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Die
Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum Einstellen einer
Dämpfungscharakteristik
eines Stoßdämpfers,
der in einem Druckzylinder einen in diesem entlang einer Achse des
Druckzylinders geführten
Dämpfungskolben
aufweist, wobei durch eine Bewegung des Dämpfungskolbens entlang der
Achse ein Fluid aus einem Druckraum des Druckzylinders durch einen
Drosselquerschnitt in einen drucklosen Ausgleichsraum verdrängbar ist
und wobei die Dämpfungscharakteristik
eine Abhängigkeit
einer der Bewegung des Dämpfungskolbens
entgegengesetzten Dämpfungskraft
von einer Geschwindigkeit der Bewegung beschreibt und andererseits
einen Stoßdämpfer mit
einstellbarer Dämpfungscharakteristik mit
einem Druckzylinder und einem in diesem entlang einer Achse des
Druckzylinders geführten
Dämpfungskolben,
wobei durch eine Bewegung des Dämpfungskolbens
entlang der Achse ein Fluid aus einem Druckraum des Druckzylinders
durch einen Drosselquerschnitt in einen drucklosen Ausgleichsraum
verdrängbar
ist.
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Bekannt
sind solche Stoßdämpfer mit
einstellbarer Dämpfungscharakteristik
und Verfahren zur Einstellung ihrer Dämpfungscharakteristik beispielsweise
aus der
US 4,298,101 ,
aus der
DE 37 79 594
T2 und aus der
DE
102 13 726 A1 : Diese Stoßdämpfer weisen einen in einem
rohrförmigen
Gehäuse
koaxial drehbar gelagerten Druckzylinder und eine koaxial zwischen
dem Gehäuse
und dem Druckzylinder angeordnete rohrförmige Hülse auf, die mit dem Gehäuse fest
verbunden ist. Der Druckzylinder weist mindestens eine radiale Bohrung
und die Hülse
auf ihrer inneren Mantelfläche
mindestens eine derart gestaltete Nut auf, dass mittels Verdrehen
des Druckzylinders ein Drosselquerschnitt zwischen der Bohrung und
der Nut einstellbar ist. Bei Beaufschlagung der Kolbenstange eines
solchen Stoßdämpfers mit einer
Last in Axialrichtung des Stoßdämpfers überträgt der Dämpfungskolben
einen Druck auf das Fluid im Innern des Druckzylinders. Das Fluid
dringt durch die Bohrungen im Druckzylinder nach außen, wobei entsprechend
dem geöffneten
Querschnitt der Bohrungen ein Drosseleffekt und damit eine Dissipation der
Druckenergie in Wärme
erfolgt. Durch Verdrehen des Druckzylinders in der Hülse wird
die Steuerkante der Nut in der Hülse über den
Bohrungen im Druckrohr verschoben und damit der Drosselquerschnitt verändert. So
ist die Dämpfungscharakteristik
dieser Stoßdämpfers einstellbar.
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Einen
weiteren Stoßdämpfer dieser
Art mit einem anderen Verfahren zur Einstellung der Dämpfungscharakteristik
offenbart die
EP 0
831 245 A2 : Dieser Stoßdämpfer weist
einen topfförmig
ausgebildeten Dämpfungskolben
mit zum Druckzylinder offenen Querschnitt auf. In der Wandung des
Dämpfungskolbens
sind Öffnungen
ausgebildet, die einen radialen Durchtritt des Fluids aus dem Druckraum
in einen Ausgleichsraum ermöglichen.
Die Dämpfungscharakteristik
dieses Stoßdämpfers ist
einstellbar durch die Wahl einer Eindringtiefe des Dämpfungskolbens
in den Druckzylinder: Bei zunehmender Eindringtiefe wird eine zunehmende
Zahl der Öffnungen über eine
Steuerkante in der Wandung des Druckzylinders geführt und
geschlossen, so dass nur noch die verbleibenden Öffnungen einen Durchtritt des Fluids
ermöglichen.
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Die
bekannten Stoßdämpfer realisieren
die Einstellung der Dämpfungscharakteristik
durchweg durch mechanische Maßnahmen.
Die Einstellung setzt daher zumindest einen Stillstand der betroffenen
Maschine, regelmäßig sogar
einen Aus- und Einbau des bekannten Stoßdämpfers voraus. Eine Einstellung
der Dämpfungscharakteristik „on the
fly" anhand aktuell
gemessener Lastwerte ist mit den bekannten Stoßdämpfern prinzipbedingt nicht
möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einstellen der Dämpfungscharakteristik
ohne mechanische Elemente zu ermöglichen.
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Lösung
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Ausgehend
von den bekannten Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen,
dass durch Beaufschlagen des Fluids mit einem elektromagnetischen
Feld einer gewählten
Feldstärke
eine Viskosität
des Fluids und damit ein Widerstand gegenüber der Verdrängung des
Fluids aus dem Druckzylinder eingestellt wird.
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Fluide,
deren Viskosität
sich unter einem elektromagnetischen, also einem elektrostatischen oder
magnetischen oder aus beiden kombinierten Feld, augenblicklich und
beliebig umkehrbar von einem niedrigen zu einem hohen Wert bis hin
zu einer teigigen oder sogar festen Konsistenz ändert, sind allgemein bekannt.
Die als „Elektrorheologie" (auch „Elekt roviskosität") bekannte Eigenschaft
spezieller Suspensionen, in einem elektrischen Feld sehr schnell
fest zu werden, beruht auf der durch Polarisierung induzierten Bildung
geordneter Strukturen von mikroskopisch kleinen, in einer nicht
leitenden Flüssigkeit
fein verteilten dielektrischen Teilchen (beispielsweise Aluminiumsilikate).
Solche Suspensionen werden allgemein als "elektrorheologische Fluide" (ERF, auch „elektroviskose
Fluide" EVF) bezeichnet.
Fluide, deren Viskosität
sich in wechselnden Magnetfeldern stark ändert, werden entsprechend
als „magnetorheologische
Fluide" (MRF, auch „elektromagnetische
Fluide") bezeichnet.
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Handelsübliche Bauelemente
ermöglichen die
Einstellung einer – insbesondere
elektrostatischen oder magnetischen – Feldstärke ausschließlich durch
die Änderung
elektrischer Parameter, insbesondere durch die Wahl von Spannung
und Frequenz. Die Feldstärke,
die erfindungsgemäß auf ein (elektro-
oder magnetorheologisches) Fluid in einem Stoßdämpfer wirkt, ist – wie oben
beschrieben – unmittelbar
mit der Viskosität
des Fluids und damit mit dem Widerstand des Fluids gegenüber einer
Verdrängung
insbesondere durch einen Drosselquerschnitt verknüpft.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
so mittelbar eine technisch besonders einfach zu realisierende Einstellung
der Dämpfungscharakteristik
eines Stoßdämpfers.
Die Einstellung der Dämpfungscharakteristik
erfordert insbesondere keine mechanischen Einstellarbeiten an dem
Stoßdämpfer. Durch
die Reduzierung der einzustellenden Parameter auf elektrische Größen kann
die Einstellung zudem mittels eines nicht in unmittelbarer Nähe des Stoßdämpfers – beispielsweise
in einer zentralen Steuerungswarte – angeordneten Steuerungsmoduls erfolgen.
Aufgrund der extrem kurzen „Schaltzeiten" der bekannten elektro-
und magnetorheologischen Fluide ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren – quasi „on the
fly" – sogar
eine automatisch dosierte Anpassung der Dämpfungscharakteristik eines
Stoßdämpfers an
einen aktuell (beispielsweise als Kraft) gemessenen Belastungszustand.
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Grundsätzlich erscheint
es alternativ auch denkbar, in einem ähnlichen Verfahren – sofern
ein entsprechend reagierendes Fluid verfügbar ist – das Fluid mit einer elektromagnetischen
Strahlung, beispielsweise Licht- oder Wärmestrahlung zu beaufschlagen.
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Ausgehend
von den bekannten Stoßdämpfern wird
weiterhin nach der Erfindung vorgeschlagen, dass ein Felderzeugungsmittel
vorgesehen wird, mittels dessen das Fluid mit einem elektromagnetischen
Feld einer gewählten
Feldstärke
beaufschlagbar und damit eine Viskosität des Fluids und schließlich ein
Widerstand gegenüber
der Verdrängung
des Fluids aus dem Druckzylinder einstellbar ist. Zur Erzeugung
eines elektrostatischen Feldes sind insbesondere zwei mit entgegengesetzten
elektrischen Ladungen beaufschlagbare Pole vorzusehen, die Erzeugung
eines – einstellbaren – magnetischen
Feldes erfordert als Felderzeugungsmittel einen Elektromagneten.
Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer ermöglicht bei
Verwendung eines elektro- beziehungsweise magnetorheologischen Fluids
die Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Allein durch Wahl der elektrischen Anschlussparameter – insbesondere
Spannung und Frequenz – des
jeweiligen Felderzeugungsmittels kann mittelbar über Feldstärke des Feldes und Viskosität des Fluids
der Widerstand gegenüber
der Verdrängung
dieses Fluids aus dem Druckzylinder, insbesondere durch den Drosselquerschnitt
und damit die Dämpfungscharakteristik
des Stoßdämpfers eingestellt
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist weist der erfindungsgemäße Stoßdämpfer einen Dämpfungskolben
mit einer topfförmig
ausgebildeten Wandung auf, die den Druckraum zumindest teilweise
umschließt
und von dem Ausgleichsraum trennt, wobei der Drosselquerschnitt
durch mindestens eine Durchtrittsöffnung in der Wandung ausgebildet
ist und wobei die Wandung mit einem elektrischen Potenzial gegenüber einem
entgegengesetzt geladenen Element beaufschlagbar ist. Dieses zusätzliche Merkmal
ermöglicht
eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Pole als konzentrische
Zylinderflächen. Der
Abstand der Pole – der
zunächst
prinzipiell die elektrische Feldstärke zwischen den Polen beeinflusst – ist in
einem solcherart ausgebildeten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer auf einen konstanten Wert
festgelegt. Die Auslegung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers ist so erheblich vereinfacht.
Die Auslegung wird weiter vereinfacht, wenn zudem auch die wirksamen
Flächen
der einander gegenüberliegenden
Pole – da
dieser Wert gleichfalls die Feldstärke zwischen den Polen beeinflusst – über der
Bewegung des Dämpfungskolbens
konstant sind.
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Bevorzugt
ist an einem solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer zwischen der Wandung
und dem entgegengesetzt geladenen Element im Innern des Dämpfungskolbens
ein Ringspalt ausgebildet. Die (äußere) Fläche des
entgegengesetzt geladenen Element steht dann als Pol der Innenfläche der
Wandung gegenüber,
das entgegengesetzt geladene Element ist im Innern des topfförmigen Dämpfungskolbens
ausgebildet. Das entgegengesetzt geladene Element kann dann konstruktiv
besonders einfach in Form einer Stange auf der dem Eintritt der
Dämpfungsstange
gegenüberliegenden
Seite des Stoßdämpfers aus
diesem herausgeführt
und kontaktiert werden.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform
ist in einem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer das
Fluid entlang einer äußeren Mantelfläche des Dämpfungskolbens
aus dem Druckraum in den Ausgleichsraum führbar. Der Durchmesser des
erfindungsgemäßen Stoßdämpfers wird
so – durch
die konstruktive Anordnung des Ausgleichsraums in axialer Richtung
vor oder hinter dem Druckraum – gering
gehalten und der Einbau des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers in besonders schmalen
Räumen ermöglicht.
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An
einem solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer ist
wiederum bevorzugt der Drosselquerschnitt durch mindestens eine
Nut in der Mantelfläche
ausgebildet, durch die das Fluid aus dem Druckraum in den Ausgleichsraum
führbar
ist. Die Mantelfläche
kann dann – abgesehen
von der Nut – in
Konstruktion und Auslegung zur axialen Führung des Dämpfungskolbens in dem Stoßdämpfer herangezogen
werden. Zudem kann durch die Wahl von Querschnitt und Lage (insbesondere
auch durch die Länge)
der Nut die Drosselwirkung konstruktiv sehr einfach auf einen gewünschten
Wert eingestellt werden.
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An
einem solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer ist
vorzugsweise die Nut um die Achse des Druckzylinders spiralförmig ausgebildet.
So kann -wiederum durch eine besonders einfache konstruktive Maßnahme – eine maximale
Länge der
Nut erzielt werden. Durch eine fertigungstechnische gleichfalls
sehr einfach Maßnahme,
nämlich
indem beim Stechen der Nut der Stahl langsam radial aus der Nut herausgezogen
wird, kann zudem bei konstanter Steigung der Nut eine abnehmende
Nuttiefe und -breite (21) hergestellt werden. Die Drosselwirkung ist
dann nicht auf einen anfänglichen
Bereich der Nut beschränkt,
sondern erstreckt sich im Wesentlichen über deren gesamte Länge.
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Als
vorteilhaft erweist es sich zudem, wenn an einem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer, bei
dem das Fluid entlang einer äußeren Mantelfläche des Dämpfungskolbens
geführt
wird, das Fluid in einem dem Dämpfungskolben
unmittelbar vorgelagerten Ringspalt erregbar ist. Das Fluid in dem
vorgelagerten Ringspalt wirkt dann als zusätzliches Durchflusshemmnis,
während
entlang der Mantelfläche
des Dämpfungskolbens
das Fluid die von dem Feld unbeeinflusste Viskosität aufweist.
Die Drosselwirkung entlang der Mantelfläche des Dämpfungskolbens ist dann von
der Feldstärke
unabhängig.
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Ein
erfindungsgemäßer Stoßdämpfer, bei dem
das Fluid entlang einer äußeren Mantelfläche des
Dämpfungskolbens
geführt
wird, kann zudem vorteilhafter Weise einen gasgepufferten zweiten Ausgleichsraum
aufweisen, in den das Fluid durch mindestens eine Durchtrittsöffnung radial
durch den Druckzylinder führbar
ist. Durch diesen zweiten Ausgleichsraum werden insbesondere Laststöße durch sehr
hohe Lasten besonders gut abgebaut.
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An
einem anderen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer ist
vorzugsweise der Drosselquerschnitt durch mindestens eine Durchtrittsöffnung in dem
Druckzylinder ausgebildet, durch die das Fluid aus dem Druckraum
radial durch den Druckzylinder in den Ausgleichsraum führbar ist.
Der an einem solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer radial neben dem Druckraum
ausgebildete Ausgleichsraum ermöglicht
(auf Kosten des Durchmessers) die Konstruktion eines besonders kurz
bauenden erfindungsgemäßen Stoßdämpfers.
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An
einem solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer ist
besonders bevorzugt mittels des Felderzeugungsmittels eine elektrische
Spannung erzeugbar und der Druckzylinder mit einem elektrischen
Potenzial gegenüber
einem entgegengesetzt geladenen Element beaufschlagbar. Der Abstand
der Pole – der
wie weiter oben bereits ausgeführt
prinzipiell die elektrische Feldstärke zwischen den Polen beeinflusst – ist auch
in einem solcherart ausgebildeten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer auf einen konstanten
Wert festgelegt, was die Auslegung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers erheblich
vereinfacht. Auch hier wird die Auslegung weiter vereinfacht, wenn
auch die wirksamen Flächen
der einander gegenüberliegenden
Pole konstant sind.
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An
einem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer, der
mindestens eine als Drosselquerschnitt ausgebildete Durchtrittsöffnung in
dem Druckzylinder aufweist, kann besonders einfach das entgegengesetzt geladene
Element durch eine den Ausgleichsraum umschließende Wandung ausgebildet werden.
Alternativ kann das entgegengesetzt geladene Element durch eine
im Innern des Druckraums entlang der Achse des Druckzylinders angeordnete
Spiralfeder ausgebildet sein. Beide konstruktiven Varianten ermöglichen
eine Beaufschlagung des Fluids mit dem Feld über die gesamte relevante Fläche des
Druckzylinders zwischen Dämpfungskolben
und gegenüber liegender
Stirnwand des Gehäuses.
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Wiederum
an einem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer, der
mindestens eine als Drosselquerschnitt ausgebildete Durchtrittsöffnung in
dem Druckzylinder aufweist, ist bevorzugt das entgegengesetzt geladene
Element durch eine außen
an dem Druckzylinder anliegende Wandung ausgebildet, die eine spiralförmig um
die Achse des Druckzylinders ausgebildete Nut aufweist, durch die
das Fluid in den Ausgleichsraum führbar ist. Die Ausbildung einer
spiralförmigen
Nut weist wiederum die weiter oben bereits für eine ähnliche Fragestellung diskutierten
Vorteile auf.
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Ein
anderer erfindungsgemäßer Stoßdämpfer, der
mindestens eine als Drosselquerschnitt ausgebildete Durchtrittsöffnung in
dem Druckzylinder aufweist, weist vorteilhafter Weise ein durch
eine außen
an dem Druckzylinder anliegende Wandung ausgebildetes entgegengesetzt
geladenes Element auf, das mindestens eine Durchtrittsöffnung aufweist, durch
die das Fluid radial durch die Wandung in den Ausgleichsraum führbar ist.
Wird die Position des Druckzylinder gegenüber der äußeren Wandung – insbesondere
die Position der Durchtrittsöffnungen zueinander – verstellbar
ausgebildet, so kann die Dämpfungscharakteristik
eines solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfers zusätzlich mechanisch
vorgewählt
werden.
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Ein
wiederum anderer erfindungsgemäßer Stoßdämpfer weist
ein durch eine Spule ausgebildetes Felderzeugungsmittel auf, mittels
dessen das Fluid mit einem magnetischen Feld beaufschlagbar ist.
Die Verwendung eines Magnetfeldes und die Nutzung des magnetorheologischen
Effekts ermöglicht eine
nicht lokal begrenzte, sondern auf das gesamte Volumen des Druckzylinders
ausgedehnte Anpassung der Viskosität. So wird eine Bypassströmung von
niedrigviskosem Fluid um hochviskose Bereiche herum, in denen das
Fluid unter dem Feldeinfluss steht, wirksam vermieden und so die
Konstruktion des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers vereinfacht.
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In
einem solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer umgibt
in einer vorteilhaften Ausführungsform
die Spule den Stoßdämpfer. So
kann eine vorhandene Konstruktion eines Stoßdämpfers auf einfache Weise mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet
werden. Sogar die Nachrüstung
von bereits eingebauten Stoßdämpfern ist – bei minimalen Stillstandszeiten
der betroffenen Geräte – möglich. In einem
anderen solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer ist
die Spule in dem Ausgleichsraum angeordnet. Auch diese Anordnung
ermöglicht
durch den Einbau der Spule in einen vorhandenen Hohlraum bei nur
geringfügigen
Modifikationen die Weiterverwendung vorhandener Konstruktionen.
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In
einem wiederum anderen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer ist der Drosselquerschnitt
durch mindestens eine in Richtung der Achse des Druckzylinders durch
den Dämpfungskolben
führende
Bohrung ausgebildet, durch die das Fluid aus dem Druckraum axial
durch den Dämpfungskolben
in den Ausgleichsraum führbar
ist, wobei der Dämpfungskolben mit
einem elektrischen Potenzial gegenüber einer zumindest teilweise
in die Bohrung eindringenden Nadel beaufschlagbar ist. Ein solcher
erfindungsgemäßer Stoßdämpfer ermöglicht einerseits
wiederum eine sehr schmale Bauform. Darüber hinaus ist auch hier die
Kontaktierung der Pole – einerseits
des Dämpfungskolbens
und andererseits der Nadel – besonders
einfach möglich,
wenn auch die Nadel durch die dem Dämpfungskolben gegenüberliegende
Stirnseite des Druckraums nach Außen geführt wird. Da zudem nur ein
sehr kleiner Bereich – um
die Nadelspitze – mit
dem elektrischen Feld beaufschlagt wird, kann die Anschlussleistung
dieses erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gering
gehalten werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführung eines solchen erfindungsgemäßen Stoßdämpfers ist die
Nadel mit dem Druckzylinder verbunden und weist einen derart konisch
sich erweiternden Querschnitt auf, dass der Drosselquerschnitt mit
dem Einfahren des Dämpfungskolbens
in den Druckzylinders verringert wird. Ein solcher erfindungsgemäßer Stoßdämpfer weist
bereits durch seine Konstruktion eine progressive Dämpfungscharakteristik
auf. Die Notwendigkeit, die Charakteristik durch Änderung
der elektrischen Feldstärke
anzupassen, kann so auf wenige Anwendungen beschränkt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die
in den nachfolgend aufgeführten
Zeichnungsfiguren als Prinzipskizzen dargestellt sind. Es zeigen
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1 einen
ersten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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2 einen
zweiten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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3 einen
dritten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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4 einen
vierten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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5 einen
fünften
erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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6 einen
sechsten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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7 einen
siebten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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8 einen
achten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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9 einen
neunten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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10 einen
zehnten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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11 einen
elften erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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12 einen
zwölften
erfindungsgemäßen Stoßdämpfer und
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13 einen
dreizehnten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer.
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Der
in 1 skizzierte erste erfindungsgemäße Stoßdämpfer 1 weist
einen topfförmig
ausgebildeten Dämpfungskolben 2 mit
zum Druckraum 3 offenen Querschnitt auf. In der Wandung 4 des Dämpfungskolbens 2 sind Öffnungen 5 von
0,1 bis 1 mm Durchmesser ausgebildet, die bei Belastung der Kolbenstange 6 mit
einer Kraft in Richtung der Achse 7 einen radialen Durchtritt
des nicht dargestellten elektrorheologischen Fluids aus dem Druckraum 3 in einen
Ausgleichsraum 8 ermöglichen.
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Der
Stoßdämpfer 1 weist
im Innern des Dämpfungskolbens 2 und
koaxial zu diesem angeordnet einen gleichfalls topfförmigen Einsatz 9 auf. Der
Einsatz 9 ist mit dem Dämpfungskolben 2 fest verbunden,
aber von diesem durch einen nicht dargestellten Isolator elektrisch
getrennt. Der Einsatz 9 ist über eine Schraubenfeder 10 elektrisch
leitend mit einem Kontaktelement 11 verbunden, das mit
der der Kolbenstange 6 gegenüberliegenden nicht dargestellten
Stirnseite des Stoßdämpfers 1 fest
verbunden, aber von dieser wiederum durch einen Isolator elektrisch
getrennt ist. Die Kolbenstange 6 ist elektrisch leitend
in der nicht dargestellten anderen Stirnseite des Stoßdämpfers 1 geführt.
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Zwischen
der Wandung 4 des Dämpfungskolbens 2 und
dem Einsatz 9 ist ein Ringspalt 12 mit einer Breite
von 0,1 bis 1 mm ausgebildet. Durch Beaufschlagung des Gehäuses 13 einerseits
und des Kontaktelements 11 andererseits mit einer elektrostatischen
Spannung von beispielsweise 3 bis 4 kV stellt sich in dem Ringspalt 12 ein
elektrisches Feld ein, das eine Erhöhung der Viskosität des Fluid
in diesem Ringspalt 12 bewirkt, so dass der Austritt des Fluids
aus dem Ringspalt 12 erschwert ist.
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Der
in 2 skizzierte zweite erfindungsgemäße Stoßdämpfer 14 weist
einen Druckzylinder 15 und einen in diesem geführten, aber
von diesem elektrisch getrennten zylinderförmigen Dämpfungskolben 16 auf.
In der mit einem nicht dargestellten Isolator beschichteten Mantelfläche 17 weist
der Dämpfungskolben 16 eine
spiralförmig
ausgebildete Nut 18 auf, durch die bei Belastung der nicht
dargestellten Kolbenstange mit einer Kraft in Richtung der Achse 19 das
nicht dargestellte elektrorheologische Fluid aus dem Druckraum 20 entlang
der Mantelfläche 17 in
einen gleichfalls nicht dargestellten Ausgleichsraum geführt wird.
Die Nut 18 weist in Richtung der Achse 19 eine
konstante Steigung und eine ausgehend von dem Druckraum 20 abnehmende Tiefe
(nicht dargestellt) und Breite 21 auf.
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Der
Dämpfungskolben 16 ist über eine Schraubenfeder 22 elektrisch
leitend mit einem elektrisch isoliert durch die Stirnseite 23 des
Stoßdämpfers 14 geführten Kontaktelement 24 verbunden.
Die Kolbenstange ist elektrisch isoliert in der nicht dargestellten
anderen Stirnseite 23 des Stoßdämpfers 14 geführt. Durch
Beaufschlagung des Gehäuses 25 einerseits
und des Kontaktelements 24 andererseits mit einer elektrostatischen
Spannung stellt sich in der Nut 18 ein elektrisches Feld
ein, das eine Erhöhung der
Viskosität
des Fluid in dieser Nut 18 bewirkt, so dass der Durchtritt
des Fluids durch die Nut 18 erschwert ist.
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Der
in 3 skizzierte dritte erfindungsgemäße Stoßdämpfer 26 weist
einen topfförmig
ausgebildeten Dämpfungskolben 27 mit
zum Druckraum 28 offenen Querschnitt auf. In der Wandung 29 des Dämpfungskolbens 27 sind Öffnungen 30 von
0,1 bis 1 mm Durchmesser ausgebildet, die bei Belastung der Kolbenstange 31 mit
einer Kraft in Richtung der Achse 32 einen radialen Durchtritt
des nicht dargestellten elektrorheologischen Fluids aus dem Druckraum 28 in
einen Ausgleichsraum 33 ermöglichen.
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Der
Stoßdämpfer 26 weist
im Innern des Dämpfungskolbens 27 und
koaxial zu diesem angeordnet einen zylindrischen Dorn 34 auf.
Der Dorn 34 ist mit dem Dämpfungskolben 27 fest
verbunden, aber von diesem durch einen nicht dargestellten Isolator
elektrisch getrennt. Der Dorn 34 ist über eine Schraubenfeder 35 elektrisch
leitend mit einem Kontaktelement 36 verbunden, das die
der Kolbenstange 31 gegenüberliegende Stirnseite des
Stoßdämpfers 26 bildet,
aber von diesem wiederum durch einen nicht dargestellten Isolator
elektrisch getrennt ist. Die Kolbenstange 31 ist elektrisch
leitend in der anderen Stirnseite 37 des Stoßdämpfers 26 geführt.
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Zwischen
der Wandung 29 des Dämpfungskolbens 27 und
dem Dorn 34 ist ein Ringspalt 38 mit einer Breite
von 0,1 bis 1 mm ausgebildet. Durch Beaufschlagung des Gehäuses 39 einerseits
und des Kontaktelements 36 andererseits mit einer elektrostatischen
Spannung von beispielsweise 3 bis 4 kV stellt sich in dem Ringspalt 38 ein
elektrisches Feld ein, das eine Erhöhung der Viskosität des Fluid
in diesem Ringspalt 38 bewirkt, so dass der Austritt des Fluids
aus dem Ringspalt 38 erschwert ist.
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Der
in 4 skizzierte vierte erfindungsgemäße Stoßdämpfer 40 weist
einen Druckzylinder 41 und einen in diesem entlang der
Achse 42 geführten zylindrischen
Dämpfungskolben 43 auf.
In der Wandung 44 des Druckzylinders 41 sind Öffnungen 45 von
0,1 bis 1 mm Durchmesser ausgebildet, die bei Belastung der Kolbenstange 46 mit
einer Kraft in Richtung der Achse 42 einen radialen Durchtritt
des nicht dargestellten elektrorheologischen Fluids aus dem Druckraum 47 durch
einen Ringspalt 48 mit einer Breite von 0,1 bis 1 mm in
einen nicht dargestellten Ausgleichsraum ermöglichen.
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Durch
Beaufschlagung des Gehäuses 49 einerseits
und des von diesem elektrisch getrennten Druckzylinders 41 andererseits
mit einer elektrostatischen Spannung von beispielsweise 3 bis 4
kV stellt sich in dem Ringspalt 48 ein elektrisches Feld
ein, das eine Erhöhung
der Viskosität
des Fluid in diesem Ringspalt 48 bewirkt, so dass der Eintritt
des Fluids in den Ringspalt 48 erschwert ist.
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Der
in 5 skizzierte fünfte
erfindungsgemäße Stoßdämpfer 50 weist
einen Druckzylinder 51 und einen zylindrischen Dämpfungskolben 52 mit
einer entlang der Achse 53 geführten Kolbenstange 54 auf.
Zwischen der Wandung 55 des Druckzylinders 51 und
dem Dämpfungskolben 52 ist
ein Ringspalt 56 mit einer Breite von 0,1 bis 1 mm ausgebil det,
der bei Belastung der Kolbenstange 54 mit einer Kraft in Richtung
der Achse 53 einen Durchtritt des nicht dargestellten elektrorheologischen
Fluids aus dem Druckraum durch einen Ringspalt 56 in den
Ausgleichsraum 57 ermöglicht.
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Durch
Beaufschlagung des Gehäuses 58 einerseits
und des von diesem elektrisch getrennten Druckzylinders 51 andererseits
mit einer elektrostatischen Spannung von beispielsweise 3 bis 4
kV stellt sich in dem Ringspalt 56 ein elektrisches Feld
ein, das eine Erhöhung
der Viskosität
des Fluid in diesem Ringspalt 56 bewirkt, so dass der Eintritt
des Fluids in den Ringspalt 56 erschwert ist.
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Der
in 6 skizzierte sechste erfindungsgemäße Stoßdämpfer 59 weist
einen Druckzylinder 60 und einen in diesem in Richtung
der Achse 61 geführten
Dämpfungskolben 62 auf.
In der Wandung 63 des Druckzylinders 60 sind Öffnungen 64 von
0,1 bis 1 mm Durchmesser ausgebildet, die bei Belastung der nicht
dargestellten Kolbenstange mit einer Kraft in Richtung der Achse 61 einen
radialen Durchtritt des nicht dargestellten elektrorheologischen
Fluids aus dem Druckraum und ein Abfließen in Richtung der Achse 61 in
einen nicht dargestellten Ausgleichsraum ermöglichen.
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Der
Dämpfungskolbens 62 ist über eine Schraubenfeder 65 an
der Stirnseite 66 abgestützt, jedoch von der Schraubenfeder 65 durch
einen nicht dargestellten Isolator elektrisch getrennt. Die Schraubenfeder 65 weist
zwanzig Windungen 67 mit einem Abstand 68 von
1 mm und somit einen Hub von 20 mm auf und ist mit einem elektrisch
isoliert durch die Stirnseite 66 geführten Kontaktelement 69 verbunden.
Die Kolbenstange ist elektrisch leitend in der nicht dargestellten
anderen Stirnseite des Stoßdämpfers 59 geführt.
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Zwischen
der Wandung 63 des Druckzylinders 60 und den Windungen 67 der
Schraubenfeder 65 ist ein Ringspalt 70 mit einer
Breite von 0,1 bis 1 mm ausgebildet. Durch Beaufschlagung des Gehäuses 71 einerseits
und des Kontaktelements 69 andererseits mit einer elektrostatischen
Spannung von beispielsweise 3 bis 4 kV stellt sich in dem Ringspalt 70 ein
elektrisches Feld ein, das eine Erhöhung der Viskosität des Fluid
in diesem Ringspalt 70 bewirkt, so dass der Eintritt des
Fluids in die Öffnungen 64 aus
dem Ringspalt 70 erschwert ist.
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Der
in 7 skizzierte siebte erfindungsgemäße Stoßdämpfer 72 weist
einen Druckzylinder 73 und einen in diesem in Richtung
der Achse 74 geführten
Dämpfungskolben 75 auf.
Zwischen der Wandung 76 des Druckzylinders 73 und
dem Dämpfungskolben 75 ist
ein Ringspalt 77 ausgebildet, der bei Belastung der Kolbenstange
mit einer Kraft in Richtung der Achse 74 einen Durchtritt
des nicht dargestellten elektrorheologischen Fluids aus dem Druckraum
durch einen Ringspalt 77 in den Ausgleichsraum 78 ermöglicht.
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Der
Dämpfungskolbens 75 ist über ein
von diesem elektrisch getrenntes Stützelement 79 und dieses
wiederum über
eine Schraubenfeder 80 an der Stirnseite 81 abgestützt. Die
Schraubenfeder 80 ist mit einem nicht dargestellten, elektrisch
isoliert durch die Stirnseite 81 geführten Kontaktelement verbunden.
Die Kolbenstange ist elektrisch leitend in der nicht dargestellten
anderen Stirnseite 81 des Stoßdämpfer 72s geführt.
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Zwischen
dem Stützelement 79 und
dem Dämpfungskolben 75 ist
in Richtung der Achse 74 ein Zwischenraum 82 ausgebildet.
Durch Beaufschlagung des Gehäuses 83 einerseits
und des Kontaktelements andererseits mit einer elektrostatischen Spannung
von beispielsweise 3 bis 4 kV stellt sich in dem Zwischenraum 82 ein
elektrisches Feld ein, das eine Erhöhung der Viskosität des Fluid
in diesem Zwischenraum 82 bewirkt, so dass der Eintritt
des Fluids in den Ringspalt 77 erschwert ist.
-
Der
in 8 skizzierte achte erfindungsgemäße Stoßdämpfer 84 weist
einen Druckzylinder 85 und einen entlang der Achse 86 geführten zylindrischen
Dämpfungskolben 87 mit
einer Kolbenstange 88 auf. Der Dämpfungskolben 87 weist
eine axiale Bohrung 89 auf, durch die bei Belastung der
Kolbenstange 88 mit einer Kraft in Richtung der Achse 86 ein
Durchtritt eines nicht dargestellten elektrorheologischen Fluids
aus dem Druckraum in einen nicht dargestellten Ausgleichsraum ermöglicht ist.
-
Der
Stoßdämpfer 84 weist
eine mit der nicht dargestellten, der Kolbenstange 88 gegenüberliegenden
Stirnseite des Stoßdämpfers 84 verbundene und
in Form eines nicht weiter dargestellten Kontaktelements elektrisch
isoliert durch diese hindurch geführten Nadel 90 auf,
deren konische Spitze 91 in die Bohrung 89 eindringt.
-
Zwischen
der Wandung der Bohrung 89 und der Spitze 91 der
Nadel 90 ist ein Ringspalt 92 ausgebildet. Durch
Beaufschlagung des Gehäuses
einerseits und des Kontaktelements andererseits mit einer elektrostatischen
Spannung von beispielsweise 3 bis 4 kV stellt sich in dem Ringspalt 92 ein
elektrisches Feld ein, das eine Erhöhung der Viskosität des Fluid
in diesem Ringspalt 92 bewirkt, so dass der Eintritt des
Fluids in die Bohrung 89 erschwert ist.
-
Bei
einer Bewegung des Dämpfungskolbens 87 entlang
der Achse 86 dringt die Spitze 91 der Nadel 90 zunehmend
in die Bohrung 89 ein. Hierbei verringert sich aufgrund
der Konizität
der Nadel 90 die Querschnittsfläche des Ringspalts 92.
Außerdem ändert sich
die Feldstärke
des elektrischen Feldes umgekehrt proportional mit dem Abstand,
verdoppelt sich also etwa bei Halbierung der Spaltbreite des Ringspalts 92.
Die Drosselwirkung am Ringspalt 92 steigt durch beide Effekte
an.
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Der
in 9 skizzierte neunte erfindungsgemäße Stoßdämpfer 94 weist
einen Druckzylinder 95 und einen in diesem entlang der
Achse 96 geführten zylindrischen
Dämpfungskolben 97 auf.
In der Wandung 98 des Druckzylinders 95 sind Öffnungen 99 von
0,1 bis 1 mm Durchmesser ausgebildet, die bei Belastung der Kolbenstange 100 mit
einer Kraft in Richtung der Achse 96 einen radialen Durchtritt
des nicht dargestellten elektrorheologischen Fluids aus dem Druckraum
durch eine in einem Gehäuse 101 ausgebildeten,
spiralförmig
sich um die Achse 96 windenden Nut 102 mit einer
Tiefe von 0,1 bis 1 mm in einen nicht dargestellten Ausgleichsraum
ermöglichen.
-
Durch
Beaufschlagung des Gehäuses 101 einerseits
und des von diesem elektrisch getrennten Druckzylinders 95 andererseits
mit einer elektrostatischen Spannung von beispielsweise 3 bis 4
kV stellt sich in der Nut 102 ein elektrisches Feld ein,
das eine Erhöhung
der Viskosität
des Fluid in dieser Nut 102 bewirkt, so dass der Durchtritt
des Fluids durch die Nut 102 erschwert ist.
-
Der
in 10 skizzierte zehnte erfindungsgemäße Stoßdämpfer 103 weist
einen in einem rohrförmigen
Gehäuse 104 koaxial
drehbar oder axial verschieblich gelagerten Druckzylinder 105 und
eine koaxial zwischen dem Gehäuse 104 und
dem Druckzylinder 105 angeordnete rohrförmige Hülse 106 auf, die mit
dem Gehäuse 104 fest
verbunden ist. Der Druckzylinder 105 und die Hülse 106 weisen
eine Vielzahl von radialen Bohrungen 107 auf.
-
Der
Druckzylinder 105 und die Hülse 106 sind durch
eine Beschichtung (auf zumindest einem der beiden Bauteile) oder
durch eine nicht dargestellte zusätzliche Hülse aus einem isolierenden
Material elektrisch getrennt. Der Druckzylinder 105 ist
von dem nicht dargestellten, in diesem geführten Dämpfungskolben elektrisch nicht
getrennt, der Dämpfungskolben
wiederum ist in dem Gehäuse 104 elektrisch
leitend geführt.
Die Hülse 106 ist
gegenüber dem
Gehäuse 104 und
gegenüber
dem Dämpfungskolben
elektrisch isoliert und mit einem nicht dargestellten Kontaktelement
verbunden, dass gegenüber der
Kolbenstange aus dem Gehäuse 104 geführt ist.
-
Durch
Beaufschlagung der nicht dargestellten Kolbenstange mit einer Last
in Richtung der Achse 108 des Stoßdämpfers 103 überträgt der gleichfalls
nicht dargestellte Dämpfungskolben
einen Druck auf das Fluid im Innern des Druckzylinders 105.
Das Fluid dringt durch die Bohrungen 107 im Druckzylinder 105 nach
außen,
wobei entsprechend dem geöffneten
Querschnitt der Bohrungen 107 ein Drosseleffekt erfolgt.
Durch Verdrehen oder axiales Verschieben des Druckzylinders 105 in
der Hülse 106 wird
der Drosselquerschnitt verändert
und so die Dämpfungscharakteristik
des Stoßdämpfers 103 vorgewählt.
-
Durch
Beaufschlagung des Gehäuses 104 einerseits
und des Kontaktelements andererseits mit einer elektrostatischen
Spannung von beispielsweise 3 bis 4 kV stellt sich zwischen dem
Dämpfungszylinder
und der Hülse 106 ein
elektrisches Feld ein, das eine Erhöhung der Viskosität des Fluid
in diesem Ringspalt 109 bewirkt, so dass der Durchtritt
des Fluids durch den Ringspalt 109 erschwert ist.
-
Der
in 11 skizzierte elfte erfindungsgemäße Stoßdämpfer 110 weist
einen Druckzylinder 111 und einen zylinderförmigen Dämpfungskolben 112 auf.
Zwischen der Wandung des Dämpfungskolbens 112 und
dem Dorn ist ein Ringspalt 113 mit einer Breite von 0,1
bis 1 mm ausgebildet. Bei Belastung der nicht dargestellten Kolbenstange
mit einer Kraft in Richtung der Achse 114 wird das nicht
dargestellte elektrorheologische Fluid aus dem Druckraum 115 entlang
der Mantelfläche
in einen gleichfalls nicht dargestellten Ausgleichsraum geführt.
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Außerdem sind
in der Wandung 116 des Druckzylinders 111 Öffnungen 117 von
0,1 bis 1 mm Durchmesser ausgebildet, die bei Belastung der Kolbenstange
mit einer Kraft in Richtung der Achse 114 einen radialen
Durchtritt des Fluids aus dem Druckraum 115 in einen variablen
Pufferraum 118 ermöglichen.
Der Pufferraum 118 ist durch eine Membran 119 begrenzt,
die einen Übertritt
des Fluids in einen zwischen der Membran 119 und dem Gehäuse 120 ausgebildeten,
mit Stickstoff gefüllten
Gasraum 121 verhindert.
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Die
Kolbenstange ist elektrisch leitend durch eine nicht dargestellte
Stirnseite des Stoßdämpfer 110s geführt. Der
Druckzylinder 111 ist mit einem gleichfalls nicht dargestellten,
durch die dem Dämpfungskolben 112 gegenüber liegende
Stirnseite 122 geführten
Kontaktelement verbunden. Durch Beaufschlagung des Gehäuses 120 einerseits
und des Kontaktelements andererseits mit einer elektrostatischen
Spannung von beispielsweise 3 bis 4 kV stellt sich in dem Ringspalt 113 ein
elektrisches Feld ein, das eine Erhöhung der Viskosität des Fluid
in diesem Ringspalt 113 bewirkt, so dass der Durchtritt
des Fluids durch den Ringspalt 113 erschwert ist.
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Die
in den 12 und 13 skizzierten zwölften und
dreizehnten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer 123, 124 weisen
in zunächst
identischer Konzeption in einem gemeinsamen Gehäuse 125, 126 jeweils
einen Druckzylinder 127 und einen zylinderförmigen Dämpfungskolben 128 auf.
Zwischen der Wandung des Dämpfungskolbens 128 und
dem Dorn ist ein Ringspalt 129 ausgebildet. Bei Belastung der
Kolbenstange 130 mit einer Kraft in Richtung der Achse
wird das nicht dargestellte magnetorheologische Fluid aus dem Druckraum 132 entlang
der Mantelfläche
in einen Ausgleichsraum 133 geführt. Zudem sind in der Wandung 134 des
Druckzylinders 127 Öffnungen 135 ausgebildet,
die bei Belastung der Kolbenstange 130 einen radialen Durchtritt
des Fluids aus dem Druckraum 132 in den Ausgleichsraum 133 ermöglichen.
-
Durch
Beaufschlagung des Fluids mit einem magnetischen Feld mittels einer
Spule 136, 137 wird zunächst eine Erhöhung der
Viskosität
des Fluid bewirkt, und mittelbar der Durchtritt des Fluids durch den
Ringspalt 129 sowie durch die Öffnungen 135 erschwert.
Die Spule 136 ist bei dem zwölften Stoßdämpfer 123 außen am Gehäuse 125,
die Spule 137 beim dreizehnten Stoßdämpfer 124 zwischen
Gehäuse 126 und
Druckzylinder 127 angeordnet.
-
- 1
- Stoßdämpfer
- 2
- Dämpfungskolben
- 3
- Druckraum
- 4
- Wandung
- 5
- Öffnung
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Achse
- 8
- Ausgleichsraum
- 9
- Einsatz
- 10
- Schraubenfeder
- 11
- Kontaktelement
- 12
- Ringspalt
- 13
- Gehäuse
- 14
- Stoßdämpfer
- 15
- Druckzylinder
- 16
- Dämpfungskolben
- 17
- Mantelfläche
- 18
- Nut
- 19
- Achse
- 20
- Druckraum
- 21
- Breite
- 22
- Schraubenfeder
- 23
- Stirnseite
- 24
- Kontaktelement
- 25
- Gehäuse
- 26
- Stoßdämpfer
- 27
- Dämpfungskolben
- 28
- Druckraum
- 29
- Wandung
- 30
- Öffnung
- 31
- Kolbenstange
- 32
- Achse
- 33
- Ausgleichsraum
- 34
- Dorn
- 35
- Schraubenfeder
- 36
- Kontaktelement
- 37
- Stirnseite
- 38
- Ringspalt
- 39
- Gehäuse
- 40
- Stoßdämpfer
- 41
- Druckzylinder
- 42
- Achse
- 43
- Dämpfungskolben
- 44
- Wandung
- 45
- Öffnung
- 46
- Kolbenstange
- 47
- Druckraum
- 48
- Ringspalt
- 49
- Gehäuse
- 50
- Stoßdämpfer
- 51
- Druckzylinder
- 52
- Dämpfungskolben
- 53
- Achse
- 54
- Kolbenstange
- 55
- Wandung
- 56
- Ringspalt
- 57
- Ausgleichsraum
- 58
- Gehäuse
- 59
- Stoßdämpfer
- 60
- Druckzylinder
- 61
- Achse
- 62
- Dämpfungskolben
- 63
- Wandung
- 64
- Öffnung
- 65
- Schraubenfeder
- 66
- Stirnseite
- 67
- Windung
- 68
- Abstand
- 69
- Kontaktelement
- 70
- Ringspalt
- 71
- Gehäuse
- 72
- Stoßdämpfer
- 73
- Druckzylinder
- 74
- Achse
- 75
- Dämpfungskolben
- 76
- Wandung
- 77
- Ringspalt
- 78
- Ausgleichsraum
- 79
- Stützelement
- 80
- Schraubenfeder
- 81
- Stirnseite
- 82
- Zwischenraum
- 83
- Gehäuse
- 84
- Stoßdämpfer
- 85
- Druckzylinder
- 86
- Achse
- 87
- Dämpfungskolben
- 88
- Kolbenstange
- 89
- Bohrung
- 90
- Nadel
- 91
- Spitze
- 92
- Ringspalt
- 93
- Gehäuse
- 94
- Stoßdämpfer
- 95
- Druckzylinder
- 96
- Achse
- 97
- Dämpfungskolben
- 98
- Wandung
- 99
- Öffnung
- 100
- Kolbenstange
- 101
- Gehäuse
- 102
- Nut
- 103
- Stoßdämpfer
- 104
- Gehäuse
- 105
- Druckzylinder
- 106
- Hülse
- 107
- Bohrung
- 108
- Achse
- 109
- Ringspalt
- 110
- Stoßdämpfer
- 111
- Druckzylinder
- 112
- Dämpfungskolben
- 113
- Ringspalt
- 114
- Achse
- 115
- Druckraum
- 116
- Wandung
- 117
- Öffnung
- 118
- Pufferraum
- 119
- Membran
- 120
- Gehäuse
- 121
- Gasraum
- 122
- Stirnseite
- 123
- Stoßdämpfer
- 124
- Stoßdämpfer
- 125
- Gehäuse
- 126
- Gehäuse
- 127
- Druckzylinder
- 128
- Dämpfungskolben
- 129
- Ringspalt
- 130
- Kolbenstange
- 131
- Achse
- 132
- Druckraum
- 133
- Ausgleichsraum
- 134
- Wandung
- 135
- Öffnung
- 136
- Spule
- 137
- Spule