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Kolben für hydraulische Stoßdämpferzylinder Die Erfindung bezieht
sich auf einen für hydraudraulische Stoßdämpferzylinder bestimmten Kolben, der mit
zwei in ihm angeordneten, je für eine Kolbenhubrichtung bestimmten Gruppen von axial
verlaufenden Flüssigkeitsdurchtrittskanälen versehen ist, von denen jede Gruppe
austrittsseitig mindestens durch eine an ihrem inneren Durchmesser fest am Kolben
eingespannte Ringfederscheibe abgedeckt ist. Derart ausgebildete Stoßdämpfer werden
bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, dazu benutzt, die beim Fahren auf
unebener Bahn auftretenden Stöße der Räder nur gedämpft auf das Fahrgestell des
Fahrzeuges gelangen zu lassen. Bei dem Entwurf solcher Stoßdämpfer sucht man möglichst
eine lineare Abhängigkeit des Stoßdämpferwiderstandes von der Geschwindigkeit, mit
der der Kolben in dem Stoßdämpferzylinder bewegt wird, zu erreichen.
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Bei den bekannten hydraulischen Stoßdämpfern obiger Art sind die Flüssigkeitsdurchtrittskanäle
gruppenweise auf zwei verschiedenen Lochkreisen konzentrisch zur Kolbenachse angeordnet,
und zwar so, daß sie die Ringfederscheiben praktisch in deren voller Ausdehnung
beaufschlagen. In der Ruhestellung des Stoßdämpferkolbens liegen die Ringfederscheiben
beider Gruppen von Flüssigkeitsdurchtrittskanälen auf ihren Ventilsitzen im Kolben
flüssigkeitsdicht auf. Beide der vorerwähnten Maßnahmen tragen dazu bei, daß hier
die Dämpfungswiderstands-Kolbengeschwindigkeits-Kurve von dem gewünschten geradlinigen
Verlauf erheblich abweicht, insbesondere schon bei kleinen Kolbengeschwindigkeiten
einen verhältnismäßig raschen Dämpfungs-Widerstandsanstieg liefert, der bei größeren
Kolbengeschwindigkeiten nur noch vergleichsweise gering zunimmt. Letzteres ist auch
der Fall bei bekannten Stoßdämpferkolben, die mit im begrenzten Umfang axial frei
beweglichen Ventilringscheiben für die Flüssigkeitsdurchtrittskanäle ausgerüstet
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für Stoßdämpferzylinder
zu schaffen, der einen möglichst linearen bzw. ausgeglichenen Verlauf der Dämpfungswiderstands-Kolbengeschwindigkeits-Kurve
ergibt. Das wird, ausgehend von der eingangs erwähnten Kolbenbauart, erfindungsgemäß
durch die Vereinigung der folgenden, jeweils für sich bekannten Merkmale erreicht:
a) Sämtliche Durchtrittskanäle beider Gruppen sind auf demselben Lochkreis konzentrisch
zur Kolbenachse angeordnet; b) der Außendurchmesser der Ringfederscheiben ist auf
den Lochkreisdurchmesser der Kanäle derart abgestimmt, daß die Abdeckung der Austrittsöffnungen
der Kanäle nur durch den äußersten Randbereich der Ringfederscheiben erfolgt; c)
die Ringfederscheiben decken auch in ihrer Rückschlagstellung die Austrittsöffnungen
der Kanäle zwecks ständiger -Offenhaltung eines Drosseldurchlasses nur teilweise
dichtend ab.
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Diese drei Merkmale ergeben in ihrer Vereinigung eine einfache, übersichtliche
und wirksame Lösung des obenerwähnten Problems. Die konzentrische Anordnung der
Durchtrttskanäle auf einem gemeinsamen Lochkreis sowie deren Lage im äußeren Randbereich
der sie abdeckenden Ringfederscheiben stellen sicher,. daß die COffnungskraft nur
an ihrem Außenumfang, also auf großem Hebelarm, angreift, die Federscheiben sich
also bereits bei verhältnismäßig kleinen Kolbengeschwindigkeiten von den die Austrittsöffnungen
der Kanäle begrenzenden Ventilsitzen abheben können, der Dämpfer dabei also einen
relativ geringen Dämpfungswiderstand besitzt. In der gleichen Richtung wirkt auch
die Maßnahme, daß die Ringfederscheiben in ihrer Rückschlagstellung die Kanalaustrittsöffnungen
zwecks ständiger Offenhaltung eines Drosseldurchlasses nur teilweise dichtend abdecken.
Demgegenüber ist aber bei größeren
Kolbengeschwindigkeiten infolge
des dann gunCllmenden Biegewiderstandes der mittig fest gingespannten Ringfederscheiben
die Zunahme des Dämpfungswiderstandes relativ groß.
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Wie schon erwähnt, ist die Anordnung Jer Durch= trittskanäle beider
Gruppen auf einem gemeinsamen Lochkreis von Stoßdämpferkolben an sich bekanntgewesen.
Dabei handelt es sich aber um Dämpferkolben, die mit in begrenztem Umfang axial
frei beweglich angeordneten, also nicht fest eingespannten Ventilringplatten versehen
sind, die durch besondere Federungselemente gegen die Ventilsitzflächen an die Austrittsstellen
der Durchtrittskanäle gedrückt werden. Bei solchen Dämpfungskolben ist es auch bekannt,
die Ventilringplatten zwecks ständiger Offenhaltung eines Drosseldurchlasses mit
Voröffnungen in Gestalt kleiner Ausschnitte am Innenumfang zu versehen. All diesen
Kolbenausbildungen ist aber der Nachteil gemeinsam, daß infolge der axialen beweglichen
Anordnung der Ventilringplatten der Dämpfungswiderstand bei größeren Kolbengeschwindigkeiten
zu langsam zunimmt, hier also das geforderte lineare Dämpfungs-Geschwindigkeits-Gesetz
nicht erfüllt.
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Wie weiter gefunden wurde, ist es von Vorteil, wenn die mit ihrer
inneren Kante im Kolben eingespannten Ringfederscheiben in sich vorspannungsfrei
sind, weil sich dann die Ringfederscheiben um so leichter von den Austrittsöffnungen
der Durchtrittskanäle abheben, mithin im Bereich kleiner Kolbengeschwindigkeiten
die Dämpfungswiderstandszunahme relativ gering ist. In der gleichen Richtung wirkt
es sich aus, wenn der Außendurchmesser der Ringfederscheiben kleiner ist als der
Durchmesser des die Austrittsöffnungen der Kanäle umschließenden Hüllkreises.
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Schließlich ist es zweckmäßig, wenn zum austrittsseitigen Abschluß
jeder Gruppe von Durchtrittskanälen ein aus mehreren sich im Durchmesser von der
Dichtungsebene abgestuft verkleinernden Ringfederscheiben bestehender Scheibensatz
vorgesehen ist.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Charakteristik eines bekannten Stoßdämpfers der
eingangs erwähnten Bauart; Fig. 2 stellt einen Schnitt durch einen das Austrittsende
einer Durchtrittskanalöffnung bildenden kreisförmigen Krater dar, wie er beim erfindungsgemäßen
Kolben verwendet werden kann; in Fig.3 ist eine die Durchtrittskanalöffnung nicht
ganz überdeckende Ringfederscheibe in Ansicht .dargestellt; Fig.4 gibt einen Schnitt
durch einen mit .einer Abschrägung ausgeführten Krater mit im Abstand darüber angeordneter
Ringfederscheibe wieder; Fig. 5 zeigt eine Ansicht des Kraters nach Fig. 4; Fig.
6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel :des neuen Stoßdämpferkolbens im Schnitt,
während Fig. 7 eine Draufsicht auf den Kolben nach Fig. ,i wiedergibt.
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In Fig. 1 ist eine Charakteristik A eines bekannten Stoßdämpfers dargestellt.
Die Kurve A stellt die Abhängigkeit des Widerstandes B, den, der Kolben des Stoßdämpfers
seiner Bewegung entgegensetzt, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V, mit der
er bewegt wird, dar. Die strichpunktiert eingezeichnete Linie B gibt -die ideale
lineare Dämpfungswiderstands-Kolbengeschwindigkeits-Kurve wieder: Wie die Zeichnung
zeigt, weist die Kurve A zwei Teile a und b auf, die verhältnismäßig
stark von der idealen Charakteristik B abweichen. Der Teil a ergibt
sich dadurch, daß für das öffnen des Rückschlagventils bis auf einen für. den pgrchtritt
der Flüssigkeit erforderlichen Spalt bei kleinen Kolbengeschwindigkeiten eine verhältnismäßig
große Kraft erforderlich ist. Der Teilb ergibt sich dadurch, daß bei großen Kolbengeschwindigkeiten
der wirksame Öffnungsquerschnitt der Durchtrittskanäle zu rasch zunimmt, mithin
der Dämpfungswiderstand zu schwach anwächst.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auflagefläche
für die Ringfederscheibe durch den Rand 4 eines kreisförmigen Kraters 5 gebildet,
der eine konische Außenfläche 3 aufweist. Der Rand 4 ist möglichst schmal ausgeführt
und weist eine Breitee auf, die unter Berücksichtigung der Festigkeit des Kolbenmetalls
gewählt ist. Wenn der Kolben 2 aus Leichtmetall gefertigt ist und eine Ringfederseheibe
aus Stahl benutzt wird, genügt für die Breite des Randes e bei einem Durchmesser
des Durchtrittskanals 1 von 7 mm ein Wert von etwa 0,3 bis 1,0 mm. Das Profil des
Kraterrandes kann auch mit anderer Form gewählt werden, als in Fig.2 dargestellt.
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In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel für einen ständig .offenen Drosseldurchlaß
dargestellt. In diesem Fall hat die Ringfederscheibe einen solchen Durchmesser oder
eine solche Forma, daß ein Teil des Durchtrittskanals durch sie nicht bedeckt ist,
also als permanenter Durchlaß 8 wirkt.
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Wie in Fig.4 und 6 .dargestellt ist, kann die Ringfederscheibe 9 auch
so angeordnet werden, daß sie sich in ihrer Ruhelage in geringere Abstand von ihrer
Auflagefläche befindet. Dieser Abstand braucht nur wenige Zehntelmillimeter zu betragen,
um den ständig offenen Drosseldurchlaß zu erzielen. Der permanente Durchlaß kann
rauch, wie dies in Fig. 4 und 5 veranschaulicht ist, dadurch gebildet werden, daß
der Krater mit einer Abschrägung entsprechend der durch die Linie x-x .angedeuteten
Fläche ausgeführt wird. Auf diese Weise wird ein permanenter Durchlaß für die Flüssigkeit
geschaffen, der das Durchströmen .der Flüssigkeit in Richtung .des Pfeiles f ermöglicht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach :den Fig.6 und 7 ist auf das abgesetzte
Ende der Kolbenstange 12 .eines hydraulischen Stoßdämpferzylinders zunächst eine
Scheibe 13 aufgesetzt, die einen größeren Durchmesser als die Kolbenstange 12 aufweist.
Diese Scheibe .dient als Abstützung für drei Ringfederscheiben 9, 10, 11, deren
oberste als Ventilkörper für die bei der Abwärtsbewegung ,des Kolbens wirksamen
Rückschlagventile dient. Von :oben werden die drei Scheiben 9 bis 11 durch den Kolben
14 abgestützt, auf .den sodann. auch von oben her drei Ringfederscheib.en
9 bis 11 aufgelegt sind, die durch einen weiteren Ring 13 abgestützt sind. Sämtliche
auf den abgesetzten Teil der Kolbznstange 12 aufgeschobenen Teilwind durch eine
Mutter 15 untereinander verspannt und auf der Kolbenstange 12 gehalten.
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Der Kolben 14 weist für beide Durchlrittsrichtungen der Flüssigkeit
je zwei Durchtrittskanäle 1 bzw. 1' auf, die auf einem gemeinsamen Lochkreis, konzentrisch
zur Kolbenachse paarweise um 180° versetzt, unter einem Winkel von 90° zueinander
angeordnet sind. Ferner sind auf den beiden Kolbenseiten Kreuzbalken 16 axial gegeneinander
verseht angeordnet, die um 90° zueinander verdreht liegen
und je
zwei Krater 3 mit Durchtrittskanälen 1 bzw. 1' aufweisen, deren Kanten die vorspannungsfreien
Ringfederscheiben 9 ganz oder teilweise überdecken. In ihrem freien Teil werden
die Ringfederblechscheiben 9 bis 11 durch neben den für die entgegengesetzte Strömungsrichtung
dienenden Durchtrittskanälen 1 bzw. 1' am Kolben 14 angeordnete Anschläge
17 abgestützt, so daß sie sich auch bei großen Kolbengeschwindigkeiten und
dementsprechend starken Schließdrücken nicht zu stark durchbiegen können. Ein Brechen
der Ringfederscheiben infolge zu starker Biegung ist daher ausgeschlossen.