DE19961714C2

DE19961714C2 - Feder-Dämpfersystem mit vorgeschaltetem Druckübersetzer

Info

Publication number: DE19961714C2
Application number: DE1999161714
Authority: DE
Inventors: Bernd Acker; Peter Goennheimer; Hans-Peter Klander; Darko Meljnikov; Matthias Roemer; Karl-Heinz Roes; Ruediger Rutz; Martin Winkler
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: DE19961714A1

Description

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem aus mindestens zwei über einen Durchbruch oder eine hydrauli schen Leitung - mit einem den Durchfluß eines Fluids drosseln den Element - kommunizierende Behälter, wobei mindestens ein Behälter auf der einen Seite des den Durchfluß drosselnden Elements ein zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau an geordneter Verdränger mit variable. Hub ist und mindestens ein Behälter auf der anderen Seite des den Durchfluß drosselnden Elements ein Hydrospeicher ist, wobei der Verdränger ein Roll- oder Faltenbalg ist.

Aus der DE 297 02 927 U1 ist ein Feder-Dämpfersystem bekannt, das aus einem Verdränger, einem Hydrospeicher und einer diese Teile verbindenden Hydraulikleitung besteht. In der Hydrau likleitung ist ein mechanisches Drosselventil angeordnet. Der Verdränger verbindet, wie bei einem hydropneumatischen Fede rungssystem bekannt, die Fahrzeugradaufhängung mit dem Fahr zeugaufbau. Das System ist mit einer hydraulischen Flüssigkeit befüllt. Letztere wird beim Einfedern eines Fahrzeugrades durch das Drosselventil in einen Hydrospeicher verdrängt. Der Strömungswiderstand des Drosselventils erzeugt eine dämpfende Kraft, während die Kompression des Gasvolumens im Hydrospei cher eine federnde Kraft bewirkt. Bei dem hier vorgestellten Verdrängerprinzip taucht ein Verdrängerkolben in einen Verdrängerzylinder ein. Beide Teile bewegen sich in einer Führungs- und Dichtfuge reibungsbehaftet gegeneinander. Die Reibung beeinträchtigt die Ansprechzeit des Feder- Dämpfersystems, so dass sich bei einem Einsatz in einem Fahrzeug kein optimales Abrollverhalten der mit diesem System abgestützten Räder ergibt. Auch treten bei den verwendeten Flüssigkeiten innerhalb eines Temperaturbereiches von -20 bis +40°C große Viskositätsschwankungen auf, die das dargestellte System nicht ausgleichen kann.

Weiter ist aus der DE 71 04 637 U eine Aufhängungseinheit bekannt, die zwischen gefederten und ungefederten Elementen einer Fahrzeugaufhängung eingebaut werden kann. Es handelt sich hierbei um ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem, bei dem der verwendete Verdränger als Rollbalg ausgebildet ist. Es ist hierbei eine Membran mit einen axial verschiebbaren Kolben derart verbunden, dass bei einer Verschiebung dieses Kolbens eine Flüssigkeit in einer dem Kolben und der Membran zugewandten Kammer verdrängt wird. Diese verdrängte Flüssigkeit gelangt über ein Stoßdämpferventil in einen Gasfederspeicher, der seinerseits über eine das Gas und die Flüssigkeit trennende Membran verfügt.

Aus der DE 297 02 928 U1 ist eine hydraulisch gedämpfte Gasfeder für Radaufhängungen an Fahrrädern bekannt. Hierbei ist ein hydraulischer Zylinder über eine Drosseleinrichtung mit einem veränderbaren Volumen eines Ausgleichsbehälter verbunden, wobei bei entsprechenden Belastungsfällen eine individuelle Beeinflussung der Federkennlinie über eine Veränderung der Progression dieser Federkennlinie erreicht wird. Der Druck des Gaspolsters ist weitgehend unabhängig von der Progression einstellbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem zu entwickeln, bei dem die mechanischen Baugruppen zum Erzielen einer langen Standzeit nur minimalen physikalischen und chemischen Belastungen ausge setzt sind. Auch soll das Feder-Dämpfersystem bei kleinen Schwingungsamplituden und/oder kleinen dynamischen Lastände rungen nahezu verzögerungsfrei ansprechen.

Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dazu wird der Verdränger an die Niederdruckseite eines Druckübersetzers angeschlos sen.

Bei einem Be- oder Entlasten des Verdrängers strömt zwischen dem Verdränger und dem Hydrospeicher über eine Querschnitts verengung in Form einer hydraulischen Leitung oder eines Durchbruchs eine Hydraulikflüssigkeit hin und her. Die Gestal tung der Leitung bzw. des Durchbruchs und die Beschaffenheit der dort angeordneten Drosselstelle beeinflußt über die Größe und Form des Öffnungsquerschnittes die Systemdämpfung. Hierbei kann die Drosselstelle als Düse oder Blende gestaltet sein. Selbstverständlich können auch konventionelle Drosselrückschlagventile eingesetzt werden.

Bei der Verwendung von Druckstufen- oder anderen Drosselrückschlagventilen wird im Leitungs- bzw. Durchbruchsquerschnitt pro Strömungsrichtung jeweils mindestens ein Ventil angeordnet.

Das Gaspolster des Hydrospeichers bildet maßgeblich die Sy stemfederung.

Durch das Verwenden eines Roll- oder Federbalgs wird die me chanische Reibung des Gesamtsystems im wesentlichen auf die innere Reibung des Balg- und oder Membranmaterials reduziert. Dadurch zeigt das Feder-Dämpfersystem über den gesamten Feder- und Dämpferratenbereich ein nahezu ideales Ansprechverhalten.

Durch den Einsatz eines Druckübersetzers kann fahrzeugseitig innerhalb des regulären Hydrauliksystems der Druck im Feder- Dämpfersystem vorgegeben werden, ohne daß der hohe Hydraulik druck auf den Verdränger und den Hydrospeicher wirkt. Damit sinkt die mechanische Belastung des Feder-Dämpfersystems. Zu gleich kann der Druckübersetzer die Funktion eines Druckmit telwandlers übernehmen. Z. B. kann auf diese Weise im Verdrän ger und im Hydrospeicher ein Fluid verwendet werden, das das Elastomermaterial der Bälge und Membranen chemisch nicht bela stet. Zusammen mit dem niedrigeren Druck im Verdränger und im Hydrospeicher bewirkt dieses Fluid eine Verlängerung der regu lären Lebensdauer der betroffenen Teile.

Des weiteren kann mit dem Druckübersetzer ein Teil der Dämp fungsänderung ausgeglichen werden, die u. a. durch die tempera turabhängigen Viskositätsschwankung des Fluids verursacht wer den.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schema tisch dargestellten Ausführungsform:

Fig. 1 System mit Verdränger, Hydraulikleitung, Hydrospeicher und Druckübersetzer;

Die einzige Fig. 1 zeigt ein kombiniertes Feder-Dämpfersy stem, das einen Verdränger (10), einen Hydrospeicher (30), eine zwischen diesen angeordnete flüssigkeitsführende Arbeits leitung (40) mit einem integrierten Drosselventil (47) und ei nen Druckübersetzer (20) umfaßt.

Der Verdränger (10) ist hier ein Zweifaltenbalg. Sein Feder balg (11) wird durch einen Wulstring (12) tailliert und zwi schen Abstützplatten (13) und (14) gehalten.

In der oberen Abstützplatte (13) befinden sich u. a. zwei Boh rungen, an denen eine Zuleitung (17) und eine Arbeitslei tung (40) angeschlossen sind. Über die Zuleitung (17) wird - bei einer Verwendung als aktives Feder-Dämpfersystem bzw. als Niveauregulierung - dem Verdränger Flüssigkeit zugeführt oder entnommen. Durch die Zu- und Abfuhr einer bestimmten Flüssig keitsmenge können in gewünschter Weise Zusatzkräfte realisiert werden. Die Auf- oder Wegnahme dieser Zusatzmengen ändert über das Drosselventil (47) in Arbeitsleitung (40) und den Hydro speicher (30) die Dämpfer- und Federkräfte. Die Drosselwirkung des Drosselventils (47) kann hierzu ggf. mittels eines steuer- oder regelbaren Antriebs verstellbar ausgeführt werden.

In manchen Konstruktionen kann sich die Länge der Arbeitslei tung (40) auf einen Durchbruch verkürzen, z. B. wenn flüssig keitsführende Bestandteile des Verdrängers in den Hydrospei cher hineinragen oder von diesem umgeben werden.

Die Zuleitung (17) ist an die Niederdruckseite (21) des Druck übersetzers (20) angeschlossen. Letzterer umfaßt zwei hinter einander angeordnete Zylinder (22, 25), die in der Regel fluchtende Mittellinien haben. Der der Zuleitung (17) zugeord nete Zylinder (22) hat einen größeren Durchmesser als der Zy linder (25). In jedem Zylinder (22, 25) ist ein Kolben (23, 26) gelagert, wobei beide Kolben (23, 26) durch eine starre Kolbenstange (27) miteinander gekoppelt sind. Auf der Nieder druckseite (21) steht am Kolben (23) das Fluid (1) an, während auf dem Kolben (26) der Hochdruckseite (24) das Hydrau liköl (2) des fahrzeugseitigen Hydrauliksystems über den Hydraulikanschluß (28) ansteht. Der Druck des Hydrauliksystems beträgt ca. 150 ± 50 × 10^-5 Pa. Das Flächenverhältnis der wirk samen Kolbenflächen der Kolben (23, 26) beträgt z. B. 5/1, so daß sich im Fluid (1) ein mittlerer Druck von ca. 30 × 10^-5 Pa einstellt.

Der Zylinderraum zwischen den Kolben (23, 26) wird in der Re gel über eine Entlüftungsleitung (29) in einen Sammeltank ent lastet. Im Sammeltank werden die Lösungs- und Ölleckagen ge sammelt.

Der Hydrospeicher (30) ist beispielsweise als Blasen- oder Membranspeicher ausgebildet. Ein durch die Blase oder Mem brane (31) abgeteiltes Gaspolster (32) bildet die Federung des Feder-Dämpfersystems.

Die Systemflüssigkeit (1) ist ein Fluid, das aus einer Lösung aus Wasser und Alkohol besteht. Für diese Lösung eignen sich alle Alkohole, die bei Raumtemperatur in einem beliebigen Ver hältnis mit Wasser mischbar sind. Beispielsweise wird eine Wasser-Äthanol-Lösung oder eine Wasser-Glykol-Lösung verwen det. Eine übliche Wasser-Glykol-Lösung, wie sie auch als frostgeschützte Kühlflüssigkeit in Verbrennungsmotoren verwen det wird, hat z. B. einen Ethylenglykolanteil von 33 bis 50%. Bei der fünfzigprozentigen Lösung ist ein Betrieb des Feder- Dämpfersystems bis zu einer Kälte von -35°Celsius möglich. Diese Lösung greift zudem die üblichen Elastomerwerkstoffe nicht an. Auch die Gummiquellung liegt in der Größenordnung der Quellung in reinem Wasser.

Alternativ zu der bisher beschriebenen Ausführungsform ist ein Feder-Dämpfersystem denkbar, bei dem das im System verwendete Fluid (1) eine magnetorheologische Flüssigkeit ist. Wird nun an der hydraulischen Arbeitsleitung (40) beispielsweise ein kurzer ringförmiger Abschnitt von einer stromerregten Magnet spule umschlossen, so stellt die erregte Magnetspule in Kombi nation mit dem Fluid (1) eine variable Drosselstelle dar. Mit einer zunehmenden Bestromung der Spule nimmt die Fließge schwindigkeit durch eine Zunahme der scheinbaren bzw. dynami schen Viskosität in der Arbeitsleitung (40) ab, wodurch sich u. a. das Dämpfungsverhalten des Gesamtsystems gezielt verän dern läßt.

Bezugszeichenliste

1

Fluid, Wasser-Glykol-Lösung

2

Hydrauliköl

10

Verdränger, Behälter, Zweifaltenbalg

11

Federbalg

12

Wulstring

13

,

14

Abstützplatten, oben, unten

17

Zuleitung

20

Druckübersetzer

21

Niederdruckseite

22

Niederdruckzylinder

23

Niederdruckkolben

24

Hochdruckseite

25

Hochdruckzylinder

26

Hochdruckkolben

27

Kolbenstange

28

Hydraulikanschluß

29

Zylinderentlüftung

30

Hydrospeicher, Behälter

31

Membrane

32

Gaspolster

40

Arbeitsleitung

47

Drosselventil

Claims

1. Kombiniertes Feder-Dämpfersystem aus mindestens zwei über einen Durchbruch oder eine hydraulischen Leitung (40) - mit einem den Durchfluß eines Fluids drosselnden Element (47) - kommunizierende Behälter (10, 30), wobei mindestens ein Behäl ter (10) auf der einen Seite des den Durchfluß drosselnden Elements ein zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau an geordneter Verdränger mit variablem Hub ist und mindestens ein Behälter (30) auf der anderen Seite des den Durchfluß dros selnden Elements ein Hydrospeicher ist, wobei der Verdränger (10) ein Roll- oder Faltenbalg ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Verdränger (10) an die Niederdruckseite (21) eines Druckübersetzers (20) angeschlossen ist.

2. Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid (1) der Niederdruckseite (21) eine Wasser-Alkohollösung ist.

3. Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid (2) der Hochdruckseite (24) ein Hydrauliköl ist.

4. Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Druck im Feder-Dämpfersystem bei 30 ± 30 × 10^-5 Pa liegt.

5. Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche des Niederdruckkol bens (23) mindestens zweimal größer ist als die wirksame Flä che des Hochdruckkolbens (26).

6. Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Niederdruckkolben (23) mit tels einer Rollmembran am Niederdruckzylinder (21) abgedichtet ist.