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Die Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Einrohr-Schwingungsdämpfer,
insbesondere für Kraftfahrzeuge, der mit einem teilweise mit Dämpfungsflüssigkeit
und darüber befindlichem Druckgas gefüllten Arbeitszylinder, einem darin verschieblich
gelagerten, in die Dämpfungsflüssigkeit eintauchenden und mit dafür bestimmten Drosselöffnungen
versehenen Arbeitskolben mit Kolbenstanae sowie einem zwischen dem Arbeitskolben
und dem Druckgasraum unterhalb des Flüssigkeitsspiegels gelegenen Beruhigungselement
für die Dämpfungs flüssigkeit versehen ist, das im Arbeitszylinder fest eingebaut
und mit einer oder mehreren kleinen Durchlaßöffnungen versehen ist. Dem Beruhigungselement
fällt dabei die Aufgabe zu, die bei der Dämpferarbeit hervorgerufenen Flüssigkeitsbewegungen
von der zwischen der Flüssigkeit und dem darüber befindlichen Druckgas gelegenen
Berührungsfläche soweit wie möglich fernzuhalten, also entsprechend beruhigend auf
die Dämpfungsflüssigkeit einzuwirken, um auf diese Weise eine Schaumbildung zu unterdrücken,
die sich andernfalls in der Dämpfungsflüssigkeit rasch ausbreiten und dadurch die
Dämpfungsfunktion des Arbeitskolbens beeinträchtigen würde.
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Bei bekannten hydropneumatischen Schwingungsdämpfern obiger Art ist
das Beruhigungselement als starre Trennwand ausgebildet, deren Flüssigkeits-Durchlaßöffnungen
gegebenenfalls auch durch Ventile abgedeckt bzw. gesteuert werden können. Eine ausreichende
Flüssigkeits-Beruhigung kann damit aber nicht erzielt werden, weil an den Durchlaßöffnungen
der starren Trennwand immer noch Flüssigkeitsturbulenz auftritt, die bis zur Grenzfläche
des Druckgaspolsters reicht und hier entsprechende Schaumbildung hervorruft, zumal
dabei stets das gesamte durch die einfahrende Kolbenstange jeweils verdrängte Flüssigkeitsvolumen
die Durchlaßöffnungen in der festen Trennwand passieren muß.
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Weiterhin ist es auch nicht mehr neu, solche starren Trennwände oder
Prallplatten im Arbeitszylinder begrenzt axial verschieblich anzuordnen, wodurch
die die Durchlaßöffnungen in der beweglichen Prallplatte durchströmende Flüssigkeitsmenge
entsprechend reduziert werden kann. Dennoch lassen sich auch damit schaumbildende
Flüssigkeitsturbulenzen nicht ausreichend vermeiden, zumal die gleitverschiebliche
Anordnung solcher Trennplatten im Arbeitszylinder nicht nur einen entsprechenden
Mehraufwand bedingt, sondern 'gelegentlich auch zu Verkantungen der Trennplatten
führt, die daher im Arbeitszylinder klemmen können, mithin dann doch wieder entsprechend
stärkere Flüssigkeitsturbulenz hervorrufen. Außerdem führt die Masse der Trennplatte
dazu, daß dabei eine relativ große Druckdifferenz zwischen der Ober- und Unterseite
der Trennplatte auftritt, um sie in die durch das verdrängte Ölvolumen auftretende
schnelle Bewegung zu versetzen. Diese Druckdifferenz führt aber zu einer starken
Durchströmung der in der Trennplatte angeordneten Kanäle, die aus vorgenannten Gründen
in ihrem Querschnitt sehr groß sein müssen. Das hat wiederum zur Folge, daß auch
die von dem Arbeitskolben erzeugten Strömungsstrahlen durch diese öffnungen hindurchtreten
können und an die Oberfläche der Bremsflüssigkeit gelangen.
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Weiterhin ist es bei hydropneumatischen Einrohr-Schwingungsdämpfern
bekannt, zwischen der Dämp-C fungsflüssigkeit und dem darauf lastenden Druckgaspolster
abdichtende Trennorgane vorzusehen, z. B. in Form eines im Arbeitszylinder abdichtend
geführten Trennkolbens oder aber einer undurchlässigen Trennmembran. Dadurch kann
zwar die Grenzflächen-Schaumbildung zwischen der Dämpfungsflüssigkeit und dem Druckzasraum
1)raktisch unterbunden werden. Jedoch erfordert de; Einbau solcher abdichtenden
Trennorgane einen nicht unerheblichen Fertigungsaufwand. Weiterhin ist es dabei
von Nachteil, daß sich unterhalb des abdichtenden Trennorgans Gasblasen ansammeln
können, die von dem in der Dämpfungsflüssigkeit gelösten Gas herrühren, das bei
der Dämpferarbeit teilweise entbunden wird, mithin zu entsprechender Schaumbildung
führen kann. Diese Gefahr besteht besonders bei abdichtenden Trennmembranen, die
in aller Regel nicht vollständig gasundurchlässig sind, so daß es hier nach hinreichend
langer Betriebsdauer durchaus zu einer entsprechenden Ansammlung des durch die Trennwand
hindurch diffundierten Gases kommen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für Kraftfahrzeuge
bestimmten hydropneumatischen Einrohr-Schwingoungsdämpfer zu schaffen, der die vorerwähnten
Mängel nicht aufweist, vielmehr mit einem solchen Beruhigungselement versehen ist,
daß einerseits die während der Stoßdämpferarbeit auftretenden Flüssigkeitsturbulenzen
von der zwischen der Dämpfungsflüssigkeit und dem darauf lastenden Druckgaspolster
befindlichen Grenzfläche wirksam fernzuhalten erlaubt und andererseits die Ansammlung
von Gasblasen an seiner dem Arbeitskolben zugewandten Unterseite verhindert. Diese
vorerwähnte Aufgabe wird bei einem hy-
dropneumatischen Einrohr-Schwingungsdämpfer
der eingangs erwähnten Gattung, der also mit einem im Arbeitszylinder fest eingebauten
und eine oder mehrere kleine Durchlaßöffnungen aufweisenden Beruhigungselement versehen
ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Beruhigungselement in an sich bekannter
Weise aus einer nachgiebigen Membran besteht. Die vorteilhaft aus dünnwandigem Kunststoff
bestehende und nur eine Durchlaßöffnung in ihrem mittleren Bereich besitzende Membran,
die nicht nur flexibel, sondern auch dehnbar sein kann, ist in ihrer Flexibilität
vorzugsweise so beschaffen, daß sie sich den durch die jeweiligen Aus- und Einfahrbewegungen
der Kolbenstange verdrängten Flüssigkeitsvolumina voll anzupassen vermag,
d. h. entsprechende Auf- und Abbewegungen bzw. Durchwölbungen vollführt,
ohne daß eine nennenswerte Druckdifferenz beiderseits der Membran erforderlich ist,
so daß keine nennenswerte Flüssigkeitsmenge die in der Membran vorgesehene Durchlaßöffnung
bzw. -öffnungen passiert. Dadurch werden die entsprechenden Flüssigkeitsbewegungen
bzw. -strömungen bei der Stoßdämp,'erarbeit von der Membran gleichsam abgefangen,
d. h. eine entsprechende Beruhigung der Dämpferflüssigkeit über die volle
Breite des Arbeitszylinders erzielt, so daß die Flüssigkeits-Druckgas-Grenzfläche
dabei nur noch eine dem jeweils verdrängten Kolbenstangenvolumen entsprechend gleichmäßige
Auf- und Abbewegung vollführt, mithin bereits insoweit die Grenzflächenschaumbildung
verringert. Soweit sich dabei dennoch Grenzflächenschaum bilden sollte, kann dieser
die nachgiebige Trennwand nach unten in Richtung zu der den Arbeitskolben enthaltenden
Arbeitskammer nicht passieren. Von
großer Bedeutung ist dabei weiterhin,
daß die in der nachgiebigen Membran vorhandenen engen Durchlaßöffnungen im wesentlichen
nur die durch die während der Stoßdämpferarbeit auftretende Erwärmung der Dämpfungsflüssigkeit
aus den Arbeitskammern verdrängte Flüssigkeitsmenge hindurchlassen, so daß die nachgiebige
Membran unabhängig von der Temperatur der Dämpfungsflüssigkeit stets in ihrer normalen
Einbau- bzw. Einspannlage arbeiten kann, mithin entsprechend geringeren Beanspruchungen
durch die Dämpfungsflüssigkeit unterworfen ist. Als dritter wesentlicher Vorteil
kommt hinzu, daß die in der nachgiebigen Membran vorhandenen Durchlaßöffnungen die
Ansammlung von Gasblasen unterhalb der Membran verhindern, mithin sicherstellen,
daß auch insoweit keine Schaumbildung in der den Arbeitskolben enthaltenden Arbeitskammer
auftreten kann. Da schließlich die in der nachgiebigen Meinbran vorgesehenen Durchlaßöffnungen
sehr eng gehalten werden können und da die Membran die Hubbewegungen durch das verdrängte
Kolbenstangenvolumen mitmacht, genügt ein geringer Flüssigkeitsstand über der Membran,
um einen Schrägeinbau des Einrohr-Schwingungsdämpfers gewährleisten zu können. Die
in den engen Flüssigkeitsdurchlaßöffnungen herrschende Oberflächenspannung der Dämpfungsflüssigkeit
ist so groß, daß sie unter Berücksichtigung der natürlichen Auftriebstendenz freier
Gasblasen in der Dämpfungsflüssigkeit das Hindurchtreten des Druckgases aus dem
Druckgaspolsterraum in den Arbeitskammerraum entsprechend behindert. Ein solcher
hydropneumatischer Schwingungsdämpfer kann sogar in auf den Kopf gestellter Lage,
also mit unten liegendem Druckgaspolster, aufbewahrt werden, ohne daß dadurch
- jedenfalls bei ruhiger Lage des Dämpfers - Druckgas durch die in
der Membran vorhandenen Durchlaßöffnungen nach oben hindurchtritt. Selbst wenn das
aber der Fall sein sollte, so stört das nicht weiter, da das auf diese Weise in
die Arbeitskammer gelangte Druckgas in der Fahrzeug-Einbaustellung des Schwingungsdämpfers
wieder durch die Membran nach oben in den darübergelegenen Druckgasraum entweicht,
spätestens sobald der Dämpfer zu arbeiten beginnt.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
dargestellt. Dabei zeigt F i g. 1 den neuen Einrohr-Schwingungsdämpfer in
axialem Längsschnitt, während die F i g. 2 bis 8 unterschiedliche
Ausführungsformen des dabei zur Anwendung gelangenden Beruhigungsim elementes wiedergeben.
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Der in F i g. 1 dargestellte hydropneumatische Einrohr-Schwingungsdämpfer
ist insoweit von herkömmlicher Bauart, als- er einen Arbeitszylinder 1,
der
teilweise mit Druckgas 2 und Dämpfungsflüssigkeit (öl) 2' gefüllt ist, sowie
einen im Arbeitszylinder verschieblich gelagerten, in die Dämpfungsflüssigkeit 2'
eintauchenden Arbeitskolben 5 besitzt, der mit vorzugsweise ventilgesteuerten
Drosselöffnungen für die Dämpfungsflüssigkeit versehen und am inneren Ende der Kolbenstange
6 befestigt ist, die nach unten durch den abdichtenden Zylinderabschlußdeckel
20 herausgeführt ist. Die mit der Schutzhaube 21 versehene Kolbenstange
6 ist an ihrem unteren Ende mit einem Schraubzapfen 6' versehen, über
die sie mit der Radachse des Fahrzeuges verbunden werden kann, wohingegen der Arbeitszylinder
1 über den an seinem oberen Ende befindlichen Zapfen l' an dem Fahrzeugrahmen
in geeigneter Weise befestigt wird. Die zwischen dem Druckgaspolster 2 und der Dämpfungsflüssigkeit
2' vorhandene Berührungs-Grenzfläche ist mit 2" bezeichnet.
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Dicht unterhalb der Berührungs-Grenzfläche Z' ist die erfindungsgemäß
beschaffene nachgiebige Meinbran 3 mit der in ihrer Mitte gelegenen engen
Durchlaßöffnung 3' angeordnet. Die Membran ist mit ihrem Umfang Y' mittels
der Sprengringe 4 an der Innenwandung des Arbeitszylinders 1 befestigt. Die
vorzugsweise aus hinreichend nachgiebigem, dünnwandigem Kunststoff bestehende Membran
3 besitzt eine solche Flexibilität, daß sie den durch die jeweiligen Ein-
und Ausfahrbewegungen der Kolbenstange 6
hervorgerufenen Dämpfungsflüssigkeitsbewegungen
bzw. -verdrängungen zu folgen vermag, sich dabei also entsprechend weit nach oben
oder unten durchwölbt, ohne daß dabei eine nennenswerte Flüssigkeitsmenge durch
die enge Durchlaßöffnung3* hindurchtritt. Die Durchlaßöffnung 3' wird vielmehr
nur dann wirksam bzw. von Dämpfungsflüssigkeit in geringem Umfang durchströmt, wenn
sich während der Stoßdämpferarbeit die Temperatur in der Dämpfungsflüssigkeit 2'
erhöht, mithin letztere sich dabei entsprechend ausdehnt. Dadurch wird sichergestellt,
daß die nachgiebige Membran 3 ständig in ihrer normalen Einbaulage arbeitet,
bei der also ihre durch die raschen Ein- und Ausfahrbewegungen der Kolbenstange
6 und die dadurch bedingte Flüssigkeitsverdrängung hervorgerufenen Auf- bzw.
Durchwölbungen stets um ihre mittlere Einspannlage erfolgen. Dadurch kann die Beanspruchung
der Membran 3
auf ein Mindestmaß reduziert werden. Weiterhin stellt die in
der Membran 3 vorhandene enge Durchlaßöffnung 3' sicher, daß sich
unter ihr im Laufe der Stoßdämpferarbeit ansammelnde Gasblasen durch die öffnung
3' hindurch nach oben in den dort befindlichen Druckgasraum 2 entweichen
können, so daß der unterhalb der Membran 3 befindliche Arbeitskammerraum
gasblasenfrei bleibt, mithin der Arbeitskolben 5 stets in der kompakten Dämpfungsflüssig#
keit 2' zu arbeiten vermag. Die dabei während der jeweiligen Ausfahrbewegung der
Kolbenstange 6
oberhalb des Arbeitskolbens 5 durch dessen Drosselöffnungen
austretenden Flüssigkeitsstrahlen werden von der Membran 3 abgefangen, so
daß sie die Berührungs-Grenzfläche 2" nicht erreichen, mithin hier zu keiner entsprechenden
Emulsionswirkung Anlaß geben. Etwaiger sich dennoch an der Grenzfläche 2" bildender
Schaum wird durch die daruntergelegene nachgiebige Membran 3 vom Eintritt
in die den Arbeitskolben 5 enthaltende Arbeitskammer mit Sicherheit abgehalten.
Da die in der Membran vorhandene Durchlaßöffnung 3' lediglich für den durch
die Erwärmung des Schwingungsdämpfers hervorgerufenen, in der Zeiteinheit sehr geringen
Flüssigkeitsdurchtritt bestimmt ist und daher im Querschnitt sehr klein bemessen
werden kann, läßt sich der Schwingungsdämpfer wegen der in der.Durchlaßöfinung3'
herrschenden Oberflächenspannung der Dämpfungsflüssigkeit2' ohne weiteres auch in
entsprechenden Schrägstellungen einbauen. Wie die Praxis gezeigt hat, ist es sogar
möglich, den Dämpfer in auf den Kopf gestellter Lage, also mit nach oben austretender
Kolbenstange 6, ruhend zu lagern, ohne daß dann das unterhalb der- Membran
3 befindliche Druckgas 2 die enge Durchlaßöffnung 3' passiert. Selbst
wenn das der Fall sein sollte, etwa bei äußeren
Erschütterungen
des Dämpfers, ist das für dessen spätere Ingebrauchnahme insofern unerheblich, weil
das dann in den Arbeitskammerraum eingedrungene Druck-as in der normalen in F i
g. 1 dargestellten Einbaustellung des Schwingungsdämpfers durch die Durchlaßöffnung3'
der Membran3 wieder in den gelegenen Druckgasraum 2 zurückgelangt. darüberg -.
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Bei besonders großen Einfahrbewegungen der Kolbenstange
6 legt sich die nachgiebige Membran 3 auf die Kolbenstangenmutter
6" und gibt somit etwas nach, ohne daß dabei störende Geräusche auftreten.
Auch ist es ohne nennenswerten konstruktiven Aufwand möglich, in dem das Druckgaspolster
2 enthaltenden Ausgleichsraum einen Anschlagpuffer anzubringen.
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An Stelle der in F i g. 1 dargestellten, flach gespannten Membran
3 kann letztere auch von anderer Beschaffenheit und Gestalt sein. So zeigt
F i g. 2 eine etwa kapselförmig gestaltete nachgiebige Membran
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mit der engen, zentral angeordneten Durchlaßöffnung 7', wobei die
Membran 7 über den an ihrem Umfang angeordneten Spreizring 8 fest
gegen die Innenwandun g des Arbeitszylinders 1 gepreßt wird. Im Falle
der F i g. 3 ist die mit der Durchlaßöffnung 9' versehene Membran
9 nach Art eines Faltenbalges aus-Gebildet und über ihren vorspringenden
Randwulst 10
in eine entsprechend eingearbeitete Nut des Arbeitszylinders
1 eingesetzt. Gemäß der F i g. 4 ist die Meinbran 11 mit der
Durchlaßöffnung ll-' mit einem in ihren Randumfan g eingespritzten Federring12
versehen, der gleichfalls eine hinreichend sichere Befestigung der Membran im Arbeitszylinder
1 gewährleistet. Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die über den federnden Spannring 14 im Arbeitszylinder 1 befestigte nachgiebige
Membran 13
auf ihrer dem Druckgasraum 2 zugewandten Seite mit einem schlaffen,
schlauchartigen Ansatz 21 versehen, an dessen herabhängendem Ende sich die enge
Durchlaßöffnung 21' befindet.
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Bei dem in F i g. 6 in der Draufsicht und im Querschnitt dar-estellten
Ausführungsbeispiel ist die nachgiebige Membran 22 mit zwei auf ihren gegenüberlie-enden
Seiten angeordneten, in entgegengesetzten Richtungen öffnenden Schnorchelventilen
17 versehen. Deren Durchlaßöffnungen 19 sind durch eine Haarnadelfeder
18 od. dgl. derart gequetscht, daß sie nur in einer Richtung öffnen. Hierdurch
kann die im Arbeitsraum befindliche thermisch verdrängte Flüssigkeitsmenge sowie
sich etwa ansammelndes Gas in den das Druckgaspolster 2 enthaltenden Ausgleichsraum
gelangen, während umgekehrt aus letzterem Dämpfungsflüssi,gkeit in den den Arbeitskolben
5
enthaltenden Arbeitskammerraum nachgezogen werden kann. Im Ruhestand des
Schwingungsdämpfers sind beide Ventile geschlossen, so daß der Schw:ngungsdämpfer
in beliebiger Lage aufbewahrt und transportiert werden kann. Zum gleichen Zweck
können auch die in allen übrigen Ausführungsbeispielen dargestellten Durchlaßöffnungen
in der nachgiebigen Membran durch entsprechend ausgebildete Ventilklappen oder -zungen
abgedeckt werden.
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Im Falle der F i g. 7 sind in der nachgiebigen Meinbran
23 mehrere gleichmäßig verteilt angeordnete Durchlaßöffnungen 15 vorhanden,
während bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 nur eine Durchlaßöffnung
in Gestalt des schmalen Schlitzes 16 vorhanden ist.
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Auch weitere Ausführungsformen für die mit einer oder mehreren engen
Durchlaßöffnungen versehene, nachgiebige Beruhigungsmembran sind ohne weiteres möglich.
Beispielsweise kann die Membran auch aus einem entsprechend engmaschigen Gittergewebe
bestehen. Immer aber sollte die nachgiebige Membran so flexibel sein, daß sie den
verhältnismäßig schnell erfolgenden, durch die jeweils ein- und ausfahrende Kolbenstange
bedingten Flüssigkeitsbewegungen hinreichend zu folgen vermag, so daß dabei ihre
Durchlaßöffnungen nicht in nennenswertem Umfang von der Dämpfungsflüssigkeit passiert
werden. Die Durchlaßöffnungen sollen also im wesentlichen nur für den durch thermische
Ausdehnung bedingten Flüssigkeitsdurchtritt und den etwaigen Gasblasendurchtritt
in Richtung zum darüber befindlichen Druckgasraum 2 dienen. Demzufolge kann die
nachgiebige Membran durchaus auch aus weniger gasundurchlässigem Werkstoff hergestellt
werden.