hubanregungsmaximum constructed so that, for example, a
  • the damper leg resistance force is thus pure of the already elapsed portion of the first time period and thereby obtained bias value K by the
  • Bias generator determines and at the same time is the first
  • Pretensioning further bias, which extends at the same time and almost instantaneously the retraction, which performs the damper strut, while the biasing within the (for each stroke excitation always the same length) first time period, the bias K of the biasing means from the start to the
  • Damper leg during the Einfahrhubes behaves almost like a changeable in their force-displacement curve vehicle suspension, as well as the vehicle suspension is independent of the lifting speed and has a force-displacement curve. Due to these features, the shock absorber leg according to the invention emulates a so-called active suspension in many areas of use, in particular when driving in. This counteracts unwanted retracting strokes, e.g. the mentioned Bremshack, by a dynamic increase of the spring characteristic of the suspension of the vehicle against, by one with a sensor and control electronics
  • the suspension spring for example, a
  • Damper leg and the masses of its valve assembly is dependent, but not in addition to the reaction time of a sensor / electronics / actuators, the wheel movement with all its quantitative values during the entire process only
  • shock absorber leg according to the invention with a similar result, only the bias of the valve system according to the invention must be modulated, and because it can be performed much easier due to the few and much simpler components, it is particularly advantageous in vehicles with a low available Energy such as bicycles, e-bikes and electric cars
  • the biasing means begin to return to their initial value within the second time period to the starting value.
  • the second period lasts
  • the biasing means is thereby reset in its bias to its starting value, so that the bias of the poppet valve and thus the
  • Poppet valve moved back to the poppet valve seat.
  • the poppet valve is closed, which despite the reduced bias of the valve disk at the start of the shock absorber
  • the biasing means is elastic, whereby the bias voltage can be generated on the valve disc, wherein the
  • Biasing means is that the force-displacement characteristic in the region of the valve lift has substantially the constant value.
  • the biasing means is elastic, whereby the bias voltage is generated on the valve plate, wherein the biasing means is coupled via the bias sensor to the valve plate indirectly via a transmission, with the valve lift of the valve disk and the stroke of the biasing means in a transmission ratio to each other, that the force-displacement characteristic in the region of the valve lift has substantially the constant value.
  • the gearbox is preferably a lever whose lever arm, on which the valve disk engages, is longer than the lever arm on which the biasing means engages.
  • the biasing agent is
  • Bias sensor is preferably formed by a coupling with which the spring force of the coil spring is controllable, via which the coil spring with the valve disc for
  • Coil spring is transferable to the valve plate. With the slip clutch, the transmission rod is in two halves
  • the slip clutch preferably has a stop that, when at least one of the two halves of the transmission rod abuts against the stop, the halves of the transmission rod of the slip clutch are in the largest engagement.
  • Pressure reducing valve is formed, with which the spring force of the gas spring is controllable, via which the gas spring with the
  • Valve plate interacts to generate the preload.
  • biasing means is preferably of a
  • the biasing means is alternatively preferred by a permanent magnet and the
  • Biasing transmitter from a positioning device
  • the range of the valve lift is the entire valve lift of the valve disk. Furthermore, it is preferred that the starting value is zero.
  • the first time span is between 0.01 and 0.8 seconds,
  • the lifting of the bias of the valve disk from the starting value to the constant value over the first time period is linear, degressive or progressive.
  • Preload of the valve disk is chosen such that when the construction-related existing maximum
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a
  • FIG. 2 shows a sketch of the kinematic conditions when a wheel drives on a curb
  • Figure 3 is a diagram of the time course of
  • FIG. 4 shows different stroke excitations of the damper strut, each with its specific excitation duration, stroke amplitude and stroke speed,
  • Figure 5 is a diagram showing the example of the Einfahrweg in
  • FIG. 1 shows a shock absorber leg 1, which has a shock absorber 2.
  • the shock absorber 2 has a damper cylinder 3, seen in Figure 1 on its underside a
  • Damper cylinder head 4 on which an impeller eye 5 is formed.
  • the impeller eye 5 is provided for receiving an impeller whose suspension is formed by the damper strut 1. Further, the damper cylinder 3 on its side facing away from the damper cylinder head 4 a
  • Damper cylinder head 4 and the damper cylinder bottom 6 a Volume is formed that with an incompressible
  • Damper fluid such as oil
  • damper piston 7 with a damper piston rod eighth
  • a frame eye 10 is formed, which is provided on a
  • the volume of the damper cylinder 3 is divided into a damper volume 11 and a counter-volume 12, wherein the damper volume 11 on the side facing the damper cylinder head 4 and the
  • Counter-volume 12 are arranged on the damper cylinder bottom 6 side facing.
  • a stop 13 is provided, which rests upon reaching the maximum stroke of the damper strut 1 on the damper cylinder base 6.
  • the damper volume 11 and the counter-volume 12 are fluidly connected to each other with a damper fluid line, so that the damper fluid when moving back and forth of the
  • Shock absorber 2 increases the damper volume 11, wherein the counter-volume 12 is reduced, so that is transported from the counter-volume 12 in the damper volume 11 damper fluid.
  • the overflow of the damper fluid from the damper volume 11 to the counter volume 12 and vice versa is lossy, whereby a resistance force of the damper leg 1 is generated, which is the retraction of the shock absorber
  • volume compensation device 18 to compensate.
  • Volume balance device 18 is in the damper fluid line between the damper volume 11 and the counter volume 12th
  • a balancing piston 20 is arranged longitudinally displaceable.
  • the damper fluid facing side of the balance piston 20 limits in the balancing cylinder 19 a compensating volume 22 which is flooded by the damper fluid.
  • the side facing away from the damper fluid of the balance piston 20 limited in the
  • Compensating cylinder 19 a buffer volume 21, which is filled with a compressible fluid, such as air.
  • the compensating piston 20 is arranged displaced in the compensating cylinder 19, so that with the compensating volume 22, the change in the size of the counter-volume 12 is compensated.
  • the damper strut 1 further includes a rebound throttle 14 and a compression throttle 16 installed in parallel with each other in the damper fluid passage.
  • the rebound throttle 14 has a rebound valve 15, which is designed as a non-return valve, which is in the open position when retracting the shock absorber 2 and in the open position during extension of the shock absorber 2.
  • the damper leg resistance force is determined by the flow conditions in the pressure stage throttle 16 and by the extension of the shock absorber 2 from the flow conditions in the rebound throttle 14.
  • the rebound valve 15 is formed with a preloaded ball, wherein the ball is pressed upon retraction of the shock absorber 2 on a seat and is lifted when extending the shock absorber from the seat while overcoming its bias. The flow conditions around the ball during extension of the
  • Shock absorber 2 are among other things by the strength of the Preload the ball determines, so that by an appropriate dimensioning of the bias
  • Damper leg resistance force during extension of the shock absorber 2 is adjustable.
  • the pressure stage throttle 16 has a
  • Frame distance sensor 24 an impeller distance sensor 25 and a signal line 26 is formed.
  • the frame distance sensor 24 is attached to the frame eye 10, whereas the
  • Impeller distance sensor 25 is mounted on the damper cylinder bottom 6.
  • the frame distance sensor 24 and the wheel distance sensor 25 interact with each other such that the
  • Signal line 26 is provided a corresponding signal.
  • the pressure stage throttle 16 also has a poppet valve which is formed by a valve disk 30 and a valve disk seat 32.
  • the poppet valve is so in the
  • Valve poppet seat 32 is pushed away, resulting in a
  • Valve plate opening 31 results. When flowing through the
  • Valve plate opening 31 result in the flow of the
  • Valve plate 30 is pressed by the damper fluid on the valve disk seat 32, so that a flow through the poppet valve is prevented.
  • a valve lift of the valve disk 30 is the travel of the valve disk 30 relative to the valve seat 32, so that a valve opening 31 results between the valve disk 30 and the valve seat 32.
  • a biasing means 28 is provided, which via a bias transmitter 27 with the
  • Valve plate 30 is coupled to transmit a biasing force to the valve disk 30.
  • the bias generator 27 is connected to the signal line 26, whereby from the
  • Bias generator 27 is transferable.
  • the biasing means 28 is formed by an electromagnet with which a magnetic field can be generated.
  • the magnetic field interacts with the valve disk 30 such that it biases the valve disk 30 in the direction of the valve seat 32. Due to the in practice usually in the
  • valve strokes of the valve disk 30 are so low that at
  • the bias of the valve disk 30 is substantially the same for all conceivable in practice stroke positions.
  • the bias of the valve disk 30 is substantially the same for all conceivable in practice stroke positions.
  • Derivative is essentially zero and thus has a constant value K, whereby regardless of a current valve lift of the valve disk 30 whose bias voltage is the same.
  • the instantaneous valve lift of the valve disk 30 results essentially from the instantaneous retraction speed of the shock absorber 2. At a high retraction speed, the valve lift is large and vice versa. Because the bias of the valve disk 30 is independent of the current valve lift, the bias of the valve disk 30 is independent of the
  • the bias generator 27 is of an electrical
  • Valve plate 30 interacts to generate the bias voltage.
  • the bias generator 27 controls the strength of the magnetic field generated by the electromagnet such that, as soon as the
  • Bias transmitter 27 has received the signal for the start of retraction, the strength of the magnetic field generated by the electromagnet is raised from a starting value. This reinforcement extends over one
  • Strength of the magnetic field generated by the electromagnet has a maximum value. Reaches the bias generator 27 via the signal line 26, the signal that the retraction of the
  • a high demand on the damper strut 1 is made when the impeller has to overcome a steep bump, such as a curb.
  • the impact of the impeller on the curb is introduced with a big impact from the curb to the impeller, which as
  • Preload of the valve disk 30 can be generated, metered.
  • the strength of the magnetic field is set to minimum with the bias generator 27.
  • valve disk 31 can be easily lifted off the valve seat 32.
  • the strength of the bias voltage is substantially independent of the retraction speed of the shock absorber 2, the shock absorber 2 at the beginning of the first Period of time equally sensitive to different levels of impact on the impeller.
  • this soft in the damping effect so that the strong impact on impact of the impeller on the
  • Curb edge of damper strut 1 can be well compensated.
  • the first period of time is chosen to be sufficiently long, namely between 0.01 and 0.8 seconds, that the strong impact that triggered the retraction of the shock absorber 2 can be softly damped.
  • the biasing means 28 is driven such that the strength of the magnetic field is continuously increased until the end of the first period. After the end of the first period of time, the strength of the magnetic field remains consistently high, until the end of the retraction of the shock absorber 2 is detected by the retraction detection device and transmitted via the signal in the signal line 26 to the bias transmitter 27.
  • Force-displacement characteristic is essentially zero), whereas during the first time period the level of the bias voltage is raised starting from the starting value (in particular zero).
  • Curb 38 hits, the retraction speed 41 increases abruptly, since the Einfahrhub 40 over time first has a steep gradient, which can be represented from the beginning of the stroke over a large part of the Hubverlaufes as a steep, almost linear increase. Only towards the end of the entry stroke does the gradient gradually become flatter. The course of the retraction speed over such an obstacle is therefore almost constant and quantitatively of extremely high value in the approximately linear range of the stroke. As a result, a very strong impact on the impeller 35 is transmitted.
  • shock absorber leg 1 Generates a shock absorber leg already at this beginning of such a stroke very high shock absorber leg resistance forces, the shock is very hard damped and leads to a very strong transmission of excitation to the frame of the so-damped vehicle and thus to the driver. For this reason, the components of the shock absorber leg 1 are coupled and interconnected, the value K of the bias of the biasing means 28 of the valve disc 30 at the beginning of such a stroke of the
  • Damper strut 1 always starts at a single start value, which is in particular minimum or zero, and is raised to the maximum value over the first time period, thus gently dampening such a shock and resulting in poor transmission of the excitation to the frame of the vehicle so dampened and thus leads to the driver. It will be in the range of Hubanregungsmaximums 56 already the maximum
  • Bias generator 27 is reached, so that the retraction of the
  • Damper strut 1 and thus the impeller 35 of the vehicle is braked to the maximum, another, defective retraction and thus prevent contact loss of the impeller 35 to the road 37.
  • Front wheel through obstacles 59, 60 follows when rolling over the obstacle maximum through the front wheel, so the maximum
  • Hubanregungsmaximum 56 because caused by the inertia of the unsprung masses, the barely damped strut for a short time even after the obstacle maximum
  • Each stroke excitation can be divided into two areas
  • Reference numeral indicates whether the respective stroke excitation triggers a desired movement movement 54 or undesired movement 55 of the strut 1. Good to see is that
  • Stroke excursions by obstacles (curb edge 59, lower stone 60), which trigger desired traversing movements 54, last much shorter than stroke excitations, e.g. be induced by braking forces 61 or by pedaling 62 and trigger undesirable movement movements 55. Furthermore, it is shown that the excitation duration over diverse
  • the reference numeral 48 marks a Line whose intersection with the time axis 39 represents the end of the first period.
  • Period of the damper strut according to the invention thus extends on the time axis 39 from the intersection of the axes 39, 53 up to this point.
  • the point of intersection of the line 48 with the respective graph of Hubanregungen 59, 60, 61.6 2 shows, based on the excitation type, in which instantaneous height of the excitation amplitude of the respective Hubanregung the highest damping forces of the damper strut 1 according to the invention would be achieved. It can be clearly seen that in the
  • Vortensgeber 27 are coupled together so that the force required to bias the biasing means 28 by this resulting on the valve plate 30 pressure difference of
  • Damper fluid is generated. At this time, the damper fluid does the physical work necessary for increasing the biasing of the biasing means 28 by a small amount
  • damper leg resistance force is therefore particularly advantageous in its damper leg resistance force both as a direct influencing factor both from the travel speeds and from the lift amplitudes.
  • the retraction stroke 40 is plotted over the time 39 when the impeller 35 rolls over the road 37 with bumps.
  • reference numeral 43 is a relative stroke of the damper strut 1 and the reference numeral 44 is an absolute stroke of
  • Damper strut 1 called. As a relative stroke of the damper strut 1, the real travel is called, the damper strut 1 took place from the last stroke position to the change in direction of the stroke, up to the stroke position of
  • Damper strut 1 would need from its maximum extended stroke position up to the stroke position of the determination time point.
  • the value of the preload K of the biasing means of the damper strut 1 is always from a single starting value over the first from the impingement of the impeller 35 on an obstacle, for reasons already described in the description of Figure 2
  • Time span can be raised.
  • Bias voltage is raised with its value K over the first period of time during the following relative stroke.
  • the damper leg 1 is always in a different range of its absolute stroke and thus each time in a different stroke position when the impeller 35 encounters an obstacle.
  • the bias value K of the biasing means is independent of the absolute stroke and the resulting stroke position of the damper strut 1.
  • the strut 1 is therefore on the
  • this is set up so that the starting value of the
  • Bias value K of the biasing means 28 of the valve disk 30 is applied in each case at the reversal point between retraction to extension of the strut 1 on the valve plate 30 and further extension of the strut 1 over the first period
  • the reference numeral 63 marks the
  • Damper movements triggered by the lift excitations 61, 62 trigger damper leg resistance force curves 65, 66 with extremely steep gradients, thereby maximizing even at extremely low entry paths
  • Desirable shock absorber movements which are triggered by the Hubanregitch 59, 60 point
  • Curb edge the maximum damper leg drag force is not achieved because the first time span is set so that it has not expired when the stroke excitation maximum is reached. Thus, the maximum is reached
  • Comfort adjustment of the shock absorber over particularly hard and fast punches is achieved.
  • the functions are analog.
  • Stroke excitation such as a Bremshack, retracted
  • Reference numeral 47 denotes the bias transmission of the
  • Bias transfer 47 can be linear, progressive or degressive. At any time, the biasing force 49 on the valve disk 30 is independent of the retraction speed 41, as shown in FIG.
  • Detection detection device 24 Frame distance sensor

Abstract

Ein Dämpferbein weist eine hydraulischen Stoßdämpfer (2), der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen (10) aufweist, eine Einfahrdetektionseinrichtung (23), die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts und eines Endes eines Einfahrens des Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, sowie eine ein Tellerventil mit einem Ventilteller (30) aufweisenden Druckstufendrossel (16) auf, durch die beim Einfahren des Stoßdämpfers (2) das Dämpferfluid entgegen der Schließrichtung des Tellerventils strömt, wodurch von dem Ventilteller (30) eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die Druckstufendrossel (16) zum Vorspannen des Ventiltellers (30) in die Schließrichtung des Tellerventils ein Vorspannmittel (28), das in zumindest in einem Bereich des Ventilhubs (x) des Ventiltellers (30) eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist (F' = dF/dx ≈ 0) und einen Wert (K) hat, und einen Vorspannungsgeber (27) aufweist, der das Vorspannmittel (28) mit dem Ventilteller (30) kuppelt und mit der Einfahrdetektionseinrichtung (23) verschaltet ist, dass beginnend mit dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers (2) der Wert (K) von einem einzigen Startwert über eine erste Zeitspanne anhebbar ist.

Description

Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer und Verfahren zum Betreiben des Dämpferbeins
Die Erfindung betrifft ein Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer und ein Verfahren zum Betreiben des Dämpferbeins .
Ein Dämpferbein ist in Kombination mit einem Federbein als eine Radaufhängung für beispielsweise ein Fahrrad bekannt. Das
Dämpferbein weist einen hydraulischen Stoßdämpfer auf, der ein mit einem Dämpferfluid gefüllter Einrohrdämpfer ist. In dem Einrohrdämpfer ist ein Dämpferkolben zum Verdrängen des
Dämpferfluids längsverschiebbar gelagert, wobei der
Dämpferkolben eine Mehrzahl von Dämpferöffnungen aufweist. Beim Ein- und Ausfahren des Dämpferbeins wird der Dämpferkolben in dem Einrohrdämpfer verschoben, so dass von dem Dämpferkolben das Dämpferfluid derart verdrängt wird, dass das Dämpferfluid durch die Dämpferöffnungen strömt. Die Strömung des
Dämpferfluids in dem Einrohrdämpfer insbesondere durch die Dämpferöffnungen ist verlustbehaftet, woraus sich resultierend eine Dämpferbeinwiderstandskraft ergibt, die dem Verfahren des Dämpferbeins entgegenwirkt.
Beim Eintreten von diversen Fahrsituationen mit dem Fahrrad sind an das Dämpferbein insbesondere hinsichtlich der Stärke und der Dynamik der Dämpferbeinwiderstandskraft Anforderungen gestellt, durch die eine Fahrt mit dem Fahrrad mit hoher
Sicherheit bei hohem Komfort ermöglicht sein soll. So ist es wünschenswert, wenn beispielsweise mit dem Fahrrad auf eine hohe Bordsteinkante oder einen niedrigeren Stein gefahren wird, dass, unabhängig von der dabei vorliegenden Hubposition des
Dämpferbeins , die Dämpferbeinwiderstandskraft des Stoßdämpfers in beiden Fällen im ersten Augenblick möglichst gering ist und im anschließenden Hubverlauf sanft mit geringer Steigerung so ansteigt, dass bei Erreichen des Hindernismaximums, also noch vor der maximalen Amplitude der Hubanregung durch das
Hindernis, die höchste Dämpferbeinwiderstandskraft erreicht wird . Durch den beschriebenen Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf kann das Dämpferbein anfangs schnell eingefahren werden, wodurch das Rad dem Hindernis gut ausweichen kann, ohne dass ein
übermäßiger Schlag von der Bordsteinkante oder dem Stein auf den Rahmen des Fahrrads übertragen wird. Beim Erreichen des
Hindernismaximums wird das Rad maximal abgebremst, so dass ein durch die Trägheit der ungefederten Massen bedingtes, weiteres und somit schädliches Einfahren des Rades unterbunden wird, womit ein Kontaktverlust zur Fahrbahn verhindert wird. Dadurch ist die Sicherheit sowie der Komfort des Fahrers beim Fahren erhöht und die Radlastschwankung des gefederten Rades
vermindert, so dass der Reifen-Fahrbahnkontakt erhöht ist.
Die Hubanregung ist als der Impuls definiert, der innerhalb seines Einwirkzeitraumes, d.h. der Anregungsdauer, das
Verfahren des Dämpferbeins verursacht. Das Hubanregungsmaximum ist die maximale Hubhöhe eines theoretischen, kaum gedämpften
Dämpferbeins , die durch diese Impulseinwirkung verursacht wird.
Das Hindernismaximum ist der maximale Höheunterschied des
Hindernisses bezogen auf das Höhenniveau der das Hindernis umgebenden Fahrbahn, den das Dämpferbein beim Überrollen des
Hindernisses überwinden muss.
In der Regel vollzieht der Fahrer des Fahrrads beim Pedalieren eine rhythmische Gewichtsverlagerung, wodurch das Fahrrad in eine Wippbewegung gebracht wird. Leitet der Fahrer des Fahrrads dagegen ein abruptes Bremsmanöver ein, führt das dabei am
Fahrzeugschwerpunkt angreifende Nickmoment zu starkem Einfahren des Dämpferbeins des Vorderrades und zeitgleicht zu starkem Ausfahren des Dämpferbeins des Hinterrades. Pedalierinduzierte Wippbewegungen und bremsinduzierte Ein- und Ausfahrbewegungen des Dämpferbeins werden tendenziell als störend empfunden und können sogar bei einem zu großen Ausmaß zu einem
Sicherheitsrisiko für den Fahrer werden. Somit ist es ferner wünschenswert, dass während dieser unerwünschten
Dämpferbeinbewegungen die Dämpferbeinwiderstandskraft möglichst schnell, sehr stark ansteigt, wodurch diese Hubanregungen von dem Dämpferbein abgeschwächt werden, noch bevor das Dämpferbein weit einfahren kann, so dass eine Fahrt bei hohem Komfort und mit hoher Sicherheit möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dämpferbein mit einem
hydraulischen Stoßdämpfer und ein Verfahren zum Betreiben des Dämpferbeins zu schaffen, mit dem eine komfortable und sichere Fahrt ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 3 und 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Dämpferbein weist einen hydraulischen Stoßdämpfer, der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen aufweist, eine
Einfahrdetektionseinrichtung, die mit dem Stoßdämpfer zum
Detektieren eines Starts und eines Endes eines Einfahrens des Stoßdämpfers gekoppelt ist, sowie eine ein Tellerventil mit einem Ventilteller aufweisende Druckstufendrossel auf, durch die beim Einfahren des Stoßdämpfers das Dämpferfluid strömt, wodurch von dem Ventilteller eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die Druckstufendrossel zum Vorspannen des Ventiltellers entgegen der Durchströmungsrichtung des
Tellerventils ein Vorspannmittel, das zumindest in einem
Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers eine Kraft-Weg- Kennlinie hat, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist und einen Wert K hat, und einen Vorspannungsgeber aufweist, der das Vorspannmittel mit dem Ventilteller kuppelt und mit der Einfahrdetektionseinrichtung verschaltet ist, dass beginnend mit dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers der Wert K von einem einzigen Startwert über eine erste Zeitspanne anhebbar ist .
Der Vorspannungsgeber des Dämpferbeins ist bevorzugt so mit der Einfahrdetektionseinrichtung verschaltet, dass der Wert (K) auf den Startwert zurückgesetzt ist, sobald die
Einfahrdetektionseinrichtung ein Ende des Einfahrens
detektiert. Alternativ weist das Dämpferbein eine Ausfahrdetektionseinrichtung auf, die mit dem Stoßdämpfer zum Detektieren eines Starts eines Ausfahrens des Stoßdämpfers gekoppelt ist, und so mit dem Vorspannungsgeber verschaltet ist, dass beginnend mit dem Ausfahren des Stoßdämpfers der Wert (K) innerhalb der Dauer einer zweiten Zeitspanne auf den
Startwert absenkbar ist.
Das Dämpferbein weist bevorzugt eine Zugstufendrossel auf, die parallel zur Druckstufendrossel und somit parallel zum
Tellerventil geschaltet und beim Ausfahren des Stoßdämpfers von dem Dämpferfluid durchströmt ist, so dass beim Ausfahren des Stoßdämpfers der Ventilteller auf einen Ventiltellersitz des Tellerventils gedrückt ist.
Das alternative erfindungsgemäße Dämpferbein weist einen hydraulischen Stoßdämpfer, der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen aufweist, eine
Ausfahrdetektionseinrichtung, die mit dem Stoßdämpfer zum
Detektieren eines Starts eines Ausfahrens des Stoßdämpfers gekoppelt ist, sowie eine ein Tellerventil mit einem
Ventilteller aufweisende Zugstufendrossel auf, durch die beim Ausfahren des Stoßdämpfers das Dämpferfluid strömt, wodurch von dem Ventilteller eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die Zugstufendrossel zum Vorspannen des
Ventiltellers entgegen der Durchströmungsrichtung des
Tellerventils ein Vorspannmittel, das zumindest in einem
Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers eine Kraft-Weg- Kennlinie hat, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist und einen Wert K hat, und einen Vorspannungsgeber aufweist, der das Vorspannmittel mit dem Ventilteller kuppelt und mit der Ausfahrdetektionseinrichtung verschaltet ist, das beginnend mit dem Start des Ausfahrens des Stoßdämpfers der Wert K von einem einzigen Startwert über eine erste Zeitspanne anhebbar ist. Der Vorspannungsgeber des alternativen Dämpferbeins ist
bevorzugt so mit der Ausfahrdetektionseinrichtung verschaltet, dass der Wert (K) auf den Startwert zurückgesetzt ist, sobald die Ausfahrdetektionseinrichtung ein Ende des Ausfahrens detektiert. Alternativ weist das alternative Dämpferbein eine Einfahrdetektionseinrichtung auf, die mit dem Stoßdämpfer zum Detektieren eines Starts eines Einfahrens des Stoßdämpfers gekoppelt ist, und so mit dem Vorspannungsgeber verschaltet ist, dass beginnend mit dem Einfahren des Stoßdämpfers der Wert (K) innerhalb einer zweiten Zeitspanne auf den Startwert absenkbar ist.
Das alternative Dämpferbein weist bevorzugt eine
Druckstufendrossel auf, die parallel zur Zugstufendrossel und somit parallel zum Tellerventil geschaltet und beim Ausfahren des Stoßdämpfers von dem Dämpferfluid durchströmt ist, so dass beim Einfahren des Stoßdämpfers der Ventilteller auf einen Ventiltellersitz des Tellerventils gedrückt ist.
Das weitere alternative erfindungsgemäße Dämpferbein weist alle Merkmale der beiden anderen alternativen erfindungsgemäßen Dämpferbeine auf. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des
erfindungsgemäßen Dämpferbeins weist die Schritte auf: Starten des Verfahrens des Stoßdämpfers; beginnend mit dem Start des Verfahrens des Stoßdämpfers, Anheben der Vorspannung (K) des Ventiltellers von dem Startwert über die erste Zeitspanne ausschließlich durch den Vorspannungsgeber.
Sobald die erste Zeitspanne erreicht ist, wird bevorzugt die Vorspannung des Ventiltellers auf einem Maximalwert gehalten. Bevorzugt wird sodann die Richtung des Verfahrens des
Stoßdämpfers umgekehrt, wobei bevorzugt beginnend mit der
Richtungsumkehr des Stoßdämpfers die Vorspannung auf den
Startwert über die zweite Zeitspanne abgesenkt wird.
Der Erfindung liegt folgende Beobachtung zugrunde: Trotz völlig unterschiedlich hoher Hubanregungsmaxima ist die Anregungsdauer der Hubanregung durch unterschiedliche Hindernisse, wie z.B. durch die Bordsteinkante oder durch den niedrigeren Stein, und damit auch die Anregungsdauer der dadurch ausgelösten, erwünschten Verfahrbewegungen des Dämpferbeins annähernd gleich lang. Dies gilt insbesondere bis zum Erreichen des jeweiligen Hindernis- bzw. Hubanregungsmaximums. Die Anregungsdauer der Hubanregung ändert sich über den Bereich der typischen
Fahrgeschwindigkeiten des Fahrrades nur in geringen Ausmaß und ist deutlich kürzer als die meist um ein vielfaches längere Anregungsdauer, wie sie sowohl durch Wippanregungen als auch durch bremsinduzierte Hubanregungen verursacht wird, die unerwünschte Verfahrbewegungen des Stoßdämpfers auslösen.
Vergleicht man dagegen die Amplituden der Hubanregungen der erwünschten und unerwünschten Stoßdämpferbewegungen
miteinander, so lässt sich kein unterscheidendes quantitatives Merkmal zwischen den beiden Gruppen erkennen. Gleiches gilt für die Ein- oder Ausfahrgeschwindigkeiten des Dämpferbeins . Diese Zusammenhänge zeigten sich sowohl beim Ein- als auch beim
Ausfahren des Stoßdämpfers.
Die Vorspannung des Ventiltellers wird mit dem Vorspannmittel erzielt. Dadurch, dass das Vorspannmittel via den
Vorspannungsgeber mit dem Ventilteller gekoppelt ist, ist mit dem Vorspannungsgeber die Vor Spannung des Ventiltellers dosierbar. Erfindungsgemäß wird die Vorspannung des
Ventiltellers mit dem Vorspannungsgeber derart dosiert, dass beim Start des Einfahrens des Stoßdämpfers die Vorspannung dem Startwert entspricht. Ausgehend von dem Startwert wird mit dem Vorspannungsgeber die Wirkung des Vorspannmittels auf den
Ventilteller mit der Zeit verstärkt, bis das Ende des
Einfahrens eintritt oder die erste Zeitspanne abgelaufen ist. Beim Start des Einfahrens des Stoßdämpfers mildert der
Vorspannungsgeber die Wirkung des Vorspannmittels auf das Tellerventil derart ab, dass zum Start des Einfahrens des Stoßdämpfers das Tellerventil lediglich mit dem Startwert vorgespannt ist. Ab dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers nimmt die abmildernde Wirkung des Vorspannungsgebers ab, so dass über die erste Zeitspanne immer stärker die
Vorspannungskraft des Vorspannmittels auf das Tellerventil übertragen wird. Am Ende der ersten Zeitspanne ist die
abmildernde Wirkung des Vorspannungsgebers auf die Übertragung der Vorspannungskraft des Vorspannmittels auf das Tellerventil nicht mehr vorhanden oder zumindest reduziert. Das Ende der ersten Zeitspanne fällt nicht notwendigerweise mit dem Ende des Einfahrens des Stoßdämpfers zusammen und ist insbesondere nach praktischen Gesichtspunkten frei wählbar.
Der Vorspannungsgeber ist zwischen dem Vorspannmittel und dem Tellerventil geschaltet, wodurch die Stärke der mechanischen Kopplung zwischen dem Vorspannmittel und dem Ventilteller von dem Vorspannungsgeber manipulierbar ist. Somit wird der
Ventilteller von dem Vorspannmittel entsprechend dessen
Kennliniencharakteristik stets vorgespannt, wobei das Niveau der Vorspannung von dem Vorspannungsgeber während der ersten Zeitspanne vorgegeben wird. Mit dem Vorspannungsgeber wird lediglich die Intensität der Übertragung der Vorspannungskraft von dem Vorspannmittel auf das Tellerventil entsprechend erfindungsgemäß gesteuert, wobei zu jedem Zeitpunkt die
Charakteristik der Kraft-Weg-Kennlinie des Vorspannmittels unverändert bleibt, wodurch die Charakteristik der Kraft-Weg- Kennlinie der Vorspannung des Ventiltellers ebenfalls
unverändert bleibt.
Erfindungsgemäß ist die erste Ableitung nach dem Ventilhub der Kraft-Weg-Kennlinie im Wesentlichen Null, wodurch in jedem Zeitpunkt für sich genommen die Vorspannung des Tellerventils konstant ist. Bei unterschiedlichen Einfahrgeschwindigkeiten des Stoßdämpfers ist das Tellerventil aufgrund der entsprechend unterschiedlichen Verdrängungswirkungen des Dämpferfluids bei unterschiedlichen Ventilhüben angeordnet. Da die Kraft-Weg- Kennlinie im Wesentlichen konstant über den Ventilhub ist, ist die Vorspannung des Tellerventils in jeden Zeitpunkt für sich genommen unabhängig von der Einfahrgeschwindigkeit des
Stoßdämpfers . Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Vorspannmittel und der Ventilteller via den Vorspanngeber so gekuppelt sind, dass die zum Vorspannen des Vorspannmittels benötigte Kraft durch eine am Tellerventil entstehende Druckdifferenz des Dämpferfluides erzeugt wird, wobei die für das Vorspannen des Vorspannmittels notwendige physikalische Arbeit von dem
Dämpferfluid verrichtet wird, das aus dem Dämpfervolumen geströmt ist und den Ventiltellersitz noch nicht passiert hat.
Dadurch, dass die Vorspannung des Tellerventils in jeden
Zeitpunkt für sich genommen unabhängig von der
Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers ist, ist folglich auch die am Tellerventil entstehende Druckdifferenz des
Dämpferfluides nur von der Vorspannung des Ventiltellers durch das Vorspannmittel abhängig, aber nicht von der momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Dämpferbeins . Weil diese
Druckdifferenz via die Kopplung über den Vorspannungsgeber die Kraft erzeugt, die das elastische Vorspannmittel zunehmend vorspannt - wobei das Dämpferfluid die dazu notwendige
physikalische Arbeit verrichtet - ist auch die Zunahme der Vorspannung des Vorspannmittels ebenfalls unabhängig von der momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers. Somit ist die erste Zeitspanne, die benötigt wird um die Vorspannung des Vorspannmittels vom Startwert auf den Maximalwert anzuheben und damit den Ventilteller vorzuspannen, ebenfalls unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeiten des Dämpferbeins und somit selbst bei unterschiedlichen Hubgeschwindigkeitsverläufen des
Dämpferbeins immer annähernd gleich lang, wodurch wiederum die Einfahrwiderstandskraft des Stoßdämpfers besonders vorteilhaft immer in gleicher Weise lediglich von seiner Einfahrdauer abhängig ist.
Ist beispielsweise der Vorspannungsgeber derart eingerichtet, dass er bei der Hälfte der ersten Zeitspanne die Wirkung der Vorspannung entsprechend der Kraft-Weg-Kennlinie um 50 % reduziert, ergibt sich die Vorspannung des Ventiltellers als die Hälfte des Maximalwerts des Werts K unabhängig davon, wie hoch die Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers ist.
Vermindert beispielsweise der Vorspannungsgeber die Übertragung der Vorspannung von dem Vorspannmittel auf den Ventilteller bei 75 % der ersten Zeitspanne auf 80 %, so ist zu diesem Zeitpunkt die Vorspannung des Ventiltellers bei 20 % der maximalen Vorspannung wiederum unabhängig davon, bei welchem Ventilhub der Ventilteller momentan aufgrund der entsprechend
vorliegenden Einfahrgeschwindigkeit angehoben ist. Mit Hilfe des Vorspannungsgebers wirkt das Vorspannmittel auf den Ventilteller erst allmählich und zeitverzögert, wobei die stärkste Vorspannung, auf den Ventiltellers erst am Ende der ersten Zeitspanne oder am Ende des Einfahrens, je nachdem welcher Zeitpunkt früher eintritt, ausgeübt wird. Jedoch ist zu jedem Zeitpunkt des Einfahrens die Vorspannung des
Ventiltellers unabhängig von seinem momentanen Ventilhub.
Ein Rad eines Fahrrads ist beispielsweise mit dem Dämpferbein am Rahmen des Fahrrads aufgehängt. Beispielweise fährt das Fahrrad auf eine Bordsteinkante zu. In dem Zeitpunkt, in dem das Rad auf die Bordsteinkante trifft, wird ein heftiger
Schlag, also eine Hubanregung von hoher Amplitude innerhalb einer äußerst kurzen Dauer von der Bordsteinkante auf das Rad und somit auf das Dämpferbein übertragen. Das Dämpferbein startet nun mit dem Einfahren, das von der
Einfahrtdetektionseinrichtung detektiert wird, womit die erste Zeitspanne startet. Die Vorspannung des Ventiltellers durch das Vorspannmittel entspricht dem Startwert, unabhängig von der Stärke des Schlags und insbesondere unabhängig von einer beim Start des Einfahrens vorhandenen momentanen Hubposition des
Dämpferbeins . Zum Beginn des Einfahrens ist die Vorspannung des Ventiltellers mit dem Startwert minimal, wodurch hervorgerufen durch die große Stärke des Schlags die Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers hoch ist. Etwa eine Verstärkung der
Vorspannung des Vorspannmittels und damit der Vorspannung des Ventiltellers des Stoßdämpfers seitens des Vorspannungsgebers tritt über den Einfahrhub des Stoßdämpfers nur sehr allmählich ein, weil es dem Stoßdämpfer ermöglicht ist, innerhalb der (für jede Hubanregung immer gleich langen) ersten Zeitspanne, die der Vorspanngeber benötigt, um den Ventilteller maximal
vorzuspannen, einen langen Einfahrhub auszuführen. Idealerweise kann die Dauer der ersten Zeitspanne so eingestellt werden, dass die höchste Dämpferbeinwiderstandskraft erst bei Erreichen des Hindernismaximums durch Dämpferbein erreicht wird. Ist die erste Zeitspanne, dagegen so gewählt, dass sie bei Erreichen des Maximaleinfahrhubes am Hindernismaximum noch nicht
abgelaufen ist, so werden auch die maximalen
Dämpferbeinwiderstandskräfte bei solchen Hindernissen erst gar nicht erzielt, wodurch eine maximale Komforteinstellung des Stoßdämpfers erreicht ist.
Die möglichst vollständige Absorption des beschriebenen
Hindernisses ist nur möglich, weil der Ventilteller die
erfindungsgemäße Öffnungskennlinie hat, womit er bei der äußerst hohen momentanen Einfahrgeschwindigkeit des
Stoßdämpfers, die beim Überwinden der Bordsteinkante
kurzfristig entsteht, einen sehr hohen Öffnungsgrad hat, ohne dass sich dadurch die Vorspannung des Ventiltellers erhöht. Dadurch ist die Dämpfungskraft des Tellerventils zu jedem
Zeitpunkt für sich genommen unabhängig von der momentanen, in diesem Fall sehr hohen Einfahrgeschwindigkeit , wodurch ein Verhärten des Stoßdämpfers erst vollständig verhindert wird und die Dämpferbeinwiderstandskraft somit rein von dem bereits verstrichenen Anteil der ersten Zeitspanne und des dabei übertragenen Vorspannungwertes K durch den Vorspannungsgeber bestimmt wird. Gleichzeitig ist dadurch die erste Zeitspanne trotz der hohen Verfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers annähern immer gleich lang.
Somit wird der beim Hochfahren des Rads auf die Bordsteinkante überwundene Höhenunterschied von dem Dämpferbein ausgeglichen, wodurch die von der Bordsteinkante verursachte Unebenheit gut überwunden und von einem Fahrradfahrer kaum wahrgenommen wird. Beim Erreichen des Hindernismaximums wird das Rad dann bereits maximal abgebremst, so dass ein weiteres, schädliches Einfahren des Dämpferbeins und somit des Rades, und damit ein
Kontaktverlust zur Fahrbahn, unterbunden werden.
Da wie beschrieben die Anregungsdauer des Dämpferbeins für unterschiedliche Hindernistypen, insbesondere bis zum Erreichen ihrer Hindernis- bzw. Hubanregungsmaxima, nur sehr begrenzt variiert, erzeugt der Stoßdämpfer, bedingt durch die so voreingestellte, immer gleich lange erste Zeitspanne, die der Vorspanngeber ab dem ersten Auftreffen des Rades auf das
Hindernis benötigt, um die Vorspannung des Vorspannmittels auf ihren Maximalwert anzuheben, die höchste
Dämpferbeinwiderstandskraft zuverlässig erst im Bereich dieser Hindernismaxima - unabhängig davon wie hoch dabei seine
Einfahrgeschwindigkeit am jeweiligen Hindernistyp ist und welche Hubamplituden er dabei erreicht.
Anders dagegen verhält sich das Dämpferbein mit dem
erfindungsgemäßen Stoßdämpfer, wenn eine unerwünschte
Verfahrbewegung, verursacht durch eine lang andauernde
Hubanregung wie sie typischer Weise z.B. beim Pedalieren oder bei einem vom Fahrer eingeleiteten Bremsvorgang entsteht, eintritt. Sofort findet eine sehr schnelle Erhöhung der
Vorspannung des Vorspannmittels über den Einfahrhub des
Stoßdämpfers statt, weil es dem lange einfahrenden Stoßdämpfer nur ermöglicht ist, in der (für jede Hubanregung immer gleich langen) ersten Zeitspanne, die der Vorspanngeber benötigt, um den Wert K von seinem Startwert auf den Maximalwert anzuheben und so den Ventilteller maximal elastisch vorzuspannen, einen relativ zur maximalen Amplitude der Hubanregung sehr kurzen Einfahrhub auszuführen. Höhere Dämpferbeinwiderstandskräfte werden so bereits am Beginn des Einfahrhubes innerhalb eines Bruchteils der maximalen Hubamplitude deutlich vor dem
Hubanregungsmaximum aufgebaut, so dass beispielsweise ein
Bremstauchen des Vorderrades oder eine rhythmische
Gewichtsverlagerung des Fahrradfahrers beim Pedalieren von dem Dämpferbein unter Erhöhung der Dämpferbeinwiderstandskraft stark gedämpft werden. Das ist aber nur möglich, weil das Tellerventil bei den dabei herrschenden, eher geringeren, aber durchaus stark variierenden momentanen Einfahrgeschwindigkeiten des Dämpferbeins ausreichende und vor allem gleich hohe
Dämpfungskräfte generieren kann, da erfindungsgemäße
Öffnungskennlinie des Ventiltellers auf Grund ihrer vom
Öffnungsgrad des Ventiltellers unabhängigen Vorspannung
unabhängig von der momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Dämpferbeins ist. Die Dämpferbeinwiderstandskraft ist somit rein von dem bereits verstrichenen Anteil der ersten Zeitspanne und des dabei erzielten Vorspannungwertes K durch den
Vorspannungsgeber bestimmt und gleichzeitig ist die erste
Zeitspanne, trotz der unterschiedlichen
Verfahrgeschwindigkeiten des Stoßdämpfers, annähern immer gleich lang.
Besonders vorteilhaft zeigt sich das beschriebene Verhalten des Dämpferbeins , wenn das Vorderrad des Fahrrades zum Beginn einer lang andauernden Hubanregung, z.B. während eines starken
Bremsvorgangs, also während eines sehr starken Anstieges der Dämpferbeinwiderstandskraft in Relation zum Einfahrhub, auf ein großes Hindernis wie die Bordsteinkante trifft. Sofort erhöht sich der Öffnungsgrad des Ventiltellers ohne dabei das
Vorspannmittel weiter vorzuspannen, wodurch sich zeitgleich und nahezu verzögerungsfrei der Einfahrhub verlängert, den das Dämpferbein ausführt, während der Vorspanngeber innerhalb der (für jede Hubanregung immer gleich langen) ersten Zeitspanne die Vorspannung K des Vorspannmittels vom Start- auf den
Maximalwert anhebt. Dadurch flacht sich der Anstieg der
Dämpferbeinwiderstandskraft über den Einfahrhub des
Dämpferbeins sofort ab. Damit gibt das Dämpferbein nahezu verzögerungsfrei mehr Einfahrhub für das auftretende Hindernis frei, wodurch es wesentlich besser absorbiert werden kann. Ist das Hindernis bei weiter bestehendem Bremsvorgang überwunden, ohne dass dabei die maximale Vorspannung und damit die maximale Dämpferbeinwiderstandskraft erreicht wurde, stellt sich sofort danach der Steigungsgradient des
Dämpferbeinwiderstandskraftverlaufes über den weiteren
Einfahrhub des Stoßdämpfers wieder ein, der vor dem auftreffen des Rades auf die Bordsteinkannte herrschte, wodurch das
Bremstauchen, das nun entstehen würde, verhindert wird. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Dämpferbeins und das erfindungsgemäße Betreiben des Dämpferbeins hat das Dämpferbein eine dynamisch erzeugte Kraft-Weg-Kennlinie, die abhängig von der Einfahrdauer aber unabhängig von der Hubgeschwindigkeit variiert. Diese Charakteristik führt dazu, dass sich das
Dämpferbein während des Einfahrhubes nahezu wie eine in ihrer Kraft-Weg-Kennlinie veränderbare Fahrzeugfederung verhält, da auch die Fahrzeugfederung unabhängig von der Hubgeschwindigkeit ist und eine Kraft-Weg-Kennlinie hat. Auf Grund dieser Merkmale emuliert das erfindungsgemäße Dämpferbein, insbesondere beim Einfahren, in vielen Einsatzbereichen eine sogenannte aktive Federung. Diese wirkt unerwünschten Einfahrhubbewegungen, wie z.B. dem erwähnten Bremstauchen, durch eine dynamische Erhöhung der Federkennlinie der Federung des Fahrzeugs entgegen, indem sie über einen mit einer Sensorik und Steuerelektronik
gesteuerten Aktor die Fahrwerksfeder (z.B. eine
Spiraldruckfeder) , die während durch die bremsbedingte
Hubanregung einfedert, von ihrem karrosserieseitigen Ende her synchron und zusätzlich zum Einfedern zusammendrückt. Dadurch wird im Ergebnis, genau wie beim erfindungsgemäßen Dämpferbein, die Kraft-Weg-Kennlinie der Radaufhängung dynamisch erhöht und das Bremstauchen stark abgemildert. Die dynamische Kennlinienerhöhung geschieht beim
erfindungsgemäßen Dämpferbein allerdings nahezu
verzögerungsfrei und wesentlich schneller als bei der meist elektronisch über eine Sensorik/Aktorik gesteuerten aktiven Federung, da die Reaktionszeit der erfindungsgemäßen Anordnung nur von dem detektieren des Start des Verfahrvorgangs des
Dämpferbeins und den Massen seiner Ventilanordnung abhängig ist, nicht aber noch zusätzlich von der Reaktionszeit einer Sensorik/Elektronik/Aktorik, die die Radbewegung mit all ihren quantitativen Werten während des gesamten Vorgangs erst
erfassen und verarbeiten und ihr anschließend entsprechend kontinuierlich unter großem Kraft- und Energieeinsatz
entgegensteuern muss. Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Dämpferbein, bei ähnlichem Resultat, nur die Vorspannung des Ventilsystems erfindungsgemäß moduliert werden muss, und weil es auf Grund der wenigen und wesentlich einfacheren Komponenten auch deutlich leichter ausgeführt werden kann, ist es besonders vorteilhaft in Fahrzeugen mit einer geringen verfügbaren Energie, wie z.B. Fahrrädern, E-Bikes und Elektroautos
eingesetzt .
Sobald die Einfahrphase des Dämpferbeins beendet ist und es mit der Ausfahrphase startet beginnen sich das Vorspannmittel in seiner Vorspannung innerhalb der zweiten Zeitspanne auf den Startwert zurückzustellen. Die zweite Zeitspanne dauert
wesentlich kürzer, insbesondere ist sie kürzer als halb so lang, als die erste Zeitspanne, die der Vorspannungsgeber benötigt, um die Vorspannung des Vorspannungsmittels vom Start¬ auf den Maximalwert anzuheben. Sobald ein erneutes Einfahren des Stoßdämpfers eintritt, ist das Vorspannmittel dadurch in seiner Vorspannung auf seinen Startwert zurückgesetzt, so dass die Vorspannung des Tellerventils und somit die
Dämpferbeinwiderstandskraft erneut minimal ist. Dadurch ist der Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf beim erneuten Start des Einfahrens weitestgehend unabhängig von der bei diesem Start des Einfahrens vorhandenen Hubposition des Stoßdämpfers. Dadurch, dass gemäß dem ersten alternativen Dämpferbein die
Zugstufendrossel parallel zur Druckstufendrossel bzw. gemäß dem zweiten alternativen Dämpferbein die Druckstufendrossel
parallel zur Zugstufendrossel geschaltet ist, wird am Ende des Einfahrens bzw. des Ausfahrens des Stoßdämpfers das
Tellerventil zurück auf den Tellerventilsitz bewegt. Somit ist beim erneuten Starten des Einfahrens bzw. des Ausfahrens des Stoßdämpfers das Tellerventil geschlossen, wodurch trotz der verminderten Vorspannung des Ventiltellers beim Start des
Einfahrens die Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist.
Das für das erste alternative Dämpferbein beschriebene gilt in analoger Weise für das zweite alternative Dämpferbein und das dritte alternative Dämpferbein. Bevorzugtermaßen ist das Vorspannmittel elastisch, wodurch die Vorspannung auf den Ventilteller erzeugbar ist, wobei das
Vorspannmittel via den Vorspannungsgeber mit dem Ventilteller unmittelbar gekuppelt ist und der Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers um so viel kleiner als der Hub des
Vorspannmittels ist, dass die Kraft-Weg-Kennlinie im Bereich des Ventilhubs im Wesentlichen den konstanten Wert hat.
Alternativ ist es bevorzugt, dass das Vorspannmittel elastisch ist, wodurch die Vorspannung auf den Ventilteller erzeugbar ist, wobei das Vorspannmittel via den Vorspannungsgeber mit dem Ventilteller mittelbar über ein Getriebe gekuppelt ist, mit dem der Ventilhub des Ventiltellers und der Hub des Vorspannmittels in einem Übersetzungsverhältnis zueinander stehen, dass die Kraft-Weg-Kennlinie im Bereich des Ventilhubs im Wesentlichen den konstanten Wert hat.
Das Getriebe ist bevorzugt ein Hebel, dessen Hebelarm, an dem der Ventilteller angreift, länger ist, als dessen Hebelarm, an dem das Vorspannmittel angreift. Das Vorspannmittel ist
bevorzugtermaßen von einer Schraubenfeder und der
Vorspannungsgeber ist bevorzugtermaßen von einer Kupplung gebildet, mit der die Federkraft der Schraubenfeder steuerbar ist, via die die Schraubenfeder mit dem Ventilteller zur
Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt. Bevorzugt ist die
Kupplung ein Übertragungsstab mit einer Rutschkupplung, der zwischen der Schraubenfeder und dem Ventilteller abgestützt ist, so dass via den Übertragungsstab die Federkraft der
Schraubenfeder auf den Ventilteller übertragbar ist. Mit der Rutschkupplung ist der Übertragungsstab in zwei Hälften
geteilt, wobei die eine Hälfte in die andere Hälfte
längsverfahrbar eingreift. Beim Verfahren der beiden Hälften zueinander wirkt eine Reibungskraft, die der Federkraft
entgegenwirkt. Dadurch, dass die ineinander verfahrbaren
Hälften des Übertragungsstabs mit sich verjüngenden
Querschnitten ausgestaltet sind, verändert sich die
Reibungskraft in Abhängigkeit des Grads des Eingriffs. Ferner weist die Rutschkupplung bevorzugt einen Anschlag auf, dass, wenn mindestens einer der beiden Hälften des Übertragungsstabs am Anschlag anliegt, die Hälften des Übertragungsstabs der Rutschkupplung im größten Eingriff stehen. Als Alternative ist es bevorzugt, dass das Vorspannmittel von einer Gasfeder und der Vorspannungsgeber von einem
Druckreduzierventil gebildet ist, mit dem die Federkraft der Gasfeder steuerbar ist, via die die Gasfeder mit dem
Ventilteller zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
Weiterhin ist das Vorspannmittel bevorzugt von einem
Elektromagneten und der Vorspannungsgeber von einer
elektrischen Stromsteuerung gebildet, mit der die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds steuerbar ist, via das der Elektromagnet mit dem Ventilteller zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt. Außerdem ist das Vorspannmittel alternativ bevorzugt von einem Permanentmagneten und der
Vorspannungsgeber von einer Positionierungseinrichtung
gebildet, mit der der Permanentmagnet im variablen Abstand zum Ventilteller positionierbar ist, wodurch die magnetische Kraft steuerbar ist, die am Ventilteller wechselwirkt und via die der Permanentmagnet mit dem Ventilteller zur Erzeugung der
Vorspannung wechselwirkt.
Bevorzugtermaßen ist der Bereich des Ventilhubs der gesamte Ventilhub des Ventiltellers. Ferner ist es bevorzugt, dass der Startwert Null ist. Beim bevorzugten Verfahren zum Betreiben des Dämpferbeins liegt die erste Zeitspanne zwischen 0,01 und 0,8 Sekunden,
insbesondere zwischen 0,05 und 0,5 Sekunden. Diese erste
Zeitspannen sind vorteilhaft geeignet mit dem Dämpferbein
Einfahrbewegungen komfortabel zu dämpfen.
Bevorzugt ist außerdem, dass das Anheben der Vorspannung des Ventiltellers von dem Startwert auf den konstanten Wert über die erste Zeitspanne linear, degressiv oder progressiv erfolgt. Außerdem ist es bevorzugt, dass der konstante Wert der
Vorspannung des Ventiltellers derart gewählt wird, dass beim Auftreten der konstruktionsbedingt vorhandenen maximal
zulässigen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers nach Ablauf der erste Zeitspanne die von dem Ventilteller erzeugte Dämpferbeinwiderstandskraft derart hoch ist, dass der
Stoßdämpfer gerade nicht einfährt und somit starr ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer
Ausführungsform des ersten alternativen erfindungsgemäßen Dämpferbeins ,
Figur 2 eine Skizze über die kinematischen Verhältnisse, wenn ein Rad auf eine Bordsteinkante fährt,
Figur 3 ein Diagramm über den zeitlichen Verlauf des
Einfahrwegs und der Einfahrgeschwindigkeit beim Hochfahren der Bordsteinkante,
Figur 4 Unterschiedliche Hubanregungen des Dämpferbeins mit jeweils ihrer spezifischen Anregungsdauer, Hubamplitude und Hubgeschwindigkeit,
Figur 5 ein Diagramm, das beispielhaft den Einfahrweg in
Abhängigkeit der Zeit beim Fahren auf unebenem Untergrund zeigt, und
Figuren 6 bis 9 Kennlinien einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Dämpferbeins .
Figur 1 zeigt ein Dämpferbein 1, das einen Stoßdämpfer 2 aufweist. Der Stoßdämpfer 2 weist einen Dämpferzylinder 3 auf, der in Figur 1 gesehen an seiner Unterseite einen
Dämpferzylinderkopf 4 aufweist, an dem ein Laufradauge 5 ausgebildet ist. Das Laufradauge 5 ist vorgesehen zur Aufnahme eines Laufrads, dessen Radaufhängung von dem Dämpferbein 1 gebildet ist. Ferner weist der Dämpferzylinder 3 an seiner dem Dämpferzylinderkopf 4 abgewandten Seite einen
Dämpferzylinderboden 6 auf, wobei zwischen dem
Dämpferzylinderkopf 4 und dem Dämpferzylinderboden 6 ein Volumen ausgebildet ist, das mit einem inkompressiblen
Dämpferfluid, beispielsweise Öl, gefüllt ist. In dem Volumen ist ein Dämpferkolben 7 mit einer Dämpferkolbenstange 8
längsverschiebbar angeordnet, wobei die Dämpferkolbenstange 8 durch eine Öffnung 8 im Dämpferzylinderboden 6 geführt ist. Am außenliegenden Längsende der Dämpferkolbenstange 8 ist ein Rahmenauge 10 ausgebildet, das vorgesehen ist an einem
Fahrzeugrahmen angelenkt zu sein. Von dem Dämpferkolben 7 ist das Volumen des Dämpferzylinders 3 in ein Dämpfervolumen 11 und ein Gegenvolumen 12 unterteilt, wobei das Dämpfervolumen 11 an der im Dämpferzylinderkopf 4 zugewandten Seite und das
Gegenvolumen 12 an der dem Dämpferzylinderboden 6 zugewandten Seite angeordnet sind. An der Dämpferkolbenstange 8 ist ein Anschlag 13 vorgesehen, der bei Erreichen des Maximalhubs des Dämpferbeins 1 am Dämpferzylinderboden 6 anliegt.
Das Dämpfervolumen 11 und das Gegenvolumen 12 sind fluidleitend mit einer Dämpferfluidleitung miteinander verbunden, so dass das Dämpferfluid beim Hin- und Herverschieben des
Dämpferkolbens 7 zwischen dem Dämpfervolumen 11 und dem
Gegenvolumen 12 kommuniziert. Beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 bewegt sich der Dämpferkolben 7 in Richtung zu dem
Dämpferzylinderkopf 4, so dass das Dämpfervolumen 11 sich verkleinert und das Dämpferfluid von dem Dämpfervolumen 11 in das Gegenvolumen 12 verdrängt wird. Beim Ausfahren des
Stoßdämpfers 2 vergrößert sich das Dämpfervolumen 11, wobei das Gegenvolumen 12 sich verkleinert, so dass von dem Gegenvolumen 12 in das Dämpfervolumen 11 Dämpferfluid transportiert wird. Das Überströmen von dem Dämpferfluid von dem Dämpfervolumen 11 zu dem Gegenvolumen 12 und umgekehrt ist verlustbehaftet, wodurch eine Widerstandskraft des Dämpferbeins 1 erzeugbar ist, die dem Einfahren bzw. dem Ausfahren des Stoßdämpfers
entgegenwirkt . Dadurch, dass beim Verfahren des Dämpferkolbens 7 in dem
Dämpferzylinder 3 die Dämpferkolbenstange 8 sich in
Abhängigkeit der Hubstellung des Stoßdämpfers 2 sich erstreckt, ist die daraus resultierende Verdrängungswirkung der Dämpferkolbenstange 8 mit Hilfe einer
Volumenausgleichseinrichtung 18 zu kompensieren. Die
Volumenausgleichseinrichtung 18 ist in die Dämpferfluidleitung zwischen dem Dämpfervolumen 11 und dem Gegenvolumen 12
eingebaut und weist einen Ausgleichszylinder 19 auf, in dem ein Ausgleichskolben 20 längsverschiebbar angeordnet ist. Die dem Dämpferfluid zugewandte Seite des Ausgleichskolbens 20 begrenzt in dem Ausgleichszylinder 19 ein Ausgleichsvolumen 22, das von dem Dämpferfluid geflutet ist. Die dem Dämpferfluid abgewandte Seite des Ausgleichskolbens 20 begrenzt in dem
Ausgleichszylinder 19 ein Puffervolumen 21, das mit einem kompressiblen Fluid, beispielsweise Luft, gefüllt ist.
Entsprechend der Verdrängungswirkung der Kolbenstange 8 ist der Ausgleichskolben 20 in dem Ausgleichszylinder 19 verschoben angeordnet, so dass mit dem Ausgleichsvolumen 22 die Änderung der Größe des Gegenvolumens 12 ausgeglichen ist.
Das Dämpferbein 1 weist ferner eine Zugstufendrossel 14 und eine Druckstufendrossel 16 auf, die parallel zueinander in die Dämpferluidleitung eingebaut sind. Die Zugstufendrossel 14 weist ein Zugstufenventil 15 auf, das als ein Rückschlagventil ausgebildet ist, das beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 in der Geschlossenstellung und beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 in der Offenstellung ist. In analoger Weise ist die
Druckstufendrossel 16 beim Einfahren des Stoßdämpfers 2
durchströmt und beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 nicht
durchströmt. Somit wird die Dämpferbeinwiderstandskraft beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 von den Strömungsverhältnissen in der Druckstufendrossel 16 und beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 von den Strömungsverhältnissen in der Zugstufendrossel 14 bestimmt .
Das Zugstufenventil 15 ist mit einer vorgespannten Kugel ausgebildet, wobei die Kugel beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 auf einen Sitz gepresst ist und beim Ausfahren des Stoßdämpfers von dem Sitz unter Überwinden ihrer Vorspannung abgehoben ist. Die Strömungsverhältnisse um die Kugel beim Ausfahren des
Stoßdämpfers 2 werden unter anderem durch die Stärke der Vorspannung der Kugel bestimmt, so dass durch eine entsprechende Dimensionierung der Vorspannung die
Dämpferbeinwiderstandskraft beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 einstellbar ist.
Die Druckstufendrossel 16 weist eine
Einfahrdetektionseinrichtung 23 auf, die von einem
Rahmenabstandssensor 24, einem Laufradabstandssensor 25 und einer Signalleitung 26 gebildet ist. Der Rahmenabstandssensor 24 ist an dem Rahmenauge 10 angebracht, wohingegen der
Laufradabstandssensor 25 am Dämpferzylinderboden 6 angebracht ist. Der Rahmenabstandssensor 24 und der Laufradabstandssensor 25 wechselwirken miteinander derart, dass mit der
Einfahrdetektionseinrichtung 23 der Beginn und das Ende des Einfahrens des Dämpferbeins 1 detektierbar ist. In der
Signalleitung 26 ist ein entsprechendes Signal bereitgestellt.
Die Druckstufendrossel 16 weist ferner ein Tellerventil auf, das von einem Ventilteller 30 und einem Ventiltellersitz 32 gebildet ist. Das Tellerventil ist derart in die
Dämpferfluidleitung eingebaut, dass beim Einfahren des
Stoßdämpfers 2 der Ventilteller 30 durch die Strömung des Dämpferfluids in der Dämpferfluidleitung von dem
Ventiltellersitz 32 weggedrückt wird, wodurch sich eine
Ventiltelleröffnung 31 ergibt. Beim Durchströmen der
Ventiltelleröffnung 31 ergeben sich in der Strömung des
Dämpferfluids Strömungsverluste, aus denen sich eine
Druckdifferenz des Dämpferfluides am Tellerventil und somit die Dämpferbeinwiderstandskraft beim Einfahren des Stoßdämpfers 2 ergibt. Beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 wird hingegen der
Ventilteller 30 von dem Dämpferfluid auf den Ventiltellersitz 32 gedrückt, so dass eine Durchströmung des Tellerventils unterbunden ist. Ein Ventilhub des Ventiltellers 30 ist der Verfahrweg des Ventiltellers 30 gegenüber dem Ventilsitz 32, so dass sich zwischen dem Ventilteller 30 und dem Ventilsitz 32 eine Ventilöffnung 31 ergibt. Zum Vorspannen des Ventiltellers 30 ist ein Vorspannmittel 28 vorgesehen, das via einen Vorspannungsgeber 27 mit dem
Ventiltellers 30 zum Übertragen einer Vorspannungskraft auf den Ventiltellers 30 gekoppelt ist. Der Vorspannungsgeber 27 ist an die Signalleitung 26 angeschlossen, wodurch von der
Einfahrdetektionseinrichtung 23 jeweils das Signal beim Start und beim Ende des Einfahrens des Stoßdämpfers 2 an den
Vorspannungsgeber 27 übertragbar ist. Das Vorspannmittel 28 ist von einem Elektromagneten gebildet, mit dem ein magnetisches Feld erzeugbar ist. Das magnetische Feld wechselwirkt mit dem Ventilteller 30 derart, dass es den Ventilteller 30 in Richtung zum Ventilsitz 32 hin vorspannt. Bedingt durch die in der Praxis üblicherweise in dem
Stoßdämpfer 2 und insbesondere in der Dämpferfluidleitung auftretenden Strömungsverhältnisse des Dämpferfluids sind die Ventilhübe des Ventiltellers 30 so gering, dass bei
unveränderter Stärke des magnetischen Felds, mit dem die
Vorspannung des Ventilteller 30 von dem Vorspannmittel 28 erzeugt wird, die Vorspannung des Ventiltellers 30 bei allen in der Praxis denkbaren Hubstellungen im Wesentlichen gleich ist. Somit hat über den gesamten Ventilhub des Ventiltellers 30 dessen Vorspannung eine Kraft-Weg-Kennlinie, deren erste
Ableitung im Wesentlichen Null ist und somit einen konstanten Wert K hat, wodurch unabhängig von einem momentanen Ventilhub des Ventiltellers 30 dessen Vorspannung gleich groß ist.
Der momentane Ventilhub des Ventiltellers 30 ergibt sich im Wesentlichen aus der momentanen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers 2. Bei einer hohen Einfahrgeschwindigkeit ist der Ventilhub groß und umgekehrt. Dadurch, dass die Vorspannung des Ventiltellers 30 unabhängig vom momentanen Ventilhub ist, ist die Vorspannung des Ventiltellers 30 unabhängig von der
momentanen Einfahrgeschwindigkeit .
Der Vorspannungsgeber 27 ist von einer elektrischen
Stromsteuerung gebildet, mit der der Elektromagnet betrieben und die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds steuerbar ist, via das der Elektromagnet mit dem
Ventilteller 30 zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt. Der Vorspannungsgeber 27 steuert die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds derart, dass, sobald der
Vorspannungsgeber 27 das Signal für den Start des Einfahrens empfangen hat, die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds ausgehend von einem Startwert angehoben wird. Diese Verstärkung erstreckt sich über eine
vorherbestimmte erste Zeitspanne, wobei an deren Ende die
Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds einen Maximalwert hat. Erreicht den Vorspannungsgeber 27 via die Signalleitung 26 das Signal, dass das Einfahren des
Stoßdämpfers 2 beendet ist, wirkt die elektrische
Stromsteuerung derart, dass die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds wieder auf den Starwert gesetzt wird .
Eine hohe Anforderung an das Dämpferbein 1 ist gestellt, wenn das Laufrad eine steile Unebenheit, wie beispielsweise eine Bordsteinkante, zu überwinden hat. Das Auftreffen des Laufrads auf die Bordsteinkante wird mit einem großen Schlag von der Bordsteinkante auf das Laufrad eingeleitet, wodurch als
Reaktion darauf der Stoßdämpfer 2 mit dem Einfahren beginnt. Dabei wird mit der Einfahrdetektionseinrichtung 23 das Signal in der Signalleitung 26 generiert, das den Beginn des
Einfahrens anzeigt. Gleichzeitig mit dem Beginn des Einfahrens beginnt die erste Zeitspanne.
Mit Hilfe des Vorspannungsgebers 27 ist die Stärke des
magnetischen Felds, mit dem von dem Vorspannmittel 28 die
Vorspannung des Ventiltellers 30 erzeugbar ist, dosierbar. Zu Beginn der ersten Zeitspanne, die mit dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers 2 beginnt, wird mit dem Vorspannungsgeber 27 die Stärke des magnetischen Felds als minimal eingestellt.
Somit lässt sich der Ventilteller 31 leicht von dem Ventilsitz 32 abheben. Dadurch, dass sich die Stärke der Vorspannung im Wesentlichen unabhängig von der Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers 2 ist, kann der Stoßdämpfer 2 zu Beginn der ersten Zeitspanne gleich sensibel auf unterschiedlich starke Stöße auf das Laufrad reagieren. Somit ist zu Beginn des Einfahrens des Stoßdämpfers 2 dieser weich in der Dämpfungswirkung, so dass der starke Stoß beim Auftreffen des Laufrads auf die
Bordsteinkante vom Dämpferbein 1 gut kompensiert werden kann.
Die erste Zeitspanne ist derart ausreichend lang gewählt, nämlich zwischen 0,01 und 0,8 Sekunden, dass der starke Stoß, der das Einfahren des Stoßdämpfers 2 ausgelöst hat, weich abgedämpft werden kann.
Ab dem Beginn der ersten Zeitspanne wird von dem
Vorspannungsgeber 27 das Vorspannmittel 28 derart angesteuert, dass die Stärke des magnetischen Felds kontinuierlich bis zum Ende der ersten Zeitspanne erhöht wird. Nach dem Ende der ersten Zeitspanne bleibt die Stärke des magnetischen Felds gleichbleibend hoch, bis von der Einfahrdetektionseinrichtung das Ende des Einfahrens des Stoßdämpfers 2 detektiert und per das Signal in der Signalleitung 26 an den Vorspannungsgeber 27 übertragen wird.
Durch das Zusammenwirken des Vorspannungsgebers 27 und des Vorspannmittels 28 wird erreicht, dass während der ersten
Zeitspanne und bis zum Ende des Einfahrens die Charakteristik der Vorspannung des Ventiltellers 30 (erste Ableitung der
Kraft-Weg-Kennlinie ist im Wesentlichen Null) gleichbleibend ist, wohingegen während der ersten Zeitspanne das Niveau der Vorspannung ausgehend von dem Startwert (insbesondere Null) angehoben wird.
Beim Ausfahren des Stoßdämpfers 2 wird die Zugstufendrossel 15 von dem Dämpferfluid durchströmt, wodurch Strömungsverluste entstehen. Dabei stellt sich in der Dämpferfluidleitung und in der Druckstufendrossel 16 eine Druckverteilung ein, die zum Schließen des Tellerventils führt, da der Ventilteller 30 auf den Ventilsitz 32 gedrückt wird. Dadurch ist der Ventilteller 30 für ein neues Einfahren in seine Startposition gebracht. In den Figuren 2 bis 9 sind die vorhergehend beschriebenen Verhältnisse qualitativ gezeigt. In Figur 2 sind die
kinematischen Verhältnisse gezeigt, wenn ein Laufrad 35, das die Laufradnabe 36 aufweist, auf einer Straße 37 rollt, die eine Bordsteinkante 38 aufweist. Hierzu ist in Figur 3 in einem Diagramm über eine Zeitachse 39 der Einfahrhub 40 und die Einfahrgeschwindigkeit 41 des Dämpferbeins 1 aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass sobald das Laufrad 35 auf die
Bordsteinkante 38 trifft, die Einfahrgeschwindigkeit 41 sprunghaft ansteigt, da der Einfahrhub 40 über die Zeit zuerst einen steilen Gradienten aufweist, der ab dem Beginn des Hubes über einen großen Teil des Hubverlaufes als steiler, annähernd linearer Anstieg dargestellt werden kann. Erst gegen Ende des Einfahrhubes wird der Gradient nach und nach flacher. Der Verlauf der Einfahrgeschwindigkeit über ein solches Hindernis, ist in dem annähernd linearen Bereich des Hubes daher nahezu konstant und quantitativ von äußerst hohem Wert. Dadurch wird ein sehr starker Schlag auf das Laufrad 35 übertragen.
Generiert ein Dämpferbein bereits zu diesem Beginn eines solchen Hubes sehr hohe Dämpferbeinwiderstandskräfte, so wird der Schlag sehr hart gedämpft und führt zu einer sehr starken Übertragung der Anregung auf den Rahmen des so gedämpften Fahrzeuges und somit auf den Fahrer. Aus diesem Grund sind die Komponenten des Dämpferbeines 1 so gekuppelt und verschaltet, das der Wert K der Vorspannung des Vorspannmittels 28 des Ventiltellers 30 zu Beginn eines solchen Hubes des
Dämpferbeines 1 immer bei einem einzigen Startwert, der insbesondere minimal oder Null ist, beginnt und über die erste Zeitspanne auf den Maximalwert angehoben wird, wodurch ein solcher Schlag sanft gedämpft wird und zu einer schwachen Übertragung der Anregung auf den Rahmen des so gedämpften Fahrzeuges und somit auf den Fahrer führt. Es werden im Bereich des Hubanregungsmaximums 56 bereits die maximalen
Dämpferbeinwiderstandskräfte durch eine maximale Übertragung der Vorspannung auf den Ventilteller 30 durch den
Vorspannungsgeber 27 erreicht, so dass das Einfahren des
Dämpferbeines 1 und damit des Laufrades 35 des Fahrzeuges, maximal gebremst wird, um ein weiteres, schadhaftes Einfahren und damit einen Kontaktverlust des Laufrads 35 zur Straße 37 zu verhindern .
In Figur 4 ist der Verlauf unterschiedlicher Hubamplituden eines theoretischen, kaum gedämpften Dämpferbeins am Vorderrad eines Fahrrades bei auf ihn wirkenden Hubanregungen über die Zeitachse 39 gezeigt. Die Hubanregungen weisen jeweils ein Hubanregungsmaximum 56 auf. Bei einer Hubanregung des
Vorderrades durch Hindernisse 59, 60 folgt beim Überrollen des Hindernismaximums durch das Vorderrad, also dem maximalen
Höhenunterschied des Hindernisses zu dem ihm direkt umgebenden Niveau der Fahrbahn, erst kurze Zeit später ein
Hubanregungsmaximum 56, weil durch die Masseträgheit der ungefederten Massen verursacht, das kaum gedämpfte Dämpferbein auch noch nach dem Hindernismaximum kurzzeitig weiter
einfedert. Jede Hubanregung lässt sich in zwei Bereiche
aufteilen: Vor Erreichen des Hubanregungsmaximums 56 handelt es sich um eine Einfahranregung, nach dessen Erreichen um eine Ausfahranregung des Dämpferbeins . Der Gradient der Kurven stellt die jeweilige Ein-/Ausfahrfahrgeschwindigkeit des theoretischen, kaum gedämpften Dämpferbeines über die
Hubanregung dar. Aus dem Diagramm ist die unterschiedliche Anregungsdauer der Hubanregungen gut erkennbar: sie stellt sich auf der Zeitachse 39 als der Zeitstrahl vom Schnittpunkt der Achsen 39, 53 bis zum Schnittpunkt 58 der Kurve der jeweiligen Hubanregung mit der Zeitachse 39 dar. Es ist durch ein
Bezugszeichen markiert, ob die jeweilige Hubanregung eine erwünschte Verfahrbewegung 54 oder unerwünschte Verfahrbewegung 55 des Dämpferbeines 1 auslöst. Gut zu erkennen ist, dass
Hubanregungen durch Hindernisse (Bordsteinkante 59; niedrigerer Stein 60), die erwünschten Verfahrbewegungen 54 auslösen, wesentlich kürzer andauern als Hubanregungen, die z.B. durch Bremskräfte 61 oder durch Pedalieren 62 induziert werden und unerwünschte Verfahrbewegungen 55 auslösen. Weiterhin ist dargestellt, dass sich die Anregungsdauer über diverse
Hindernisse 59, 60, insbesondere bis zum Erreichen ihrer
Hindernis- bzw. Hubanregungsmaxima 56, in einem zeitlich sehr engen Bereich 57 bewegt. Das Bezugszeichen 48 markiert eine Linie, deren Schnittpunkt mit der Zeitachse 39 das Ende der ersten Zeitspanne darstellt. Die voreingestellte erste
Zeitspanne des erfindungsgemäßen Dämpferbeins erstreckt sich also auf der Zeitachse 39 vom Schnittpunkt der Achsen 39, 53 bis zu diesem Punkt. Der Schnittpunkt der Linie 48 mit dem jeweiligen Graphen der Hubanregungen 59, 60, 61,6 2 zeigt, bezogen auf den Anregungstyp, bei welcher momentanen Höhe der Anregungsamplitude der jeweiligen Hubanregung die höchsten Dämpfungskräfte des erfindungsgemäßen Dämpferbeins 1 erreicht werden würden. Deutlich ist zu erkennen, dass bei den
Hubanregungen 61, 62, die unerwünschten Stoßdämpferbewegungen
55 auslösen, bereits bei einem Bruchteil ihrer maximalen
Hubamplituden, noch weit vor Erreichen der Hubanregungsmaxima 56, die höchsten Dämpfungskräfte anliegen, während bei den Hubamplituden der erwünschten Stoßdämpferbewegungen 54 die
Dämpfungskräfte erst am oder knapp nach dem Hubanregungsmaximum
56 erreicht werden. Ist das Ende der Zeitspanne 59 erst nach Erreichen des Hubanregungsmaximums 63 erreichbar, so werden die maximalen Dämpferbeinwiderstandskräfte des Stoßdämpfers 1 erst gar nicht erreicht. Dadurch, dass im Bereich des Ventilhubes des Ventiltellers 30 die Kraft-Weg-Kennlinie des
Vorspannmittels im Wesentlichen konstant ist, in diesem Bereich somit eine erste Ableitung besitzt, die im wesentlichen Null ist (F' =dF/dx ~ 0), ist die Dämpferbeinwiderstandskraft unabhängig von der jeweiligen Verfahrgeschwindigkeit des
Dämpferbeins 1. Somit sind die am Ventilteller 30 entstehende Druckdifferenz des Dämpfungsfluides unabhängig von der
Verfahrgeschwindigkeit und die am Vorspannmittel 28 wirkende Kraft. Dies ist der Fall, wenn am Dämpferbein 1 das
Vorspannmittel 28 und der Ventilteller 30 via den
Vorspannungsgeber 27 so miteinander gekuppelt sind, dass die zum Vorspannen des Vorspannmittels 28 benötigte Kraft durch diese am Ventilteller 30 entstehende Druckdifferenz des
Dämpferfluides erzeugt wird. Dabei verrichtet das Dämpferfluid die physikalische Arbeit, die zum zunehmenden Vorspannen des Vorspannmittels 28 notwendig ist, durch eine kleine Menge
Dämpferfluid, die die aus dem Dämpfervolumen 11 kommend den Ventiltellersitz 32 noch nicht passiert hat. Somit ist die erste Zeitspanne, die der Vorspannungsgeber 27 benötigt, um das Vorspannmittel 27 vom Startwert auf den höchsten Wert seiner Vorspannung anzuheben, für alle Hubanregungen 59, 60, 61, 62 immer gleich lang und erreicht nach immer der gleichen Zeit nach Beginn der jeweiligen Hubanregungen 59, 60, 61, 62 ihr Ende 48.
Die Gradienten der Hubanregungen 60 und 61 sind in Bereichen gleich steil, womit auch die Einfahrgeschwindigkeiten des ungedämpften Dämpferbeins in diesen Bereichen der Hubanregungen nahezu identisch sind. Die Amplituden der Hubanregungen 59 und 60 sind annähernd gleich hoch. Somit ist gut zu erkennen, dass weder die Hubamplituden noch die Verfahrgeschwindigkeiten dazu geeignet sind erwünschte und unerwünschte Hubanregungen des Dämpferbeins zu unterscheiden und die
Dämpferbeinwiderstandskraft entsprechend zu regulieren. Das Dämpferbein 1 ist in seiner Dämpferbeinwiderstandskraft daher besonders vorteilhaft sowohl von den Verfahrgeschwindigkeiten als auch von den Hubamplituden als direkte Einflussfaktoren unabhängig.
In Figur 5 ist der Einfahrhub 40 über die Zeit 39 aufgetragen, wenn das Laufrad 35 über die Straße 37 mit Unebenheiten rollt. Mit dem Bezugszeichen 43 ist ein relativer Hub des Dämpferbeins 1 und mit dem Bezugszeichen 44 ein absoluter Hub des
Dämpferbeins 1 bezeichnet. Als relativer Hub des Dämpferbeins 1 wird der reelle Verfahrweg bezeichnet, den das Dämpferbein 1 aus der letzten Hubposition zu der eine Richtungsänderung des Hubes stattfand, bis zu der Hubposition des
Bestimmungszeitpunktes zurückgelegt hat. Als absoluter Hub wird dagegen der imaginäre Verfahrweg bezeichnet, den das
Dämpferbein 1 aus seiner maximal ausgefahrenen Hubposition bis zu der Hubposition des Bestimmungszeitpunktes benötigen würde. Der Wert der Vorspannung K des Vorspannmittels des Dämpferbeins 1 ist ab dem Auftreffen des Laufrades 35 auf ein Hindernis, aus den in der Beschreibung zu Figur 2 bereits beschrieben Gründen, immer von einem einzigen Startwert aus über die erste
Zeitspanne anhebbar. In dem Moment, in dem das Laufrad 35 auf ein Hindernis trifft, beginnt das Dämpferbein 1 mit einem relativen Hub. Deshalb muss der Startwert zu jedem Beginn eines relativen Hubes des Dämpferbeins 1 vorliegen und die
Vorspannung mit ihrem Wert K über die erste Zeitspanne während des folgenden relativen Hubs angehoben werden.
Dagegen befindet sich das Dämpferbein 1, während das Laufrad 35 über die Straße 37 rollt, immer in einem anderen Bereich seines absoluten Hubes und damit jedes Mal in einer unterschiedlichen Hubposition, wenn das Laufrad 35 auf ein Hindernis trifft.
Somit ist der Vorspannungswert K des Vorspannmittels unabhängig vom absoluten Hub und der daraus resultierenden Hubposition des Dämpferbeines 1. Das Dämpferbein 1 ist deshalb über die
Verschaltung und Kuppelung seiner Komponenten insbesondere so eingerichtet, das der Startwert des Vorspannungswertes K des
Vorspannmittels 28 des Ventiltellers 30 jeweils am Umkehrpunkt zwischen Ausfahren zu Einfahren Dämpferbeines 1 am Ventilteller 30 anliegt und bei weiterem Einfahren des Dämpferbeines über die erste Zeitspanne angehoben wird. Alternativ ist über die Verschaltung und Kuppelung der Komponenten des Dämpferbeins 1 dieses so eingerichtet, das der Startwert des
Vorspannungswertes K des Vorspannmittels 28 des Ventiltellers 30 jeweils am Umkehrpunkt zwischen Einfahren zu Ausfahren des Dämpferbeines 1 am Ventilteller 30 anliegt und bei weiterem Ausfahren des Dämpferbeines 1 über die erste Zeitspanne
angehoben wird.
In Figur 6 ist der Verlauf der Dämpferbeinwiderstandskraft 42 des Dämpferbeins 1 über seinen Einfahrhub 40 gezeigt, wenn das Dämpferbein 1 den in Figur 4 gezeigten unterschiedlichen
Hubanregungen bis zu ihren jeweiligen Hubanregungsmaxima ausgesetzt ist. Das Bezugszeichen 63 markiert den
Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf über die Hubanregung 66 der Bordsteinkante, das Bezugszeichen 64 den
Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf über die Hubanregung 60 des Steins, das Bezugszeichen 65 den
Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf über die Hubanregung 61 beim Bremsvorgang und das Bezugszeichen 66 den Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf über die Hubanregung 62 durch pedalierinduziertes Wippen. Unerwünschte
Stoßdämpferbewegungen die durch die Hubanregungen 61, 62 ausgelöst werden, lösen Dämpferbeinwiderstandskraftverläufe 65, 66 mit äußerst steilen Gradienten aus, wodurch bereits bei äußerst geringen Einfahrwegen maximale
Dämpferbeinwiderstandskräfte hervorgerufen werden.
Erwünschte Stoßdämpferbewegungen, die durch die Hubanregungen 59, 60 ausgelöst werden, weisen
Dämpferbeinwiderstandskraftverläufe 63, 64 mit flachen
Gradienten auf, die sanft von einem minimalen Startwert
ausgehend ansteigen. Sie erreichen ihre höchsten
Dämpferbeinwiderstandskräfte am jeweiligen Hindernismaximum, aber nach unterschiedlichen Einfahrwegen, wodurch der
erfindungsgemäße Stoßdämpfer immer nur so viel Einfahrweg freigibt, wie für die vollständige Absorption der
unterschiedlich hohen Hindernisse notwendig ist. Beim Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf 70 über die
Bordsteinkante wird die maximale Dämpferbeinwiderstandskraft nicht erreicht, weil die erste Zeitspanne so eingestellt ist, dass sie bei Erreichen des Hubanregungsmaximums noch nicht abgelaufen ist. Somit ist die maximal erreichte
Dämpferbeinwiderstandskraft über die Bordsteinkante geringer als über den niedrigeren Stein, wodurch eine besondere
Komforteinstellung des Stoßdämpfers über besonders harte und schnelle Schläge erreicht ist. Für die Ausfahrbewegungen des Stoßdämpfers sind die Funktionsweisen analog.
In Figur 7 ist die Kennlinie der Dämpferbeinwiderstandskraft 42 über den Einfahrhub 40 des Dämpferbeins 1 gezeigt, wobei zuerst das Dämpferbein 1 langsam durch eine lang andauernde
Hubanregung, wie etwa ein Bremstauchen, eingefahren wird
(Kennlinie 46) und währenddessen auf ein Hindernis, wie etwa eine Bordsteinkante trifft, wodurch es schnell und weit
eingefahren wird (Kennlinie 45) . Die Darstellung des quantitativen Verlaufes der beiden Kennlinienteile ist der zur Vereinfachung linearisiert .
In Figur 8 ist über die Zeit 39 aufgetragen und mit dem
Bezugszeichen 47 bezeichnet die Vorspannungsübertragung des
Vorspannungsgebers 27 an das Vorspannmittel 28, wobei am Punkt, der mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet ist, das Ende der ersten Zeitspanne erreicht ist. Der Verlauf der
Vorspannungsübertragung 47 kann dabei linear, progressiv oder degressiv sein. Zu jedem Zeitpunkt ist die Vorspannungskraft 49 am Ventilteller 30 unabhängig von der Einfahrgeschwindigkeit 41, wie es in Figur 9 gezeigt ist.
Bezugs zeichenliste
1 Dämpferbein
2 Stoßdämpfer
3 Dämpferzylinder
4 Dämpferzylinderkopf
5 Laufradauge
6 Dämpferzylinderboden
7 Dämpferkolben
8 Dämpferkolbenstange
9 Öffnung
10 Rahmenauge
11 Dämpfervolumen
12 Gegenvolumen
13 Anschlag
14 Zugstufendrossel
15 Zugstufenventil
16 Druckstufendrossel
18 Volumenausgleichseinrichtung 19 Ausgleichszylinder
20 Ausgleichskolben
21 Puffervolumen
22 Ausgleichsvolumen
23 Einfahrdetektionseinrichtung 24 Rahmenabstandssensor
25 Laufradabstandssensor
26 Signalleitung
27 Vorspannungsgeber
28 Vorspannmittel
29 Steuerraum
30 Ventilteller
31 Ventiltelleröffnung
32 Ventiltellersitz
33 Abstützscheibe
34 Durchlass
35 Laufrad
36 Laufradnabe
37 Straße 38 Bordsteinkante
39 Zeitachse
40 Einfahrhub
41 Einfahrgeschwindigkeit
42 Dämpferbeinwiderstandskraft
43 relativer Hub
44 absoluter Hub
45 Kennlinie bei schnellem Einfahren
46 Kennlinie bei langsamen Einfahren
47 Vorspannungsübertragung des Vorspannungsgebers
48 Ende der ersten Zeitspanne
49 Vorspannungskraft am Ventilteller
50 linearer Verlauf
51 progressiver Verlauf
52 degressiver Verlauf
53 Anregungsamplitude der Hubanregung
54 Hubanregung erwünschter Dämpferbeinbewegungen
55 Hubanregung unerwünschter Dämpferbeinbewegungen
56 Hubanregungsmaximum
57 Bereich der Hubmaxima bei Hindernissen
58 Anregungsdauer der Hubanregung
59 Hubanregung durch Bordsteinkante
60 Hubanregung durch niedrigen Stein
61 Hubanregung durch Bremsvorgang
62 Hubanregung durch Pedalieren
63 Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf bei Hubanregung 66 durch Bordsteinkante
64 Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf bei Hubanregung 67 niedrigen Stein
65 Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf bei Hubanregung 68 durch Bremsvorgang
66 Dämpferbeinwiderstandskraftverlauf bei Hubanregung 69 durch Pedalieren

Claims

Patentansprüche
1. Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer (2), der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen (10) aufweist, einer Einfahrdetektionseinrichtung (23), die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts eines
Einfahrens des Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, sowie einer ein Tellerventil mit einem Ventilteller (30) aufweisenden
Druckstufendrossel (16), durch die beim Einfahren des
Stoßdämpfers (2) das Dämpferfluid entgegen der Schließrichtung des Tellerventils strömt, wodurch von dem Ventilteller (30) eine Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die
Druckstufendrossel (16) zum Vorspannen des Ventiltellers (30) in die Schließrichtung des Tellerventils ein Vorspannmittel (28), das zumindest in einem Bereich des Ventilhubs (x) des Ventiltellers (30) eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, deren erste Ableitung im Wesentlichen Null ist (F' = dF/dx ~ 0) und einen Wert (K) hat, und einen Vorspannungsgeber (27) aufweist, der das Vorspannmittel (28) mit dem Ventilteller (30) kuppelt und mit der Einfahrdetektionseinrichtung (23) verschaltet ist, dass beginnend mit dem Start des Einfahrens des Stoßdämpfers (2) der Wert (K) von einem einzigen Startwert über eine erste
Zeitspanne anhebbar ist.
2. Dämpferbein gemäß Anspruch 1, wobei der Vorspannungsgeber so mit der Einfahrdetektionseinrichtung verschaltet ist, dass der Wert (K) auf den Startwert zurückgesetzt ist, sobald die
Einfahrdetektionseinrichtung (23) ein Ende des Einfahrens detektiert .
3. Dämpferbein gemäß Anspruch 1, wobei das Dämpferbein eine Ausfahrdetektionseinrichtung aufweist, die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts eines Ausfahrens des
Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, und so mit dem
Vorspannungsgeber (27) verschaltet ist, dass beginnend mit dem Ausfahren des Stoßdämpfers der Wert (K) innerhalb einer zweiten Zeitspanne auf den Startwert absenkbar ist.
4. Dämpferbein gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei das Dämpferbein (1) eine Zugstufendrossel (14) aufweist, die parallel zur
Druckstufendrossel (16) und somit parallel zum Tellerventil geschaltet und beim Ausfahren des Stoßdämpfers (2) von dem Dämpferfluid durchströmt ist, so dass beim Ausfahren des
Stoßdämpfers (2) der Ventilteller (30) auf einen
Ventiltellersitz (32) des Tellerventils gedrückt ist.
5. Dämpferbein mit einem hydraulischen Stoßdämpfer (2), der ein mit einem inkompressiblen Dämpferfluid gefülltes Dämpfervolumen
(10) aufweist, einer Ausfahrdetektionseinrichtung, die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts und eines Endes eines Ausfahrens des Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, sowie einer ein Tellerventil mit einem Ventilteller aufweisenden Zugstufendrossel , durch die beim Ausfahren des Stoßdämpfers (2) das Dämpferfluid entgegen der Schließrichtung des Tellerventils strömt, wodurch von dem Ventilteller eine
Dämpferbeinwiderstandskraft erzeugbar ist, wobei die
Zugstufendrossel zum Vorspannen des Ventiltellers in die
Schließrichtung des Tellerventils ein Vorspannmittel, das zumindest in einem Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, die im Wesentlichen einen
konstanten Wert (K) hat und deren erste Ableitung im
Wesentlichen Null ist (F' = dF/dx ~ 0) und einen Wert (K) hat, und einen Vorspannungsgeber aufweist, der das Vorspannmittel mit dem Ventilteller kuppelt und mit der
Ausfahrdetektionseinrichtung (23) verschaltet ist, dass
beginnend mit dem Start des Ausfahrens des Stoßdämpfers (2) der Wert (K) von einem einzigen Startwert über eine erste
Zeitspanne anhebbar ist.
6. Dämpferbein gemäß Anspruch 5, wobei der Vorspannungsgeber so mit der Ausfahrdetektionseinrichtung verschaltet ist, dass der Wert (K) auf den Startwert zurückgesetzt ist, sobald die
Einfahrdetektionseinrichtung (23) ein Ende des Ausfahrens detektiert .
7. Dämpferbein gemäß Anspruch 5, wobei das Dämpferbein eine Einfahrdetektionseinrichtung aufweist, die mit dem Stoßdämpfer (2) zum Detektieren eines Starts eines Einfahrens des
Stoßdämpfers (2) gekoppelt ist, und so mit dem
Vorspannungsgeber (27) verschaltet ist, dass beginnend mit dem Einfahrens des Stoßdämpfers der Wert (K) innerhalb einer zweiten Zeitspanne auf den Startwert absenkbar ist.
8. Dämpferbein gemäß Anspruch 5 bis 7, wobei das Dämpferbein (1) eine Druckstufendrossel aufweist, die parallel zur
Zugstufendrossel und somit parallel zum Tellerventil geschaltet und beim Ausfahren des Stoßdämpfers (2) von dem Dämpferfluid durchströmt ist, so dass beim Einfahren des Stoßdämpfers (2) der Ventilteller auf einen Ventiltellersitz des Tellerventils gedrückt ist.
9. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorspannmittel (16) elastisch ist, wodurch die Vorspannung auf den Ventilteller (30) erzeugbar ist, wobei das Vorspannmittel (16) via den Vorspannungsgeber (27) mit dem Ventilteller (30) unmittelbar gekuppelt ist und der Bereich des Ventilhubs des Ventiltellers (30) um so viel kleiner als der Hub des
Vorspannmittels (16) ist, dass die Kraft-Weg-Kennlinie im
Bereich des Ventilhubs (x) im Wesentlichen den konstanten Wert (K) hat.
10. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorspannmittel (16) elastisch ist, wodurch die Vorspannung auf den Ventilteller (30) erzeugbar ist, wobei das Vorspannmittel (16) via den Vorspannungsgeber (27) mit dem Ventilteller (30) mittelbar über ein Getriebe gekuppelt ist, mit dem der
Ventilhub des Ventiltellers (30) und der Hub des
Vorspannmittels (16) in einem Übersetzungsverhältnis zueinander stehen, dass die Kraft-Weg-Kennlinie im Bereich des Ventilhubs (x) im Wesentlichen den konstanten Wert (K) hat.
11. Dämpferbein gemäß Anspruch 10, wobei das Getriebe ein Hebel ist, dessen Hebelarm, an dem der Ventilteller (30) angreift, länger ist, als dessen Hebelarm, an dem das Vorspannmittel (16) angreift .
12. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Vorspannmittel (16) von einer Schraubenfeder und der
Vorspannungsgeber (27) von einer Kupplung gebildet ist, mit der die Federkraft der Schraubenfeder steuerbar ist, via die die Schraubenfeder mit dem Ventilteller (30) zur Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
13. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Vorspannmittel (16) von einer Gasfeder und der
Vorspannungsgeber (27) von einem Druckreduzierventil gebildet ist, mit dem die Federkraft der Gasfeder steuerbar ist, via die die Gasfeder mit dem Ventilteller (30) zur Erzeugung der
Vorspannung wechselwirkt.
14. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorspannmittel (16) von einem Elektromagneten und der
Vorspannungsgeber (27) von einer elektrischen Stromsteuerung gebildet ist, mit der die Stärke des vom Elektromagneten erzeugten magnetischen Felds steuerbar ist, via das der
Elektromagnet mit dem Ventilteller (30) zur Erzeugung der
Vorspannung wechselwirkt.
15. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vorspannmittel (16) von einem Permanentmagneten und der
Vorspannungsgeber (27) von einer Positioniereinrichtung
gebildet ist, mit der der Permanentmagnet in variablem Abstand zum Ventilteller (3) positionierbar ist, wodurch die
magnetische Kraft steuerbar ist, die am Ventilteller wirkt und via die der Permanentmagnet mit dem Ventilteller (30) zur
Erzeugung der Vorspannung wechselwirkt.
16. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Bereich des Ventilhubs (x) der gesamte Ventilhub des
Ventiltellers (30) ist.
17. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Startwert Null ist.
18. Dämpferbein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Vorspannmittel und der Ventilteller (30) via dem
Vorspannungsgeber (27) so miteinander gekuppelt sind, dass die zum Vorspannen des Vorspannmittels (28) benötigte Kraft durch eine am Ventilteller (30) entstehende Druckdifferenz des
Dämpferfluides erzeugt wird.
19. Dämpferbein gemäß Anspruch 18, wobei die physikalische Arbeit die zum zunehmenden Vorspannen des Vorspannmittels (28) notwendig ist, durch eine kleine Menge Dämpferfluid verrichtet wird, die die aus dem Dämpfervolumen (11) kommend den
Ventiltellersitz (32) noch nicht passiert hat.
20. Verfahren zum Betreiben eines Dämpferbeins gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, mit den Schritten:
- Starten des Verfahrens des Stoßdämpfers (2);
- beginnend mit dem Start des Verfahrens des Stoßdämpfers (2) Anheben der Vorspannung (K) des Ventiltellers (30) von dem Startwert über die erste Zeitspanne ausschließlich durch den Vorspannungsgeber (27).
21. Verfahren gemäß Anspruch 20 mit dem weiteren Schritt:
- sobald die erste Zeitspanne erreicht ist, Halten der
Vorspannung des Ventiltellers (30) auf einem Maximalwert.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 mit den weiteren
Schritten:
- Umkehren der Richtung des Verfahrens des Stoßdämpfers (2);
- beginnend mit der Richtungsumkehr des Verfahrens des
Stoßdämpfers (2) Absenkung der Vorspannung des Ventiltellers (30) über die zweite Zeitspanne auf den Startwert.
23. Verfahren gemäß Anspruch 10 bis 22, wobei die erste
Zeitspanne zwischen 0,01 und 0,8 Sekunden liegt, insbesondere zwischen 0,05 und 0,5 Sekunden.
24. Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei die Absenkung der
Vorspannung des Ventiltellers auf den Startwert kürzer
andauert, als die erste Zeitspanne, insbesondere höchstens halb so lang ist.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei das Anheben der Vorspannung des Ventiltellers (30) von dem
Startwert auf den konstanten Wert (K) über die erste Zeitspanne linear, degressiv oder progressiv erfolgt.
26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei der konstante Wert (K) der Vorspannung des Ventiltellers (3) derart gewählt wird, dass beim Auftreten der konstruktionsbedingt vorhandenen maximal zulässigen Einfahrgeschwindigkeit des Stoßdämpfers (2) nach Ablauf der ersten Zeitspanne die von dem Ventilteller (30) erzeugte Dämpferbeinwiderstandskraft derart hoch ist, dass der Stoßdämpfer (2) gerade nicht einfährt und somit starr ist.
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