DE4041405C2 - Sensor zur Erfassung der inneren Dämpfungskraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen verstellbaren hydraulischen Dämpfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei dem bekannten verstellbaren hydraulischen Dämpfer (DE 36 12 006 A1), von dem die Erfindung ausgeht, ist die zwi­ schen den Federn gefesselte Ventileinrichtung innerhalb der hohlen Kolbenstange untergebracht und der Dämpfungskolben sitzt am Ende der Kolbenstange. Dabei wird abhängig vom Be­ ladungszustand des Fahrzeugs, also lastabhängig, die Vor­ spannung der Federn und damit das Öffnen bzw. Schließen des Dämpfungsmittel-Durchlasses verändert und damit eine lastabhängige Dämpfung für die Zug- und Druckstufe erzielt. Zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen ist es auch bekannt (DE 37 20 729 A1 und DE 35 36 201 A1), die relative Lage von Kolben und Zylinder eines Schwingungsdämpfers mit Hilfe von induktiven Sensoren zu erfassen, die außerhalb des Zylinders im Bereich der aus dem Zylinder austretenden Kol­ benstange angeordnet sind.

Der Durchlaß-Querschnitt durch den Dämpfungsmitteldurchlaß bestimmt die Höhe der Dämpfung. Je stärker der Durchlaß ge­ drosselt wird, desto größer sind die vom Dämpfer erzielten Dämpfungskräfte. So erzielt man ein weiches Dämpfungsver­ halten in der Druck- und Zugstufe, wenn das Dämpfungsmittel relativ frei durch den Durchlaß strömt, während man eine hohe Dämpfung erzielt, wenn der Durchfluß gedrosselt wird. Normalerweise wird die Dämpfung in der Zugstufe zum Verbes­ sern der Bodenhaftung des Fahrzeugs erhöht und während der Druckstufe zur Verbesserung des Fahrkomforts verkleinert.

Da die Fahreigenschaften von der Größe der Dämpfungsgröße abhängen, ist es wünschenswert, eine Anordnung vorzusehen, bei der die Größe der Dämpfung einstellbar und fernsteuer­ bar ist. In der US 4, 313, 529 ist ein Magnetventil be­ schrieben, das den Durchlaß von Dämpfungsmittel zwischen den Zylinderräumen steuert. US 5, 016, 908 schildert ein Magnetventil, das einen zusätzlichen Dämpfungsmitteldurch­ laß im Kolben öffnet. Diese Anordnungen eignen sich sowohl für Bauweisen mit Einrohrzylinder wie auch mit Mehrrohr­ zylindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verstellba­ ren hydraulischen Dämpfer gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 weiterzubilden und die zur Dämpfungseinstellung nötigen Bauteile, wie der Dämpfungskolben, die Ventilein­ richtung, der induktive Sensor und das Magnetventil in bau­ lich vereinfachter Weise anzuordnen.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

So sind die Ventileinrichtung und der induktive Sensor in dem Dämpfungskolben integriert. Das vom Zusammenwirken des Spoilerelements mit der Spule erzeugte Signal dient zum An­ steuern eines Magnetventils, das den Öffnungsquerschnitt eines weiteren Durchlasses zwischen den beiden Arbeitsräu­ men steuert. Auf diese Weise läßt sich von dem Magnetventil in der Druck- und Zugstufe jeweils ein unterschiedlicher Strömungsquerschnitt, also eine unterschiedliche Drosselung und damit ein weicheres oder steiferes Dämpfungsverhalten einstellen.

Die elektrische Spule ist an einem außerhalb des Dämpfers angeordneten Oszillator angeschlossen. Ein Stromsensor und ein elektro­ nischer Steuermodul, die von der Kolbeneinheit entfernt an­ geordnet sind, erfassen die Relativbewegung der Hülse zum Magnetfeld, die durch eine Änderung des elektrischen Stromes ausgedrückt wird. Diese Stromänderung wird auf einen elek­ tronischen Steuermodul, der entfernt vom Dämpfer angeordnet ist, übertragen, welcher in Abhängigkeit von der Relativ­ bewegung ein Steuersignal erzeugt. Das elektrisch steuer­ bare Ventil spricht auf dieses Steuersignal an und bewirkt, daß eine geregelte Menge an Hydraulikmittel durch die Kol­ benstange und zwischen den Kammern fließen kann.

Die Erfassung einer momentanen Relativbewegung zwischen der Kolbeneinheit und der Kolbenstange kann in vorteilhafter Weise in ein Signal umgeformt werden, das die Änderung des auf die Kolbeneinheit einwirkenden statischen Drucks an­ zeigt. Dieses Signal kann in ein Steuersignal umgeformt werden, das zur Änderung des Durchflusses zwischen den Kam­ mern und zur Durchführung eines Rückhubes oder Kompressions­ hubes verwendet werden kann.

Das vom Sensor erfaßte Signal, das die Relativgeschwindig­ keit zwischen der Kolbenstange und der Kolbeneinheit an­ zeigt, kann durch eine elektronische Vorrichtung, die auf dem Gebiet der Steuer- und Regeltechnik zur Verfügung steht, unmittelbar in eine Beschleunigung umgewandelt werden.

Vorteilhafterweise zeigt eine solche Beschleunigungsbe­ stimmung den Druck der oberen und unteren Kammer und die über die Kolbeneinheit erzeugte Dämpfungskraft an. Somit können der Rückhub oder der Kompressionshub der Kolben­ stange gesteuert werden.

Vorteilhafterweise sichert das Eintauchen der Kolbeneinheit und des Sensors in das Arbeitsmittel eine adäquate Dämpfung seiner Bewegung relativ zur Kolbenstange, so daß akustische Schwingungen verhindert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug, das elektronisch gesteuerte Hydraulikdämpfer vom Kolben­ typ gemäß der Erfindung aufweist;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch einen er­ findungsgemäß ausgebildeten Hydraulik­ dämpfer;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Hydraulik­ dämpfers, wobei der Strömungsmittelfluß durch den Kolben während der Kompression dargestellt ist;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Hydraulikdämpfer, wobei der Strömungsmittelfluß durch den Kolben während des Rückhubes dargestellt ist.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine beispielhafte Ausführungs­ form eines erfindungsgemäß ausgebildeten einstellbaren Hydraulikdämpfers, der einen Dämpfungseffekt zwischen gefe­ derten und ungefederten Massen eines Kraftfahrzeuges oder zwischen anderen miteinander verbundenen, jedoch relativ zueinander beweglichen Bauteilen von anderen Vorrichtungen bewirkt. Der hier verwendete Begriff "Hydraulikdämpfer" be­ zieht sich auf hydraulische, direkt wirkende, doppelt wir­ kende Teleskopdämpfer im allgemeinsten Sinne und umfaßt sowohl Stoßdämpfer als auch Mac Pherson Federbeine. Obwohl die Erfindung in der Zeichnung für den Anwendungsfall eines Kraftfahrzeuges dargestellt ist, geht für den Fachmann aus der nachfolgenden Erläuterung ohne weiteres hervor, daß die erfindungsgemäßen Prinzipien in gleicher Weise auch bei anderen Arten von Aufhängungssystemen Anwendung finden können.

Fig. 1 zeigt vier Hydraulikdämpfer 10 gemäß einer bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung in einem herkömmlich ausgebildeten Kraftfahrzeug 12, das schematisch dargestellt ist. Das Kraftfahrzeug 12 besitzt ein hinteres Aufhängungs­ system 14 mit einer quer verlaufenden Hinterachseinheit (nicht gezeigt), die die Hinterräder 16 des Fahrzeuges trägt. Die Hinterachseinheit ist über ein Paar von Hydrau­ likdämpfern 10 sowie über Schraubenfedern 18 mit der Karos­ serie des Kraftfahrzeuges 12 verbunden. Das Kraftfahrzeug 12 besitzt ferner ein vorderes Aufhängungssystem 20 mit einer quer verlaufenden Vorderachseinheit (nicht gezeigt), die die Vorderräder 22 des Fahrzeuges 22 trägt. Die Vorderachsein­ heit ist über ein zweites Paar von Hydraulikdämpfern 10 und über Schraubenfedern 18 mit der Karosserie des Kraftfahrzeu­ ges 12 verbunden. Die Hydraulikdämpfer 10 dienen dazu, die Relativbewegung des ungefederten Abschnittes (d. h. des vor­ deren und hinteren Aufhängungssystem 20 und 14) und des ge­ federten Abschnittes (Karosserie 24) des Kraftfahrzeuges 12 zu dämpfen.

Fig. 2 zeigt den Dämpfer 10 in seiner Ausgangsstellung. Der Dämpfer 10 umfaßt einen Zylinder (oder ein Rohr) 26 mit einem oberen Ende 28, einem unteren Ende 30 und einer Innen­ wand 32. Die gegenüberliegenden Enden des Zylinders sind ab­ gedichtet, wodurch eine Innenkammer 34 zur Aufnahme eines Hydraulikmittels gebildet wird. Das obere Ende des Zylin­ ders 26 ist durch eine Kolbenstangenführungseinheit (nicht gezeigt) verschlossen. Eine längliche, axial verschiebbare Kolbenstange 36 erstreckt sich durch die Führungseinheit in das Innere des Zylinders. Sie ist so montiert, daß sie in abgedichteter Weise eine Hin- und Herbewegung relativ zum Zylinder ausführen kann. Eine Kolbeneinheit 38 ist am inne­ ren Endabschnitt der Kolbenstange montiert. Die Kolbenein­ heit ist hin- und herbewegbar an der Kolbenstange befestigt und in abgedichteter Weise an der Innenwand 32 des Zylin­ ders 26 gelagert, wodurch das Zylinderinnere in eine obere Rückhubkammer 40 und eine untere Kompressionskammer 42 unterteilt wird. Eine obere und untere Schraubenfeder 44 und 46 verbinden die Kolbeneinheit 38 mit der Kolbenstange 36 und wirken einer axialen hin- und hergehenden Bewegung der Kolbeneinheit 38 relativ zur Kolbenstange 36 entgegen.

Die Kolbenstange 36 ist mit einer mittigen Bohrung 48 ver­ sehen, über die Strömungsmittel zwischen den Kammern 40 und 42 hin- und herfließen kann. Sie weist einen allgemein zylindrischen Außenumfang 50 auf und ist in koaxialer Weise im Zylinder 26 angeordnet. Wenn sich die Kolbeneinheit 38 und die Kolbenstange 36 in Axialrichtung hin- und herbewe­ gen, bewegt sich Strömungsmittel relativ zur mittigen Bohrung und zwischen den Kammern 40 und 42 sowie durch eine elektromagnetisch gesteuerte Ventileinheit (nicht gezeigt), je nachdem, ob der Dämpfer einen Rückhub oder einen Kompres­ sionshub durchführt. Die zur Kolbenstange gehörende Ventil­ einheit besitzt ein Ventilelement, das in eingeschränkter Weise einen Strömungsmittelfluß zwischen den Kammern er­ möglicht. Die Ventileinheit wird elektrisch gesteuert und bewegt das Ventilelement zwischen einer ersten und zweiten Position, in der Öffnungen geöffnet oder geschlossen sind. Eine gesteuerte Menge an Strömungsmittel kann durch die Stange fließen. Eine derartige Konstruktion ist in der vorstehend erwähnten US 43 13 529 beschrieben.

Die Kolbenstange 36 besitzt eine Axialschulter 52 zur Lagerung einer zylindrischen Sicherungsmutter 54, eine Ringnut 56 zur Aufnahme eines flachen zylindrischen Spreng­ ringes 58, eine Axialschulter 60 zur Lagerung einer zylin­ drischen Vorspannungssicherungsmutter 64 und einen Endab­ schnitt 62 mit Außengewinde zur Halterung der Sicherungs­ mutter 64. Die Sicherungsmutter 54 ist in der oberen Rück­ hubkammer 40 angeordnet und besitzt eine mittige Bohrung, die so bemessen ist, daß sie mit Spiel um den Außenumfang 50 der Kolbenstange gepaßt werden kann. Strömungsmittelkanäle 54c erstrecken sich in Axialrichtung zwischen der oberen und unteren Axialfläche 54a und 54b. Eine Ringschulter 54d besitzt eine Axialfläche 54e, die mit einem Ende der Schrau­ benfeder 44 in Eingriff treten kann. Die obere Axialfläche 54a kann gegen eine Axialschulter 52 stoßen. Die Vorspan­ nungssicherungsmutter 64 ist in der unteren Kompressions­ kammer 42 angeordnet und besitzt eine mittige Bohrung mit Innengewinde, mit dem das Außengewinde 62 verschraubt wer­ den kann, eine obere und untere Axialfläche 64a und 64b und Strömungsmittelkanäle 64c, die sich in Axialrichtung zwischen den Axialflächen erstrecken. Die obere Axialfläche 64a kann gegen eine Axialschulter 60 stoßen.

Eine obere mehrere dünne, flache und mit einer Mittelbohrung versehene Scheiben 66 sind in einer Vertiefung 64d, die in der oberen Stirnfläche 64a vorgesehen ist, aufeinanderge­ stapelt. Die Scheiben 66 dienen dazu, mit einem Ende der Schraubenfeder 46 in Eingriff zu treten und den axialen Abstand sowie die Vorspannung der Druckfedern 44 und 46 relativ zur Kolbeneinheit 38 einzustellen. In einigen An­ wendungsfällen werden die Scheiben nicht benötigt.

Ein ringförmiger Sensor 68 ist über einen Sprengring 58 stationär an der Kolbenstange 36 befestigt, wobei eine obere Axialfläche 68a des Sensors gegen eine untere Axialfläche 54a der Sicherungsmutter 54 stößt. Der Sensor besitzt ein zylindrisches Gehäuse 70 mit einer mittigen Bohrung, die so bemessen ist, daß sie mit Spiel um den Kolben gepaßt ist, einem ringförmigen Hohlraum, der sich radial nach außen öffnet und eine elektrisch leitende herumgewickelte und in eine Spule 72 eingeführte Drahtlänge aufnimmt, und einer Ringschulter 74, die sich radial einwärts erstreckt und die Kolbenstange umgibt. Ein Paar O-Ringe 76 ist zur Abdichtung des Sensors 68 relativ zum Umfang 50 der Kolbenstange 36 und der Schulter 74 vorgesehen, um dadurch Druckverluste sowie Verluste des sich zwischen den Kammern bewegenden Druckmit­ tels zu verhindern. Die Spule besitzt Drahtenden 72a und 72b, die sich durch die Schulter 74, durch die Mitte der Kolbenstange 36 und bis zu einer äußeren stabilen Wechsel­ spannungsquelle, wie beispielsweise einem Oszillator, er­ strecken. Durch Erregung der elektrischen Spule 72 über die äußere Wechselspannung entsteht ein Wechselstrom, dessen Größe vom Widerstand der Drähte und der Spule und von der Induktanz der Spule abhängig ist. Dieser Strom erzeugt ein schleifenförmiges Wechselstrommagnetfeld benachbart zur Kolbeneinheit 38. Mit anderen Worten, das Magnetfeld bildet einen torroidförmigen Magnetflußring, der die Kolbenstange umgibt und dessen Achse allgemein zur Kolbenstangenachse ausgerichtet ist.

Die Kolbeneinheit 38 besitzt einen mit einem Durchgang versehenen Kolben 78, einen Kolbensitz 80 und eine Kol­ bensicherungsmutter 82. Eine Vielzahl von Kompressions­ ventilscheiben 84 ist sandwichartig zwischen dem Kolben 78 und dem Kolbensitz 80 gestapelt, um während der Kompres­ sionsphase den Strömungsmittelfluß durch den mit dem Durch­ gang versehenen Kolben zu steuern. Eine Vielzahl von Rück­ hubventilscheiben 86 ist sandwichartig zwischen dem Kolben­ sitz und der Kolbensicherungsmutter 82 gestapelt, um den Strömungsmittelfluß durch den Kolben während des Rückhubes zu steuern.

Der mit dem Durchgang versehene Kolben 78 ist allgemein zylinderförmig und umfaßt einen radialen Körper 88 mit einer oberen und unteren Axialfläche 88a und 88b und Rückhub- und Kompressionskanälen 88c und 88d, die sich in Axialrichtung zwischen den Axialflächen des Kolbens erstrecken. Die untere Axialfläche 88a bildet einen Anschlag, um sowohl mit dem anderen Ende der Schraubenfeder 46 als auch den Rückhubven­ tilscheiben 84 in Eingriff zu treten. Die obere Axialfläche 88a bildet einen Anschlag, der als Sitz für die Rückhub­ ventilscheiben 86 dient, welche damit in Eingriff stehen. Die Achsen bilden Axialkanäle 88c und 88d, die allgemein parallel zur Kolbenachse und konzentrisch dazu verlaufen. Der Rückhubkanal 86c und der Kompressionskanal 88d besitzen unterschiedliche Radien von der Kolbenachse und wirken mit den Rückhub- und Kompressionsventilscheiben 86 und 84 zu­ sammen, so daß die Strömungsmittel zwischen den Kammern hin- und herleiten können.

Eine zylindrische Hülse 90 erstreckt sich in Koaxialrichtung vom Körper 88 abwärts in die untere Kammer 42 und umgibt schützend einen Abschnitt der Schraubenfeder 46. Der Außen­ umfang der Hülse 90 ist so bemessen, daß er mit Spiel rela­ tiv zur Innenwand 32 des Rohres 26 angeordnet ist, wodurch ein Lecken von Strömungsmittel und ein Druckverlust zwischen den Kammern verhindert wird.

Der Kolbensitz 80 ist allgemein zylindrisch ausgebildet und besitzt einen radial verlaufenden Körper 92 mit einer mitti­ gen Bohrung, die so bemessen ist, daß sie mit Spiel um die Kolbenstange herum angeordnet ist, einem Anschlag mit einer Axialfläche 94, die mit dem anderen Ende der Schraubenfeder 44 in Eingriff steht, und einem Paar von zylindrischen Hülsen 96 und 98, die allgemein konzentrisch zueinander und zur Kolbenstangenachse angeordnet sind und sich jeweils koaxial vom Körper 92 aus erstrecken.

Die Hülse 96 umgibt einen ringförmigen Sensor 68 und ist als "Spoilerhülse" ausgebildet, die auf den Magnetfluß störend einwirkt. Ein oder mehrere Kanäle 100 erstrecken sich radial durch die Hülse 96, so daß Strömungsmittel hindurchtreten und sich die Kolbeneinheit hin- und herbewegen kann.

Die Hülse 98 ist teilweise mit einem Außengewinde versehen, damit sie an der Kolbenverriegelungsmutter 92 starr be­ festigt werden kann. Ein Steg 102 erstreckt sich koaxial vom Körperabschnitt 92 und bildet eine axiale Anschlagfläche für den Eingriff mit den Kompressionsventilscheiben 84, sieht einen Ringraum 104 zwischen gegenüberliegenden axial beab­ standeten Flächen der Körperabschnitte 88 und 92 vor und bildet einen Raum zur Steuerung der Ablenkung der Kompres­ sionsventilscheiben 84 während der Kompression, wenn Strö­ mungsmittel durch die Kanäle 88d gedrückt wird.

Die Kolbensicherungsmutter 82 ist allgemein zylindrisch ausgebildet und umfaßt eine abgestufte mittige Bohrung mit Innengewinde, die mit dem Außengewinde an der Hülse 98 des Kolbensitzes 80 verschraubt werden kann, eine axiale End­ fläche 82a, die mit den Rückhubscheiben 86 in Eingriff tre­ ten kann, und eine Ringschulter 82b, die eine obere und eine untere Axialfläche 82c und 82d bildet. Die mittige Bohrung verjüngt sich nach außen, so daß eine kegelstumpfförmige Fläche 82e gebildet wird, die die Endfläche 82d schneidet und um einen erhabenen Steg 64e, der an der Vorspannungs­ sicherungsmutter 64 ausgebildet ist, gelagert werden oder in die mittige Bohrung der Einstellscheiben 66 eindringen kann, falls diese vorgesehen sind.

Eine Schraubenfeder 106 umgibt die Sicherungsmutter 82 und besitzt gegenüberliegende Enden, die mit den Rückhubscheiben 86 und der axialen Endfläche 82c an der Kolbensicherungsmut­ ter 82 in Eingriff stehen. Die Schraubenfeder 106 verhindert eine Ablenkung der Rückhubventilscheibe 86 und wirkt so da­ mit zusammen, daß der Durchfluß durch die Kanäle 88c während des Rückhubes der Kolbeneinheit eingeschränkt wird.

Die Schraubenfedern 44 und 46 umgeben die Kolbenstange und spannen die Kolbeneinheit 38 derart vor, daß diese eine hin- und hergehende Bewegung zwischen den Sicherungsmuttern 54 und 64 und relativ zur hin- und hergehenden Bewegung der Kolbenstange ausführt. Die Federn sind vorgespannt und er­ möglichen bei Kompression eine nachgiebige Axialbewegung der Kolbeneinheit relativ zur Kolbenstange in beiden Richtungen. Die Feder 44 ist in der oberen Rückhubkammer 40 angeordnet und besitzt gegenüberliegende axiale Enden, die mit dem Anschlag 54d der Sicherungsmutter 54 und dem Anschlag 94 des Kolbensitzes 80 in Eingriff stehen. Die Feder 76 ist in der unteren Kompressionskammer 42 angeordnet und weist gegen­ überliegende Enden auf, die mit dem Kolben 78 und, falls vorgesehen, den Scheiben 66 oder der Axialfläche 64a der Sicherungsmutter 64 in Eingriff stehen. Die Schraubenfeder 46 ist schützend in dem zylindrischen Ring angeordnet, der von der Hülse 90 um die Kolbenstange herum ausgebildet wird.

Die Kompressionsventilscheiben 84 sind mittig mit Bohrungen versehen, zusammengestapelt und sandwichartig zwischen dem Steg 102, der sich axial vom Kolbensitz 80 aus erstreckt, und der oberen Fläche 88a des Kolbens 78 angeordnet. Jede Scheibe besitzt diverse winklig voneinander getrennte Öffnungen oder Bögen 84a, die teilweise die mittige Bohrung oder den Innendurchmesser ausbilden. Die Bögen wirken so zusammen, daß Öffnungen 88c (von denen eine in der linken Hälfte der Fig. 2-4 dargestellt ist) freigegeben werden.

Die Scheiben 84 schließen die Öffnungen 88d (eine ist in der rechten Hälfte der Fig. 2) gezeigt.

Die Rückhubventilscheiben 86 sind aufeinandergestapelt und zwischen der oberen axialen Endfläche 82a der Kolben­ sicherungsmutter 82 und der Endfläche 88b des Kolbens ein­ gefangen. Die Rückhubventilscheiben sind so bemessen, daß sie die Axialkanäle 88c (von denen einer links in Fig. 2 gezeigt ist) bedecken und die Kanäle 88d (von denen einer rechts in den Fig. 2-4 gezeigt ist) freigeben. Ein elektronischer Steuermodul 108 empfängt kontinuierlich die Ausgangssignale von der elektrischen Spule 72 und erzeugt kontinuierlich ein elektronisches Steuersignal zum Steuern der elektromagnetisch gesteuerten Ventileinheit, um auf diese Weise mehr oder weniger Strömungsmittel zwischen den Kammern fließen zu lassen. Durch Regulieren dieses Strö­ mungsmittelflusses werden die Dämpfungseigenschaften des Dämpfers eingestellt, und die Relativbewegung zwischen der Karosserie 26 und dem Aufhängungssystem wird derart mode­ riert, daß sowohl der Fahrkomfort als auch die Fähigkeit zur Beherrschung der Straße gleichzeitig optimiert wird. Die Logikbausteine des Moduls 108 sind herkömmlicher Art und bilden keinen Teil dieser Erfindung.

Bei einer Konstruktion betrug die resultierende Federstei­ figkeit etwa 1, 3 × 10⁶ N/m. Die Kolbeneinheit sollte wünschenswerterweise im Vergleich zur Steifigkeit der Federn eine geringe Masse besitzen, damit die natürliche Frequenz der Kolbeneinheit gut über der Radspringfrequenz liegt. Diesbezüglich besitzt eine typische Kolbeneinheit mit einer Masse von 0, 2 kg eine natürliche Frequenz von 400 Hz, wenn die vorstehend beschriebenen Federn zur Anwendung gelangen.

Im Betrieb kann Dämpfungsmittel zwischen den Kammern 40 und 42 fließen, indem es die Axialkanäle passiert, die in der Kolbeneinheit 38 und der Kolbenstange 36 vorgesehen sind. Wenn sich die Kolbenstange 38 nach unten bewegt (d. h. in einer Richtung in den Zylinder hinein), bewegt sich die Kol­ beneinheit 38 nach oben (d. h. in einer Richtung aus dem Zylinder heraus) und der Dämpfer arbeitet im Kompres­ sionsbetrieb, wie in Fig. 3 gezeigt. Arbeitsmittel in der unteren Kammer 42 strömt in die obere Kammer 44, indem es die Axialkanäle 88d im Kolben 78 passiert, wodurch die Kom­ pressionsventilscheiben 84 abgebogen werden. Die Rückhub­ scheiben 86 ermöglichen keinen Durchfluß von Strömungsmittel durch die Kanäle 88c. Durch die Bewegung der Spoilerhülse 96 durch das von der Spule 72 erzeugte Magnetfeld wird eine Änderung des elektrischen Stromes induziert, wodurch der Steuermodul 180 das zur elektromagnetisch gesteuerten Ven­ tileinheit abgegebene Steuersignal ändert. Auf diese Weise werden die Ventilkanäle der gesteuerten Ventileinheit so eingestellt, daß das aufwärts durch die Kolbenstange drin­ gende Strömungsmittel reguliert und eine wünschenswerte Dämpfungskraft erzeugt wird.

Wenn sich, wie in Fig. 4 gezeigt, die Kolbenstange 36 nach oben bewegt (d. h. in einer Richtung aus dem Zylinder heraus), bewegt sich die Kolbeneinheit 38 nach innen und der Dämpfer arbeitet im Rückhubbetrieb. In der oberen Kammer 40 vorhandenes Arbeitsmittel fließt in die untere Kammer, wobei es den Hohlraum 104, die bogenförmigen Ausnehmungen 84a der Kompressionsventilscheiben 84 und die Axialkanäle 88c im Kolben 78 passiert. Wenn der Druck hoch genug ist, überwin­ den die Rückhubscheiben 86 die Vorspannung der Feder 106 und werden abgelenkt, so daß Strömungsmittel hindurchtreten kann. In entsprechender Weise wird durch die Bewegung der Spoilerhülse 96 durch den Magnetfluß eine Stromänderung her­ beigeführt, und der Steuermodul 108 betätigt die gesteuerte Ventileinheit, wodurch Strömungsmittel die Kolbenstange nach unten durchströmen kann, um eine Dämpfungskraft hervorzuru­ fen. Das Strömungsmittel kann nicht unmittelbar die Kolben­ einheit durchströmen, da die Schraubenfeder 106, die auf die Rückhubventilscheiben einwirkt, einer Ablenkung der Platten Widerstand entgegensetzt. Somit ist der als Dämpfungskraft während des Ausfahrens erzeugte Strömungswiderstand größer als der während der Kompression erzeugte Widerstand.

Da die Kolbeneinheit eine geringfügige Axialbewegung rela­ tiv zur Kolbenstange durchführen kann, wird eine der vor­ gespannten Schraubenfedern 44 und 46 stärker komprimiert und die andere weniger komprimiert und umgekehrt. Die kleine Axialbewegung der Kolbeneinheit relativ zur Kolbenstange ist proportional zur Dämpfungskraft über den Kolben. Diese Rela­ tivbewegung der Kolbeneinheit wird durch den induktiven Sensor 68 in eine proportionale Stromänderung umgewandelt. In Abhängigkeit von den in den Kammern herrschenden Be­ triebsdrücken wird der Durchfluß des Dämpfungsmittels in den entsprechenden Kammern durch den Steuermodul 108, der die elektromagnetisch betätigte Ventileinheit einstellt, erhöht oder verringert. Das Stromsignal wird von der Ventileinheit empfangen, woraufhin das Steuerelement eingestellt wird. Je nach der vorgegebenen Steuerlogik werden die Eigenschaften des Dämpfers so eingestellt/variiert, daß das Fahrverhalten, die Fahrzeughandhabung und/oder das Straßenhaltevermögen optimiert werden.

Die Abtastung und die Dämpfungssteuerung basieren auf einer Selbstinduktanz in der elektrischen Spule, die unbeweglich angeordnet und koaxial zur Kolbenstange gewickelt ist. Die Spule wird durch eine stabile Wechselspannung, beispiels­ weise einen Oszillator 109, betrieben, was zu einem Wechsel­ strom führt, dessen Größe vom Widerstand der Drähte und der Spule und von der Induktanz der Spule abhängt. Vom Strom wird ein torroidförmiges Wechselfeld erzeugt, das durch magnetische Flußlinien gekennzeichnet ist, welche schlei­ fenförmig um den Querschnitt des Spulendrahtes herumlaufen und die zylindrische Spoilerhülse 96, die sich vom Kolben­ sitz aus erstreckt, zumindest teilweise kreuzen. Durch die Bewegung der Spoilerhülse 96 wird-die Permeabilität (d. h. der magnetische Widerstand) der magnetischen Bahn als Funktion ihrer Position relativ zur Spule modifiziert. Hier­ durch wird die Intensität des Magnetfeldes und somit das Niveau der in der Spule erzeugten Gegenspannung (d. h. der Selbstinduktanz der Spule) verändert. Die Änderung der Induktanz der Spule führt zu einer Änderung ihres Stromes, was das gemessene Signal darstellt.

Claims (13)

1. Verstellbarer hydraulischer Dämpfer zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen den gefederten und ungefederten Massen eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zylinder (26), einer axial verschiebbaren, abgedichtet aus dem Zylinder (26) austretenden Kolbenstange (36), einem im Zylinder (26) ge­ führten und an der Kolbenstange (36) angeordneten Dämp­ fungskolben (38) und einer zwischen Federn (44 und 46) ge­ fesselten Ventileinrichtung (78, 80, 82, 84, 86, 106) mit einem von Ventilscheiben (84 und 86) gesteuerten Dämpfungsmittel- Durchlaß (88c, 88d), wobei die Ventileinrichtung (78, 80, 82, 84, 86, 106) unter der Wirkung des sich in der Druck- und Zugstufe des Dämpfers verändernden Arbeitsdruckes verscho­ ben wird und Dämpfungsmittel über den Durchlaß (88c, 88d) zwischen den beiden vom Dämpfungskolben (38) abgeteilten Zylinderräumen (40 und 42) austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Federn (44 und 46) gefes­ selte Ventileinrichtung (78, 80, 82, 84, 86, 106) den Dämpfungs­ kolben (38) bildet, eine elektrische Spule (72) zum Er­ zeugen eines Magnetfeldes koaxial an der Kolbenstange (36) angeordnet ist, ein an der Ventilvorrichtung (78, 80, 82, 84, 86, 106) vorgesehenes Spoilerelement (96) mit der Spule (72) zusammenwirkt und ein von der Verschiebung der Ventilein­ richtung (78, 80, 82, 84, 86, 106) abhängiges Signal in der Spule erzeugt, und daß ein Magnetventil in einem weiteren Durchlaß (62) zwischen den beiden Arbeitsräumen (40 und 42) vorgesehen ist, deren Durchfluß von dem Signal der Spule (72) steuerbar ist.

2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Kolbenstange zwei beabstandete Sicherungs­ scheiben (54 und 64) befestigt sind, zwischen denen der die Ventileinrichtung (78, 80, 82, 84, 86, 106) bildende Dämpfungs­ kolben (38) verschiebbar angeordnet ist, und an denen die Federn (44 und 46) abgestützt sind.

3. Dämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ungefederten Massen eine ungedämpfte Rad­ frequenz besitzen, und daß die Masse des Kolbens (38) rela­ tiv zu den vereinigten Federkonstanten der Schraubenfedern (44 und 46) so groß ist, daß die von den Schraubenfedern und der Kolbenmasse festgelegte natürliche Frequenz wesent­ lich über der Radfrequenz der ungefederten Massen liegt.

4. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (72) an einen Oszillator außerhalb des Zylinders (26) angeschlossen ist, um die Spu­ le (72) zu erregen und das Magnetfeld zu erzeugen.

5. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spoilerelement (96) eine zylindri­ sche Hülse ist, die die elektrische Spule (72) umgibt.

6. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Magnetventil in der Zugstufe des Dämpfers ein erster Durchlaßquerschnitt für Dämpfungs­ mittel und in der Druckstufe des Dämpfers ein zweiter Durchlaßquerschnitt einstellbar ist.

7. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (38) mehrteilig aufgebaut ist und der an der Zylinder-Innenwand abdichtend geführte Kolben (78) mit dem Durchlaß (88c, 88d) zum Aus­ tausch von Dämpfungsmittel versehen ist.

8. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (72) in einer sich nach außen öffnenden Ringnut eines lösbar an der Kolbenstange (36) montierten zylindrischen Körpers (70) liegt.

9. Dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (78) einen ersten und zweiten Axialkanal (88c und 88d) aufweist, durch die Dämpfungsmittel zwischen den Zylinderräumen (40 und 42) austauschbar ist, eine Ventilscheibe (84) für die Druck­ stufe, um die Öffnungen des ersten und zweiten Axialkanals (88c und 88d) freizugeben und abzudecken, sowie eine Ven­ tilscheibe (86) für die Zugstufe, um die Öffnungen des ersten und zweiten Axialkanals (88c und 88d) abzudecken und freizugeben, wobei die Ventilscheiben (84 und 86) für die Druck- und Zugstufe so zusammenwirken, daß sie Dämpfungs­ mittel durch den ersten Kanal (88d) leiten und einen Dämp­ fungsmittel-Durchtritt durch den zweiten Kanal (88c) ver­ hindern, wenn sich die Kolbenstange (36) in den Zylinder (26) hinein und der Kolben in der entgegengesetzten Richtung heraus bewegt, und daß sie Dämpfungsmittel durch den zweiten Kanal (88c) leiten und einen Dämpfungsmittel- Durchtritt durch den ersten Kanal (88d) verhindern, wenn sich die Kolbenstange (36) aus dem Zylinder (26) heraus und der Kolben (78) in der entgegengesetzten Richtung hineinbe­ wegt.

10. Dämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (78) eine Vielzahl von ersten und zweiten Kanälen (88c und 88d) aufweist, die jeweils auf entspre­ chenden Achsen angeordnet sind, welche konzentrisch um die Kolbenachse vorgesehen sind.

11. Dämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (84) für die Druckstufe eine mittige Öffnung aufweist, die die Kolbenstange (36) umgibt und ra­ dial vorspringende Abschnitte (84a) besitzt, die mit den durch die Ventilscheibe (86) für die Zugstufe normalerweise geschlossenen zweiten Kanälen (88c) in Übereinstimmung bringbar sind, wenn sich die Kolbenstange (36) einwärts bewegt.

12. Dämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (78, 80, 82, 84, 86, 106) Vorspann­ einrichtungen (106) aufweist, die gegen die Ventilscheibe (86) für die Zugstufe wirken, um ein Öffnen der Ventil­ scheibe für die Zugstufe in Abhängigkeit von einer Aus­ wärtsbewegung der Kolbenstange (36) zu verhindern.

13. Dämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von Ventilscheiben (86) für die Zug­ stufe und eine Vielzahl von Ventilscheiben (84) für die Druckstufe aufweist.