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Hydraulischer Einrohr-Teleskop-Schwingungsdämpfer, insbesondere fürkraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Einrohr-Teleskop-Schwingungsdämpfer,
insbesondere für Kraftfahrzeuge. Ein derartiger bekannter Schwingungsdämpfer, von
dem die Erfindung ausgeht, weist einen mit Dämpfungsventilen versehenen Arbeitskolben
auf und einen federbelasteten, mit einem zum Arbeitsraum öffnenden Ventil bestückten
und nicht vollkommen abdichtenden Ausgleichskolben, dessen Hub durch einen an der
Innenwand des Dämpfungszylinders angeordneten Anschlag begrenzt ist. Der Ausgleichskolben
trennt dabei den ölgefüllten Arbeitsraum von dem teils mit C51 und teils mit Luft
gefüllten Ausgleichsraum, der in der axialen Verlängerung des Arbeitsraumes angeordnet
ist.
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Im einzelnen ist dieser bekannte Dämpfer derart ausgebildet: Der Ausgleichsraum
befindet sich am oberen Ende in einem erweiterten Teil des Dämpfungszylinders. Die
durch die Erweiterung entstehende Stufe der Zylinderwand bildet den Anschlag für
den Ausgleichskolben. Der Schaft des Ausgleichskolbens gleitet jedoch im engeren
Zylinderteil, der auch den Arbeitskolben aufnimmt. Der Hub des Ausgleichskolbens
nach unten wird durch einen auf den Anschlag auflaufenden Bund am oberen Rand des
Ausgleichskolbens begrenzt. Am Boden des Ausgleichskolbens ist eine nach unten zum
Arbeitsraum gerichtete, an der Zylinderwand gleitende Lippendichtung befestigt.
Durch Querbohrungen im Boden des Ausgleichskolbens gelangt das C51 aus dem Ausgleichsraum
in einen Ringraum oberhalb der Lippendichtung, die dadurch gleichzeitig als zum
Arbeitsraum öffnendes Einwegventil arbeitet. Eine weitere enge Bohrung im Boden
des Ausgleichsraumes ergibt eine ständige, stark gedrosselte Verbindung zwischen
Arbeits- und Ausgleichsraum. Die Kolbenstange tritt nach oben aus und durchsetzt
daher den Ausgleichskolben. Das ein- und austauchende Kolbenstangenvolumen wird
im allgemeinen durch Bewegungen des Ausgleichskolbens ausgeglichen. Bei Anliegen
des Ausgleichskolbens am Anschlag und bei weiter austauchenderKolbenstange kann
dieArbeitsraumfüllung an sich über die öffnende Lippendichtung erfolgen. Dies ist
jedoch unsicher, da beim Ausdehnungshub die dem Ausgleichskolben benachbarte Arbeitskammer
Hochdruckkammer ist und daher zumindest bei größeren Dämpfungskräften nicht nachsaugen
kann. Hohlraumbildung in der nicht genügend auffüllbaren Niederdruckkammer unterhalb
des Arbeitskolbens ist daher nicht mit Sicherheit zu vermeiden. Kaum vermeidbare
Seitenkräfte auf die Kolbenstange werden ferner auf den Ausgleichskolben übertragen
und hemmen dessen freie Beweglichkeit. Diesen Nachteilen der erwähnten Bauart steht
der - Vorteil gegenüber, daß im normalen Arbeitsbereich bei Hubbewegungen des Arbeitskolbens
die Dämpfungsflüssigkeit über die Ausgleichskolbenfeder unter Druck steht, Dichtungsschwierigkeiten
am Ausgleichskolben vermieden sind und daher ein Nachlassen der Dämpferwirkung,
das bei abdichtenden Ausgleichskolben mit dem Nachlassen der Dichtwirkung im- Gebrauch
eintritt, nicht zu befürchten ist, so daß im normalen Arbeitsbereich, von Extremfällen
abgesehen, kein nachteiliger Einfluß durch Hohlraumbildung zu ,erwarten ist.
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Schwingungsdämpfer werden in großen Stückzahlen hergestellt. Für die
Herstellung ist jede ohne Leistungsabfall erzielbare Vereinfachung dieser als Massenartikel
erzeugten Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfer von wesentlicher Bedeutung, weil sie
bei der großen Stückzahl für ihre Einführung in die Praxis ausschlaggebend sein
kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die angeführten Vorteile der eingangs
erwähnten Bauart von Einrohr-Teleskop-Schwingungsdämpfern zu erhalten, dabei die
angeführten Nachteile des entsprechenden bekannten Schwingungsdämpfers zu vermeiden
und den Dämpfer bei gleicher, gegebenenfalls sogar erhöhter Leistung einfacher und
damit wirtschaftlicher herstellbar zu machen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von der eingangs
erwähnten Bauart, dadurch gelöst, daß der Ausgleichskolben an dem der Kolbenstange
entgegengesetzten Zylinderende als dichtungsloser Trennkolben angeordnet ist.
Bei
Zweirohrdämpfern sind zwar dichtungslose Ausgleichs- bzw. Trennkolben bereits bekanntgeworden,
jedoch erfolgt dabei der Ausgleich im Trennkolben und zusätzlich durch das zwischen
Trennkolben und Ringraum angeordnete Bodenventil. Es wird nur @ ein kleiner Teil
des Verdrängungsvolumens der Kolbenstange ausgeglichen; um einen besonderen technischen
Effekt, nämlich eine abgestufte Dämpferwirkung, zu erreichen. Auch ist es von anderen
Einrohr-Schwingungsdämpfern mit abdichtendem, federbelastetem Ausgleichskolben her
bekannt, den Ausgleichskolben an dem der Kolbenstange entgegengesetzten Zylinderende
anzuordnen. Die Leistung dieser bekannten, von der eingangs erwähnten Bauart abweichenden
Dämpfer, bei denen der Ausgleichsraum nur eine Gasfeder oder .Gas und eine mechanische
Feder enthält, steht und fällt jedoch mit der Güte der Dichtung am Ausgleichskolben.
Sie sind infolgedessen aufwendig in der Herstellung und fallen bei Undichtwerden
des Ausgleichskolbens in der Dämpfungsleistung ab.
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Durch die erfindungsgemäße Kombination wird ein Schwingungsdämpfer
geschaffen, der bei guter und über eine lange Betriebszeit gleichbleibender Wirkungsweise
auch wegen der Einfachheit und Billigkeit seiner Herstellung allen Anforderungen
der Praxis genügt.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Anschlag
zur Begrenzung des Hubes ringförmig in Gestalt einer an sich bekannten Einschnürung
an der Grenzlinie zu dem vom Trennkolben nicht bestrichenen Rohrteil geringeren
Durchmessers ausgebildet sein.
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Ein bekannter Dämpfer, der im wesentlichen der eingangs erwähnten,
den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Bauart entspricht, jedoch eine Dichtungspackung
am Ausgleichskolben aufweist, hat dieses letzterwähnte Merkmal. Der Trennkolben
bestreicht nur den erweiterten Rohrteil, jedoch tritt auch bei diesem Dämpfer die
Kolbenstange nach oben aus und durchsetzt den Ausgleichs-Trennkolben. Diese bekannte
Ausbildung ist daher auch mit den hiermit verbundenen Nachteilen behaftet.
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Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, wenn das Verdrängungsvolumen
nur auf einen Teil des Kolbenstangenvolumens abgestellt ist, ein zu dem vorgenannten
Ventil entgegengesetzt wirkendes Ventil am Trennkolben vorzusehen, wie es von anderen
Schwingungsdämpfern her bereits an sich bekanntgeworden ist.
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Anspruch 1 schützt nur die Gesamtkombination seiner Merkmale. Anspruch
3 ist ein echter Unteranspruch und gilt nur in Verbindung mit Anspruch 1.
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In der Zeichnung ist ein nachfolgend beschriebenes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Teleskop-Schwingungsdämpfer,
wobei die inneren Teile teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht dargestellt sind,
F i g. 2 eine Seitenansicht des Dämpfungsventils des Arbeitskolbens, das beim Einfedern
in Wirkung tritt, F i g. 3 eine Draufsicht des in F i g. 2 gezeigten Dämpfungsventils,
F i g. 4 eine Ansicht des Dämpfungsventils des Arbeitskolbens, das beim Ausfedern
in Wirkung tritt, F i g. 5 eine Draufsicht des in F i g. 4 gezeigten Dämpfungsventils,
F i g. 6 eine Draufsicht einer Membran zur Verhinderung der Emulsionsbildung.
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In der Zeichnung ist ein doppeltwirkender hydraulischer Teleskop-Schwingungsdämpfer
der Einrohrbauart mit einem Dämpfungszylinder dargestellt. Die unten in nicht -dargestellter
Weise aus dem Dämpfungszylinder 1 austretende Kolbenstange 10 ist
mit der Radaufhängung verbunden. Die Kolbenstange 10
trägt den im Dämpfungszylinder
1 gleitenden, mit Dämpfungsventilen 13 und 14 versehenen Arbeitskolben
11,12. An seinem oberen Teil ist der Dämpfungszylinder 1 durch ein
Endstück 2 abgeschlossen, welches einen Deckel bildet und am Fahrgestell
durch ein Verbindungsstück 3 befestigt ist.
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Der obere Teil des Dämpfungszylinders 1 weist einen Anschlag 4 auf,
der durch Drücken oder Aufdornen gebildet wird. Dadurch wird die Gefahr des Ovalwerdens
vermindert, der Oberflächenzustand verbessert und das Fassungsvermögen dieses oberhalb
des Anschlages 4 erweiterten Teiles des Dämpfungszylinders 1 erhöht. Der
erweiterte Teil kann jedoch auch durch Bearbeitung, beispielsweise auf der Drehbank,
gebildet werden.
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In dem aufgedornten und kalibrierten Teil des Dämpfungszylinders gleitet
ein Ausgleichskolben 5,
der aus einem einfachen Schalenkörper hergestellt
sein kann, der Öffnungen 6 aufweist, welche durch ein auf der dem Arbeitsraum
zugewandten Seite angeordnetes Ventil ? verschließbar sind, für das eine dünne Scheibe,
beispielsweise aus Federwalzstahl; verwendet wird, welche durch einen Niet 8 befestigt
ist. Der Ausgleichskolben 5 hat die Funktion eines Trennkolbens zwischen
dem mit Öl gefüllten Arbeitsraum im unterhalb liegenden Zylinderteil und dem teils
mit Öl und teils mit Luft gefüllten Ausgleichsraum im oberhalb liegenden, erweiterten
Zylinderteil, in dem er leicht gleiten kann. Der Ausgleichskolben ist ohne Dichtung
ausgeführt und läßt daher einen geringfügigen öldurchtritt zu. Er wird durch eine
Feder 9 gegen den Anschlag 4 gedrückt.
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Der Ausgleichskolben 5 kann, da die Dichtung fortfällt, durch einen
einfachen Ziehvorgang unter beträchtlichen Einsparungen hergestellt werden, selbst
wenn ein Einschleifen oder Abdrehen ohne Zentrierung erfolgt und nachfolgend ein
Oberflächenüberzug, beispielsweise ein Chromüberzug, aufgebracht oder eine Phosphatierung
vorgenommen wird oder wenn auf den Kolben vorher ein durch Brennen im Ofen bei etwa
100° C während etwa 30 Minuten gehärteter Äthoxylinharzüberzug aufgebracht wird,
der Zusatzprodukte enthält, welche die Verteilung und Haftung auf vorher eingebrachte
Halteriefen oder -rillen erleichtern, um die Abnutzung und Geräuschbildung zu vermindern.
Das gleiche gilt für den Schalenkörper 11 des Arbeitskolbens. Es kann jedoch
auch jedes andere Herstellungsverfahren, beispielsweise durch Gießen, insbesondere
einer Zinklegierung, oder durch Sintern von Metallpulver usw., angewendet werden.
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Die vorstehend angeführten speziellen Herstellungs- und Nachbehandlungsverfahren
für den Ausgleichskolben und den Dämpfungskolben sind nicht Gegenstand der Erfindung.
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Das Ende der Kolbenstange 10 ist als mit Schultern versehener
Zapfen ausgebildet, der den hohlen Arbeitskolben 11,12 zusammenhält, welcher aus
zwei konzentrischen Schalenkörpern 11 und 12 oder ähnlichen Teilen besteht und in
dem die zwei ebenfalls
konzentrischen Dämpfungsventile 13 und 14
angeordnet und zentriert sind, die auf den geneigten Sitzen des Arbeitskolbens durch
dieselbe Feder 15 gehalten werden.
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Der den Kopf des Arbeitskolbens bildende Schalenkörper 11 gleitet
im Dämpfungszylinder 1 und ist mit Öffnungen 16 versehen, die den Durchtritt von
Flüssigkeit zu beiden Seiten dieses Kolbens gestatten. Der Durchtritt wird jedoch
durch die Dämpfungsventile 13 und 14 gesteuert, und zwar durch das Dämpfungsventil
13 beim Zusammendrücken, d. h. beim Einfedern, und durch das Dämpfungsventi114 bei
der Ausdehnung, d. h. beim Ausfedern.
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Das Dämpfungsventil 13 ist außen an seinem Fuß, jedoch oberhalb der
Auflagefläche auf seinem Sitz mit einer Reihe von herausgearbeiteten Vorsprüngen
17 (F i g. 2) versehen, welche es im Innern des Schalenkörpers 11 zentrieren, während
das Dämpfungsventil14 durch das Anliegen seiner Außenseite an der Innenseite des
Dämpfungsventils 13 zentriert ist. Die Dämpfungsventile können aus einer Aluminiumlegierung
durch Ziehen unter Kaltverfestigung hergestellt werden, um ihre Massenträgheit zu
vermindern.
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Wie ersichtlich, hängt das Bestreben der Dämpfungsventile 13 und 14,
sich zu öffnen, von der Größe ihrer durch die jeweiligen Sitze begrenzten, beaufschlagten
Flächen ab, so daß die sich hieraus ergebende Schwingungsdämpfung durch konstruktive
Maßnahmen auf beliebige gleiche oder untereinander verschiedene Werte in beiden
Richtungen regelbar ist.
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Ferner sind zwischen den Windungen der Feder 9 im Ausgleichsraum Membranen
18 vorgesehen, die in F i g. 6 dargestellt sind und aus dünnen Scheiben bestehen,
welche längs eines Halbmessers geschlitzt sind. Ihr äußerer Rand ist entsprechend
dem Halbmesser des Drahtes der Feder 9 umgebogen, so daß die Membranen an den Windungen
der Feder 9 verankert sind. Sie können jedoch auch durch eine Mittelachse gehalten
werden. Diese Membranen dienen dazu, eine Emulgierung des Öles im auch Luft enthaltenden
Ausgleichsraum zu verhindern, indem sie die senkrechten Beschleunigungen begrenzen,
die auf das Öl im Ausgleichsraum wirksam werden.
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Die Einzelausbildung des Arbeitskolbens, der Dämpfungsventile und
die Anordnung der Membranen 18 sind nicht Gegenstand der Erfindung.
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Die Wirkungsweise sowohl des Ausgleichskolbens 5 als auch des Arbeitskolbens
11,12 sowie die gegenseitige Abhängigkeit ihrer Einregelung ist ähnlich wie bei
dem bekannten, eingangs erwähnten Schwingungsdämpfern. Eine Abweichung ist jedoch
insofern vorhanden, als das Fehlen einer Dichtung am Ausgleichskolben 5 an dessen
Umfang den Öldurchtritt ermöglicht. Der an sich bekannte, allmähliche öldurchtritt
führt dazu, daß der Ausgleichskolben 5 so zeitig am Anschlag 4 zur Anlage kommt,
daß eine ergänzende Wiederauffüllung des oberen Teiles der Arbeitskammer erforderlich
wird. Diese Nachfüllung erfolgt durch das Ventil 7 unter der Wirkung des oberhalb
des Arbeitskolbens 11,12 bei dessen Abwärtsbewegung entstehenden Vakuums, nachdem
der Ausgleichskolben 5 die erwähnte Ruhestellung erreicht hat. Dieser öldurchtritt
durch das Ventil ? findet jedoch nur ausnahmsweise statt und ist nicht die Regel.
Zu erwähnen ist noch, daß durch die Verengung oder den Anschlag 4, das Fehlen
einer Dichtung auf dem Ausgleichskolben 5 und die zusätzliche Verwendung des Ventils
7 eine sehr wesentliche Erhöhung des von der Feder 9 ausgeübten Druckes und damit
der Dämpfungswirkung beim Durchfedern ermöglicht wird, da für die Berechnung der
Feder 9 deren durch den Anschlag 4 begrenzter Hub auf den alleinigen Volumenausgleich
der Stange 10 reduziert werden kann und sogar lediglich auf die bei normalen
Ausschlägen auftretende Volumenänderung, wobei in diesem Falle zusätzlich ein Ventil
verwendet wird, das an der Stelle des Niets 8 angeordnet wird und sich nur bei einem
höheren Flächendruck öffnet, als dem, welcher durch die Feder 9 ausgeübt wird. Dieses
zusätzliche Ventil wirkt entgegengesetzt zum Ventil?.
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In der Tat braucht der Ausgleich der Veränderung des Flüssigkeitsvolumens
infolge einer Temperaturveränderung und der Ausgleich für Verluste bei einem entsprechenden
Hub des Ausgleichskolbens nicht mehr vorgesehen zu werden, da es sich bei Volumensänderungen
der Flüssigkeit um einen langsam ablaufenden Vorgang handelt, deren Ausgleich bei
Ausdehnung durch den Öldurchtritt am Umfang des mit keiner Dichtung versehenen Ausgleichskolbens
5 erfolgt, während bei einer Zusammenziehung durch Abkühlen das Ventil 7 einen Flüssigkeitsübertritt
zur Arbeitskammer gestattet.