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Die Erfindung betrifft einen Teleskopstoßdämpfer mit flüssigkeitsgefülltem
Arbeitszylinder, in diesem axial gleitend von einer Kolbenstange geführtem, mit
Ventilen ausgestattetem Arbeitskolben und einem unterhalb desselben angeordneten
gasgefüllten Ausgleichsraum mit elastischer oder axial nachgiebiger Abgrenzung zum
Flüssigkeitsraum, wobei der ölgefüllte Arbeitsraum aus einem beiderseitig offenen
starren und in der Außenwand Längsrinnen aufweisenden Arbeitszylinder, aus einer
sich an das eine Ende des Arbeitszylinders anschließenden, das Ausgleichselement
bildenden Wandung aus elastischem oder axial nachgiebigem Material und aus einem
das andere Ende des Arbeitszylinders abschließenden und mit einem Kolbenstangendurchtritt
versehenen Abschlußstück gebildet wird, über dem sich ein Ringraum befindet.
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Solche Teleskopstoßdämpfer sind in der Form von Einrohr-Stoßdämpfern
bekannt. Sie weisen als Ausgleichselement eine Wandung aus elastisch nachgiebigem
Material auf.
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Bei anderen bekanntgewordenen Geräten dieser Art ist das elastische
Ausgleichselement als axial unter Feder- oder Gasdruck im Arbeitszylinder verschiebbarer
Ausgleichskolben ausgebildet, der bei der Herstellung eine sehr exakte, zeitraubende
und kostspielige Bearbeitung der Innenwandung des Arbeitszylinders nötig macht und
trotzdem im Betrieb diese Innenwandung stark beansprucht, allmählich ausarbeitet
und dadurch die abdichtende Wirkung gerade in der Zone allmählich verringert, welche
den flüssigkeitsgefüllten vom gasgefüllten Raum des Stoßdämpfers abgrenzen muß.
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Die bekannten Einrohr-Stoßdämpfer erfordern zur Herstellung des Arbeitszylinders
gute und teure Rohrqualitäten, damit sie nicht durch Steinschlag oder andere Einwirkungen
von außen eingedrückt und dadurch in ihrer Gängigkeit mehr oder weniger beeinträchtigt
werden können. Bei Zwei- oder Mehrrohrdämpfern besteht diese Gefahr nicht, sie müssen
aber entweder in breiteren und aufwendigeren Formen gestaltet werden, oder man muß
eine Verringerung des wirksamen Dämpfungsquerschnittes in Kauf nehmen.
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Es besteht außerdem ein Bedürfnis nach möb lichster Vereinfachung
der Montage der Stoßdämpfer. Die neue Stoßdämpferkonstruktion der Erfindung löst
alle diese Probleme in einfacher und eleganter Art. Sie 1'äßt sich in jeder Lage
als normaler Stoßdämpfer und als Lenkungsstoßdämpfer verwenden und zeichnet sich
durch einfache Montage, absolute Betriebssicherheit, lange Lebensdauer und die Möglichkeit
billiger Herstellung aus.
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Der Teleskopstoßdämpfer der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsrinnen des in bekannter Weise in einem Außenzylinder eingesetzten Arbeitszylinders
enge Kanäle zwischen den Wandungen des Arbeits- und des Außenzylinders bilden und
daß der Ringraum über dem Abschlußstück in bekannter Weise über eine oder mehrere
enge Bohrungen im i Abschlußstück sowie über die engen Kanäle und über einen Ausschnitt
am unteren Rand des Arbeitszylinders mit dem unteren Teil des ölgefüllten Arbeitsraumes
in Verbindung steht.
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An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungs- i beispiel des Stoßdämpfers
der Erfindung beschrieben. Der Körper des Stoßdämpfers ist aus dem Arbeitszylinder
5 und dem Außenzylinder 6 gebildet, die ineinandergeschoben sind. Der Arbeitszylinder
5 ist kürzer, durchgehend glatt und beiderseitig offen, während der Außenzylinder
6 an beiden Seiten über den Arbeitszylinder 5 hinausragt und an seinem oberen Ende
den Bördelrand 17, in einem gewissen Abstand vom unteren Rand eine eingewalzte umlaufende
Sicke 16 aufweist. Im Arbeitszylinder 5 gleitet der in üblicher Weise mit Durchlaßöffnung
und Ventilen ausgestattete Arbeitskolben 4, der mit der Kolbenstange 3 verschraubt
ist.
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Das obere Abschlußclement des Arbeitszylinders 5 besteht aus dem trogförmigen
Abschlußstück 7 aus starrem, gegebenenfalls .schwach elastischem Werkstoff und einer
aus elastischem Werkstoff, wie Gummi od. dgl., gefertigten Dichtung 8, die
gegebenenfalls von einem an sich bekannten Spannring aus starrem Material umfaßt
ist. Das trogförmige Abschlußstück 7 und die Dichtung 8 sind axial durchbohrt, damit
sie die durchgehende Kolbenstange 3 abdichtend führen können. Die trogförmige Vertiefung
des Abschlußstückes ist etwas größer als die innerhalb derselben angeordnete Dichtung,
so daß um diese herum ein freier Raum verbleibt, der kleine Öltröpfchen aufnehmen
kann, die gegebenenfalls beim Verschieben der Kolbenstange aus dem Arbeitsraum des
Zylinders herausgeschleppt werden.
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Vom Boden der trogförmigen Vertiefung des Abschlußstückes führen eine
oder mehrere enge Bohrungen 23 zur Außenkante des oberen Randes des Arbeitszylinders.
Diese Bohrungen setzen sich in Riefen oder Nuten fort, die in der Außenwandung des
Arbeitszylinders oder der Innenwandung des Außenzylinders hergestellt werden und
nach abwärts bis zu einem oder mehreren Ausschnitten 24 im unteren Rand des
Arbeitszylinders 5 führen. Dadurch ist eine Kanalverbindung geschaffen, durch die
kleine Mengen an Betriebsflüssigkeit, die in die trogförmige Vertiefung des Abschlußstückes
7 gelangt sind, wieder in den mit Betriebsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum des
Zylinders zurückfließen können. Die Kanalhöhe braucht unter Berücksichtigung der
Oberflächenspannung der jeweiligen Betriebsflüssigkeit nur so bemessen zu werden,
daß die Flüssigkeit unter Kapillarwirkung bis zum unteren Rand des Innenzylinders
5 befördert wird.
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Die erwähnten Riefen oder Rillen auf der Außenwandung des Arbeitszylinders
bzw. der Innenwandung des Außenzylinders sind in der Zeichnung nicht gezeigt, weil
sie schwierig wiederzugeben sind. Gegebenenfalls kann auch auf Rillen oder Riefen
ganz verzichtet werden, und es genügen für den angegebenen Zweck die Hohlraumsysteme,
die sich automatisch zwischen dem Innen- und dem Außenzylinder ausbilden, wenn dieselben
einerseits nicht exakt ineinander eingeschliffen werden und andererseits geringfügige,
aber unterschiedliche Unrundheiten aufweisen.
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Der Raum oberhalb und unterhalb des Arbeitskolbens 4 ist mit Betriebsflüssigkeit,
beispielsweise Öl, Glykol oder Glyzerin gefüllt.
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Der Flüssigkeitsraum wird an seinem unteren Ende durch ein Aggregat
abgeschlossen, das aus einem Ring aus starrem Werkstoff bzw. einer starren Zwischenwand
13 mit Flüssigkeitsdurchlässen 9, 10 und Ventilen 11, 12 sowie einem sack- oder
balgenförmigen elastischen Ausgleichselement 14 gebildet wird, welches sich vorzugsweise
nach abwärts erstreckt, wie in der Zeichnung dargestellt. Im Fall der
Kombination
mit dem starren Ring kann das Sack-oder balgenartige elastische Ausgleichselement
sich auch nach oben erstrecken, so daß sein Boden der Unterseite des Ausgleichskolbens
am nächsten kommt.
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Dieses Abschlußaggregat für den flüssigkeitsgefüllten Raum wird zwischen
dem unteren Rand des Arbeitszylinders 5 und der Sicke 16 des Außenzylinders 6 fest
eingespannt. In der Ausführungsform der Zeichnung geschieht dies unter Mitwirkung
eines Stützringes 15 derart, daß der untere, zweckmäßig verdickte und nach außen
umgelegte Rand der öffnung des elastischen Ausgleichselements zwischen der Unterseite
des nach außen umgebördelten Randes der Zwischenwand 13 und der Oberseite des Stützringes
15 eingeklemmt ist. Das Volumen der Betriebsflüssigkeit erfüllt den Raum
19 oberhalb des Arbeitskolbens 4, den Raum 20 unterhalb des Arbeitskolbens
und den Raum 22 innerhalb des elastischen Ausgleichselements 14. Schwankungen im
Volumen der Betriebsflüssigkeit, welche durch die wechselnde Eintauchtiefe der Kolbenstange
3 und/oder durch Änderungen der Flüssigkeitsdichte infolge von Temperaturschwankungen
zustande kommen, werden dadurch ausgeglichen, daß das elastische Ausgleichselement
14 seinen Rauminhalt proportional zu diesen Schwankungen verändert, indem seine
Wandung sich entweder ausdehnt und wieder kontrahiert oder entfaltet und wieder
rückfaltet. Dies gilt sowohl für das in der -Zeichnung dargestellte Ausgleichselement
14 wie auch für ein Ausgleichselement, das sich von dem Stützring nach oben mit
seinem Boden am nächsten zum Arbeitskolben 4 erstreckt.
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Auf seiner nicht mit Betriebsflüssigkeit benetzten Seite ist das elastische
Ausgleichselement von einem Gasvolumen umgeben, das unter atmosphärischem oder höherem
Druck stehen kann. Das Gasvolumen ist durch den unteren Teil des Außenzylinders
6 und die Bodenplatte des eingeschraubten Abschlußstückes mit Anschlußteil 2 begrenzt.
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Selbstverständlich kann die Beweglichkeit des elastischen Ausgleichselements
14 noch dadurch gefördert werden, daß die Balgenfalten durch eingebaute Metallringe
festgelegt und verstärkt werden oder daß zwischen dem Abschlußboden des Ausgleichselementes
und dem Boden des Abschlußstückes 2 noch eine Stützfeder eingebaut wird.
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Die Montage des Stoßdämpfers der Zeichnung kann wie folgt ausgeführt
werden: In den noch nicht umgebördelten Außenzylinder 6 wird der Stützring 15 von
oben bis zur Sicke 16, darüber das elastische Ausgleichselement 14, mit seinem
offenen Rand auf dem Stützring aufliegend, und darüber die starre Zwischenwand 13,
aufliegend auf dem Rand des Ausgleichselements 14, eingeführt, worauf diese drei
Teile durch Einschieben des Arbeitszylinders 5 zwischen dessen unterem Rand und
der Sicke 16 eingespannt werden. Anschließend wird der mit der Kolbenstange
3 verschraubte Arbeitskolben 4 in den Arbeitszylinder 5 eingeschoben. Vor oder nach
dieser Operation werden- die Räume 19, 20 und 22 mit Betriebsflüssigkeit gefüllt.
Anschließend werden nacheinander auf die Kolbenstange das trogförmige Abschlußstück
7 und die Dichtung 8 bis zum Anschlag der Schulter des trogförmigen Abschlußstückes
7 am oberen Rand des Arbeitszylinders 5 aufgeschoben und mit Hilfe der in der Zeichnung
angedeuteten durchbohrten starren Zwischenplatten und der Herstellung der Umbördelung
17 des Außenzylinders 6 fest eingespannt.
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Nunmehr wird in das Innengewinde am unteren Ende des Außenzylinders
6 das Abschlußstück 2 mit Anschlußteil eingeschraubt und damit der geschlossene
Gasraum 18 des Dämpfers gebildet. Dieser kann, in an sich bekannter Weise, durch
eine nicht dargestellte Öffnung im Boden des Abschlußstückes unter jeden gewünschten
erhöhten Gasdruck gesetzt werden, der erforderlich ist, um innerhalb des Dämpfers
ein gewünschtes Spannungsverhältnis zwischen nicht kompressiblem Flüssigkeitsvolumen
und kompressiblem Gasvolumen einzustellen. Grundsätzlich kann der Druck in der Gaskammer
18 bis zu 30 atü oder mehr betragen.
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Die Montage wird damit beendet, daß der Anschlußteil 1 mit dem freien
Ende der Kolbenstange 3 fest verbunden wird.
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Im Betrieb arbeitet der Stoßdämpfer der Erfindung wie folgt: Bewegt
sich der Arbeitskolben 4 nach oben in Richtung gegen das Abschlußstück
7, so wird dabei ein entsprechender Teil der im Raum 19 befindlichen Flüssigkeit
über die nicht dargestellten Drosselkanäle des Arbeitskolbens 4 in den unterhalb
desselben befindlichen und sich vergrößernden Raum 20 verdrängt. Weil sich
dabei die Eintauchtiefe der Kolbenstange 3 in die Betriebsflüssigkeit verkürzt,
vergrößert sich das Gesamtvolumen der beiden Räume 19 und 20 gegenüber dem
Zustand bei der in der Zeichnung dargestellten tiefsten Stellung des Arbeitskolbens,
während das diese Räume füllende Flüssigkeitsvolumen konstant bleibt. Dieser Zustand
würde ein Abreißen der Flüssigkeit an der Unterseite des Arbeitskolbens herbeiführen
und bedarf daher eines Ausgleichs. Dieser erfolgt dadurch, daß unter der Saugwirkung
des sich nach oben bewegenden Arbeitskolbens 4 und eines vom Gasvolumen in dem Gasraum
18 auf das Ausgleichselement 14 ausgeübten Druckes aus dem Raum 22 des Ausgleichselements
durch den geöffneten Durchlaß 9 der Zwischenwand 13 so viel Flüssigkeit in den Raum
20 hineingefördert wird, daß auch der Gesamthohlraum 19 und 20 trotz seiner Vergrößerung
stets voll mit Betriebsflüssigkeit gefüllt ist und die Flüssigkeit an der Unterseite
des Arbeitskolbens niemals abreißt. Dank des großen Querschnittes des Durchlasses
9 wird in dieser Phase die Flüssigkeit beim Durchströmen aus dem Raum
22
in den Raum 20 nur schwach gedrosselt.
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Die bei der Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens im Raum 19 unter Druck
gesetzte Flüssigkeit belastet die Dichtung 8 nur gering, weil sich in der
trogförmigen Vertiefung des starren Abschlußstückes 7 kein gefährlicher Druck aufbauen
kann. Etwa in den trogförmigen Hohlraum des Abschlußstückes 7 übergetretene Flüssigkeitströpfchen
werden nämlich durch die bereits geschilderte, aus der Bohrung 23, den Spalten zwischen
dem Arbeitszylinder 5 und dem Außenzylinder 6 und dem Ausschnitt 24 am unteren Ende
des Arbeitszylinders 5 gebildete Kanalverbindung wieder in den Arbeitsraum des Zylinders
zurückgeleitet.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung des oberen Abschlußaggregates des
Stoßdämpfers erhöht also die Dichtheit und Lebensdauer der einzigen auf Gleitung
beanspruchten Dichtungszone zwischen Flüssigkeit und Außenluft, die der Stoßdämpfer
der Erfindung noch aufweist.
Selbstverständlich könnte diese Kanalverbindung
auch kürzer gestaltet werden, so daß die abzuführenden Ölmengen nur in den Raum
19 oberhalb des Arbeitskolbens 4 zurückbefördert werden. Zu diesem Zweck
müßte der Arbeitszylinder 5 an irgendeinem Punkt in seinem oberen Teil Durchbrüche
erhalten, die mit dem unteren Ende der Bohrung 23 in Verbindung stehen. Dies hätte
aber den Nachteil, daß die Dichtung 8 beim Herausziehen der Kolbenstange mit dem
vollen Druck der Zugdämpfung belastet würde. Deshalb wird zum Erreichen eines Druckabbaus
in dem Raum vor der Kolbenstangendichtung die lange Kanalverbindung vorgezogen.
Sie ist restlos mit Flüssigkeit gefüllt, so daß während der Betätigung des Stoßdämpfers
sich hier ein Flüssigkeitskreislauf vollzieht.
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Wird der Arbeitskolben 4 aus einer oberen Stellung in umgekehrter
Richtung nach abwärts verschoben, so wird dabei die Betriebsflüssigkeit durch die
Drosselkanäle im Arbeitskolben 4 aus dem Raum 20 in den Raum 19 gedrückt,
während gleichzeitig durch das Einführen der Kolbenstange 3 der Gesamthohlraum der
Räume 19 und 20 gegenüber dem Zustand bei der obersten Stellung des Arbeitskolbens
verkleinert wird, wobei aber das ihn erfüllende Flüssigkeitsvolumen gleichbleibt.
Auch dieser Raummangel für das nicht kompressible Flüssigkeitsvolumen erfordert
einen Ausgleich. Die Bewegung des Arbeitskolbens drückt die Flüssigkeit durch die
freie Öffnung 25 ohne nennenswerten Widerstand in den Raum 22 des Ausgleichselements
14 hinein, und bei einem raschen Einschieben der Kolbenstange wird die Flüssigkeit
auch unter starker Drosselung durch den Durchlaß 10, der einen kleineren Querschnitt
als der Durchlaß 9 aufweist und durch das Ventil 12 der Zwischenwand 13 noch
stark gedrosselt ist, in den Raum 22 geführt, der den dadurch aufgebauten Flüssigkeitsdruck
auszugleichen vermag, weil seine Wandung nachgiebig gestaltet ist und das Fassungsvermögen
des Raumes 22 durch Dehnen oder Entfalten der nachgiebigen Wandung gegen
den Druck des kompressiblen Gasvolumens in der Gaskammer 18 zu vergrößern vermag,
so daß die durch das weitere Eintauchen der Kolbenstange 3 verdrängte Flüssigkeit
in dem erweiterten Hohlraum 22 des Ausgleichselements 14 Aufnahme findet.
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Der Bedarf eines Stoßdämpfers an variablem Fassungsvermögen im flüssigkeitsgefüllten
Raum für den Ausgleich des wechselnden Kolbenstangenvolumens ist verhältnismäßig
klein. Der Ausgleich für infolge Temperaturschwankungen im Betrieb eintretende Änderungen
der Flüssigkeitsdichte kann das Vier- bis Fünffache des Bedarfs des Kolbenstangenausgleichs
erfordern. In der Zeichnung ist der Zustand des Dämpfers bei größtem Eintauchvolumen
der Kolbenstange und bei höchster Betriebstemperatur dargestellt.
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Das Gerät der Erfindung ist ein reiner Schwingungsdämpfer. Für ganzes
oder teilweises Tragen einer Fahrzeuglast als sogenanntes Federbein kommt er nicht
in Frage, weil dies Bauhöhen in der Größenordnung von mehreren Metern erfordern
würde.
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Das Gerät der Erfindung ist hiernach ein leichtgängiger, schlanker,
in jeder beliebigen Lage einwandfrei arbeitender Stoßdämpfer, der für das Ausgleichselement
einen etwas verbreiterten Raum aufweist, ohne daß eine mechanische Aufweitung des
Arbeitszylinders erforderlich ist. Zu diesem Zweck wird ein billiges dünnwandiges
Rohr auf einen ebenfalls billigen Arbeitszylinder für den Arbeitskolben derart aufgeschoben,
daß es diesen umschließt und oberhalb und unterhalb desselben einen um die Wandstärke
des Arbeitszylinders weiteren Raum bildet. Innerhalb des Wirkungsbereiches des Arbeitskolbens
besitzt das Gerät dank der ineinandergeschobenen Zylinder die doppelte Wandstärke.
Die beschriebene Anordnung der beiden ineinandergeschobenen Zylinder unterschiedlicher
Länge bietet außerdem die Möglichkeit, die verschiedenen Geräteteile in besonders
einfacher, zeitsparender und doch absolut sicherer Weise unverrückbar und dicht
miteinander zu verbinden. Die für einen Flüssigkeitskreislauf vorgesehene vorstehend
beschriebene Kanalverbindung zwischen der Außenwandung des Arbeitszylinders und
der Innenwandung des Außenzylinders, der einen Flüssigkeitskreislauf zwischen dem
Raum für die Kolbenstangendichtung und dem unteren Ende des flüssigkeitsgefüllten
Arbeitsraums herstellt, bewirkt außerdem, daß sich gegen die Kolbenstangendichtung
8 bei rasch aufeinanderfolgenden Zugbewegungen des Stoßdämpfers kein übermäßiger
Druck aufbauen kann. Die Kolbenstange wird hierdurch vor übermäßigem Reibungsdruck
bewahrt, und dies ist für die leichte Gängigkeit des Stoßdämpfers von entscheidender
Bedeutung.