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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit einem hydraulischen Endanschlag gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2019 206 510 A1 ist ein Schwingungsdämpfer mit einem hydraulischen Endanschlag bekannt, bei dem innerhalb eines Zylinders ein separater Druckzylinder angeordnet ist, in den hubabhängig ein zusätzlich an der Kolbenstange befestigter zweiter eintauscht und dabei Dämpfmedium entgegen der Einfahrbewegung aus dem Druckzylinder verdrängt. Der Druckzylinder ist im Hinblick auf die auftreten Druckkräfte als ein starrer Körper ausgelegt. Optional ist der Einsatz eines Druckbegrenzungsventils vorgesehen.
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Zwischen dem Druckzylinder und dem Zylinder besteht ein Ringraum, der als Abflusskanal für das aus einem kolbenstangenfernen Arbeitsraum verdrängte Dämpfmedium dient in Richtung eines Bodenventils dient. Die erzielbare Dämpfkraft ist einerseits hubabhängig aufgrund des Zusatzkolbens in Verbindung mit dem Druckzylinder und geschwindigkeitsabhängig aufgrund der vorhandenen Ventile an einem konventionellen ersten Kolben und am zweiten Kolben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Anpassbarkeit der Dämpfkraftcharakteristik an eine Zielfunktion zu verbessern.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Druckzylinder zumindest einen Wandungsbereich aufweist, der radial beweglich in Richtung des Zylinders ausgeführt ist und in Abhängigkeit des Druckniveaus innerhalb des Druckzylinders den Querschnitt des Ringraums verengt.
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Mit der Funktion der Verengung des Ringraums wirkt dieser wie ein zusätzliches Dämpfventil, so dass neben den Dämpfventilen am ersten und am zweiten Kolben ein drittes Ventil zur Auslegung einer Dämpfkraftkennlinie des Schwingungsdämpfers zur Verfügung steht.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Druckzylinder radial elastisch ausgeführt ist. Der Vorteil besteht in einer sehr einfachen Grundkonstruktion für das zusätzliche Dämpfventil am Ringraum.
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Wenn sich der elastische Wandungsbereich über die über den gesamten Hubweg des zweiten Kolbens erstreckt, dann wird der deformierbare Wandungsbereich des Druckzylinders mit zunehmender Einfahrtiefe in den Druckzylinder geringer. Folglich reduziert sich der vom Druck innerhalb des Druckzylinders beaufschlagte elastische Flächenbereich. Bei konstantem Druck innerhalb des Druckzylinders wäre folglich die Aufweitkraft, die den Druckzylinder verformt mit zunehmender Einfahrtiefe geringer als zu Beginn des Eintauchens des Kolbens, da die Aufweitkraft von dem Produkt aus Druck innerhalb des Druckzylinders und der vom Druck beaufschlagten Fläche gebildet wird. Sinkt die Aufweitkraft, dann wird auch die Reduzierung des Querschnitts des Ringraums geringer sein mit der Folge, dass dann auch die Drosselwirkung im Ringraum geringer sein wird.
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Eine Möglichkeit der Bereitstellung eines elastischen Wandungsbereichs besteht darin, dass der radial elastische Bereich von einer partiellen Wandstärkenreduzierung des Druckzylinders gebildet wird. Insbesondere bei einem Druckzylinder aus einem Kunststoffwerkstoff ist diese Bauform leicht umsetzbar.
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Man kann aber auch vorsehen, dass der Druckzylinder aus einem starren Träger und einem elastischen Einsatz gebildet wird. Der elastische Einsatz kann eingespannt oder auch anvulkanisiert sein. Des Weiteren kann mit einem standardisierten starren Träger und damit kombinierbaren Einsätzen eine große Varianz erreicht werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch kann der starre Träger mindestens eine fensterartige Öffnung aufweisen, die von dem elastischen Einsatz abgedeckt wird. In Abhängigkeit von dem Druckniveau, der Größe der fensterartigen Öffnung und der Elastizität des Trägers kann eine bedarfsgerechte Aufweitung des Druckzylinders bzw. Verringerung des Ringraumquerschnitts erreicht werden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der elastische Einsatz innerhalb des Druckzylinders angeordnet. Der elastische Einsatz wird durch die Öffnung gedrängt.
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Alternativ kann der elastische Einsatz auch auf einer äußeren Mantelfläche des Druckzylinders angeordnet sein. Bei dieser Variante kann durch die Dimensionierung der Wandstärke des Einsatzes der Ausgangsquerschnitt des Ringraums angepasst werden und damit ein Parameter des funktionalen dritten Dämpfventils bestimmt werden.
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Optional kann der Druckzylinder in Abflussrichtung mit einem Druckbegrenzungsventil bestückt sein, wobei mit dem Druckbegrenzungsventil direkt die Ventilfunktion des dritten Dämpfventils mit dem Ringraum angesteuert wird.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Längsschnitt durch einen Schwingungsdämpfer mit hydraulischem Endanschlag
- 2 Detailausschnitt zur 2
- 3 u. 4 Querschnitt des Druckzylinders aus 2
- 5 u. 6 Alternativvarianten mit einem elastischen Einsatz zum Druckzylinder
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Die Erfindung wird am Beispiel eines Schwingungsdämpfers 1 in der Bauform eines Zweirohrschwingungsdämpfers beschrieben, doch ist die Erfindung nicht auf diese Bauform beschränkt.
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Der Schwingungsdämpfer 1 umfasst einen vollständig mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder 3, in dem eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt ist. Eine Kolbenstangenführung 7 verschließt ein Ende des Zylinders 3. An der Kolbenstange 5 ist ein erster Kolben 9 befestigt, dessen Nenndurchmesser D1 dem Innendurchmesser Z1 des Zylinders 3 angepasst ist und der den Zylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11; 13 unterteilt. Der erste Kolben 9 verfügt über ein Dämpfventil 15, das bei einer Einfahrbewegung und ein Dämpfventil 17, das bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 5 eine Dämpfkraft erzeugt.
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In dieser Figur ist im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 11 ein optional verwendbarer Zuganschlag 19 angeordnet, der eine Zuganschlagfeder 21 aufweist, die sich an der Kolbenstangenführung 7 abstützt. In Richtung des Kolbens 9 weist die Zuganschlagfeder 21 einen Federteller 23 auf, der hubabhängig mit einem Mitnahmering 25 an der Kolbenstange 5 in Wirkverbindung tritt.
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Des Weiteren ist an der Kolbenstange 5 ein zweiter Kolben 27 befestigt, der hubabhängig in einen Druckzylinder 29 mit einem Druckraum 31 eintaucht, (s. auch 2). Der zweite Kolben 27 verfügt über mindestens eine Drosselöffnung 33, durch die das von dem zweiten Kolben 27 aus dem Druckraum 31 verdrängte Dämpfmedium in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 fließen kann. Zur Vermeidung von extremem Dämpfkraftsprüngen verfügt der Druckzylinder 29 über mindestens eine Einlaufschräge 35, die auch in Kombination mit einer Drosselnut 37 ausgeführt sein kann. Der Druckzylinder 29 stellt bezogen auf den Zylinder 3 ein separates Bauteil dar und weist einen Innendurchmesser Z2 auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser Z1 des Zylinders 3. Folglich weist auch der zweite Kolben 27 einen kleineren Nenndurchmesser D2 auf als der erste Kolben 9.
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Der Druckzylinder 29 verfügt über eine Hülse 39 und einen Boden 41, wobei sich der Boden 41 auf einem Stützboden 43 eines Sockels 45 abstützt. Der Sockel 45 wiederum steht mit seinem Ringsteg 47 auf einem Bodenventilkörper 49, der den Zylinder 3 endseitig begrenzt. Zwischen der Innenwandung des Zylinders 3 und der Außenwandung des Druckzylinders 29 bzw. der Hülse 39 besteht ein Ringraum 51, der eine Strömungsverbindung zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 zum Bodenventilkörper 49 darstellt. Dafür verfügt der Sockel 45 radial außerhalb der Hülse 39 des Druckzylinders 29 über mindestens eine Durchlassöffnung 53. Diese Bauform des Druckzylinders ist keinesfalls zwingend für die Nutzung der Erfindung. Man kann auch einen Druckzylinder 29 einsetzen, bei dem die Hülse 39 und der Sockel 45 eine Baueinheit bilden, beispielsweise in Form eines Kunststoff- oder auch eines Gussteils oder Schmiedeteils. Des Weiteren wären auch abweichende Ausgestaltungen des Druckzylinders zur Befestigung innerhalb des Zylinders 3 für die Nutzung der Erfindung möglich.
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Der Bodenventilkörper 49 umfasst ein Dämpfventil 55, das bei einer Anströmung aus dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 wirksam wird und dabei das von der Kolbenstange 5 verdrängte Volumen passieren lässt. Zusätzlich verfügt der Bodenventilkörper 49 über ein Rückschlagventil 57, das bei einer Strömung ausgehend von einem Ausgleichsraum 59 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 öffnet und dabei keine nennenswerte Dämpfkraft erzeugt. Der Ausgleichsraum 59 wird von einem den Zylinder 3 einhüllenden Behälterrohr 61 begrenzt, der zusammen mit einer Außenwandung des Zylinders 3 den Ringraum bildet, der teilweise mit Dämpfmedium und teilweise mit einem Gas gefüllt ist. Der Bodenventilkörper 49 stützt sich auf einem Boden 63 des Behälterrohres 61 ab. Der Boden 63 des Behälterrohres 61, das Behälterrohr 61 und die Kolbenstangenführung 7 bilden eine Verspannungskette für den Zylinder 3, den Sockel 45 und den Bodenventilkörper 49, da sich der Zylinder 3 auf dem Ringsteg 47 des Sockels 45 axial abstützt. Damit ist der Sockel 45 axial in beiden Richtungen fixiert.
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Zwischen dem Druckzylinder 29 und dem Sockel 45 besteht eine Halteverbindung 65, die innerhalb eines von der Hülse 39 begrenzten Querschnitts 67 ausgeführt ist. Der Querschnitt 67 wird von der Außenkontur der Hülse 39 bestimmt. In der 1 wird die Halteverbindung 65 von einer Nietverbindung gebildet. Zentral innerhalb des Bodens 41 und des Stützbodens 43 verbindet ein Niet 69 diese beiden Teile.
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Bei einer Einfederungsbewegung der Kolbenstange 5 innerhalb einer bestimmten Größenordnung ist nur der erste Kolben 9, bzw. das Dämpfventil 15 für die Einfahrrichtung aktiv. Der zweite Kolben 35 befindet sich dann stets axial außerhalb des Druckzylinders 29. Sollte dieser Komfortbereich verlassen werden, dann fährt der zweite Kolben 27 in den Druckzylinder 29 ein, wodurch das Volumen des Druckraums 31 reduziert und Dämpfmedium aus dem Druckraum 31 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 verdrängt wird, so dass dann sowohl der erste wie auch der zweite Kolben 9; 27 mit ihren Dämpfventilen 13; 33 eine deutlich größere Dämpfkraft erzeugen, da beide Dämpfventile 13; 33 hydraulisch parallelgeschaltet sind. Der Ringraum 51 wirkt dann als Strömungsverbindung zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 und dem Ausgleichsraum 59, der funktional ebenfalls einen Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers 1 darstellt.
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Insbesondere in der Zusammenschau der 2, 3 und 4 ist erkennbar, dass der Druckzylinder 29 zumindest einen Wandungsbereich 75 aufweist, der radial beweglich in Richtung des Zylinders 3 ausgeführt ist, und in Abhängigkeit des Druckniveaus innerhalb des Druckzylinders 29 den Querschnitt des Ringraums 51 verengt. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass der Druckzylinder 29 radial elastisch ausgeführt ist, indem der radial elastische Wandungsbereich 75 von einer partiellen Wandstärkenreduzierung des Druckzylinders 29 gebildet wird. Damit wirkt der Querschnitt des Ringraums 51 wie ein drittes Dämpfventil 77 zusätzlich zu den Dämpfventilen 15; 33 am ersten und am zweiten Kolben 9; 27. Die Wirkung des Drosselquerschnitts ist abhängig vom Druckniveau innerhalb des Druckzylinders, also abhängig von der Einfahrgeschwindigkeit des zweiten Kolbens 27 in den Druckzylinder 29. Das dritte Dämpfventil 77 sorgt für eine weitere Progression in der Dämpfkraftkennlinie des Schwingungsdämpfers. Diese Progression kann z. B. dafür genutzt werden, die vom zweiten Kolben 27 bereitgestellte Dämpfkraft etwas zu reduzieren, um einen Zugewinn an Fahrkomfort zu erreichen, andererseits jedoch mit dem dritten Dämpfventil 77 eine zusätzliche Dämpfkraft für besonders kritische Fahrsituation zur Verfügung stehen zu haben.
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In dieser Ausführung erstreckt sich der radial elastische Wandungsbereich über den gesamten Hubbereich des zweiten Kolbens 27. Folglich ist die radiale Aufweitung im Moment des Eintauchens des zweiten Kolbens in den Druckzylinder 29 maximal möglich. Wenn der Schwingungsdämpfer stärker verkürzt wird, dann steigt die Stützkraft der Fahrzeugtragfeder. Folglich könnte die Dämpfkraft reduziert werden.
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Neben der Möglichkeit einer Wandstärkenreduzierung kann der Druckzylinder 29 auch aus einem starren Träger und einem elastischen Einsatz 79 gebildet werden, wie ebenfalls in 3 prinzipiell dargestellt ist.
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In der Ausführung des Druckzylinders 29 nach 5 ist der elastische Einsatz 79 innerhalb des Druckzylinders 29 angeordnet der starre Träger bzw. die Hülse 39 weist mindestens eine fensterartige Öffnung auf, die von dem elastischen Einsatz 79 in Richtung des Ringraums 51 abgedeckt wird. Wenn der zweite Kolben 27 in den Druckzylinder 29 eintaucht, dann steigt der Druck an. Da der Druck innerhalb des Druckzylinders 29 aufgrund der Ventilauslegung der Dämpfventile 15; 33 und des Dämpfventils 55 am Bodenventilkörper 49 höher ist als im Ringraum 51, verformt sich der hülsenförmige elastische Einsatz 79 und dehnt sich über die fensterartigen Öffnungen 81 in den Ringraum 51 aus, dessen Querschnitt dadurch reduziert wird. Es können mehrere Öffnungen 81 eingesetzt werden, die axial außerhalb des Hubbereichs des Kolbens 27 ausgeführt sind. Damit ist auch der radial elastische Bereich 75 des Druckzylinder axial außerhalb eines Hubbereichs des zweiten Kolbens 27 angeordnet. Folglich ist die auf den elastischen Bereich wirksame Aufweitkraft bei konstantem Druck innerhalb des Druckzylinders 29 ebenfalls konstant. Die Reduzierung des Querschnitts im Ringraum 51 ist damit unabhängig von der Hublage des zweiten Kolbens 27 innerhalb des Druckzylinders 29. Auch diese Auslegung des zweiten Druckzylinders 29 kann für eine Anpassung der Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers an eine Zielvorgabe sinnvoll sein.
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Die Ausführung nach 6 folgt dem Bauprinzip nach 5. Abweichend ist der elastische Einsatz 79 auf einer äußeren Mantelfläche 83 des Druckzylinders 29 angeordnet. Der elastische Einsatz 79 kann wie ein Schrumpfschlauch montiert sein. Des Weiteren ist die mechanische Belastung des elastischen Einsatzes 79 im Bereich der fensterartigen Öffnungen 81 geringer.
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Sowohl in der 5 und in der 6 ist der Druckzylinder 29 in Abflussrichtung zum Ausgleichsraum 59 mit einem Druckbegrenzungsventil 85 bestückt. Dieses Druckbegrenzungsventil 85 kann optional auf einen Grenzdruck am Dämpfventil 33 des zweiten Kolbens 27 aber auch auf eine maximale Aufweitkraft des Druckzylinders 29 ausgelegt sein, um einen minimalen Querschnitt des Ringraums 51 einzustellen.
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Bezugszeichen
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Zylinder
- 5
- Kolbenstange
- 7
- Kolbenstangenführung
- 9
- erster Kolben
- 11
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 13
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 15
- Dämpfventil
- 17
- Dämpfventil
- 19
- Zuganschlag
- 21
- Zuganschlagfeder
- 23
- Federteller
- 25
- Mitnahmering
- 27
- zweiter Kolben
- 29
- Druckzylinder
- 31
- Druckraum
- 33
- Drosselöffnung
- 35
- Einlaufschräge
- 37
- Drosselnut
- 39
- Hülse
- 41
- Boden
- 43
- Stützboden
- 45
- Sockel
- 47
- Ringsteg
- 49
- Bodenventilkörper
- 51
- Ringraum
- 53
- Durchlassöffnung
- 55
- Dämpfventil
- 57
- Rückschlagventil
- 59
- Ausgleichsraum
- 61
- Behälterrohr
- 63
- Boden
- 65
- Halteverbindung
- 67
- Querschnitt
- 69
- Niet
- 71
- Zapfen
- 73
- Nietkopf
- 75
- Wandungsbereich
- 77
- drittes Ventil
- 79
- elastischer Einsatz
- 81
- fensterartige Öffnung
- 83
- äußere Mantelfläche
- 85
- Druckbegrenzungsventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019206510 A1 [0002]
