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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen
und Stößen in Einrohrpralldämpfern oder Einrohrstoßdämpfern, unter Verwendung eines
plastischen hoch-wärmeleitfähigen, inkompressiblen Dämpfungsfluids, das bei Verschieben
eines Kolbens im Zylinder durch eine Durchtrittsöffnung hindurchgepreßt wird und
dabei Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Es sind viele verschiedene Dämpfer für die einzelnen Dämpfungsvorgänge
bekannt. Einer dieserDämpfer ist z.B. in der DE-OS 25 40 764 beschrieben. Aus dieser
Druckschrift ist ein Einrohrstoßdämpfer bekannt, der aus einem Zylinder besteht,
der mittels eines Trennkolbens in einen mit einem viskosen Dämpfungsfluid gefüllten
Arbeitsraum und eine Druckgaskammer unterteilt ist, wobei der Kolben aus einer Kolbenstange
mit einer fixierten Kolbenscheibe mit Öffnungen und einer darunter angeordneten,
verschiebbaren Kolbenscheibe die die Öffnungen der oberen Kolbenscheibe z.T. abdeckt,
besteht.
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Dieser Dämpfer benötigt für die Rückstellung der Kolbenscheibe in
die Ausgangslage zwar keine mechanischen Federelemente mehr, dieser Dämpfer ermöglicht
aber noch nicht die beliebige Steuerung der Rückstellung je nach Anwendungsgebiet,
d.h.
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je nach dem ob eine sehr schnelle, langsame oder teilweise Rückstellung
gewünscht wird, da der Druck in der Gaskammer nicht teliebig ist bzw. nur mit zusätzlichen
Reservoirs steuerbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Dämpfung
von Stößen und Schwingungen zur Verfügung zu stellen, wobei die Dämpfung gewünschtenfalls
weich oder hart erfolgen soll. Die Dämpfung soll in einem Temperaturbereich von
ca. -40° bis 100-OC keine wesentlichen Abweichungen aufweisen. Die Zeit der Rückstellung
des Kolbens in die Ausgangslage soll den gewünschten Bedindingungen,
z.B.
schnelle oder langsame Rückstellung, anpaßbar sein. Die Luft- bzw. Druckgaskammer
soll keine oder nur eine möglichst geringe Vorspannung besitzen, damit durch den
zusätzlichen Druckaufbau während der Dämpfung kein Rückstelldruck aufgebaut wird,
der größer ist als für die Rückstellung des Kolbens in die Ausgangslage notwendig
ist. Es wird eine einwandfreie Funktion des Dämpfers über einen langen Zeitraum
gefordert, ohne daß dazu komplizierte Vorrichtungsteile mit hoher Maßgenauigkeit
und komplizierte Dichtungen verwendet werden müssen. Für den Dämpfer sollen handelsübliche
Rohre mit üblichen Toleranzen und gesinterte, gepreßte oder feingegossene Kolben
mit üblichen Toleranzen einsetzbar sein. Es werden Dämpfer gewünscht, die als Feder
wirken, bei denen eine gesteuerte Rückstellung möglich ist, die geräuschisolierend
sind und mit denen man geschwindigkeitsabhängig bis zur für den jeweiligen Anwendungsfall
idealen Kennlinie dämpfen kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs angegebenen
Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man über das inkompressible Dämfpungsfluid
ein kompressibles Dämpfungsmittel, das von dem inkompressiblen Dämpfungsfluid durch
einen verschiebbaren Trennkolben getrennt ist, komprimiert, wobei als Dämpfungsfluid
ein Polyglycoläther, Polyglycolester und/oder gesättigter aromatischer oder aliphatischer
Carbonsäureester verwendet wird.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit den erfindungsgemäßen
Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, lassen sich die verschiedensten Dämpfungsvorgänge
auf einfachste Weise regeln, ohne daß dazu komplizierte oder entsprechend groß dimensionierte
Dämpfer mit hoher Maßgenauigkeit verwendet werden müssen. Die Rückstellung des Dämpfers
in
die Ausgangslage läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit der Geschwindigkeit einstellen, die für das jeweilige Anwendungsgebiet gewünscht
wird. Durch die Kombination von Energiespeicherfeder und Drosselöffnung wird sowohl
eine geschwindigkeitsabhängige als auch eine wegabhängige Steuerung der Dämpfkraft
ermöglicht. Durch die spezielle Rheologie des inkompressiblen Dämpfungsfluids wird
die Hauptmenge der Energie beim Durchtritt durch die Drosselöffnung in Wärme umgewandelt
und gleichzeitig wird die Luft bzw. das vorgespannte Gas in der Luftkammer bzw.
Gaskammer komprimiert, um so das Dämpfungssystem, ggf. mittels zusätzlicher Hilfsfederelemente
in die Ausgangslage zurückzustellen. Die Rheologie des Fluids ist dem Dämpfungsvorgang
z.T. angepaßt.
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Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß mit dem erfindungsgemäßen
inkompressiblen, hoch-wärmeleitfähigen Dämpfungsfluid schon beim Durchströmen sehr
einfacher Öffnungen (z.B. einfacher Bohrungen) ein Dämpfkraftaufbau zu erreichen
ist, der mit üblichen bämpfungsölen nur bei sehr großem konstruktiven Aufwand erreichbar
ist. Das Fluid bleibt trotzdem immer homogen, wodurch eine Dämpfungsharmonie erreicht
wird, die mit üblichen Dämpferölen ebenfalls nicht erreichbar ist.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß verwendeten Fluids liegt
darin, daß dieses die feinen Oberflächenungenauigkeiten der Kolbenstange ausfüllt
und so die Bewegung der Kolbenstange erleichtert. Es wird erfindungsgemäß ein Einrohrstoßdämpfer
bzw. Einrohrpralldämpfer zur Verfügung gestellt, der aus einem geschlossenen System
besteht. Das System besteht aus einem Zylinder, in dem ein nicht-newtonsches,inkompressibles
Dämpfungsfluid eingefüllt ist, und wobei in dem Fluid ein Kolben verschiebbar ist.
Die Energie der Stoßbelastung wird durch den Kolben übertragen und von dem Dämpfungsfluid
absorbiert. Das inkompressible Dämpfungsfluid ist durch einen verschiebbaren Trennkolben
bzw. Schwebekolben von einer Luft- bzw. Druckgaskammer getrennt. Der' (die) Trennkolben
ist je nach der Dämpferkonstruktion im Zylinder und/
oder in der
Kolbenstange, wenn diese hohl ist, angeordnet. Der Druck in der Luft- bzw. Druckgaskammer
kann mit Luft unter Normaldruck gefüllt sein oder auch mit einer gewissen Vorspannung
beaufschlagt sein, wenn eine entsprechende Rückfederung der Masse erwünscht ist.
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Bei Druck- bzw. Zugbelastung des Dämpfers drückt der Kolben das Dämpfungsfluid
durch die zwischen Kolbenscheibe und Trennkolben ggf. angeordnete Trennscheibe,
die mindestens eine öffnung für den Durchtritt des Dämpfungsfluids aufweist,oder
das Dämpfungsfluid tritt durch die Drosselöffnung bzw. Drosselöffnungen in der Kolbenscheibe
in den dahinter angeordneten Arbeitsraum bzw. das innere der Kolbenstange, wenn
diese hohl ausgebildet ist.
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Die Länge des Zylinders ist so ausgebildet, daß der Kolben den ganzen
Hub durchfahren kann und gleichzeitig das Fluidvolumen aufgenomwn wird. Wenn eine
geringe Rückstelluna des Kolbens gewünscht wird, weist ein Teil der Luftkammer bzw.
Druckgaskammer einen größeren Querschnitt auf, als der restliche Teil der Kammer
und in diesem Fall ist der Trennkolben vorzugsweise im erweiterten Zylirderteil
angeordnet.
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Mit den erfindungsgemäßen Dämpfern kann auch eine Dämpfung von Stößen
mit Dämpfungsverzögerung vorgenommen werden, wenn die Drosselöffnungen z.B. einen
sehr kleinen Querschnitt aufweisen. In diesem Fall beginnt das Dämpfungsfluid, im
Gegensatz zu üblichen Flüssigkeiten mit einer gewissen Verzögerung zu fließen.Durch
die Länge der Bohrung kann die Verzögerungszeit eingestellt werden. Diese Dämpfer
arbeiten mit Aufschlags- bzw. Aufprallverzögerung.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich ein extrem hoher Dämpfungsaufbau
mit einfachsten Mitteln erreichen, wobei Strömungsgtschwindigkeiten in den Drosselöffnungen
des Kolbens bzw. der Trennscheibe von ca. 170 m/sec und mehr erreichbar sind, ohne
daß sich das Dämpfungsmedium trennt, inhomogen wird, schäumt oder zersetzt wird.
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Die Kolbenstange der erfindungsgemäßen Dämpfer ist durch elastische
Dichtungen abgedichtet. Die elastischen Dichtungen bestehen aus einer Scheibe aus
elastischem Material, z.B. Gummi oder Kunststoff, die von Scheiben oder Ringen aus
Metall oder Kunststoff oder von Federringen gegen Verrutschen nach oben bzw. unten
gehalten werden. Die obere Abdeckplatte und die untere Druckplatte sind jeweils
in Richtung auf die Dichtungsscheibe verschiebbar, so daß z.B. die Druckplatte bei
Druckbelastung durch das im Zylinder angeordnete viskose, inkompressible Dämpfungsfluid
gegen die Dichtungsscheibe gedrückt wird und auf diese Weise die Dichtungsscheibe
mit erwUnschten Druck fester gegen die Kolbenstange und die Innenwand des Zylinders
gedrückt wird und so auch bei höherem Druck eine entsprechende Abdichtung garantiert
wird. In den Fig. 13 bis 15 sind drei verschiedene Ausgestaltungsformen der insbesondere
für die erfindungsgemäßen Dämpfer geeigneten Dichtungen wiedergegeben. Die erfindungsgemäßen
Dichtungen sind aber auch für andere Dämpfertypen geeignet, sofern die Dämpfer nicht
mit einer leicht beweglichen Flüssigkeit als Dämpfungsfluid gefüllt sind. Wesentlich
ist, das an der Dichtungsscheibe eine DichtungsflAche,darüber eine Abstreiffläche
und zwischen beiden Fächern eine Schmierkammer vorgesehen ist. Die elastischen Dichtungen
werden nachfolgend noch näher erläutert.
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Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemßen Verfahrens bzw. der Vorrichtungen
zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtungen zur Durchfiihrung
des Verfahrens werden anhand der Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei alle
aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehobenen Einzelheiten oder Merkmale
zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen
zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.
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Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Aufzugsdämpfer bzw.
Pralldämpfer, (geschwindigke itsabhängigen Dämpfer) Figur 2 einen Längsschnitt durch
den Dämpfer nach Figur 1 mit einem teilweise erweiterten Kolbenquerschnitt, Figur
3 einen Längsschnitt durch einen Aufzugsdämpfer mit einem Regulierstift in der Fluidkammer,
Figur 4 einen Längsschnitt durch einen Dämpfer, insbesondere Raddämpfer mit einem
Trennkolben, Figur 4a einen Ausschnitt aus dem Dämpfer nach Figur 4 Figur 5 eine
Ausgestaltung des Dämpfers nach Figur 4 Figur 5a einen Ausschnitt aus dem Dämpfer
nach Figur 5 Figur 6 einen Längsschnitt durch den Dämpfer nach Figur 4 mit einer
zusätzlichen Trennscheibe zwischen Kolben und Trennkolben, Figur 7 einen Längsschnitt
durch einen Dämpfer nach Figur 4 mit einem teilweise erweiterten Zylinderquerschnitt,
Figur 8 einen Längsschnitt durch einen Türdämpfer mit einer feststehenden Trennscheibe
zwischen Kolbenscheibe und Trennkolben, Figur 9 einen Längsschnitt durch den Türdämpfer
nach Figur 8, mit teilweise erweitertem Zylinderquerschnitt, Figur 10 einen Längsschnit
durch eine Abwandlung des Dämpfers nach Figur 8t
Figur 11 einen
Dämpfer mit einem elastischen Balg zur Aufnahme des verdrängten Dämpfungsfluids
Figur 11a eine Ausgestaltung des Dämpfers nach Figur 11, Figur 12 einen Längsschnit
durch Kolbenscheiben bzw.
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Trennscheiben mit verschiedenen Öffnungen, Figur 13 eine Dichtung
für die erfindungsgemäßen Dämpfer Figur 14 eine Ausgestaltung der Dichtung nach
Figur 13 Figur 15 eine weitere Ausgestaltung einer Dichtung für die erfindungsgemäßen
Dämpfer, Figur 16 ein Dämpfkraft( FD)-weg-Diagramm der Dämpfer nach Fig. 1 und 2
Figur 17 ein Dämpfkraft/Weg-Diagramm des Dämpfer nach Fig. 3 Figur 18 ein Dämpfkraft/Weg-Diagramm
der Dämpfer nach den Figuren 4 bis 7.
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Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Dämpfer sind inbesondere als
Aufzugsdämpfer oder auch als Pralldämpfer einsetzbar. Der Boden 2 des Zylinders
1 ist z.B. am Fahrzeugrahmen oder an einem festen Bauteil befestigt, während die
Abschlußplatte 4 des Kolbens 3 mit der Stoßstange verbunden ist oder als Aufnahmefläche
für die aufprallende Last dient. Der mit der hohlen Kolbenstange 5 verbundene Kolben
3 ist im Zylinder 1 verschiebbar geführt. Die Kolbenstange 5 weist einen kleineren
Außendurchmesser als der Kolben 3 und in der Kammer 6 eine Druckgasfüllung auf,
die durch den Trennkolben 7 von dem inkompressiblen Dämpfungsfluid 8 getrennt ist.
Der Trennkolben ist mit einem Ring 9 zur Abdichtung des Trennkolben ausgerüstet.
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Der in Fig. 1 dargestellte Dämpfer ist trotz der primitiven
Bauweise
und'normaler Zylindergröße in der Lage z.B.
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die Energie eines mittelschweren Fahrzeugs aufzunehmen, das mit bis
zu 15 km/h auf ein stehendes Hindernis auffährt.
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Mit Öldruckdämpfern ist dies nur mit äußerst aufwendigen Konstruktionen
möglich.
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Der vorgegebene Druck in der Druckgaskammer hänm nur von der gewünschten
R0ckstellkraf ab. Die Kammer 6 kann auch mit atmosphärischet Luft von Normaldruck
gefüllt sein, wenn eine besonders geringe Rückstellung des Kolbens gewünscht wird.
Zur Verbesserung der Führung überlappen sich Kolben 3, Kolbenstange 5 und Zylinder
1 im ausgefahrenen Zustand des Dämpfers in einem relativ weiten Bereich. Die Kolbenstange
5 ist über einen einfachen Ring 10 an der Innenwand des Zylinders 1 geführt. Der
Kolben 3 ist mit mindestens einer Drosselöffnung 11 und einem Dichtring 14 ausgerüstet.
Die Kolbenstange 5 kann am. oberen Ende mit einem Ventil ausgerüstet, wenn die Kammer
6 mit wechselndem Druck beaufschlagt werden soll.
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Der Dämpfer kann sowohl stehend als auch liegend montiert werden.
Die Führung und Abdichtung des Kolbens ist konstruktiv extrem einfach ausführbar,
z.B. einfaches Dichtband.
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Der Dämpfer nach Figur 2 unterscheidet sich hinsichtlich der Konstruktion
von der Ausführungsform nach Figur 1 dadurch, daß die Kolbenstange 5 zum Teil einen
erweiterten Querschnitt 13 an der dem Kolben 3 abgewandten Seite der Kolbenstange
5 aufweist. Der Trennkolben ?a ist in diesem Fall in der erweiterten Kolbenstange
angeordnet und wird durch den Dichtungsring 9a an der Innenwand der Kolbenstange
geführt.
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Der Dämpfer nach Figur 3 unterscheidet sich vom Dämpfer gemäß Figur
1 dadurch, daß sjch im Innern der Fluidkammer 18 ein konEcher Steuerstab 15 befindet,
der in der Mitte der Bodenplatte 2 des Zylinders 1 befestigt ist. Der Steuerstab
kann auch über eine Feder mit derBodenplatte verbunden sein. Die Spitze 16 des Steuerstabes
15 ragt
bei Ruhestellung des Dämpfers in die Drosselöffnung des
Kolbens 3 hinein. Der konische Steuerstab 15 besitzt z.B. eine Konizität von 0,1
bis 1 %. Der Steuerstab besteht z.B. ganz oder teilweise aus Metall, Gummi oder
Kunststoff.
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Der Steuerstab 15 kann auch am Trennkolben 7 befestigt sein, z.B.
über eine Schraubverbindung. Der Steuerstab kann auch stufenförmig ausgebildet sein.
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Die Drosselöffnung des Kolbens 3 kann ggf. mit einer elastischen Auskleidung
17 zur Steuerung derDämpfung ausgerüstet sein, um sich unterschiedlicher Krafteinwirkung
automatisch anzupassen.
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Der Steuerstab 15 wirkt wegabhängig. Wenn der Kolben 3 mit der Drosselöffnung
11 bei Belastung über den Steuerstab 15 fährt, wird die Durchtrittsfläche der Drosselöffnung
verkleinert. Die Verkleinerung der Durchtrittsfläche gleicht die Verlangsanwngder
Kolbens,eschwindigkeit während der Dämpfung aus, so daß die Dämpfkraft über den
Weg idealisiert wird.
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Bei Belastung des Dämpfers nach Figur 1 bzw. 2 in Pfeilrichtung fährt
der Kolben 3 in den Zylinder 1 hinein, wobei das inkompressible , viskose, hoch-wärmeleitfähige
Dämpfungsfluid 8 aus dem Arbeitsraum 18 des Zylinders 1 durch die Drosselöffnung
11 in denKolbenraum 12 der hohlen Kolbenstange 5 gedrückt. wird. Das Dämpfungsfluid
8 bewirkt eine Volumenvergrößerung des Kolbenraums 12, 12a und damit eine axiale
Verschiebung des Trennkolbens 7, 7a, wodurch der Druck in der Kammer 6, 6a erhöht
wird. In der Kammer 6a wird der Druck aufgrund des größeren Druckgasreservoirs weniger
erhöht, was zu einer schwächeren Rückstellung, das heißt, zu
einer
weicheren Feder führt. Dies ist z.B. bei Aufzügen, Sicherheitsgurtdämpfern und Fahrzeugen
erwünscht, um die Wirkung der Beschleunigung auf den Körper weich abzufangen.
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Die Dämpfkraft F ist von der Rheologie des Dämpfungs-D fluids , das
heißt, der Geschwindigkeit, mit der das Dämpfungsfluid durch die Drosselöffnung
fließt, abhängig und folgt der allgemeinen Formel: FD = k vn FD = Dämpfkraft (N}
N k = Dämpfungsfaktor (s-m) v = Kolbengeschwindigkeit (m/s) n = Geschwindigkeitsexponent
Die Faktoren k und. n, die die Art der Dämpfung (progressiv, linear, degressiv)
bestimmen, sind hier von der Form der Drosselöffnung, durch die das Dämpfungsfluid
strömt, der Viskosität und der Durchströmgeschwindigkeit des Fluids abhängig.
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Die Reaktionskraft der erfindungsgemäßen Dämpfer setzt sich zusammen
aus der sich bei der Drosselung der Fluidströmung ergebenden Dämpfungskraft und
der sich infolge der Druckerhöhung in der Luftkammer bzw. der Druckgaskammer aufbauenden
Gas federkraft. In der Drosselöffnung wird der größte Teil der Aufprallenergie in
Wärmeenergie umgewandelt Der Rest der Aufprallenergie wird von der Gasfeder, die
durch die Komprimierung der Gasfüllung in der Kammer 6, 6a gebildet wird, gespeichert.
Diese von der Feder aufgenommene Aufprallenergie wird nach dem Stoß ebenfalls gedrosselt
wieder freigegeben , indem infolge der Federkraft das Fluid aus dem Raum 12
über
die Drossel 11 in den Raum 18 zurückgedrückt wird.
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Dabei kehrt die mit dem Kolben 3 verbundene Kolbenstange 5 in ihre
Ausgangslage zurück. Durch die Kombination des Querschnitts der öffnung und des
gleichzeitigen Druckaufbaues der Gas feder wird hierbei eine geschwindigkeitsabhängige
Steuerung der Dämpfung erreicht.
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Die in Figur 4 bis 7 dargestellten Dämpfer sind für alle Zug- und
Druckdämpfungen geeignet, z.B. Raddämpfer und Achsbeine.
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Der Zylinder 20 ist durch die Bodenplatte 21 abgeschlossen. An der
Bodenplatte ist eine Aufhängung 41 angeordnet zur Aufhängung des Dämpfers. Durch
den oberen Teil des Zylinders ist die Kolbenstange 23 des Kolbens 22 hindurchgeführt.
Die Kolbenstange wird durch die Dichtung 24, die später näher erläutert wird, abgedichtet.
Der Trennkolben 25 trennt die Luftkammer bzw.
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Druckgaskammer 26 vonder Fluidkammer 27 des Zylinders.
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Der Trennkolben kann durch die Dichtungsringe 28 an der Innenwand
des Zylinders geführt werden. Der Kolben besteht aus einer Kolbenscheibe 22, die
mindestens eine Drossel 29 enthält und durch die das Dämpfungsfluid 8 bei der Belastung
des Dämpfers hindurchströmt und dabei in die Kammer 30 hinter die Kolbenscheibe
gelangt. In die Kolbenscheibe 22 ist ein einfacher Ring, z.B. ein Kunststoffring
oder O-Ring eingelassen. Der Kolben kann mit einer einzelnen Drosselöffnung oder
auch mit mehreren Öffnungen ausgerüste sein. Bei Stoßbelastung des Dämpfers über
die Bodenplatte 21 bzw. die Kolbenstange 23 bewegt sich der Kolben nach unten und
dabei strömt das Fluid 8 durch die. Drosselöffnungen in die dahintergelegende Zylinderkammer.
Beim Durchströmen der Drosselöffnung wird die Stoßenergie weitgehend in Wärmeenergie
umgewandelt.
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Während des Durchfahrens des Kolbens wird ein Rückstelldruck durch
die Komprimierung der Luft bzw.
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des vorgespannten Gases in der Kammer 26 aufgebaut. Die Dämpfkraft
hängt auch von der Form der Drosselöffnungen
im Kolben 22 und der
Geschwindigkeit ab.
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Die Drosselöffnungen können auch teilweise mit Federn 40 und 40a abgedeckt
sein, wie dies in der Detailzeichnungen Fig. 4a näher dargestellt ist. Wenn z.B.
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nur die Feder 40 vor der unteren Öffnung der Drossel angeordnet ist,
wird die öffnung bei Druckbelastung des Kolbens verkleinert un<i so die Dämpfung
erhöht.
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Die Bewegung des Kolbens auf Zug kann jedoch sehr schnell erfolgen,
da das Dämpfungsfluid bei Bewegung des Kolbens in umgekehrter Richtung relativ ungehindert
durch die Drosselöffnung 29 strömt, da die Feder 40 vom Fluid angehoben wird.
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Die Dichtung 24 zur Abdichtung des Zylinders ist bei sehr kleinen
Schwingungen auch dazu geeignet, den Kolben zurückzustellen, da die Dichtung elastisch
ausgebildet ist. Der Aufbau der Dichtung 24 wird nachfolgend noch näher erläutert.
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In Fig. 5 ist eine Ausgestaltung des Dämpfers nach Fig. 4 dargestellt.
Der Kolben 22a weistzwi Drosselöffnungen 29a auf, die oben und/oder unten durch
Federn. 42 bzw. 43 teilweise abgedeckt sind. Die beiden Federn verdecken die Öffnungen
vorzugsweise in unterschiedlicher Weise. Wenn eine höhere Druckdämpfung erwünscht
wird, deckt die untere Feder 43 die Öffnung 29.mehr ab als die obere Feder und umgekehrt.
Der Kolben 22 ist mittels einer Schraube mit der Kolbenstange 23 verbindbar. Der
Zylinder ist mittels einer Aufhängung 41 am Halterahmen befestigt bzw. gelagert.
Der Zylinder ist am oberen Ende durch eine elastische Dichtung 24 abgeschlossen,
die nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Die Fig. Sa zeigt die Kolbenscheibe 22 mit den Öffnungen 29 in der
Draufsicht.
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Die Fig. 6 zeigt eine Abwandlung des Dämpfers nach Fig. 4, bei dem
zwischen Kolben 22 und Trennkolben 25 eine feststehende Trennscheibe 31 mit einer
Öffnung 32 angeordnet ist. Die Öffnung 32 wird durch eine Feder 33 teilweise abgedeckt.
Die Trennscheibe 31 kann z. B. durch Sicken oder Sprengringe 34 in ihrer Position
innerhalb des Zylinders fixiert sein, wobei die Sprengringe in entsprechenden Aussparungen
der Innenwand des Zylinders 20 angeordnet sind. Die Fläche der öffnung 32 ist kleiner
als die Summe der Flächen der Öffnungen 29 im Kolben 22. Die Trennscheibe 31 wirkt
als Rückstellregulator, d.h. bewirkt die Entlastung des Trennkolbens 25. Beim Einschieben
der Kolbenstange 23 baut die Öffnung 32 in der Trennscheibe 31 den größten Teil
des Drucks im Dämpfungsfluid 8 ab, so daß zum Volumenausgleich in der Druckkammer
26 ein sehr geringer Gasdruck, d.h. Niederdruck verwendet werden kann.
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Um beim Ausschieben der Kolbenstange 23 das Nachfließen des Dämpfungsfluids
durch die Öffnungen 32 zu erleichtern und um die Ausbildung eines Vakuums in der
Kammer 30a zu verhindern, ist an der Trennscheibe 31 eine Feder 33 vorgesehen, die
etwas angehoben wird, so daß das Dämpfungsfluid in dieser Richtung relativ ungehindert
durch die Trennscheibe hindurchtreten kann.
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Der Trennkolben 25 kann eine Ausbuchtung 25a aufweisen, falls eine
Volumenvergrößerung und damit ein geringerer Druckanstieg in der Druckkammer 26
gewünscht ist.
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Der Dämpfer nach Figur 6 ist z.B. als Dämpfer einsetzbar, bei dem
die Ausschubkraft gering sein soll, z.B. als Lenkungsdämpfer.
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Der Lenker soll nach dem Einschlages dés Lenkrades im allgemeinen
nicht oder nur minimal zurückgestellt werden. Es darf daher kein oder nur ein minimaler
Rückstelldruck während der Dämpfung aufgebaut werden.
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Der Dämpfer gemäß Figur 7 ist z.B. als Raddämpfer einsetzbar, wobei,
ein Teil des erfindungsgemäßen Dämpfungszylinders einen erweiterten Querschnitt
aufweist. In der erweiterten Zylinderkammer 35 des Zylinders 36 ist der Trennkolben
37 angeordnet, der das inkompressible Dämpfungsfluid von der Luftkammer bzw. Druckgaskammer
38 trennt.
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Auch hier kann der untere Teil des Zylinders mit einer lösbaren Bodenscheibe
39 abgesclossen sein. Der Zylinder ist durch eine elastische Dichtung 44 abgeschlossen.
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Wenn der Kolben 22 bei Belastung n der Zylinderkammer verschoben wird,
und das inkompressible Dämpfungsfluid durch die Drosselöffnungen 29 hindurchtritt,
wird der Trennkolben 37 nur gering verschoben, da der Trennkolben im Gegensatz zum
Trennkolben des Dämpfers gemäß Figur 4 eine größere Fläche aufweist, so daß in diesem
Fall auch eine geringere Komprimierung des Gases in der Kammer 38 eintritt und damit
eine geringe Rückstellkraft aufgebaut wird. Diese Dämpferform kann z.
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B. dann von Vorteil sein, wenn eine geringe Rückstellkraft erwünscht
ist oder wenn die Bauhöhe nur eine geringe Länge des Dämpfers zuläßt. Im letzterenFall
kann die Rückstellkraft, gewünschtenfalls dadurch erhöht werden, daß in die Kammer
38 ein zusätzliches
Federelement z.B. eine Spiralfeder 43 einbaubar
ist.
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Die in den Figuren 8 bis 11 dargestellten Dämpfer sind insbesondere
als geschwindigkeitsabhängige Dämpfer, insbesondere Zug-Druck-Dämpfer geeignet.
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Der Zylinder 50 ist durch die Bodenplatte 51 abgeschlossen. Die Kolbenstange
52 ist durch die elastische Dichtung 24 hindurchführbar, die als druckabhängige
Dichtung ausgestaltet ist. Die elastische Dichtung wird noch näher erläutertperKolben
53 ist mit einem Dichtungsring 55 ausgerüstet. Der Kolben ist als Plungerkolben
ausgebildet, da er keine Durchtrittsöffnung bzw. Drosselöffnung aufweist. Im unteren
Teil des Zylinders befindet sich die Luftkammer bzw. Druckgaskammer 56, die durch
den Trennkolben 57 von dem inkompressiblen Dämpfungsfluid 8 abgetrennt ist. Der
Trennkolben bzw. Schwebekolben 57 wird an der Innenwand des Zylinders über den Dichtungsring
58 abgedichtet. Zwischen Kolben 53 und Trennkolben 57 ist eine feststehende Trennscheibe
59 mit der Drosselöffnung 60 angeordnet.
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Der Raum zwischen der festen Trennscheibe und dem Trennkolben muß,
wenn der Kolben in seinem Hub nicht begrenzt wird, so groß sein, daß er das Volumen
des inkompressiblen Dämpfungsfluids aufnehmen kann. Das Volumen des Raumes 56 bestimmt
den Druck der sich durch den Weg des Trennkolbens 57 während der Dämpfung ergibt.
Der in der Kammer 56 aufgebaute Rückstelldruck läßt sich als harte Feder bzw. weiche
Feder regulieren, z.B. durch eine Vergrößerung des Zylinderraums und Anordnung des
Trennkolbens 57a in der erweiterten Zylinderkammer 56a (vgl. Figur 9). In diesem
Fall legt der Trennkolben
während des Dämfpungsvorganges einen
kleineren Weg zurück als bei dem Dämpfer gemäß Fig.. 8, so daS auch nur eine geringe
Rdckstellkraft aufgebaut wird.
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Damit während der Druckbelastung kein Vakuum im Dämpfer oberhalb des
Kolbens 53 erzeugt wird, ist die r Zylinderwand mit einer Öffnung 54 für den Druckausgleich
ausgerüstet.
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Die Trennscheibe 59 kann in den Zylinder eingebracht werden, in dem
man die Trennscheibe durch Federringe, die oberhalb und unterhalb der Trennscheibe
angeordnet sind, an der entsprechenden Stelle des Zylinders fixiert.
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Die Fig. 10 zeigt eine Ausgestaltung des Dämpfers, z.B.
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Raddämpfers nach Fig. 8 für Zug- und Druckdämpfung mit verhältnismäßig
großer Volumenveränderung und teilweise automatisch wirkender öffnung 60. Die Luft-
bzw. Gasdruckkammer 56 ist mit Öffnungen 62 in der Zylinderwand ausgerüstet.
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Um den unteren Teil des Zylinders ist eine elastische Manschette 63
luftdicht herumgelegt, die für den Volumenausgleich sorgt. Die Rückstellung des
Kolbens wird hier durch die Elastizität der Manschette 63, die über Spannringe 49
am Zylinder 1 befestigt oder anvulkanisiert ist, eingestellt.
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Die Trennscheibe 59 kann oben und/oder unten mit einer elastischen
Scheibe 65 belegt sein, z.B. anvulkanisiert sein. Die Offnungen 65a der elastischen
Scheiben 65 sind größer oder gleich groß wie die Öffnung 60. Bei sehr kleinen Schwingungen
(mm-Hübe) bei denen kein Dämpfungsfluid durch die Offnung 60 fließt, werden die
elastischen Scheiben 65 etwas komprimiert bzw. entspannt. In diesem Fall werden
die Schwingungen durch die elastischen Scheiben (Gummifeder) abgefedert und so wird
keine Dämpfung erzeugt und kein Körperschall über den Dämpfer in das Fahrzeug geleitet.
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Die Manschette 63 dient dazu,das Volumen der Kammer 56 zu vergrößern
und über die elastische Spannung der Manschettenwand eine entsprechende weiche Federcharakteristik
zu erzeugen.
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Der Dämpfer nach Figur 1 0 ist nicht mit einer elastischen Dichtung,
sondern einer einfachen Dichtung abgeschlossen, die aus einer Scheibe 48 und einem
Führungsring 47 zur Führung der Kolbenstange 52 besteht und wobei die Scheibe 48
durch Sprengringe 46 im Inneren des Zylinders 50 fixiert ist.
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Diese Konstruktion wirkt teilweise niveauausgleichend, weil die große
Volumenverdrängung auf den Schwebekolben 57 und damit auf das Druck und Zugsystem
wirkt und über Ventile eine Drucksteuerung möglich ist. Durch Koppelung der elastischen
Manschette mit einem Druckgeber kann volle Lastabhängigkeit und volle Niveauregulierung
geschaffen werden.
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Die Größe der Dämpfkraft wird durch die Art und Form der Offnung in
der Trennscheibe 59 bestimmt.
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Hier ist erstmals eine lösung angegeben,beider Stoßdämpfung mit großen
und kleinen Tosbiechkrä.ftenund Geräuschisolierung in einem System zusammengefaßt
ist. Dies ist mit bekannten Systemen aus Niederdruckluftfeder und zusätzlichem gesonderten
Stoßdämpfer kaum erreichbar oder nur unvollständig.
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Dieses System läßt sich auch vereinigen mit einer statischen Tragfeder,
z.B. einer Blattparabelfeder, wobei die Blattfeder die statischen Kräfte und die
sehr großen Schwingungen aufnimmt.
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Die Fig. 11 zeigt einen Dämpfer der einsetzbar ist, wo kleine und
große Schwingungen, kleine und große Losbrechkräfte auftreten und wo aus Gründen
des Komforts sehr weich abgefedert werden soll. Der Teil des Zylinders unterhalb
der Trennscheibe 59 mit der Öffnung 60 weist einen Ballon aus flexiblem Material,
z.B. aus Grummi oder Kunststoff auf. Das inkompressible Dämpfungsfiuid wird bei
der Dämpfung direkt durch die Öffnung 60 in den Ballon 64 gedrückt. Der Ballon 64
kann gegebenenfalls auch vorgespannt sein. Auf diese Weise wird eine weiche, eventuell
vorgespannte Gummi feder mit einer lastabhängigen weichen Dämpfung mit der öffnung
60 kombiniert. Bei dieser Anordnung liegt eine weiche Feder, d.h. eine weiche Dämpfung
vor.
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Der Zylinder des Dämpfers ist über seitliche Laschen 69 mit dem Fahrzeugrahmen
verbunden.
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Der elastische Ballon 64 kann von einem zweiten Ballon 66 (z.B.
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Luftfederbalg),der sich weniger stark dehnt als der Ballon 64, umgeben
sein, wobei der Zwischenraum 67 mit Luft gefüllt ist, so daß zusätzlich zur weichen
Gummifeder eine weiche Luftfeder entsteht, die automatisch arbeitet, da sich durch
die Dehnung des inneren Ballons 64 der Druck im Zwischenraum 67 erhöht bzw. verringert.
Mit dieser Dämpfungsanordnung werden kleine Schwingungen sehr weich abeefedert.
Größere Schwingungen werden mit hoher Dämpfung abgefedert, da sich hier der zusätzliche
Dämpfkraftaufbau durch die Luftfeder der Kammer 67 bemerkbar macht. Die Kammer 67
kann mit einem gesonderten Druckgeber z.B. zur Niveauregulierung kombiniert sein.
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Die Figur 11a zeigt eine Abwandlung des Dämpfers nach Figur 11, wobei
der Ballon 64 hier von einer Federschale 68 umgeben ist.
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Die Federschale 68 ist so gebaut, dali sie den größten Teil des Ballons
64 umfaßt und verhindert, daß dieser bei der Aufweitung aus der Federschale 68 herausrutscht.
Die Federschale besteht vorzugsweise aus einem Federmetall oder aus einer geschlitzten
flexiblen Metall- oder Kunststoffschale.
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Sie ist vorzugsweise am Ballon 64 befestigt. Der Zylinder ist wie
bei Figur 11 mit einer einfachen Führung abgeschlossen.
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Sehr kleine Schwingungen werden sehr weich abgefedert, da der elastische
Ballon 64 mit dem Dämpfungsfluid darin als Gummifeder wirkt. In diesem Fall berührt
der Ballon 64 nicht die Federschale. Bei großen bzw.
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niederfrequenten Schwingungen wird das Dämpfungsfluid 8 solange durch
die öffnung 60 in den Ballon 64 gepreßt, wobei der größte Teil der Energie umgewandelt
wird, bis der Ballon 64 die Federschale 68 erreicht hat und nunmehr die Federschale
als mechanische Feder für einen zusätzlichen Dämpf- und Federkraftaufbau sorgt.
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Die Fig. 12 zeigt einen Längsschnit durch die Kolben bzw. Trennscheiben
der erfindungsgemäßen Dämpfer mit den verschiedensten Querschnitten der Drosselöffnungen.
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Bei Verwendung des erfindungsgemäßen inkompressiblen
Dämpfungsfluids
werden bei den Drosselöffnungen gemäß Fig. 12a, 12 b Geschwindigkeitsexponenten
von n = 0,44 bzw. 0,84 erreicht. Es sind aber auch Werte von n = 1 erreichbar. Durch
diese einfachenöffnunnläßtsich somit sowohl eine degressiste als auch eine lineare
Dämpfungskennlinie (n " 1) erzeugen.
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Die Fig. 13 zeigt eine Ausgestaltungsform der elastischen Dichtung
44, die insbesondere für die erfindungsgemäßen Dämpfer geeignet ist. Die Dichtung
besteht aus einer Dichtungsscheibe 70 aus elastischem Material, z.
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B. Gummi oder Kunststoff, wobei die Scheibe oben von einer Abschlußplatte
71 und unten von einer Druckscheibe 72 gehalten wird. Auf der der Kolbenstange 5
zugewandten Seite weist die Dichtungsscheibe 70 eine Ausnehmung 73 auf, so daß ein
unterer Dichtungsring 74 als Dichtungsfläche und ein oberer Ring 75 als Abstreiffläche
wirkt.
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In der Ausnehmung 73 sammelt sich das abgestreifte viskose Dämpfungsfluid
8, so daß die Ausnehmung 73 als Schmierkammer dient. Die Abdeckscheibe 71 ist nahe
der Kolbenstange mit einer Vertiefung 76 ausgerüstet, so daß die Abstreiffläche
75 des Dichtungsringes 70 an die Kolbenstange gepresst wird und so die Abdichtung
verstärkt wird. Die Druckplatte,72 weist eine umlaufende Erhöhung 72a auf, die bei
Druckbelastung z.B. durch das Dämpfungsfluid 8 in die Abdichtungsscheibe 70 hineingedrückt
wird und so die elastische Scheibe nach innen zur Kolbenstange als auch nach außen
zur Zylinderwand drückt. Die Scheibe 71 ist gegen Verrutschen nach oben durch den
Federring 77 und die untere Druckplatte 72 ist gegen Verrutschen nach unten durch
den Federring 78 abgesichert. Die erfindungsgemäß Dichtung stellt sich automatisch
auf eine höhere Druckbelastung ein und dichtet die Kolbenstange bzw. die Zylinderwand
gegen Leckverluste ab, da die Dichtungsscheibe 70 bei erhöhtem Innendruck des Dämpfers
fester gegen die abzudichtenden Flächen gedrückt wird.
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Die Fig. 14 zeigt eine weitere Ausgestaltung 24 der elastischen Dichtung,
die für die erfindungsgemäßen Dämpfer besonders geeignet ist. Diese Dichtung ist
ähnlich wie die Dichtung nach Fig. 13 aufgebaut. Die Dichtungsscheibe 80 besteht
jedoch aus einer elastischen Scheibe, z.B. aus Gummi oder Kunststoff die zur Kolbenstange
5 und zur Zylinderwand etwas abgeflacht ist und wobei die Scheibe am inneren als
auch äußeren Rand jeweils eine Ausnehmung 80a bzw. 80b aufweist. Die innere Ausnehmung
80a ist so ausgestaltet, daß die untere Fläche 81 und 81a breiter ausgebildet ist
und als Dichtring an der Kolbenstange und an der Zylinderwand wirkt und die obere
Fläche 82 und 82a schmaler ausgebildet ist und als Abstreiffläche dient. Die Fläche
81,81a kann auch mit Rippen zur Erhöhung der Dichtwirkung ausgerüstet sein.
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Die Dichtungsscheibe 80 wird nach oben zum Zylinderende von einer
glatten Abschlußscheibe 83 und nach unten zum Dämpfungsfluid durch die glatte Druckscheibe
84 begrenzt.
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Die Druckscheibe 84 wird in ihrer Position so durch einen Federring
85 fixiert, daß die Scheibe z.B. bei Druckbelastung durch das Dämpfungsfluid nach
oben verschoben wird und dabei die elastische Dichtungsscheibe 80 fest gegen die
Kolbenstange und die Zylinderinnenwand drückt und so eine sichere Abdichtung des
Zylinders auch bei Druckbelastung gewährleistet wird. Die obere Abschlußscheibe
83 ist gegen Verrutschen nach oben durch den Federring 86 abgesichert, wogegen die
Abschlußscheibe 83 nach unten in Richtung zur Dichtungsscheie 80 hin verschiebbar
ist.
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Diese erfindungsgemäße Dichtung stellt sich also automatisch auf die
unterschiedlichen Druckbelastungen ein und sorgt für eine erhöhte Abdichtung, wenn
der Druck des Fluids 8 gegenüber der )ichtung zunimmt.
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Die Fig. 15 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfinungsgemäßen
Dichtung,
wobei in der Fig. 15 zwei Formen aus Gründen der Vereinfachung zusammengefasst sind.
Der linke Abschnitt zeigt die Dichtungsscheibe 90, die hier vorzugsweise aus einem
festen Kunststoffring oder einer Metallscheibe besteht. In die Scheibe 90 sind an
der Kolbenstangenseite zwei übereinander angeordnete ringförmige Aussparungen vorgesehen,
in die elastische O-Ringe 91 bzw. 92 einsetzbar sind. Der obere O-Ring 91 dient
als Abstreifring und der untere O-Ring 92 dient als Dichtungsring. Bei dieser Dichtung
ist die untere Druckplatte in Form eines Druckringes 93 oder einer Druckscheibe
95 mit zwei Erhebungen ausgebildet. Bei der Druckscheibe 95 ist eine Erhebung 96
an der Zylinderwand und eine Erhebung 97 an der Kolbenstangenseite vorgesehen, wobei
die Erhebungen in entsprechende Ausnehmungen der Dichtungsscheibe 90 eingreifen.
Zwischen den Erhebungen der unteren Druckplatte und der .Dichtungsscheibe 90 sind
elastische O-Ringe 98 und 92 einsetzbar, die die Dichtung übernehmen. Die untere
Druckscheibe 93, 95 wird gegen eine Verschiebung nach unten, d.h. zum Dämpfungsfluid
durch einen Federring 99 abgesichert. Oberhalb des an der Kolbenstange angeordneten
O-Ringes 92 ist ein weiterer O-Ring 91 als Abstreifung angeordnet, der nicht durch
Druck belastet wird.
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Der Dichtungsring 90 wird gegen eine Verschiebung nach oben durch
den Federring 94 abgesichert.
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Der O-Ring 98 wird gegen das Kunststoffteil 90 und die Zylinderwand
und der O-Ring 92 wird gegen das Kunststoffteil 90 und die Kolbenstange 5 gedrückt,
wenn das viskose, inkompressible Dämpfungsfluid 8 gegen die Druckscheibe 93 bzw.
95 gedrückt wird und so wird der Zylinder auch bei erhöhtem Innendruck abgedichtet.
Der Druck auf die elastischen O-Ringe 92 und 98 ist umso höher, je höher
dcr
Druck des Dämpfungsfluids 8 gegenüber der Dichtung ist.
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Figur 16 zeigt das Dämpfkraft (FD)/Weg(s)-Diagra.7em der Dämpfer nach
den Figuren 1 und 2. Der Weg bzw.
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Hub betrug 50 mm, die Last m = 500 hg, die Dämpfkraft FD = 30 kN und
die Aufprallgeschwindigkeit vO =2,3 m/sek.
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Nach dem Aufprall der Last auf die Kolbenstange wird die Dämpfkraft
FD sehr steil aufgebaut, dann wird die Kolbengeschwindigkeit linear auf Null verzbgert
(dynamische Dämpfung) und ab der mit x gekennzeichneten Stelle ist die Rückstellung
der Kolbenstange durch die Gasfeder dargestellt.
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Figur 17 zeigt das Dämpfkraft/Weg-Diagramm des Dämpfers nach Figur
3. Die Last betrug 500 kg, die Dämpfkraft FD 28 kN, der Weg (Hub) 60 mm und die
Geschwindigkeit v0 2,3 m/sek. Aufgrund der größeren Kolbenöffnung ist der Dämpfkraftaufbau
zu Beginn weicher, d.h. die Kennlinie steigt weniger steil an als beim Dämpfer nach
den Figuren 1 und 2. Die Aufprallgeschwindigkeit wird dann entlang der Linearen
auf Null verzögert und zum Hubende fällt die Dämpfkraft leicht ab. Ab der mit x
gekennzeichneten Stelle erfolgt die Rückstellung der Kolbenstange. Die Dämpfung
wird hier trotz der größeren Kolbenöffnung idealisiert bzw. linearisiert durch den
Steuerstift 15, der während der Dämpfung in die Kolbenöffnung eindringt. Auch die
Rückstellung wird durch das Herausgleiten des Steuerstabes wie die Kennlinie zeigt,
idealisiert.
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Die Figur 18 zeigt das Dämpfkraft/Weg-Diagramm der Druck-Zug-Dämpfer
nach den Figuren 4 bis 7, die z.B.
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als Raddämpfer einsetzbar sind. Die Figur enthält die Kennlinien von
drei Schwingungsvorgängen (sinus-Schwingung). Die Schwingfrequenz betrug 1,7 Hz.
Der Hub betrug 10,25 bzw. 50 mm und die Dämpfkraft jeweils 300, 400 bzw.
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700 N. Die Druck-Zug-Kennlinien, die fast viereckig sind, zeigen an,
daß die Dämpfkraft sofort steil aufgebaut.wird, dann die Kolbengeschwindigkeit linear
auf Null verzögert wird, die Dämpfkraft steil abfällt wenn der Kolben den vollen
Hub durchfahren hat und dann der Kolben auf gleiche Weise wieder zurückgestellt
wird.
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