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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der
DE 69 02 435 U oder der
DE 83 36 748 U1 bekannt geworden ist. Ähnliche Dämpfer werden ferner in den Druckschriften
DE 36 11 288 C2 ,
DE 103 51 353 A1 ,
DE 199 48 328 A1 oder
DE 1 264 165 A beschrieben. Ferner beschreibt die
WO 00/79 148 A2 einen Dämpfer, der über die gesamte Zylinderlänge hinweg Ventilanordnungen in einem Bypass-Durchgang aufweist.
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Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf positions- und druckempfindliche Doppelstufendämpfer für Aufhängungen von Fahrzeugen gerichtet. Vor allem ist die vorliegende Erfindung auf Doppelstufendämpfer für Fahrzeugaufhängungen gerichtet, die kleine Bewegungen einer Fahrzeugkarosserie und -aufhängung dämpfen, welche während eines Betriebes auf relativ glatten Straßenoberflächen auftreten, sowie auf die beträchtlichen Bewegungen, denen normalerweise durch Dämpfungsanordnungen, die gegenwärtig im Gebrauch sind, Widerstand entgegengebracht wird.
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Kraftfahrzeuge umfassen gefederte und ungefederte Massen, wobei die gefederte Masse für ein Fahrzeug mit einer Karosserie und einem Rahmen den Rahmen des Fahrzeugs und die Karosserie, die an dem Rahmen befestigt ist, umfasst, wohingegen die ungefederte Masse die Räder und Teile der Fahrzeugaufhängung, die die gefederte Masse mit Achsen für die Räder verbindet, umfasst. Die gefederte Masse für Fahrzeuge mit konstruktiv nicht unterscheidbaren Karosserien und Rahmen, die als selbsttragende Konstruktion (Unibody-Konstruktion) bezeichnet wird, ist die Gesamtmasse dieser kombinierten Struktur, wobei die ungefederte Masse für diese Art von Fahrzeug identisch mit der von einem Fahrzeug mit Karosserie und Rahmen ist. Typischerweise ist die gefederte Masse mit den Radachsen über stoßabsorbierende Einrichtungen verbunden, die weiche Federn, die eine Relativbewegung zwischen den gefederten und ungefederten Massen erlauben, und Dämpfer umfassen, die vorwiegend wiederholende zyklische Bewegungen der ungefederten und gefederten Massen begrenzen. Obwohl die Dämpfungseinrichtungen eine von vielen Energie dissipierenden Alternativen und Betätigungen anwenden können, wie etwa pneumatische oder elektrische, ist die dominierende Anordnung hydraulisch.
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Diese mit Fluid gefüllten Dämpfer umfassen typischerweise einen Hydraulikzylinder mit einem Kolben darin, der eine Fluidströmung von einer Seite des Kolbens zu der anderen durch Durchbrechungen in dem Kolben drosselt. Beispielsweise beschreibt die
GB 1,125,104 einen Dämpfer, dessen Hydraulikzylinder in axialer Richtung eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und der sich in einem geschlossenen Zylinder befindet, so dass durch die Öffnungen Hydraulikfluid ein- und ausströmen kann, wodurch je nach Stellung des Kolbens eine andere Dämpfung resultiert. Gegenwärtig gibt es Versuche, den Fahrkomfort eines Fahrzeugs in zumindest einigen Fahrzeugen zu erhöhen, indem Dämpfungskräfte programmtechnisch geregelt werden. Ein derartiger Ansatz umfasst eine stufenlos einstellbare effektive Durchgangsgröße, um vorzugsweise den Widerstand gegenüber einer Fluidströmung zu regeln, so dass das Verhalten des Dämpfers dem gewünschten Verhalten für die besonderen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs entspricht. Diese Betriebsbedingungen ändern sich abhängig vom Fahrzeuggebrauch momentan, wie etwa auf rauen Straßen, glatten Straßen, während der Kurvenfahrt und dergleichen. Diese programmierbaren Einrichtungen, die Erfassungs- und Steuermittel anwenden, und die begleitende Hardware liefern ebenfalls das beabsichtigte Mehrstufenverhalten, bieten aber eine teurere Mechanisierung, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Ein anderer angedachter Ansatz umfasst ein elektrorheologisches Fluid oder magnetorheologisches Fluid mit einem Erfassungs- und Steuermittel, um den Strömungswiderstand einzustellen.
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Derartige Anordnungen sind wie die Mechanisierung mit variabler Durchgangsgröße komplex und relativ teuer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Doppelstufendämpfer zu schaffen, der die zuvor beschriebenen Nachteile nicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Dämpfer gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Erwägungen umfasst ein Dämpfer, der zwischen den gefederten und ungefederten Massen eines Fahrzeuges befestigt ist, mindestens eine Gehäuseanordnung, die mit einem der Elemente verbunden ist, und einen Kolben, der mit dem anderen Element verbunden ist, wobei der Kolben die Gehäuseanordnung in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt. Ein Hauptfluidkanal ist für die Übertragung von Fluid zwischen den Kammern vorgesehen, wenn sich der Kolben in dem Gehäuse aufgrund einer beträchtlichen Bewegung des Fahrzeuges bewegt. Ein Bypass-Fluidkanal erstreckt sich zwischen der ersten und der zweiten Kammer, wobei der Bypass-Fluidkanal eine erste Öffnung auf einer ersten Seite des Kolbens und eine zweite Öffnung auf einer zweiten Seite des Kolbens aufweist, wenn sich der Kolben in der Nähe der neutralen Stellung befindet. Die erste und die zweite Öffnung sind mit einem Abstand beabstandet, der gewählt ist, um eine Kolbenbewegung auszugleichen oder aufzunehmen, wie sie durch eine minimale Bewegung der ungefederten Masse auftritt, um auf kleine Vibrationen zu antworten, die auf das Fahrzeug durch Erregungen einer glatten Straße aufgebracht werden. Eine Dämpfung, die durch Wirkungen des Bypass erzielt wird, kann durch Beabstandung, Durchgangsgröße, Durchgangsform, Durchgangszahl oder durch zusätzliche sekundäre Ventile, die die Fluidströmung ändern können, verändert werden. Diese Öffnungen sind in ihrer Position abhängig von dem Mechanismus, der dazu verwendet wird, die Fluidströmung zu bestimmen, nicht begrenzt.
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Das Gehäuse ist als mindestens ein Rohr ausgestaltet, wobei ein Kolben derart montiert ist, dass er sich in Antwort auf Bewegungen der ungefederten Masse axial in dem Rohr hin- und herbewegen kann, wobei der Durchlass ein kreisringförmiger Raum ist, der durch eine Hülse um das Rohr herum definiert ist. Der kreisringförmige Raum kommuniziert mit der ersten und der zweiten Kammer in dem Gehäuse über Dosierdurchlässe.
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Der Bypass-Fluiddurchlass erlaubt, dass der Dämpfer als quasi idealer Dämpfer wirkt, der die Erzeugung von Dämpfungskräften praktisch als Einzelwertfunktion der Geschwindigkeit ermöglicht, wenn unter Bewegungen gearbeitet wird, die durch Einträge durch die Straße mit niedriger Kraft eingeleitet werden.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt des Dämpfers ist dieser als ein einziges Rohr ausgestaltet, das Stöße der Straße mit niedriger Kraft beim Einfahren dämpft, wenn die Kolbenstange sich in das Rohr hinein bewegt, und Stöße der Straße mit niedriger Kraft beim Ausfahren dämpft, wenn die Kolbenstange sich aus dem Rohr heraus bewegt.
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Gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Dämpfer ein gasgefüllter Doppelrohrdämpfer mit einer Bypass-Hülse, die eine Strömung des Fluids nur derart beschränkt, dass sie zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer erfolgt, wodurch der Dämpfer nur beim Ausfahren funktioniert, wenn die Kolbenstange sich von dem Gehäuse nach außen bewegt.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
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1 eine schematische Perspektivansicht eines bekannten Kraftfahrzeugs, die Lagen von Aufhängungsfedern und zugehörigen Dämpfern zeigt;
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2 ein Aufriss eines Federbeins, das einen Dämpfer enthält, der gemäß einer ersten Ausführungsform des Dämpfers ausgestaltet ist, wobei das Federbein die gefederte Masse eines Kraftfahrzeugs in Bezug auf ein Rad des Fahrzeuges trägt;
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3 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils des Dämpfers von 2;
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4 ein Aufriss, genommen entlang der Linien 4-4 von 3;
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5 ein Aufriss, genommen entlang der Linien 5-5 von 3;
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6 ein Aufriss einer zweiten Ausführungsform eines Dämpfers, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist;
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7 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils des Dämpfers von 6;
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8 ein Aufriss, genommen entlang der Linien 8-8 von 7;
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9 ein Aufriss, genommen entlang der Linien 9-9 von 7;
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10 ein Graph, in dem die relative Phasennacheilung der Kraft über die Geschwindigkeit des Dämpfers für eine sinusförmig schwankende Geschwindigkeit bei fester Frequenz aufgetragen ist, wie mit einer herkömmlichen Laborvorrichtung gemessen; und
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11 ein Graph, in dem der Verstärkungsfaktor der dynamischen Impedanz als Funktion der sinusförmig schwankenden Kraft aufgetragen ist, wie mit der Laborvorrichtung gemessen.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 gemäß dem Stand der Technik gezeigt, das eine Karosserie 12 aufweist, die an einem Rahmen 14 befestigt ist und durch ein Paar vordere Aufhängungssysteme 16 an Vorderrädern 17 und ein Paar hintere Aufhängungssysteme 18 an Hinterrädern 19 gefedert ist. Die Räder 17 und 19 rollen auf einer Straßenoberfläche 20, die zu den Zwecken dieser Diskussion eine relativ glatte Straßenoberfläche ist, wobei die Räder jeweils an dem Aufhängungssystem 16 bzw. 18 durch Radachsen 21 angebracht sind. Die vorderen Aufhängungssysteme 16 bestehen jeweils aus MacPherson-Federbeinen 22, die jeweils eine Schraubenfeder 24 und einen vorderen Dämpfer 26 umfassen, wobei der vordere Dämpfer gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist. Wie es in 1 ist, bilden die Feder und der Dämpfer eine parallele Anordnung, die sich durch Fahrzeugkarosseriekräfte auszeichnet, die aus der Summe der Feder- und Dämpferkräfte resultieren. Die hinteren Aufhängungssysteme 18 bestehen jeweils aus einer hinteren Schraubenfeder 30 und einem separaten hinteren Dämpfer 32, wobei der hintere Dämpfer gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist. Die Karosserie 12 und der Rahmen 14 umfassen eine selbsttragende Karosserie (Unibody), die das gefederte Gewicht des Fahrzeugs 10 ist, wohingegen die Räderpaare 17 und 19 das ungefederte Gewicht des Fahrzeugs umfassen. Die Schraubenfedern 24 und 30 können einfedern, um eine Relativbewegung von ungefederter und gefederter Masse zuzulassen. Die Dämpfer 26 und 32 erzeugen große Widerstandskräfte nur während des Ausfahrens für einige Typen von Fahrzeugen, und für andere Typen von Fahrzeugen auch während des Einfahrens. Die Federn 24 und Dämpfer 30 wirken zusammen, um vertikale Bewegungen des Fahrzeugs 10 und vertikale Bewegungen der Achsen 21 zu steuern und ein angenehmes Fahrverhalten für die Insassen zu schaffen. Obwohl 1 ein Automobil darstellt, ist 1 lediglich beispielhaft für ein Kraftfahrzeug 10 im Allgemeinen, das Fahrzeuge mit diskretem Rahmen und Karosserie, mit selbsttragender Karosserie, Pkw, Lkw einschließen, sowie andere Fahrzeuge, die eine Dämpferabsorptionseinrichtung anwenden könnten, wie etwa Züge oder Flugzeuge.
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Die vorliegende Erfindung verwendet Doppelstufendämpfer 26 und 32, die auf ”normale” Relativbewegungen der Räder 17 und 19 und der Karosserie in einer ersten Stufe antworten, und mit einer zweiten Stufe mit einer sehr niedrigen Kraft unter kleineren Straßenunregelmäßigkeiten antworten, die sonst den Fahrkomfort beeinträchtigen könnten. Dieses gleiche relativ niedrige Niveau an Kraft, das von dem Dämpfer erzeugt wird, ist auch vorteilhaft bei der Antwort auf intern erzeugten Kräften innerhalb des Fahrzeuges. Diese internen Kräfte sind typischerweise bei Radrotation periodisch, wobei sie von Ungleichgewicht oder Unwucht der rotierenden Bauteile, Ungleichförmigkeiten des Reifens, der Felge, Lager und Exzentrizitäten des Aufbaus der rotierbaren Bauteile ausgehen. Die Doppelstufendämpfer 26 und 32 der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein dynamisches Verhalten das sich dem, das durch ideale Dämpfer bereitgestellt wird, nämlich 0° Phasennacheilung, eng annähert.
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2 ist ein MacPherson-Federbeinaufbau 40, der einen Dämpferaufbau 41 vom Doppelrohrtyp mit einem Doppelstufenaufbau umfasst, wobei der Doppelstufenaufbau gemäß einem Aspekt der Erfindung Dämpfungskräfte für kleine Verschiebungen nur beim Ausfahren dämpft. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Dämpferaufbau 41 nicht auf Bewegungen nur während des Ausfahrens begrenzt, sondern verwendet sekundäre Ventile, wie etwa ein Tonnenventil oder Trägheitsventil, die auch eine Dämpfung bei kleiner Verschiebung beim Einfahren zulassen.
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Im Allgemeinen ist der Doppelrohrdämpfer 41 von einem Typ, der sowohl während der Einfahrhübe als auch Ausfahrhübe Kräfte erzeugt. Ein Basisventil 48 begrenzt während des Einfahrhubes die Strömung von der Kammer 52 nach außen zu dem Reservoir 44. Optional kann ein zweites Ventil (das nicht gezeigt ist) in den Kolben eingebaut sein, das die Strömung von der Kammer 52 in die Kammer 53 auch während des Einfahrhubes begrenzt. Ansonsten kann die Strömung von der Kammer 52 zu der Kammer 53 relativ unbehindert mit praktisch keiner Einschränkung während des Einfahrhubes auftreten. Während des Ausfahrhubes begrenzt ein drittes Ventil (das nicht gezeigt ist) in dem Kolben die Strömung von der Kammer 53 zu der Kammer 52. Reihen-Rückschlagventile für sowohl die Basis- als auch Kolbenventile sind eingebaut, um die geeigneten Begrenzungsventile zu wählen, die eine Strömung ermöglichen oder sperren, abhängig von den Druckdifferenzen, die in den Ausfahr- und Einfahrkammern auftreten. Es wird nun die in 2 dargestellte Ausführungsform betrachtet. Der Dämpferaufbau 41 weist ein längliches Reservoirrohr 42 mit einem einstückig gebildeten geschlossenen Ende 44 und einen teilweise verstopften Ende 45 auf. Ein längliches Zylinderrohr 46 ist axial in dem Reservoirrohr 42 angeordnet. Ein Reservoir 47 ist durch einen kreisringförmigen Raum zwischen dem Reservoirrohr 42 und dem Zylinderrohr 46 definiert. Das Zylinderrohr 46 weist einen Boden auf und ist durch einen Basisventilaufbau 48 definiert, der in direkter Verbindung mit dem Reservoir 47 steht. Ein oberes Ende 49 des Zylinderrohrs 46 ist an einem kreisringförmigen Stangenführungsaufbau 50 befestigt.
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Das Zylinderrohr 46 lagert verschiebbar einen Kolben 51, der das Zylinderrohr in eine erste Kammer 52 und eine zweite Kammer 53 trennt. Der Kolben 51 weist eine erste Seite 51a auf, die der ersten Kammer 52 zugewandt ist, und eine zweite Seite 51b, die der zweiten Kammer 53 zugewandt ist. Die erste Kammer 52, die zweite Kammer 53 und das Reservoir 47 enthalten Fluid, das flüssige und gasförmige Komponenten aufweist und als das Dämpfungsmedium innerhalb des Dämpferaufbaus 41 arbeitet. Der Kolben 51 ist mit einer Kolbenstange 55 verbunden, die sich durch die zweite Kammer 53 erstreckt und den Dämpferaufbau 41 durch den Stangenführungsaufbau 50 hindurch verlässt. Die Kolbenstange 55 ist durch eine Dichtung 56 abgedichtet und erstreckt sich von dem offenen Ende 45 des Reservoirrohrs 42. Das offene Ende 45 ist über den Stangenführungsaufbau 50 teilweise verschlossen, wodurch der Stangenführungsaufbau an seiner Stelle befestigt ist, und eine Dichtung 57 ist über dem offenen Ende 45 angeordnet, um das Reservoir 47 zu verschließen.
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In einem allgemeinen Sinn ist die erste Kammer 52 als Einfahr- oder Kompressionskammer anzusehen, und die zweite Kammer 53 ist als Ausfahr- oder Expansionskammer anzusehen, jedoch kann es abhängig von den Dämpferbauteilen sein, dass die ersten und zweiten Kammern nicht ausschließlich Einfahr- oder Ausfahrkammern sind. Die Richtung der Hubgeschwindigkeit diktiert typischerweise, ob die besondere Kammer 52 oder 53 in relativer Kompression (Einfahren) mit einer Zunahme des dynamischen Druckes oder in einer relativen Expansion (Ausfahren) mit einer Abnahme des dynamischen Druckes arbeitet. Ein Verändern des Vorzeichens der Hubgeschwindigkeit ändert dann auch den dynamischen Druck in einer gegebenen Kammer 52 oder 53.
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Die Kolbenstange 55 umfasst ein mit einem Gewinde versehenes Ende 58, das an der gefederten Masse des zugehörigen Fahrzeugs 10 befestigt ist. Ein Montagewinkel 59 ist nahe bei dem geschlossenen Ende 44 des Reservoirrohrs 42 für eine Verbindung mit der zugehörigen Radachse 21 (siehe 1) vorgesehen, die eine ungefederte Masse trägt, die hauptsächlich aus einem der Vorderräder 17 des zugehörigen Fahrzeugs 10 besteht. Infolge einer Relativbewegung zwischen den gefederten und ungefederten Massen bewegt sich der Kolben 51 in Bezug auf das Zylinderrohr 46 hin und her, wenn die Kolbenstange 55 in den Dämpferaufbau 41 durch den Stangenführungsaufbau 50 hindurch eintritt und austritt. Die Gleitbewegung des Kolbens 51 innerhalb des Zylinderrohrs 46 wird nur während des Ausfahrens der Kolbenstange 55 durch die Wirkung des Fluidwiderstandes auf der zweiten Seite 51b des Kolbens 51 gesperrt, der durch die Beschränkung der Fluidströmung durch die Ventileinrichtungen des Kolbens erzeugt wird. In dem Doppelrohr-Dämpferaufbau 41 wird zu Beginn bewirkt, dass Fluid, wenn die Kolbenstange 55 ein variables Ausmaß des verfügbaren Volumens innerhalb des Dämpferaufbaus einnimmt, durch den Basisventilaufbau 48 zwischen der ersten Kammer 52 und dem Reservoir 47 strömt. Dementsprechend muss das Reservoir 47 ausreichend groß sein, um sowohl einen variierenden Fluidpegel als auch einen Raum von komprimierbaren Gasen, der in dem Reservoir in der Nähe der Stangenföhrungsaufbau 50 aufrechterhalten wird, aufzunehmen oder auszugleichen.
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An das Reservoirrohr 42 ist ein Federsitz 68 geschweißt, um ein Ende von einer der Schraubenfedern 24 abzustützen, auf dem die gefederte Masse des Fahrzeugs 10 ruht. Um das gefederte Gewicht des Fahrzeugs 10 abzustützen, schlägt das andere Ende der Schraubenfeder 24 an einem Radkastendomabschnitt 70 der Fahrzeugkarosserie 12 an, wobei der Radkastendomabschnitt aufgrund der Konstruktion der selbsttragenden Karosserie einstückig mit dem Rahmen 14 des Fahrzeugs ist.
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Wenn ein zugehöriges Rad 17 von 1 über eine Unregelmäßigkeit der Oberfläche der Straße 20 rollt, steigt das Gehäuse 71, das aus dem Reservoirrohr 42 und dem Zylinderrohr 46 besteht, in Bezug auf den Radkastendom 70 an, wodurch die Schraubenfeder 24 zusammengedrückt wird.
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Wenn das innere Rohr 46 mit dem Gehäuse 71 ansteigt, nähert sich der Kolben 51, der an dem Radkastendom 70 angebracht ist, dem Basisventilaufbau 48 am Boden des Rohres 46. Dieser Zustand bewirkt, dass Öl in der ersten Kammer 52 gegen die erste Seite 51a des Kolbens 51 komprimiert und durch den Basisventilaufbau 48 in das kreisringförmige Reservoir 47 strömt, das zwischen dem inneren Rohr 46 und dem Reservoirrohr 42 definiert ist. Das Reservoirrohr 42 enthält Hydraulikflüssigkeit, sowie Stickstoffgas (N2), das durch die einströmende Flüssigkeit von der ersten Kammer 52 schwach komprimiert wird. Wenn die Schraubenfeder 24 zurückfedert, kehren die Karosserie 12 und der Rahmen 14 des Kraftfahrzeugs 10 (siehe 1) in Richtung der neutralen Stellung zurück. Diesem Zurückfedern der Schraubenfeder 24 wird durch Kräfte Widerstand entgegengebracht, die durch die Wirkung der begrenzten Rückströmung durch den Kolben 51 auftreten, wenn sich das Gehäuse 71 in Bezug auf den Kolben 51 während des Zurückfederns der Schraubenfeder absenkt. Eine Dämpfungsströmung durch den Kolben 51 wird durch eine Rückschlag- oder Differenzventileinrichtung 75 innerhalb des Kolbens gesteuert, wobei die Ventileinrichtung die Fluidströmung von der zweiten Kammer 53 in Richtung der ersten Kammer 52 drosselt und eine erzwungene Fluidströmung durch den Kolben 51 von der ersten Kammer 52 in die zweite Kammer 53 hinein blockiert. Dies sorgt für ein gleichmäßiges Fahrverhalten des Fahrzeugs 10 in Bezug auf Störe von relativ großen Unregelmäßigkeiten einer Straße.
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In 2 ist der Kolben 51 in einer neutralen Stellung innerhalb des Zylinderrohrs 46 gezeigt, in dem sich der Kolben 51 axial hin- und herbewegt, wenn das Fahrzeug 10 über die Straßenoberfläche 20 fährt. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Dämpferaufbau 41 eine zweite Stufe 81 zum Abdämpfen kleiner Vibrationen, die eingeleitet werden, wenn das Fahrzeug 10 über die Straßenoberfläche 20 fährt, die durch gegenwärtige Standards als glatt erachtet wird.
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Wie es am besten in 3 zu sehen ist, ist die zweite Stufe 81 durch einen Fluid-Bypass-Durchlass 82 vorgesehen, der den Kolben 51 umgeht. Der Fluid-Bypass-Durchlass 82 weist mindestens eine erste Öffnung 84 und mindestens eine zweite Öffnung 86 auf. Der Klarheit wegen sind die Fluidöffnungen schematisch und als relativ breit dargestellt, wohingegen die tatsächlichen Öffnungen, die den Einlass und Auslass definieren, relativ klein sind, beispielsweise weniger als ungefähr 3 mm. In dem Doppelrohr-Dämpferaufbau 41 tritt eine reduzierte Dämpfung nur während des Ausfahrens auf. Gleichermaßen dämpft die zweite Dämpfungsstufe 81 nur während des Ausfahrens (Expansion oder Ausfedern) und nicht während des Einfahrens (Kompression oder Einfedern). Dies ist der Fall, da eine Fluidströmung durch das Basisventil 48 wenig Widerstand im Vergleich mit einer Strömung durch den Bypass-Durchlass 82 der sekundären Dämpfungsstufe 81 bietet.
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Gegebenenfalls ist eine sekundäre Rückschlag- oder Differenzventileinrichtung 88 in dem Bypass-Durchlass 82 angeordnet, um eine Strömung von der zweiten Kammer 53 zu der ersten Kammer 52 fest zu begrenzen. Die Ventileinrichtung 88 kann ein Rückschlagventil oder ein Massenventil vom Trägheitstyp umfassen, das schließt, wenn die Masse durch Fluiddruck beschleunigt wird. Bei einem anderen Ansatz ist ein gleitendes kreisringförmiges Trommelventil in dem Durchlass 82 angeordnet. Das kreisringförmige Trommelventil weist mindestens eine Ventilöffnung auf, die sich mit der mindestens einen zweiten Öffnung 86 ausrichtet, wenn sie durch Fluiddruck in dem Durchlass 82 in Ausrichtung damit geschoben wird. Wenn es zusätzliche zweite Öffnungen 86 gibt, weist das gleitende kreisringförmige Trommelventil entsprechende zusätzliche Ventilöffnungen auf.
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Wie es am besten in den Aufrissen der 4 und 5 zu sehen ist, die durch 3 genommen sind, ist eine bevorzugte Ausgestaltung des Bypass-Durchlasses 82 eine um das Zylinderrohr 46 herum angeordnete Hülse 90, um einen kreisringförmigen Raum 92 zu definieren, der den Bypass-Durchlass 82 bildet. In der dargestellten Ausführungsform gibt es vier in Umfangsrichtung beabstandete Dosiereinlassdurchgänge 84a–84d, die die die erste Öffnung 84 in die Expansionskammer 53 bereitstellen, sowie beispielsweise vier in Umfangsrichtung beabstandete Dosierauslassdurchgänge 86a–86d, die die zweite Öffnung 86 in die erste Kammer 52 bereitstellen. Obwohl zwei Sätze von vier Dosierdurchgängen 84a–84d und 86a–86d dargestellt sind, liegt im Schutzumfang dieser Erfindung, mindestens einen ersten Durchgang und mindestens einen zweiten Durchgang zu besitzen oder irgendeine wirksame Anzahl von ersten und zweiten Durchgängen zu besitzen.
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Wenn der Bypass-Durchlass 82 als Hülse 90 ausgestaltet ist, sind die Rückschlag- oder Differenzventile 88a–88d vorzugsweise an den Durchgängen des Auslasses 86 angeordnet, obwohl derartige Ventile auch an den Durchgängen des Einlasses 84 angeordnet sein können. Es gibt vorzugsweise vier Auslassdurchgänge, wobei eine Rückschlag- oder Differenzventileinrichtung 88 an jedem Durchgang des Auslasses 86 angeordnet ist.
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Die Durchgänge der Einlässe und Auslässe 84 und 86 weisen jeweils einen ausgewählten Durchmesser auf. Wenn sie beispielsweise in zwei Arrays mit vier ersten Öffnungen und vier zweiten Öffnungen 88a–88d pro Array angeordnet sind und unter irgendeinem Winkel in Bezug zueinander beabstandet sind, beträgt ein bevorzugter Durchmesser für jeden der Durchgänge 2,1 mm, jedoch können andere Durchmesser, die zur Dämpfung geeignet sind, gewählt werden. Diese Durchgänge können alternativ mit Druck in Beziehung stehende Ventile zum Öffnen und Schliefen der Durchgänge aufweisen.
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Der Doppelrohr-Dämpferaufbau 41 des MacPherson-Federbeins 40, der in den 2–5 gezeigt ist, ist auch für die hinteren Dämpfer 32 von 1 verwendbar, wobei die Dämpfer 41 nicht koaxial mit den Schraubenfedern 30 sind. Wenn sie in Verbindung mit vorderen MacPherson-Federbeinen 40 an einem Fahrzeug 10 verwendet werden, versehen die Aufhängungen 18, die den Dämpferaufbau 14 für die hinteren Räder 19 enthalten, das Fahrzeug mit einem weichen Fahrverhalten, bei dem die Antworten des Fahrzeugs auf geringfügige Unebenheiten in glatten Straßenoberflächen 20 wesentlich vermindert werden.
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Nach 6, in der eine zweite Ausführungsform des Dämpfers gezeigt ist, weist ein Monorohrdämpfer 110 nur ein einziges Rohr 112 auf, das einen Kolben 114 enthält, der mit einer Kolbenstange 116 und einem schwimmenden Kolben 171 verbunden ist. Der Kolben 114 weist eine erste Seite 114a und eine zweite Seite 114b auf. Der Monorohrdämpfer 110 weist kein Reservoirrohr wie das Reservoirrohr 42 der 2–5 auf. Der Monorohrdämpfer 110 weist ein erstes Ende 118 auf, das der geschlossene Boden des einzigen Rohres 112 ist, und ein zweites Ende 120, das der obere Endabschnitt der Kolbenstange 116 ist. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Flansch 121 an dem ersten Ende 118 über ein Aufhängungsbauteil an einer Radachse 21 (siehe 1) angebracht, und das zweite Ende 120 ist mit einem Radkastendom 70 (siehe 2) des Fahrzeugs 10 verschraubt. Bei dem Monorohrdämpfer 110 ist die Orientierung funktionell unwesentlich, so dass im Allgemeinen eines der Enden 118 oder 120 an der zugehörigen Achse 20 von einem der Räder 17 oder 19 des Fahrzeugs 10 angebracht ist, während das andere Ende 120 oder 118 an der Karosserie 12 und dem Rahmen 14 des Fahrzeugs angebracht ist. Der Kolben 114 drosselt Fluid sowohl während der Kompression (Einfedern) als auch Extension (Ausfedern) der zugehörigen Aufhängungsfeder. Die zugehörige Aufhängungsfeder kann eine koaxiale Schraubenfeder sein, wie etwa die Feder 24 der 1 und 2, oder eine separate Feder, wie etwa die Feder 30 von 1. Der Monorohrdämpfer 110 enthält sowohl Flüssigkeit in der ersten bzw. zweiten Kammer 126 bzw. 128 als auch Gas in der Kammer 172, wobei die Flüssigkeit Hydraulikfluid ist und das Gas typischerweise Stickstoff ist.
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Der Kolben 114 weist ein erstes Rückschlagventil und Verengung 124 auf, die einer Fluidströmung von der ersten Kammer 126 in die zweite Kammer 128 in Richtung des Pfeils 129 während des Einfahrens des Dämpfers 110 Widerstand entgegenbringt, wenn Fluiddruck auf die erste Seite 114a des Kolbens 114 erhöht wird. Ein zweites Rückschlagventil und Verengung 130 bringt einer Fluidströmung von der zweiten Kammer 128 zu der ersten Kammer 126 in der Richtung des Pfeils 131 während des Ausfahrens Widerstand entgegen, wenn Fluiddruck auf die zweite Seite 114b des Kolbens 114 erhöht wird.
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Nach 7 in Kombination mit 6 weist gemäß der vorliegenden Erfindung der Monorohrdämpfer 110 einen Dämpfer mit einer zweiten Stufe 150 mit einem Bypass-Durchlass 152 auf, der mindestens eine erste Öffnung 154 durch das Rohr 112 in die erste Kammer 126 hinein und mindestens eine zweite Öffnung 156 durch das Rohr in die Kammer 128 hinein besitzt. Die Öffnungen 154 und 156 überspannen den Kolben 114, der durch eine Feder, wie etwa die Schraubenfeder 24, in einer neutralen Position gehalten wird, wenn der Monorohrdämpfer 110 in koaxialen Anordnungen 16 verwendet wird, wie etwa jene, die durch das MacPherson-Federbein 41 von 2 bereitgestellt werden. Für seitlich beabstandete Anordnungen wird eine separate Feder 30, wie etwa die, die in der hinteren Aufhängungsanordnung 18 von 1 verwendet wird, dazu benutzt, eine neutrale Stellung für den Kolben 114 aufrechtzuerhalten.
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Der Dämpfer 150 der zweiten Stufe erzeugt Kräfte unter kleinen Vibrationen, die eingeleitet werden, wenn das Fahrzeug 10 über Straßenoberflächen 20 fährt, die von gegenwärtigen Standards als relativ glatt erachtet werden. Während kleiner Kompressionsänderungen, wenn sich der Kolben 114 in Richtung 160 relativ zu dem Rohr 112 bewegt, wird Fluiddruck in der ersten Kammer 126 dynamisch erhöht und Fluid wird durch die mindestens eine erste Öffnung 154 in den Bypass-Durchlass 152 verdrängt, wobei das Fluid darin durch die zweite Öffnung 156 und in die zweite Kammer 128 hinein verdrängt wird. Während des Ausfederns der zugehörigen Feder 24 oder 30 (1), wenn sich die Kolbenstange 116 in die Richtung des Pfeils 161 relativ zu dem Rohr 112 bewegt, wird Fluiddruck in der zweiten Kammer 128 dynamisch erhöht und Fluid durch die mindestens eine zweite Öffnung 156 in den Bypass-Durchlass 152 verdrängt und von dem Bypass-Durchlass 152 durch die mindestens eine erste Öffnung 154 in die erste Kammer 126 hinein verdrängt.
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Die ersten und zweiten Öffnungen 154 und 156 sind als Dosierdurchgänge ausgestaltet, die Öffnungen aufweisen, die beispielsweise kleiner als ungefähr 3 mm oder in einem besonderen Beispiel 2,2 mm sind. Wahlweise wird mindestens ein sekundäres Rückschlag- oder Differenzventil 162 in dem Durchlass angewandt, um die Dämpfung kleiner komprimierender Einträge zu begrenzen. Das Rückschlag- oder Differenzventil 162 kann derart ausgestaltet sein, dass es ein Gewicht enthält, das mit einer Strömung des Fluids verschoben wird, um mit einem Ventilsitz in Eingriff zu gelangen und eine Strömung von Fluid durch das Ventil in nur einer einzigen Richtung zu blockieren. Alternativ kann das sekundäre Ventil 162 als kreisringförmiges Trommelventil ausgestaltet sein, das in dem Bypass-Durchlass 152 schwimmt. Wie bei dem zuvor besprochenen Ventil 88 weist das Trommelventil 162 mindestens eine Ventilöffnung auf, die sich mit der mindestens einen zweiten Öffnung 156 ausrichtet, wenn sie durch Fluiddruck in dem Durchlass 152 in Ausrichtung gedrückt wird.
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In beiden Ausführungsformen der Erfindung ist der Abstand L zwischen der Öffnung 84 und 86 in 3 und 154 und 156 in 7 ausreichend lang, so dass die Wirkung, die durch die zweiten Stufen 81 und 150 bereitgestellt wird, eine Einfederung oder Zusammendrückung (Kompression) der Federn 24 und 30 aufgrund schwererer Lasten aufnimmt oder ausgleicht, wie etwa fünf oder sechs Passagiere anstelle von nur einem, oder der Transport schwererer Lasten, wie etwa mehr Gepäck, Baumaterialien oder Hilfsmittel. Schwerere Lasten senken einfach den neutralen Punkt der Kolben 51 oder 114 ab. Dementsprechend ist die Dämpfung der zweiten Stufen 81 und 150 unabhängig von Druck oder Position und ist vielmehr abhängig von der Ventilausgestaltung. Falls es notwendig oder erwünscht ist, kann der Abstand L kurz genug sein, so dass die Kolben 51 und 114 sich über die Öffnungen 84 und 86 in 2 und 154 und 156 in 7 hinaus bewegen. Folglich funktioniert die Dämpfung der zweiten Stufen 81 und 150 mit einem kürzeren zweiten Dämpfungsabstand L nicht, wenn das Einfedern und Ausfedern der Federn 24 und 30 derart ist, dass sich der zugehörige Kolben 51 oder 114 über die Öffnungen 84, 86 und 154, 156 hinaus bewegt, was zu einer Dämpfung führt, die druck- oder positionsabhängig ist.
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Nun nach den 8 und 9 ist der Dämpfer 150 der zweiten Stufe wie bei dem Dämpfer 81 der zweiten Stufe von 2 in einer bevorzugten Ausführungsform als eine Hülse 170 ausgestaltet, die den Kanal 152 definiert. Wie es in den 8 und 9 zu sehen ist, weist die Hülse 170 darin vier erste Durchgänge 154, die 90° voneinander beabstandet sind und sich in die erste Kammer 126 öffnen, und vier zweite Durchgänge 156, die 90° voneinander beabstandet sind und sich in die zweite Kammer 128 öffnen, auf. Ein Beispiel eines Durchmessers für jeden Durchgang 154 und 156 ist 2,1 mm, jedoch liegt jeder andere Durchmesser im Schutzumfang der Erfindung, wobei 2,1 mm beispielhaft sind.
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Die 10 und 11 zeigen, dass reale Dämpferkräfte bei sehr niedrigen Krafteinträgen von Stößen mit niedrigem Niveau glatter Straßen idealen Dämpferkräften sehr nahe entsprechen. In 10 ist die dynamische Kraft als Funktion der antreibenden Kraft (bei der angetriebenen Frequenz) aufgetragen, und in 11 ist die Amplitude der dynamischen Impedanz als Funktion der antreibenden Kraft (bei der angetriebenen Frequenz) aufgetragen. In jedem Graphen nehmen die relative Phase (in Grad gemessen) sowie die Amplitude der dynamischen Impedanz (in Newton-s/mm gemessen) ab, wenn angetriebene Kräfte mit einer einzigen Amplitude (in Newton gemessen) zunehmen.
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Die Ziellinie 201 ist eine Grafik von idealen Zielantwortpunkten, die empirisch für ein glattes Fahrverhalten für das Fahrzeug 10 gewählt ist, und zwar auf der als glatt angesehenen Straßenoberfläche 20 von 1. Die Linie 203 ist eine Graphik von Antwortpunkten eines Doppelstufendämpfers, wie etwa dem Dämpferaufbau 41 von 2, der eine Dämpfung einer zweiten Stufe 81 in Antwort auf die glatte Straßenoberfläche 20 aufweist. Für kleine Erregungen von weniger als 50 Newton führt die Dämpfung 81 der zweiten Stufe zu einer Grafik von Punkten für die Linie 203 des Dämpferaufbaus 41, die sich der idealen Ziellinie 201 für die Zielantwortpunkte eng annähert.
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Die Linien 205 und 207 sind aufgetragene Antworten von anderen Dämpfern, die keine Dämpfung 81 einer zweiten Stufe aufweisen, auf Einträge einer glatten Straße, die beispielhaft durch Kräfte mit einer einzigen Amplitude ausgeführt sind, die längs der Abszissen der 10 und 11 aufgetragen sind. Wie es in 10 zu sehen ist, weisen die Linien 205 und 207 beide wesentlich höhere dynamische Impedanzamplituden bei Erregungen mit einer einzigen Amplitude von weniger als 50 Newton auf. Der Dämpfer der Linie 205 weist eine Phase auf, die von der Ziellinie 201 divergiert, wenn sich die angetriebene Kraft dem 50 Newton-Niveau annähert, während der Dämpfer der Linie 207 im Wesentlichen von der idealen Ziellinie 201 verschoben bleibt, wenn sich Erregungen dem 50 Newton-Niveau annähern.
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Wie es in 11 zu sehen ist, bleibt die Antwort der Dämpfer, die durch die Linien 205 und 207 dargestellt ist, im Wesentlichen von idealen Ziellinie 203 verschoben, wenn Erregungskräfte, die durch die Kräfte mit einer einzigen Amplitude dargestellt sind, in Richtung des 50 Newton-Niveaus zunehmen, wobei die Amplitude der dynamischen Impedanz wesentlich höher bleibt, wenn sich dem 50 Newton-Niveau angenähert wird und dieses geringfügig überschritten wird.
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Obgleich die vorstehend beschriebenen Doppelrohr- und Monorohrdämpfer 41 bzw. 110 Zweistufendämpfer sind, die zur Verwendung mit existierenden Dämpferstrukturen ausgestaltet sind, können die Dämpfer mit anderen Dämpferstrukturen verwendet werden, die jetzt existieren oder später entwickelt werden.
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Ein Verfahren zum Testen von Dämpfern, die kleine Bewegungen der Fahrzeugkarosserie und -aufhängung dämpfen, die während eines Betriebes auf relativ glatten Straßenoberflächen auftreten, ist in der U. S. Patentanmeldung mit dem Titel ”Methods For Evaluating Damping Characteristics Of Vehicular Dampers At Low Excitation Velocities” beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hierin vollständig durch Bezugnahme miteingeschlossen ist.
