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Die Erfindung betrifft ein kombiniertes
Feder-Dämpfersystem
zur Abstützung
von Radaufhängungen
oder Achsen an einem Fahrzeugaufbau mit einem zwischen einer radtragenden
oder radführenden
Anbindung und einer fahrzeugaufbauseitigen Anbindung angeordneten
Schlauchrollbalg, wobei der Balgraum mit einem Fluid befüllt ist
und mit einem fahrwerk- und/oder fahrzeugseitig gelagerten Hydrospeicher
kommuniziert.
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In einem hydraulischen Feder-Dämpfersystem
wird beim Einfedern eines Rades hydraulische Flüssigkeit aus dem Balgraum gedrosselt
in den Hydrospeicher verdrängt.
Dabei wird im Hydrospeicher ein Gaspolster komprimiert. Hierdurch
wird eine Gegenkraft aufgebaut, die das hydraulische Fluid wieder
aus dem Hydrospeicher über
eine Drossel in den Balgraum fördert.
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Beim Ausfedern des Rades wird das
Volumen des Balgraumes vergrößert. Der
Druck im Balgraum sinkt. Aufgrund des Druckgefälles fördert nun der Hydrospeicher
hydraulisches Fluid gedrosselt in den Balgraum.
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Aus der
DE 100 24 571 A1 ist ein
derartiges Feder-Dämpfersystem
bekannt. Bei hohen Ausfedergesehwindigkeiten kann der Innendruck
des Balgraumes unzulässig
abnehmen. Bei hohen Einfedergeschwindigkeiten besteht ggf. die Gefahr,
dass der Druck im Balgraum eine zulässige Obergrenze überschreitet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Problemstellung zugrunde, ein Feder-Dämpfersystem zu entwickeln,
bei dem im Falle hoher Aus- und/oder Einfedergeschwindigkeiten mindestens
ein zulässiger
Grenzwert des Innendrucks eingehalten wird. Hierbei soll die Funktion
des Feder-Dämpfersystems
so wenig wie möglich
beeinträchtigt
werden.
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Diese Problemstellung wird mit den
Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu kommuniziert der Balgraum
mit mindestens einem weiteren Hydrospeicher über eine Drosselstelle und über mindestens
ein voreingestelltes differenzdruckgesteuertes Ventil.
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Parallel zum Haupthydrospeicher des
Feder-Dämpfersystems
ist ein weiterer Hydrospeicher angeordnet. Dieser weitere Hydrospeicher
kommuniziert mit dem Balgraum ebenfalls über eine Drosselstelle. Außerdem verfügt er aber über ein
differenzdruckgesteuertes Ventil. Überschreitet die Druckdifferenz
zwischen dem Druck im Balgraum und einem beispielsweise über eine
Feder voreingestellten Druck einen Schwellenwert, öffnet das
differenzdruckgesteuerte Ventil. Der Schwellenwert ist hierbei zwischen
einem oberen und einem unteren, z.B. schlauchrollbalgspezifischen,
Grenzwert voreingestellt. Hydraulisches Fluid fließt jetzt
beispielsweise vom Hydrospeicher in den Balgraum, um einen Volumenverlust
beim schnellen Ausfedern zu begegnen. Das hydraulische Fluid wird
nun ungedrosselt schnell dem Balgraum zugeführt. Sobald die voreingestellte Druckdifferenz
wieder erreicht ist, schließt
das differenzdruckgesteuerte Ventil wieder. Hiermit wird sichergestellt,
dass ein zu lässiger
Grenzdruck des Innendrucks des Feder-Dämpfersystems eingehalten wird.
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Zur Vermeidung eines Über- und
eines Unterdrucks im Balgraum können
z.B. zwei differenzdruckgesteuerte Ventile an einem Hydrospeicher
eingesetzt werden. Eines dieser Ventile öffnet dann beim Unterschreiten
eines unteren Schwellenwertes des Drucks im Balgraum, die andere
beim Überschreiten
eines oberen Schwellenwertes. Diese differenzdruckgesteuerten Ventile
können
auch miteinander kombiniert sein. Auch ist der Einsatz zweier separater
Hydrospeicher für
diese beiden Aufgaben denkbar.
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Beim Ausfall der zusätzlichen
Hydrospeicher, z.B. wegen einer Leckage, können diese z.B. abgeschaltet
werden. Die Federfunktion des Feder-Dämpfersystems des Fahrzeuges
bleibt dabei vollständig
erhalten.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
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1:
Feder-Dämpfersystem
mit einem Differenzrollbalg und zwei extern dargestellten Hydrospeichern;
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2:
Feder-Dämpfersystem
mit einem externen und einem internen Hydrospeicher.
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Die 1 zeigt
ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem,
das einen Verdränger
(10), zwei Hydrospeicher (50, 60) und
zwischen diesen angeordnete flüssigkeitsführende Arbeitsleitun gen
(56, 66) mit integrierten Drosselventilen (57, 67)
umfasst.
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Der Verdränger (10) besteht
u.a. aus einer mehrstufigen Außenglocke
(30), einem ebenfalls mehrstufigen Abrollkolben (40)
und einem beide Teile verbindenden mehrteiligen Differenzrollbalg
(11). Beim Ein- und Ausfedern bewegt sich der beispielsweise
am Fahrwerk befestigte Abrollkolben (40) – zentrierend
geführt
durch den Differenzrollbalg (11) – auf- und ab. Die Außenwandung
(23, 24) des Differenzrollbalgs (11)
rollt hierbei an der Außenglocke (30)
und am Abrollkolben (40) ab.
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Die Außenglocke (30) ist
ein Hohlkörper,
der hier zwei zumindest bereichsweise zylindrische Abschnitte (31, 33)
umfasst, die mittels eines kegelstumpfmantelförmigen Übergangsstücks (32) miteinander
verbunden sind. In 1 sind
die Abschnitte (31, 32) und das Übergangsstück (33)
z.B. aus einem Teil gefertigt. Der obere Abschnitt (31)
ist an seinem oberen Ende mit einem Boden (34) verschlossen.
An den Boden (34) ist ein Adapter (35) zur gelenkigen Anbindung
an den Fahrzeugaufbau angeformt. Der Innendurchmesser des oberen,
zylindrischen Abschnitts (31) ist beispielsweise um ein
Drittel kleiner als der Innendurchmesser des unteren, zylindrischen Abschnitts
(33).
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Die Abschnitte (31) und
(33) können
auch eine kegelstumpfförmige,
eine gebauchte oder anders taillierte Innenkontur haben. In einem
solchen Fall würde
sich beispielsweise der obere Abschnitt (31) nach oben
hin und der untere Abschnitt (33) nach unten hin verjüngen.
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Auch der Abrollkolben (40)
hat einen oberen (41) und einen unteren Abschnitt (45),
wobei beide Abschnitte (41, 45) beispielsweise
eine zylindrische Außenkontur
(46, 47) haben. Der Außendurchmesser des oberen Abschnitts
(41) ist kleiner als der Außendurchmesser des Abschnitts
(45). Der Außendurchmesser
des Abschnitts (41) beträgt beispielsweise ca. 60% vom
Innendurchmesser des Außenglockenabschnitts
(31). Die Durchmesserdifferenz ist im Ausführungsbeispiel
so gewählt,
dass jeweils die Spalte zwischen den einander gegenüberliegenden Abschnitten
(31) und (41) in den Zonen, in denen sich die Menisken
(21, 22) des Differenzrollbalgs (11)
bewegen, annähernd
gleich breit sind.
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In 1 verjüngt sich
der untere Abschnitt (45) des Abrollkolbens (40).
Die Verjüngung
beginnt unterhalb der Zone, die mit vom Differenzrollbalg (11) kontaktiert
werden kann. Das untere Ende des Abrollkolbens (40) endet
in einem Adapter (8) zur gelenkigen Anbindung an das Fahrwerk
(9).
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Der zwischen dem Abrollkolben (40)
und der Außenglocke
(30) angeordnete Differenzrollbalg (11) besteht
u.a. aus zwei ggf. identischen schlauchartigen Rollbalghälften (12 ,13).
Die Rollbalghälften
(12, 13) sind koaxial zueinander ausgerichtet
und über eine
annähernd
rohrförmige
Verbindungsmuffe (14) gasund flüssigkeitsdicht aneinander befestigt.
Die Verbindungsmuffe (14) ist ein kurzes Rohr, auf das von
beiden Seiten her je eine Rollbalghälfte (12, 13) aufgeschoben
ist. Der jeweils aufgeschobene Abschnitt der entsprechenden Rollbalghälften (12, 13) ist
auf der Verbindungsmuffe (14) mit Hilfe je eines Spannrings
(17, 18) z.B. kraft- und formschlüssig rutschfest
fixiert. In der 1 hat
die Verbindungsmuffe zwischen den Spannringen (17, 18)
einen Rohrabschnitt (15), der nicht von den Rollbalghälften (12, 13) überdeckt
ist. Dieser Rohrabschnitt (15) hat einen Außendurchmesser,
der nur geringfügig
kleiner ist als der Innendurchmesser des unteren Abschnitts (33)
der Außenglocke
(30).
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Der von dem Differenzrollbalg (11)
umschlossene Raum (5) ist mit einer inkompressiblen Flüssigkeit
(1) befüllt,
die nach 1 über ein
in einem Hydrospeicher (50) eingeschlossenes Gaspolster
unter Druck steht. Der Hydrospeicher (50) ist beispielsweise
als Blasen- oder Membranspeicher ausgebildet. Das durch die Blase
oder Membrane (51) abgeteilte Gaspolster (52)
bildet die Federung des Feder-Dämpfersystems.
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Der Hydrospeicher (50),
der nur beispielhaft neben der Außenglocke (30) angeordnet
dargestellt ist, ist über
eine Arbeitsleitung (56) mit dem Balgraum (5)
verbunden. Dazu ist die Arbeitsleitung (56) durch den Außenglockenabschnitt
(33) hindurchgeführt und
an der Verbindungsmuffe (14) angeschlossen. Die Arbeitsleitung
(56) selbst positioniert hierdurch die Verbindungsmuffe
(14) formschlüssig
im Außenglockenabschnitt
(33).
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Im Gehäuse (54) des Hydrospeichers
(50) befinden sich am Übergang
zur Arbeitsleitung (56) zwei einander entgegengesetzt wirkende
Druckstufenventile in Form von Federplattenventilen (57).
Jeweils ein Ventil (57) öffnet in eine Strömungsrichtung. Hierbei
kann die Drosselwirkung des einzelnen Drosselrückschlagventils (57)
ggf. mittels eines steuer- oder regelbaren Antriebs verstellbar
ausgeführt
werden.
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An der Verbindungsmuffe (14)
ist die zweite Arbeitsleitung (66) durch den Außenglockenabschnitt (33)
hindurch an den Balgraum (5) angeschlossen. Mittels dieser
Arbeitsleitung (66) wird der Balgraum (5) mit
dem zweiten Hydrospeicher (60) verbunden. In der Arbeitsleitung
(66) sind zwei einander entgegengesetzt wirkende Druckstufenventile
in Form von Federplattenventilen (67) angeordnet. Auch
hierbei kann die Drosselwirkung des einzelnen Drosselrückschlagventils
(67) ggf. mittels eines steuer- oder regelbaren Antriebs
verstellbar ausgeführt
werden.
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Der Hydrospeicher (60) ist
hier beispielsweise als Schlauchspeicher ausgebildet. Sein Gehäuse (64)
ist beispielsweise zylinderförmig
und hat in seinem Inneren eine Schlauchmembran (61), die
ein Gaspolster (62) von einem Fluidraum (65) trennt.
Beispielsweise umgibt das vorgespannte Gaspolster (62)
den Fluidraum (65). Selbstverständlich können das Gaspolster (62)
und der Fluidraum (65) auch umgekehrt zueinander angeordnet
sein. Das Gaspolster (62) kann beispielsweise auch einen
Anschluss nach außen
haben, über
den z.B. die Vorspannung des Gases einstellbar ist.
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Von der Arbeitsleitung (66)
zweigt eine Leitung (88) ab, die die Arbeitsleitung (66)
mit einem differenzdruckgesteuerten Ventil (70), beispielsweise einer
Druckwaage, verbindet. Die Druckwaage (70) umfasst z.B.
einen Zylinder (71) mit einem federbelasteten Doppelkolben
(72, 76). Der in 1 linke Kolben
(76) ist ein Dichtkolben und der in 1 rechte Kolben (72) ein Steuerkolben.
Hierbei stützt
sich die z.B. einstellbare Feder (78) zwischen dem Dichtkolben
(76) und einer Stirnseite des Zylinders (71) ab.
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Der Zylinder (71) hat vier
Anschlüsse (84–87).
Der Anschluss (84) ist im Bereich der Feder (78)
angeordnet und verbindet diesen Bereich beispielsweise mit der Atmosphäre, die
das Feder-Dämpfersystem
umgibt.
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Der Anschluss (85) liegt
an der der Feder (78) gegenüberliegenden Stirnseite des
Zylinders (71). Mittels dieses Anschlusses (85)
ist die Kolbenfläche
(74) des Steuerkolbens (72) mit dem Balgraum (5)
direkt hydraulisch verbunden.
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Ein weiterer Anschluss (86)
des Zylinders (71) verbindet diesen mit dem Balgraum (5).
In der Kolbenstellung nach 1 ist
dieser Anschluss (86) durch den Steuerkolben (72)
verschlossen.
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Zwischen den beiden Kolben (72, 76)
mündet
der vierte Anschluss (87) des Zylinders (71).
An diesem Anschluss (87) ist der Hydrospeicher (60)
angeschlossen.
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Die beiden Kolben (72, 76)
sind miteinander mittels einer Kolbenstange (79) verbunden.
Ihr Abstand zueinander entspricht etwa der Summe der Durchmesser
der beiden Anschlüsse
(86) und (87). Der Dichtkolben (76) dichtet den
Raum zwischen den Kolben (72, 76) gegen den Bereich
der Feder (78) ab. Hierfür trägt er in einer umlaufenden
Nut ein Dichtelement (77).
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Der zylindrische Steuerkolben (72)
verfügt ggf.
auf seiner Stangenseite (75) über eine Steuerkante. Seine
zur Sperrung des Anschlusses (86) notwendige Länge ist
größer als
der Durchmesser des Anschlusses (86). Die Stangenseite
(75) ist um die Querschnittsfläche der Kolbenstange (79)
kleiner als die nach außen
orientierte Kolbenfläche
(74). Der Steuerkolben (72) trennt den Zwischenraum
zwischen den Kolben (72, 76) von dem mit dem Anschluss
(85) verbundenen Bereich des Zylinders (71).
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Der Weg der Kolben .(72, 76) im Zylinder (71)
wird auf der Seite des Steuerkolbens (72) begrenzt durch
einen Sicherungsring (82). Dieser ist so angeordnet, dass
bei Anlage des Steuerkolbens (72) die Anschlüsse (86, 87)
nicht überdeckt
werden. Auf der Seite des Dichtkolbens (76) wird der Weg
der Kolben z.B. durch eine Anschlagstange (81) begrenzt.
In der dargestellten Anschlagsposition ist mindestens der Anschluss
(86) durch den Steuerkolben (72) verschlossen.
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Auch der Fluidraum (65)
des Hydrospeichers (60) ist mit hydraulischem Fluid befüllt. Die
Gaspolster (52, 62) der Hydrospeicher (50, 60)
sind beispielsweise so vorgespannt dass der Druck im Hydrospeicher
(50) höher
ist als im Hydrospeicher (60). Beide Drücke sind in der Regel höher als
der normale Atmosphärendruck.
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Beim Betrieb des Fahrzeuges wirken
beide Hydrospeicher (50, 60) als parallel geschaltete
Federn und Dämpfer.
Die hydraulische Flüssigkeit strömt beim
Einfedern eines Rades gedrosselt an den Drosselstellen (57, 67)
aus dem Balgraum (5) in die beiden Hydrospeicher (50, 60).
Das jeweilige Gaspolster (52, 62) wird komprimiert
und baut hierbei eine Gegenkraft auf, die die hydraulische Flüssigkeit wieder
aus den Hydrospeichern (50, 60) gedrosselt in den
Balgraum (5) fördert.
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An der Druckwaage (70) steht
an der äußeren Kolbenfläche (74)
des Kolbens (72) der Druck des Balgraums (5) an.
Die auf diese Kolbenfläche (74)
ausgeübte
Kraft steht im Gleichgewicht mit der Kraft der Feder (78)
und der Atmosphäre
auf den Dichtkolben (76). Der Steuerkolben (72)
verschließt hierbei
den Anschluss (86) des Zylinders (71), die Kolben
liegen in der in 1 linken
Endlage.
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Am Schlauchrollbalg (11)
stehen die durch den Innendruck im Balgraum (5) erzeugten
Kräfte
mit den durch den Atmosphärendruck
und die jeweilige Radlast wirkenden Kräften im Gleichgewicht.
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Bei einer plötzlichen Entlastung eines Rades,
beispielsweise beim Durchfahren eines tiefen Schlagloches, zieht
das Rad den Schlauchrollbalg (11) mit hoher Geschwindigkeit
nach außen.
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Das vom Schlauchrollbalg (11)
eingeschlossene Volumen wird schlagartig vergrößert.
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Durch die Volumenvergrößerung wird
der Druck der Flüssigkeit
im Schlauchrollbalg (11) vermindert. Der Schlauchrollbalg
(11) wird durch die Kraft des Atmosphärendrucks zusammengedrückt. Hydraulische
Flüssigkeit
strömt
aus den Hydrospeichern (50, 60) über die
Drosselstellen (57, 67) in den Balgraum (5).
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Gleichzeitig sinkt die Kraft auf
die äußere Kolbenfläche (74)
des Steuerkolbens (72). Die beispielsweise konstante Kraft
der Feder (78) schiebt die Kolben (72, 76)
gegen den Sicherungsring (82). Hierbei wird der Anschluss
(86) am Zylinder (71) freigegeben. Nun strömt ungedrosselt
hydraulische Flüssigkeit
aus dem Hydrospeicher (60) vom Anschluss (87)
durch den Innenraum des Zylinders (71) und über den
Anschluss (86) in den Balgraum (5). Das Volumen
der hydraulischen Flüssigkeit
im Balgraum (5) nimmt zu. Auch steigt der Druck im Balgraum
(5) an. Mit zunehmendem Druck steigt auch die von der hydraulischen
Flüssigkeit
ausgeübte Kraft
auf die Kolbenfläche
(74) des Steuerkolbens (72). Ist diese Kraft größer als
die von der Feder (78) und der Atmosphäre ausgeübte Kraft auf den Kolben (76),
werden die Kolben (72, 76) wieder nach links verschoben
und der Anschluss (86) verschlossen, vgl. 1. Beim weiteren normalen Ein- und Ausfedern
erfolgt wieder ein gedrosselter Volumenaustausch zwischen dem Balgraum
(5) und den Hydrospeichern (50, 60).
Hierbei wird auch der Hydrospeicher (60) wieder befüllt.
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In der Druckwaage (70) können die
Anschlüsse
(86) und (87) auch gleichzeitig durch die Mantelfläche des
Steuerkolbens (72) überdeckt
sein. So kann ggf. die Steuerwirkung des Steuerkolbens (72),
der dann auf den Zu- und den Abfluss des Zylinders (71)
wirkt, verstärkt
werden.
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Der Bereich der Feder (78)
kann beispielsweise auch ein geschlossener Gasraum sein. Der Druck
des Gases kann z.B. veränderlich
sein. So kann beispielsweise je nach Fahrzustand eine kleinere oder
eine größere Druckdifferenz
zum Öffnen
der Druckwaage (70) eingestellt werden.
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Auch der Druck des Gaspolsters (62)
im Hydrospeicher (60) kann beispielsweise einstellbar sein.
Dieser kann vorwählbar
oder durch Fahrparameter gesteuert sein. So kann z.B. belastungs- oder geschwindigkeitsabhängig die
Steifigkeit des Gaspolsters (62) geändert werden.
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Die 2 zeigt
einen Hydrospeicher (60), der innerhalb des Abrollkolbens
(40) angeordnet ist. Hierbei ist z.B. die Drosselstelle
(67) und das differenzdruckgesteuerte Ventil (70)
parallel zueinander geschaltet. Auch bei dieser Ausführungsform
wird beispielsweise der Druck im Balgraum (5) mit dem Atmosphärendruck
verglichen und das differenzdruckgesteuerte Ventil (70)
beim Überschreiten
einer voreingestellten Druckdifferenz geöffnet.
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Die Anordnungen nach den 1 und 2 können
auch verwendet werden, um bei einen Überdruck, der z.B. beim schnellen
Einfedern eines Rades auftritt, Beschädigungen des Schlauchbalges
zu vermeiden. Hierfür
ist dann beispielsweise die Druckwaage (70) so aufgebaut,
dass sie öffnet,
wenn der Druck im Balgraum (5) einen vorgegebenen Schwellenwert
im Vergleich zum Atmosphärendruck überschreitet.
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Auch eine kombinierte Lösung ist
denkbar, um sowohl einen Unter- als auch einen Überdruck im Balgraum (5)
zu vermeiden.
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Hierbei hat die Druckwaage (70)
z.B. drei Kolben, von denen zwei Dichtkolben (76) sind.
Der mittlere Kolben ist dann ein Steuerkolben (72), der beispielsweise
auf seinen beiden Stirnseiten Steuerkanten aufweist. Es werden so
im Zylinder (71) zwei durch den Steuerkolben (72)
getrennte Kammern gebildet. Mittels einer dieser Kammern wird dann
bei einem zu niedrigen Druck im Balgraum (5) der Hydrospeicher
(60) mit dem Balgraum (5) verbunden. Die andere
Kammer verbindet dann bei einem zu hohen Druck im Balgraum (5)
diesen mit dem Hydrospeicher (60). Die beiden Strömungsrichtungen
können ggf.
mittels Rückschlagventilen
gegeneinander abgesichert sein.
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- 1
- Fluid
- 5
- Balgraum
- 7
- Rückraum
- 8
- Adapter
- 9
- Fahrwerk
- 10
- Verdränger
- 11
- Schlauchrollbalg,
Differenzrollbalg, Balg
- 12,
13
- Rollbalghälften, Balgteile
- 14
- Verbindungsmuffe
- 15
- Rohrabschnitt
- 17,
18
- Spannringe
- 21,
22
- Menisken
-
-
- 23,
24
- Außenwandungen
- 25,
26
- Innenwandungen
- 30
- Außenglocke
- 31
- oberer
Abschnitt
- 32
- Übergangsstück
- 33
- unterer
Abschnitt
- 34
- Boden
- 35
- Adapter
- 36,
37
- Innenwände
- 40
- Abrollkolben
- 41
- oberer
Abschnitt
- 42
- Bohrung
- 43
- Eindrehung
- 45
- unterer
Abschnitt
- 46,
47
- Außenwände
- 48,
49
- Spannringe
- 50
- Hydrospeicher,
Hochdruck
- 51
- Membrane
- 52
- Gaspolster
- 54
- Gehäuse
- 55
- Fluidraum
- 56
- Arbeitsleitung
- 57
- Drosselstelle,
Drosselventile, Druckstufenventile
- 60
- Hydrospeicher,
Niederdruck
- 61
- Membrane
- 62
- Gaspolster
- 64
- Gehäuse
- 65
- Fluidraum
- 66
- Arbeitsleitung
- 67
- Drosselstelle,
Drosselventile, Druckstufenventile
- 70
- differenzdruckgesteuertes
Ventil, Druckwaage
- 71
- Zylinder
- 72
- Steuerkolben
- 73
- Steuerkante
- 74
- Kolbenfläche
- 75
- Kolbenfläche, Stangenseite
- 76
- Dichtkolben
- 77
- Dichtelement
- 78
- Feder
- 79
- Kolbenstange
- 81
- Anschlagstange
- 82
- Sicherungsring
- 84
- Anschluss
Atmosphäre
- 85
- Anschluss
an (5)
- 86
- Anschluss,
verschließbar
- 87
- Anschluss
an (60)
- 88
- Leitung