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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit einem Ausgleichsraum gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bei einem Schwingungsdämpfer wird das von der Kolbenstange verdrängte Volumen von einem Ausgleichraum aufgenommen, der bei einem Einrohrschwingungsdämpfer mittels eines Trennkolbens von einem Arbeitsraum separiert ist. Folglich führt der Trennkolben eine Verschiebebewegung aus, dessen Weg von dem Kolbenstangenweg abhängig ist. Es gibt Erfahrungswerte, in welchem Verhältnis der Trennkolbenquerschnitt zum Kolbenstangenquerschnitt dimensioniert sein soll. Ist der Trennkolben zu klein, dann sind die Verschiebestrecke und die Verschiebegeschwindigkeit des Trennkolbens zu groß.
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Aus der
DE 20 18 845 A1 ist ein Trennkolben bekannt, der einen formfesten Randbereich und einen flexiblen Mittenbereich aufweist. Beide Trennkolbenbereiche sind funktional parallel wirksam. Aufgrund der besonderen Bauweise werden hochfrequente Anregungen mit kleiner Amplitude von dem Mittenbereich kompensiert. Größere Verdrängervolumen gleicht der Trennkolben durch eine Verschiebung des Randbereichs aus. Die beiden Trennkolbenbereiche werden zwar gleichzeitig und gleichartig belastet, arbeiten jedoch in einer definierten Reihenfolge, d. h. erst wenn der Elastizitätsbereich des Mittenbereichs ausgenutzt ist, arbeitet der Randbereich. Bei einer konstanten Kolbenstangengeschwindigkeit wird dann der Randbereich trotz des Mittenbereichs mit einer hohen Geschwindigkeit verschoben und unterliegt damit ggf. einer grenzwertigen Belastung.
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Die naheliegendste Möglichkeit besteht darin, einfach den Trennkolbendurchmesser zu erhöhen, da dann das Verhältnis von Kolbenstangendurchmesser und Trennkolbendurchmesser wieder günstiger wird. Jedoch liegt nicht immer ein ausreichender radialer Bauraum vor.
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Die
DE 10 2010 001 915 A1 beschreibt einen Schwingungsdämpfer mit einer internen Niveauregulierung. Bis zu einem bestimmten Einfahrniveau nimmt ein bodenseitiger Ausgleichsraum das von der Kolbenstange verdrängte Dämpfmediumvolumen auf. Die Verschiebegeschwindigkeit des Trennkolbens ist proportional dem Verhältnis zwischen der Querschnitte des Trennkolbens und der Kolbenstange. Ist der Verschiebeweg des Trennkolbens ausgenutzt, dann kann sich die Kolbenstangenführung entgegen der Kraft einer Tragfeder axial verschieben. Auch bei dieser Bauform werden sowohl der Trennkolben und die Kolbenstangenführung parallel belastet, jedoch liegt eine serielle Verschiebebewegung des Trennkolben zu Kolbenstangenführung vor.
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Es sind zahlreiche amplitudenselektive Dämpfer bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2006 008 675 B3 , bei denen ebenfalls ein erster und ein zweiter Trennkolben zur Anwendung kommen. Aufgrund der Bauform liegt jedoch auch hier eine Abfolge der Verschiebebewegungen des Trennkolbens in dem amplitudenelektiven Aggregat und dem Trennkolben für den Ausgleichsraum vor. Diese Abfolge wird u. a. durch die Abstützung des Trennkolbens im amplitudenselektiven Aggregat, d. h. im Gehäuse zwischen den beiden Arbeitskammern innerhalb des Gehäuses, definiert. Ist der Verschiebeweg des Trennkolbens im Gehäuse ausgenutzt, dann muss das gesamte weitere Verdrängervolumen der Kolbenstange von dem Ausgleichsraum aufgenommen werden. Danach bestimmt sich auch die Verschiebegeschwindigkeit und der Verschiebeweg des Trennkolbens zum Ausgleichsraum. Folglich hängt davon auch die auftretende Druckbelastung am Trennkolben ab.
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Die Aufgabe besteht darin, einen Schwingungsdämpfer mit einem Ausgleichsraum auszuführen, bei dem die Belastung des Trennkolbens innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die beiden Ausgleichsräume an einen gemeinsamen Arbeitsraum angeschlossen sind und die beiden Trennkolben bezogen auf den Verschiebeweg des Verdrängers einen unbegrenzten Verschiebeweg aufweisen.
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Durch die Verwendung von zwei Trennkolben führen diese im Vergleich zum Stand der Technik nur die halbe Verschiebegeschwindigkeit aus. Der unbegrenzte Verschiebeweg ist dabei so zu verstehen, dass es keinen Anschlag gibt, der die Verschiebebewegung eines der Trennkolben blockiert, wenn der Verdränger eine weitere Arbeitsbewegung ausführt und der zweite Trennkolben diese Arbeitsbewegung kompensiert.
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Man kann vorsehen, dass der erste Ausgleichsraum in einem Arbeitszylinder und der zweite Ausgleichsraum in einem Speicherbehälter angeordnet sind, wobei der Speicherbehälter mit demselben Arbeitsraum verbunden ist, wie der erste Ausgleichsraum. Diese Variante bietet den Vorteil, dass man einen bereits vorliegenden Schwingungsdämpfer verwenden und mit dem Speicherbehälter aufrüsten kann, um bei einer bestimmten Schwingungsdämpferauslegung das aus dem Stand der Technik bekannte Problem zu lösen, ohne den Basis-Schwingungsdämpfer tiefgreifend verändern zu müssen.
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Man kann z. B. vorsehen, dass beide Trennkolben einseitig von einem gemeinsamen Dämpfermediumvolumen und an den gegenüberliegenden Seiten von getrennten Druckmedien beaufschlagt sind. Druckmedium bedeutet vielfach eine Gasdruckfüllung, wobei alternativ auch eine mechanische Feder einsetzbar ist und als Druckmedium dienen kann.
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Wenn z. B. ein besonders kurzbauender Schwingungsdämpfer gefordert wird, dann kann der Speicherbehälter einen Dämpfmediumanschluss zwischen dem gemeinsamen Dämpfmediumvolumen und einem der Arbeitsräume aufweisen und separat zum Arbeitszylinder montiert werden.
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Man kann aber auch vorsehen, dass der Speicherbehälter innerhalb des Arbeitszylinders angeordnet ist und damit eine nach außen vollständig abgedichtete hydraulisch autarke Baueinheit bildet.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass zwischen den beiden Trennkolben ein gemeinsames Druckmediumvolumen vorliegt und die beiden Trennkolben gegensinnig mit Dämpfmedium beaufschlagt sind. Das Füllen mit einem gasförmigen Druckmedium ist technisch anspruchsvoller als das Füllen mit Dämpfmedium. Wenn nur ein gasgefüllter Raum vorliegt, vereinfacht sich der Produktionsablauf.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Speicherbehälter zwei Dämpfmediumanschlüsse an einen gemeinsamen Arbeitsraum auf.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch sind die Trennkolben als Ringkolben ausgeführt und ein Verbindungsrohr zwischen den beiden Trennkolben überbrückt ein Druckmediumvolumen und verbindet das Dämpfvolumen mit einem der Arbeitsräume.
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Wenn besondere Bauraumanforderungen es erfordern, dann können die beiden Trennkolben einen unterschiedlichen druckbeaufschlagten Querschnitt aufweisen.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 Schwingungsdämpfer mit externem Speicherbehälter
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2 Speicherbehälter mit zwei Trennkolben
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3 Kombination eines Schwingungsdämpfers nach 1 mit einem Speicherbehälter nach 2
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4 Speicherbehälter mit unterschiedlichen Trennkolbendurchmessern
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5 Speicherbehälter mit zwei Dämpfmediumanschlüssen und zwei Dämpfmediumvorratsräumen
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6 Schwingungsdämpfer mit zwei Trennkolben innerhalb des Arbeitszylinders
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7 Variante zur 6
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Die 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 nach dem Einrohrbauprinzip. In einem Arbeitszylinder 3 ist ein Verdränger in der Bauform einer Kolbenstange 5 mit einem daran befestigten Kolben 7 axial beweglich geführt. Der mit Dämpfventilen 9; 11 bestückte Kolben unterteilt den Arbeitszylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15. Endseitig wird der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 13 von einer vereinfacht dargestellten Kolbenstangenführung 17 verschlossen. Beide Arbeitsräume 13; 15 sind vollständig mit einem bevorzugt hydraulischen Dämpfmedium gefüllt. Zwischen einem Boden 19 des Arbeitszylinders und einem ersten axial beweglichen Trennkolben 21 erstreckt sich ein erster Ausgleichsraum 23, in dem ein gasförmiges Druckmediumvolumen gespeichert ist. Alternativ kann als Druckmediumvolumen auch eine beliebige mechanische Druckfeder eingesetzt werden.
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In einem zum Arbeitszylinder 3 räumlich getrennten Speicherbehälter 25 ist ein zweiter, ebenfalls mit einem Druckmediumvolumen gefüllter Ausgleichsraum 27 angeordnet. Ein zweiter Trennkolben 29 separiert das gasförmige Druckmediumvolumen von einem Dämpfmediumvorratsraum 31. Ein Dämpfmediumanschluss 33 verbindet den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 mit dem Dämpfmediumvorratsraum 31 im Speicherbehälter 25, so dass der kolbenstangenferne Arbeitsraum 15 einerseits an den ersten Trennkolben 21 und damit an den ersten Ausgleichsraum 23 grenzt und über den Dämpfmediumanschluss 33 auch an den zweiten Trennkolben 29 und damit an den zweiten Ausgleichsraum 27 grenzt.
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Bei einer Kolbenstangenbewegung wird das von der Kolbenstange 5 verdrängte Dämpfmedium in die beiden hydraulisch parallel geschalteten Ausgleichsräume 23; 27 verdrängt. Dabei sind die Verschiebewege, die Geometrien der Bauteile und die Druckverhältnisse in den Ausgleichsräumen 23; 27 so bemessen, dass es keine Vorrangschaltung für einen der beiden Trennkolben 21; 29 gibt und beide Trennkolben 21; 29 solange eine Verschiebebewegung ausführen, wie sich die Kolbenstange 5 bewegt. Dieses Prinzip gilt sowohl bei einer Einfahr- wie bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 5.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der kolbenstangenferne Arbeitsraum 15 mit dem Speicherbehälter 25 verbunden. Sollte es erforderlich sein, dann kann auch der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 13 im Arbeitszylinder 3 an den ersten Ausgleichsraum 23 angrenzen und der Speicherbehälter 25 ist dann ebenfalls am kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 angeschlossen.
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Wie man an dieser bildlichen Darstellung leicht erkennen kann, lässt sich der zusätzliche Speicherbehälter 25 mit seinem zweiten Ausgleichsraum 27 leicht mit einem konventionellen Schwingungsdämpfer bedarfsweise kombinieren, ohne dass tiefgreifende Änderungen am Arbeitszylinder 3 vorgenommen werden müssen. Folglich vereinfacht sich auch die konstruktive Auslegung des Gesamtaggregats.
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Die 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der ebenfalls der Speicherbehälter 25 eingesetzt wird, in dem nun sowohl der erste wie auch der zweite Trennkolben 21; 29 angeordnet sind. Beide Trennkolben 21; 29 begrenzen den Dämpfmediumvorratsraum 31, so dass beide Trennkolben 21; 29 von einem gemeinsamen Dämpfmediumvolumen im Dämpfmediumvorratsraum 31 beaufschlagt werden. An den gegenüberliegenden Seiten zum Dämpfmediumvorratsraum 31 werden die Trennkolben 21; 29 von dem Druckmedium in den beiden Ausgleichsräumen 23; 27 beaufschlagt. Der Dämpfmediumvorratsraum 31 kann an einen beliebigen Arbeitsraum 13; 15 im Arbeitszylinder angeschlossen sein. Im Arbeitszylinder 3 selbst ist kein Ausgleichsraum ausgeführt, so dass dieser im Vergleich zur Ausführung nach 1 axial verkürzt dimensioniert sein kann.
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Bei einer Kolbenstangenbewegung verändert sich das Volumen des Dämpfmediumvorratsraums 31, wobei beide Trennkolben 21; 29 eine axiale Relativbewegung zueinander ausführen.
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Mit der Ausführung nach 3 soll dokumentiert werden, dass der Speicherbehälter 25 nach 2 auch sinnvoll mit einem Arbeitszylinder 3 nach 1 kombinierbar ist, insbesondere wenn nur ein Arbeitszylinder 3 mit einem großen Kolbenstangendurchmesser und einem kleinen Arbeitszylinderdurchmesser einsetzbar ist und ggf. auch für den Speicherbehälter 25 nur ein sehr kleiner Bauraum zur Verfügung steht, so dass man die Belastung auf drei Ausgleichsräume und damit zusätzlich auf einen dritten Trennkolben 35 eines dritten Ausgleichsraums 37 verteilt.
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Die 4 zeigt einen Speicherbehälter 25, bei dem die beiden Trennkolben 21; 29 einen unterschiedlichen Durchmesser und damit unterschiedlich druckbeaufschlagte Querschnitte aufweisen. Diese Lösung ist insbesondere dann interessant, wenn für den Speicherbehälter 25 nur ein beschränkter Bauraum vorliegt. In dieser Variante ist der Dämpfmediumvorratsraum 31 zwischen den beiden Trennkolben 21; 29 angeordnet und der einzelne Dämpfmediumanschluss 33 verbindet den Speicherbehälter 25 mit dem Arbeitszylinder 3 gemäß 1 oder 2.
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Die 5 soll verdeutlichen, dass man den Speicherbehälter 25 auch so vorsehen kann, dass zwischen den beiden Trennkolben 21; 29 ein gemeinsamen Druckmediumvolumen vorliegt und die beiden Trennkolben 21; 29 gegensinnig mit Dämpfmedium beaufschlagt sind. Bei der Montage kann sehr einfach über Füllöffnungen 39; 41 ein definiertes Dämpfmediumvolumen in die beiden Dämpfmediumvorratsräume 31; 43 einbringen. Danach füllt man den Ausgleichsraum zwischen den beiden Trennkolben 21; 29 mit Gas. Des Weiteren verfügt der Speicherbehälter 25 über Dämpfmediumanschlüsse 33; 45 an einen gemeinsamen Arbeitsraum 13; 15.
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Funktional sind die beiden Ausgleichsräume 23; 27 nach 4 über die beiden axial beweglichen Trennkolben zusammengefasst. Gedanklich könnte man in den Ausgleichsraum 23; 27 eine feste Trennwand einfügen und trotzdem würde die Funktion erfüllt.
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Mit der 6 soll eine weitere Bauform erklärt werden, bei der der Speicherbehälter 25 in der Ausführung nach 4 innerhalb des Arbeitszylinders 3 angeordnet ist. Auf die konstruktive Ausgestaltung einer axialen Fixierung des Speicherbehälters 25 im Arbeitszylinder 3 wurde vereinfachend verzichtet. Als Dämpfmediumanschluss 33 kann eine einfache Bohrung im Dämpfmediumvorratsraum 31 des Speicherbehälters 25 dienen.
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In der 7 wurde das Bauprinzip des Ausgleichsraums 23; 27 nach 5 aufgenommen. Angrenzend zum kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 ist der erste Trennkolben 21 angeordnet, der als Ringkolben ausgeführt ist. In einer abgedichteten Aufnahmeöffnung 47 ist ein Verbindungsrohr 49 zu dem ebenfalls als Ringkolben ausgeführten zweiten Trennkolben 29 angeordnet. Zwischen den beiden Trennkolben 21; 29 befindet sich das Druckmediumvolumen, dass von dem Verbindungsrohr 49 abgedichtet überbrückt wird. Das Verbindungsrohr 49 endet jenseits des zweiten Trennkolbens 29 im Druckmediumvorratsraum 31 und ist in seiner Länge derart bemessen, dass die beiden Trennkolben 21; 29 auch dann noch auf dem Verbindungsrohr 49 sitzen, wenn die Kolbenstange 5 ihre maximale Ausfahrposition und das Druckmediumvolumen bzw. der Ausgleichsraum 23; 27 seine maximale Länge erreicht hat.
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Bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange wirkt ausgehend vom kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 auf den ersten Trennkolben 21 eine Druckkraft, die diesen Trennkolben 21 in Richtung des Bodens 19 verschiebt. Der Arbeitsdruck im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 wirkt über das Verbindungsrohr 49 auch im Dämpfmediumvorratsraum 31 zwischen dem Boden 19 und dem zweiten Trennkolben 29. Folglich werden beide Trennkolben 21; 29 von dem Dämpfmedium auf ihren druckbeaufschlagten Seiten aufeinander zu bewegt, wobei sich deren Abstand verringert und der Druck im Ausgleichsraum 23; 27 steigt. Auch hier wäre es möglich, den Ausgleichsraum 23; 27 durch eine Trennwand in zwei Ausgleichsräume 23; 27 zu unterteilen, und trotzdem würde das Bauprinzip funktionieren, so dass zwei Ausgleichsräume 23; 27 oder ein Ausgleichsraum mit zwei begrenzenden beweglichen Trennkolben 21; 29 funktional gleichartig sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Arbeitszylinder
- 5
- Kolbenstange
- 7
- Kolben
- 9
- Dämpfventil
- 11
- Dämpfventil
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Kolbenstangenführung
- 19
- Boden
- 21
- erster Trennkolben
- 23
- erster Ausgleichsraum
- 25
- Speicherbehälter
- 27
- zweiter Ausgleichsraum
- 29
- zweiter Trennkolben
- 31
- Dämpfmediumvorratsraum
- 33
- Dämpfmediumanschluss
- 35
- dritter Trennkolben
- 37
- dritter Ausgleichsraum
- 39
- Füllöffnung
- 41
- Füllöffnung
- 43
- zweiter Druckmediumvorratsraum
- 45
- Dämpfmediumanschluss
- 47
- Aufnahmeöffnung
- 49
- Verbindungsrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2018845 A1 [0003]
- DE 102010001915 A1 [0005]
- DE 102006008675 B3 [0006]
