DE19753515C1 - Regelbarer Stoßdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Stoßdämpfer nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, bei dem der Drosselwiderstand des Dämpfungskolbens über einen elek­ tromagnetischen Antrieb verändert wird.

Um das Fahrverhalten von Straßenfahrzeugen, insbesondere von PKW's, zu ver­ bessern und den Fahrkomfort zu erhöhen, ist es bekannt, regelbare Stoßdämpfer einzusetzen, die den Drosselwiderstand im Dämpfungskolben von hydraulischen Stoßdämpfern zu verändern in der Lage sind.

Ein derartiger regelbarer Stoßdämpfer ist aus der DE 33 48 176 C2 bekannt. Hierbei erfolgt die Änderung des Drosselwiderstandes über einen elektromagnetischen An­ trieb mit Spulenwicklung, die wenigstens einen Durchbruch durch den Dämpfungs­ kolben über ein Hilfsventil ändert. Zur Verstärkung der Regelkraft ist vorgesehen, daß der die Durchströmöffnungen abdeckende Schließring auf der Gegenseite hydraulisch über eine Beaufschlagungskammer beaufschlagt wird.

Nachteilig bei dieser Stoßdämpferregelung wird eine Wirkung der Dämpfung nur in einer Arbeitsrichtung des Stoßdämpfers erzielt, so daß für die Regelung in beiden Arbeitsrichtungen zwei Regelvorrichtungen mit zwei Beaufschlagungskammern vor­ gesehen werden müßten. Weiterhin nachteilig gestaltet sich die Feinregelung bei geringen Kolbengeschwindigkeiten äußerst schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen regelbaren Stoßdämpfer derartig zu gestalten, daß mit wenigen einfachen Bauteilen eine gute Regelung für beide Arbeitsrichtungen ermöglicht wird und daß der Drosselwiderstand bei niedrigen Kol­ bengeschwindigkeiten sehr hoch und damit gut regelbar eingestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 11 beschrieben.

Gegenüber einem Stoßdämpfer nach der nachveröffentlichten DE 196 50 152 C1 wird bei dem Stoßdämpfer nach Anspruch 1 der veränderbare Durchlaß mit einem einzigen Schließring abgedeckt, wobei für beide Durchströmungsrichtungen auf der den Durchströmöffnungen abgewandten Seite des Schließringes nur eine einzige hydraulisch beaufschlagende Beaufschlagungskammer vorgesehen ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß eine gute Stoßdämpfer­ regelung mit einem vorteilhaften Dämpfungskennungsverlauf erzielt wird, wobei der die Regelung beeinflussende Stoßdämpferkolben nur aus für derartige Aufgaben wenigen Bauteilen aufgebaut ist. Bei der Ausbildung nach den Ansprüchen 5 bis 11 ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, daß nur durch die Verwendung unterschied­ licher Federn die Dämpfungskennlinie in allen Bereichen in einfacher Weise geän­ dert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 bis 3 einen Querschnitt durch den Stoßdämpferkolben mit den umliegenden Bauteilen.

Dabei sind in

Fig. 1 die Funktionsteile besonders herausgestellt und benummert,

Fig. 2 die Strömungsverhältnisse und Durchbrüche, die bei der Zugstufe des Stoßdämpfers von wesentlicher Funktion sind, besonders herausgestellt und benummert und

Fig. 3 die Strömungsverhältnisse und Durchbrüche, die bei der Druckstufe des Stoßdämpfers von wesentlicher Funktion sind, besonders herausgestellt und benummert und in

Fig. 4 ist ein typisches Kennlinienfeld des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers dargestellt.

Der regelbare Stoßdämpfer weist einen mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Zylinder 1 auf, in den eine axial verschiebliche Kolbenstange 2 abgedichtet axial verschieb­ lich eintauchen kann. Eine nicht dargestellte Ausgleichskammer ist zum Volumen­ ausgleich der eintauchenden Kolbenstange vorgesehen. Am eintauchenden Ende der Kolbenstange 2 ist ein Dämpfungskolben 3 angebracht. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist dieser über ein Gewinde 4 mit der Kolbenstange 2 verbunden. Die Kolbenstange 2 ist hohl ausgebildet, so daß durch die hohle Kolbenstange 2 elektri­ sche Leitungen 5 geführt werden können. Zwischen Dämpfungskolben 3 und Innen­ mantel des Zylinders 1 ist eine Gleit- und Dichtungsbandage 6 angeordnet.

Der Dämpfungskolben 3 wird im einzelnen nachfolgend beschrieben. Diesbezüglich wird auf Fig. 1 verwiesen. An die Kolbenstange 2 ist ein Spulenkörper 7 zur Auf­ nahme einer elektrischen Spule angeordnet. Dieser Spulenkörper 7 hält an einem Außengewinde einen Trägerkörper 8. Innerhalb des Spulenkörpers 7 ist eine Boh­ rung vorgesehen, in der ein Steuerkörper 9 längsverschieblich angeordnet ist. In­ nerhalb dieses hohlzylindrisch ausgebildeten Steuerkörpers 9 wiederum ist axial verschieblich ein Steuerstößel 10 angebracht. Der Steuerkörper 9 dichtet mit einer kreisförmig ausgebildeten Dichtschneide 11 gegen den Boden des Trägerkörpers 8 ab. Der Steuerstößel 10 wiederum drückt federbelastet auf eine Dichtkugel 12, deren Funktion später beschrieben wird. Der Steuerkörper 9 besteht aus magneti­ sierbarem Werkstoff und kann somit bei Beaufschlagung der Spule im Spulenkörper 7 mehr oder minder nach oben bewegt werden.

Die Axialbewegung des Steuerstößels 10, der aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff besteht, im Steuerkörper 9 erfolgt schwebend und wird bestimmt durch zwei axial wirkende Federn 13, 14, die sich gegenüberliegend mit jeweils einer Entwicklung an einem Bund 15 des Steuerstößels 10 abstützen. Die in der Zeich­ nung oben dargestellte Feder 13 stützt sich mit ihrem anderen Ende gegen den Boden 16 der Bohrung im Spulenkörper 7 ab. Die in der Zeichnung unten darge­ stellte Feder 14 dagegen gegen einen nach innen gerichteten Bund 17 nahe der Dichtschneide 11 am Steuerkörper 9. Die oben dargestellte Feder 13 ist weicher als die unten dargestellte Feder 14.

Am unteren Ende des Trägerkörpers 8 ist ein Kolbenkörper 18 angeordnet, der mit Durchströmöffnungen 19 ausgebildet ist. Die Durchströmöffnungen 19 werden in beiden Bewegungsrichtungen des Dämpfungskolbens 3 von Hydraulikflüssigkeit durchströmt. Die Durchströmöffnungen 19 laufen tragkörperseitig in einen gemein­ samen Ringkanal 20 aus, welcher wiederum mittels eines Schließringes 21 ver­ schließbar ist.

Zur Verstellung des Schließringes 21 ist ein Stellring 22 zwischen dem Kolbenkörper 18 und dem Trägerkörper 8 angeordnet. Dieser Stellring 22 weist zwei miteinander, zu einer Beaufschlagungskammer verbundene Ringkanäle 23, 24 auf, die schließ­ ringseitig durch einen axial verschieblichen Deckel 25 abgeschlossen werden. Die­ ser Deckel 25 wiederum trägt kolbenkörperseitig den Schließring 21. Axial wirkende Federn 26 beaufschlagen den Deckel 25 derartig, daß der Schließring 21 bei hydraulischem Gleichgewicht gegen den Ringkanal 20 zur Anlage kommt.

Die Strömungs- und Druckverhältnisse werden in den Fig. 2 und 3 dargestellt und beschrieben. Der in den Zylinderraum eintauchende Dämpfungskolben 3 unterteilt diesen in zwei Arbeitskammern 27, 28, wobei die kolbenstangenaustrittsseitige Arbeitskammer 27 in der Zeichnung oben dargestellt ist und die von der Kolben­ stange abgewandte Arbeitskammer 28 unten. Fig. 2 zeigt die Kolbenbewegung v_k bei Zugbeanspruchung des Dämpfers. Hierbei weist die Hydraulikflüssigkeit in der oberen Arbeitskammer 27 einen höheren Druck auf als die in der unteren Arbeits­ kammer 28. Die Anströmung der verschiedenen Ventile erfolgt zwischen Tragkörper 8 und Stellring 22 durch die Einströmöffnungen 29. Dadurch werden die Ringkanäle 23, 24 ebenfalls mit erhöhtem Druck beaufschlagt. Da um den Schließring 21 Entla­ stungsbohrungen 30 angeordnet sind, wird der Deckel 25 von oben und von unten außerhalb des Ringkanals 20 mit höherem Druck beaufschlagt. Der Ringkanal 20 ist über die Durchströmöffnungen 19 mit dem Hydrauliköl niedrigeren Drucks in der Arbeitskammer 28 verbunden. Durch die Druckdifferenz in der Größenordnung der Fläche des Ringkanals 20 wird der Schließring 21 gegenüber dem Ringkanal 20 ge­ schlossen gehalten.

Über Bohrungen 31, 32 setzt sich der höhere Druck aus dem Ringkanal 24 fort bis zur zentralen Bohrung 33. Das führt zum Abheben der Dichtkugel 12, die mit dem zugehörigen Sitz ein federbelastetes Ventil 34 bildet. Die Dichtkugel 12 hebt den Steuerstößel 10 gegen die Kraft der oberen Feder 13 an. Mit dem Öffnen des Ventils 34 ist eine Verbindung der Ringkanäle 23, 24 über den Kanal 35 zur Arbeitskammer 28 mit dem niedrigeren Druck frei. Mit der Freigabe dieses Verbindungsweges zum niedrigeren Druck werden die Verbindungswege entsprechend den Strömungs­ widerständen druckentlastet, was zu einer Druckentlastung auch in den Ringkanälen 23, 24 führt. Da jedoch demgegenüber von unten gegen den Deckel 25 direkt ein höherer Druck ansteht, wird der Deckel 25 gegen die Kraft der Federn 26 einge­ schoben, womit der Schließring 21 vom Ringkanal 20 abhebt und die Durchström­ öffnungen 19 geöffnet werden.

Bei Bestromung des Magnets wird der Steuerkörper 9 angehoben und seine Dicht­ schneide 11 hebt vom Boden des Trägerkörpers 8 ab. Dieses erfolgt bei mehr oder weniger Strombeaufschlagung auch mehr oder weniger weit gegen die Kraft beider Federn 13, 14. Hierdurch wird ein Bypass durch die Kanäle 36, 37, 44 geschaltet. Die obere Feder 13 ist mit einer Vorspannung ausgebildet, die unter Berücksichti­ gung der unterschiedlichen Federsteifigkeiten der Federn 13, 14 so bemessen ist, daß sie beim völligen Öffnen des Steuerkörpers 9 (also bei der maximalen Bestro­ mung des Spulenkörpers 7) den Wert 0 erreicht. Das bedeutet, daß die Dichtkugel 12 ohne Bestromung des Spulenkörpers 7 stärker niedergedrückt wird als mit Be­ stromung. Durch das Zusammenwirken von Bypassöffnung und Variation der Nie­ derhaltekraft auf die Dichtkugel 12 werden bei unterschiedlicher Bestromung varia­ ble Dämpfungskennlinien, ähnlich dem Kennlinienfeld in Fig. 4, erreicht. Damit wird der äußerst günstige Kennlinienverlauf einer progressiven Dämpfungskennlinie bei niedriger Kolbengeschwindigkeit und einer sich daran anschließenden degressiven Kennlinie bei höheren Kolbengeschwindigkeiten erzielt. Weiterhin kann vorteilhaft eine gute und gleichmäßige Spreizung der Kennlinien im höheren Kolbengeschwin­ digkeitsbereich erzielt werden.

Die Situation der Strömungs- und Schaltzustände beim Einfahren des Kolbens in den Stoßdämpferzylinder wird in Fig. 3 dargestellt. v_k gibt wieder die Kolbenbewe­ gung an. Hierbei baut sich unterhalb des Kolbenkörpers 18 in der unteren Arbeits­ kammer 28 ein höherer Hydraulikdruck gegenüber dem in der oberen Arbeitskam­ mer 27 auf. Der höhere Druck tritt ein in die Steuerbohrung 38, die sich axial durch den Kolbenkörper 18 erstreckt. Ein Ringkanal 39 am Innendurchmesser des Steuer­ rings 22 verbindet die Steuerbohrung 38 über die Bohrung 31 mit den Ringkanälen 23 und 24. Damit tritt hier die gleiche Druckverteilung auf, wie zu Fig. 2 beschrieben. Ein im Ringkanal 24 angeordnetes, ringfederbelastetes Rückschlagventil 40 ver­ schließt die Einströmöffnung 29. Der höhere Druck setzt sich fort durch die Bohrung 32 und die zentrale Bohrung 33 und kann hier die Dichtkugel 12 gegen den feder­ vorgespannten Steuerstößel 10 anheben. Damit wird über den Kanal 41 der Weg freigeschaltet zur oberen Arbeitskammer 27 mit dem niedrigeren Druck.

Der dadurch sich rückwirkend bis zu den Ringkanälen 23, 24 absinkende Druck führt wiederum zum Einschieben des Deckels 25 und damit Anheben des Schließrings 21 vom Ringkanal 20 und somit zum freien Durchtritt der Hydraulikflüssigkeit durch die Durchströmöffnungen 19.

Auch beim Einfahren des Dämpfungskolbens 3 in den Zylinder 1 des Stoßdämpfers gemäß Fig. 3 kann durch mehr oder minder starke Bestromung des Magnets eine Bypassdurchströmung mehr oder minder freigegeben werden. Das wird hervorgeru­ fen durch das Anheben des Steuerkörpers 9 mit seiner Dichtschneide 11 vom Boden des Trägerkörpers 8. Beim in Fig. 3 dargestellen Einfahren des Dämpfungskolbens 3 in den Zylinder 1 des Stoßdämpfers erfolgt die Bypassströmung wie nachfolgend be­ schrieben. Von der unteren Arbeitskammer 28 mit dem höheren Hydraulikdruck strömt die Hydraulikflüssigkeit durch den Kanal 44 direkt bis unter den Steuerkörper 9. Beim Anheben der Dichtschneide 11 des Steuerkörpers 9 wird der Bypassweg freigegeben durch die Kanäle 36 und 37. Die Beeinflussung der Federvorspannung auf die Dichtkugel 12 erfolgt so, wie auch bereits zu Fig. 2 beschrieben.

Weitere federbelastete Rückschlagventile 42, 43 versperren den Eintritt von Hydraulikflüssigkeit mit höherem Hydraulikdruck in das vorbeschriebene Kanal­ system und geben den Weg frei, wenn der Druck im Kanalsystem höher ist als in der jeweils an die Rückschlagventile 42, 43 angrenzenden Arbeitskammer 27, 28.

Bezugszeichenliste

1

Zylinder

2

Kolbenstange

3

Dämpfungskolben

4

Gewinde

5

elektrische Leitungen

6

Gleit- und Dichtungsbandage

7

Spulenkörper

8

Trägerkörper

9

Steuerkörper

10

Steuerstößel

11

Dichtschneide

12

Dichtkugel

13

Feder

14

Feder

15

Bund

16

Boden

17

Bund

18

Kolbenkörper

19

Durchströmöffnung

20

Ringkanal

21

Schließring

22

Stellring

23

Ringkanal

24

Ringkanal

25

Deckel

26

Feder

27

Arbeitskammer

28

Arbeitskammer

29

Einströmöffnung

30

Entlastungsbohrung

31

Bohrung

32

Bohrung

33

zentrale Bohrung

34

Ventil

35

Kanal

36

Kanal

37

Kanal

38

Steuerbohrung

39

Ringkanal

40

Rückschlagventil

41

Kanal

42

Rückschlagventil

43

Rückschlagventil

44

Kanal
v_k

Kolbenbewegung

Claims (11)

1. Regelbarer Stoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem eine Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Zylinder (1), einer darin abgedichtet eintau­ chenden, axial verschieblich angeordneten Kolbenstange (2) und einem an deren innerem Ende befestigten Dämpfungskolben (3), der den Zylinderraum in zwei Arbeitskammern (27, 28) unterteilt und Dämpfungskraft erzeugende Durch­ strömöffnungen (19) aufweist, einen letztere mit veränderbarem Durchlaß abzu­ decken erlaubenden einzigen Schließring (21) für beide Durchströmungsrichtun­ gen, wobei auf der den Durchströmöffnungen (19) abgewandten Seite des Schließringes (21) eine einzige hydraulisch beaufschlagende Beaufschlagungs­ kammer vorgesehen ist, die mit beiden Arbeitskammern (27, 28) über Durchbrü­ che verbunden ist und einen am Dämpfungskolben (3) angeordneten elektromag­ netischen Antrieb mit Spulenwicklung, der den Drosselwiderstand in wenigstens einem Durchbruch (Kanäle 35, 36, 44) durch den Dämpfungskolben (3) über ein Hilfsventil ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagungskammer (Ringkanäle 23, 24) über jeweils einen Durchbruch (29 bzw. 31, 38, 39) direkt mit der den jeweils höheren Flüssigkeitsdruck aufweisenden Arbeitskammer (27 bzw. 28) und über einen durch ein federnd belastetes Ventil (34) verschlossenen Durchbruch (Bohrungen 31, 32, 33) sowie jeweils über einen durch ein Rück­ schlagventil (42, 43) verschlossenen direkten Durchbruch (Kanäle 35, 41) mit der Arbeitskammer (28 bzw. 27) mit dem niedrigeren Flüssigkeitsdruck verbunden ist und daß der elektromagnetische Antrieb einerseits einen Bypass (Kanäle 36, 37, 44) zwischen den Arbeitskammern (27, 28) in Abhängigkeit zur Strombeaufschla­ gung des Magneten freigibt und andererseits die Spannung des Federelements am federnd belasteten Ventil (34) verändert.

2. Regelbarer Stoßdämpfer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der eine durch das federnd belastete Ventil (34) verschlossene Durchbruch in dem Bereich, der jenseits des Ventils (34) von der Beaufschla­ gungskammer (Ringkanäle 23, 24) entfernt ist, in zwei Äste (Kanäle 35, 41) ver­ zweigt, die in jeweils eine der Arbeitskammern (27, 28) auslaufen und hier über jeweils ein Rückschlagventil (42, 43) gegen einen höheren Außendruck ver­ schließbar sind.

3. Regelbarer Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schließring (21) federnd gegen die Austritt- der Durch­ strömöffnungen (19) gepreßt wird.

4. Regelbarer Stoßdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Anpressung über in der Beaufschlagungskammer angeordnete und auf Druck belastete Schraubenfedern (26) erfolgt.

5. Regelbarer Stoßdämpfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das federnd belastete Ventil (34) und das den Bypass regelnde Ventil als ineinanderliegende Einheit aufgebaut sind.

6. Regelbarer Stoßdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Bypass regelnde Ventil eine kreisförmige Dichtschneide (11) aufweist, die gegen eine ebene Fläche abdichtet.

7. Regelbarer Stoßdämpfer nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerkörper (9) des den Bypass verschließenden Ventils aus einem magnetisierbaren Material besteht, hohlzylindrisch ausgebildet ist und im Spulenkörper (7) der elektrischen Spule axial beweglich geführt wird.

8. Regelbarer Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerstößel (10) des federnd belasteten Ventils (34) aus nicht magnetisierbarem Material besteht und im hohlzylindrisch ausgebildeten Steuerkörper (9) des bypassregelnden Ventils axial beweglich geführt ist.

9. Regelbarer Stoßdämpfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im hohlzylindrischen Steuerkörper (9) des den Bypass regelnden Ventils axial hintereinander, den Steuerstößel (10) des federnd belasteten Ventils (34) umgebend, zwei als Schrauben­ federn ausgebildete, auf Druck belastete Federn (13, 14), ange­ ordnet sind, daß zwischen den aneinanderliegenden Endwindungen dieser Federn (13, 14) ein sich bis zum Innendurchmesser des hohlzylindrischen Steuerkörpers (9) erstreckender Bund (15) des Steuerstößels (10) angeordnet ist und daß sich die anderen Enden der Federn (13, 14) einerseits gegen den Spulenkörper (7) und andererseits gegen einen, nahe der Dichtschneide (11) angeordneten, sich nach innen erstreckenden Bund (17) des hohlzylindrischen Steuerkörpers (9) abstützen.

10. Regelbarer Stoßdämpfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegen den Spulenkörper (7) abstüt­ zende Feder (13) weicher ist als die sich gegen den hohlzylindrischen Steuer­ körper (9) abstützende Feder (14).

11. Regelbarer Stoßdämpfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sich am hohlzylindrischen Steuerkörper (9) abstützende Feder (14) bei geschlossenen Ventilen eine Vorspannung aufweist und daß diese Vorspannung und die Federkonstanten beider Federn (13, 14) so gewählt sind, daß bei voll geöffnetem Bypassventil und geschlossenem federbelasteten Ventil (34) die Vorspannkraft der sich am hohlzylindrischen Steuerkörper (9) abstützenden Feder (14) etwa Null wird.