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Dokumentenidentifikation DE69300113T2 17.08.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0561404
Titel Schwingungsdämpfer.
Anmelder Fichtel & Sachs AG, 97424 Schweinfurt, DE
Erfinder Förster, Andreas, W-8720 Schweinfurt, DE
Vertreter H. Weickmann und Kollegen, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69300113
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 18.03.1993
EP-Aktenzeichen 931044812
EP-Offenlegungsdatum 22.09.1993
EP date of grant 19.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.08.1995
IPC-Hauptklasse F16F 9/46
IPC-Nebenklasse G11B 15/08   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Moderne Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge sind mit elektrischen Steuermitteln zum Verändern der Dämpfungswirkung gemäß den Fahrzuständen versehen. Diese Steuermittel können entweder automatische Steuermittel sein, welche die Dämpfungswirkung des Schwingungsdämpfers gemäß gemessenen Fahrparametern ändern, beispielweise der Amplitude einer bestimmten gemessenen Schwingung, oder alternativ kann der Fahrer die Dämpfungswirkung wunschgemäß steuern. Für komfortable Fahrzustände ist üblicherweise eine relativ schwache Dämpfungswirkung erwünscht, wohingegen für sportliche Fahrzustände üblicherweise eine stärkere Dämpfungswirkung gefordert ist. Falls die Dämpfungswirkung zu schwach ist, wird die Sicherheit des Fahrzeuges und des Fahrers im Falle kritischer Fahrsituationen, beispielsweise unebener Fahrbahn, herabgesetzt. Da die elektrische Steuerung des Schwingungsdämpfers versagen kann, ist es erforderlich sicherzustellen, daß in einem derartigen Fall eines Versagens der elektrischen Steuerung die Dämpfungswirkung auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Da nach dem Versagen der elektrischen Steuerung des Schwingungsdämpfers weiterhin kritische Situationen auftreten können, wie Fahren auf unebener Fahrbahn, muß das Verhalten des Schwingungsdämpfers derart eingestellt werden, daß die gewählte Einstellung den Sicherheitsanforderungen in derartigen kritischen Fahrzuständen noch genügt. Es ist daher üblich, das Dämpfungsverhalten eines Schwingungsdämpfers im Fall des Versagens der elektrischen Steuerung des Schwingungsdämpfers auf eine relativ starke Dämpfungswirkung einzustellen. Lange Zeit hat man geglaubt, daß es nötig sei, das Dämpfungsverhalten im Fall des Versagens der elektrischen Steuerung auf die stärkstmögliche Dämpfungswirkung einzustellen. Es wurde jedoch herausgefunden (siehe beispielsweise die deutsche Patentveröffentlichung 39 17 064-Al), daß im Fall des Versagens der elektrischen Steuerung nicht immer die stärkste Dämpfungswirkung ausgewählt zu werden braucht. Es ist vielmehr möglich, im Fall des Versagens der elektrischen Steuerung einen Zwischenwert der Dämpfungswirkung auszuwählen. In der vorliegenden Erfindung werden beide Möglichkeiten in Betracht gezogen.

Die Einstellung des Dämpfungsverhaltens im Fall des Versagens der elektrischen Steuerung wird in der Regel von elastischen Vorspannmitteln bewirkt, welche die Bauteile einer für die Einstellung des Dämpfungsverhaltens verantwortlichen Steuereinheit in eine vorbestimmte Stellung verlagern, wenn die elektrische Steuerung unterbrochen wird oder Fehlerzustände ähnlicher Folgen auftreten. Zur Auswahl eines geeigneten Dämpfungsverhaltens in normalen Betriebs zuständen ist es erforderlich, die vorstehend erwähnten Bauteile durch elektromagnetische Transfermitteln (in der folgenden Beschreibung als EM-Transfermittel bezeichnet) in einer von der Grundstellung verschiedenen Betriebsstellung zu halten. Somit wird in normalen Fahrzuständen Energie verbraucht, um diese Bauteile in der entsprechenden Betriebsstellung zu halten.

Da unter normalen Fahrbedingungen häufig eine weiche Dämpfungswirkung erwünscht ist, um das Fahrzeug komfortabel zu machen, sind die Dämpfungszustände im Betrieb während des größeren Teils der Gesamtbetriebszeit der meisten Fahrzeuge weicher als die im Fall des Versagens der elektrischen Steuerung zu verwendenden Dämpfungszustände. Dies bedeutet, daß eine beträchtliche Menge an Energie verbraucht wird, um die vorstehend genannten Bauteile in der komfortablen Fahrzuständen entsprechenden Betriebsstellung zu halten.

ANGABE DES STANDS DER TECHNIK

Bei einer Schwingungsdämpferauslegung gemäß der vorstehend erwähnten deutschen Patentveröffentlichung 39 17 064-A1 wird eine Schraubendruckfeder verwendet, um eine Steuerelnheit des Schwingungsdämpfers in einen dem Versagen der elektrischen Steuerung entsprechenden Zustand vorzuspannen. Diese Feder muß relativ hart ausgewählt sein, damit sie mit der elektromagnetischen Kraft der elektromagnetischen Transfermittel verträglich ist. So ergibt sich ein relativ hoher Energieverbrauch, wenn die Steuereinheit unter normalen Fahrbedingungen in einer Stellung mit komfortablem Fahren entsprechender geringer Dämpfungswirkung gehalten wird.

Ähnliche Probleme treten bei einer weiteren Auslegung auf, wie sie aus der europäischen Patentveröffentlichung 0 399 326-A2 bekannt ist.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungsdämpfer mit variabler Dämpfungswirkung bereitzustellen, der einerseits im Fall des Versagens der elektrischen Steuermittel automatisch auf eine vorbestimmte Dämptungswirkung eingestellt wird und andererseits im normalen Fahrbetrieb (d.h. ohne Versagen der elektrischen Steuerung) mit vermindertem Verbrauch an elektrischer Energie bei einer üblicherweise erwünschten Dämpfungswirkung gehalten werden kann.

ABRISS DER ERFINDUNG

Ein Schwingungsdämpfer umfaßt eine Zylindereinheit mit einer Achse und eine relativ zur Zylindereinheit bewegliche Kolben-Kolbenstangen-Einheit. Von der Zylindereinheit und der Kolben-Kolbenstangen-Einheit werden in Hohlraummitteln der Zylindereinheit Fluidkammern begrenzt. Die Fluidkammern enthalten ein Dämpfungsfluid, und insbesondere eine Dämpfungsflüssigkeit. Fluidkanalmittel sind vorgesehen, um zwischen wenigstens einigen der Fluidkammern einen gedrosselten Fluidstrom in Antwort auf eine Axialbewegung der Kolben-Kolbenstangen-Einheit relativ zu der Zylindereinheit zu ermöglichen. Dieser gedrosselte Fluidstrom sorgt für eine Dämpfungswirkung, die sich der Axialbewegung der Einheiten widersetzt. Die Fluidkanalmittel umfassen Querschnittsflächen-Veränderungsmittel in wenigstens einem Fluidweg. Diese Querschnittsflächen-Veränderungsmittel umfassen wenigstens eine elektromagnetisch betätigte Ventileinheit (nachfolgend als EM-Ventileinheit bezeichnet). Diese EM-Ventileinheit umfaßt Vorspannmittel, die die EM-Ventileinheit in einen Notzustand, häufig auch Ausfallsicherheitszustand genannt, vorspannen. Die EM-Ventileinheit umfaßt ferner elektromagnetische Transfermittel (nachfolgend als EM-Transfermittel bezeichnet), um die EM-Ventileinheit gegen die Wirkung der Vorspannmittel aus dem Notzustand in eine Mehrzahl von Betriebszuständen überzuführen. Die Vorspannmittel sind derart gewählt, daß eine relativ geringe elektrische Stromzufuhr oder Spannungszufuhr zu den EM-Transfermitteln ausreicht, um die EM-Ventileinheit aus dem Notzustand in einen ersten Betriebszustand überzuführen, und eine stufenartig erhöhte elektrische Stromzufuhr zu den EM-Transfermitteln (nur) notwendig ist, um die EM-Ventileinheit aus dem ersten Betriebszustand in wenigstens einen weiteren Betriebszustand überzuführen.

Bevorzugt ist eine Mehrzahl weiterer Betriebszustände vorgesehen, und noch bevorzugter liegt eine kontinuierliche Änderung der weiteren Betriebszustände jenseits des ersten Betriebszustands vor. Somit liegt eine relativ stabile erste Betriebsstellung vor, der für kleine Änderungen der Stromzufuhr unempfindlich ist. Mit anderen Worten: Falls die Stromzufuhr einen gewissen vorbestimmten Wert übersteigt, wird die erste Betriebsstellung erhalten und selbst dann beibehalten, wenn dieser erste vorbestimmte Wert um einen kleineren oder größeren Betrag überschritten wird, solange ein zweiter vorbestimmter Wert nicht überschritten wird. Diese Erläuterung zeigt, daß der stufenartige Anstieg nicht notwendigerweise stufenartig im Sinne einer Stufe mit scharfen Kanten ist. Es genügt, die Vorspannmittel derart zu wählen, daß die Vorspannkraft von einem dem Notzustand entsprechenden Wert langsam auf einen Wert ansteigt der für den Übergang in die erste Betriebsstellung sorgt, und hierauf tritt ein stärkerer Anstieg der Vorspannkraft auf, der einen stufenartigen Anstieg der Stromzufuhr im Sinne eines stärkeren Anstiegs der Stromzufuhr erfordert. Man kann auch von einem nicht linearen Anstieg der Vorspannkraft sprechen und entsprechend von einem nicht linearen Anstieg der Stromzufuhr, die erforderlich ist, um den Übergang von dem ersten Betriebszustand in einen weiteren Betriebszustand zu bewirken. Festzuhalten ist, daß diese "Stufe" es selbst dann einfach macht, die EM-Ventileinheit in dem ersten Betriebszustand zu halten, wenn die elektrische Steuerung driftet. Dies ist in hohem Maße erwünscht, um sicherzustellen, daß wenigstens ein Zustand bestimmten Komforts einfach einzustellen und aufrechtzuerhalten ist.

Es ist erwünscht, daß der erste Betriebszustand dem "üblichen" Betriebszustand entspricht, d.h. jenem Betriebszustand, der für den größeren Teil der gesamten Betriebszeit eines bestimmten Fahrzeugs auszuwählen ist. In diesem Fall ist der Energieverbrauch für die EM-Ventileinheit während der gesamten Betriebszeit minimal. Der "übliche Betriebszustand" ist für die meisten komfortablen Kraftfahrzeuge ein geringer Dämpfungswirkung entsprechender Betriebs zustand. Nur bei speziellen Fahrzeugen, wie Rennwagen und Fahrzeugen, die zur Verwendung auf unebener Fahrbahn bestimmt sind, kann der "übliche Betriebszustand" einer härteren Dämpfungswirkung der Schwingungsdämpfer entsprechen. Die weiteren Betriebszustände erfordern offensichtlich eine beträchtlich erhöhte Stromzufuhr. Da diese weiteren Betriebszustände jedoch relativ selten auftreten, verschlechtert diese erhöhte Stromzufuhr die Energiebilanz nicht wesentlich.

Die Querschnittsflächen-Veränderungsmittel können von einem unmittelbar durch die EM-Transfermittel bewegbaren Ventilelement vorgesehen werden. Vorzugsweise umfassen die Querschnittsflächen-Veränderungsmittel jedoch eine fluidbetätigte Hauptventileinheit. Diese Hauptventileinheit kann einem Fluidsteuerdruck unterworfen sein, der durch die EM- Ventileinheit erhalten wird. Dieses Prinzip ist im Stand der Technik bekannt. Durch Einsatz dieses Prinzips kann der Energieverbrauch weiter herabgesetzt werden.

Wie vorstehend erwähnt kann der Notzustand die maximale Dämpfungswirkung bereitstellen. Es ist jedoch auch möglich und, wie bereits vorstehend erwähnt, manchmal bevorzugt, daß die dem Notzustand entsprechende Dämpfungswirkung stärker als eine minimale Dämpfungswirkung und kleiner als eine maximale Dämpfungswirkung ist, die der jeweilige Schwingungsdämpfer bereitstellen kann. Dies kann zu weiter erhöhter Sicherheit führen.

Es ist stets zu berücksichtigen, daß die Notfalldämpfungswirkung in allen möglichen Fahrzuständen ausreichende Sicherheit gewährleistet.

Die Dämpfungswlrkung kann in Antwort auf einen Übergang von dem Notzustand in den ersten Betriebszustand abnehmen und in Antwort auf einen Übergang von dem ersten Betriebszustand in wenigstens einen weiteren Betriebszustand wieder zunehmen. in herkömmlichen Personenwagen, von denen zu erwarten ist, daß sie während des größeren Teils der Betriebszeit schwache Schwingungsdämpfung aufweisen, ist dieses Verhalten das energiesparendste.

In Spezialfahrzeugen kann es jedoch erwünscht sein, daß die Dämpfungswirkung in Antwort auf einen Übergang von dem Notzustand in den ersten Betriebszustand zunimmt und in Antwort auf einen Übergang von dem ersten Betriebszustand in wenigstens einen weiteren Betriebszustand wieder abnimmt. Je nach dem jeweiligen Kraftfahrzeug genügt somit stets ein niedriger Strom, um die Dämpfungswirkung auf dem üblichsten Wert zu halten.

Festzuhalten ist, daß erfindungsgemäß die dem Notzustand entsprechende Dämpfungswirkung ein zweites Mal auftreten kann, wenn man über die erste Betriebsstellung hinausgeht. Dies erscheint merkwürdig, es ist jedoch zu berücksichtigen, daß es möglich ist, daß die dem Notzustand entsprechende Dämpfungswirkung in einem bestimmten Fahrzeug lediglich relativ selten erforderlich ist, so daß es akzeptabel ist, diese Dämpfungswirkung durch erhöhte Stromzufuhr zu erhalten, obgleich die gleiche Dämpfungswirkung auch als dem Notzustand entsprechende Dämpfungswirkung zur Verfügung stünde.

Die EM-Ventileinheit kann einem EM-Ventilweg variablen Strömungswiderstands zugeordnet sein. Dieser Strömungswiderstand kann durch die EM-Ventileinheit verändert werden, indem die Stromzufuhr zu den EM-Transfermitteln kontinuierlich oder schrittweise erhöht wird.

Gemäß einer ersten Ausführungsform kann der Strömungswiderstand des EM-Ventilwegs von der Stellung eines einzelnen Ventilelements abhängen, das in Richtung einer dem Notzustand entsprechenden Notstellung vorgespannt ist. Unter einem EM-Ventilelement hat man ein Ventilelement zu verstehen, das unmittelbar durch elektromagnetische Kraft bewegt werden kann. Dieses Ventilelement kann gleichzeitig ein Anker eines Elektromagneten sein oder an einem derartigen Anker befestigt sein. So kann das EM-Ventilelement durch die EM-Transfermittel, beispielsweise eine elektrische Wicklung, aus der Notstellung in Richtung einer ersten Betriebsstellung und wenigstens einer weiteren Betriebsstellung, die den jeweiligen Betriebszuständen entsprechen, bewegt werden. In diesem Fall können die Vorspannmittel in Antwort auf eine Bewegung des Ventilelements aus der Notstellung in eine von der Notstellung entfernteste Betriebsstellung eine diskontinuierliche Charakteristik aufweisen. Diese diskontinuierliche Charakteristik kann in Antwort auf eine Bewegung des EM-Ventilelements über die erste Betriebsstellung hinaus in Richtung wenigstens einer weiteren Betriebsstellung einen stufenartigen Anstieg der Vorspannkraft aufweisen.

Obgleich es möglich sein kann, eine derartige diskontinuierliche Charakteristik durch spezielle Gestaltung von Federmitteln zu erhalten, ist es am einfachsten, eine derartige diskontinuierliche Charakteristik durch Zusammensetzen der Vorspannmittel zu erhalten, und zwar aus ersten Federmitteln, die die Ventilelementeinheit in die Notstellung vorspannen, und zweiten Federmitteln, die in die gleiche Richtung wie die ersten Federmittel wirken, jedoch lediglich wirksam werden, nachdem die Ventilelementeinheit in die erste Betriebsstellung übergeführt worden ist. Die ersten Federmittel können weichere Federmittel sein und die zweiten Federmittel können härtere Federmittel sein. So kann die Ventilelementeinheit durch Überwinden lediglich der weicheren Federmittel längs eines relativ kurzen Bewegungswegs in die erste Betriebsstellung übergeführt werden. Diese erste Betriebsstellung kann dann als die "übliche Betriebsstellung" mit geringer Stromzufuhr aufrechterhalten werden. Die zweiten Federmittel wirken dann als eine Art "Zwischenanschlag". Sie werden nur von einer beträchtlich stärkeren elektromagnetischen Kraft überwunden, falls - in seltenen Fällen - ein von dem üblichen Betriebszustand verschiedener Betriebszustand gewählt werden muß.

Die EM-Ventilelementeinheit kann beispielsweise mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Fluidbegrenzungsmitteln des EM-Ventilwegs, d.h. des Ventilwegs der elektromagnetischen Ventileinheit, zusammenwirken. Diese Fluidbegrenzungsmittel weisen in Antwort auf eine Bewegung der EM- Ventileinheit veränderbaren Querschnitt auf.

Bei einer derartigen Auslegung können erste der Begrenzungsmittel in ihrer Notstellung eine minimale Querschnittsfläche aufweisen, so daß der Strömungswiderstand durch den EM-Ventilweg in dieser Notstellung im wesentlichen durch diese ersten Begrenzungsmittel bestimmt wird. Wenn die Ventilelementeinheit dann aus der Notstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung bewegt wird, kann die Querschnittsfläche der ersten Begrenzungsmittel vergrößert werden. Andererseits können die zweiten Begrenzungsmittel in der Notstellung der Ventilelementeinheit maximale Querschnittsfläche aufweisen, so daß der Strömungswiderstand in der Notstellung der Ventilelementeinheit durch die zweiten Begrenzungsmittel nicht wesentlich beeinflußt wird. Wenn sich die Ventilelementeinheit der ersten Betriebsstellung nähert, sind die zweiten Begrenzungsmittel noch in einem solchen Maß geöffnet, daß sie einen üblichen Betriebszustand mit relativ schwacher Dämpfungswirkung bereitstellen, schwächer als die von den ersten Begrenzungsmitteln in der ersten Betriebsstellung hervorgerufene Dämpfungswirkung. Wenn die Ventilelementeinheit jedoch in Richtung einer weiteren Betriebsstellung jenseits der ersten Betriebsstellung bewegt wird, wird der Strömungswiderstand durch die eine kleinere Querschnittsfläche annehmenden zweiten Begrenzungsmittel verkleinert. Dies ist ein für herkömmliche Personenwagen sehr zweckdienliches Verhalten.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird der Strömungswiderstand von wenigstens zwei Fluidbegrenzungsmitteln mit variablen, von zwei entsprechenden EM-Ventilelementeinheiten bestimmten Querschnittsflächen festgelegt. Diese EM- Ventilelementeinheiten sind durch entsprechende unabhängige Vorspannmittel in Richtung entsprechender Grundstellungen vorgespannt, welche in Kombination dem Notzustand entsprechen. Die Ventilelementeinheiten sind unabhängig voneinander - vorzugsweise durch die gleichen - EM-Transfermitteln längs wenigstens eines entsprechenden Teils entsprechender Bewegungswege van ihren jeweiligen Grundstellungen weg zu entsprechenden weiteren Stellungen bewegbar. Diese entsprechenden Stellungen der Ventilelement einheiten definieren dann gemeinsam den ersten Betriebszustand und wenigstens einen weiteren Betriebszustand. Beispielsweise kann die erste EM-Ventilelementeinheit durch die EM-Transfermittel bei einem ersten vorbestimmten Stromzufuhrwert in eine erste Verlagerungsstellung bewegt werden, wobei die zweite Ventilelementeinheit in ihrer Grundstellung verbleibt. Die ersten Begrenzungsmittel können in ihrer Grundstellung vollständig geschlossen sein. Die erste Ventilelementeinheit in der ersten Verlagerungsstellung und die zweite Ventilelementeinheit in der Grundstellung definieren den ersten Notzustand, wobei der Strömungswiderstand allein von den ersten Begrenzungsmitteln festgelegt ist. Die erste Ventilelementeinheit und die zweite Ventilelementeinheit können hierauf beide oberhalb eines vorbestimmten zweiten Stromzufuhrwerts durch die EM-Transfermittel in wenigstens eine weitere Kombination entsprechender Verlagerungsstellungen bewegt werden, welche wenigstens einem weiteren Betriebszustand entsprechen. Die beiden Fluidbegrenzungsmittel können in Reihe oder parallel angeordnet sein.

Die erste Ventilelementeinheit kann relativ zur zweiten Ventilelementeinheit ein vorbestimmtes Bewegungsspiel aufweisen und nach Verbrauch des Bewegungsspiels mit der zweiten Ventilelementeinheit gemeinsam bewegbar sein. Die der ersten Ventilelementeinheit zugeordneten Vorspannmittel können an der zweiten Ventilelementeinheit abgestützt sein. In dieser Ausführungsform wird der Übergang von dem Notzustand in den ersten Betriebszustand durch eine von einem kleinen Strom hervorgerufene Relativbewegung der ersten Ventilelementeinheit bezüglich der zweiten Ventilelementeinheit bewirkt, wobei die zweite Ventilelementeinheit in ihrer Grundstellung verbleibt. Hiernach werden die erste und die zweite Ventilelementeinheit durch die EM-Transfermittel unter der Wirkung eines beträchtlich erhöhten Stromwerts gemeinsam bewegt

Die getrennte Bewegung der beiden Ventilelementeinheiten erhält man, indem man die erste Ventilelementeinheit für das elektromagnetische Feld empfindlicher macht als die zweite Ventilelementeinheit. Dies erreicht man, entweder indem man die erste Ventilelementeinheit einem stärkeren elektromagnetischen Feld aussetzt oder indem man die entsprechenden Vorspannmittel schwächer macht oder indem man die erste Ventilelementeinheit mit einer geringeren Menge an ferromagnetischem Material versieht.

Das elektromagnetische Feld kann von einer ringförmigen elektromagnetischen Wicklung, vorzugsweise in Kombination mit einem ferromagnetischen Kern, bereitgestellt werden.

Die ersten und zweiten Ventilelementeinheiten können längs einer Bewegungsgeraden axial angeordnet sein. Eine der Ventilelementeinheiten kann die anderen umgeben.

Zur Aufrechterhaltung der Sicherheit in der Notstellung kann man das folgende Konzept verwenden: Die Querschnittsfläche einer Endseite der Ventilelementeinheit, die dem Druck des Strömungswegs ausgesetzt ist, wird verkleinert, wenn sich die Ventilelementeinheit in der Notstellung befindet. Dann übt der die entgegengesetzte Endfläche der Ventilelementeinheit beaufschlagende Druck in der Notstellung eine Hydraulikkraft auf die Vorspannmittel aus. Wenn die Ventilelementeinheit aus der Notstellung angehoben wird, sollte die sich ergebende, auf die Ventilelementeinheit einwirkende Hydraulikkraft so klein wie möglich sein, um die Anforderungen hinsichtlich der Stromzufuhr zu vermindern.

Es ist möglich, Zwischenzustände zwischen dem Notzustand und dem ersten Betriebszustand vorzusehen. In der Praxis ist dies jedoch nicht erforderlich und wünschenswert, da es sehr schwierig ist, lediglich durch Verändern des Stromwerts Zwischenstellungen vorzusehen. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, daß beispielsweise von einer Mehrzahl von Federmitteln bereitgestellte Zwischenstellungen aufeinanderfolgend wirksam werden. Diese Möglichkeit besteht auch für den Übergang vom ersten Betriebszustand in einen extremen weiteren Betriebszustand.

Die Vorspannmittel können mit Einstellfedermitteln zusammenwirken, um die Vorspannkraft in einfacher Weise an die Erfordernisse der jeweiligen Steuereinheit anzupassen.

Die verschiedenen neuen Merkmale, die die Erfindung kennzeichnen, sind in den beigefügten und einen Teil der Offenbarung bildenden Ansprüchen besonders herausgestellt. Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihrer Betriebsvorteile und der durch ihren Einsatz erreichten bestimmten Ziele sollte man auf die beigefügten Zeichnungen und die Beschreibung Bezug nehmen, in welchen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird im folgenden im einzelneren mit Bezug auf in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsformen erläutert werden, in welchen Zeichnungen:

Figur 1 eine Gesamtdarstellung eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers zeigt;

Figur 2 eine vollständige elektrohydraulische Steuereinheit für den Schwingungsdämpfer der Figur 1 zeigt

Figuren 3 bis 6 abgewandelte Ausführungsformen der elektrohydraulischen Servosteuereinheiten zeigen, die in einem Schwingungsdämpfer gemäß Figuren 1 und 2 eingesetzt werden können.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Figur 1 ist eine Zylindereinheit mit 10 bezeichnet und eine Kolben-Kolbenstangen-Einheit mit 12. Die Kolben-Kolbenstangen-Einheit 12 umfaßt eine Kolbenstange 12a und einen Dämpfungskolben 12b. Die Zylindereinheit 10 umfaßt ein Zylinderelement 10a mit einer Bodenventileinheit 14 an ihrem unteren Ende und ein das Zylinderelement umgebendes Behälterrohr 16. Arbeitskammern 18a und 18b sind in dem Zylinderelement 10a angeordnet. Radial zwischen dem Zylinderelement 10a und dem Behälterelement 16 ist eine Ringkammer 20 ausgebildet. Die Arbeitskammern 18a und 18b sind mit Flüssigkeit gefüllt. Die Ringkammer 20 ist bis zur Höhe 20a mit Flüssigkeit gefüllt, der Rest ist mit Gas gefüllt. Bei einer Einwärtsbewegung der Kolbenstange 12a ist der Strömungswiderstand durch den Dämpfungskolben 12 relativ klein. Der Strömungswiderstand durch die Bodenventileinheit ist größer. Die Dämpfungswirkung wird im wesentlichen durch die Bodenventileinheit 14 festgelegt. Bei einer Auswärtsbewegung der Kolbenstange 12a ist der Strömungswiderstand für in die Arbeitskammer 18b eintretende Flüssigkeit relativ klein, so daß die Flüssigkeit leicht in die Arbeitskammer 18b gelangen kann.

Zwischen der oberen Arbeitskammer 18a und der Ringkammer 20 ist ein durch eine Folge von Pfeilen 24 angedeuteter Bypass vorhanden, der durch eine Strömungssteuereinheit 22 verläuft. Die Richtung der Pfeile 24 entspricht einer Strömung von Flüssigkeit von der Arbeitskammer 18a zur Ringkammer 20 hin. Wenn die Strömungssteuereinheit 22 geschlossen ist, wird die größte Dämpfungskraft oder die größte Dämpfungswirkung für eine Auswärtsbewegung der Kolbenstange 12a erhalten. Wenn die Strömungssteuereinheit 22 geöffnet ist, nimmt die Dämpfungswirkung entsprechend der ansteigenden Querschnittsfläche des Strömungswegs 24 durch die Strömungssteuereinheit 22 ab.

Die Strömungssteuereinheit 22 ist in Figur 2 detaillierter dargestellt. Analoge Teile sind in Figur 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Figur 1.

Die Strömungssteuereinheit der Figur 2 umfaßt einen Ventilsitz 26a und ein Ventilelement 26b einer Hauptventileinheit 26. Die Querschnittsfläche der mehr oder weniger offenen Hauptventileinheit 26 legt den Strömungswiderstand durch den Bypass 24 fest. Falls das Ventilelement 26b auf dem Ventilsitz 26a sitzt wie dies in Figur 2 dargestellt ist, ist der Bypass 24 geschlossen und der Schwingungsdämpfer hat die größte Dämpfungswirkung. Das Ventilsitzelement wird durch eine Hauptventilfeder 26c zum Ventilsitz 26a hin gedrängt. Das Hauptventilelement 26b umfaßt eine Öffnung 26e, die einen Flüssigkeitsstrom zur Flüssigkeitskammer 26f ermöglicht. Die Flüssigkeit kann von der Flüssigkeitskammer 26f weiter durch Öffnungen 26g, einen Raum 26h und einen Kanal 261, eine Bohrung 26k zur Ringkammer 20 strömen. Der Kanal 261 ist gedrosselt, so daß in dem Flüssigkeitsstrom bei Durchströmen des Kanals 261 ein Druckabfall auftritt. Die Öffnung 26e sorgt ebenfalls für einen Druckabfall. Der Druck in der Flüssigkeitskammer 26f hängt von dem Druckabfall in der Öffnung 26e und dem Druckabfall in dem Kanal 261 ab. Der Druck in der Flüssigkeitskammer 26f unterstützt die Schließwirkung der Feder 26c. Der Druck in der Flüssigkeitskammer 26f kann durch Variation der Querschnittsfläche des Kanals 261 verändert werden. So kann man den Punkt steuern, an dem das Hauptventilelement 26b von dem Druck der Flüssigkeit unterhalb des Hauptventilelements 26b angehoben wird.

Die bisherige Beschreibung der Steuereinheit ist lediglich als erläuterndes Beispiel zu verstehen. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine EM-Ventileinheit 28, die zur Steuerung des Drucks in der Flüssigkeitskammer 26f bestimmt ist.

Bevor nunmehr die Einzelheiten der EM-Ventileinheit 28 der Figur 2 beschrieben werden, wird mit Bezug auf Figur 3 eine weitere einfachere Ausführungsform der EM-Ventileinheit beschrieben werden.

In Figur 3 ist die elektromagnetische Ventileinheit mit 128 bezeichnet gemäß dem Bezugszeichen 28 der Figur 2. Zum Verständnis der der Figur 3 zuzuordnenden Schaltung, die der Schaltung der Figur 2 analog ist, ist in Figur 3 ein Hydraulikstromweg 130 dargestellt, der von einer der Flüssigkeitskammer 26f der Figur 2 entsprechenden Flüssigkeitskammer 126f kommt und durch eine der Kammer 26h der Figur 2 entsprechende Kammer 126h, einen dem begrenzten Kanal 261 der Figur 2 entsprechenden begrenzten Kanal 126i und eine der Bohrung 26k der Figur 2 entsprechende Bohrung 126k zu einer der Ringkammer 20 der Figuren 1 und 2 entsprechenden Ringkammer 120 hin führt. Die elektromagnetische Ventileinheit ist wiederum als EM-Ventileinheit 128 bezeichnet. Diese EM-Ventileinheit umfaßt ein einziges Ventilelement 129, das in einem Gehäuse 131 geführt ist. Das Ventilelement 129 arbeitet mit zwei in Reihe geschalteten Begrenzungen 132 und 126i zusammen. Letztere wurde vorstehend als begrenzter Kanal bezeichnet.

Das Ventilelement wird von Vorspannmitteln 133 nach unten vorgespannt. Die Vorspannmittel 133 umfassen eine erste Schraubendruckfeder 133a und eine zweite Schraubendruckfeder 133b. Die Schraubendruckfeder 133a ist durch einen Halterungskolben 134 gehaltert und wirkt auf das Ventilelement 129ein, wobei sie dieses Ventilelement 129 nach unten vorspannt. Wie in Figur 3 zu sehen ist, ist die Schraubendruckf eder 133b in Axialrichtung kürzer als die Schraubendruckfeder 133a. In Figur 3 wird das Ventilelement 129 nur von der ersten Schraubendruckfeder 133a nach unten gedrängt. Die Stellung gemäß Figur 3 ist durch eine relativ zu dem Gehäuse 131 stationäre Anlageschale 135 definiert. Diese Anlageschale 135 umgrenzt gleichzeitig eine Kammer 126h. Die Stellung des Ventilelements 129, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, stellt eine Notstellung dar. In dieser Notstellung weist die Begrenzung 132 im Vergleich mit der Querschnittsfläche der Begrenzung 126i eine sehr große Querschnittsfläche auf. So wird der Strömungswiderstand des Strömungswegs 130 zwischen der Kammer 126h und der Bohrung 126k im wesentlichen durch die kleine Begrenzung 126i festgelegt. Die Querschnittsfläche dieser Begrenzung 126i wird durch einen Rand 129a des Ventilelements 129 festgelegt. Die Querschnittsfläche dieser Begrenzung 126i ist in der Notstellung, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, derart gewählt, daß das Hauptventilelement 26b (in Figur 3 nicht dargestellt, sondern lediglich in Figur 2) sich nur bei einem relativ hohen Druck unterhalb des Hauptventilelements 26b der Figur 2 öffnen kann, so daß eine relativ hohe Dämpfungswirkung erhalten wird, die alle Sicherheitsanforderungen des Schwingungsdämpfers im Fall des Versagens der elektrischen Steuerung des Ventilelements 129 erfüllt (diese elektrische Steuerung wird weiter unten beschrieben werden) und das Ventilelement 129 in Antwort auf die Vorspannwirkung der Vorspannmittel 133 in der in Figur 3 dargestellten Stellung hält.

Das Ventilelement 129 oder ein Teil desselben übernimmt gleichzeitig die Funktion eines Ankers eines mit 135 bezeichneten Elektromagneten. Der Elektromagnet 135 umfaßt eine elektromagnetische Wicklung 135a, die das Ventilelement 129 umgibt.

Festzuhalten ist, daß sich das Ventilelement 129 bezüglich der Hydraulikkräfte im wesentlichen im Gleichgewicht befindet. Dies rührt von der Tatsache her, daß die Kammer 126h durch einen Kanal 137 mit der unteren Seite des Ventilelements 129 und durch einen Kanal 138 mit der oberen Seite des Ventilelements 129 verbunden ist. Somit genügt trotz des auf das Ventilelement 129 einwirkenden Drucks der Kammer 126h eine relativ kleine Feder 133a, um das Ventilelement 129 in der in Figur 3 dargestellten Notstellung zu halten. Solange der elektromagnetischen Wicklung 135a kein Strom zugeführt wird, bleibt das Ventilelement 129 in Antwort auf die Vorspannwirkung der Schraubenfeder 133a stets in der Stellung der Figur 3. Da diese Stellung insbesondere im Fall des Versagens der mit der elektromagnetischen Wicklung 135a verbundenen elektrischen Schaltung auftritt, wird die Stellung gemäß Figur 3 als Notstellung bezeichnet. Da die Querschnittsfläche der Begrenzung 1261 relativ klein ist, wird in der Kammer 126h ein relativer hoher Druck aufrechterhalten. Da dieser relativ hohe Druck in der Kammer 126h auch auf das Hauptventilelement 26b (wie in Figur 2 gezeigt) einwirkt, führt die Notstellung des Ventilelements 129 gemäß Figur 3 zu einer relativ starken Dämpfungswirkung, wie er im Notzustand erwünscht ist.

Im Normalbetrieb wird erwartet, daß die elektrische Steuerschaltung für die elektromagnetische Wicklung 135a arbeitet. Im Normalbetrieb erwartet der Fahrer eines Kraftfahrzeugs einen niedriger Dämpfungswirkung des Schwingungsdämpfers entsprechenden hohen Fahrkomfort. Wenn das Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenwagen, in Betrieb genommen wird, führt die elektrische Steuereinheit der elektromagnetischen Wicklung 135a dieser elektromagnetischen Wicklung 135a einen kleinen Strom zu. Somit wird das Ventilelement 129 durch das mittels der elektromagnetischen Wicklung 135a erzeugte elektromagnetische Feld nach oben bewegt. Die von der elektrischen Steuereinheit vorgesehene Stromzufuhr zur elektromagnetischen Wicklung 135a ist beim Starten des Kraftfahrzeugs und bei Fahrt auf normalen glatten Straßen relativ niedrig. Es genügt jedoch, eine elektromagnetische Kraft auf das Ventilelement 129 einer zur Überwindung der Vorspannkraft der ersten Vorspannfeder 133a ausreichenden Größe bereitzustellen. So wird das Ventilelement 129 angehoben, bis die zweite Vorspannfeder 133b in Eingriff zwischen das Ventilelement 129 und den Federhalterungskolben 134 gelangt. Die der elektromagnetischen Wicklung 135a im normalen Fahrzustand zugeführte elektrische Stromzufuhr reicht nicht aus, um die Schraubendruckfeder 133b zu überwinden. So kommt das Ventilelement 129 bei Eingriff oder, kurz nachdem die Vorspannfeder 133b sowohl mit dem Ventilelement 129 als auch mit dem Ventilhalterungskolben 134 in Eingriff gelangt ist, zum Stillstand. Die zweite Vorspannfeder 133 wirkt daher als Anschlag, der eine weitere Aufwärtsbewegung des Ventilelements 129 verhindert, solange der Wicklung 135a in Antwort auf den Normalbetrieb lediglich ein kleiner elektrischer Strom zugeführt wird. Die Stellung des Ventilelements 129 bei Anlage an der zweiten Vorspannfeder 133b wird als erste Betriebsstellung bezeichnet und entspricht normalem komfortablem Betrieb des Schwingungsdämpfers, in welchem das Hauptventilelement 26b der Figur 2 von dem Flüssigkeitsdruck unterhalb des Hauptventilelements 26b in einfacher Weise angehoben werden kann. Dies rührt von der Tatsache her, daß der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 126h klein ist, und dies wiederum rührt von der Tatsache her, daß die Querschnittsfläche der Begrenzung 1261 durch die Aufwärtsbewegung des Ventilelements 129 vergrößert worden ist. Gleichzeitig mit der Verkleinerung der Querschnittsfläche der Begrenzung 1261 durch die Aufwärtsbewegung des Ventilelements 129 ist auch die Querschnittsfläche der Begrenzung 132 verkleinert worden. Es wird jedoch angenommen, daß beide Begrenzungen 132 und 1261 in der vorstehend definierten ersten Betriebsstellung eine so große Querschnittsfläche aufweisen, daß der erwünschte niedrige Druck in der Kammer 126h erhalten wird, der ein einfaches Abheben des Hauptventilelements 26b erleichtert.

Dieser Zustand liegt beispielsweise vor, wenn man auf einer Autobahn fährt. Es ist wenig Energie erforderlich, um das Ventilelement 129 in der ersten Betriebsstellung zu halten.

Nur wenn ein Sensor herausfindet, daß aus Gründen der Sicherheit eine stärkere Dämpfungswirkung des Schwingungsdämpfers erforderlich ist, bewirkt der Sensor eine stark erhöhte Stromzufuhr zur Wicklung 135a, um die Kraft der stärkeren Vorspannfeder 133b zu überwinden. Nur dann wird das Ventilelement 129 unter Kompression sowohl der Vorspannfeder 133a als auch der Vorspannfeder 133b weiter angehoben. So wird die Querschnittsfläche der Begrenzung 126i weiter vergrößert, die Querschnittsfläche der Begrenzung 132 wird jedoch nunmehr verkleinert. So wird der Druck in der Kammer 126h wieder erhöht, und das Dämpfungsverhalten des Schwingungsdämpfers wird härter, da das Ventilelement 26b der Figur 2 nur in Antwort auf einen stark erhöhten Druck unterhalb des Hauptventilelements 26b angehoben werden kann.

Vorzugsweise ermöglicht die elektrische Steuerung der elektromagnetischen Wicklung 135a eine kontinuierliche Veränderung des Ventilelements 129, so daß die Querschnittsfläche 132 durch weiteres Erhöhen der Stromzufuhr kontinuierlich verkleinert werden kann. Somit kann die Querschnittsfläche der Begrenzung 132 über einen weiten Bereich verkleinert oder vollständig geschlossen werden, so daß der Bypass-Weg 24 der Figuren 1 und 2 vollständig geschlossen wird und der Schwingungsdämpfer seine maximale Dämpfungswirkung annimmt.

Man kann in Figur 3 eine Einstellschraube 139 erkennen, die auf den Federhalterungskolben 134 einwirkt. Durch Einstellen dieser Einstellschraube 139 kann die Stellung des Federhalterungskolbens 134 eingestellt werden, um auch die Vorspannung der kleinen Vorspannfeder 133a und das Spiel der Vorspannfeder 133b einzustellen, das aufzubrauchen ist, bevor diese Vorspannfeder 133b wirksam wird.

Die Auslegung der Figur 4 ist der Auslegung der Figur 3 sowohl hinsichtlich der mechanischen Teile als auch hinsichtlich des Strömungswegs 230 sehr ähnlich. Ähnliche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Figur 3, jedoch erhöht um 100.

Ein erster Unterschied betrifft die Anschlagspositionierung des Ventilelements 229 in der tiefstmöglichen Stellung. Dieser Anschlag wird durch die obere Endfläche 227 eines Ringelements 240 bereitgestellt, gegen welche in der untersten Stellung, d.h. in der Notstellung des Ventilelements 229, eine Schulterfläche 229b des Ventilelements 229 anliegt. Ein weiterer Unterschied gegenüber der Ausführungsform der Figur 3 ist der folgende: Der Strömungsweg 230 verläuft hier durch eine Bohrung 226'i des Ringelements 240. Diese Bohrung besitzt eine nicht veränderliche Querschnittsfläche, die in der in Figur 4 dargestellten Notstellung den Strömungswiderstand längs des Strömungswegs 230 festlegt. Festzuhalten ist, daß der an der gleichen Stelle wie die Begrenzung 126i der Ausführungsform der Figur 3 angeordnete Kanal 226i fehlt. So erfüllt die Bohrung 226'i die Funktion, den Strömungswiderstand in der in Figur 4 dargestellten Notstellung des Ventilelements 229 zu bestimmen. Wenn die Stromzufuhr durch die elektromagnetische Wicklung 235a eingeschaltet wird, beispielsweise beim Starten des Motors, wird der elektromagnetischen Wicklung 235a ein kleiner Strom zugeführt, so daß die Vorspannwirkung der schwachen Vorspannfeder 233a überwunden wird, bis die härtere Vorspannfeder 233b sowohl mit dem Federhalterungskolben 234 als auch mit dem Ventilelement 229 in Eingriff gelangt. Dann ist wiederum die erste Betriebsstellung des Ventilelements 229 erreicht, welche wiederum einem ersten Betriebszustand der Vorrichtung entspricht, in welchem das Verhalten eines Schwingungsdämpfers weich und komfortabel ist. Dies rührt von der Tatsache her, daß parallel zu der Bohrung 226'i bei 227 ein Spalt geöffnet wird. So wird der Strömungswiderstand durch den Strömungsweg 230 vermindert, der Druck in der Flüssigkeitskammer 226f vermindert und das Hauptventilelement 26b der Figur 2 kann durch den Druck unter ihm einfacher angehoben werden.

Auf der linken Seite der Figur 4 ist ferner ein offener Zwischenraum unter dem mit 229b bezeichneten Pfeil dargestellt. Dies stellt eine Alternative dar: Man kann die Bohrung 226'i vermeiden, wenn in der Notstellung bei 230b wiederum ein begrenzter Strömungskanal 2261 vorgesehen ist, der dem begrenzten Strömungskanal bei 126i, 129a der Figur 3 entspricht.

Sowohl in der Ausführungsform der Figur 4 als auch in der Ausführungsform der Figur 3 kehrt das Ventilelement 229 automatisch in die dargestellte Notstellung zurück, wenn die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Wicklung 235a zusammenbricht.

Hinsichtlich des Rests entsprechen Aufbau und Betrieb der EM-Ventileinheit 228 der Figur 4 dem Aufbau und dem Verhalten der Ausführungsform gemäß Figur 3.

In der Ausführungsform der Figur 5 sind ähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch erhöht um weitere 100.

In dieser Ausführungsform wird anstelle des Sitzventilelements der vorhergehenden Figuren ein Schieberventilelement 329 verwendet. Der Strömungswiderstand des Strömungswegs 330 wird durch die Relativstellung des Schieberventilelements 329 bezüglich des Gehäuses 331 bestimmt. Insbesondere wird der Strömungswiderstand durch den Grad der axialen Überlappung der Bohrung oder Ringnut 345 des Gehäuses 331 einerseits und der Bohrung oder Nut 346 des Schieberventilelements 329 andererseits festgelegt. In Figur 5 ist wiederum die Notstellung des Schieberventilelements 329 dargestellt. Die Bohrungen 345 und 346 überlappen lediglich geringfügig, so daß der Strömungswiderstand relativ groß ist, der Druck in der Flüssigkeitskammer 326f relativ hoch ist und das Verhalten des Schwingungsdämpfers, wie er in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, relativ hart ist. Wenn der Motor gestartet wird, wird der elektromagnetischen Wicklung 335a ein kleiner Strom zugeführt, so daß die weiche Feder 333a komprimiert wird und das Schieberventilelement 329 bewegt wird, bis die härtere Feder 333b sowohl mit dem Schieberventilelement 329 als auch mit dem Gehäuse 331 in der Ringnut 331a in Eingriff gelangt. So wird eine stabilisierte Zwischenstellung des Schieberventilelements 329 erhalten, welche wiederum der ersten Betriebsstellung entspricht und ferner einem ersten Betriebszustand des an normales Fahren auf glatter Fahrbahn angepaßten Schwingungsdämpfers entspricht. Dieser Zustand kann wiederum durch einen kleinen Strom durch die Wicklung 335a mit geringem Energieverbrauch aufrechterhalten werden. In dieser ersten Betriebsstellung des Schieberventilelements 329 sind die Bohrungen 345 und 346 in Radialrichtung im wesentlichen zueinander ausgerichtet und weisen maximalen Überlappungsgrad auf. So ist der Strömungswiderstand in dem Strömungsweg 330 minimal, was einem niedrigen Druck in der Flüssigkeitskammer 326f und aus den vorstehend erläuterten Gründen einem weichen Verhalten des Schwingungsdämpfers entspricht. Wenn nun ein Sensor einen Bedarf an härterer Dämpfung durch den Schwingungsdämpfer erkennt, wird der elektromagnetischen Wicklung ein stufenartig erhöhter Strom zugeführt und das Schieberventilelement 329 über die erste Betriebsstellung hinaus weiter angehoben, indem die härtere Feder 333b komprimiert und die weichere Feder 333a weiter komprimiert wird. So wird der Überlappungsgrad zwischen den Bohrungen 345 und 346 wiederum vermindert und der Strömungswiderstand durch den Strömungsweg 330 wird größer, man kann wiederum von "weiteren Betriebsstellungen" sprechen, die durch kontinuierliche Erhöhung der Stromzufuhr über die stufenartig erhöhte Stromzufuhr hinaus kontinuierlich gewählt werden können. Wenn die Stromzufuhr aus irgendeinem Grund zusammenbricht, kehrt das Schieberventilelement 329 in die in Figur 5 dargestellte Stellung, d.h. in die Notstellung, zurück. Das Schieberventilelement ist durch die den Strömungsweg 330 mit der Oberseite des Schieberventilelements 329 verbindende Bohrung 338 bezüglich Hydraulikkräften ausgeglichen.

Durch diese Auslegung wird ein interessanter Effekt erhalten: Aufgrund des Dichtungsrings 336 ist die untere Druckbeaufschlagungsfläche des Schieberventilelements 329 in der in Figur 5 dargestellten Notstellung verkleinert, so daß die nach unten wirkende Hydraulikkraft, die sich aus dem Druck oberhalb des Schieberventilelements 329 ergibt, die nach oben gerichtete Hydraulikkraft, die auf die untere Endfläche des Schieberventilelements 329 einwirkt, übersteigt. Somit wird das Schieberventilelement in der in Figur 5 dargestellten Notstellung stabilisiert. Ein sehr geringfügiges Abheben des Schieberventilelements 329 genügt, damit die gesamte untere Endfläche des Schieberventilelements 329 dem Druck am unteren Ende des Schieberventilelements ausgesetzt wird. So wird die von dem elektromagnetischen Feld auf das Schieberventilelement auszuübende Kraft zum Überführen des Schieberventilelements zur ersten Betriebsstellung hin (volle Überlappung von 345 und 346) weiter vermindert, und ferner wird die erhöhte elektrische Stromzufuhr verringert, die erforderlich ist, um das Schieberventilelement weiter nach oben in weitere Betriebsstellungen zu bewegen.

In der Ausführungsform der Figur 6 sind analoge Bauteile wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorhergehenden Ausführungsformen, jedoch erhöht um weitere 100.

In dieser Ausführungsform umfaßt der Strömungsweg 430 zwei parallele Zweigwege 430a und 430b. Eine erste Begrenzung 432a ist dem ersten Zweigweg 430a zugeordnet und eine zweite Begrenzung 432b ist dem zweiten Zweigweg 430b zugeordnet. Die erste Begrenzung 432a wird von einem ersten Ventilelement 429a gebildet, wohingegen die zweite Begrenzung 432b von einem zweiten Ventilelement 429b gebildet wird. Insbesondere wird die erste Begrenzung 432a von dem ersten Ventilelement 429a und dem zweiten Ventilelement 429b gemeinsam festgelegt. Das erste Ventilelement 429a weist eine Radialbohrung 429al auf und das zweite Ventilelement 429b weist eine Bohrung 429bl auf. Der Grad axialer Überlappung der Bohrungen 429a1 und 429b1 legt die Querschnittsfläche der ersten Begrenzung 432a fest, die zweite Begrenzung 432b ist insbesondere durch die Zusammenwirkung des zweiten Ventilelements 429b und eines Ventilsitzes 460 festgelegt. In Figur 6 ist wiederum der Notzustand dargestellt. Da die Begrenzung 432b vollständig geschlossen ist, wird der Strömungswiderstands des Strömungswegs 430 ausschließlich durch den Strömungswiderstand des Zweigwegs 430a festgelegt, und der Strömungswiderstand durch den Strömungsweg 430a hängt von dem axialen Überlappungsgrad zwischen den Bohrungen 429b1 und 429a1 ab. Diese Überlappung ist in der Darstellung der Figur 6 minimal, so daß der Strömungswiderstand des Strömungswegs 430 hoch ist, der Druck in der Flüssigkeitskammer 426f ebenfalls hoch ist, das Hauptventilelement 26 nur durch einen hohen Druck unter angehoben werden kann, und der Schwingungsdämpfer daher ein hartes Dämpfungsverhalten aufweist. Das Ventilelement 429b wird durch die Vorspannfeder 433b in die Notstellung gemäß Figur 6 gedrängt, welche Vorspannfeder 433b wiederum von dem Federhalterungskolben 434 abgestützt ist. Das erste Ventilelement 429a wird durch die erste Vorspannfeder 433a, die weicher als die zweite Vorspannfeder 433b ist, in der in Figur 6 dargestellten Notstellung gehalten. Die erste Vorspannfeder 433a ist durch ein Ankerelement 462 abgestützt, welches am zweiten Ventilelement 429b befestigt ist. Eine Druckkompensationsleitung 438 verläuft sowohl durch den Anker 462 als auch durch das erste Ventilelement 429a. Das erste Ventilelement 429a umgibt das zweite Ventilelement 429b. In der in Figur 6 dargestellten Notstellung ruht das erste Ventilelement 429a auf der Schulter 429b2 des zweiten Ventilelements 429b.

Wenn das Kraftfahrzeug gestartet wird, empfängt die elektromagnetische Wicklung 435a eine kleine Stromzufuhr. So wird ein elektromagnetisches Feld aufgebaut, welchem sowohl der Anker 462 des zweiten Ventilelements 429b als auch das Eisenmaterial des ersten Ventilelements 429a ausgesetzt sind. Das elektromagnetische Feld ist so schwach, daß lediglich das erste Ventilelement 429a angehoben wird, wohingegen das zweite Ventilelement 429b in seiner in Figur 6 dargestellten Stellung verbleibt. Das Anheben des ersten Ventilelements 429a wird angehalten, wenn das obere Ende des ersten Ventilelements 429a gegen den Anker 462 anschlägt, d.h. wenn der Zwischenraum 465 geschlossen ist. Man kann aus Figur 6 sehen, daß in dieser Stellung des ersten Ventilelements 429a die Begrenzung 432a vollständig verschlossen ist, da die Bohrungen 429a1 und 429b1 sich nicht überlappen. Das bedeutet, daß der Strömungsweg 430 vollständig geschlossen ist. Somit ist der Flüssigkeitsdruck in der Flüssigkeitskammer 426f maximal und dies führt zu sehr harter Dämpfungswirkung des Schwingungsdämpfers, da das Hauptventilelement 26b der Figur 2 nur in Antwort auf einen sehr hohen Druck unter ihm angehoben werden kann. Dies ist in der Terminologie der vorliegenden Erfindung wiederum der erste Betriebszustand. Dieser erste Betriebszustand entspricht jedoch sehr harter Dämpfungswirkung. Daher ist diese Ausführungsform der Figur 6 insbesondere auf Sportwagen anwendbar, bei welchen unter normalen Fahrbedingungen harte Dämpfungswirkung erwünscht ist. Man kann erkennen, daß dieser erste Betriebszustand, der harter Dämpfungswirkung entspricht, durch eine geringe Stromzufuhr zu der elektromagnetischen Wicklung 435a erhalten werden kann, so daß der normale Betriebszustand wiederum mit einem Minimum an Leistungsverbrauch erhalten werden kann. Selbst ein sportlicher Fahrer kann einen komfortableren Betrieb wünschen. Wenn die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Wicklung - beispielsweise durch Handbetätigung - auf ein beträchtliches Maß erhöht wird, wird das elektromagnetische Feld so stark, daß auch das zweite Ventilelement 429b angehoben wird. Während dieses Anhebens bleibt das erste Ventilelement 429a in seiner relativ zu dem zweiten Ventilelement 429b angehobenen Stellung. Die Begrenzung 432a bleibt folglich vollständig geschlossen, jedoch wird die Begrenzung 432b derart geöffnet, daß der sich ergebende Strömungswiderstand durch den Strömungsweg 430 wieder vermindert wird, mit dem Ergebnis, daß der Druck in der Flüssigkeitskammer 426f ebenfalls vermindert wird und das Dämpfungsverhalten des Schwingungsdämpfers weicher wird. Dies ist in der Terminologie der vorliegenden Erfindung ein weiterer Betriebszustand. Wenn die Stromzufuhr zur Wicklung 435a aus irgendeinem Grund zusammenbricht, kehrt die Vorrichtung der Figur 6 in den in Figur 6 dargestellten Zustand, d.h. in den Notzustand, zurück. Es ist leicht zu verstehen, daß der Betriebszustand minimaler Dämpfungswirkung erhalten wird, wenn der Anker 462 an der Anlagefläche 470 anliegt, so daß der Spalt zwischen dieser Anlagefläche 470 und dem Anker 462 geschlossen ist. Die Ausführungsform der Figur 6 hat den Vorteil, daß die Federn 433a und 433b beide lediglich jeweils einem Ventilelement 429a bzw. 429b zugeordnet sind. Daher ist das Justieren der Vorrichtung der Figur 6 sehr einfach.

Eine weitere Verbesserung beim Justieren kann durch eine Justierfeder 471 erzielt werden, die durch andere Justierfedern ersetzt werden kann. Die Einstellschraube 439 wirkt lediglich mit der zweiten Vorspannfeder 433b zusammen. Dies ist eine weitere Verbesserung hinsichtlich des Justierbetriebs der Vorrichtung.

Mit Bezug nunmehr auf Figur 2 wurde die EM-Ventileinheit 28 bislang noch nicht beschrieben. Man erkennt durch einen Vergleich der Zeichnungen, daß die beiden Ventilelemente 529a und 529b und die entsprechenden Vorspannfedern 533a und 533b angeordnet sind, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Die Begrenzungen 532b und 26i sind jedoch in Reihe angeordnet, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Die Stellung der Figur 2 entspricht dem Notzustand: Der Strömungsweg, der von 26f durch 26g, 532b, 26h, 26i, 26k nach 20 verläuft, weist einen Strömungswiderstand auf, der durch die Querschnittsfläche der Begrenzung 26i festgelegt ist. Dies entspricht dem Notzustand, da der Strömungswiderstand durch 26i hoch ist, daher ist der Druck in der Flüssigkeitskammer 26f ebenfalls hoch und das Hauptventilelement 26b kann nur durch einen hohen Druck unterhalb des Ventilelements 26b geöffnet werden. Die Querschnittsfläche des Kanals 26i ist durch die Zusammenwirkung des Ventilelements 529a und eines Ventilsitzes 574 festgelegt. Beim Starten des Fahrzeugs fließt eine kleine Stromzufuhr zur Wicklung 535a, so daß das Ventilelement 529a vom Ventilsitzelement 574 abgehoben wird. Somit wird die Querschnittsfläche der Begrenzung 26i vergrößert. Dies ist ein erster Betriebszustand, der schwachen Schwingungsdämpfern entspricht.

Wenn ein Sensor erkennt, daß ein weiterer Betriebszustand mit einer härteren Dämpfungswirkung auf den Schwingungsdämpfer eingesetzt werden sollte, muß der elektromagnetischen Wicklung 535 eine stufenartig erhöhte Stromzufuhr zugeführt werden, so daß das elektromagnetische Feld das zweite Ventilelement 529b gegen die Wirkung der härteren Vorspannfeder 533b nach oben drängen kann. Somit wird die Querschnittsfläche der zweiten Begrenzung 532b verkleinert und der Strömungswiderstand wiederum erhöht mit der Folge, daß das Dämpfungsverhalten des Schwingungsdämpfers wieder härter wird. Wenn die Stromzufuhr zur Wicklung 535a zusammenbricht, kehrt die Vorrichtung in den in Figur 2 dargestellten Zustandl d.h. den Notzustand mit relativ harter Dämpfungswirkung, zurück.

Man kann in Figur 2 wiederum Justierfedern 571 sehen, die in ihrer Funktion mit der Justierfeder 471 der Figur 6 vergleichbar sind. Gemäß der linken Seite der Figur 2 kann die Schraubendruckfeder 571 durch Tellerfedern ersetzt werden.

Es ist möglich, die EM-Ventileinheiten, wie sie in den Figuren 2 und 6 dargestellt sind, auch zur unmittelbaren elektrischen Steuerung des in Figur 2 dargestellten Hauptventilelements 26b einzusetzen.

Es versteht sich ferner, daß man das Verhalten des Schwingungsdämpfers durch Ersetzen der Vorspannfedern leicht an ein gefordertes Verhalten anpassen kann.

Ein spezifischer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß zwei Ventilelemente mittels einer elektromagnetischen Wicklung bewegt werden können.

In der Ausführungsform der Figur 6 ist das zweite Ventilelement 429b vorzugsweise aus nicht magnetischem Material gefertigt.

Es ist erwünscht, daß, beispielsweise mit Bezug auf Figur 3, die Vorspannkraft der Vorspannfeder 133a sich nur langsam erhöht, wenn sich das Ventilelement 129 aus der dargestellten Notstellung in eine erste Betriebsstellung bewegt, so daß die Stromzufuhr während dieser Betriebsphase noch kleiner und im wesentlichen konstant gehalten werden kann. Ein langsamer Anstieg der Vorspannkraft kann durch Einsatz einer Schraubenfeder 133a mit einer im wesentlichen linearen Charakteristik erhalten werden. Eine Druckfeder linearer Charakteristik kann durch Vorspannen einer langen Schraubendruckfeder auf eine Länge erhalten werden, wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Der grundlegende Elastizitätskoeffizient der Schraubendruckfeder und die Längenminderung beim Einsatz zwischen den Halterungskolben 134 und die Ventilelementeinheit 129 ist derart gewählt, das der gewünschte Wert der Vorspannkraft erhalten wird. Die vorgespannte Feder wird ihre Vorspannkraft im wesentlichen nicht ändern, wenn sie durch eine Bewegung der Ventilelementeinheit 129 aus der Notstellung in die erste Betriebsstellung weiter komprimiert wird.

Obgleich bestimmte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen dargestellt und beschrieben wurden, um die Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien zu erläutern, versteht es sich, daß die Erfindung auch in anderer Weise verkörpert werden kann, ohne von diesen Prinzipien abzuweichen.

Festzuhalten ist, daß die in den Ansprüchen verwendeten Bezugszeichen lediglich zur Erleichterung des Lesens der Ansprüche dienen und in keiner Weise beschränkend sind.


Anspruch[de]

1. Schwingungsdämpfer, umfassend eine Zylindereinheit (10) mit einer Achse und eine relativ zu der Zylindereinheit (10) axial bewegliche Kolben-Kolbenstangen-Einheit (12), Fluidkammern (18a, 18b, 20), die von der Zylindereinheit (10) und der Kolben-Kolbenstangen-Einheit (12) in Hohlraummitteln der Zylindereinheit (10) umgrenzt sind, wobei die Fluidkammern (18a, 18b, 20) ein Dämpfungsfluid und vorzugsweise eine Dämpfungsflüssigkeit enthalten, wobei Fluidkanalmittel vorgesehen sind, um in Antwort auf eine Axialbewegung der Kolben-Kolbenstangen-Einheit (12) relativ zu der Zylindereinheit (10) einen gedrosselten Fluidstrom zwischen wenigstens einigen der Fluidkammern (18a, 18b) zu ermöglichen, wobei der gedrosselte Fluidstrom eine der Axialbewegung entgegenwirkende Dämpfungswirkung vorsieht, wobei die Fluidkanalmittel Querschnittsflächen-Veränderungsmittel (26a, 26b) in wenigstens einem Fluidweg (24) umfassen, wobei die Querschnittsflächen-Veränderungsmittel (26a, 26b) wenigstens eine EM-Ventileinheit (elektromagnetisch betätigte Ventileinheit) umfassen, wobei die EM- Ventileinheit (28) Vorspannmittel (133a, 133b) umfaßt, welche die EM-Ventileinheit (128) in Richtung auf einen Notzustand zu vorspannen, sowie EM-Transfermittel (elektromagnetische Transfermittel) umfassen zum Überführen der EM-Ventileinheit (128) aus dem Notzustand in eine Mehrzahl von Betriebszuständen gegen die Wirkung der Vorspannmittel (133a, 133b), wobei die Vorspannmit tel (133a, 133b) derart gewählt sind, daß eine relativ kleine elektrische Stromzufuhr zu den EM-Transfermitteln (135a) genügt, um die EM-Ventileinheit (128) aus dem Notzustand in einen ersten Betriebszustand überzuführen, und eine stufenartig erhöhte elektrische Stromzufuhr zu den EM-Transfermitteln erforderlich ist, um die EM-Ventileinheit aus dem ersten Betriebszustand in wenigstens einen weiteren Betriebszustand überzuführen.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsflächen-Veränderungsmittel (26a, 26b) eine fluidbetätigte Hauptventileinheit umfassen, wobei die fluidbetätigte Hauptventileinheit (26a, 26b) einem Fluidsteuerdruck ausgesetzt ist, wobei der Fluidsteuerdruck von der EM-Ventileinheit (128) gesteuert ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Notzustand eine Notfall-Dämpfungswirkung bereitstellt, die stärker als eine minimale Dämpfungswirkung und kleiner als eine maximale Dämpfungswirkung ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Notzustand maximale Dämpfungswirkung bereitstellt.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dämpfungswirkung in Antwort auf einen Übergang von dem Notzustand in den ersten Betriebszustand abnimmt und in Antwort auf einen Übergang von dem ersten Betriebszustand in den wenigstens einen weiteren Betriebszustand wieder zunimmt.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dämpfungswirkung in Antwort auf einen Übergang von dem Notzustand in den ersten Betriebszustand zunimmt und in Antwort auf einen Übergang von dem ersten Betriebszustand in den wenigstens einen weiteren Betriebszustand wieder abnimmt.

7. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die EM-Ventileinheit (128) einem EM-Ventilweg (130) veränderlichen Strömungswiderstands zugeordnet ist.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, wobei der Strömungswiderstand des EM-Ventilwegs (130) von der Stellung einer einzigen Ventilelementeinheit (129) abhängt, die von den Vorspannmitteln (133a, 133b) in Richtung auf eine dem Notzustand entsprechende Notstellung hin vorgespannt ist, und durch die EM-Transfermittel (135a) aus der Notstellung in Richtung auf eine erste Betriebsstellung und wenigstens eine weitere Betriebsstellung hin bewegbar ist, die den jeweiligen Betriebszuständen entsprechen, wobei die Vorspannmittel (133a, 133b) in Antwort auf eine Bewegung der Ventilelementeinheit (129) eine diskontinuierliche Charakteristik aufweisen mit einem stufenartigen Anstieg der Vorspannkraft in Antwort auf eine Bewegung der Ventilelementeinheit (129) über die erste Betriebsstellung hinaus in Richtung auf die wenigstens eine weitere Betriebsstellung hin.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, wobei die Vorspannmittel erste Federmittel (133a) umfassen, die die Ventilelementeinheit (129) in Richtung auf die Notstellung hin vorspannen, und zweite Federmittel (133b), die in der gleichen Richtung wirken wie die ersten Federmittel (133a), jedoch nur wirksam sind, nachdem die Ventilelementeinheit (129) in Richtung auf die erste Betriebsstellung hin übergeführt worden ist.

10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8 oder 9, wobei die EM-Ventilelementeinheit (129) mit wenigstens zwei in Reihe angeordneten Fluidbegrenzungsmitteln (132, 126i) des EM-Ventilwegs (130) zusammenwirkt, welche in Antwort auf eine Bewegung der EM-Ventilelementeinheit (129) veränderliche Querschnitte aufweisen.

11. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 10, wobei erste (126i) der Begrenzungsmittel (126i, 132) in der Notstellung der Ventilelementeinheit (129) ihre minimale Querschnittsfläche aufweisen, um den Strömungswiderstand durch den EM-Ventilweg im wesentlichen zu bestimmen, und deren Querschnittsfläche in Antwort auf eine Bewegung der Ventilelementeinheit (129) aus der Notstellung in Richtung auf die erste Betriebsstellung hin vergrößert wird, und wobei die zweiten Begrenzungsmittel in der Notstellung der Ventilelementeinheit (129) maximale Querschnittsfläche aufweisen und die Querschnittsfläche der zweiten Begrenzungsmittel in Antwort auf eine Bewegung der Ventilelementeinheit (129) von der Notstellung weg verkleinert wird.

12. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, wobei der Strömungswiderstand durch wenigstens zwei Fluidbegrenzungsmittel (432a, 432b) festgelegt wird, wobei jedes der Fluidbegrenzungsmittel (432a, 432b) eine entsprechende EM-Ventilelementeinheit (429a, 429b) umfaßt, wobei die EM-Ventilelementeinheiten (429a, 429b) durch entsprechende Vorspannmittel (433a, 433b) in Richtung auf entsprechende Grundstellungen hin vorgespannt sind, welche in Kombination dem Notzustand entsprechen, wobei die Ventilelementeinheiten (429a, 429b) durch die EM-Transfermittel (435a) unabhängig voneinander von ihren entsprechenden Grundstellungen weg längs wenigstens eines entsprechenden Abschnitts entsprechender Bewegungswege in entsprechende weitere Stellung bewegbar sind, wobei entsprechende weitere Stellungen der Ventilelementeinheiten in Kombination den ersten Betriebszustand und den wenigstens einen weiteren Betriebszustand festlegen.

13. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 12, wobei die wenigstens zwei Fluidbegrenzungsmittel (432a, 432b) in dem Strömungsweg (430) zueinander parallel angeordnet sind.

14. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 12, wobei die Begrenzungsmittel (26i, 532b) längs des Strömungswegs in Reihe angeordnet sind.

15. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die erste EM-Ventilelementeinheit (432a) durch die EM-Transfermittel bei einem ersten vorbestimmten Stromzufuhrwert in eine erste Verlagerungsstellung bewegbar ist, wobei die zweite Ventilelementeinheit (432b) in ihrer Grundstellung verbleibt, wobei die erste Ventilelementeinheit (432a) in der ersten Verlagerungsstellung und die zweite Ventilelementeinheit (432b) in der entsprechenden Grundstellung den ersten Betriebszustand definieren, wobei die zweite Ventilelementeinheit (432b) und gegebenenfalls auch die erste Ventilelementeinheit (432a) beide oberhalb eines vorbestimmten zweiten Stromzufuhrwerts durch die EM-Transfermittel (435a) in wenigstens eine weitere Kombination entsprechender Verlagerungsstellungen bewegbar sind, die dem wenigstens einen weiteren Betriebszustand entsprechen.

16. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die erste Ventilelementeinheit (429a) ein vorbestimmtes Bewegungsspiel relativ zur zweiten Ventilelementeinheit (429b) aufweist und nach Verbrauch des Eewegungsspiels zusammen mit der zweiten Ventilelementeinheit (429b) bewegbar ist, wobei die der ersten Ventilelementeinheit (429a) zugeordneten Vorspannmittel (433a) an der zweiten Ventilelementeinheit (429b) gehalten sind.

17. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die ersten und zweiten Ventilelementeinheiten (429a, 429b) längs einer Bewegungslinie zueinander koaxial angeordnet sind wobei eine (429a) der Ventilelementeinheiten (429a, 429b) die andere (429b) der Ventilelementeinheiten umgibt.

18. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei wenigstens eine Ventilelementeinheit (129) der EM-Ventileinheit (128) entgegengesetzt gerichtete Fluiddruck-Beaufschlagungsflächen aufweist, um Fluidkräfte auf die Ventilelementeinheit (129) wenigstens in einer ersten Betriebsstellung im Gleichgewicht zu halten.

19. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei wenigstens eine Ventilelementeinheit (330) der EM-Ventileinheit (328) in ihrer Notstellung eine verminderte druckbeaufschlagte Querschnittsfläche für den gegen die Vorspannmittel (333a, 333b) wirkenden Druck aufweist, so daß die Vorspannkraft der Vorspannmittel (333a, 333b), die die Ventilelementeinheit (329) in Richtung auf die Notstellung hin drängen, von dem auf eine entgegengesetzte Fläche der Ventilelementeinheit einwirkenden Hydraulikdruck unterstützt wird.

20. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei Justierfedermittel (570) vorgesehen sind mit einer der Vorspannwirkung der Vorspannmittel (533b) entgegengesetzten Federwirkung.

21. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 17, wobei die andere (429b) der Ventilelementeinheiten (429a, 429b) aus nicht magnetischem Material gefertigt ist und mit einem Anker (462) zur gemeinsamen Bewegung verbunden ist.

22. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Vorspannmittel (133a, 133b) eine Vorspannkraft auf wenigstens eine EM-Ventilelementeinheit (129) bereitstellen, die einer Bewegung der EM-Ventilelementeinheit von der Notstellung weg entgegengesetzt ist, wobei die Vorspannkraft während einer Bewegung der EM- Ventilelementeinheit (129) aus einer Notstellung in eine erste Betriebsstellung im wesentlichen nicht veränderlich ist.

23. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 22, wobei die Vorspannmittel (133a, 133b) in einem der Notstellung entsprechenden gestrecktesten Zustand unter Vorspannung stehen.

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