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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 1 442 227 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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Weiterhin ist aus der
DE 690 05 747 T2 ein mittels Hilfskolben verstellbares Ventil für einen hydraulischen Stoßdämpfer offenbart, welches nur in einer Richtung wirkt.
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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 Überströmen der Dämpferflüssigkeit von der Kammer 4 in die Kammer 5 unter Dämpfung ermöglicht.
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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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Bezugszeichenliste
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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
