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Stoss- und Schwingungsdämpfer in Teleskopform, insbesondere für Fahrzeuge.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoss-und Schwingungsdämpfer,
insbesondere für Fahrzeuge bzw. Kraftfahrzeuge, welcher aus einem an dem einen Teil
bzw. Fahrzeugteil anzubringenden Zylinderrohr und einer im Zylinderrohr in dessen
Achsrichtung verschiebbaren, mit dem aus dem Zylinderrohr vorstehenden Ende an dem
anderen Teil bzw. Fahrzeugteil anzubringenden Stange besteht, auf welcher sich im
Zylinderrohr eine an dessen Innenwand angreifende Brems- oder Reibvorrichtung aus
einem an der Stange befindlichen Kolben mit in Achsrichtung liegenden äusseren Schrägflächen
und aus mit entsprechenden innenseitigen Schrägflachen an diesen sowie mit den Aussenflächen
an der Zylinderinnenwand anliegenden, relativ zum Kolben beweglichen Segmenten befindet,
auf welche eine sich an der Stange abstützende Federkraft im Sinne eines Aufschiebens
auf die Kolbenschrägflächen wirkt.
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Stoss- und Schwingungsdämpfer der vorgenannten Art, welche sich durch
ihre Einfachheit ohne Störanfälligkeit auszeichnen, arbeiten im wesentlichen nach
dem Prinzip, dass beim Zusammenschieben des Dämpfers,
d.h. beim
Einschieben der Stange in das Zylinderrohr, der Brems- bzw. Reibungswiderstand aufgehoben
bzw.
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stark gemindert und beim Ausziehen zur Wirkung bzw.
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verstärkt zur Wirkung gebracht wird, so dass sich der Dämpfer verhltnismässig
leicht und schnell zusammenschieben lässt, das Ausziehen aber stark verzögert entgegen
einer Hemmtraft erfolgt.
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Bei einem bekanntem Dämpfer der eingangs genannten Art ist der Kolben
ein Kegelstumpf, an dem die Segmente mit komplementär geformten Flächen anliegen.
Dies hat den Nachtei), dass in nur einer einzigen Stellung die einem Segment gegenüberliegende
Fläche des Kegelstumpfes an dem Segment flächen- und gleichmässig anliegt. Eine
Relativbewegung des Kolbens und der Bremssegmente gegeneinander hat zur Folge, dass
die Durchmessergrdsse der Kegelstumpffläche und der gegen diese anliegende Fläche
der Segmente nicht mehr Ubereinstimmen, wodurch das Hervorrufen der das Ausziehen
hemmenden Bremskraft leidet und die Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bremsflächen
unvollkommen ist. Ausserdem werden grosse Anforderungen an die Elastizität des die
Bremssegmente bildenden Werkstoffes gestellt. Darüber hinaus wird die Lebensdauer
herabgesetzt, indem die Segmente nach Art von Schneiden auf den Kegelstumpf wirken.
(Franz.
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Patentschrift 1 o77 611).
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Bei einem anderen bekannten Bremsstossdämpfer sind die Bremssegmente
durch Schalen gebildet, die sich zu einer Hülse zylindrischen Umfangs ergänzen.
Innenseitig liegen did Schalen Je über eine in Richtung einer Sehne an ihnen angebrachte
Rolle gegen einen an einer Stange befindlichen Kegelstumpf an. Da eine nur stellenweise
bzw. punktförmige Anlage der Rollen am Kegelstumpf
anliegt, muss
schon ein sehr grosser spezifischer Druck erzeugt werden, um eine wirksame Bremskraft
zu erzielen. Dies ist Jedoch der Lebensdauer des Dämpfers abträglich und kann zur
Folge haben, dass sich der Kolben mit der Kolbenstange verschiebt, ohne dass eine
wirksame Bremsung bzw. eine Relativbewegung zwischen dem Kegelstumpf und den Bremsschalen
eintritt. Die zwischen der den Kegelstumpf tragenden Stange und den Bremsschalen
wirkende Federkraft könnte so gross werden, dass sie das Ausschieben des Kegelstumpfes
aus den Schalen verhindert, bzw. den Kegelstumpf und die Schalen miteinander verblockt.
(Franz. Patentschrift 734 266).
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stoss-und Schwingungsdämpfer der
eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass sich eine erhöhte Wirksamkeit und Lebensdauer
durch eine verbesserte Erzeugung der Hemm- bzw. Bremskraft und eine Schonung der
hieran teilnehmenden Teile sowie eine grössere Schwingungsdämpfung ergibt.
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Diese Aufgabe ist nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst,
dass die Schrägflächen des Kolbens und ebenso die gegen diese anliegenden Gegenfläch)
der Segmente nach Art der Seitenflächen eines Pyramidenstumpfes eben sind.
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Hierdurch ist erreicht, dass das Einziehen des Kolbens zwischen die
Bremssegmente keine Deformierung der gegeneinander liegenden Flächen bedingt und
der durch das Einziehen erzeugte Druck gleichmässig auf die ganze Fläche der Segmente
wirkt, was mit einer Steigerung des auf die Innenwand des Zylinderrohres wirkenden
Gesamtreibungsdruckes verbunden ist.
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den Besondere Elastizitätsanforderungen an den / Kolben und die Bremssegmente
bildenden Werkstoff werden nicht gestellt.
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Zweckmässig weist der Stangenkolben Radialeinschnitte mit die ebenen
Schr4glächen bildenden Grund auf und sind-die Segmente in die Nuteneingesetzt. Die
Nuten können sehr leicht und einfach hergestellt werden. Sie bilden Führungen fUr
die Bremssegmente, welche vorteilhaft die Form von Bremsschuhen aufweisen.
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Die Bremssegmente können aus Flachmaterial rechteckiger Form mit
etwa diagonal abgeschnittener einer Ecke und auf einem Kreisbogen von dem InnenradiuS
des Zylinderrohres entsprechenden Radius liegender Anlagefläche an die Zylinderinnernwand
bestehen.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform bildet der Stangenkolben
einen gleichseitigen Pyramidenstumpf und ergänzen sich die Segmente zu einem entsprechenden
Hohlpyramidenstumpf zylindrischer Aussenfläche.
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Es empfiehlt sich, zwischen der Federkraft und den Bremssegmenten
ein in Achsrichtung der Stange relativ zu dieser verschiebbara Zwischenglied anzuordnen,
welches reibend an der Innenwand des Zylinderrohres anliegt.
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Dies zeitigt'die Wirkung, dass beim Einschieben der Stange in das
Zylinderrohr die Federkraft gewissermassen von dem Zwischenglied verzehrt wird,
indem die Federkraft zunächst-den Reibungswiderstand des Zwischengliedes an der
Innenwand des Zylinderrohres überwinden muss und demzufolge nicht auf Anpressen
der Bremssegmente an die Innenwand des Zylinderrohres w""lrt Lnfolgedessen tritt
eine Minderung der Bremsung über die Bremssegmente beim Einschieben der Stange ein.
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Beim Ausziehen der Stange dagegen wirken der Bremswiderstand des Zwischengliedes
und die Federkraft auf die Bremssegmente, so dass die Bremsung eine Erhöhung
erfährt,
indem die Anpressung der Bremssegmente an die Innenwand des Zylinderrohres vergrössert
wird. Dies kommt dem schnellen Einschieben und verzögerten Ausziehen der Stange
zugute.
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Das Zwischenglied umfasst wenigstens eine Ringscheibe. Es kann eine
einen an der Innenwand des Zylinderrohres anliegenden elastischen 0-Ring enthaltende
Umfangsnut aufweisen.
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Zweckmässig sind als Zwischenglied zwei Abstand voneinander aufweisende
Ringscheiben mit sich zu einer Umfangsnut ergänzenden Viertelkehlen hin den einander
zugewandten Randbereichen vorgesehen und ist in dieser Umfangsnut der elastische
0-Ring angeordnet. Es ist auch möglich, mehr als zwei Scheiben und dementsprechend
mehr als einen elastischen 0-Ring vorzusehen, wobei einander zugewandte Scheibenseiten
Viertelkehlen in den Randbereichen aufweisen.
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Die elastischen 0-Ringe ergeben eine gute Dichtung gegenüber der
Innenwand des Zylinderrohres, was insbesondere dann von Wichtigkeit ist, wenn die
Bremsdämpfung mit einer Vakuumdämpfung kombiniert werden soll.
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Zur Erzielung einer zusätzlichen Vakuumdämpfung bzw. Vakuumbremsung
ist nach der Erfindung über den Bremssegmenten eine Platte mit auf der Seite der
Federkraft durch eine Flatterscheibe überdeckten Durchlässen angeordnet.
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Beim Einschieben der Stange bzw. beim Zusammenschieben des Dämpfers
kann durch die Durchlässe Luft von dem Zylinderraum auf der voreilenden Seite der
Hemmeinrichtung in den Zylinderraum auf der nacheilenden Seite der Hemmvorrichtung
überströmen. Wird die Stange ausgezogen, dann hindert oder hemmt die Flatterscheibe
das Uberströmen von Luft von der Auszugsseite nach der anderen Seite, so dass das
Ausziehen gegen ein sich aufbauendes Vakuum erfolgen muss, wpbei sich auf der Auszugsseite
auch noch eine Luftkompression ergeben kann.
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Von Vorteil ist es, wenn von den Durchlässen am Umfang der Platte
ausmündende Radialdurchlässe ausgehen. Hierdurch ist erreicht, dass die Brems- oder
Hemmvorrichtung die Durchlässe nicht abdecken kann und es gleichgUltig ist, welche
Lage die Durchlässe zu der Brems- oder Hemmvorrichtung haben.
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Das Zylinderrohr kann sich in seinem Innern nach der Auszugsseite
verJürigen, um so den Widerstand gegen Ausziehen der Kolbenstange zu verstärken
und die Progressivität des Dämpfers zu erhöhen.
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Zweckmässig ist das Innere des Zylinderrohres tonnenförmig bzw. doppelkonisch
ausgebildet. Hierbei weist vorzugsweise das Innere des Zylinderrohres etwa in seiner
Längenmitte bzw. in der Hälfte seiner Länge den grössten Durchmesser auf.
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Die Reib- oder Bremselemente befinden sich dann bei normaler Last
im Bereich des grössten Durchmessers. Ausserdem befinden sie sich dann unabhängig
von der Last in diesem Bereich, wenn das Fahrzeug Niveauausgleich hat Als Federkraft
ist vorzugsweise eine Tellerreibungsredersäule vorgesehen. Die Tellerreibungsfedern
beanspruchen einen verhältnismässig geringen.
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Raum und wirken neben ihrer Federu-ng schtingungsverzehrend. Auch
besitzen die Tellerfedern eine grosse Progressivität.
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Es ist auch möglich, als Federkraft ein Netallgewirk vorzusehen.
Ebenso kann als Federkraft eine Gummihülse vorgesehen sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung verschiedener AusfAihrmgsbei$piele der Erfindung in Verbindung
mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt
durch ein erstes Ausfuhrungsbeispiel; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in
Fig. 1; Fig. 3 den Kolben der Zylinderstange; Fig. 4 ei zweites Ausführungsbeispiel
im Längsschnitt Jedoch ohne Zylinderrohr; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5
in Fig. 4; Fig. 6 den Stangenkolben des zweiten Ausführungsbeispielsin Seitenansicht;
Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt ohne Zylinderrohr; Fig. 8
eine Abdeckscheibe in Draufsicht; Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein abgebrochenes,
übertrieben tonnenförmig wiedergegebenes Rohr; Fig. lo den I£ängsschnitt durch ein
Ausführungsbeispiel, bei welchem die Federkraft bzw. der Kraftspeicher durch eine
Gummihülse gebildet ist.
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Der Stoss- und Schwingungsdämpfer.weist ein Zylinderrohr lo auf,
welches unten durch eine Bodenplatte 11 verschlossen ist, die huber eine Gewindeverbindung
12 mit dem Zylinderrohr io verbunden ist. Die Bodenplatte 11 weist eine Sechskantausnehmung
13 auf und besitzt in ihrem unteren Bereich ein Auge i4, in das ein Gummiring 15
eingesetzt ist,5den wiederum eine Hülse 16 eingebracht ist. Durch diese Hülse 16
kann ein Bolzen gesteckt werden, um so den Stoss-und Schwingungsdämpfer an dem einen
Fahrzeugteil zu befestigen.
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Das gemäss Fig. 1 obere Ende des Zylinderrohres lo ist mit einer
Stopfbüchse 17 verschlossen, die einen einschraubbaren Einsatzring 18, mehrere elastische
Ringscheiben 19, einen Deckring 20, einen Sprengring 21 und
eine
Führungshülse 22 umfasst.
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Eine zylindrische Stange 23 hat in ihrem unteren Endbereich einen
abgesetzten Teil 24 und eine zentrale Gewindebohrung 25. Am Ubergang zum Teil 24
befindet sich eine Ringschulter 26. In die Gewindebohrung 25 ist eine Schraube 27
eingeschraubt, die mit ihrem Kopf eine Scheibe 28 trägt. Auf der Scheibe 28 liegt
eine Führungsscheibe 29, deren Durchmesser wesentlich grösser als derjenige des
Teils 24 ist. Die FUhrungscheibe 29 hat einen Durchmesser, der etwa dem Innendurchmesser
des Zylinderrohres lo entspricht und besteht aus einem geeigneten Kunststoff, wie
Polyamid-Kunsistoff, mit harzgetränktem Gewebe od.dgl..
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Auf der Führungsscheibe 29 liegt ein Kolbenkörper 30 auf, der eine
durchgehende Innenbohrung 31 besitzt, die etwas grösser als der Durchmesser des
Teils 24 ist und mit einem ringförmigen Ansatz 32 durch die Führungsscheibe 29 hindurch
bis zur Scheibe 28 reicht, auf dieser aufsitzt und die Innenbohrung der Führungsscheibe
29 passend ausfüllt.
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Der Kolbenkörper 30 ist an sich rotationssymmetrischer Gestalt und
hat in seinem oberen, äusseren Umgang Nuten 33, deren Seitenwände 34 und 35 parallel
zueinander verlaufen, wie es aus Fig. 2 am besten ersichtlich ist, und deren Nutboden
36 ebenso wie die Seitenwände 34 und 35 eben ist, Jedoch zum äusseren Ende der Stange
23 hin geneigt ist. Es entsteht dadurch eine Keilfläcsamt Führung für die Bremsklötze
37, welche gemäss Fig. 1 etwa die Form eines Bremsklotzes haben und etwas schmäler
als die Nuten 35 sind, mit komplementär zu den Nutböden 36 gestalteten Gleitflächen
38 auf den Nutböden 36 bzw. dem Nutgrund aufliegen und mit auf einem Kreisbogen
liegenden Aussenflächen 39 an der Innenwand des Zylinderrohres lo zur Anlage gebracht
werden können. Die Neigung des Grundes der
Nuten 36 bzw. der Gleitflächen
38 liegt ausserhalb des Selbsthemmungsbereiches.
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Auf oberen Stirnflächen 40 der Bremsklötze 37 liegt eine Ringscheibe
41 auf, deren ringförmiger, nach unten gerichteter Ansatz 42 zugleich auch einen
Anschlag für die Bremsklötze bzw. Bremssegmente 37 bildet.
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Zwischen der Ringschulter 26 und der Ringscheibe 41 ist eine Tellerfedersäule
43 vorgesehen.
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Im Betrieb- arbeitet die Vorrichtung wie folgt: Zur Führung des inneren
Endes der Stange 23 dient die Führungsscheibe 29. Bewegt sich die Stange 23 in das
Zylinderrohr lo hinein, so bewegen sich die Bremsklötze 37 relativ zum Kolbenkörper
3o in dessen Nuten 33 nach oben, weil Ja.deren AussenflAchen 39 im Zylinderrohr
1o anliegen und deshalb das Bestreben haben, sich der Bewegung zu widersetzen. Indem
die Bremsklötze 37 ein wenig nach oben gehen, gegen sie auch zugleich nach innen.
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Dieser Effekt verursacht, dass der Anpressdruck zwischen den Aussenflächen
39 und dem Zylinderrohr lo sich verkleinert und die Stange 23 trotz der Tellerfedersäule
43 relativ leicht in das Zylinderrohr lo hineingeschoben werden kann.
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Wird dagegen die Stange 23 aus dem Zylinderrohr lo herausgezogen,
so widersetzen sich die Bremsklötze 37 dieser Bewegung, was zur Folge hat, dass
sie sich relativ zum Kolbenkörper 3o nach unten bewegen. Infolge des schrägen Nutengrundes
bedeutet dies gleichzeitig, dass die Bremsklötze 37 nach aussen bewegt werden. Hierdurch
vergrössert sich, unterstützt von der Tellerfedersäule 43, die Reibungskraft, so
dass zum Herausziehen der Stange 23 eine grössere Kraft als zum Hineinschieben benötigt
wird. Weil Jedoch die Tellerfedersäule 43 keine lineare Kennlinie hat, werden zum
Anfang der Bewegung die Bremsklötze 37 sanft gegen
das Zylinderrohr
1o gepresst, so dass der am Anfang der Bewegung sonst entstehende Ruck ausbleibt.
Je mehr die Tellerfedersäule 43 zusammengedrückt wird, desto grösser wird auch der
Druck. Die Tellerfedersäule 43 dient gleichzeitig auch als Kissenersatz, weil sie
selbst in ganz zusammengedrücktem Zustand eine Federungskraft hat und so verhindert
wird, dass ein harter Anschlag auftritt, wenn die Stange 23 ganz herausgezogen wird.
Das Zylinderrohr lo hat auf seiner Innenseite eine sehr glatte Oberfläche.
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Es wäre von Nachteil, wenn diese Oberfläche beschädigt würde. Auch
hier bringt die Tellerfedersäule den Vorteil mit sich, dass sie sich nie an die
Innenwand des Zylinderrohres lo anlegt, so dass die Bildung von Riefen ausgeschlossen
ist.
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Soll erreicht werden, dass der Dämpfer härter arbeitet, so wird die
Schraube 27 weiter in die Gewindebohrung 25 hineingeschraubt, so dass die Tellerfeder
23 mehr oder weniger zusammengepresst wird und die Bremsklötze 37 weiter nach aussen
drückt.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig.
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4 bis 6 hat der Kolbenkörper etwa pilzförmige Gestalt.
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Seine nach oben gerichtete Fläche hat die Gestalt eines Pyramidenstumpfes
mit sechs ebenen Seiten bzw.
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Flächen 49. Dieser Kolbenkörper entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels
insofern, als hier der Nutengrund 36 sozusagen so breit ausgebildet ist, die Seitenwände
wegfallen.
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Diese Seitenwände So und 51 der Bremsklötze 37 verlaufen etwa radial
und liegen, wie Fig. 5 zeigt, parallel zueinander und in dichtem Abstand. Es ist
ohne weiteres zu erkennen, dass sich hier die Aussenflächen 39 sehr vergrössert
haben ebenso wie die Gleitflächen 38.
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Zwischen der Tellerfedersäule 43 und der oberen Stirnfläche 40 der
Bremsklötze 37 ist eine Reibvorrichtung 52 vorgesehen, die eine obere Platte 53
und eine untere Platte 54 in Ringform umfasst.
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Auf ihrem Aussenumfang im einander benachbarten Bereich weisen die
beiden Platten 53 und 54 Viertelkehlen 55 und 56 auf, die zusammen eine Ringnut
ergeben, in der sich ein elastischer O-Ring 57 befindet.
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Der O-Ring liegt im Betrieb ständig auf der Innenseite des Zylinderrohres
io an. Hierdurch tritt folgender Zusatzeffekt ein. Wird die Stange 23 in das Zylinderrohr
1s hineingeschoben, so versucht die Reibvorrichtung 52 infolge der entstehenden
Reibung stehen zu bleiben. Dabei wird die Tellerfedersäule 43 etwas zusammengepresst.
Im gleichen Mass-wird die Kraft der Tellerfedersäule 43 von den Bremsklötzen 37
ferngehalten,- die sich nunmehr noch leichter von dem Zylinderrohr lo lösen können.
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Die umgekehrte Wirku-ng tritt auf, wenn die Stange 23 aus dem Zylinderrohr
lo herausgezogen wird.
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In diesem Fall drückt auf die Stirnfläche 4o der Bremsklötze 37 nicht
nurfdie Kraft der Tellerfedersäule 43, sondern auch dieJenige Kraft, mit der die
Reibvorrichtung 52 im Zylinderrohr lo reibt. Hierdurch wird sich noch mehr dem Ideal
eines Stoss-und Schwingungsdämpfers genähert, dessen Stange 23 möglichst ohne Kraft
in das Zylinderrohr lo einschiebbar sein soll und nur mit erheblicher Kraft aus
dem Zylinderrohr lo herausgezogen werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 ist oberhalb der Bremsklötze
37 eine Platte- 59 vorgesehen, deren Aussenumfang nicht im Zylinderrohr lo anliegt.
Sie hat der Stange 23 gleichgerichtete.Durchlässe 60, die durch Radialverbindungen
61 eine Ausmündung zum Umfang 62 der Platte 59 zusätzlich besitzen.
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Die Platte 59 ist durch eine Flatterscheibe 63 abgedeckt, welche mit
ihrem Umrang 64 bis zur Innenwand des Zylinderrohres lo reichen kann und die Durchlässe
60 abzudecken vermag.
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Aus Fig. 9 ist die tonnenförmige Erweiterung des Zylinderrohres 1o
zu ersehen. Die tonnenförmige Erweiterung ist gering und beträgt bei Dämpfern, wie
sie normalerweise im Kraftfahrzeug angewandt werden, an der Steile des grössten
Durchmessers etwa 1/loo mm. Der grösste Durchmesser 70 ist gestrichelt wiedergegeben.
Befinden sich die Bremsklötze 37 im Bereich des grössten Durchmessers, so ist ihre
Wirkung sowohl beim Einschieben als auch beim Herausziehen der Stange 23 klein und
setzt progressiv ein, je weiter sich die Bremsklötze 37 vom Durchmesser 70 entfernen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. lo weist anstelle einer Tellerfedersäule
eine Gummihülse 44 auf. Diese wird oben und unten von Ringdeckeln 45 überfangen,
die beide Mittenbohrungen 46 und abgewinkelte Ränder 47 haben. Oberhalb des oberen
Ringdeckels 45 befindet sich noch zwischen diesem und der Ringschulter 26 ein Stützring
48. Statt der Gummihülse 44 könnte auch ein Metallgewirk vorgesehen werden.
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Die Federkraft hat eine progressive Kennlinie und ist reibungsbehaftet.