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Schwingungsdämpfer für Fahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer für Fahrzeuge
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei den bekannten Schwingungsdämpfern für Fahrzeuge werden die für
ein Fahrzeug geforderten optimalen Dämpfwirkungen in Zug-und Druckrichtung der Kolbenstange
durch entsprechende Auslegung der Dämpfventile erzielt. Für verschiedene Fahrzeugtypen
ist üblicherweise eine unterschiedliche Auslegung für die Ventileinstellung erforderlich,
wobei beispielsweise eine höhere Dämpfkraft durch weitere Ventilscheiben oder durch
Erhöhung der Federbelastung der Ventilplatte vorgenommen wird. Diesen Maßnahmen
sind Grenzen gesetzt, denn dicke Ventilscheibenpakete oder sehr harte Schraubenfedern
werfen Platz- und Toleranzprobleme auf, wobei eine große Anzahl von Ventilscheiben
und Federn bereitgestellt werden müssen. Außerdem erschweren diese Maßnahmen die
Festlegung und Einhaltung des gewünschten Kennl inienverlaufs.
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Andererseits werden für sehr niedrige Dämpfkräfte nur eine oder zwei
dünne Ventilscheiben oder sehr schwache Ventilfedern benötigt. Gerade bei Ventilscheiben
besteht dann die Gefahr, daß diese infolge des großen Abhubes brechen oder durch
den Dämpfdruck in die Bohrungen oder Kanäle hineingedrückt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dämpfventil für
Schwingungsdämpfer zu schaffen, das mit möglichst einfachen Mitteln die Abstimmung
auf den jeweiligen Fahrzeugtyp ermöglicht, einen einfachen und funktlonssicheren
Aufbau besitzt und wenig Bauraum beansprucht.
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Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der dem Dämpfventil
zugeordnete Durchlaßquerschnitt durch eine speziell auf die geforderte Dämpfkraft
abgestimmte Abdeckscheibe im Querschnitt begrenzt wird und dadurch eine druckbeaufschlagte
Fläche für die Ventilscheibe oder die Ventilplatte entsteht, wobei die Abdeckscheibe
fest mit dem den Durchlaßquerschnitt aufweisenden Körper verspannt ist und zumindest
einen Teil der Anlagefläche für die Ventilscheibe oder die Ventilplatte bildet.
Für die Abhängigkeit der Dämpfkraft von der druckbeaufschlagten Fläche gilt die
Beziehung FD Fv AD v A v FD ist die Dämpfkraft.
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Fv die Vorspannkraft der Ventilscheibe oder der Ventilplatte.
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AD die Dämpffläche, welche beispielsweise bei einem im Kolben befindlichen,
der Zugstufe zugeordneten Dämpfventil, durch die Kolbenstirnfläche abzüglich des
Kolbenstangenquerschnitts gebildet wird.
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Av die druckbeaufschlagte Fläche für die Ventilscheibe oder die Ventilplatte.
Die Beeinflussung der Dämpfkraft durch die druckbeaufschlagte Fläche für die Ventilscheibe
oder die Ventilplatte ergibt sich somit anhand der vorstehend angeführten Beziehung.
Der Durchlaßquerschnitt wird dabei gebildet, indem die Abdeckscheibe Durchlaßkanäle
oder einen Ringraum, in welchen die Durchlaßkanäle münden, teilweise abdeckt. Die
Abdeckscheibe selbst ist in dem Körper, der vom Kolben oder von einem Bodenventilkörper
gebildet wird, axial fest eingespannt, wobei es unerheblich ist, ob die Einspannstelle
außen oder innen angeordnet wird.
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Durch entsprechende Wahl der Abdeckscheibe ist es möglich, mit einer
Kolbenausführung einen großen Dämpfkraftbereich abzudecken, d.h. für die verschiedenen
Kraftfahrzeugtypen, die jeweils optimale Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers in Zug-
und Druckrichtung zu schaffen. Des weiteren kann eine optimale Federabstimmung für
die Toleranz den Kennllnienfortlauf und die Haltbarkeit des Dämpfventils erzielt
werden, wobei die Anzahl der Ventilscheiben bzw. der Anpreßfedern für die Ventilscheiben
oder die Ventilplatten wesentlich kleiner gehalten werden kann. Die Vorspannkraft
und damit die federnden Bauteile können so festgelegt werden, daß sie bei kleinsten
Toleranzen die kleinste Baugröße, die günstigste Beanspruchung und Lebensdauer sowie
das billigste Herstellungsverfahren aufweisen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu
sehen, daß sowohl auf der Zug- als auch auf der Druckseite eines zwischen zwei Räumen
angeordneten Körpers, sei es der Kolben oder der Bodenventilkörper, eine Abdeckscheibe
zur Veränderung des Durchlaßquerschnittes angeordnet werden kann.
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Insbesondere auf der Druckseite des Kolbens sind große Einstellbereiche
erwünscht, die vom nahezu kraftlosen Rückschlagventil bis zu relativ hoher Dämpfkraft
reichen.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung bildet die Abdeckscheibe mit dem
Durchlaßquerschnitt eine kreisförmige druckbeaufschlagte Fläche für die Ventilscheibe
oder die Ventilplatte, wobei im Bereich des Außendurchmessers der Abdeckscheibe
der innere Ventilsltz und im Bereich des Außendurchmessers des Durchlaßquerschnittes
der äußere Ventilsitz für die Ventilscheibe oder die Ventilplatte angeordnet ist.
Der Durchlaßquerschnitt ist im vorliegenden Fall durch einen Ringraum gebildet,
in welchem Durchlaßkanäle münden, während dleser Ringraum mittels der Abdeckscheibe
auf einfache Weise derart im Querschnitt verringert werden kann, daß die gewünschte
Dämpfkraft bzw. auch der gewünschte Dämpfkraftverlauf für den jewelligen Fahrzeugtyp
ohne irgendwelche Schwierigkeiten verwirklicht werden kann.
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Wie die Erfindung zeigt, ist die Abdeckscheibe als starres Bautell
ausgebildet und fest mit dem vom Kolben oder dem Bodenventilkörper gebildeten Körper
verbunden.
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Eine sehr einfache Ausführungsform wird dadurch erhalten daß erfindungsgemäß
zusammen mit der Abdeckscheibe die Ventilscheiben mit dem den Durchlaßquerschnitt
aufweisenden Körper eingespannt sind. Für einen bestimmten Dämpfkraft- und Dämpfkennlinien-Verlauf
kann es vorteilhaft sein, wenn, wie die Erfindung zelgt, die Ventilscheiben zusätzlich
von einer Ventilfeder beaufschlagt sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform überdeckt merkmalsgemäß die Abdeckscheibe
den Durchlaßquerschnitt, wobei im Bereich des Durchlaßquerschnittes Durchlaßöffnungen
vorgesehen sind, welche die druckbeaufschlagte Fläche für die die Durchlaßöffnungen
verschließende Ventilscheibe oder die Ventilplatte bildet.
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In welterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Abdeckschelbe eine
höhere Federsteife auf als die Ventilscheiben, wodurch ein 2-stufiges Dämpfventil
gebildet wird. Bei einer solchen Ausführungsform übernimmt die Abdeckscheibe, außer
der bereits beschriebenen Funktion für die Bemessung der druckbeaufschlagten Fläche,
die weltere Funktion als Ventilscheibe für die zweite Stufe des Dämpfventils. Es
ist somit ohne weiteres ersichtlich, daß mit einer solchen Konstruktion nicht nur
ein sehr großer Einstellbereich für die Dämpfkraft ermöglicht wird, sondern auch
auf einfache Welse verschiedene Kennlinien bezüglich des Dämpfkraftverlaufs verwirklicht
werden können.
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Eine sehr einfache Ausführungsform für den Kolben wird dadurch geschaffen,
daß erflndungsgemäß der Durchlaßquerschnitt aus mehreren zylindrischen Kanälen besteht,
während die druckbeaufschlagte Fläche durch über den zylindrischen Kanälen angeordnete
Bohrungen In der Abdeckscheibe gebildet wird.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen wird nachfolgend
die Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 einen Zwelrohr-Schwingungsdämpfer
im Längsschnitt; Figur 2 den Kolben des in Figur 1 gezeigten Schwingungsdämpfers;
Figur 3 eine Ausführungsform eines Kolbens, bei welchem das der Zugstufe zugeordnete
Dämpfventil durch Ventilscheiben gebildet ist; Figur 4 die Ausführungsform eines
Kolbens mit Abdeckschelben für die der Zug- und Druckstufe zugeordneten Ventileinrichtungen;
Figur 5 eine weitere Kolbenausführungsform; Figur 6 einen Kolben, bei welchem die
Ventilscheiben zusammen mit den Abdeckscheiben mit dem Kolben verspannt sind; Figur
7 eine Kolbenausführung, bei welcher sowohl die Abdeckscheiben als auch die Ventilplatten
unter Vorspannung mit dem Kolben verspannt werden.
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Der in Figur 1 gezeigte Zweirohr-Schwingungsdämpfer weist einen Behälter
1 auf, in welchem ein Zylinder 2 coaxial angeordnet ist. Am oberen Ende des Schwingungsdämpfers
befindet sich eine Kolbenstangenführung 4 und eine Kolbenstangendichtung 5 für eine
Kolbenstange 3, welche am unteren Ende einen Kolben 6 trägt. Ein mit Dämpfflüssigkeit
gefüllter Innenraum des Zylinders 1 wird durch den Kolben 6 in einen oberhalb des
Kolbens angeordneten Arbeitsraum 7 und einen unterhalb des Kolbens liegenden Arbeitsraum
8 untertellt. über im Kolben 6 befindliche Ventileinrichtungen sind diese beiden
Arbeitsräume 7 und 8 miteinander verbindbar. Der Zylinder 2 ist am oberen Ende mittels
der Kolbenstangenführung 4 und am unteren Ende durch den Bodenventilkörper 9, welcher
ebenfalls Ventileinrichtungen aufweist, im Behälter 1 zentriert und bildet mit diesem
einen als Ringraum ausgebildeten Ausgleichsraum 10, der eine Dämpfflüssigkeits-
und Gasfüllung besitzt.
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Der In Figur 1 yezeigte Kolben 6 Ist In Figur 2 vergrößert dargestellt.
Der Körper des Kolbens 6 weist dem Zugventil zugeordnete Durchlaßkanäle 11 und der
Druckstufe zugeordnete Durchlaßkanäle 12 auf. Vom zugstufenseltigen Ende der Durchlaßkanäle
11 wird ein Durchlaßquerschnitt 13 gebildet, der von einer dem Zugventil zugeordneten
Abdeckscheibe begrenzt wird und dadurch eine druckbeaufschlagte Fläche 14 für eine
Ventilplatte 16 entsteht. Diese Ventilplatte 16 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel
durch zwei ringförmige Scheiben gebildet, wobei die an der Anlagefläche 20 anliegende
Scheibe mit Vorauslaßöffnungen versehen ist, die von einer zweiten Schelbe abgedeckt
werden. Über einen Ventil ring wirkt eine Ventilfeder 17, die sich an einem Abstützring
18 abstützt auf die Ventilplatte 16.
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Das der Druckstufe zugeordnete Ventil ist als reines Rückschlagventil
ausgebildet und besteht aus einer die Durchlaßkanäle 12 abdeckenden, von einer schwachen
Feder beaufschlagten Ventilscheibe 21. Der Kolben 6 ist zusammen mit der Ventilscheibe
21 und der Abdeckschelbe 15 mittels einer Befestigungsmutter 19 auf einem Ansatz
der Kolbenstange 3 fest eingespannt, während die Ventilplatte 16 durch diese Befestigungsmutter
19 geführt und mittels eines Dichtringes nach innen abgedichtet ist. Die Ventilplatte
16 ist auf der Befestigungsmutter 19 radial geführt und axial beweglich entgegen
der Kraft der Ventilfeder 17 angeordnet.
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Bei Zugbeanspruchung der Kolbenstange 3, d.h. beim Ausfahren der Kolbenstange
aus dem Behälter 1, wird auf die Ventilplatte 16 eine der Ventilfeder 17 entgegengerichtete
Kraft ausgeübt, die sich aus der druckbeaufschlagten Fläche 14 multipliziert mit
dem Überdruck im Arbeitsraum 7 ergibt. Eine Veränderung dieser Kraft kann durch
Anderung der druckbeaufschlagten Fläche 14 erzielt werden, d.h. es ist lediglich
eine andere Abdeckscheibe 15 vorzusehen. Die Beeinflussung der Dämpfkraft erfolgt
entsprechend der Beziehung FD =Fv . AD AV
FD Ist die Dämpfkraft
F die Vorspannkraft der Ventilplatte v AD die Dämpffläche, d.h. die in der Zugstufe
wirksame Kolbenstirnfläche und A die druckbeaufschlagte Fläche. Dementsprechend
ist es mögv lich, unter Beibehaltung einer bestimmten Federkraft der Ventilfeder
17 durch Anderung der druckbeaufschlagten Fläche 14 die Dämpfkraft wesentlich zu
beeinflussen.
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In der Druckstufe, d.h. beim Einfahren der Kolbenstange 3 in den Behälter
1 wirkt die Ventilscheibe 21 lediglich als Rückschlagventil, während im Bodenventilkörper
9 das der Druckstufe zugeordnete Dämpfventil angeordnet ist, wobei durch dieses
Dämpfventil das durch die einfahrende Kolbenstange verdrängte Flüssigkeltsvolumen
In den Ausgleichsraum 10 strömt. Analog zu dem der Zugstufe zugeordneten Dämpfventil
im Kolben 6 kann ohne weiteres auch das der Druckstufe zugeordnete im Bodenventilkörper
9 vorgesehene Dämpfventil mit einer Abdeckscheibe versehen sein um dadurch die druckbeaufschlagte
Fläche zu verändern.
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Die Ausführungsform des Kolbens 6 nach Figur 3 unterscheidet sich
von der nach den Figuren 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß das der Zugstufe zugeordnete
Ventil durch Ventilscheiben 22 gebildet ist, während das der Druckstufe zugeordnete
Ventil mehrere Ventilscheiben 21 aufweist und dadurch einen Teil der Druckdämpfung
mitübernimmt. Diese Ventilscheiben 21 und 22 sind zusammen mit dem Kolben 6 und
der Abdeckscheibe 15 mittels der Befestigungsmutter 19 mit der Kolbenstange 3 fest
verspannt. Auf die Ventilscheiben 22 wirkt zusätzlich über einen Ventilring die
Kraft der Ventilfeder 17, die sich andererseits am Abstützring 18 abstützt. Die
dem Zugventil zugeordnete Abdeckscheibe 15 begrenzt die druckbeaufschlagte Fläche
14. Die Ventilscheiben 22 können dabei in ihrem Durchmesser so bemessen werden,
daß sie als Vordrossel für die der Druckstufe dienenden Durchlaßkanäle 12 wirken.
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In Figur 4 ist ein Kolben 6 gezeigt, der sowohl eine Abdeckscheibe
15 für das Zugventil als auch eine Abdeckscheibe 24 für das Druckventil aufweist.
Diese Abdeckscheiben sind mit dem Kolben 6 fest auf der Kolbenstange 3 eingespannt
und bilden elnerseits die von der Ventilplatte 16 abgedeckte druckbeaufschlagte
Fläche 14 und andererseits die von der Ventilplatte 23 abgedeckte druckbeaufschlagte
Fläche 25. Mit einer solchen Kolbenkonstruktior kann sowohl der von den Durchlaßkanälen
11 gebildete Durchlaßquerschnitt 13 als auch der von den Durchlaßkanälen 12 gebildete
Durch laßquerschnitt verändert werden, so daß eine leichte Anpassung der Dämpfventile
an die geforderten Dämpfwerte ermöglicht wird.
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Weitere Ausführungsvarianten zeigen die Figuren 5 und 6, wobei jeweils
die Abdeckscheiben 15 und 24 die druckbeaufschlagten Flächen 14 und 25 begrenzen.
Die Bauteile sind hierbei mit den Bezugszeichen versehen, die bei den analogen Bauteilen
entsprechend den Figuren 1 bis 4 verwendet sind.
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Die Ausführungsform des Kolbens 6 entsprechend Figur 7 besitzt eine
Abdeckscheibe 26, welche die Durchlaßkanäle 11 abdeckt und Bohrungen 27 aufweist,
die die druckbeaufschlagte Fläche für die Ventilscheiben 22 bilden. Das der Druckstufe
zugeordnete Dämpfventil besitzt zur Abdeckung der Durchlaßkanäle 12 eine Abdeckscheibe
28, deren Bohrungen 29 die druckbeaufschlagte Fläche für die Ventilscheiben 21 darstellen.
Der Kolben 6 besitzt kegelförmig ausgebildete Stirnflächen, so daß die Abdeckscheiben
26 und 28 sowie die Ventilscheiben 21 und 22 beim Befestigen auf der Kolbenstange
durchgeschirmt werden und dementsprechend eine Vorspannung erhalten. Die Abdeckscheiben
27 und 28 weisen eine höhere Federsteife auf als die Ventilscheiben 22 und 21, wodurch
ein 2-stufiges Dämpfventil gebildet wird.
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Die in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiele für die
Dämpfeinrtchtungen des Kolbens 6 können ohne weiteres so derart gestaltet sein,
daß sie für Einrohr-Dämpfer, die eine unter Druck stehende Gasfüllung aufweisen,
als Dämpfeinrichtung für die Zug-und Druckrichtung Verwendung finden können.