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Die
Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer zum
Dämpfen
der Bewegung einer Masse. Derartige gattungsgemäße Stoßdämpfer werden in großen Stückzahlen
hergestellt und finden vielfältige
Verwendung in nahezu allen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus.
Sie werden zum Beispiel eingesetzt in Verbindung mit Rollenbahnen, über welche Massen
transportiert werden. Die Stoßdämpfer sind in
diesem Fall zum Beispiel in einen Endanschlag der Rollenbahn integriert
und dienen dort zum kontrollierten Verzögern der bewegten Massen.
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Um
ein und denselben Stoßdämpfer auch zum
Verzögern
von stark unterschiedlich großen Massen
einsetzen zu können,
ist es im Stand der Technik bekannt, derartige Stoßdämpfer mit
veränderbarer
Dämpfungskonstante
auszubilden. Dabei wird unterschieden zwischen Stoßdämpfern,
bei denen die Dämpfungskonstante
in Abhängigkeit
von der Größe eines
Druckes in einem Druckraum des Stoßdämpfers veränderbar ist und solchen, bei
denen die Dämpfungskonstante
nach Maßgabe
der Länge
eines jeweils von der zu verzögernden
Masse bereits zurückgelegten
Dämpfungsweges
veränderbar
ist. Erstgenannte Stoßdämpfer finden
zum Beispiel als Automobil-Stoßdämpfer Verwendung
und sind typischerweise so konstruiert, dass sich die Größe ihrer
Dämpfungskonstante
im Wesentlichen umgekehrt proportional zur Größe des Druckes in dem Druckraum
des Stoßdämpfers verändert.
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Ein
Beispiel für
Stoßdämpfer mit
Dämpfungsweg-abhängig veränderbarer
Dämpfungskonstante
ist in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 13 726 A1 offenbart.
Konkret ist dort ein Stoßdämpfer zum
Verzögern
einer bewegten Masse offenbart, wobei der Stoßdämpfer ein rohrförmiges Gehäuse, ein koaxial
in dem Gehäuse
gelagertes Druckrohr und einen in dem Druckrohr axial verschiebbar
gelagerten Kolben aufweist. Weiterhin umfasst der Stoßdämpfer eine
Kolbenstange zum Übertragen
der Bewegung einer zu verzögernden
Masse auf den Kolben und einen Druckraum, welcher zumindest durch
die Innenseite des Druckrohres und den Kolben begrenzt und mit einer
Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
ist. Darüber
hinaus umfasst der Stoßdämpfer einen
Speicherraum zum Speichern der Hydraulikflüssigkeit auch außerhalb
des Druckraumes und eine Mehrzahl von Kanälen zum Austauschen der Hydraulikflüssigkeit
zwischen dem Druckraum und dem Speicherraum nach Maßgabe der
Bewegung des Kolbens, das heißt
insbesondere nach Maßgabe
der durch die aktuelle Stellung des Kolbens repräsentierten Größe des aktuell
bereits zurückgelegten
Dämpfungsweges
der Masse.
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Bei
dem in der besagten Offenlegungsschrift offenbarten Stoßdämpfer wird
dessen Dämpfungskonstante
dadurch verändert,
dass in Abhängigkeit des
jeweils zurückgelegten
Dämpfungsweges
Drosselöffnungen,
welche jeweils das dem Druckraum zugewandte Ende der oben erwähnten Kanäle repräsentieren,
sukzessive durch den Kolben verschlossen werden. Die Möglichkeiten
zum Entweichen der Hydraulikflüssigkeit
aus dem mit Druck beaufschlagten Druckraum werden dadurch sukzessive
reduziert, was auf Grund der Inkompressibilität der Hydraulikflüssigkeit
mit einer Erhöhung
der Dämpfungskonstanten
des Stoßdämpfers einhergeht.
Mit zunehmender Länge
des Dämpfungsweges
erhöht
sich also die Dämpfungskonstante,
wodurch die Masse zunehmend stärker
abgebremst wird.
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Solange
die Masse in einem begrenzten Gewichtsbereich bleibt, ist das in
der besagten Offenlegungsschrift beschriebene Prinzip zur Realisierung eines
kontrollierten Dämpfungsweges
praktikabel. Zur kontrollierten Dämpfung einer größeren Masse außerhalb
des Gewichtsbereiches wäre
ein baugleicher Stoßdämpfer jedoch
ungeeignet, weil die größere Masse
den von dem Stoßdämpfer zugelassenen Dämpfungsweg
insgesamt zu schnell durchlaufen und am Ende dann schlagartig abgebremst
werden würde.
Durch diese starke Verzögerung
könnte
die Masse zu stark belastet, das heißt beschädigt oder gar zerstört werden.
Andersherum würde
eine zu kleine Masse wegen der kleinen ihr innewohnenden Bewegungsenergie
zu frühzeitig
abgebremst, so dass sie eine definierte Endposition nicht erreicht, was
wiederum zu Störungen
in der Steuerung derartiger Rollenbahnanlagen führen kann.
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Aufgabe
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe
zugrunde, einen bekannten Stoßdämpfer zum
Dämpfen
der Bewegung einer Masse dahingehend weiterzubilden, dass er das
Vorhandensein einer zu verzögernden Masse
oberhalb eines vorgegebenen Massenschwellenwertes erkennt und in
diesem Fall automatisch eine (wesentliche) Vergrößerung seiner eigenen Dämpfungskonstante
bereits zu Beginn des Dämpfungsweges
der Masse veranlasst. Insbesondere soll es möglich sein, auch unterschiedlich
große bewegte
Massen mittels des Stoßdämpfers so
abzubremsen, dass der bis zum Stillstand zurückgelegte Dämpfungshub im wesentlichen
konstant ist.
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Lösung
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgehend
von dem gattungsgemäßen Stoßdämpfer wird
die Aufgabe nach der Erfindung dahingehend gelöst, dass bei dem Stoßdämpfer eine
Ventileinrichtung mit einem Ventilgehäuse und einem Ventilkolben
in mindestens einen der Kanäle
eingebaut ist, wodurch dieser als Ventilkanal ausgebildet ist; der
Ventilkolben nach Maßgabe
des jeweils aktuellen Druckes in dem Druckraum in dem Ventilgehäuse verschiebbar
gelagert ist; und der Ventilkanal so durch die Ventileinrichtung
geführt
ist, dass der wirksame Drosselquerschnitt des Ventilkanals zunehmend
verringert wird, wenn sich der Ventilkolben auf Grund von steigendem
Druck in dem Druckraum verschiebt und umgekehrt.
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Eine
große
in ihrer Bewegung zu dämpfende Masse überträgt bei ihrer
Verzögerung
eine große Kraft
auf die Kolbenstange und damit auf den Kolben des Stoßdämpfers und
führt durch
eine daraus resultierende Bewegung des Kolbens zu einem entsprechend
starken Druckanstieg in einem Druckraum des Stoßdämpfers. Die Größe des Druckes
in dem Druckraum repräsentiert
demnach ein Maß für die Größe der zu
verzögernden
Masse, insbesondere bei einer als konstant angenommenen Auftreffgeschwindigkeit
der Masse auf die Kolbenstange. Die beanspruchte Übertragung
des Druckes in dem Druckraum auf einen Ventilkolben und die dadurch veranlasste
Verringerung beziehungsweise Schließung des Querschnittes eines
Ventilkanals bewirkt vorteilhafterweise eine gewünschte Vergrößerung der
Dämpfungskonstanten
des Stoßdämpfers.
Dies ist damit zu erklären,
dass der insgesamt während der
Dämpfung
für eine
Verdrängung
der Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckraum in einen Speicherraum zur Verfügung stehende Querschnitt durch
die beanspruchte Ventileinrichtung bei besonders hohem Druck in
dem Druckraum verringert wird. Auf Grund der Inkompressibilität der Kolbenstange
und der Hydraulikflüssigkeit überträgt sich
ein durch eine große
Masse bedingter Druckanstieg in dem Druckraum quasi innerhalb einer
infinitesimal kurzen Zeit auf den Ventilkolben, wodurch die Ventileinrichtung bei
geeigneter Ausbildung sofort in die Lage versetzt wird, eine vorbestimmte
Vergrößerung der
Dämpfungskonstanten
in der beanspruchten und beschriebenen Weise zu bewirken. Die beanspruchte
Ventileinrichtung ermöglicht
damit quasi ein Umschalten der Dämpfungskonstanten
bereits zu Beginn eines Dämpfungsweges
bei großen
Massen. Die Ventileinrichtung ermöglicht durch das Umschalten
der Dämpfungskonstanten
nachfolgend eine kontrollierte Verzögerung auch von unterschiedlich
großen
Massen über
einen begrenzten Dämpfungsweg
mit ein und demselben Stoßdämpfer.
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Grundsätzlich schließt das beanspruchte Verringern
des Drosselquerschnittes des Ventilkanals ein vollständiges Schließen des
Drosselquerschnittes mit ein. Erfolgt solch ein vollständiges Schließen des
Drosselquerschnitts, so ist jedoch darauf zu achten, dass neben
dem Ventilkanal noch weitere Kanäle
(siehe unten) vorhanden sind und dass diese zumindest teilweise
geöffnet
bleiben, um die Verzögerung
der Masse durch Verdrängen
von Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckraum während
einer gewünschten
Verzögerungszeitdauer
zu realisieren. Nach Ablauf der gewünschten Verzögerungszeitdauer
wäre ein
Schließen
der weiteren Kanäle
unschädlich,
weil die Masse dann zur Ruhe gekommen ist. Fehlen solche weiteren
Kanäle,
sollte der Drosselquerschnitt des Ventilkanals zu Beginn des Kontaktes
der zu verzögernden
Masse mit dem Stoßdämpfer nicht
vollständig
geschlossen werden, und zwar mit folgender Begründung: Wenn mit dem Schließen des
Drosselquerschnittes des Ventilkanals der gesamte Druckraum abgeschlossen
würde,
hätte die Hydraulikflüssigkeit
keine Möglichkeit
mehr, durch andere Öffnungen
zu entweichen; der Stoßdämpfer würde seine
dämpfende
Wirkung verlieren und eine auftreffende Masse unerwünschterweise
abrupt stoppen.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Ventileinrichtung ist es vorteilhaft, wenn der Ventilkolben
mit einem ersten Teil seiner Oberfläche dem jeweils aktuellen Druck
in dem Druckraum ausgesetzt ist und mit einem zweiten, dem ersten
Teil gegenüberliegenden
Teil seiner Oberfläche
an einer Gegendruckfedereinrichtung anliegt. Die Gegendruckfedereinrichtung
bestimmt das Umschaltverhalten der Ventileinrichtung. Insbesondere
durch geeignetes Ausbilden der Federcharakteristik einer Druckfedereinrichtung
innerhalb der Gegendruckfedereinrichtung kann das Umschaltverhalten
der Ventileinrichtung individuell definiert werden. So ist es durch
geeignete Auslegung der Federcharakteristik beispiels weise möglich, die Übergangszeitdauer
festzulegen, die die Ventileinrichtung zum Schließen beziehungsweise Öffnen des
Drosselquerschnittes des Ventilkanals und damit zur Einstellung
eines neuen Wertes der Dämpfungskonstanten
benötigt.
Neben der Übergangszeitdauer
kann mithilfe der Federcharakteristik auch ein Druckschwellenwert
vorgegeben werden, der von einem Druck in dem Druckraum erst überschritten
werden muss, bevor die Umschaltung der Dämpfungskonstanten durch die
Ventileinrichtung einsetzt. Dabei repräsentiert der Druckschwellenwert,
wie oben erläutert,
einen (geschwindigkeitsabhängigen)
Massenschwellenwert; das heißt
er definiert das Mindestgewicht einer Masse, damit die Umschaltung
einsetzt. Schließlich
bestimmt die Federcharakteristik auch das transiente Verhalten der
Ventileinrichtung, das heißt
ob der neue Endwert der Dämpfungskonstanten
in Form eines progressiven, linearen, degressiven oder sprungartigen
Verlaufs aus deren aktuellem Wert hervorgeht.
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Vorteilhafterweise
ist die Druckfedereinrichtung in Form eines Paketes von Tellerfedern
ausgebildet, weil Tellerfedern typischerweise eine gewünscht hohe
Federkonstante aufweisen und sich mit diesem ein stetiges Übergangsverhalten,
das heißt
ein langsames Verändern
der Dämpfungskonstante
realisieren lasst.
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Die
Gegendruckfedereinrichtung weist vorteilhafterweise einen Verschlussstopfen
auf, welcher vorzugsweise in ein Gewinde einer Öffnung des Ventilgehäuses einschraubbar
ist, wobei die Druckstückführung mit
dem Verschlussstopfen verbunden ist, sodass die Position der Druckstückführung relativ
zu dem ortsfesten Druckanschlagkörper
und damit vorteilhafterweise auch der Druckschwellenwert durch Drehen
des Verschlussstopfens in dem Gewinde variabel einstellbar ist.
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Die
Ausbildung eines Abschnittes des Ventilkanals in dem Ventilkolben
bietet den Vorteil, dass sie im Unterschied zu zum Beispiel einer
Bypasslösung, bei
welcher zumindest ein Teil des Ventilkanals in Umgehung des Ventilkolbens
durch das Ventilgehäuse
in den Hubraum gelegt werden müsste,
sehr einfach realisierbar ist.
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Vorteilhafterweise
ist zumindest ein Abschnitt des Ventilkanals so durch den Hubbereich
des Ventilkolbens geführt,
dass der Drosselquerschnitt des Ventilkanals einfach durch un mittelbarere
Einwirkung des Ventilkolbens je nach dessen Position im Hubbereich
abdeckbar beziehungsweise veränderbar
ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Bewegung des Ventilkolbens bei steigendem Druck in dem Druckraum
durch einen fest mit dem Ventilgehäuse verbundenen Ventilkolbenanschlagskörper begrenzt;
dieser Ventilkolbenanschlagskörper
ist vorzugsweise so positioniert, dass er eine vollständige Schließung des Drosselquerschnittes
des Ventilkanals durch den Ventilkolben bei ausreichend hohem Druck
gestattet.
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Eine
einstückige
Ausbildung des Ventilgehäuses
mit dem Gehäuse
des Stoßdämpfers bietet eine
einfache Möglichkeit
zur Fertigung sowie Kostenvorteile.
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Vorteilhafterweise
ist die Ventileinrichtung an einer dem Kolben des Stoßdämpfers gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses
des Stoßdämpfers angeordnet.
Dies hat wiederum fertigungstechnische Vorteile sowie Kostenvorteile.
Außerdem
ist der Raumbedarf bei einer derartigen Ventileinrichtung minimal;
insbesondere stehen bei dieser Konstruktion keine Teile seitlich
von dem grundsätzlich
rohrförmigen
Gehäuse
des Stoßdämpfers ab.
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Bei
einer derartigen Ausbildung der Ventileinrichtung ist der Ventilkolben
vorzugsweise axial zu dem Kolben des Stoßdämpfers und insbesondere ebenfalls
in dem Druckrohr des Stoßdämpfers gelagert.
Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform
zwischen dem Kolben des Stoßdämpfers und
dem Ventilkolben vorzugsweise eine weitere Druckfedereinrichtung
vorgesehen, deren Federkonstante jedoch wesentlich kleiner ist als
die Federkonstante der Druckfedereinrichtung der Gegendruckfedereinrichtung.
Die weitere Druckfedereinrichtung dient neben der sie umgebenden
inkompressiblen Hydraulikflüssigkeit
auch zum Übertragen
von Kräften
zwischen dem Kolben des Stoßdämpfers und
dem Ventilkolben. Insbesondere dient sie dazu, in einem drucklosen
Zustand in dem Druckraum den Kolben des Stoßdämpfers in die Nullstellung
zurückzuverlagern sowie
gleichzeitig ein Austreten des Ventilkolbens aus dem Ventilgehäuse zu verhindern.
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Alternativ
zu einer Anbringung der Ventileinrichtung an einer Stirnseite des
Gehäuses
des Stoßdämpfers gegenüberliegend
zu dessen Kolben kann die Ventileinrichtung mit dem Ventilgehäuse auch
als Stutzen in einem beliebigen Winkel α seitlich an dem Gehäuse des Stoßdämpfers angebracht
sein, wobei dann der Ventilkolben entsprechend dem beliebigen Winkel
relativ zu der axialen Richtung des Stoßdämpfers verschiebbar in dem
Ventilgehäuse
gelagert ist. Eine derartige Anformung der Ventileinrichtung kann
insbesondere bei einer einbau-bedingt reduzierten Gesamtlänge des
Stoßdämpfers sinnvoll sein.
Auch eine Anordnung der Ventilanordnung in dem Kolben kommt in Frage,
insbesondere wenn eine Verstellung der Charakteristik der Ventileinrichtung
nicht erforderlich ist.
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Schließlich ist
es für
eine Kontrolle der Verzögerung
der Masse auf ihrem Dämpfungsweg
vorteilhaft, wenn der Stoßdämpfer mindestens
einen weiteren Kanal zum Austauschen von Hydraulikflüssigkeit
zwischen dem Druckraum und dem Speicherraum aufweist. Der weitere
Kanal sollte nicht durch die Ventileinrichtung geführt sein.
Er sollte jedoch im Übergang
zu dem Druckraum eine Drosselöffnung ausbilden,
welche – je
nach Position des Kolbens des Stoßdämpfers in dem Druckraum – von dem
Kolben zumindest teilweise verschlossen wird. Im Unterschied zu
der Ventileinrichtung, welche einen Verschluss einzelner Ventilkanäle und damit
eine Vergrößerung der
Dämpfungskonstanten
in Abhängigkeit
des Druckes in dem Druckraum bewirkt, ermöglicht die beschriebene Drosselöffnung in
dem Druckrohr vorteilhafterweise eine Vergrößerung der Dämpfungskonstanten
in Abhängigkeit
eines jeweils bereits von der Masse zurückgelegten Dämpfungsweges.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Stoßdämpfers sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Ausführungsbeispiele
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es
zeigen
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1 einen
Stoßdämpfer mit
einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung;
und
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2 eine
Detailansicht der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung.
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Unter
Bezugnahme auf die genannten Figuren erfolgt zunächst eine Beschreibung des
konstruktiven Aufbaus des Stoßdämpfers 100 mit
der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 170,
um daran anschließend
deren Funktionsweise zu erläutern.
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1 zeigt
einen Stoßdämpfer 100 zum Dämpfen der
Bewegung, das heißt
der Geschwindigkeit einer Masse 200. Zu diesem Zweck umfasst
der Stoßdämpfer 100 ein
Gehäuse 110 mit
einem darin gelagerten Druckrohr 120, welches einen Druckraum 122 ausbildet
und mit einer Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
ist. In dem Druckrohr ist ein Kolben 130 des Stoßdämpfers 100 axial
verschiebbar gelagert. Neben den Wänden des Druckrohres 120 bildet
der Kolben 130 eine Begrenzung des Druckraumes 122.
An der dem Kolben 130 gegenüberliegenden Seite wird der
Druckraum 122 bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
durch die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 170 und
insbesondere durch deren Ventilkolben 174 abgeschlossen.
Vorteilhafterweise ist der Ventilkolben 174 in demselben
Druckrohr 120 wie der Kolben 130 geführt. Alternativ
zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
des Stoßdämpfers könnte die
Ventileinrichtung 170 auch zum Beispiel in Form eines Stutzens
in einem beliebigen Winkel α > 0 seitlich, vorzugsweise
quer zur axialen Richtung R an dem Gehäuse 110 angebracht
sein (in 1 nicht gezeigt); in diesem
Fall könnte
der Druckraum 122 an der dem Kolben 130 gegenüberliegenden
Seite durch eine einfache Stirnseite des Gehäuses 110 abgeschlossen
sein.
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In
dem Stoßdämpfer 100 ist
weiterhin eine Kolbenstange 140 vorgesehen zum Übertragen
der Bewegung beziehungsweise Bremskraft der Masse 200 auf
den Kolben 130. Schließlich
umfasst der Stoßdämpfer 100 einen
Speicherraum 150 zum Aufnehmen von Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckraum 122 während
eines Dämpfungsvorganges.
Zu diesem Zweck steht der Speicherraum 150 über mindestens
einen Kanal mit dem Druckraum 122 in Verbindung. Von diesem
Kanal ist in 1 lediglich ein durch die Ventileinrichtung 170 und
insbesondere deren Kolben 174 geführter Abschnitt 160 gezeigt;
andere Teile des Kanals, welche innerhalb des Gehäuses 110 geführt sind,
sind in 1 nicht gezeigt.
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Die
Ventileinrichtung 170 repräsentiert den in 1 gezeigten
gesamten oberen Bereich des Stoßdämpfers 100.
Ihr Gehäuse 172 kann,
wie in 1 gezeigt, einstückig mit dem Gehäuse 110 des
Stoßdämpfers ausgebildet
sein; alternativ dazu können die
Gehäuse 110, 172 jedoch
auch getrennt und voneinander lösbar
ausgeführt
sein. Unabhängig
von der konkreten Ausgestaltung der Ventileinrichtung 170 ist es
für deren
weiter unten beschriebene Funktionsweise wesentlich, dass ihr Ventilkolben 174 mit
einem ersten Teil seiner Oberfläche
O1 dem jeweiligen Druck in dem Druckraum 122 unmittelbar
ausgesetzt ist, wie in 1 gezeigt. Wichtig ist es insbesondere, dass
der Ventilkolben 174 auf große Drücke in dem Druckraum 122,
wie sie durch große
zu verzögernde Massen
realisiert werden, seinerseits durch Verschiebung reagieren kann.
Dem steht es nicht entgegen, dass bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
zwischen dem Ventilkolben 174 und dem Kolben 130 des
Stoßdämpfers eine
Druckfeder 179 zur Übertragung
von Kräften
zwischen diesen beiden Kolben, nämlich
zu Rückstellung
des Kolbens nach Beendigung des Dämpfungsvorgangs vorgesehen ist.
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2 zeigt
den detaillierten Aufbau der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 170.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Ventilkolben 174 innerhalb des Ventilgehäuses 172 in
dem Druckrohr 120 des Stoßdämpfers 100 in axialer
Richtung R verschiebbar gelagert. Besonders deutlich ist der Abschnitt
des Ventilkanals 160 zwischen dem Druckraum 122 und
dem in 1 gezeigten Speicherraum 150 zu erkennen.
Dieser Abschnitt umfasst in 2 mehrere
Teilstücke 160, 161, 162 und 163,
die grundsätzlich
alle miteinander kommunizieren. Es ist zu erkennen, dass das Teilstück 162 durch
den Ventilkolben 164 geführt ist und unmittelbar mit
dem Druckraum 122 in Verbindung steht. Das Teilstück 161 ist in
seiner Größe variabel,
weil es den Hubraum H des Ventilkolbens 174 repräsentiert.
Bei der in 2 gezeigten Stellung des Kolbens 174 ist
der Ventilkanal geöffnet,
weil der Hubraum H hier nicht durch den Ventilkolben 174 verschlossen
ist, sondern als Spalt geöffnet
dargestellt ist.
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Während der
Ventilkolben mit dem ersten Teil O1 seiner Oberfläche, wie
gesagt, dem Druckraum 122 zugewandt ist, liegt er mit einem
zweiten, dem ersten Teil gegenüberliegenden
Teil seiner Oberfläche
O2 an eine Gegendruckfedereinrichtung 176 an. Genauer gesagt
stößt er an
ein Druckstück 176-2 in
Form eines Anschlagkolbens an, welcher mit seinem einen Ende in
einer Druckstückführung 176-1 geführt ist
und welcher an seinem anderen Ende, an welches die zweite Oberfläche O2 des
Ventilkolbens 174 anschlägt, einen radial auslagernden
Flansch 176-3 aufweist. Zur Begrenzung der Bewegung des Druckstücks 176-2 in
Richtung Druckraum 122 weist die Gegendruckfedereinrichtung 176 einen
Druckstückanschlagskörper 176-4 auf;
konkret dient dieser zur Begrenzung der Bewegung des Flansches des Druckstücks 176-2.
Um das Druckstück 176-2 an
den Druckanschlagskörper 176-4 anzudrücken, ist
zwischen dem Flansch und der Druckstückführung eine Druckfedereinrichtung 176-5 vorgesehen.
Diese weist eine gewünschte
Federcharakteristik auf und drückt
das Druckstück
beziehungsweise insbesondere dessen Flansch mit einem vorbestimmten
Druckschwellenwert gegen den Druckstückanschlagskörper 176-4.
Die Druckfedereinrichtung 176-5 ist vorzugsweise in Form
eines Paketes von Tellerfedern ausgebildet, weil diese mit einer
für bestimmte
vorgesehene Anwendungsfälle
ausreichend großen
Federkonstanten verfügbar
sind.
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Wie
in 2 zu erkennen ist, ist der Druckstückanschlagskörper 176-4 fest
mit dem Ventilgehäuse 172 verbunden.
Grundsätzlich
kann auch die Druckstückführung 176-1,
die gleichzeitig als Gegenanschlag für die Druckfedereinrichtung 176-5 dient, mit
dem Ventilgehäuse 172 fest
verbunden sein (in 2 nicht gezeigt). Alternativ
dazu ist es jedoch, wie in 2 gezeigt,
empfehlenswert, die Druckstückführung 176-1 statt
dessen mit einem in eine Öffnung
des Ventilgehäuses 172 einschraubbaren Verschlussstopfen 176-6 zu
verbinden. Dies hat den Vorteil, dass dann durch ein Verdrehen des
Verschlussstopfens in einem Gewinde 177 der Öffnung die
Position der Druckstückführung 176-1 relativ
zu dem ortsfesten Druckstückanschlagskörper 176-4 und
damit gleichzeitig auch der Druckschwellenwert durch Drehen des
Verschlussstopfens 176-6 variabel einstellbar ist.
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Nach
Darstellung des konstruktiven Aufbaus des Stoßdämpfers 100 und seiner
Ventileinrichtung 170 wird nun dessen Funktionsweise wiederum
unter Zuhilfenahme der 1 und 2 detailliert
beschrieben.
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Der
Stoßdämpfer 100 hat
die Aufgabe, eine sich auf ihn zu bewegende Masse 200 in
ihrer Bewegung zu dämpfen,
das heißt
diese i.d.R. bis zum Stillstand abzubremsen. Dies geschieht in der
Weise, dass die Masse 200 zunächst an die Kolbenstange 140 anschlägt und auf
diese Weise einen zeitlich veränderlichen
Impuls, das heißt
eine Kraft auf den Kolben 130 des Stoßdämpfers überträgt. Diese Kraftübertragung
auf den Kolben 130 bewirkt einen Druckanstieg in dem Druckraum 122.
Dieser Druckanstieg überträgt sich
durch die in dem Druckraum befindliche inkompressible Hydraulikflüssigkeit, aber
auch durch die Feder 179 unmittelbar auf den ersten Teil
der Oberfläche
O1 des Ventilkolbens 174. Wie bereits erwähnt, ist
die Ventileinrichtung 170 jedoch so konstruiert, dass der
Ventilkolben 174 mit seiner Oberfläche O2 an das Druckstück 176-2 anschlägt. Das
Druckstück 176-2 wird durch
die Tellerfedern 176-5 in Richtung Druckraum 122 gedrückt und
stellt insofern einem von dem Ventilkolben 174 einwirkenden
Druck einen Gegendruck in Höhe
des besagten Druckschwellenwertes entgegen. Solange der Druck in
dem Druckraum 122, verursacht durch die auf den Stoßdämpfer 100 einwirkende
Masse 200, nicht über
diesen Schwellenwert ansteigt, gibt das Druckstück 176-2 konstruktionsbedingt
der Druckeinwirkung des Ventilkolbens 174 nicht nach, so
dass dieser in seiner in 2 gezeigten Position verbleibt.
In dieser Position ist der Ventilkanal 160–163,
der in 2 durch den Ventilkolben 174 und dessen
Hubraum H geführt
ist, geöffnet,
so dass auf Grund des Druckanstiegs in dem Druckraum 122 Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckraum 122 über den
Ventilkanal 160–163 in
den Speicherraum 150 verdrängt werden kann. In dem Maße, wie
Hydraulikflüssigkeit
zumindest über
den Ventilkanal 160–163 aus
dem Druckraum 122 entweichen kann, kann der Kolben 130 des
Stoßdämpfers einem
Einwirken der Masse 200 nachgeben und auf diese Weise die
Masse über
einen Dämpfungsweg
auf Null abbremsen.
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Sobald
der in dem Druckraum 122 entstehende Druck jedoch den durch
die Gegendruckfedereinrichtung 176 voreingestellten Druckschwellenwert überschreitet,
weil zum Beispiel die durch die Masse 200 bedingte Impulsänderung
auf die Kolbenstange und den Kolben groß genug war, gibt das Druckstück 176-2 der
Druckeinwirkung durch den Ventilkolben 174 nach, indem
die Tellerfedern 176-5 ein Stück weit zusammengedrückt werden.
Der Ventilkolben 174 verschiebt sich dann innerhalb seines
Hubbereiches H bis maximal zu einem Ventilkolbenanschlagskörper 178,
welcher fest mit dem Ventilgehäuse 172, oder
wie in 2 gezeigt, alternativ fest mit dem Druckrohr 120 verbunden
ist. Vorzugsweise ist die Federcharakteristik der Druckfedereinrichtung 176-5 bezüglich ihres
transienten Verhaltens so ausgebildet, dass sie bei Drücken oberhalb
des Druckschwellenwertes ein schlagartiges Verschieben des Kolbens 174 und
damit einhergehend ein schlagartiges Verschließen des Ventilkanals 160–163 ermöglicht. Alternativ
dazu kann die Federcharakteristik jedoch auch ein beliebiges anderes
transientes Verhalten des Ventilkolbens 174 beim Übergang
von einer in 2 gezeigten geöffneten
Ventilkanalstellung hin zu einem geschlossenen Ventilkanal ermöglichen.
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Eine
Bewegung des Ventilkolbens 174 über seinen gesamten Hubbereich
H, das heißt
ein absolutes Verschließen
des Ventilkanals 160–163 sollte nur
dann vorgesehen sein, wenn weitere Kanäle 164 zum Verdrängen von
Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckraum 122 in den Speicherraum 150 vorgesehen
sind; wenn derartige weitere Kanäle
fehlen und der Druckraum 122 bei Anschlag des Ventilkolbens 174 an
den Ventilanschlagskörper 178 vollständig geschlossen
ist, hätte
dies auf Grund der Inkompressibilität der Hydraulikflüssigkeit
zur Folge, dass der Stoßdämpfer keine
dämpfende
Wirkung mehr entfalten würde
und die Masse 200 abrupt abgebremst würde.
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Typischerweise
wird der Stoßdämpfer 100 mit
der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 170 mit einer
Mehrzahl derartiger weiterer Kanäle 164 ausgebildet;
die erfindungsgemäße Ventileinrichtung dient
dann zu einer schlagartigen Vergrößerung/Umschaltung der Dämpfungskonstante
des Stoßdämpfers bei
Auftreffen von Massen oberhalb eines Massenschwellenwertes. Durch
das Vorhandensein der weiteren Kanäle, die in dem Druckraum 122 vorzugsweise über dessen
axiale Länge
verteilt angeordnet sind, wird dann durch die frühzeitige Umschaltung der Dämpfungskonstante
gewährleistet,
dass auch diese großen
Massen aufgrund der größeren Dämpfungskonstante über den
vorhandenen Dämpfungsweg
kontrolliert abgebremst werden können.
Idealerweise ist der erfindungsgemäße Dämpfer so ausgelegt, dass leichte
abzubremsende Massen ohne Umschaltung der Ventileinrichtung bei
kleiner Dämpfungskonstante
möglichst
ebenso den Endanschlag erreichen (mit möglichst kleiner Endgeschwindigkeit),
wie große
Massen, bei denen eine Umschaltung stattfindet, so dass dann eine
entsprechend größere Dämpfungskonstante
vorliegt, weshalb der Dämpfungsweg
konstant bleiben kann.
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Sind
derartige weitere Kanäle
nicht vorhanden, so ist eine Kontrolle des Dämpfungsweges der Masse durch
eine kontrollierte Veränderung
des Querschnitts des Ventilkanals 160–163 durch geeignete
Ausbildung der Federcharakteristik der Druckfedereinrichtung 176-5 denkbar;
insbesondere sollte die Federcharakteristik dann so ausgebildet
sein, dass sie nicht ein schlagartiges, sondern ein langsames kontrolliertes
Schließen
des Ventilkanals 160–163 ermöglicht.
Auch sollte dann selbst bei höchsten
Drücken
noch ein Restdrosselquerschnitt vorhanden sein.