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Die Erfindung betrifft eine integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, aufweisend einen Zweirohrdämpfer und eine Gasfeder mit Rollbalg.
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Im Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, Radaufhängungen mit elastischen Federelementen zwischen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs als gefederte Masse und Rädern des Fahrzeugs als ungefederte Masse einzusetzen, um einen Fahrkomfort von Fahrzeuginsassen zu erhöhen, indem von Bodenunebenheiten verursachte Stöße nicht unmittelbar auf die Karosserie übertragen werden. Ferner kann ein für eine Kraftübertragung erforderlicher Bodenkontakt der Räder auch bei Bodenunebenheiten gewährleistet werden. Durch Bodenunebenheiten angeregte Schwingungen der Karosserie werden in bekannter Weise durch eine Verwendung von Stoßdämpfern gedämpft, die zwischen der Karosserie und Radachsen angeordnet sind. Die elastischen Federelemente können dabei beispielsweise von elastischen Spiralfedern gebildet und integraler Bestandteil der Stoßdämpfer sein.
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Zur Anpassung der Federungseigenschaften an wechselnde Bedingungen hinsichtlich Fahrzeuglast und Straßenverhältnissen sind im Stand der Technik Luftfederaufhängungen vorgeschlagen worden, bei denen von biegsamen Druckkammern begrenzte Luft- bzw. Gasräume mit Stoßdämpfern kombiniert sind. Die federelastischen Eigenschaften können durch Änderung des Betriebsdrucks in dem Luft- bzw. Gasraum eingestellt werden.
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Beispielsweise beschreibt die
US 4,445,673 A eine Stoßdämpfer- und Luftfederanordnung, die insbesondere zur Verwendung in einem Aufhängungssystem für eine Kippkabine geeignet ist. Sie bietet die Möglichkeit, den Dämpfungsgrad des Dämpfungskolbens beim Aufwärtshub und in geringerem Maße auch beim Abwärtshub fernzusteuern. Im Aufwärtshubmodus wird Hydraulikflüssigkeit, die aus einer oberen Kammer austritt, durch eine einstellbare Öffnung auf dem Weg zum Vorratsbehälter geleitet. Im Abwärtshubmodus hält der Durchfluss durch den Dämpferkolben die Kammer über dem Dämpferkolben voll.
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Die Stoßdämpfer- und Luftfederanordnung kann eine erste Basis, die an einem Fahrerhauselement angebracht werden kann, eine zweite Basis, die an einem Fahrerhausverriegelungsmechanismus angebracht werden kann, eine Stoßdämpfer-Unterbaugruppe und eine Luftfeder-Unterbaugruppe beinhalten.
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Die Luftfeder-Unterbaugruppe umfasst einen Luftfederbalg, der eine Stange und einen Zylinder der Stoßdämpfer-Unterbaugruppe umgibt. Eine Leitung leitet Luft unter Druck zum und vom Luftfederbalg. Der Luftfederbalg ist an seinem oberen Ende mit der ersten Basis und an seinem unteren Ende mit der oberen Komponente der zweiten Basis verbunden. Alternativ könnte der Luftfederbalg an seinem unteren Ende mit der unteren Komponente der zweiten Basis verbunden sein, aber die erstgenannte Konfiguration erleichtert die Demontage zur Wartung.
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Wenn ein Lastkraftwagen, der die Stoßdämpfer- und Luftfederanordnung enthält, über die Straße fährt, wird der Luftfederbalg auf einen Druck aufgeblasen, der von einem Niveauregelventil gesteuert wird, um einen Dämpfungskolben in der Mitte eines Zylinders der Stoßdämpfer-Unterbaugruppe zu halten.
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Ferner schlägt die
US 3,497,198 A eine Stoßdämpfer- und Luftfederanordnung mit verlängerter Lebensdauer vor, die einen direkt wirkenden, rohrförmigen Teleskopstoßdämpfer mit einem Hauptkörperabschnitt und einer Kolbenstange enthält, die von dem Hauptkörperabschnitt nach oben vorsteht und relativ zu diesem axial bewegbar ist.
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Eine starre, röhrenförmige Einheit ist an dem vorstehenden Ende der Kolbenstange befestigt und erstreckt sich axial in Richtung des Hauptkörperabschnitts. Wenn sich der Stoßdämpfer in seiner zurückgezogenen Position befindet, umgibt die starre, röhrenförmige Einheit konzentrisch den oberen Abschnitt des Hauptkörperabschnitts. Ein flexibles Wandelement oder eine flexible Luftmanschette ist an dem Hauptkörperabschnitt nahe seinem oberen Ende angebracht und erstreckt sich von dem vorstehenden Kolbenstangenende nach unten weg. Das freie Ende der flexiblen Luftmanschette ist umgedreht und am nicht befestigten Ende der starren, röhrenförmigen Einheit befestigt. Die flexible Luftmanschette nimmt somit eine ringförmige Hüllenform mit einer Innenwand, einer Außenwand und einer ringförmigen Zwischenfalte an, die ihre Position ändert, wenn sich der Stoßdämpfer von einer Einfederposition zu einer Ausfederposition bewegt. In einem freien, nicht montierten Zustand ist die flexible Luftmanschette im Wesentlichen rohrförmig und hat einen Abschnitt mit größerem Durchmesser, einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser und einen sich verjüngenden Abschnitt zwischen den Abschnitten mit größerem und kleinerem Durchmesser. Das Ende des Abschnitts kleineren Durchmessers ist an dem Stoßdämpferkörper befestigt, während das Ende des Abschnitts größeren Durchmessers an der starren röhrenförmigen Einheit befestigt ist. Die Differenz der Durchmesser und der sich verjüngende Durchmesserabschnitt verleihen der flexiblen Luftmanschette in ihrer eingebauten Position eine natürliche Elastizität, um einen Kontakt zwischen den Innen- und Außenwänden des flexiblen Wandelements zu verhindern, unabhängig davon, ob sie aufgeblasen ist oder nicht, und um dadurch ein Abwetzen und Einklemmen der flexiblen Luftmanschette zu vermeiden.
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Zudem sind im Stand der Technik Lösungen von kombinierten Stoßdämpfer- und Luftfedervorrichtungen bekannt, die bei Kraftaufnahme relativ zum Fahrgestell drehbar und daher in radführender Funktion einsetzbar sind.
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So beschreibt etwa die
US 7,011,301 B2 ein radführendes Vorderachs-Federbein, das eine Feder und einen axial darin integrierten Stoßdämpfer beinhaltet. Die Feder weist zwei Endglieder auf. Ein Federelement ist zwischen diesen Endgliedern angeordnet. Der Stoßdämpfer enthält einen Stoßdämpferzylinder und eine Stoßdämpferstange, die über ein nicht drehbares Stoßdämpferlager mit dem Fahrgestell verbunden ist. Eines der Endglieder ist über ein Drehlager mit dem Fahrgestell verbunden. Das andere Endglied ist fest mit dem Stoßdämpferzylinder und dadurch gemeinsam mit der Vorderachse verbunden.
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Das erstgenannte Endglied ist eine Luftfederabdeckung und das zweitgenannte Endglied ist ein Luftfederkolben. Ein Luftfederbalg ist druckdicht und zugfest zwischen der Luftfederabdeckung und dem Luftfederkolben angeordnet. Luftfederabdeckung, Luftfederkolben und Federelement (Luftfederbalg) schließen gemeinsam einen Luftfeder-Druckraum ein. Das Drehlager und eine Dichtung sind zwischen der Luftfederabdeckung und dem nicht drehbaren Stoßdämpferlager angeordnet. Das Drehlager und die Dichtung können entsprechend einer Radbewegung zur Steuerung des Fahrzeugs bei Drehung belastet werden.
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Weiterhin schlägt die
US 7,077,052 B2 eine Federbeinbaugruppe mit umgedrehter Luftfederkonfiguration zur Verkleinerung des Durchmessers eines Luftfederkolbens einer Luftfederbaugruppe vor. Die Luftfederbaugruppe ist an einem Stoßdämpfer befestigt, um die Federbeinbaugruppe zu bilden. Der Stoßdämpfer umfasst einen Außenzylinder mit einem Stoßdämpferkolben und einer in dem Außenzylinder angebrachten Kolbenstange. Der Außenzylinder enthält eine Stoßdämpferhalterung, die an einem Fahrzeugrad befestigt ist. Die Luftfederbaugruppe umfasst eine obere Halterung, die an einem Fahrzeugkarosserieteil befestigt ist, und eine untere Halterung, die an dem Außenzylinder befestigt ist. Ein Luftfederkolben ist an der oberen Halterung über eine Lagerbaugruppe befestigt, um eine relative Drehung zwischen dem Luftfederkolben und dem Fahrzeugkarosserieteil zu erlauben. Ein biegsames Teil erstreckt sich von der unteren Halterung zu einem unteren Ende des Luftfederkolbens. Das flexible Element definiert eine innere Fluidkammer oder ein inneres Volumen. Die Kolbenstange ist an einem Ende an dem Stoßdämpferkolben und an einem entgegengesetzten Ende an dem Luftfederkolben befestigt. Ein Isolator ist zwischen der Kolbenstange und dem Luftfederkolben angebracht, um Stoßbelastungen zu minimieren.
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Ein Modul aus Luftfeder und Stoßdämpfer mit besonders kompakter Ventilanordnung wird in der
US 6,715,744 B2 vorgeschlagen. Eine Aufhängungsbaugruppe enthält einen Stoßdämpfer und ein mit Hydraulikfluid gefülltes Gehäuse. Eine Luftfeder ist auf dem Stoßdämpfer gelagert, und die Luftfeder weist einen mit Luft gefüllten Balg auf. Eine Ventilbaugruppe ist von dem Fluidgehäuse und dem Balg umgeben. Die Ventilbaugruppe steht in Fluidverbindung mit dem Hydraulikfluid und Luft. Die Luft betätigt das Ventil und stellt den Strom von Hydraulikfluid durch den Stoßdämpfer ein, um die Dämpfung anhand der an der Luftfeder festgestellten Fahrzeuglast einzustellen. Der Stoßdämpfer kann vorzugsweise eine Doppelrohrkonfiguration aufweisen und ein Gehäuse beinhalten. Das Gehäuse weist eine innere Hydraulikfluidkammer oder Arbeitskammer auf, die durch eine innere Wand begrenzt wird. Ein Kolben ist in der inneren Kammer angeordnet und an der Kolbenstange befestigt. Der Kolben bewegt sich durch das Fluid in der inneren Kammer, um in Reaktion auf fahrzeugseitige Eingangsgrößen eine Dämpfung bereitzustellen. Das Gehäuse beinhaltet außerdem eine äußere Wand, die eine äußere Kammer bzw. einen Behälter begrenzt, der mit der inneren Kammer durch einen Kompressionskopf in Fluidverbindung steht. Der Kompressionskopf weist Fluidkanäle auf, die die innere Kammer und die äußere Kammer verbinden, um während eines Kompressionshubs, in dem sich der Kolben in Richtung zu dem Kompressionskopf bewegt, eine Dämpfung bereitzustellen. Vorzugsweise befindet sich die Ventilbaugruppe in dem inneren Zylinderkopf, der zwischen der Kolbenstange und der zylindrischen Außenwand des Stoßdämpfers angeordnet ist. Die Ventilbaugruppe kann ein Kippventil umfassen, das mit anderen Ventilkolben und Federn zusammenwirkt, um eine veränderliche Dämpfung je nach der von der inneren Feder festgestellten Fahrzeuglast bereitzustellen.
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In dem Fachartikel von Niculescu A.I., Jankowski A., Kowalski M., Sireteanu T. (2016), On the New Concept and Advantages of the Integrated Shock Absorber-Air Spring-„Isas", in: Andreescu C., Clenci A. (eds) Proceedings of the European Automotive Congress EAEC-ESFA 2015. Springer, Cham (2015, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-27276-4_9), sind das Konzept einer integrierten Stoßdämpfer-Luftfeder, kurz ISAS genannt, und seine Vorteile beschrieben, die auf Simulationen basieren, die mit dem ADAMS Software-View-Modul für ein Viertel-Fahrzeugmodell realisiert wurden. ISAS ist eine einfache und kostengünstige Lösung für die einfache oder zeitnahe Korrektur einer Fahrzeugabstimmung, um Stabilität, Komfort, Überholkapazität, Handhabung, Reisegeschwindigkeit und aktive Sicherheit zu verbessern und das Risiko von Fahrwerksschäden zu verringern. Das Konzept besteht darin, eine steuerbare Auftriebskraft unter dem Staubschutzdeckel zu erzeugen, indem der Bereich zwischen Staubschutz und äußerem Zylinder geschlossen und mit Druckgas/Luft unter geeignetem Druck befüllt wird. Im Vergleich zu der bekannten Lösung, die mit einer Gummimanschette bzw. einem Gummibalg realisiert wird, ist die Lösung gemäß dem Fachartikel kompakter, zuverlässiger und widerstandsfähiger bei hohem Druck. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Stahlfeder vollständig zu beseitigen, wobei ihre Funktion von der im ISAS enthaltenen Luftfedervorrichtung vollständig übernommen wird. Der „ISAS“-Trimmkorrektor ist bei einer Vorder- und Hinterradaufhängung einschließlich der Macpherson-Lösung anwendbar.
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Anstelle der biegsamen Druckbälge können auch Druckkammern mit beweglichen Wänden eingesetzt werden. Die
US 8,899,560 B2 schlägt eine federlose, kombinierte Stoßdämpfer- und Radaufhängungsvorrichtung mit drei Rohren vor: einem Außenrohr, einem Kolbenrohr (Innenrohr) und einem stationären (Dämpfungs-) Rohr, wobei ein Schwimmkolben in dem inneren Kolbenrohr angeordnet ist. Der Schwimmkolben bildet darin zwei Kammern: eine untere Flüssigkeitskammer und eine obere Gaskammer. Das Fluid dämpft Stöße, indem es durch ein Zweiwegeventil im Außenrohr tritt, und kann intern durch eine über Öffnungen oder Ventilkanälen positionierte Ausgleichsplatte oder, in einer separaten Ausführungsform, durch externe Einstellung des Durchflusses durch Drehen von Einstellplatten zum Öffnen und Schließen von Ventildurchgängen gesteuert werden. Der Betrag, um den die Gaskammer komprimiert wird, ist groß genug, um die hohen Drücke zu erzeugen, die erforderlich sind, um federartige Kräfte zu erzeugen. Durch diese Konstruktion kann die Gasdruckkammer effektiv als Feder wirken.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet das Gebiet der Luft- bzw. Gasfederaufhängungen mit Stoßdämpfern und Luft- bzw. Gasfedervorrichtungen noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Gasfeder-und Stoßdämpfervorrichtung bereitzustellen, die konstruktiv möglichst einfach und gewichts- und teilesparend aufgebaut ist und die eine stufenlose Einstellung der Feder- und/oder Dämpfungseigenschaften ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung weist einen Zweirohrdämpfer, enthaltend ein inneres Zylinderrohr, ein äußeres Zylinderrohr und eine im inneren Zylinderrohr axial bewegbare Kolbenstange mit einem endseitig befestigten Kolben auf. Ferner beinhaltet die Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung eine Gasfeder mit einem Federdeckel und einem an dem Federdeckel gasdicht befestigten, mit Gas gefüllten Rollbalg.
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Dabei ist ein von dem Federdeckel abgewandtes Ende des Rollbalgs gasdicht an dem äußeren Zylinderrohr befestigt. Weiterhin ist ein von dem Kolben abgewandtes Ende der Kolbenstange fest mit dem Federdeckel verbunden, und zwischen dem vom Rollbalg umschlossenen Gasraum und dem äußeren Zylinderrohr besteht eine fluidtechnische Verbindung. Zudem ist in zumindest einem Betriebszustand ein Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinderrohr und dem äußeren Zylinderrohr teilweise mit Hydraulikfluid und teilweise mit Gas gefüllt.
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Wie bei Zweirohrdämpfern üblich ist das innere Zylinderrohr mit einem Hydraulikfluid gefüllt, das äußere Zylinderrohr umgibt das innere Zylinderrohr zumindest teilweise, und zwischen dem inneren Zylinderrohr und dem äußeren Zylinderrohr besteht eine fluidtechnische Verbindung. Außerdem ist der Kolben mit zumindest einer als Ventil wirkenden Durchgangsöffnung ausgestattet.
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In der vorgeschlagenen Gasfeder-und Stoßdämpfervorrichtung sind der Zweirohrdämpfer und die Gasfeder vorteilhaft dadurch integriert, dass die Funktion eines konventionell üblichen Abrollkolbens von dem äußeren Zylinderrohr des Zweirohrdämpfers übernommen ist. Dadurch können Bauteile und Gewicht eingespart werden. Aufgrund der eingerichteten fluidtechnischen Verbindung zwischen dem vom Rollbalg umschlossenen Gasraum und dem äußeren Zylinderrohr können eine stufenlose Einstellung der Feder- und/oder Dämpfungseigenschaften sowie eine stufenlose Einstellung einer Arbeitshöhe ermöglicht werden.
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Die vorgeschlagene Erfindung ist insbesondere in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen vorteilhaft anwendbar. Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Kraftomnibus verstanden werden.
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Bevorzugt sind das innere Zylinderrohr und das äußere Zylinderrohr des Zweirohrdämpfers koaxial angeordnet, um Einbauraum einzusparen.
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In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung sind der Federdeckel und der Rollbalg koaxial zu dem inneren Zylinderrohr und dem äußeren Zylinderrohr angeordnet, um einen erforderlichen Einbauraum gering zu halten.
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Bevorzugt ist das in der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung verwendete Gas von Luft gebildet, wodurch eine Bereitstellung von Gas zum Betrieb der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung besonders einfach gestaltet werden kann. Nachfolgend werden die Begriffe „Gasfeder“ und „Luftfeder“ sowie „gasdicht“ und „luftdicht“ daher synonym verwendet.
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In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung ist der Rollbalg zum Abrollen auf einem mittleren Bereich des äußeren Zylinderrohres vorgesehen, der biegsam ausgebildet ist. Unter dem Begriff „dazu vorgesehen“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere speziell dafür ausgelegt oder angeordnet verstanden werden. Auf diese Weise kann eine aufgrund des Durchmessers der Gasfeder erforderliche Breite eines Einbauraums der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung gering gehalten werden.
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Bevorzugt ist der mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohres zu einem überwiegenden Teil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Unter dem Begriff „zu einem überwiegenden Teil“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere einen Anteil von mehr als 50 Vol.%, bevorzugt von mehr als 70 Vol.% und, besonders bevorzugt, von mehr als 90 Vol.% verstanden werden. Insbesondere soll der Begriff die Möglichkeit einschließen, dass der mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohres vollständig, d.h. zu 100 Vol.%, aus dem Kunststoffmaterial besteht. Dadurch kann der als Abrollkolben für den Rollbalg fungierende mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohrs auf besonders einfache Weise biegsam ausgeführt werden, um eine geringe, aufgrund des Durchmessers der Gasfeder erforderliche Breite eines Einbauraums der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung zu erreichen. Zudem kann das Gewicht der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung weiter verringert werden.
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Bevorzugt sind der mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohres, ein sich nach unten anschließender, unterer Bereich des äußeren Zylinderrohres und ein sich nach oben anschließender, oberer Bereich des äußeren Zylinderrohres einstückig ausgebildet. Dadurch können eine einfache Konstruktion und eine hohe Festigkeit zum Widerstehen eines erforderlichen Betriebsdrucks erreicht werden.
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Bevorzugt weist der mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohres in zumindest einem Betriebszustand eine konkave Wölbung und in zumindest einem anderen Betriebszustand eine konvexe Wölbung auf. Durch den Wechsel zwischen einer konkaven Wölbung und einer konvexen Wölbung um eine neutrale Form des mittleren Bereichs des äußeren Zylinderrohres kann die aufgrund des Durchmessers der Gasfeder erforderliche Breite eines Einbauraums weiter verringert werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung sind das innere Zylinderrohr und das äußere Zylinderrohr an ihren jeweiligen oberen Bereichen mit einer Abdeckeinheit des Zweirohrdämpfers verbunden und, besonders bevorzugt, einstückig verbunden. Dadurch kann ein kompakter Aufbau des Zweirohrdämpfers der Gasfeder-und Stoßdämpfervorrichtung erzielt werden.
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Bevorzugt ist die Abdeckeinheit des Zweirohrdämpfers im Wesentlichen in Form einer zylindrischen Platte ausgebildet, deren Symmetrieachse mit Mittelachsen des inneren Zylinderrohres und des äußeren Zylinderrohres übereinstimmt, wodurch ein besonders einfacher Aufbau erreicht werden kann.
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In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung weist die Abdeckeinheit eine zentrale Durchgangsöffnung mit an eine Querschnittsfläche der Kolbenstange angepassten Abmessungen auf. Eine Mittelachse der zentralen Durchgangsöffnung stimmt mit Mittelachsen der Zylinderrohre überein, und eine Seitenfläche der zentralen Durchgangsöffnung dient in einem Betriebszustand zur Führung der Kolbenstange. Dadurch kann eine kompakte und teilesparende Konstruktion der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung erreicht werden.
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Bevorzugt ist die gasdichte Befestigung des Rollbalgs am Federdeckel und die gasdichte Befestigung des von dem Federdeckel abgewandten Endes des Rollbalgs an dem äußeren Zylinderrohr mit jeweils einer Klemmvorrichtung hergestellt. Dadurch kann die gasdichte Befestigung des Rollbalgs auf konstruktiv einfache und leicht montierbare Weise ausgeführt werden.
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Vorteilhaft ist die fluidtechnische Verbindung zwischen dem vom Rollbalg umschlossenen Gasraum und dem äußeren Zylinderrohr von zumindest einer Durchgangsöffnung in der Abdeckeinheit des Zweirohrdämpfers gebildet, wodurch ein großer Arbeits- bzw. Hubbereich der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung erreicht werden kann.
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In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung ist im Federdeckel zumindest ein ansteuerbares fluidtechnisches Verbindungselement angeordnet, das dazu dient, dem vom Rollbalg umschlossenen Gasraum Gas zuzuführen oder aus dem Gasraum Gas abzuführen.
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Durch Zuführen bzw. Abführen von Gas aus dem Gasraum kann eine stufenlose Einstellung der Feder- und/oder Dämpfungseigenschaften sowie eine stufenlose Einstellung einer Arbeitshöhe ermöglicht werden. Durch die Anordnung des ansteuerbaren fluidtechnischen Verbindungselements im Federdeckel kann vorteilhaft eine kurze und einfache Anbindung zum Zuführen bzw. Abführen von Gas aus dem Gasraum erzielt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
- 1 eine integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung in einem Betriebszustand in einer geschnittenen Seitenansicht, und
- 2 die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung gemäß der 1 in einem weiteren Betriebszustand in derselben Ansicht.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung 10 in einem Betriebszustand in einer geschnittenen Seitenansicht. Die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung ist zur Verwendung in einem Fahrwerk (nicht dargestellt) eines als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung 10 weist einen Zweirohrdämpfer 12 und eine Gasfeder 56 auf. Der Zweirohrdämpfer 12 beinhaltet ein inneres Zylinderrohr 14 und ein äußeres Zylinderrohr 28, die jeweils eine kreisringförmige Querschnittfläche aufweisen. Das innere Zylinderrohr 14 und das äußere Zylinderrohr 28 des Zweirohrdämpfers 12 sind koaxial angeordnet. Weiterhin enthält der Zweirohrdämpfer 12 eine im inneren Zylinderrohr 14 axial bewegbare Kolbenstange 50 mit einem endseitig befestigten Kolben 52, der an einer Innenwandung 18 des inneren Zylinderrohres 14 geführt ist.
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Das äußere Zylinderrohr 28 umgibt das innere Zylinderrohr 14 vollständig. Das innere Zylinderrohr 14 ist mit einem Hydraulikfluid 70 gefüllt. Das innere Zylinderrohr 14 ist vollständig aus Metall, beispielsweise aus Stahl, hergestellt. Zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 besteht eine fluidtechnische Verbindung 24, die von einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen in einem Boden 26 des inneren Zylinderrohres 14 gebildet ist.
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Der Kolben 52 teilt das innere Zylinderrohr 14 in einer an sich bekannten Weise in einen oberen Arbeitsraum 20 und einen unteren Arbeitsraum 22. Er ist mit mehreren als Ventil wirkenden Durchgangsöffnungen 54 ausgestattet, die bei einer Bewegung des Kolbens 52 nach unten Hydraulikfluid 70 vom unteren Arbeitsraum 22 in den oberen Arbeitsraum 20 strömen lassen und dadurch für die gewünschte Dämpfung sorgen. Eine von der Kolbenstange 50 verdrängte Menge an Hydraulikfluid 70 gelangt durch die Vielzahl von Durchgangsöffnungen im Boden 26 des inneren Zylinderrohres 14 in einen Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28.
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Das äußere Zylinderrohr 28 weist einen mittleren Bereich 34 auf, an dem sich nach unten ein unterer Bereich 32 und nach oben ein oberer Bereich 36 anschließt. Der untere Bereich 32 und der obere Bereich 36 des äußeren Zylinderrohres 28 können aus Metall, beispielsweise aus Stahl, hergestellt sein. Der mittlere Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 ist vollständig aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Als Kunststoffmaterial kann beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol gewählt sein. Es können aber auch andere, dem Fachmann geeignet erscheinende Kunststoffmaterialien verwendet werden.
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Der mittlere Bereich 34, der untere Bereich 32 und der obere Bereich 36 des äußeren Zylinderrohres 28 sind einstückig ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch herbeigeführt sein, indem der mittlere Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 in einem Spritzgussverfahren an den unteren Bereich 32 bzw. den oberen Bereich 36 des äußeren Zylinderrohres 28 angespritzt wird, so dass der untere Bereich 32 und der mittlere Bereich 34 bzw. der mittlere Bereich 34 und der obere Bereich 36 jeweils stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die in den Figurenebenen erkennbaren unteren und oberen Enden des mittleren Bereiches 34 weisen einen größeren Durchmesser auf als der dort jeweils anschließende untere Bereich 32 und obere Bereich 36.
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Der Zweirohrdämpfer 12 beinhaltet zudem eine Abdeckeinheit 38, die eine im Wesentlichen zylindrische Deckplatte 40 aufweist. Das innere Zylinderrohr 14 und das äußere Zylinderrohr 28 sind an ihren jeweiligen oberen Bereichen mit der zylindrischen Deckplatte 40 einstückig verbunden. Die zylindrische Deckplatte 40 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 42 auf. Form und Abmessungen der zentralen Durchgangsöffnung 42 sind an eine Querschnittsfläche der Kolbenstange 50 angepasst. Beispielsweise können die Querschnittsfläche der Kolbenstange 50 kreisförmig und die zentrale Durchgangsöffnung 42 als Durchgangsbohrung ausgebildet sein. Eine Mittelachse 44 der zentralen Durchgangsöffnung 42 stimmt mit einer Mittelachse 16 des inneren Zylinderrohres 14 und einer Mittelachse 30 des äußeren Zylinderrohres 28 überein. Eine Seitenfläche der zentralen Durchgangsöffnung 42 dient in einem Betriebszustand der Gasfeder-und Stoßdämpfervorrichtung 10 zur Führung der Kolbenstange 50.
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Die Gasfeder 56 beinhaltet einen Federdeckel 58 und einen an dem Federdeckel 58 gasdicht befestigten, mit Gas 72 gefüllten Rollbalg 60. Als Gas kann beispielsweise Luft verwendet werden. Die gasdichte Befestigung des Rollbalgs 60 am Federdeckel 58 ist mittels einer Klemmvorrichtung 64 hergestellt. Die Klemmvorrichtung 64 kann als reversible Klemmvorrichtung ausgebildet sein, um Wartungsarbeiten zu erleichtern. Der Federdeckel 58 ist als im Wesentlichen kreisrunde Platte, beispielsweise aus Stahl, ausgebildet. Der Federdeckel 58 und der Rollbalg 60 sind koaxial zu dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 angeordnet.
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Ein von dem Federdeckel 58 abgewandtes Ende des Rollbalgs 60 ist gasdicht an dem äußeren Zylinderrohr 28, also an dessen mittlerem Bereich 34 befestigt. Die gasdichte Befestigung des von dem Federdeckel 58 abgewandten Endes des Rollbalgs 60 an dem äußeren Zylinderrohr 28 ist mittels einer Klemmvorrichtung 66 hergestellt. Wiederum kann die Klemmvorrichtung 66 als reversible Klemmvorrichtung ausgebildet sein, um Wartungsarbeiten zu erleichtern. Die Klemmverbindung 60 ist bevorzugt an einem in den Figurenebene dargestellten oberen Ende des mittleren Bereiches 34 angeordnet, so dass die noch zu beschreibende konvexe bzw. konkave Verformung des mittleren Bereiches vereinfacht ist.
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Zwischen dem vom Rollbalg 60 umschlossenen Gasraum 62 und dem äußeren Zylinderrohr 28 besteht eine fluidtechnische Verbindung 46, die von einer Durchgangsöffnung in der zylindrischen Deckplatte 40 der Abdeckeinheit 38 des Zweirohrdämpfers 12 gebildet ist.
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Ein von dem Kolben 52 abgewandtes Ende der Kolbenstange 50 ist fest mit dem Federdeckel 58 verbunden. Im Federdeckel 58 ist ein ansteuerbares fluidtechnisches Verbindungselement 68 angeordnet, das als Steuerventil ausgebildet sein kann und dazu dient, dem vom Rollbalg 60 umschlossenen Gasraum 62 Gas zuzuführen oder aus dem Gasraum 62 Gas abzuführen.
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Die 1 zeigt die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung 10 in einen Betriebszustand, in dem in den vom Rollbalg 60 umschlossenen Gasraum 62 eine derartige Menge an Gas zugeführt ist, dass sich ein Druckwert einstellt, der in einem unteren Bereich eines Betriebsdruckbereichs liegt. Der Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 ist teilweise mit dem Hydraulikfluid 70 und teilweise mit Gas 72 gefüllt. Bei einer Bewegung der Kolbenstange 50 und des Kolbens 52 nach unten muss das Hydraulikfluid 70 gegen den im Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 herrschenden Betriebsdruck verdrängt werden, wodurch der Druckwert im unteren Bereich des Betriebsdruckbereichs einer relativ weicheren Federung und Dämpfung entspricht.
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Material und Wandstärke des Kunststoffmaterials des mittleren Bereichs 34 des äußeren Zylinderrohres 28 sind so ausgelegt, dass sich bei dem im unteren Bereich des Betriebsdruckbereichs liegenden Druckwert durch den Rollbalg 60 im mittleren Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 eine konkave Wölbung einstellt.
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Die 2 zeigt die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung 10 in einen Betriebszustand, in dem in den vom Rollbalg 60 umschlossenen Gasraum 62 eine zusätzliche Menge an Gas zugeführt ist, so dass sich ein Druckwert einstellt, der in einem oberen Bereich des Betriebsdruckbereichs liegt. Der Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 ist weiterhin teilweise mit dem Hydraulikfluid 70 und teilweise mit Gas 72 gefüllt, wobei das Volumen des gasgefüllten Teiles des Zwischenraumes 48 vergrößert ist. Bei einer Bewegung der Kolbenstange 50 und des Kolbens 52 nach unten muss das Hydraulikfluid 70 gegen den im Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 herrschenden, erhöhten Betriebsdruck verdrängt werden, wodurch der Druckwert im oberen Bereich des Betriebsdruckbereichs einer relativ härteren Federung und Dämpfung entspricht.
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Der Rollbalg 60 ist während des Übergangs von dem in der 1 dargestellten Betriebszustand zu dem in der 2 dargestellten Betriebszustand zum Abrollen auf dem mittleren Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 vorgesehen. Der mittlere Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 übernimmt dabei die Funktion eines Abrollkolbens.
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Bei dem im oberen Bereich des Betriebsdruckbereichs liegenden Druckwert stellt sich im mittleren Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 durch den Rollbalg 60 eine konvexe Wölbung ein. Durch den Wechsel zwischen einer konkaven Wölbung des mittleren Bereichs 34 des äußeren Zylinderrohres 28 bei einem Druckwert im Gasraum 62 im unteren Bereich des Betriebsdruckbereichs und einer konvexen Wölbung des mittleren Bereichs 34 des äußeren Zylinderrohres 28 bei einem Druckwert im Gasraum 62 im oberen Bereich des Betriebsdruckbereiches kann ein erforderlicher Einbauraum quer zur Bewegungsrichtung der Kolbenstange 50 reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung
- 12
- Zweirohrdämpfer
- 14
- inneres Zylinderrohr
- 16
- Mittelachse
- 18
- Innenwandung
- 20
- oberer Arbeitsraum
- 22
- unterer Arbeitsraum
- 24
- fluidtechnische Verbindung
- 26
- Boden
- 28
- äußeres Zylinderrohr
- 30
- Mittelachse
- 32
- unterer Bereich
- 34
- mittlerer Bereich
- 36
- oberer Bereich
- 38
- Abdeckeinheit
- 40
- zylindrische Deckplatte
- 42
- zentrale Durchgangsöffnung
- 44
- Mittelachse
- 46
- fluidtechnische Verbindung
- 48
- Zwischenraum
- 50
- Kolbenstange
- 52
- Kolben
- 54
- Durchgangsöffnung
- 56
- Gasfeder
- 58
- Federdeckel
- 60
- Rollbalg
- 62
- Gasraum
- 64
- Klemmvorrichtung
- 66
- Klemmvorrichtung
- 68
- fluidtechnisches Verbindungselement
- 70
- Hydraulikfluid
- 72
- Gas
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4445673 A [0004]
- US 3497198 A [0008]
- US 7011301 B2 [0011]
- US 7077052 B2 [0013]
- US 6715744 B2 [0014]
- US 8899560 B2 [0016]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Niculescu A.I., Jankowski A., Kowalski M., Sireteanu T. (2016), On the New Concept and Advantages of the Integrated Shock Absorber-Air Spring-„Isas“, in: Andreescu C., Clenci A. (eds) Proceedings of the European Automotive Congress EAEC-ESFA 2015 [0015]
