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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Membran aus einem gummielastischen Werkstoff. Außerdem betrifft die Erfindung einen Trennkolben, der eine solche Membran umfasst.
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Stand der Technik
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Eine solche Membran ist aus der
DE 10 2015 008 401 A1 bekannt. Die Membran ist Bestandteil eines Trennkolbens, z.B. für einen Einrohr-Gasdruckstoßdämpfer. Die Membran weist ein sich in radialer Richtung erstreckendes, ebenes und kreisscheibenförmiges Zentrum auf, wobei das Zentrum und der Rand durch eine rollbalgartig ausgebildete, in Umfangsrichtung umlaufende und in axialer Richtung offene, im Wesentlichen C-förmige Falte miteinander verbunden sind. Durch die Membran werden höherfrequente und kleinamplitudige Schwingungen, die auf das Zentrum der Membran einwirken, aufgenommen und isoliert, ohne dass sich dabei der Trennkolben insgesamt innerhalb eines Arbeitszylinders des Einrohr-Gasdruckstoßdämpfers in axialer Richtung hin und her bewegt.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membran der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass gebrauchsdauerverringernde mechanische Belastungen auf die Membran möglichst weitgehend vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die darauf jeweils rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist eine Membran aus einem gummielastischen Werkstoff vorgesehen, die kreisförmig ausgebildet und in axialer Richtung im Wesentlichen mittig von einer gedachten Radialebene durchschnitten ist, umfassend zumindest zwei taschenförmig ausgebildete Ausstülpungen, die von der Radialebene in entgegengesetzter axialer Richtung vorstehen und wobei die Ausstülpungen jeweils eine Öffnung in der Radialebene aufweisen und, senkrecht zur Radialebene betrachtet, auf ihren einander in axialer Richtung abgewandten Seiten jeweils durch einen Boden verschlossen sind.
Außerdem wird die Aufgabe durch einen Trennkolben gelöst, umfassend einen Stützkörper aus einem zähharten Werkstoff und eine Membran, wie zuvor beschrieben, wobei der Stützkörper als Führungsring ausgebildet ist und wobei der Führungsring die Membran außenumfangsseitig und flüssigkeitsdicht umschließt.
Im Vergleich zu der eingangs genannten, rollbalgartig ausgebildeten Stand der Technik-Membran, die die in Umfangsrichtung umlaufende und in axialer Richtung offene, im Wesentlichen C-förmige Falte aufweist, wird durch die beiden Ausstülpungen der erfindungsgemäßen Membran erreicht, dass die Membran während ihres Betriebs eine größere Formbeständigkeit aufweist, dass die Gefahr eines unterwünschten Ausknickens auf ein Minimum reduziert ist und dass durch die Membran ein guter Volumenausgleich erfolgen kann, wenn die Membran zum Beispiel in einem Einrohr-Gasdruckstoßdämpfer zur Anwendung gelangt. Der Volumenausgleich erfolgt durch die Membran selbst, insbesondere durch die elastisch nachgiebige Beweglichkeit der Ausstülpungen, ohne dass sich der Trennkolben des Stoßdämpfers unerwünscht axial innerhalb seines Einbauraums bewegt.
Dieser Volumenausgleich wird jedoch nicht, wie bei der Stand der Technik-Membran, durch eine ausschließliche axiale Hin- und Herbeweglichkeit des Zentrums erreicht, sondern durch die Ausstülpungen; die Begrenzungswände der Ausstülpungen „atmen“ dafür in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung.
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Der Volumenausgleich durch die Ausstülpungen ist erforderlich, um zum Beispiel beim Einsatz der Membran in einem Stoßdämpfer, wie zuvor beschrieben, zu verhindern, dass sich der Trennkolben des Stoßdämpfers bei Einleitung nur kleiner, höherfrequenter Schwingungen unerwünscht bewegt und dadurch frühzeitig verschleißt.
Durch die Ausstülpungen lässt sich die Membran reibungsarm betreiben; sie weist dadurch gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf.
Unter kleinamplitudigen und hochfrequenten Schwingungen werden in diesem Zusammenhang Schwingungen verstanden, mit einer Amplitude von wenigen Millimetern und einer Frequenz von zum Beispiel mehr als 10 Hz. Solche Schwingungen werden z.B. durch eine Kolbenstange und einen ortsfest mit der Kolbenstange verbundenen Arbeitskolben bei Verwendung in einem Arbeitszylinder eines Einrohr-Gasdruckstossdämpfers eingeleitet, wenn ein mit Einrohr-Gasdruckstossdämpfern ausgestattetes Kraftfahrzeug über ebene Fahrbahnen mit guter Oberfläche, z.B. über Autobahnen, gefahren wird. Der Arbeitszylinder eines Einrohr-Gasdruckstossdämpfers umfasst ein Ölreservoir und ein Gas- reservoir, die durch einen Trennkolben, der die zuvor beschriebene Membran umfasst, mediumsdicht voneinander getrennt sind. Während der Fahrt werden die zuvor genannten höherfrequenten und kleinamplitudigen Schwingungen mittels der Kolbenstange und des Arbeitskolbens in das Ölreservoir des Arbeitszylinders eingeleitet.
Die zuvor beschriebene Membran im Trennkolben nimmt die Volumenveränderung durch die ausgezeichnete Beweglichkeit der Ausstülpungen und deren feines Ansprechverhalten gut auf.
Die niedrige Amplitude der eingeleiteten Schwingungen, die auf die Membran wirken, kann auch abhängig vom Hub definiert werden. Bevorzugt kann die Amplitude etwa 20 % des Hubs betragen. Es versteht sich von selbst, dass die mechanischen Belastungen auf die Membran umso geringer sind, je kleiner die Amplitude ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Ausstülpungen, entlang der Radialebene betrachtet jeweils radial innen, einander zugewandte Innenwände aufweisen und jeweils radial außen, auf ihren einander abgewandten Seiten, Außenwände. Die Innenwände und die Außenwände bewegen sich während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Membran relativ elastisch nachgiebig zueinander, um das veränderliche Volumen der Ausstülpungen zu begrenzen.
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Nach einer ersten Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Innenwände im Wesentlichen ohne sprunghafte Richtungsänderung einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind. Die Ausstülpungen weisen in einem solchen Fall ein vergleichsweise großes Gesamtvolumen auf und können deshalb auch vergleichsweise große verdrängte Volumina aufnehmen und abgeben.
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Nach einer zweiten Ausgestaltung kann die Membran ein scheibenförmig ausgebildetes Zentrum und einen kreisringförmig ausgebildeten Rand umfassen, der das Zentrum in radialer Richtung außenumfangsseitig mit radialem Abstand umschließt, wobei das Zentrum und der Rand gemeinsam in der gedachten Radialebene angeordnet sind und wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt die Ausstülpungen angeordnet sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Zentrum und die Ausstülpungen einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind. Eine solche Membran ist einfach und kostengünstig herstellbar.
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Weiter bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass das Zentrum, der Rand und die Ausstülpungen einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind. Dabei ist von hervorzuhebendem Vorteil, dass das Zentrum, die Ausstülpungen und der Rand durch die Einstückigkeit bereits mediumsdicht miteinander verbunden sind; einer separaten Abdichtung der Teile gegeneinander bedarf es daher nicht.
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Die Membran ist bevorzugt insgesamt einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Die Herstellung, Lagerhaltung und auch die Montage sind dadurch jeweils besonders einfach und die Gebrauchseigenschaften besonders gut. Außerdem ist die Gefahr von Montagefehlern durch die Einstückigkeit auf ein Minimum begrenzt.
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Jede Ausstülpung kann eine dem Zentrum in radialer Richtung zugewandte Innenwand und eine dem Rand in radialer Richtung zugewandte Außenwand aufweisen. Die Innenwand und die Außenwand sind einander mit Abstand benachbart zugeordnet.
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Bedarfsweise können die Ausstülpungen ein großes Volumen aufweisen. Dazu erstrecken sich die Innen- und Außenwände der Ausstülpungen bevorzugt im Wesentlichen spiralförmig um das Zentrum.
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In Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles können die Ausstülpungen jeweils ein Volumen begrenzen, dass gleich oder voneinander abweichend ist. Gelangt die Membran z.B. in einem Trennkolben für einen Einrohr-Gasdruckstoßdämpfer zur Anwendung, kann die Aufnahme von im Arbeitszylinder auftretenden Volumenveränderungen für die Druck- und Zugstufe getrennt voneinander optimiert werden. Das kann dadurch geschehen, dass die Ausstülpungen ein voneinander abweichendes Volumen aufweisen. Sind die Volumenveränderungen in der Druck- und Zugstufe demgegenüber gleich, können die Ausstülpungen ein übereinstimmendes Volumen aufweisen.
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Das Zentrum der Membran kann von jeder Ausstülpung umfangsseitig begrenzt sein. Dabei können die Ausstülpungen im Wesentlichen spiralförmig um das Zentrum angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Zentrum von jeder Ausstülpung, in radialer Richtung innen beginnend, spiralförmig und sich in radialer Richtung nach außen erweiternd umschlossen ist.
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Zur Funktion einer derart ausgebildeten Membran wird Folgendes ausgeführt:
- Bei spiralförmiger Anordnung der Ausstülpungen ermöglichen diese eine wesentliche Aufblähung der Membran als Ganzes in axialer Richtung. Durch die Verformung der Ausstülpungen ist eine Verformung der in der gedachten Radialebene liegenden Teile der Membran nicht erforderlich. Diese Anordnung wird gewählt, um den Verformungswiderstand der Membrane zu verringern und ihre Haltbarkeit gegenüber wiederholten Aufblasumkehrungen während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Membran zu erhöhen.
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Außerdem betrifft die Erfindung einen Trennkolben, umfassend einen Stützkörper aus einem zähharten Werkstoff und eine Membran, wie zuvor beschrieben, wobei der Stützkörper als Führungsring ausgebildet ist und wobei der Führungsring die Membran außenumfangsseitig und flüssigkeitsdicht umschließt.
Der Führungsring weist außenumfangsseitig bevorzugt eine Führungsfläche auf.
Ein solcher Trennkolben kann beispielsweise in einem Einrohr-Gasdruckstossdämpfer für ein Kraftfahrzeug zur Anwendung gelangen.
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Einrohr-Gasdruckstoßdämpfer sind dann Bestandteile des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs, Beispiele für gefederte Massen sind die Räder des Kraftfahrzeugs.
Vorbekannte Einrohr-Gasdruckstoßdämpfer umfassen einen Arbeitszylinder mit einem Gasreservoir und einem Ölreservoir, wobei das Gasreservoir und das Ölreservoir in axialer Richtung benachbart zueinander angeordnet sind. Der Trennkolben ist in axialer Richtung zwischen den beiden Reservoirs angeordnet und trennt diese mediumsdicht voneinander. Der Trennkolben ist in axialer Richtung im Arbeitszylinder schwimmend geführt. Im Ölreservoir ist ein mit einer Kolbenstange ortsfest verbundener Arbeitskolben angeordnet, der in axialer Richtung hin und her beweglich ist.
Die axiale Richtung entspricht der Richtung der in den Stoßdämpfer eingeleiteten Schwingungen.
Die Dämpfung von in den Einrohr-Gasdruckstoßdämpfer eingeleiteten, tieferfrequenten und größeramplitudigen Schwingungen erfolgt dadurch, dass der Arbeitskolben mittels der Kolbenstange innerhalb des Ölreservoirs in axialer Richtung hin und her bewegt wird, wobei das im Ölreservoir befindliche Öl von einer Stirnseite des Arbeitskolbens durch im Arbeitskolben angeordnete Dämpfungsventile hindurch zur anderen Stirnseite des Arbeitskolbens strömt. Die Dämpfungsventile setzen dem durch den Arbeitskolben hindurchströmenden Öl einen Widerstand entgegen. Dadurch wird eine Druckdifferenz stirnseitig beiderseits des Arbeitskolbens erzeugt, die dem sich relativ zum Arbeitszylinder bewegenden Arbeitskolben eine Dämpfungskraft entgegensetzt.
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Innerhalb des Gasreservoirs ist ein vorgespanntes Gas, zum Beispiel Stickstoff, angeordnet. Innerhalb des Arbeitszylinders herrscht ein Basisinnendruck von etwa 20 bis 30 bar, wobei im statischen Zustand des Einrohr-Gasdruckstoßdämpfers dieser Basisinnendruck axial beiderseits des Trennkolbens anliegt. Das Gasreservoir hat die Aufgabe dafür zu sorgen, dass beim Einfedern des Arbeitskolbens axial in Richtung des Gasreservoirs die Ölsäule auf der dem Gasreservoir axial abgewandten Seite des Arbeitskolbens nicht abreißt und keine Kavitation entsteht.
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Durch das Vorsehen eines Gasreservoirs, das durch den Trennkolben vom Ölreservoir mediumsdicht getrennt ist, ergeben sich verbesserte Gebrauchseigenschaften des Einrohr-Gasdruckstoßdämpfers im Vergleich zu einem reinen Öldämpfer, der ein solches Gasreservoir nicht aufweist. Ein Aufschäumen des Öls wird durch die zuvor beschriebene Einrohr-Gasdruck-Technik wirkungsvoll verhindert. Auch bei einer hohen Beanspruchung eines Einrohr-Gasdruckstoßdämpfers stehen die vollen Dämpfkräfte zur Verfügung. Das Gasreservoir kann als Gaspolster verstanden werden, das einen Volumenausgleich beim Einfahren der Kolbenstange in den Arbeitszylinder des Einrohr-Gasdruckstoßdämpfers übernimmt.
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Figurenliste
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Zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Membranen werden nachfolgend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. In 4 ist ein Trennkolben gezeigt, der eine der zuvor gezeigten Membranen umfasst.
- In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Membran in einer perspektivischen Ansicht gezeigt,
- in 2 ist die Membran aus 1 in einem Schnitt gezeigt,
- In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Membran dargestellt,
- In 4 ist der Trennkolben mit der Membran aus 1 gezeigt.
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Ausführung der Erfindung
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In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Membran im herstellungsbedingten Zustand gezeigt.
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Die Membran besteht aus einem gummielastischen Werkstoff und umfasst das scheibenförmig ausgebildete Zentrum 1, das mittels der Ausstülpungen 6, 7 mit dem kreisringförmig ausgebildeten Rand 2 verbunden ist. Das Zentrum 1 und der Rand 2 sind in der gemeinsamen gedachten Radialebene 4 angeordnet. Die Ausstülpungen 6, 7 stehen von der Radialebene 4 in entgegengesetzter axialer Richtung 8 vor. In axialer Richtung einerseits, nämlich in der Radialebene 4, weisen die Ausstülpungen 6, 7 jeweils eine Öffnung 9, 10 auf und sind, in axialer Richtung andererseits, auf ihren einander in axialer Richtung 8 abgewandten Seiten 11, 12 jeweils durch den Boden 13, 14 verschlossen.
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Insgesamt ist die Membran einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet. Das Zentrum 1, der Rand 2 und die Ausstülpungen 6, 7 sind dadurch auf besonders einfache Art und Weise herstellbar und mediumsdicht miteinander verbunden.
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Jede der Ausstülpungen 6, 7 weist eine Innenwand 15, 16 und eine Außenwand 17, 18 auf. Die Innenwände 15, 16 sind dem Zentrum 1 in radialer Richtung 3 zugewandt, die Außenwände 17, 18 dem Rand 2. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Ausstülpungen 6, 7 jeweils das gleiche Volumen 19, 20. Voneinander abweichende Volumina sind ebenfalls, in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall, denkbar. Wie in der perspektivischen Darstellung gemäß 1 gezeigt, ist das Zentrum 1 von jeder Ausstülpung 6, 7 in radialer Richtung innen beginnend spiralförmig und sich in radialer Richtung 3 nach außen erweiternd umschlossen.
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In 3 ist des Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Membran gezeigt. Diese Membran unterscheidet sich von der Membran, die in den 1 und 2 dargestellt ist, hauptsächlich dadurch, dass die Innenwände 15, 16 der Ausstülpungen 6, 7 im Wesentlichen ohne sprunghafte Richtungsänderung ineinander übergehend ausgebildet sind; ein Zentrum, wie bei der zuvor beschriebenen Membran, gibt es hier nicht.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Trennkolbens gezeigt. Der Trennkolben umfasst den Stützkörper 21, der aus einem zähharten Werkstoff besteht. Der Stützkörper 21 ist als Führungsring 22 ausgebildet, der die Membran aus 1 außenumfangsseitig flüssigkeitsdicht umschließt. Der Stützkörper 21 und die Membran sind stoffschlüssig, beispielsweise durch Vulkanisation, und dichtend miteinander verbunden.
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Der Trennkolben hat einen besonders einfachen und teilearmen Aufbau. Der Führungsring 22 ist außenumfangsseitig von einer Führungsfläche 23 umschlossen, mit der der Trennkolben schwimmend zum Beispiel in einem Arbeitszylinder eines hier nicht dargestellten Einrohr-Gasdruckstoßdämpfers angeordnet ist und dann im Arbeitszylinder ein Ölreservoir von einem Gasreservoir mediumsdicht trennt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015008401 A1 [0002]
