DE69112968T2

DE69112968T2 - Aufbau eines regelbaren dämpfers.

Info

Publication number: DE69112968T2
Application number: DE69112968T
Authority: DE
Inventors: Ray Sackett; Charles Tyrrell
Original assignee: Monroe Auto Equipment Co
Current assignee: Tenneco Automotive Inc
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: EP0477326B1; WO1991016556A1; DE69112968D1; EP0477326A1; EP0477326A4; JPH05500553A; US5152379A; JP3263070B2

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Aufhängungssystem der Kolbenart und genauer gesagt eine Kolbenanordnung mit einem Bypassventil zum wahlweisen Einstellen der Dämpfungscharakteristiken des Schwingungsdämpfers sowohl während der Druckbeanspruchung (Einfederung) als auch während der Entlastung (Ausfederung) des Schwingungsdämpferkolbens.
Verschiedene bereits bekannte hydraulische Schwingungsdämpfer der Kolbenart umfassen Vorrichtungen zum Einstellen oder steuerbaren Variieren der Dämpfungscharakteristiken bzw. der Dämpfungswirkungen der Schwingungsdämpfer während der Einfederung bzw. der Ausfederung des Schwingungsdämpfers. Bei früheren Schwingungsdämpfern dieser Art befinden sich verschiedene Fluidöffnungen - zusammen mit Mitteln zum wahlweisen öffnen oder Schließen dieser Fluidöffnungen, um den Widerstand gegenüber der Hydraulikflüssigkeit zu variieren, die durch den Kolben oder die Kolbenende-Kolbenstangen-Anordnung fließt - in dem Schwingungsdämpferkolben oder der Kolbenstange oder sind ansonsten mit diesen verbunden.
In der EP-A-0 330 634 ist ein Schwingungsdämpfer offenbart, der eine Anordnung zum Bewirken von verschiedenen Arten von Dämpfungscharakteristiken aufweist, die mit Hilfe von äußeren Betätigungselementen unabhängig davon, ob die Kolbengeschwindigkeit variiert oder nicht, bestimmt werden können. Der Schwingungsdämpfer umfaßt einen Kolben, der in dem Zylinder vorgesehen ist und der mit einem Durchgang zwischen der oberen und unteren Seite des Kolbens versehen ist. Änderungen der Dämpfungscharakteristiken werden durch Beeinflussen einer Beschränkung in dem Durchgang erzielt. Die Elemente, die die Drosselung beeinflussen, arbeiten mit einer Servofunktion. Ein erstes Ventilelement beeinflußt die Begrenzung mit Hilfe eines ersten Druckes, der mit Hilfe eines Steuerflusses geschaffen wird, der zwischen den oberen und unteren Seiten des Kolbens fließt und der von einem zweiten Ventilelement bestimmbar ist, das durch die äußeren Betätigungselemente betätigt werden kann. Das erste Ventilelement umfaßt einen federbelasteten, druckbetätigten Schieber, dessen Position von dem ersten Druck und einem zweiten Druck ausgeglichen wird, der aus der Druckdifferenz resultiert, die zwischen den oberen und unteren Seiten des Kolbens besteht. Das zweite Ventilelement steht in Wechselwirkung mit einem Proportionalmagneten, der ein Einstellen des ersten Drucks unabhängig von der Schwankung der Kolbengeschwindigkeit vorsieht. Der federbelastete, druckbetätigte Schieber ist mit einer Einführbohrung zur Aufnahme einer Feder versehen. Der Schieber macht sich die Federkraft der Feder in Kombination mit der Kraft, die sich aus einem Druck ergibt, der von dem zweiten Ventilelement definiert wird, und der Kraft zunutze, die sich aus dem Druckunterschied zwischen den oberen und unteren Seiten des Kolbens ergibt, um den Schieber in einer inneren Aussparung/Bohrung in dem Kolben zu positionieren.
Da verschiedene Fahrcharakteristiken von dem Betrag der Dämpfungskräfte abhängen, die der Schwingungsdämpfer vorsieht, ist es oftmals erwünscht, einen Schwingungsdämpfer zu haben, bei dem der Betrag der von dem Schwingungsdämpfer erzeugten Dämpfungskräfte einstellbar ist. Ein Beispiel für einen Schwingungsdämpfer zum wahlweisen Ändern der Dämpfungscharakteristiken eines Schwingungsdämpfers ist die am 13. März 1989 eingereichte US-Patentanmeldung Nr. 322,774 mit dem Titel "Method and Apparatus for Controlling Shock Absorbers" (Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Schwingungsdämpfern).
Außerdem sind die von dem Schwingungsdämpfer vorgesehenen Dämpfungskräfte umso größer, je größer der Grad ist, mit dem die Durchflußmenge des Dämpfungsfluids in dem Arbeitsraum von einer Kolbenanordnung gedrosselt wird. Demgemäß wird ein "weiches" Druckaufbringen und Entlasten erzeugt, wenn die Durchflußmenge des Dämpfungsfluids relativ unbegrenzt ist, und ein "hartes" Druckaufbringen und Entlasten wird erzeugt, wenn die Durchflußmenge des Dämpfungsfluids begrenzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Schwingungsdämpfer zum Dämpfen der Bewegung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs relativ zu einem Rad dieses Kraft fahrzeugs vorgesehen, wobei der Schwingungsdämpfer folgendes umfaßt: einen Druckzylinder mit einem sich hin- und herbewegenden Kolben, der sich darin befindet und dahingehend wirkt, einen Arbeitsraum, der von dem Druckzylinder gebildet wird, in erste und zweite Raumabschnitte zu unterteilen, erste Ventilmittel, die es erlauben, daß ein Dämpfungsfluid während des Druckaufbringens in eine Richtung sowie von dem ersten zu dem zweiten Raumabschnitt fließen kann, zweite Ventilmittel, die es erlauben, daß das Dämpfungsfluid während des Entlastens in eine Richtung und von dem zweiten in den ersten Raumabschnitt fließen kann, Bypassventilmittel, die in dem Kolben ausgebildet sind und die es dem Dämpfungsfluid erlauben, beim Druckaufbringen und beim Entlasten in beide Richtungen zwischen den ersten und zweiten Raumabschnitten zu fließen, wobei das Bypassventilmittel einen schwimmenden Kolben umfaßt, der sich in einem Hohlraum befindet und durch Arbeitsdrücke in den ersten und zweiten Raumabschnitten zwischen oberen und unteren Positionen in dem Hohlraum bewegt werden kann, elektrisch betätigbare Durchflußregelungsmittel zur Steuerung der Betätigung der Bypassventilmittel und der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids, wobei das Durchflußregelungsmittel einen Kolben umfaßt, der so betätigbar ist, daß er zwischen ersten und zweiten Positionen versetzt werden kann, einen ersten Durchflußweg zwischen dem ersten Raumabschnitt und dem zweiten Ventilmittel durch das Durchflußregelungsmittel, einen zweiten Durchflußweg zwischen dem zweiten Raumabschnitt und dem ersten Ventilmittel durch das Durchflußregelungsmittel, und einen dritten Durchflußweg zwischen den ersten und zweiten Raumabschnitten und dem Bypassventilmittel durch das Durchflußregelungsmittel, und Betätigungsmittel zum steuerbaren Betätigen des Durchflußregelungsmittels in Reaktion auf den Druckunterschied zwischen den ersten und zweiten Raumabschnitten des Arbeitsraums, wenn sich der Kolben in Reaktion auf die Bewegung der Karosserie des Kraftfahrzeugs hin- und herbewegt, wobei die Betätigungsmittel dahingehend betätigbar sind, daß sie während des Druckaufbringens und während des Entlastens eine harte Dämpfung erzeugen, indem sie den schwimmenden Kolben verschieben, um den dritten Durchflußweg zu schließen, und während des Druckaufbringens und während des Entlastens eine weiche Dämpfung erzeugen, indem sie den schwimmenden Kolben versetzen, um den dritten Durchflußweg zu öffnen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Regelung der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids zwischen ersten und zweiten Abschnitten eines Arbeitsraums eines direkt wirkenden hydraulischen Schwingungsdämpfers vorgesehen, wobei sich der Schwingungsdämpfer zwischen gefederten und ungefederten Abschnitten eines Kraftfahrzeugs befindet und einen Druckzylinder aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Ermitteln des Druckunterschieds zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Arbeitsraums, Messen der Vertikalgeschwindigkeit des gefederten Abschnitts des Kraftfahrzeugs, Zuführen des Dämpfungsfluids zu den elektrisch steuerbaren Durchflußmitteln zum Regulieren der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Arbeitsraums, wobei das elektrisch steuerbare Durchflußmittel einen Kolben umfaßt, der so betätigt werden kann, daß er in oberen und unteren Positionen angeordnet werden kann, und so betätigt werden kann, daß ein schwimmender Kolben entsprechend den Positionen des Kolbens in Abhängigkeit von dem Druckunterschied wahlweise in ersten und zweiten Positionen positioniert werden kann, und Regulieren der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Arbeitsraums durch das elektrisch steuerbare Durchflußmittel in Reaktion auf den Druckunterschied zwischen ersten und zweiten Abschnitten des Arbeitsraums und der vertikalen Geschwindigkeit des gefederten Abschnitts des Kraftfahrzeugs, wobei der Schritt des Regulierens der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids den Schritt des Erzeugens eines harten Entlastens und eines harten Druckaufbringens für den gefederten Abschnitt umfaßt, wenn sich der schwimmende Kolben in der ersten Position befindet, und das Erzeugen eines weichen Druckaufbringens und eines weichen Entlastens umfaßt, wenn sich der schwimmende Kolben in der zweiten Position befindet.
Bei dem im folgenden beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der Vorrichtung zur Steuerung von Schwingungsdämpfern kann die Menge an Dämpfungsfluid, die zwischen den oberen und unteren Abschnitten des Arbeitsraums fließt, mit einem relativ hohen Grad an Genauigkeit und Geschwindigkeit gesteuert werden, um eine gesteigerte Straßenlage und verbesserte Fahreigenschaften bei einem schnellen Wechsel zwischen "harten" und "weichen" Entlastungs- und Druckaufbringungsbedingungen vorzusehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Kolbenanordnung durch eine Verringerung sowohl der Anzahl als auch der Kompliziertheit der Bauteile davon vereinfacht, die zur Kontrolle der Dämpfungskräfte notwendig sind. Vorteilhafterweise wird das Bypassventil von einem mit Öffnungen versehenen Tauchkolben aus einer ersten Position, um ein weiches Einfedern und ein hartes Ausfedern zu erzeugen, und in eine zweite Position angetrieben, um ein hartes Einfedern und ein weiches Ausfedern zu erzeugen. Die verbesserte Kolbenanordnung steigert die Straßenlagenleistungsfähigkeit des Fahrzeugs durch eine Regelung der Dämpfungskräfte des Schwingungsdämpfers.
Bei dem veranschaulichten und beschriebenen Verfahren zur Steuerung der Schwingungsdämpfer kann das Auftreten eines Druckaufbringens bzw. Entlastens bestimmt werden, indem der Druckunterschied zwischen dem Dämpfungsfluid in den oberen und unteren Abschnitten des Arbeitsraums gemessen wird (d.h. die Druckdifferenz quer über den Kolben des Schwingungsdämpfers). Die Dämpfungscharakteristiken des beschriebenen und veranschaulichten Schwingungsdämpfers können leicht und auf bequeme Weise von einer entfernten oder äußeren Position relativ zu dem Schwingungsdämpfer gesteuert werden. Der Schwingungsdämpfer kann für eine große Anzahl von Einstellbetätigungsanwendungen ausgelegt werden.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel arbeitet der schwimmende Kolben effizient und schnell, um die Fahrtcharakteristiken der Schwingungsdämpferanordnung zu ändern. Außerdem ändern Sensormittel, die extern in Zusammenhang mit dem Schwingungsdämpfer verwendet werden, die Fahrtcharakteristiken eines Autos in Abhängigkeit von den Wünschen des Benutzers.
Ein Ausführungsbeispiel des Schwingunsgdämpfers gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhalber unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
Figur 1 eine Veranschaulichtung eines Fahrzeugs ist, bei dem das Verfahren und die Vorrichtung zur Steuerung der hydraulischen Schwingungsdämpfer der Kolbenart gemäß einem beispielhaften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Figuren 2A und 2B jeweils Querschnittansichten in Längsrichtung der oberen und unteren Endabschnitte des Schwingungsdämpfers gemäß einem beispielhaften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind.
Figur 3 eine teilweise in Längsrichtung aufgenommene Querschnittansicht der in Figur 2B gezeigten Kolbenanordnung ist und einen schwimmenden Kolben in der Kolbenanordnung zeigt, die so positioniert ist, daß sie eine harte Entlastung bzw. Ausfederung vorsieht.
Figur 4 eine der Figur 3 ähnliche Ansicht ist und den schwimmenden Kolben zeigt, der so positioniert ist, daß er ein hartes Druckaufbringen bzw. Einfedern vorsieht.
Figur 5 eine der Figur 3 ähnliche Ansicht ist und den schwimmenden Kolben zeigt, der so positioniert ist, daß er eine weiche Entlastung vorsieht.
Figur 6 eine der Figur 3 ähnliche Ansicht ist und den schwimmenden Kolben zeigt, der so positioniert ist, daß er ein weiches Druckaufbringen vorsieht.
Die Figuren 1-6 veranschaulichen ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines einstellbaren Schwingungsdämpfers gemäß der vorliegenden Erfindung, der so ausgelegt ist, daß er einen Dämpfungseffekt zwischen gefederten und ungefederten Abschnitten des Fahrgestells eines Fahrzeugs oder zwischen anderen miteinander verbundenen, aber relativ beweglichen Teilen anderer Einrichtungen vorsehen kann. Der Begriff "Schwingungsdämpfer", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf Schwingungsdämpfer im allgemeinen Sinn des Ausdrucks und umfaßt auch McPherson-Federbeine. Obwohl die vorliegende Erfindung in den Zeichnungen so dargestellt ist, als ob sie für verschiedene Anwendungen in der Automobilindustrie ausgelegt ist, wird ein Fachmann auf dem Gebiet schnell aus der nachfolgenden Diskussion erkennen, daß die Prinzipien der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auch auf andere Arten von Aufhängungssystemen anwendbar sind.
Unter Bezugnahme auf die Figur 1 sind vier Schwingungsdämpfer 10 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in betriebsmäßiger Verbindung mit einer schematischen Darstellung eines herkömmmlichen Fahrzeugs 12 gezeigt. Das Fahrzeug 12 umfaßt ein hinteres Aufhängungssystem 14 mit einer sich in Querrichtung erstreckenden Hinterachsanordnung (nicht gezeigt), die so ausgelegt ist, daß sie betriebsmäßig die Hinterräder 18 des Fahrzeugs trägt. Die Hinterachsanordnung ist betriebsmäßig mit dem Fahrzeug 12 durch ein Paar von Schwingungsdämpfern 10 sowie auch durch die Schraubenfedern 20 verbunden. In ähnlicher Weise weist das Fahrzeug 12 ein vorderes Aufhängungssystem 22 auf, das eine sich in Querrichtung erstreckende vordere Achsanordnung (nicht gezeigt) aufweist, um betriebsmäßig die Vorderräder 24 des Fahrzeugs zu tragen. Die Vorderachsanordnung ist betriebsmäßig mit dem Fahrzeug 12 durch ein zweites Paar von Schwingungsdämpfern 10 und durch die Schraubenfedern 20 verbunden. Die Schwingungsdämpfer 10 dienen dazu, die Relativbewegung des ungefederten Abschnitts (d.h. der vorderen und hinteren Aufhängungssysteme 22 und 14) und des gefederten Abschnitts (d.h. der in Figur 2A als die Karosserie 26 gezeigt ist) des Fahrzeugs 12 abzudämpfen.
Damit die Dämpfungscharakteristiken der Schwingungsdämpfer 10 gesteuert werden können, sind ein Betriebsartauswahlschalter 28 und ein elektronisches Steuermodul 30 vorgesehen. Der Betriebsartauswahlschalter 28 befindet sich in dem Innenraum des Fahrzeugs 12 und ist durch die Insassen des Fahrzeugs 12 zugänglich. Der Betriebsartauswahlschalter 28 wird dazu verwendet auszuwählen, welche Art von Dämpfungscharakteristiken die Schwingungsdämpfer 10 vorsehen sollen (d.h. hart, weich oder automatisch). Das elektronische Steuermodul 30 nimmt die Ausgangsgröße des Betriebsartauswahlschalters 28 auf und wird dazu verwendet, elektronische Steuersignale zur Steuerung der Dämpfungscharakteristiken der Schwingungsdämpfer 10 zu erzeugen. Durch die Kontrolle der Dämpfungscharakteristiken der Schwingungsdämpfer 10 können die Schwingungsdämpfer die Relativbewegung zwischen der Karosserie 26 und dem Aufhängungssystem des Fahrzeugs derart dämpfen, daß sowohl die Fahrt und der Komfort sowie auch gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des Straßenfahrverhaltens optimiert werden.
Der Aufbau der Schwingungsdämpfer 10 ist von der Art, wie sie in der oben genannten, am 13. März 1989 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 322,774 gezeigt und beschrieben ist. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Schwingungsdämpfer nur kurz und nur so weit beschrieben, wie es notwendig ist, um die neuen Änderungen zu kennzeichnen.
Die Figuren 2A und 2B offenbaren, daß der Schwingungsdämpfer 10 ein längliches, im allgemeinen zylindrisches Außenrohr 32, eine becherförmige Verschlußkappe 34, die das obere Ende des Rohrs abschließt, und eine becherförmige Verschlußkappe 36, die das untere Ende des Rohrs abschließt, umfaßt, wodurch ein geschlossener Raum gebildet wird, um das Dämpfungsfluid zu speichern. Durch die obere Verschlußkappe 34 erstreckt sich axial eine Kolbenstange 38, die an einer sich hin- und herbewegenden Kolbenanordnung 40 befestigt ist. Die Kolbenanordnung 40 kann axial in einem länglichen rohrförmigen Druckzylinder 42 verschoben werden, der sich in dem Außenrohr 32 befindet. Der Druckzylinder 42 bildet einen Arbeitsraums 44, bei dem sich die oberen und unteren Abschnitte des Arbeitsraums jeweils oberhalb und unterhalb der Kolbenanordnung 40 befinden. Ein Teflonmantel 46 befindet sich zwischen der Kolbenanordnung 40 und dem Druckzylinder 42, um die Bewegung der Kolbenanordnung 40 hinsichtlich des Druckzylinders 42 zu erleichtern.
Der Schwingungsdämpfer 10 ist an seinen entgegengesetzten Endabschnitten mit der Hinterachsanordnung des Fahrzeugs 12 und mit der Karosserie 26 des Fahrzeugs 12 verbunden. Die Einzelheiten einer derartigen Verbindung bilden an sich keinen Teil dieser Erfindung, und eine geeignete Konstruktion ist vollständig in der oben genannten US-Patentanmeldung Nr. 322, 774 dargelegt.
Um eine elektrische Übertragung zwischen dem elektronischen Steuermodul 30 und einer elektrischen Spule zu erlauben, die unten beschrieben wird, umfaßt der Schwingungsdämpfer 10 desweiteren eine elektrische Verbindungsanordnung 48, die bei Betätigung eine schnelle elektrische Entkopplung des Schwingungsdämpfers 10 von dem elektronischen Steuermodul 30 ermöglicht, so daß der Schwingungsdämpfer 10 ausgetauscht werden kann. Das elektronische Steuermodul 30 und seine Betätigung in bezug auf die Steuerung der Schwingungsdämpfer ist in Einzelheiten in der oben genannten US-Patentanmeldung Nr. 322,774 beschrieben. Die elektrische Verbindungsanordnung 48 kann von der Art sein, wie sie in den Figuren 8-10 der am 5. Oktober 1987 eingereichten US-Patentanmeldung mit der laufenden Eingangsnummer 105,404 gezeigt ist, obwohl auch andere geeignete elektrische Verbindungselemente verwendet werden können.
Um die Kolbenanordnung 40 auf der Kolbenstange 38 zu halten, sind ein sich axial erstreckender Kolbenständer 50 und eine Kolbenständer/-stangenmutter 52 vorgesehen. Der Kolbenständer 50 weist einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich axial durch die zentrale Bohrung 54 (siehe z.B. Figur 3) der Kolbenanordnung 40. Der Kolbenständer 50 ist an der Kolbenstange 38 mit Hilfe der Kolbenständer/-stangenmutter 52 befestigt.
Damit das Dämpfungsfluid des Dämpfungsfluidspeichers 56 in den Arbeitsraum 44 fließen kann, ist eine Bodenventilanordnung 58 vorgesehen, wie in Figur 2B gezeigt ist. Die Bodenventilanordnung 58 umfaßt einen im allgemeinen becherförmigen Druckzylinderendabschnitt 60, der sich koaxial zu dem und angrenzend an den unteren Abschnitt des Druckzylinders 42 befindet. Der Endabschnitt 60 enthält eine umfangsseitig nach oben angeordnete Aussparung, die dahingehend wirken kann, daß sie mit dem unteren Abschnitt des Druckzylinders 42 in Eingriff kommt. Der Druckzylinder 42 wird mit einem geeigneten Mittel, z.B. durch Preßpassung, in der Aussparung befestigt. Es ist aber selbstverständlich, daß auch andere geeignete Bodenventile verwendet werden können.
Die Kolbenanordnung 40 wird nun genauer unter Bezugnahme auf die Figuren 3, 4, 5 und 6 beschrieben. In dieser Hinsicht sind die Einzelheiten von bestimmten zugehörigen Strukturen in der oben erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 322,774 genauer dargelegt.
Die Kolbenanordnung 40 wird verwendet, um die Durchflußmenge des Dämpfungsfluids zwischen den oberen und unteren Abschnitten des Arbeitsraums 44 zu regeln und umfaßt einen Ventilkörper 68 mit oberen und unteren Endflächen 62, 64, wobei sich eine erste und zweite Vielzahl von vertikalen Beschränkungs- Durchflußkanälen 70 und 72 zwischen den Endflächen erstrecken, einen umgekehrt ausgesparten Durchflußkanal 74 in der oberen Endfläche des Ventilkörpers 68, und einen umgekehrt ausgesparten Durchflußkanal 76 in der unteren Endfläche 64 des Ventilkörpers 68. Jeder Durchflußkanal 70 umfaßt einen ventilgesteuerten oberen Auslaßendabschnitt 78 und einen unteren, umgekehrt ausgesparten Einlaßendabschnitt 80. In ähnlicher Weise umfaßt jeder Durchflußkanal 72 einen ventilgesteuerten unteren Auslaßendabschnitt 82 und einen oberen, umgekehrt ausgesparten Einlaßendabschnitt 84.
Damit die Kolbenanordnung 40 das Abfließen des Dämpfungsfluids zwischen den oberen und unteren Abschnitten des Arbeitsraums 44 regulieren kann, ist jeweils ein oberes und ein unteres Federlager 88 und 100 an den Flächen 62 und 64 angeordnet. Das Federlager 88 befindet sich angrenzend an dem oberen Auslaßendabschnitt 78 der Durchflußkanäle 70 sowie auch an dem oberen Einlaßendabschnitt 84 der Strömungsdurchgänge 72. Das Federlager 100 grenzt an dem unteren Einlaßabschnitt 76 der vertikalen Kanäle 70 sowie auch an dem Auslaßendabschnitt 82 der Durchflußkanäle 72 an.
Das Federlager 88 weist sich radial erstreckende obere und untere Abschnitte 92 und 94 sowie auch einen sich axial erstreckenden Abschnitt 96 auf. Der sich radial erstreckende untere Abschnitt 94 befindet sich an der oberen Endfläche 62 des Ventilkörpers 68 und überdeckt den Durchflußkanal 74. Der sich axial erstreckende Abschnitt 96 des Federlagers 88 erstreckt sich axial von dem sich radial erstreckenden Abschnitt 94 bis zu einer Lage direkt unterhalb der Kolbenstangenmutter 52. Der sich axial erstreckende Abschnitt 96 umfaßt desweiteren einen Durchflußkanal 98, der es möglich macht, daß das Dämpfungsfluid in dem oberen Abschnitt des Arbeitsraums 44 dort hindurch und zu dem Durchflußkanal 74 fließt.
Eine Schraubenventilfeder 90 befindet sich zwischen der Kolbenständer/-stangenmutter 52 und der oberen Fläche des sich radial erstreckenden Abschnitts 94 des Federlagers 88 und spannt den Abschnitt 94 davon gegen den Ventilkörper vor. Die Ventilfeder 90 wird auf Druck beansprucht und drückt den sich radial erstreckenden Abschnitt 94 des Federlagers 88 gegen die obere Fläche 62 des Federlagers und in eine enge Beziehung zu dem oberen Auslaßendabschnitt 78 der vertikalen Durchflußkanäle 70.
Das Federlager 100 umfaßt einen sich radial erstreckenden ersten Abschnitt 102, einen kegelstumpfförmigen Stufenabschnitt 104, und einen sich radial erstreckenden zweiten Abschnitt 106, wobei der Stufenabschnitt 104 in sich einen Durchflußkanal 108 aufweist, der es möglich macht, daß das Dämpfungsfluid dort hindurchfließen kann. Ein scheibenförmiger Abstandhalter 112 befindet sich in der Aussparung 76 und ist koaxial relativ zu der nach innen gerichteten Ausdehnung des zweiten Abschnitts 106 und oberhalb einer Kolbenmutter 114, die mit dem Kolbenständer 50 über Gewinde in Eingriff steht, angeordnet.
Eine zweite Ventilfeder 110 befindet sich nahe bei dem äußeren Umfang des oberen Abschnitts der Kolbenmutter 114, wobei die Ventilfeder 110 eine nach oben vorspannende Kraft auf den ersten Abschnitt 102 ausübt, wodurch das Federlager 100 gegen die Fläche 64 vorgespannt wird. Demgemäß kann das untere Federlager 100 die Durchflußmenge des Dämpfungsfluids, das während der Entlastung (Ausfederung) durch die Durchflußkanäle 72 fließt, begrenzen.
Der Ventilkörper 68 umfaßt ein Paar von zylindrischen Körperabschnitten 116 und 118, die miteinander verbunden sind, um einen inneren Fluidreserveraum 120 zu bilden, und einen ringförmigen inneren Kolben 122, wobei sich der Ventilkörper koaxial zu der axialen Mittellinie des Kolbenständers 50 befindet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der obere erste Körperabschnitt 116 eine Vielzahl von Durchflußkanälen 124, die sich koaxial zu der axialen Mittellinie des Kolbenständers erstrecken, und der untere zweite Körperabschnitt 118 umfaßt eine Vielzahl von Durchflußkanälen 126 und 128, die sich koaxial zu der Mittellinie des Kolbenständer erstrecken, wobei die Durchflußkanäle 124 und 126 dahingehend zusammenwirken, daß sie einen durchgehenden vertikalen Durchflußkanal von der oberen Fläche 62 aus nach innen bilden und die Durchflußkanäle 128 dahingehend zusammenwirken, daß sie einen vertikalen Durchflußkanal von der unteren Fläche 64 aus nach innen bilden.
Außerdem umfaßt der obere Körperabschnitt 116 eine Vielzahl von Hilfsöffnungen 130 und 132, die für das Fluid jeweils Fließverbindungen von dem Durchflußkanal 124 in den Fluidreserveraum 120 und von dem Fluidreserveraum 120 in die jeweiligen Öffnungen 134 des Kolbenständers herstellen. Außerdem umfaßt der untere Körperabschnitt 118 jeweils eine Vielzahl von Hilfsöffnungen 136 und 138, um das Fluid von den vertikalen Kanälen 126 in den Fluidreserveraum 120 und von dort durch eine entsprechende Öffnung 140 in dem Kolbenständer weiterzuleiten. Die Körperabschnitte umfassen außerdem jeweils Öffnungen 142 und 144, die zwischen den Kanälen 124 und 126 und dem Fluidreserveraum 120 und von dort zu dem vertikalen Durchgang 128 eine Fließverbindung für das Fluid schaffen.
Der innere Kolben 122 weist die Form einer zweiteiligen Scheibe auf, die in dem Fluidreserveraum positioniert ist, um sich zwischen oberen und unteren Positionen zu bewegen und den Fluidreserveraum in obere und untere Raumabschnitte zu trennen. Der innere Kolben 122 "schwimmt" grundsätzlich zwischen seinen oberen und unteren Positionen und umfaßt einen zentralen Durchgang bzw. Ringraum 146, der so ausgelegt ist, daß er sich mit den Öffnungen 142 und 144 decken kann bzw. aus der Passung damit gebracht werden kann, um Fluid von dem vertikalen Kanal 124 und 126 durch den Fluidreserveraum 120 zu dem vertikalen Durchgang 128 zu leiten.
Ein Tauchkolbenelement 148 befindet sich koaxial in dem Kolbenständer 50 und weist einen zylindrischen Querschnitt auf, wobei dessen unterer Endabschnitt einen Bereich 150 umfaßt, der einen verringerten Außendurchmesser und eine Vielzahl von Öffnungen 152 aufweist. Der Bereich 150 wird dazu verwendet, zu ermöglichen, daß das Dämpfungsfluid zwischen den Kolbenöffnungen 132 und den Hilfsöffnungen 134 bzw. zwischen den Kolbenöffnungen 138 und den Hilfsöffnungen 140, und dem Fluidreserveraum 120 fließen kann. Außerdem umfaßt der Kolben 148 einen zentralen Druckkanal 154, der es ermöglicht, daß das Dämpfungsfluid in dem unteren Abschnitt des Arbeitsraums 44 strömungsmäßig durch den Kolbenständer 50 geleitet werden kann.
Um eine Bewegung des Tauchkolbenelements 148 zu bewirken, ist eine ringförmige Spule vorgesehen, wie sie in der oben genannten US-Patentanmeldung Nr. 322,774 beschrieben ist, wobei das Tauchkolbenelement und die Spule einen Elektromagneten bilden.
Eine Beaufschlagung der Spule mit Strom bewirkt, daß der Tauchkolben verschoben wird, wodurch bewirkt wird, daß sich der Bereich 150 unmittelbar zu den jeweiligen Öffnungen 134 und 140 des Kolbenständers 50 bewegt, wobei der Bereich zweckmäßigerweise so bemessen ist, daß er eine Öffnung schließt, während die andere offen bleibt.
Während des Entlastens bewegt sich der Kolben nach oben, wie in den Figuren 3 und 5 gezeigt ist. Wenn der Kolben 148 die Kolbenständeröffnungen 14ß schließt, wie in Figur 3, dann wird der obere Raum mit Hochdruck beaufschlagt, und das Dämpfungsfluid kann von dem oberen Abschnitt des Arbeitsraums 44 durch die folgenden Durchgänge zu dem unteren Abschnitt des Arbeitsraums fließen: den Durchflußkanal 98, den Durchflußkanal 74, die Durchflußkanäle 124 und 126, von den Hilfsöffnungen 130 und 136 in den Fluidreserveraum 120, die Hilfsöffnungsdurchgänge 132 und in die jeweiligen Kolbenständeröffnungen 134, den Durchgang, der von dem Bereich 150 zwischen dem Kolben und dem Tauchkolben gebildet wird, die Öffnung 152 durch den Tauchkolben, und in den mittleren Durchgang 154 des Kolbens 148. Wenn dies auftritt, dann wird das Fluid, das durch die Hilfsöffnung 130 in die obere Hälfte des Hohlraums 120 fließt, durch die Hilfsöffnung 132 herausgelassen, und somit herrscht in dem oberen Hohlraum 120 ein niedrigerer Druck als in der unteren Hälfte des Hohlraums 120, in dem ein Hochdruck herrscht, da der Tauchkolben 148 die Öffnung 140 blockiert. Da dieser innere Kolben 122 nach oben bewegt wird, werden die Öffnungen 144 und 142 abgedeckt. Der erhöhte Druck, der durch das durch den Durchflußkanal 72 fließende Fluid bewirkt wird, überwindet die Vorspannkräfte der Ventilfeder 110, wodurch bewirkt wird, daß das untere Federlager 100 in einer nach unten gerichteten Richtung verschoben wird und das Fluid aus dem Auslaß 82 hinaus zu dem unteren Raum fließt. Deshalb kann mehr Dämpfungsfluid durch die Durchflußkanäle 72 fließen, wodurch die Dämpfungskräfte verringert werden, die die Kolbenanordnung 40 erzeugt, und eine harte Entlastung (Ausfederung) wird vorgesehen.
Während des Druckaufbringens (Einfederung) bewegt sich der Kolben nach unten, wie in den Figuren 4 und 6 gezeigt ist. Wenn der Tauchkolben 148 die Kolbenständeröffnungen 134 verschließt, wie in Figur 4 gezeigt ist, dann wird der untere Raum 44 unter Hochdruck gesetzt, und das Dämpfungsfluid kann durch die folgenden Durchflußkanäle von dem unteren Abschnitt des Arbeitsraums 44 zu dem Bereich direkt oberhalb der oberen Endfläche des Ventilkörpers fließen: durch den zentralen Durchgang 154 des Tauchkolbens und durch die Tauchkolbenöffnungen 152, durch den Bereich 150, durch die Hilfsöffnungen 138 in die untere Hälfte des Raums 120 hinein, durch die Hilfsöffnungen 136 in den Durchgang 126 und 124, und aus dem Durchflußkanal 74 heraus. In ähnlicher Weise steht das Fluid, das durch die Pilotöffnung 138 in die untere Hälfte des Raums 120 fließt, unter Hochdruck, der größer ist als der Druck in der oberen Hälfte des Raums 120, wodurch bewirkt wird, daß die Scheibe nach oben bewegt wird und die Öffnungen 144 und 142 abgedeckt werden. Der erhöhte Druck, der von dem Fluid bewirkt wird, das durch den Durchflußkanal 70 wandert, überwindet die Vorspannkräfte der Feder 90, wodurch bewirkt wird, daß das Federlager 88 in einer nach oben gerichteten Richtung verschoben wird und die Öffnung 78 freigelegt wird. Dadurch wird ein hartes Einfedern vorgesehen.
Während der in Figur 5 gezeigten Entlastung wird eine weiche Ausfederung vorgesehen, wenn das Tauchkolbenelement 148 derart nach unten verschoben wird, daß die oberen Öffnungen 134 des Kolbens 50 geschlossen werden und der Bereich 150 des Elektromagnettauchkolbens 148 mit den unteren Kolbenöffnungen 138 in Fließverbindung steht. In dieser Situation steht der Hochdruck in dem oberen Raum 44 über die Durchgänge 124 und 126 mit den Hilfsöffnungen 130 und 136 in Verbindung. Da die Kolbenständeröffnung 134 von dem Elektromagnettauchkolben verschlossen ist, ist der Druck in der oberen Hälfte des Raums 120 größer als der in der unteren Hälfte des Raums 120. Als eine Folge davon bewirken Druckkräfte, daß der Schwimmkolben 122 in dem Raum 120 nach unten bewegt wird, wodurch der Durchgang 146 paßgenau auf die Öffnungen 142 und 144 des Kolbenkörpers 68 ausgerichtet wird. In dieser Situation wandert eine erhöhte Durchflußmenge von Dämpfungsfluid durch den Kanal 124 und 125, durch die Öffnung 142 in den Kanal 146 des schwimmenden Kolbens, durch die Öffnung 144, und nach unten und hinaus durch die Durchgänge 128, 76 und 108. Der erhöhte Fluß durch den schwimmenden Kolben 122 sieht zusammen mit der Durchflußmenge durch den Durchgang 72 eine "weiche" Entlastung vor.
Und letztendlich wird während des in Figur 6 gezeigten Druckaufbringens der schwimmende Kolben 122 nach unten bewegt und sein Durchgang 146 wird auf die Öffnungen 142 und 144 des Kolbens 68 ausgerichtet, wenn der Tauchkolben 148 derart nach oben verschoben wird, daß die Kolbenöffnungen 140 abgedeckt werden und die Öffnungen 134 freigelegt werden. Die erhöhte Durchflußmenge an Fluid durch den schwimmenden Kolben 122 ergibt zusammen mit der Durchflußmenge des Fluids durch den Durchgang 70 zwischen den oberen und unteren Räumen ein "weiches" Druckaufbringen (Einfedern).
Wie genauer in der oben erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 322, 774 erläutert ist, ist ein Drucksensor vorgesehen, um zu bestimmen, ob sich der Schwingungsdämpfer in der Druckaufbringphase oder in der Entlastungsphase befindet, wobei der Sensor elektrisch mit Signalaufbereitungseinheiten und mit dem Steuermodul verbunden ist, um den Druckunterschied zwischen den oberen und unteren Räumen zu kontrollieren. Einzelheiten der Steueranordnung sind in der US-Patentanmeldung Nr. 322,774 angegeben. Der Sensor erfaßt den Druckunterschied in dem Dämpfungsfluid in dem Raum 44 und erzeugt ein erstes elektrisches Signal in Reaktion auf diesen Unterschied. Ein zweiter Sensor in der Form eines Beschleunigungsmessers erfaßt die Bewegung der Karosserie des Fahrzeugs und erzeugt ein zweites elektrisches Signal in Reaktion auf diese Beschleunigung (bzw. Geschwindigkeit). Ein Steuerelement ist vorgesehen, um diese elektrischen Signale aufzunehmen und um ein Befehlssignal zu erzeugen, das bewirkt, daß der Tauchkolben so angeregt wird, daß er in eine erste oder eine zweite Position bewegt wird.
Die obige Beschreibung stellt zwar das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, aber es ist selbstverständlich, daß die Erfindung Modifikationen, Abänderungen und Änderungen unterzogen werden kann, ohne daß von dem eigentlichen Rahmen oder der genauen Bedeutung der beigefügten Ansprüche abgewichen wird. So könnte der schwimmende Kolben 122 zum Beispiel eine kompakte Scheibe mit einer geeigneten Dicke umfassen und die Öffnungen 142 und 144 des Kolbenkörpers 68 könnten derart angemessen eingestellt sein, daß der modifizierte Kolben den Raum 122 in zwei Abschnitte abtrennen würde und sich von einer ersten Position, wie sie in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist, bei der die Scheibendicke die Öffnungen 142 und 144 verschließt, in eine zweite Position bewegen würde, wie sie in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist und bei der die Scheibendicke die Öffnungen 142 und 144 freilegt.

Claims

1. Schwingungsdämpfer (10) zum Dämpfen der Bewegung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs (12) relativ zu einem Rad (18, 24) dieses Kraftfahrzeugs, wobei der Schwingungsdämpfer folgendes umfaßt: einen Druckzylinder (44) mit einem sich hin- und herbewegenden Kolben (40), der sich darin befindet und dahingehend wirkt, einen Arbeitsraum, der von dem Druckzylinder (44) gebildet wird, in erste und zweite Raumabschnitte zu unterteilen, erste Ventilmittel, die es erlauben, daß ein Dämpfungsfluid während des Druckaufbringens in eine Richtung sowie von dem ersten zu dem zweiten Raumabschnitt fließen kann, zweite Ventilmittel, die es erlauben, daß das Dämpfungsfluid während des Entlastens in eine Richtung und von dem zweiten in den ersten Raumabschnitt fließen kann, Bypassventilmittel, die in dem Kolben (40) ausgebildet sind und die es dem Dämpfungsfluid erlauben, beim Druckaufbringen und beim Entlasten in beide Richtungen zwischen den ersten und zweiten Raumabschnitten zu fließen, wobei das Bypassventilmittel einen schwimmenden Kolben (122) umfaßt, der sich in einem Hohlraum (120) befindet und durch Arbeitsdrücke in den ersten und zweiten Raumabschnitten zwischen oberen und unteren Positionen in dem Hohlraum bewegt werden kann, elektrisch betätigbare Durchflußregelungsmittel (148) zur Steuerung der Betätigung der Bypassventilmittel und der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids, wobei das Durchflußregelungsmittel einen Kolben (148) umfaßt, der so betätigbar ist, daß er zwischen ersten und zweiten Positionen versetzt werden kann, einen ersten Durchflußweg zwischen dem ersten Raumabschnitt und dem zweiten Ventilmittel durch das Durchflußregelungsmittel, einen zweiten Durchflußweg zwischen dem zweiten Raumabschnitt und dem ersten Ventilmittel durch das Durchflußregelungsmittel, und einen dritten Durchflußweg (142, 144, 146) zwischen den ersten und zweiten Raumabschnitten und dem Bypassventilmittel durch das Durchflußregelungsmittel, und Betätigungsmittel zum steuerbaren Betätigen des Durchflußregelungsmittels (148) in Reaktion auf den Druckunterschied zwischen den ersten und zweiten Raumabschnitten des Arbeitsraums, wenn sich der Kolben in Reaktion auf die Bewegung der Karosserie des Kraftfahrzeugs hin- und herbewegt, wobei die Betätigungsmittel dahingehend betätigbar sind, daß sie während des Druckaufbringens und während des Entlastens durch Verschieben des schwimmenden Kolbens (122) eine harte Dämpfung erzeugen, um den dritten Durchflußweg (142, 144, 146) zu schließen, und während des Druckaufbringens und während des Entlastens durch Verschieben des schwimmenden Kolbens (122) eine weiche Dämpfung erzeugen, um den dritten Durchflußweg (142, 144, 146) zu öffnen.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, wobei der Schwingungsdämpfer eine Kolbenstange (38) umfaßt, die an dem Kolben (40) befestigt ist, und wobei der schwimmende Kolben (122) einen ringförmigen Durchflußkanal (146) dort hindurch aufweist, wobei der ringförmige Durchflußkanal so ausgelegt ist, daß er Abschnitte des dritten Durchflußwegs bildet.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kolben (40) ein Paar von Durchgängen (70, 72) und ein entsprechendes Paar von Federlagern (88, 100) aufweist, wobei diese Lager jeweils zum Regeln der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids durch die Raumabschnitte des Druckzylinders (44) während des Druckaufbringens und des Entlastens vorgesehen sind.

4. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (148) dahingehend wirkt, die Durchflußmenge des Dämpfungsfluids durch die ersten und zweiten Durchflußwege zu regeln.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bypassventilmittel ein erstes Paar von Bypassöffnungen (130, 132), die mit einem oberen Abschnitt des Hohlraums (120) in Verbindung stehen, und ein zweites Paar von Bypassöffnungen (136, 138) umfaßt, die mit einem unteren Abschnitt des Hohlraums in Verbindung stehen, wobei eine selektive Bewegung des Kolbens (148) dahingehend wirkt, die oberen und unteren Abschnitte des Hohlraums mit Druck zu beaufschlagen, um den schwimmenden Kolben in Reaktion auf den Druckunterschied in den Raumabschnitten zu bewegen.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, wobei die Kolbenstange (38) in der Mitte durchbohrt ist, um ein Fluid zwischen den ersten und zweiten Raumabschnitten durchzuleiten, und wobei der Kolben (148) zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegbar ist, um die Durchflußmenge des Fluids zwischen der zentralen Bohrung (154) in der Kolbenstange (38) und zwischen den ersten und zweiten Raumabschnitten zu regeln.

7. Verfahren zur Regelung der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids zwischen ersten und zweiten Abschnitten eines Arbeitsraums eines direkt wirkenden hydraulischen Schwingungsdämpfers (10), wobei sich der Schwingungsdämpfer bei Benutzung zwischen gefederten und ungefederten Abschnitten eines Kraftfahrzeugs befindet und einen Druckzylinder (44) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Ermitteln des Druckunterschieds zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Arbeitsraums, Messen der Vertikalgeschwindigkeit des gefederten Abschnitts des Kraftfahrzeugs, Zuführen des Dämpfungsfluids zu den elektrisch steuerbaren Durchflußmitteln zum Regulieren der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Arbeitsraums, wobei das elektrisch steuerbare Durchflußmittel einen Kolben (148) umfaßt, der so betätigt werden kann, daß er in oberen und unteren Positionen angeordnet werden kann, und so betätigt werden kann, daß ein schwimmender Kolben (122) entsprechend den Positionen des Kolbens (148) in Abhängigkeit von dem Druckunterschied wahlweise in ersten und zweiten Positionen positioniert werden kann, und Regulieren der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Arbeitsraums durch elektrisch steuerbare Durchflußmittel in Reaktion auf den Druckunterschied zwischen ersten und zweiten Abschnitten des Arbeitsraums und der vertikalen Geschwindigkeit des gefederten Abschnitts des Kraftfahrzeugs, wobei der Schritt des Regulierens der Durchflußmenge des Dämpfungsfluids den Schritt des Erzeugens eines harten Entlastens und eines harten Druckaufbringens für den gefederten Abschnitt, wenn sich der schwimmende Kolben (122) in der ersten Position befindet, und das Erzeugen eines weichen Druckaufbringens und eines weichen Entlastens, wenn sich der schwimmende Kolben (122) in der zweiten Position befindet, umfaßt.