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Hvdronneumatischer Einrohr-Teleskovstoßdämpfer für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Einrohr-Teleskopstoßdämpfer
für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie er
beispielsweise aus der DE-AS 15 05 522 bekannt ist Dieser bekannte hydropneumatische
Teleskopstoßdämpfer, dem eine Gasfeder parallelgeschaltet ist, besitzt eine selbsttätig
beladungsabhängig und stufenlos veränderbare Dämpfungskraft, so daß bei jedem Belastungszustand
des Fahrzeuges mit einer ihm angepaßteri Abfederung und Dämpfung gefahren werden
kann, wodurch bei zugleich gesteigertem Fahrkomfort eine größere Fahrsicherheit
gewährleistet wirdw Die selbsttätige lastabhängige Verstellung der Dämpfungskraft
wird hierbei mittels einer Verstellstange vorgenommen, welche innerhalb der hohl
ausgebildeten Kolbenstange axial verschiebbar gelagert ist und durch deren Axialverschiebung
die Drosselwirkung von Drosselöffnungen veränderbar ist, welche beidseitig des Teleskopstoßdämpfer-Kolbens
gelegene Hydraulikräume miteinander verbindet.
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Zur lastabhängigen Axialverschiebung der Verstellstange ist im Bereich
des kolbenstangenseitigen Endes der Baueinheit eine Steuerkammer vorgesehen, welche
über eine auch die Gasfeder versorgende Leitung mit einer der unterschiedlichen
Fahrzeugbelastung angepaßten Druckgasmenge versorgt wird, so daß in ihr je nach
Belastung des Fahrzeuges ein unterschiedlich großer Gasdruck herrscht. Über eine
Membran der Steuerkammer wird die Verstellstange
daher entsprechend
der unterschiedlichen Fahrzeugbelastung axial unterschiedlich stark relativ zur
Kolbenstange verschoben, wodurch Drossel~ öffnungen mehr oder weniger stark in ihrem
wirksamen Querschnitt verändert werden Voraussetzung für die selbsttätige stufenlose
und beladungsabhängige Änderung der Dämpfungskraft dieses bekannten Teleskopstoßdämpfers
ist das Vorhandensein einer äußeren Druckquelle, aus der die Steuerkammer mit einem
Druckmedium versorgt werden kann, dessen Druck beladungsabhängig veränderbar ist.
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Der Aufwand zur Veränderung der Dämpfungskraft ist hierbei verhältnismäßig
groß, darüberhinaus stehen derartige Druckgasquellen nur bei solchen Federbein-
oder Dämpferanordnungen von vornherein zur Verfügung, bei denen den Teleskopstoßdämpfern
Gasdruckfedern parallelgeschaltet sind, welche zum Ausgleich unterschiedlicher Fahrzeugbelastungen
mit unterschiedlichen Druckgasmengen versorgt werden.
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Grundsätzlich ist es bereits bekannt (Reimpell: Fahrwerktechnik, 3,
Vogel-Verlag, 1974, Seiten 44 und 45) die Dämpfungskraft eines TeleskopStoßdämpfers
auch ohne derartige Verstellstange beladungsabhängig zu verändern Bei diesen bekannten
Teleskopstoßdämpfern ist in dem oberen Teil des Zylinderrohrs eine Längsnut mit
genau festliegendem Querschnitt eingearbeitet, die einen zweiten, parallel zum Kolbenventil
arbeitenden konstanten Durchlaß darstellt In wenig beladenem Zustand des Fahrzeuges
befindet sich der Stoßdämpferkolben im Bereich dieser Längsnut so daß sich die Dämpfungskräfte
durch diesen Nutquerschnitt in Grenzen halten In voll beladenem Zustand des Fahrzeuges
arbeitet der tiefer eingefahrene Kolben dagegen in dem nutlosen Teil des Dämpfers,
so daß die Hydraulikflüssigkeit nunmehr gezwungen ist, durch die üblichen Dämpfungsventile
des Kolbens zu strömen, so daß die Dämpfungskraft vergleichsweise groß ist Diese
Art der Dämpfungskraft Steuerung setzt jedoch voraus, daß der Kolben mit der Beladung
des Fahrzeuges tiefer in das Dämpferrohr eintaucht, was jedoch bei niveaugeregelten
hydropneumatischen Dämpfern nicht der Fall ist Bei diesen ist die Lage des Kolbens
innerhalb des Dämpferrohrs beladungsunabhängig. Es ist in diesem Falle also nicht
möglich, die Dämpfungskraft des Dämpfers mit Hilfe des
Kolbens zu
steuern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hydropneumatischen
Einrohr-Teleskopstoßdämpfer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art
so auszubilden und weiter zu verbessern, daß einerseits besondere Verstellstangen
o. ä nicht erforderlich sind und andererseits ein Einsatz als niveaugeregeltes Element
möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Zur Steuerung der Dämpfungskraft wird also erfindungsgemäß
der Trennkolben verwendet, welcher sich bekanntlich mit zunehmender Belastung des
Fahrzeuges, die sich bei niveaugeregelten Anordnungen jeweils durch eine Erhöhung
des auf den Trennkolben einwirkenden Hydraulikdrucks bemerkbar macht, tiefer in
das Dämpferrohr hineinbewegt Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellungsweise Fig. 1
den Längsschnitt durch den Teleskopstoßdämpfer eines Federbeins mit einer innerhalb
des Dämpferrohr angeordneten Bypass-Verbindung und Fig. 2 den Längsschnitt eines
Teleskopstoßdämpfers mit einer außerhalb des Dämpferrohrs verlaufenden Bypass-Verbindung.
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Der in Fig. 1 dargestellte Federdämpfer für Kraftfahrzeuge besteht
aus einem in seiner Dämpfungskraft selbsttätig beladungsabhängig veränderbaren hydropneumatischen
Teleskopstoßdämpfer 1 sowie einer zwischen dessen Kolbenstange 2 und dessen Dämpferrohr
3 angreifenden, der Fahrzeugabfederung dienenden Federvorrichtung, die im Ausführungsbeispiel
als übliche
Schraubenfeder 4 dargestellt ist und mit ihrem oberen
Ende an einem an der Kolbenstange 2 befestigten oberen Federteller 41 und mit ihrem
unteren Ende an einem am Dämpferrohr 3 befestigten unteren Federteller 42 anliegt.
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Der Federdämpfer wird über ein nicht weiter beziffertes rohrseitiges
sowie über ein kolbenstangenseitiges Befestigungsgelenk 5 in üblicher Weise zwischen
Fahrzeugaufbau und Radführungsglied angelenkt wobei die Einbaulage von den Einbauerfordernissen
sowie von der Art des Teleskopstoßdämpfers abhängt; das kolbenstangenseitige Befestigungsgelenk
5 kann somit nach Bedarf entweder am Fahrzeugaufbau oder am Radführungsglied angelenkt
werden.
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Der mit 9 bezifferte Stoßdämpferkolben ist in üblicher Weise mit -
nicht weiter dargestellten - Drosseldurchlässen (Zug- und Druckventilen) ausgerüste
Die beidseitig des Stoßdämpferkolbens gelegenen Flüssigkeitsräume sind mit 10 und
11 beziffert.
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Unterhalb des Stoßdämpierkolbens ist in bekannter Weise ein Trennkolben
12 angeordnet, welcher die Flüssigkeitsfüllung von einem mit Druckgas gefüllten
Ausgleichsraum 13 trennt der für einen Volumenausgleich beim Ein- und Austauchen
des Stoßdämpferkolbens 9 sorgt oder sogar für die Abfederung eines hydropneumatischen
Federsystems ausgenutzt werden kann.
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Um die Dämpfungskraft des Teleskopstoßdämpfers selbsttätig beladungsabhängig
zu steuern, ist der Trennkolben 12 als Steuerkolben ausgebildet; in Abhängigkeit
von dem auf ihn einwirkenden Flüssigkeitsdruck, der beladungsabhängig ist, steuert
er eine Bypass-Verbindung, über welche eine leitungsmäßige Verbindung zwischen den
beiden Flüssigkeitsräumen 10 und 11 hergestellt werden kann Zu diesem Zweck ist
der Trennkolben 12 mit einem hohlzylindrischen Fortsatz 7 versehen, welcher - durch
den Stoßdämpferkolben 9 hindurch - von unten in eine Längsbohrung 6 der Kolbenstange
2 hineinragt und in dieser mit radialem Spiel axial verschieblich gelagert ist Die
Längsbohrung 6 ist dabei durch eine Dichtung 17, welche zwischen dem Fortsatz und
dem Stoßdämpferkolben 9 bzw. der Kolbenstange 2 angeordnet ist, gegen den am
Trennkolben
12 angrenzenden ersten Flüssigkeitsraum 10 abgedichtet. Der hohlzylindrische Fortsatz
7 steht über innerhalb des Trennkolbens 12 verlaufende Radialbohrungen 14 mit einer
umlaufenden Nut 19 des Trennkolbens in Verbindung. Die Längsbohrung 6 der Kolbenstange
2 steht ihrerseits über radiale Durchlässe 8 in ständiger Verbindung mit dem zweiten
Flüssigkeitsraum 11. Dieser steht somit letztlich über die radialen Durchlässe 8,
die Längsbohrung 6, die Axialbohrung 15 im hohlzylindrischen Fortsatz 7 und die
Radialbohrungen 14 in ständiger Verbindung mit der umlaufenden Nut 19 des Trennkolbens
12.
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In Höhe des Trennkolbens ist die Innenwandung des Dämpferrohrs 3 mit
einer, zF Bv ringnutförmigen, Vertiefung 18 versehen. Wie aus Figv 1 leicht zu erkennen
ist, ergibt sich bei ihrer Uberdeckung mit der umlaufenden Nut 19 des Trennkolbens
12 eine leitungsmäßige - Verbindung vom ersten Flüssigkeitsraum 10 zur umlaufenden
Nut 19 und damit auch zum zweiten Flüssigkeits raum 1L Bekanntlich wircf der Trennkolben
eines hydropneumatischen Teleskopstoßdämpfers beim Eintauchen des Stoßdämpferkolbens
infolge der damit verbundenen Volumenveränderung so lange ebenfalls tiefer in das
Dämpferrohr hineingeschoben, bis am Trennkolben wieder ein Kräftegleichgewicht herrscht.
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Die Vertiefung 18 in der Innenwandung des Dämpferrohrs 3 und die umlaufende
Nut 19 im Trennkolben 12 sind nun derart bemessen und räumlich angeordnet, daß der
größtmögliche Öffnungsquerschnitt der durch sie - bei ihrer Uberdeckung - hergestellten
Bypass-Verbindung zwischen den beiden Flüssigkeitsräumen 10 und 11 gerade bei Leerlast
des Fahrzeuges vorliegt.
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Da der Trennkolben nun mit zunehmendem Flüssigkeitsdruck, d. h mit
zunehmender Beladung, tiefer in das. Dämpferrohr 3 hineingeschoben wird, verändert
sich auch die Uberdeckung zwischen Vertiefung 18 und umlaufender Nut 19 im Sinne
einer zunehmenden Verringerung des wirksamen öffnung querschnittes der durch sie
hergestellten Bypass-Verbindung. Das bedeutet, daß die Dämpfungskraft des Teleskopstoßdämpfers
ausgehend von der bei Leerlast gegebenen Dämpfungskraft mit zunehmender Beladung
selbsttätig größer wird, wodurch ein entsprechend guter Fahrkomfort des Fahrzeuges
erzielt
wird. Mit der Vergrößerung der Dämpfungskraft F ist nämlich eine Erhöhung des Dämpfungsfaktors
k = F verbunden (v = Kolbengeschwin v digkeit)> so daß die Dämpfung D des Fahrzeugs
trotz zunehmender Beladung und der damit einhergehenden Vergrößerung der schwingenden
Masse m sowie der Federrate c der Fahrzeugfederung im Sinne eines weitgehend beladungsunabhängigen
Fahrkomforts zumindest annähernd konstant gehalten werden kann, denn bekanntlich
gilt für die Dämpfung einer Schwingung
Eine entsprechende lastabhängige Steuerung der Dämpfungskraft ist auch erzielbar,.
wenn der hydropneumatische Teleskopstoßdämpfer - wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet
- als niveaugeregeltes Element eingesetzt wird. In Fig. 1 ist ein entsprechender
Hydraulikanschluß für die Niveauregelung gestrichelt dargestellt und mit 23 beziffert.
Bei einer solchen Ausbildung würde sich der Stoßdämpferkolben 9 zwar nicht beladungsabhängig
innerhalb des Dämpferrohrs 3 verlagern, der Druck innerhalb der beiden Flüssigkeitsräume
10 und 11 würde aber über die Niveauregelung beladungsabhängig verändert werden
so daß sich der Trennkolben 12 ähnlich wie zuvor beschrieben beladungsabhängig verlagern
würde.
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Schematisch angedeutet ist in Fig 1 noch> daß anstelle nur einer
Vertiefung ggf mehrere Vertiefungen 18 und 18' vorgesehen werden können, die nacheinander
wirksam werden. Die Vertiefung kann auch als durchgehende schräge Nut ausgebildet
sein.
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Der in Fig. 2 dargestellte hydropneumatische Einrohr-Teleskopstoßdämpfer
stimmt im wesentlichen, insbesondere bezüglich seiner Funktionsweise mit dem in
Fig. 1 dargestellten Teleskopstoßdämpfer überein. Insofern sind gleiche Bauelemente
jeweils mit den gleichen Ziffern versehen Abweichend vom Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 wird die Bypass-Verbindung zwischen den beiden Flüssigkeitsräumen 10 und
11 nicht durch eine innerhalb sondern durch eine außerhalb des Dämpferrohrs 3 angeordnete
Leitungsverbindung hergestellt.
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Wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Trennkolben
12 mit einer umlaufenden Nut 19 versehen. Diese ist über innerhalb des Trennkolbens
verlaufende innere Radial- und Achsialbohrungen 14 bzw. 15 ständig mit
dem
am Trennkolben 12 angrenzenden ersten Flüssigkeitsraum 10 verbunden.
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Im Bereich des Trennkolbens 12 ist die Mündungsöffnung 20 einer Ausgleichsleitung
21 angeordnet, welche über einen radialen Durchlaß 22 mit dem zweiten Flüssigkeitsraum
11 verbunden ist.
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Die Mündungsöffnung 20 der Ausgleichsleitung 21 und die umlaufende
Nut 19 im Trennkolben 12 sind wiederum derart angeordnet und bemessen, daß der größtmögliche
Öffnungsquerschnitt der durch sie hergestellten Bypass-Verbindung zwischen den beiden
Flüssigkeitsräumen 10 und 11 gerade bei Leerlast des Fahrzeuges vorliegt Dieser
Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Man erkennt leicht, daß der wirksame Öffnungsquerschnitt
mit zunehmender Fahrzeugbelastung - womit eine zunehmende Verlagerung des Trennkolbens
einhergeht -verkleinert wirdv Auch bei dieser Teleskopstoßdämpfer-Ausführung wird
somit die Dämpfungskraft selbsttätig beladungsabhängig derart gesteuert, daß mit
zunehmender Beladung eine Dämpferkraft-Vergrößerung einhergeht.
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Auch der in Figb 2 dargestellte hydropneumatische Einrohr-Teleskopstoßdämpfer
kann natürlich als niveaugeregeltes Element eing.esetzt werden. Gestrichelt ist
daher ein entsprechender Hydraulikanschluß 23 angedeutet, der mit Vorteil an der
bereits vorhandenen äußeren Ausgleichsleitung 21 angeordnet wird