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Hydropneumatischer Einrohrstoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf einen insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmten
hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfer mit geringer federnder Rückwirkung, der aus
einem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Zylinder besteht, in dem ein ventilgesteuerter
Dämpfungskolben verschieblich ist und der am kolbenstangenfernen Ende einen durch
einen Trennkolben abgeteilten Ausgleichsraum für das eintauchende Kolbenstangenvolumen
sowie einen zusätzlichen Druckgasraum mit verschieblichem Trennkolben aufweist,
der in der ausgefahrenen Dämpfungskolbenstellung durch den höheren Gasdruck im Druckgasraum
in einer Anschlagstellung gehalten wird.
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Bei einem bekannten hydropneumatischen Stoßdämpfer obiger Art ist
der zusätzliche Druckgasraum mit seinem zugehörigen Trennkolben in der hohl ausgebildeten
Kolbenstange untergebracht. Mit der zusätzlichen Anordnung des Druckgasraumes wird
hier der Zweck verfolgt, den nutzbaren Hub des Dämpfungskolbens zu vergrößern, indem
die Nachgiebig" keit des das eintauchende Kolbenstangenvolumen ausgleichenden herkömmlichen
Druckgas- bzw. Ausgleichsraumes durch Zuschalten des zusätzlichen Druckgasraumes
entsprechend vergrößert wird. Dabei ist wesentlich, daß der Druck des im zusätzlichen
Druckgasraum untergebrachten Gases praktisch nur in der ausgefahrenen Dämpfungskolbenstellung
grö-
ßer als im Ausgleichsraum ist, nämlich nur um so viel größer, daß in
der mittleren, also normalen Arbeitsstellung des Dämpfungskolbens Druckgleichheit
in dem Druckgasraum und in dem Ausgleichsraum besteht, so daß also hier der zusätzliche
Gasdruckraum bei der normalen Dämpferarbeit wirksam ist.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydropneumatischen
Einrohrstoßdämpfer zu schaffen, der so ausgebildet ist, daß er während der normalerweise
vorkommenden Fahrstöße und der ihnen entsprechenden Kolbenbewegungen keine wesentliche
federnde Rückwirkung hat, also nur einen Schwingungsdämpfer zur Unterstützung der
Fahrzeugfeder darstellt, welcher jedoch in einem genau festzulegenden Bereich einen
zusätzlichen pneumatischen Anschlag aufweist, der in der Lage ist, den durch die
herkömmliche Fahrzeugfeder erreichten Beitrag zur Fahrzeugabfederung wesentlich
zu überschreiten. Das wird, ausgehend von dem hydropneumatischen Stoßdämpfer der
eingangs beschriebenen Art, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der zusätzliche
Druckgasraum zwischen dem Ausgleichsraum und dem kolbenstangenfemen Zy-
linderende
angeordnet und mit so viel höherem Gasdruck gefüllt ist, daß sein Trennkolben erst
am Ende der Einfahrbewegung des Dämpfungskolbens durch einen an dem Trennkolben
des Ausgleichsraumes vorgesehenen Mitnehmer beaufschlagt wird. Auf diese Weise kommt
man zu einem hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfer, der bei normaler Fahrbeansprachung
in der herkömmlichen Weise arbeitet, also nur eine geringe, durch sein im Ausgleichsraum
befindliches Gasdruckpolster hervorgerufene federnde Rückwirkung hat, mithin auch
nicht die unerwünschte Therrnometerwirkung von Gasfedem oder Federbeinen aufweist,
der jedoch gegen Ende des Kolbeneinfahrhube#s durch genau festzulegenden, Einsatz
seines als pneumatischer Endanschlag wirkenden Hochdruckgaspolsters die Wirkung
der parallel geschalteten Fahrzeugfedem in diesem endseitigen Stoß- bzw. Hubbereich
wesentlich unterstützt, mithin größere Fahrstöße besser abzufangen in der Lage ist
als die herkömmlich ausgebildeten hydropneumatischen Stoßdämpfer. Dabei ist wesentlich,
daß der pneumatische Endanschlag jeweils nach Überschreiten eines ganz bestimmten
Kolbeneinfahrhubes anspricht, also auch unabhängig davon, ob der dem zu-
sätzlichen
Druckgasraum vorgeschaltete Ausgleichsraum mit mehr oder weniger hohem Luftdruck
gefüllt ist. Das ist deswegen der Fall, weil bei überschreiten eines bestimmten
Einfahrweges des Dämpfungskolbens der am Trennkolben des Ausgleichsraumes vorgesehene
Mitnehmer, der beispielsweise
als Ringflansch oder Zapfen ausgebildet
sein kann, sich auf dem Trennkolben des Hochdruckgasraumes aufsetzt, mithin die
Hochdruckkammer erst dann wirksam werden läßt. Der Einsatzpunkt für das Ansprechen
des Hochdruckgaspolsters hegt also eindeutig fest. Er ist nicht nur von der Gasdruckhöhe
im Ausgleichsraurn, sondern auch von der ölfüllung in der Arbeitskammer bzw. deren
Arbeitstemperatur unabhängig. Dadurch wird eine größtmögliche Betriebssicherheit
bei vergleichsweise einfachem Aufbau des hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfers
gewährleistet.
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Zum Stand der Technik ist noch zu erwähnen, daß es bei hydropneumatischen
Federungen bekannt ist, im Federungszylinder zwei hintereinanderliegende Druckgasräume
anzuordnen, deren einer von einem auf der Dämpfungsflüssigkeit frei schwimmenden,
kissenartigen Hohlkolben umschlossen wird, der über einen flexiblen Schlauch mit
einer darüberliegenden Ventilkammer in Verbindung steht. Diese Druckgasräume sind
aber lediglich dazu bestimmt, das eintauchende Kolbenstangenvolumen auszugleichen,
und im übrigen so ausgebildet, daß sie die Federkennlinie flacher gestalten sollen.
Im Gegensatz hierzu bewirkt aber der beim Erfindungsgegenstand zusätzlich vorhandene
Hochdruckgasraum gerade einen gezcre , n Ende der Kolbeneinfahrbewegung außerordent
]ich starken Anstieg der Federkennung im Sinne des angestrebten pneumatischen Endanschlages.
Als besonders zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, wenn der Gasdruck im Ausgleichsraum
etwa 20 bis 40 atü und im Hochdruckga#sraum etwa 100 atü beträgt und wenn
der am Trennkolben des Ausgleichsraumes befindliche Mitnehmer so lang ist, daß er
etwa während des letzten Viertels der insgesamt mög-
lichen Einfahrbewegung
des Dämpfungskolbens wirksam wird.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei
zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform des neuen hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfers
in axialem Längsschnitt, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform für den hinter dem
Ausgleichsraum angeordneten Druckgasraum und Fig. 3 das Federdiagramm einer
aus einer herkönimlichen Fahrzeugfeder und einem dazu parallel geschalteten, hydropneumatischen
Stoßdämpfer gemäß der Erfindung bestehenden Fahrzeugaufhängung.
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Der in Fig. 1 abgebildete hydropneumatische Einrohrstoßdämpfer
besteht im wesentlichen aus dem Zylindergehäuse 1 und dem darin hin- und
herbeweglichen Dämpferkolben 2, dessen verhältnismäßig dünn bemessene Kolbenstange
3 durch eine mehrschichtige Dichtung 4 und einen Abschlußdeckel
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an einem Stimende des Zylinders 1 hindurchgeführt ist. An ihrem freien
Ende trägt die Kolbenstange 3
ein Befestigungsauge 6 zum Anschließen
eines am Fahrgestell gelenkig gelagerten Halteorgans. An seinem anderen Ende ist
das Zylindergehäuse 1 mit einem Befestigungsauge 7 versehen, das zum
Anschluß der über Blatt- oder Schraubendruckfedern oder ähnlicher Federungsmittel
federnd am Fahrgestell abgestützten Radachse dient. Ein im Zylindergehäuse
1 befindlicher Trennkolben 8 unterteilt das Zylinderinnere in zwei
Teilkammerräume 9 und 10,
von denen ersterer mit Dämpfungsflüssigkeit
und letzterer mit einem Druckgas von etwa 20 bis 40 atü ge-
füllt ist. Der
Druckgasraum 10 dient zum Ausgleich des durch das mehr oder weniger weite
Einfahren der Kolbenstange 3 verdrängten Flüssigkeitsvolumens sowie zur Unterdrückung
der sonst im Flüssigkeitsraum während der Kolbenbewegungen auftretenden Hohlraumbildung.
Im Dämpfungskolben 2 sind Drosselöffnungen 11 vorgesehen, die durch die Ventilfederscheiben
12 und 13 mehr oder weniger weit abgedeckt sind und dadurch die gewünschte
Dämpfungswirkung während des normalen Fahrbetriebes hervorrufen.
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Hinter dem Ausgleichsraurn 10 ist ein mit wesentlich höherem
Gasdruck von beispielsweise 100 atü gefüllter Hochdruckraum 14 vorgesehen,
der durch einen mit einer Dichtungsmanschette 15 versehenen Dichtkolben
15' gegenüber dem Ausgleichsraum 10
abgetrennt ist. Der Dichtungskolben
15' wird durch den im Hochdruckraum 14 herrschenden Druck gegen den in eine
Ringnut im Zylindergehäuse 1 eingesetzten Begrenzungsring, 16, z.
B. einen federnden Sicherungsring gedrückt, an dem er normalerweise, also während
der üblichen Hubbewegungen des Dämpfungskolbens 2, anliegL An der dem Ausgleichsraum
10 zugekehrten Seite ist der Trennkolben 8 mit einem vorspringenden
Nfitnehmer 17 versehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Ringflansch
ausgebildet ist. Dieser Ringflansch 17
stößt nach hinreichend weiter Einfahrbewegung
der Kolbenstange 3, also nach einem bestimmten Kolbeneinfahrhub, gegen den
Trennkolben 15' und verschiebt daher letzteren bei der weiteren Einfahrbewegung
der Kolbenstange 3 gegen den Hochdruckraum 14. Das in letzterem eingeschlossene
Gashochdruckpolst-er wird dadurch zusammengepreßt, wodurch nunmehr eine starke federnde
Rückwirkung auf die Kolbenstange 3 ausgeübt, mithin ein progressiver Anstieg
der Federcharakteristik der Fahrzeugaufhängung erreicht wird. Dabei sind die in
den Kammern 10 und 14 herrschenden Gasdrücke sowie die Länge des vorspringenden
Nfitnehmers 17 am Trennkolben 8 und der Querschnitt der Kolbenstange
3 im Vergleich zum Zylinderquerschnitt so bemessen und aufeinander abgestimmt,
daß der Mitnehmer 17 dann auf den den Hochdruckraum 14 abdichtenden Trennkolben
15' trifft, wenn der Dämpfungskolben 2 etwa noch ein Viertel des Weges seiner
insgesamt möglichen Einfahrbewegung zurücklegen kann.
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Bei dem in Fig. 2 in Teilansicht dargestellten hydropneumatischen
Stoßdämpfer ist der Hochdruckraum 14' sowie der ihn abdichtende Trennkolben
15"
mit dem ortsfesten Begrenzungsanschlag 16' in einer am Zylinderende
l' befindlichen Bohrung 22 untergebracht, die einen kleineren Querschnitt
als der Ausgleichsraum 9 bzw. der letzteren abdichtende Trennkolben
8 hat. Der an dem Trennkolben 8 befindliche Mitnehmer 17' ist
hier zapfenförmig ausgebildet. In diesem Fall ergibt sich gegenüber der Ausführung
nach Fig. 1 ein geringerer Anstieg der von dem Hochdruckraum 14' und des
in ihm befindlichen hochgespannten Gases hervorgerufenen Federrückwirkung in Abhängigkeit
vom Kolbeneinfahrhub.
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In Fig. 3 sind die diesbezüglichen Federcharakteristiken der
aus einer herkömmlichen Fahrzeugfeder und einem dazu parallel geschalteten, erfindungsgemäß
ausgebildeten hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfer bestehenden Fahrzeugaufhängung
darLyestellt. Darin bezeichnet a den insgesamt möglichen Federweg der Fahrzeugaufhängung
bzw. den maximalen
Einfahrhub des Stoßdämpferkolbens, während x
den Kolbeneinfahrhub bzw. die Federweglänge bezeichnet, nach deren überschreiten
das im Hochdruckraum 14 eingeschlossene, hochgespannte Druckgas wirksam wird. Der
dadurch hervorgerufene starke Anstieg der Federkraft P ist durch die Kurven 20 und
21 veranschaulicht, wobei die gestrichelt eingezeichnete Kurve 20 dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 21 und die strichpunktiert eingezeichnete Kurve 21 dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 zugeordnet ist.