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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein
solcher Schwingungsdämpfer ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 019 621
A1 bekannt. Der bekannte Schwingungsdämpfer ist
in Einrohrbauweise ausgeführt. Er umfasst einen rohrförmigen
Grundkörper, der ein erstes Befestigungsauge trägt.
In dem Grundkörper ist ein Dämpferkolben verschieblich
angeordnet. Der Dämpferkolben steht mit einer Kolbenstange
in Verbindung, die ein zweites Befestigungsauge trägt.
Der Dämpferkolben teilt den Innenraum des Schwingungsdämpfers
in zwei Kammern. Die beiden Kammern stehen über eine außerhalb
des Dämpfers angeordnete Ventilanordnung miteinander in
Verbindung. Die Ventilanordnung ermöglicht eine frequenzabhängige
Dämpfungswirkung.
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Der
bekannte Schwingungsdämpfer hat den Vorteil, dass das externe
Ventilgehäuse leicht zugänglich ist und dadurch
Steuerungen, Einstellungen und auch eine Kühlung erleichtert
werden. Es wird jedoch vielfach gewünscht, einen Schwingungsdämpfer
mit frequenzabhängiger Dämpfungscharakteristik verfügbar
zu machen, der ohne eine externe Ventilanordnung arbeitet.
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Aus
der europäischen Patentschrift
EP 1442227 B1 ist ein Schwingungsdämpfer
für Kraftfahrzeuge in Zweirohrbauweise bekannt. Bei diesem Schwingungsdämpfer
ist eine Ventilanordnung innerhalb des Grundkörpers vorgesehen,
die eine frequenzabhängige Dämpfung ermöglicht.
Diese Ventilanordnung arbeitet jedoch im Gegensatz zu der Ventilanordnung
der
DE 10 2007
019 621 A1 nur in einer Bewegungsrichtung frequenzabhängig.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungsdämpfer
zu schaffen, der eine frequenzabhängige Dämpfung
in beiden möglichen Bewegungsrichtungen des Dämpfers
ermöglicht, wobei die Ventilanordnung im Grundkörper
des Schwingungsdämpfers angeordnet ist.
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Diese
Aufgabe wird von einem Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Weil
die Ventilanordnung wenigstens eine Hilfskammer aufweist, die von
dem Kolben und von wenigstens einem Hilfskolben begrenzt ist, und
weil die Hilfskammer durch einen Kanal oder eine Bohrung mit Druck
aus dem Volumen beaufschlagt wird, und der Hilfskolben beweglich
ist und in Abhängigkeit von dem Druck in der Hilfskammer
und gegen ein Ventilglied gedrängt wird, kann bei steigendem
Druck in dem Dämpfervolumen die Vorspannung des Ventils
dynamisch vergrößert werden und so die Dämpfungswirkung
erhöht werden.
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Wenn
der Hilfskolben gegenüber dem Kolben beweglich gelagert
ist, kann die Anordnung in dem Kolben angeordnet werden und mit
diesem bewegt werden, so dass nur ein geringer Hub der Hilfskolben
relativ zu dem Kolben erforderlich ist.
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Wenn
der Hub der Hilfskolben in Richtung des jeweiligen Ventilglieds
durch einen Anschlag begrenzt ist, ist der maximale Strömungswiderstand und
damit die maximale Dämpfung begrenzt. Wenn der Anschlag
einstellbar ist, ist auch die Dämpfungswirkung einstellbar.
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Vorzugsweise
ist das Ventilglied plattenförmig nach Art eines Plattenventils
ausgebildet.
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Die
Ventilanordnungen können mit großem Querschnitt
direkt durch den Kolben angeströmt werden, wenn die Ventilanordnungen
jeweils über einen Kanal mit den Volumina beidseits des
Kolbens verbunden sind.
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Der
Dämpfer ist bidirektional wirksam, wenn insgesamt zwei
Ventilanordnungen vorgesehen sind, die strömungsmäßig
gegensinnig angeordnet sind.
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Um
eine geringe Dämpfung bei niedrigen Geschwindigkeiten zu
ermöglichen, können die Ventilglieder eine Bypassöffnung
zur hydraulischen Verbindung der Volumina aufweisen.
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Die
Montage wird vereinfacht, wenn insgesamt zwei Ventilanordnungen
in zwei Innenräumen des Kolbens angeordnet sind.
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Wenn
der oder die Hilfskolben mittels hubbegrenzenden Bauelemente wie
z. B. Anschlagringen gegen das Ventilglied vorgespannt ist, kann
eine Grunddämpfung vorgegeben und eingestellt werden.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigen:
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1:
einen erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer
in einem Längsschnitt; sowie
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2:
den Kolben mit der Ventilanordnung aus 1 in einer
vergrößerten Darstellung.
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Die 1 zeigt
einen Schwingungsdämpfer 1 in der Bauform eines
Stoßdämpfers für ein Kraftfahrzeug. Der
Schwingungsdämpfer 1 umfasst in bekannter Weise
ein zylindrisches äußeres Gehäuse 2 und
einen verschieblich in dem Gehäuse 2 gelagerten
Kolben 3, der gegen das Gehäuse 2 abdichtet und
den Innenraum des Gehäuses 2 in eine erste Kammer 4 und
eine zweite Kammer 5 unterteilt. An der Unterseite des
Gehäuses 2 ist ein Befestigungsauge 6 vorgesehen,
das zur Befestigung des Schwingungsdämpfers an einem Kraftfahrzeug
dient. Eine Kolbenstange 7 ist mit dem Kolben 3 verbunden.
Die Kolbenstange 7 trägt an ihrem dem Befestigungsauge 6 abgewandten
Ende ein zweites Befestigungsauge 8, mit dem der Schwingungsdämpfer
an einer zweiten Baugruppe des Kraftfahrzeugs befestigbar ist.
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Der
Kolben 3 ist einstückig oder formschlüssig
mit der Kolbenstange 7 verbunden. Im dargestellten Längsschnitt
ist der Kolben 3 etwa H-förmig ausgebildet, wobei
eine rohrförmige äußere Wandung 10 and
der Innenseite des Gehäuses 2 anliegt und ein plattenförmiger
Kolbenboden die Wandung 10 mit der Kolbenstange 7 verbindet.
Der Kolbenboden 11 ist in Axialrichtung der Anordnung etwa
mittig in der Wandung 10 angeordnet. Dadurch werden zwei
topfförmige Innenräume 12 und 13 in
dem Kolben 3 gebildet, die zu den Kammern 4 bzw. 5 innen
offen sind.
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Der
Kolben 3 trägt zwei Ventilanordnungen 20 und 120,
die jeweils für eine Bewegungsrichtung des Kolbens 3 in
dem Gehäuse 2 wirksam sind. Die Ventilanordnungen 20 und 120 werden
nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 näher
beschrieben, in der gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern
gekennzeichnet sind.
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Die 2 zeigt
den Kolben 3 mit den darin befestigten Ventilanordnungen 20 und 120 in
einer vergrößerten Darstellung.
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Die
Ventilanordnung 20 ist in der Darstellung der 2 an
der Oberseite des Kolbenbodens 11 angeordnet. Sie umfasst
ein den Kolbenboden 11 durchsetzendes Rohr 21,
das in einem Kanal 22 eines Hilfskolbens 23 mündet.
Der Kanal 22 führt zu einem Ringraum 24,
der durch ein plattenförmiges Ventilglied 25 gegenüber
der Kammer 4 abgeschlossen ist. Das Ventilglied 25 ist
an der Kolbenstange 7 befestigt und nach Art einer Tellerfeder
elastisch ausgebildet. Der Hilfskolben 23 trägt
an seiner der Kammer 4 zugewandten Oberseite einen ringförmigen Wulst 26,
der als Ventilsitz für das Ventilglied 25 wirkt.
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Der
Hilfskolben 23 ist über eine Dichtung 27 gegen
die Innenseite der Wandung 10 des Kolbens 3 abgedichtet
und dort gleitfähig gelagert. Ebenso ist der Hilfskolben 23 gegenüber
der Kolbenstange mittels einer Dichtung 32 abgedichtet.
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Der
Ringraum 24 steht über eine kalibrierte Bohrung 28 mit
einer Hilfskammer 29 in Verbindung. Die Hilfskammer 29 ist
einerseits durch den Kolbenboden 11 und den zwischen dem
Kolbenboden 11 und der Dichtung 27 liegenden Bereich
der Wandung 10 des Kolbens 3 begrenzt. Andererseits
ist die Hilfskammer 29 durch die angrenzende Seite des
Hilfskolbens 23 begrenzt.
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Der
Hilfskolben 23 ist gegenüber der Kolbenstange 7 in
Axialrichtung der Anordnung beweglich, wobei die Bewegung in Richtung
auf das Ventilglied 25 durch einen ringförmigen,
in den Kolben 3 eingeschraubten Anschlag 33 begrenzt
ist und zur Begrenzung des Weges des Hilfskolbens 23 in
der entgegengesetzten Richtung ein Anschlagring 30 um die Kolbenstange 7 herum
zwischen dem Hilfskolben 23 und dem Kolbenboden 11 angeordnet
ist.
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Der
Hilfskolben 23 wird weiter von einer Bohrung 31 durchsetzt,
die die Kammer 4 hydraulisch mit der Ventilanordnung 120 verbindet.
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Die
Ventilanordnung 120 ist symmetrisch zu der Ventilanordnung 20 aufgebaut.
Die Bezugsziffern 121–133 bezeichnen
die Bauelemente der Ventilanordnung 120, die mit den Bauelementen 21–33 der Ventilanordnung 20 im
Wesentlichen baugleich sind.
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Im
Betrieb arbeitet der Schwingungsdämpfer in der nachfolgend
beschriebenen Weise, wobei zwischen drei Betriebszuständen
unterschieden wird. Bei sehr langsamen Bewegungen handelt es sich
um einen quasi-stationären Betriebszustand, bei niedrigen
bis mittleren Schwingungsfrequenzen wird ein Zustand hoher Dämpfung
erzielt, und bei hohen Schwingungsfrequenzen wird ein Zustand niedriger Dämpfung
erzielt. Der Übergangsbereich zwischen der hohen Dämpfung
und der niedrigen Dämpfung liegt bei Kraftfahrzeugen beispielsweise
im Bereich von 2 Hertz.
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Zunächst
wird der quasi-stationäre Zustand beschrieben. Wenn der
Schwingungsdämpfer aus 1 durch
Krafteinleitung in die Befestigungsaugen 6 und 8 zusammengedrückt
wird, wird der Kolben 3 nach unten bewegt. Die Kammer 5 wird
verkleinert, während die Kammer 4 vergrößert
wird. In den Kammern angeordnete Dämpferflüssigkeit
muss von der Kammer 5 in die Kammer 4 strömen.
Hierzu tritt sie durch die Bohrung 131 und das Rohr 21 in
den Kanal 22 ein. Der Ringraum 24 wird angeströmt,
ebenso die kalibrierte Bohrung 28. In dem Ringraum 24 und
der Hilfskammer 29 stellt sich der gleiche Druck ein. Dieser
Druck bewirkt eine Verformung des Ventilglieds 25, die
zum Abheben der Oberfläche des Ventilglieds 25 von
dem Wulst 26 führt. Dadurch kann Dämpferflüssigkeit
von der Kammer 5 in die Kammer 4 strömen.
Die Bewegung des Kolbens wird durch die begrenzten Querschnitte
des nun geöffneten Strömungskanals gedämpft.
Auf der der Kammer 5 zugewandten Seite wird durch die Bewegung
des Kolbens 3 der Hilfskolben 123 mit Druck beaufschlagt
und gegen den Anschlagring 130 gedrängt, welcher
verhindert, dass ein Spalt zwischen dem Wulst 126 und dem
Ventilglied 125 geöffnet wird.
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Bei
der umgekehrten Bewegung, in der die Kolbenstange 7 aus
dem Dämpfer herausgezogen wird, wird das Volumen der Kammer 4 verkleinert
und das Volumen der Kammer 5 vergrößert.
Dämpferflüssigkeit strömt durch die Bohrung 31 und
das Rohr 121 in den Ringraum 124 des Hilfskolbens 123.
Zwischen dem Ventilglied 125 und dem Wulst 126 öffnet sich
ein Spalt, der das Ü berströmen der Dämpferflüssigkeit
von der Kammer 4 in die Kammer 5 unter Dämpfung
ermöglicht. Die Bewegung der Hilfskolben Bei einer Beaufschlagung
mit niedriger Frequenz arbeitet der Schwingungsdämpfer
im Wesentlichen wie beschrieben. Bei einer Kompression des Dämpfers wird
Dämpferflüssigkeit aus der Kammer 5 in
die Kammer 4 gedrängt und der sich dabei über
die Bohrung 28 in der Hilfskammer 29 aufbauende
Druck bewirkt eine Vorspannung des Hilfskolbens 23 gegen das
Ventilglied 25, wodurch die Kraft zum Öffnen des Spalts
zwischen dem Ventilglied 25 und dem Wulst 26 vergrößert
wird. Die Dämpfungswirkung steigt dadurch. Der Hilfskolben 23 hebt
sich unter dem Einfluss des Drucks in der Hilfskammer 29 von
dem Anschlagring 30 ab. Diese Bewegung ist bei einem Kraftfahrzeugdämpfer
auf einen Hub von etwa 0,2 mm bis 1 mm begrenzt. Diese Begrenzung
wird nachfolgend beschrieben.
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Die
Vorspannung der Ventilglieder 25 und 125 wird
durch die Anschläge 33 und 133 begrenzt. Die
Anschläge 33 und 133 sind in den Mantel
des Kobens 3 eingeschraubt. Die Position der Anschläge 33 und 133 ist
unabhängig voneinander wählbar. Die durch die
Hilfskolben 23 und 123 maximal erzielbare Vorspannung
ist deshalb für die beiden Bewegungsrichtungen separat
einstellbar.
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Wird
der Dämpfer expandiert, so strömt Dämpferflüssigkeit
von der Kammer 4 in die Kammer 5. Bei dieser Bewegung
wird die Hilfskammer 129 durch die Bohrung 128 mit
Druck beaufschlagt. Der Hilfskolben 123 wird in der 2 nach
unten von dem Kolbenboden 11 weg bewegt und hebt sich von dem
Anschlagring 130 ab und dadurch wird die Anlagekraft des
Wulstes 126 an das Ventilglied 125 vergrößert
und die Dämpfungswirkung gegenüber dem Strom der
Dämpferflüssigkeit durch den Spalt zwischen dem
Wulst 126 und dem Ventilglied 125 verstärkt.
Die Dämpfungswirkung bei niedrigen Frequenzen wird also
durch den steigenden Druck in den Hilfskammern 29 und 129 in
beiden Betätigungsrichtungen vergrößert.
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Bei
hohen Dämpferfrequenzen behindert die kalibrierte Bohrung 28 bzw. 128 den
Eintritt von Dämpferflüssigkeit aus dem Ringraum 24 bzw. 124 in die
Hilfskammern 29 und 129, je nach Bewegungsrichtung.
Der Druckanstieg über die Füllung der Hilfskammern 29 und 129 wird
durch die kalibrierten Bohrungen 28 und 128 begrenzt,
und zwar umso stärker, je höher die Frequenz der
Krafteinleitung ist. Die Zeit, in der die Bewegung in eine Richtung
erfolgt, reicht dann nicht mehr zum Füllen der jeweiligen
Hilfskammer aus. Dies führt dazu, dass der jeweilige Hilfskolben 23 bzw. 123 nicht
mehr zusätzlich an das Ventilglied 25, 125 angepresst
wird. Der Spalt zwischen der Wulst 26, 126 und
dem Ventilglied 25, 125 öffnet sich dann
bei einer niedrigeren Kraft, die auf das jeweilige Ventilglied wirkt.
Die Dämpfungswirkung ist gegenüber dem Zustand
bei niedriger Frequenz reduziert.
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Zwei
weitere Gestaltungsmöglichkeiten sind in der Zeichnung
nicht dargestellt. Zum einen kann vorgesehen sein, die Ventilglieder 25 und 125 mit
Bypassöffnungen zu versehen, die im Bereich sehr niedriger
Frequenzen eine gering gedämpfte Bewegung des Schwingungsdämpfers
erlauben. Eine solche Bypassöffnung bewirkt beim Einsatz
in einem Kraftfahrzeug einen erhöhten Abrollkomfort bei
niedrigen Geschwindigkeiten.
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Andererseits
können die kalibrierten Bohrungen 28 und 128 in
den beiden Ventilanordnungen unterschiedlich groß gefertigt
sein. Dadurch wird der Übergangsbereich von niedriger Dämpfung
zu hoher Dämpfung unterschiedlich sein. Die Frequenzabhängigkeit
für die Zugstufe und die Druckstufe kann dadurch unabhängig
voneinander gewählt werden.
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Die
Dicke der Ventilglieder 25 und 125 bzw. ihre Montage
an der Kolbenstange 7 kann ebenfalls unterschiedlich sein,
so dass die Grunddämpfung in der Zugstufe anders als in
der Druckstufe ausgeführt werden kann.
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 2
- äußeres
Gehäuse
- 3
- Kolben
- 4
- Kammer
- 5
- Kammer
- 6
- Befestigungsauge
- 7
- Kolbenstange
- 8
- Befestigungsauge
- 10
- Äußere
Wandung
- 11
- Kolbenboden
- 12
- Innenraum
- 13
- Innenraum
- 20,
120
- Ventilanordnung
- 21,
121
- Rohr
- 22,
122
- Kanal
- 23,
123
- Hilfskolben
- 24,
124
- Ringraum
- 25,
125
- Ventilglied
- 26,
126
- Ringförmiger
Wulst
- 27,
127
- Dichtung
- 28,
128
- Bohrung
- 29,
129
- Hilfskammer
- 30,
130
- Anschlagring
- 31,
131
- Bohrung
- 32,
132
- Dichtung
- 33,
133
- Anschlag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007019621
A1 [0002, 0004]
- - EP 1442227 B1 [0004]