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Die
Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der Patentschrift
EP
1 152 166 A1 ist eine Dämpfungsvorrichtung
bekannt, die eine amplitudenabhängige
Dämpfung
ermöglicht.
Ein erstes Dämpferelement
weist einen in einem Dämpfergehäuse angeordneten
Kolben auf. Ein zweites Dämpferelement
ist zur Beeinflussung kleiner Amplituden in der Dämpfungsvorrichtung
angeordnet. Dazu ist ein durch eine Membran oder eine verschiebliche feste
Scheibe geteilter Zusatzraum vorgeschlagen, der hydraulisch parallel
zum ersten Dämpferelement geschaltet
ist. Der Kolben teilt das Dämpfergehäuse in zwei
Arbeitsräume,
die jeweils mit einer Seite des Zusatzraums des zweiten Dämpferelementes
in Verbindung stehen. Der durch die Membran oder die feste Scheibe
geteilte Zusatzraum wirkt als Ausgleichsraum bei geringen Stoßdämpferbewegungen.
Damit ist die Gesamtdämpfung
für Schwingungen
mit kleiner Amplitude gering. Die Dämpfung des ersten Dämpferelementes
setzt erst bei größeren Bewegungen
des Kolbens, d.h. nachdem die Dämpferwirkung des
zweiten Dämpferelementes
erschöpft
ist, ein. Das zweite Dämpferelement
ist entweder zwischen Kolbenstange und Arbeitskolben oder auf der
der Kolbenstange abgewandten Seite des Arbeitskolbens angeordnet.
Dabei ist jeweils der mögliche
Hubweg des Kobens um die Bauhöhe
des zweiten Dämpferelementes
reduziert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Dämpfungsvorrichtung
mit einer amplitudenabhängigen
Dämpfung
bereitzustellen, die weniger Reduzierung des Hubweges des Kolbens
erfordert.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Dämpfungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung
zeichnet sich durch ein zweites Dämpferelement aus, das in einer
Kolbenstange angeordnet ist und jeweils über in der Kolbenstange verlaufenden Bypassbohrungen
mit den beiden Arbeitsräumen verbunden
ist. In der Kolbenstange ist eine Längsbohrung vorgesehen, die
in vorteilhafter Weise ohne die Erfordernis von zusätzlichem
Bauraum die Anordnung des zweiten Dämpferelementes ermöglicht. Die
hydraulische Verbindung des zweiten Dämpferelementes mit den Arbeitsräumen des
ersten Dämpferelementes
ist in einfacher Weise über
in der Kolbenstange verlaufende Längs- und Querbohrungen darstellbar.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Kolbenstange aus einem ersten
Kolbenstangenabschnitt und einem zweiten Kolbenstangenabschnitt aufgebaut.
Die Aufteilung in zwei Kolbenstangenabschnitte ermöglicht in
einfacher Weise in der Kolbenstange angeordneten Bauraum für das zweite
Dämpferelement
bereitzustellen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Kolbenstangenabschnitt
eine Sacklochbohrung auf, in der das zweite Dämpferelement angeordnet ist.
Damit ist der für
die Montage des Arbeitskolbens maßgebliche Außendurchmesser
des ersten Kolbenstangenabschnittes unabhängig von der das zweite Dämpfungselement
aufnehmenden Längsbohrung
in dem zweiten Kolbenstangenabschnitt wählbar. Dadurch sind in der
Dämpfungsvorrichtung
in vorteilhafte Weise Arbeitskolben aus Seriendämpfern ohne Anpassung einsetzbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Kolbenstangenabschnitt
und der zweite Kolbenstangenabschnitt über eine Presspassung vormontierbar.
Die sehr genau gefertigte Presspassung ermöglicht eine optimale Mittenzentrierung
des ersten Kolbenstangenabschnitts zum zweiten Kolbenstangenabschnitt.
Eine Presspassung ist günstig für eine automatische
Fertigung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Kolbenstangenabschnitt
und der zweite Kolbenstangenabschnitt miteinander verschweißt. Die
Verschweißung
der beiden Kolbenstangenabschnitte ermöglicht eine kostengünstige,
hochfeste Verbindung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Dämpferelement
einen Schieber auf. Der Schieber ist in der Längsbohrung des zweiten Kolbenstangeabschnitts
angeordnet. Der Schieber teilt die Längsbohrung über einen Führungsdurchmesser in zwei Kammern,
die jeweils mit den Arbeitsräumen
des ersten Dämpferelements
verbunden sind. Der vorgeschlagene Schieber ist einfach und kostengünstig als
Dreh- oder Spritzgussteil aus einem metallischen Werkstoff oder
Kunststoff herstellbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Schieber Dichtflächen angeordnet, über die die
Bypassbohrungen verschließbar
sind. Die Stirnseiten des Schiebers sind als Dichtflächen ausgebildet.
Steht der Schieber an einem Ende der Längsbohrung an, so verschließt dieser über die
Dichtfläche
eine Bypassbohrung. Damit ist ein Abfließen des über den Führungsdurchmesser des Kolbens
strömenden
Arbeitsmediums unterbunden. Sobald die Bypassbohrung verschlossen
ist, erfolgt die Dämpfung
ausschließlich über das
erste Dämpferelement. Damit
ist in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung mit zweistufiger Dämpfung darstellbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Dichtflächen am
Schieber zur Zentrierung in den Bypassbohrungen kegelförmig ausgeführt. Die
Zentrierung des Schiebers in der Bypassbohrung vermeidet ein durch
Schiefstellung verursachtes Klemmen in der Längsbohrung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an den Dichtflächen am
Schieber Schichten aus Elastomerwerkstoff zur besseren Abdichtung
zugeordnet. Die Abdichtung der Bypassbohrungen über einen elastischen Dichtstoff
aus Elastomer oder einen vergleichbaren elastischen Werkstoff reduziert wirkungsvoll
eine Leckage des Arbeitsmediums bei verschlossener Bypassbohrung.
Der Elastomerwerkstoff ist durch Kleben, Formschluss oder Anvulkanisieren
an der Dichtfläche
des Schiebers befestigbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schieber zwei Steuerkanten
auf, über
die die Bypassbohrung verschließbar
ist. Durch eine axiale Bewegungen des Schiebers, schieben sich die Steuerkanten über die
Bypassbohrung des zweiten Kolbenstangenabschnitts, wodurch der Durchfluss des
Arbeitsmediums reduziert bzw. gestoppt ist. Ein Schieber mit Steuerkanten
ist kostengünstig
als Drehteil herstellbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schieber einen ersten
und zweiten Führungsdurchmesser
auf. Durch die Anordnung von zwei Führungsdurchmessern sind in
einfacher Weise zwei Steuerkanten darstellbar, die die Bypassbohrung
in dem zweiten Kolbenstangenabschnitt sowohl bei einer großen Ein-
und Ausfederamplitude verschließen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in einem Zylinderring
des zweiten Führungsdurchmessers
mit Arbeitsmedium durchströmbare
Bohrungen vorgesehen. Durch die Bohrungen strömt bei kleinen Amplituden verdrängtes Arbeitsmedium. Durch
die Bohrungen ist ein Zufluss und ein Abfluss über die Bypassbohrung in dem
zweiten Kolbenstangenabschnitt in der Mitte des Schiebers ermöglicht. Damit
ist ein kleiner Abstand zwischen der Bypassbohrung und einem Kolbens
des ersten Dämpferelementes
gewährleistet,
wodurch die Reduzierung des Dämpferwegs
der Dämpfungsvorrichtung
durch Anordnung des zweiten Dämpferelements
gering ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Schieber beidseitig über Federn
eingespannt. Die Federn halten den Schieber in Ruhestellung in Neutrallage.
Die Federn sind vorzugsweise als Schrauben- oder Tellerfedern ausführbar.
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Die
Federhärte
ist so auszuwählen,
dass der Schieber bei kurzen Stößen und
kleinen Amplituden des Arbeitskolbens die Bypassbohrungen offen
hält und
bei großen
Amplituden die Bypassbohrungen verschließt.
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Über die
Federhärte
ist der Dämpfungsgrad in
Abhängigkeit
der Amplitude einstellbar. Die Verwendung von Federn mit unterschiedlicher
Federhärte
lässt ein
unterschiedliches Verhalten bei einer Zug- oder Druckbeanspruchung
des Dämpferelementes zu.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Federn eine progressive
Kennlinie auf. Beispielsweise weisen Schraubenfedern mit unterschiedlicher
Drahtsteigung ein progressive Kennlinie auf, d.h. eine Federsteifigkeit
nimmt beim Zusammendrücken
der Feder zu. Durch den Einsatz von Federn mit progressiven Kennlinien
ist der Übergang von
einer weichen auf eine härtere
Dämpfungsstufe und
umgekehrt beeinflussbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Federn eine temperaturabhängige Kennlinie auf.
Damit ist in vorteilhafter Weise der Übergang von einer weichen auf
eine harte Dämpfungsstufe
und umgekehrt auch temperaturabhängig
beeinflussbar. Die Federn sind dazu aus einem Bimetall oder aus
einem Werkstoff mit Formgedächtnis
herzustellen. Gleichfalls ist aus einer Kombination von Federn,
d.h. Hintereinander- und/oder
Parallelschaltung aus Federn mit temperaturabhängiger und nicht temperaturabhängiger Kennlinie,
ein gewünschtes
Schaltverhalten darstellbar.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
sowie der Zeichnung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen
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1 eine
Darstellung einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
und
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2 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung.
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Gleiche
Bauteile in 1 und 2 sind im folgenden
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In
der 1 sind die wesentlichen Bauteile einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung dargestellt.
In der Darstellung ist beispielhaft ein Einrohrdämpfer, der zwischen Aufbau
und einer ein Rad lagernden Radführungsvorrichtung
anordenbar ist, gezeigt. In gleicher Weise ist jedoch auch ein Zweirohrdämpfer einsetzbar.
Zur Befestigung der Dämpfungsvorrichtung
sind jeweils an einem Dämpfergehäuse 1 und
an einer Kolbenstange 2 nicht gezeigte Anschraubaugen vorgesehen.
Durch eine Ein- oder Ausfederbewegung des Rades verschiebt sich
die Kolbenstange 2 relativ zum Dämpfergehäuse 1.
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Im
Dämpfergehäuse 1 ist
ein Kolben 3, der mit der Kolbenstange 2 verbunden
ist, angeordnet. Der Kolben 3 teilt das mit einem Arbeitsmedium
gefüllte
innere Volumen des Dämpfergehäuses 1 in
einen ersten Arbeitsraum 7 und einen zweiten Arbeitsraum 8.
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An
dem Kolben 3 sind zwei flach bauende Plattenventile 5, 6 angeordnet.
Die Form der Dämpfungskennlinie
ist von den an dem Kolben 3 sitzenden Plattenventilen 5, 6 und
von im Kolben 3 angeordneten Überströmkanälen bestimmt. Fährt beispielsweise die
Kolbenstange 2 aus dem Dämpfergehäuse 1 aus, so strömt das Arbeitsmedium,
das bevorzugt ein Hydrauliköl
ist, über
Bohrungen in dem Kolben 3 und das Plattenventil 5 aus
dem zweiten Arbeitsraum 8 in den ersten Arbeitsraum 7.
Beim Einfahren des Kolbens 3 in das Dämpfergehäuse 1 strömt das Hydrauliköl in umgekehrter
Richtung und ist über
das Plattenventil 6 bedämpft.
Durch unterschiedliche Auslegung der Plattenventile 5, 6 lassen sich
somit beim Ein- und Ausfahren der Kolbenstange 2 unterschiedliche
Dämpferkennlinien
einstellen.
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Auf
der Kolbenstange 2 ist ein Gewinde vorgesehen, auf das
zur Befestigung des Kolbens 3 und der Plattenventile 5, 6 eine
Mutter 4 aufgeschraubt ist.
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Die
Kolbenstange 2 ist zweiteilig aufgebaut, d.h. aus einem
ersten Kolbenstangenabschnitt 9 und einem zweiten Kolbenstangenabschnitt 10.
Der zweite Kolbenstangenabschnitt 10 weist eine Sacklochbohrung 11,
in der ein zweites Dämpferelement 24 angeordnet
ist, auf. Das zweite Dämpferelement 24 umfasst
einen Schieber 12 und Federn 13, 14. Über die
Federn 13, 14 ist der Schieber 12 beidseitig
eingespannt und damit in einer Neutrallage positioniert. In dem
ersten Kolbenstangenabschnitt 9 ist eine Bypassbohrung 15 als
Längsbohrung
und in dem zweiten Kolbenstangenabschnitt 10 ist eine Bypassbohrung 16 als
Kombination aus Längs-
und Querbohrung eingebracht. Die zwei Kolbenstangenabschnitte 9, 10 sind über einen
Press- und Schweißvorgang gefügt, so dass
der Schieber 12 und die Federn 13, 14 in
der Sacklochbohrung 11 eingeschlossen sind und diese über die
Bypassbohrungen 15, 16 mit dem ersten und zweiten
Arbeitsraum 7,8 in Verbindung stehen.
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In
vorteilhafter Weise ist die Sacklochbohrung 11 in dem zweiten
Kolbenstangenabschnitt 10 so tief gebohrt, dass zur Montage
ein Zapfen 17 des ersten Kolbenstangenabschnitts 9 in
die Sacklochbohrung 11 einsteckbar ist, ohne von den Federn 13, 14 wieder
ausgeschoben zu werden. Damit sind die Federn 13, 14 und
der Schieber 12 in der Sacklochbohrung 11 gefangen
und anschließende
Montagevorgänge
sind vereinfacht. Über
eine Presspassung 18 sind der erste und zweite Kolbenstangenabschnitt 9, 10 exakt
zueinander positioniert. Über
einen nachfolgend angebrachte Schweißnaht 19 ist eine
feste Verbindung der Kolbenstangenabschnitt 9, 10 hergestellt.
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Der
Schieber 12 weist zwei Durchmesser 20 auf, auf
denen die Federn 13, 14 geführt sind. Ein Durchmesser 21 führt den
Schieber 12 in der Sacklochbohrung 11. Zwischen
dem Sacklochbohrungsdurchmesser und dem Schieberführungsdurchmesser 21 ist
Spiel vorgesehen, so dass ein Ringspalt 23 entsteht über den
ein definierter Hydraulikölstrom fließen kann.
Dieser Ringspalt ist größer, als
die Bohrungen 15 und 16 gewählt, damit die Abstimmung über die
Querbohrung im Kanal 16 erfolgen kann.
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In
einer modifizierten Ausführungsform
ist der Schieberführungsdurchmesser 21 in
der Sacklochbohrung 11 mit sehr wenig Spiel geführt. Um
einen Hydraulikstrom über
den Schieberführungsdurchmesser 21 sicher
zu stellen, sind an diesem Längsnuten
und/oder Abflachungen am Durchmesser vorgesehen.
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Stirnseitig
sind an dem Schieber 12 kegelförmige Dichtflächen 22 angeordnet.
Bei ausreichender Auslenkung des Schiebers 12 aus der Neutrallage verschließen diese
Dichtflächen 22 die
Bypassbohrungen 15, 16. Durch kegelige Dichtflächen 22 ist eine
zusätzliche
Zentrierung in den Bypassbohrungen 15, 16 erreicht.
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In
einer modifizierten Ausführungsform
sind aufgrund geringerer Kosten auch plane Dichtflächen 22 einsetzbar.
Um ein Klemmen des Schiebers 12 zu vermieden ist dabei
auf eine ausreichende Führung über den
Schierberführungsdurchmesser 21 und
die Federn 13, 14 zu achten.
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Bei
kleinen Relativbewegungen des Kolbens 3 zu dem Dämpfergehäuse 1,
sprich bei kleinen Amplituden, fließt das Hydrauliköl von dem
ersten in den zweiten Arbeitsraum 7, 8 und umgekehrt über die
Bypassbohrungen 15, 16, die Sacklochbohrung 11 und den
Ringspalt 23. Damit ist eine kleine Dämpfung erreichbar, die über die
Bypassbohrungen 15, 16 und über den Ringspaltquerschnitt 23 abstimmbar
ist.
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Mit
zunehmenden Amplituden ist der Schieber 12 aufgrund des
Druckunterschiedes vor und nach dem Ringspalt 23 ausgelenkt.
Bei ausreichender großen
Amplituden und Radeinfedergeschwindigkeiten, führt der Druckunterschied zu
einem einseitigen Anliegen des Schiebers 12, wodurch eine der
Bypassbohrungen 15, 16 verschlossen ist. Damit ist
eine Strömung
des Hydrauliköls über die
Bypassbohrungen 15, 16 unterbunden und das Hydrauliköl strömt über die
Plattenventile 5, 6 des Kolbens 3. Die Dämpfung ist
nun ausschließlich
von den Plattenventilen 5, 6 bestimmt und vorzugsweise
deutlich größer. Somit
ist mit der Dämpfungsvorrichtung
eine zweistufige Dämpferkennlinie
darstellbar. Über
die Steifigkeiten der Federn 13, 14, Variation
von Schieberweg und Veränderung
von Strömungsquerschnitten
ist die Lage des Umschaltpunktes von einer weichen auf eine härtere Dämpfercharakteristik
und das Verhalten im Übergangsbereich
in Abhängigkeit
der Amplituden und Kolbengeschwindigkeit einstellbar.
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In 2 ist
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
dargestellt. Der Schieber ist zwischen den Federn 13, 14 eingespannt,
die auf einem Federführungsdurchmesser 20 geführt und
jeweils an dem ersten und zweiten Führungsdurchmesser 28, 29 abgestützt sind.
Zwischen dem ersten und zweiten Führungsdurchmesser 28, 29 ist
eine umlaufendende Nut 31 angeordnet. Die an den Führungsdurchmessern 28, 29 links und
rechts der Nut 31 entstehende Kanten sind als Steuerkanten 25, 26 vorgesehen.
In dem aus dem Federführungsdurchmesser 20 und
dem zweiten Führungsdurchmesser 29 begrenzten
Zylinderring sind mit Arbeitsmedium durchströmbare Bohrungen 30 angeordnet.
Beispielsweise sind in dem Zylinderring 32 vier um 90° versetzte
Bohrungen 30 angeordnet. Die Führungsdurchmesser 28, 29 sind
vorzugsweise so gewählt,
dass zu dem Durchmesser der Sacklochbohrung 11 nur sehr
wenig Spiel auftritt. Damit ist eine geringe Leckage von Arbeitsmedium über die
Führungsdurchmesser 28, 29 zu
gewährleisten. Der
Schieber 12 weist eine durchgehende Längsbohrung 27 auf.
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Bei
kleinen Relativbewegungen des Kolbens 3 zu dem Dämpfergehäuse 1,
fließt
das Hydrauliköl von
dem ersten in den zweiten Arbeitsraum 7, 8 und umgekehrt über die
Bypassbohrung 15 in die Sacklochbohrung 11, über die
Längsbohrung 27 zu
den Bohrungen 30 und von dort über die Nut 31 zu
der Bypassbohrung 16. Damit ist eine kleine Dämpfung erreichbar,
die über
die Bypassbohrungen 15, 16 sowie die Bohrungen 30 abstimmbar
sind.
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Bei
größeren Amplituden
des Kolbens 3 ist der Schieber 12 aufgrund des
Druckunterschiedes in den Arbeitsräumen 7, 8 ausgelenkt.
Der Schieber 12 bewegt sich axial in der Sacklochbohrung 11,
so dass sich je nach Bewegungsrichtung des Kolbens 3 die Steuerkante 25 oder
die Steuerkante 26 über
die Bypassbohrung 16 schiebt. Sobald die Bypassbohrung 16 von
einem Führungsdurchmesser 28, 29 vollständig überdeckt
ist, ist diese verschlossen. Das Verschließen über die Steuerkante erfolgt
in vorteilhafter Weise nicht schlagartig, so dass ein weicher Übergang
zwischen den Kennlinien dargestellt ist.
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Die
in 2 dargestellt Ausführung hat den Vorteil, dass
der Bypasskanal nicht oberhalb der Sacklochbohrung 11 sondern
schiebermittig in den zweiten Arbeitsraum mündet. Durch die gezeigte Anordnung
des zweiten Dämpferelementes 24 ist
der maximal mögliche
Dämpferweg
nur geringfügig
vermindert. Einer Reduzierung des maximalen Dämpferweges wirkt zudem die
kurze Presspassung 18 entgegen, da dadurch die Bypassbohrung 16 weiter in
Richtung Kolben 3 wandert.
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In
einer modifizierten Ausführungsform
ist durch verschiedene Steifigkeiten der Federn 13, 14 beim
Ein- und Ausfedern ein unterschiedliches Dämpferverhalten erzielbar. Durch
Abstimmung der Federn 13, 14, die an Vorder- und
Hinterachse durchaus eine unterschiedliche Federcharakteristik aufweisen
können,
ist ein optimales Fahrverhalten erzielbar.
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Über den
Einsatz von Federn 13, 14 mit progressiver oder
degressiver Steigung sind weiter Abstimmungsmöglichkeiten gegeben.