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Vorrichtung zum Kühlen von Schwingungsdämpfern Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von Schwingungsdämpfern, die vorzugsweise hydraulisch
arbeitet.
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Es ist bekannt, daß hydraulische Schwingungsdämpfer, die mit hohem
Druckbereich betrieben werden, bessere Dämpfungseigenschaften aufweisen, jedoch
entsteht bei diesen Dämpfern ein größerer Wärmeanfall.
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Die Temperatur des hydraulischen Mediums spielt aber für die Lebensdauer
und die gleichbleibende Funktionstüchtigkeit eine wesentliche Rolle. Große Temperaturerhöhungen
führen zu vermehrter Kavitation der hydraulischen Flüssigkeit beim Durchgang durch
Düsen und Ventile unter Druckabfall. Die Kavitation wiederum ergibt eine mit Dampfblasen
durchsetzte Emulsion, die zu stark veränderten Dämpfungswerten führt, so daß die
Funktion eines Schwingungsdämpfers bis zum Versagen beeinträchtigt werden kann.
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Temperaturerhöhungen zeitigen auch einen wesentlich schnelleren Verschleiß
der hydraulischen Flüssigkeit, indem sie die Oxydation derselben beschleunigen,
insbesondere bei Verwendung von Hydraulikölen.
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Mit der Temperatur des hydraulischen Mediums schwankt weiterhin auch
dessen Dichte und Viskosität sehr stark, insbesondere bei zäheren ölen mit niedrigem
Stockpunkt, die aber vorteilhaft verwendet werden könnten, weil sie an den Dichtstellen
keine so hohen Fertigungstoleranzen bedingen, weniger zur Kavitation neigen und
auch durch Schütteln nicht so schnell mit Gasen emulgieren. Zähere öle erlauben
außerdem Ventilkonstruktionen mit kleinerem »hydraulischem Radius« (Reynoldszahl
ist günstiger).
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Durch starke Temperaturabhängigkeit der Viskosität und Dichte hydraulischer
Flüssigkeiten schwanken jedoch die eingestellten Dämpfungswerte eines hydraulischen
Dämpfers ebenfalls und können bei stärkerer Beanspruchung bis auf etwa 5011/o der
beabsichtigten Dämpfungswerte abfallen.
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Durch den starken Wärmeabfall, der bei der Leistungsvernichtung der
hydraulischen Schwingungsdämpfer entsteht, wird außerdem die Lebensdauer der mechanischen
Mittel verkürzt, insbesondere von Dichtunaselementen und Ventilfedern.
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Bei vielen bekanntgewordenen Fällen handelt es sich meistens um die
Anwendung der üblichen Kühlmethoden init Kühlmantel, Kühlkreislauf, Pumpe, Kühleraggregat
usw. Eine solche Anordnung bei Fahrzeugen und insbesondere bei Ketten- und Geländefahrzeugen
ist aus Platz-, Aufwands- und Anfälligkeitsgründen unmöglich. Eine Aufgabe der Erfindung
ist es, eine ausreichende Kühlung innerhalb der Spitzenbelastung während eines im
Betrieb befindlichen Schwingungsdämpfers mit einfachen Mitteln zu erreichen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in dem Dämpfer getrennt
von dem Dämpfungsmittel eine Substanz untergebracht ist, die bei oder unterhalb
der maximalen Betriebstemperatur verdampft. Hierbei findet eine Kühlung nur eine
kurze Zeitspanne bei Betriebszuständen mit Spitzenbelastungen statt, die bekanntlich
nur kurze Dauer in der Praxis haben und niemals über längere Zeitspannen gefahren
werden.
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Es wurde beispielsweise in Versuchsreihen festgestellt, daß dem gekühlten
Dämpfer im Bereich von beispielsweise 93' C der kritischen Temperatur des
Kühlmittels Wärme von dem Kühlmittel zugeführt wird, während anschließende Temperatursteigerungen
weggekühlt werden. Im Bereich der Spitzentemperaturen wird eine ausreichende Kühlung
festgestellt. Es ist zu beachten, daß der gekühlte Dämpfer beispielsweise bis zu
20% mehr Dämpfungsenergie umsetzt. Die Kühlung findet so lange statt, bis die vorhandene
Substanz verdampft ist. Gerade dies genügt, um die in der Praxis auftretenden Betriebsspitzen
zu beherrschen. Da aber Betriebsspitzen in allen praktischen Fällen sich nur über
eine gewisse Zeitspanne erstrecken, so genügt es, die Substanzmenge so zu wählen,
daß die praktisch vorkommenden Betriebsspitzenlängen zu beherrschen sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Die Kolbenstange des Dämpfers besteht aus einem Rohr 1, in
das das Auge 2 und der Kolben 3 eingeschraubt sind, wobei das Auge 2 durch
eine Federung 4 gesichert und der Kolben 3 durch einen Dichtring
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gesichert und gedichtet wird. Der Kolben 3
schließt den Hohlraum
6 des Kolbenstangenrohres 1
hermetisch dicht ab. Es ist vorgesehen,
daß auch der Kolben 3, soweit es der zur Verfügung stehende Raum ermöglicht,
mit einer Höhlung 7 versehen wird.
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Vor Aufschrauben 2 wird in die Hohlräume 6
und 7 eine
chemische Substanz 8, insbesondere dem Kältemittel »Friaen« ähnliche Flüssigkeiten,
eingefüllt, so daß das gesamte Hohlraumvolumen zu einem Teil damit ausgefüllt ist.
Hiernach wird der gut gleitende und hermetisch dichtende Kolben 9 in den
Hohlraum 6 auf die Substanz 8 geschoben, so daß möglichst keine Luftblasen
mehr zwischen dem Kolben 9 und der Substanz 8 vorhanden sind. Damit
beim Einschieben des Kolbens 9 die verdrängte Luft ausströmen kann, hat der
Kolben 9 die Bohrung 9 a,
die später mittels der Schraube
9 b oder einem ähnlichen Mittel abgedichtet werden kann.
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Am oberen Ende der Kolbenstange 1 sind Bohrungen la so angebracht,
daß dieselben bei weitest emgeschobener Kolbenstange 1 nicht das Dichtmittel
10 der Kolbenstangenführung 11 verletzen können. über die Nuten lla
wird dafür gesorgt, daß der über dem Kolben 9 liegende Raum ständig mittels
der Bohrungen la mit der Außenatmosphäre in Verbindung bleibt.
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Die Substanz 8 ist ein Stoff, insbesondere eine Flüssigkeit,
die bei einer bestimmten Temperatur, z. B. bei etwa 401 C, verdampft und
dabei durch die benötigte Verdampfungswärme ihrer Umgebung größere Wärmemengen entzieht,
ohne selbst ihre Temperatur zu erhöhen.
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Wenn also durch Erwärinung der hydraulischen Flüssigkeit Kolben
3, Kolbenstange 1 und Substanz 8 die Verdampfungstemperatur
der Substanz 8
erreicht haben, so kühlt diese ihre Umgebung ab und ist bestrebt,
ihre Umgebung auf der Verdampfungstemperatur zu halten.
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Bei dem Kühlungsvorgang verdampft von der Substanz 8 immer
eine Menge, deren Verdampfung ,swärme der im Dämpfer angefallenen Temperaturerhöhungen
äquivalent ist.
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Durch die Verdampfung vergrößert die Substanz 8 ihre Volumen,
so daß ein Dampfdruck entsteht, der den Kolben 9 nach oben schiebt, gegen
die atmosphärische Belastung von außen, die in weiten Grenzen gleich bleibt. Wäre
die Substanz 8 in einem nicht veränderlichen Raum eingesperrt, so würde durch
die Verdampfung der Dampfdruck laufend steigen und die Kühlfähigkeit der Substanz
immer weiter sinken. Dieser negative Einfluß könnte zwar durch Verwendung größerer
Mengen der Substanz 8
ausgeglichen werden, aber da wenig Raum verfügbar ist,
wäre diese Methode nachteilig.
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Kühlen sich die hydraulische Flüssigkeit, die Kolbenstange
1, der Kolben 3 und die Substanz 8
unter die Verdampfungstemperatur
der Substanz 8
ab, so kondensiert die beim Kühlvorgang entstandene Dampfmenge
äquivalent der Temperaturabnahme. i Bei der Dampfkondensation wird Verdampfungswärme
frei, die ihrer Umgebung eine Temperaturerhöhung aufzwingt, so daß wiederum der
Gleichgewichtszustand bei der Verdampfungstemperatur der Substanz 8 angestrebt
wird. Beim Kondensationsvorgang gleicht der Kolben 9
die Volumenverringerung
der Substanz 8 aus, da die atmosphärische Belastung ihn gegen den aufkommenden
Unterdruck der Substanz 8 verschieben kann. Auf diese Weise werden wiederum
Störungen des Temperaturverlaufs vermieden. Der Kolben 9 kann auch gegen
eine Feder mit niedriger Federkonstante arbeiten.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mittel füh-
ren also dazu,
daß insbesondere hydraulische Dämpfer bei Spitzenbelastung auf einer vorher festgesetzten
Temperatur arbeiten, die den Verdampfungspunkt der Substanz 8 geringfügig
übersteigen und unterschreiten kann, so daß ein um den Verdampfungspunkt der Substanz
8 schwankender, wiederkehrender Temperaturverlauf entsteht. Die Größe der
Schwankung kann durch die Substanzmenge 8
und den über den Kolben
9 zugelassenen Dampfdruck reguliert werden, ebenso die mögliche Kühl-und
Erwärmungsdauer. Schwankungsgröße und Funktionsdauer des vorgeschlagenen Wärmeaustauschers
können zufriedenstellend herbeigeführt werden.
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Da die chemische Industrie Substanzen 8 für verschiedene Verdampfungstemperaturen
in einem weiten Bereich herstellt, besteht für die Festlegung der Betriebstemperatur
eines Schwingungsdämpfers reiche Auswahl.
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Da die Temperaturen beim Arbeiten eines hydraulischen Schwingungsdämpfers
vorwiegend in den Ventilen erzeugt werden, die zum großen Teil im Kolben
3 angebracht sind, schlägt der Erfindungsgedanke vor, den Kühlraum mit der
Substanz im Kolben 3 oder zum mindesten in der Nähe des Kolbens
3 in der Kolbenstange 1 anzuordnen. Durch die Anordnung ist der Wärmefluß
sehr kurz, und es entstehen keine zu großen Temperaturgefälle zwischen Kühlraum
und Umgebung.