DE4192969C2 - Vorrichtung zum Bestimmen der Kolbenverschiebung in einem Schwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Der Aufbau von Schwingungsdämpfern für Kraftfahrzeuge ist bekannt. Je nach Anforderungen ist oft ein unterschiedliches Ansprechverhalten der Schwingungsdämpfer erwünscht. Bei einem weichen Ansprechverhalten erfolgt das Überströmen des Dämpfungsmittels in der Arbeitskammer im wesentlichen ungedrosselt. Bei einem harten Ansprechen wird der Flüssigkeitsstrom entsprechend gedrosselt.

Für das Ansprechverhalten sind im wesentlichen drei Eigenschaften wesentlich, nämlich Fahrkomfort, Lenkverhalten des Fahrzeuges und Straßenhaftung. Der Fahrkomfort ist wesentlich durch die Federkonstante der Fahrzeugfederung bestimmt, sowie durch die Federkonstante der Sitze, Reifen und von den Schwingungsdämpfern. Das Fahrzeugverhalten beim Lenken bestimmt die Bewegungen des Fahrzeugs um die drei Hauptachsen. Für ein optimales Verhalten sind verhältnismäßig hohe Dämpfungskräfte erforderlich, um bei Kurvenfahrt, Beschleunigung und Bremsen zu starke Reaktionen des Fahrzeuges zu vermeiden. Die Straßenhaftung ist abhängig vom Kontakt der Reifen am Boden. Für ein optimales Straßenverhalten sind hohe Dämpfungskräfte für holprige Straßen erwünscht.

Schwingungsdämpfer mit einstellbarer Dämpfung sind bekannt, z. B. durch die EP 0 186 908 und die WO 88/06983.

Hierfür ist erforderlich, daß die Kolbenbewegungen im Druckzylinder bekannt sind. Hieraus lassen sich die Geschwindigkeit und Beschleunigung der abgefederten Teile des Fahrzeuges gegenüber den ungefederten Massen bestimmen um so die richtigen Dämpfungskräfte erzeugen. Aus der US 4 788 489 ist ein Verfahren zum Abfragen der Kolbenlage bekannt. Hierbei sind jedoch verschiedene elektrische Isolierungen am Schwingungsdämpfer erforderlich, und der Kolben selbst muß aus Isolierwerkstoff hergestellt werden. Aus der gattungsbildenden US 4 650 042 ist eine kapazitive Messung des Kolbenhubes bekannt, wonach der Kondensator von einer hohlen Kolbenstange und einem in diese eintauchenden zylinderseitigen Rohr oder von dem Kolben und einer am Boden des Zylinders angebrachten Platte gebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kolbenverschiebung in einem Schwingungsdämpfer einfach und zuverlässig zu bestimmen und die Kolbengeschwindigkeit und Kolbenbeschleunigung zu messen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird die Kolbenstellung durch Messen der Kapazität zwischen der Innenfläche des Druckzylinders und der Kolbenstange bestimmt. Erfindungsgemäß läßt sich die Anzahl der erforderlichen Bauteile wesentlich verringern. Dadurch werden auch die Herstellungskosten gesenkt. Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer eignet sich insbesondere für eine dynamische Einstellung der Dämpfungseigenschaften.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit Schwingungsdämpfern ausgerüsteten Fahrzeuges,

Fig. 2a und 2b einen Schnitt durch einen Schwingungsdämpfer, der mit einem Weggeber versehen ist.

In Fig. 1 sind vier Schwingungs- oder landläufige Stoßdämpfer 10 an einem Fahrzeug 12 mit einem hinteren Federsystem 14 zur Aufhängung der Hinterräder 18 angeordnet. Das Feder- und Dämpfungssystem besteht aus einer Wendelfeder und Stoßdämpfer 10. Die vordere Aufhängung 22 für die Vorderräder 26 besteht aus Stoßdämpfern 10 und Wendelfedern 28. Der Begriff "Stoßdämpfer" soll auch MacPherson-Federbeine einschließen.

Zur Steuerung der Dämpfungseigenschaften ist ein Betriebswahlschalter 32 und ein Steuermodul 34 vorgesehen. Der Schalter 32 liegt zugänglich in der Fahrerkabine 36 und ist zum Einstellen der Dämpfungseigenschaften (Hart, Weich bzw. Automatisch) vorgesehen. Das Steuermodul 34 ist an den Ausgang des Schalter 32 angeschlossen und erzeugt die Steuersignale für die Stoßdämpfer. Der in den Fig. 2a und 2b dargestellte Stoßdämpfer 10 besteht aus einem Vorratszylinder 38 mit einem oberen tassenförmigen Deckel 40 und einer unteren Bodenkappe 42 zur Bildung eines Vorratsbehälters für Dämpfungsflüssigkeit. Durch die Kappe 40 greift eine Kolbenstange 44, an der eine Kolbenanordnung 46 unten befestigt ist. Der Kolben 46 bewegt sich in einem Druckzylinder 48 innerhalb des Vorratszylinders. Der Druckzylinder 48 teilt eine Arbeitskammer 50 in einen oberen Teil über dem Kolben 46 und einen unteren Teil unter dem Kolben 46 ab. Zwischen dem Kolben 46 und dem Druckzylinder 48 gibt es eine Teflonhülse 51 zur leichteren Verschiebung des Kolbens 46.

Zur Befestigung des Stoßdämpfers an der Hinterachse ist ein Befestigungsende 52 vorgesehen, das am Boden 42 angeschweißt ist und einen Bolzen 54 in einer Buchse 56 zur Befestigung aufweist. Die Verbindung des Stoßdämpfers am Chassis 30 erfolgt über obere Scheiben 58, 60 mit Eintiefungen 66 zur Einlage eines Kissens 68.

Eine selbsthemmende Mutter 70 ist auf die Kolbenstange 44 oberhalb der Scheibe 58 aufgeschraubt, wodurch das Kissen 64 zusammengepreßt wird. Die zweite Scheibe 60 wird von einer Scheibe 72 unmittelbar oberhalb der Schutzkappe 75 des Außenrohrs gehalten. Die Scheibe 72 ist mit einem Federring 74 gehalten.

Für den elektrischen Anschluß an das Steuermodul 34 ist ein Verbinder 76 vorgesehen, der ein rasches Trennen beim Auswechseln des Stoßdämpfers erlaubt.

Zur Befestigung des Kolbens 46 an der Kolbenstange 44 dient ein Kolbenschaft 78, der durch eine mittlere Bohrung der Kolbenanordnung 46 greift und eine Mutter 80.

Als Kolbenstangenlager dient eine Stangenführung 68 am oberen Ende des Druckzylinders 48. Die Führung 86 ist vorzugsweise aus elektrischem Isoliermaterial, beispielsweise Keramik oder anderen Werkstoffen hergestellt. Um ein Durchlecken von Dämpferflüssigkeit zu vermeiden, ist eine Ringdichtung 87 vorgesehen, die an der Kappe 40 angeordnet ist und mittels einer Feder 88 und einer Scheibe 89 druckbeaufschlagt ist. Mittels eines Ringes 90 zwischen der Kappe 40 und der Kolbenstange 44 wird ein Durchdrücken der Dichtung 87 verhindert. Der Ring 90 ist vorzugsweise ebenfalls aus einem elektrischen Isoliermaterial, beispielsweise Keramik, hergestellt. Ein Ventil 91 am unteren Ende des Druckzylinders 48 steuert den Durchfluß zwischen der Arbeitskammer 50 und dem Reservoir 84. Das Ventil 91 besitzt ein Bodenteil 92, das mit einem Flansch 93 in den unteren Teil des Druckzylinders 48 greift und dort gehalten ist, beispielsweise durch Preßsitz.

Zur Bestimmung der Kolbenlage im Druckzylinder 48 ist ein kapazitiver Geber 94 vorgesehen. Der Geber 94 bestimmt die Kapazität zwischen der Innenfläche des Druckzylinders 48 und der Kolbenstange 44 bzw. dem Kolben 46. Der Geber 94 ist deshalb elektrisch mit der Kolbenstange 44 und dem Druckzylinder 48 verbunden. Dabei folgt die Kapazität zwischen der Kolbenstange 44/Kolben 46 und der Innenfläche des Druckzylinders 48 folgender Gleichung:

wobei
Kε₀=Dielektrizitätskonstante der Teflonbüchse 51 und der Dämpferflüssigkeit,
l=Länge des Druckzylinders 48 über dem Kolben 46,
a=Radius der Kolbenstange 44,
b=Radius der Innenfläche des Druckzylinders 48.

Dementsprechend ändert sich die Kapazität zwischen der Kolbenstange 44/Kolben 46 und der Innenfläche des Druckzylinders 48 abhängig von der Kolbenverschiebung. Deshalb läßt sich die Kolbenverschiebung durch Messen der Kapazität zwischen Kolbenstange/Kolben und Druckzylinder 48 bestimmen. Durch Differenzieren des Verschiebungssignales läßt sich die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Kolbens 46 ermitteln.

Die Betriebsweise ist wie folgt: Das Steuermodul 34 erhält das Kapazitätssignal und bestimmt hieraus den Ein- und Ausfahrhub des Stoßdämpfers 10. Entsprechend den Kapazitätsänderungen wird dann der Übertritt der Dämpferflüssigkeit im Kolben 46 eingestellt.

Der kapazitive Geber 94 kann in dem Steuermodul 34 aber auch an anderer Stelle des Fahrzeuges 12 zugänglich für den Stoßdämpfer 10 angeordnet sein. Es wird darauf hingewiesen, daß zur Bestimmung der Kolbenverschiebung ein Beschleunigungsgeber nicht erforderlich ist. Deshalb ist die Bauweise des Stoßdämpfers wesentlich vereinfacht. Außerdem muß der Druckzylinder 48 nicht vom Vorratszylinder 38 isoliert werden, ferner muß die Kolbenanordnung 46 nicht aus Isolierwerkstoff hergestellt sein, wie dies bei anderen kapazitiven Meßverfahren erforderlich ist.

In einer anderen Ausführungsform kann auch die Kapazität zwischen der Kolbenstange und dem Vorratszylinder gemessen werden.

Claims (5)

1. Schwingungsdämpfer mit einem Druckzylinder (48) und einer Kolbenanordnung (46) zum Abteilen des Druckzylinders in eine erste und zweite Arbeitskammer und mit einer Ventilanordnung zum Steuern des Dämpferflüssigkeitsaustausches zwischen den Arbeitskammern, wobei die Position der Kolbenanordnung gegenüber dem Druckzylinder durch Messen der Kapazität zwischen dem Druckzylinder und der Kolbenanordnung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Kapazität von der Innenfläche des Druckzylinders (48) und der Kolbenstange (44) gebildet ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kolbenanordnung (46) und dem Druckzylinder (48) eine Isolierhülse (51) angeordnet ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülse (51) ein Dielektrikum zwischen den Kondensatorflächen bildet.

4. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsänderung etwa der folgenden Gleichung folgt: wobei
Kε₀=Dielektrizitätskonstante der Teflonbüchse 51 und der Dämpferflüssigkeit,
l=Länge des Druckzylinders 48 über dem Kolben 46,
a=Radius der Kolbenstange 44,
b=Radius der Innenfläche des Druckzylinders 48.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von den Kapazitätsänderungen zwischen der Kolbenstange und dem Druckzylinder der Austausch von Dämpferflüssigkeit durch die Ventilanordnung einstellbar ist.