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Einleitung
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Die
Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer mit einem
rohrförmigen
Gehäuse,
einem koaxial in dem Gehäuse
drehbar gelagerten Druckrohr, einer koaxial zwischen dem Gehäuse und
dem Druckrohr angeordneten rohrförmigen
Hülse,
die mit dem Gehäuse fest
verbunden ist, einer Kolbenstange, die durch eine Stirnseite des
Gehäuses
axial verschiebbar ist, und mit einem Kolben, der mit der Kolbenstange
verbunden und in dem Druckrohr axial verschiebbar ist, wobei das
Druckrohr mindestens eine radiale Bohrung und die Hülse auf
ihrer inneren Mantelfläche mindestens
eine Nut mit einer Steigung dergestalt aufweist, dass mittels Verdrehen
des Druckrohres ein Drosselquerschnitt zwischen der Bohrung und
der Nut einstellbar ist, durch den Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckrohr
durch axiales Verschieben der Kolbenstange durch das Druckrohr und
durch die Hülse in
einen Speicherraum verdrängbar
ist.
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Bei
Beaufschlagung der Kolbenstange eines gattungsgemäßen Stoßdämpfers mit
einer Last in Axialrichtung des Stoßdämpfers überträgt die Stirnfläche des
Kolbens einen Druck auf die Hydraulikflüssigkeit im Innern des Druckrohres.
Die Hydraulikflüssigkeit
dringt durch die Bohrungen im Druckrohr nach außen, wobei entsprechend dem
geöffneten
Querschnitt der Bohrungen ein Drosseleffekt und damit eine Dissipation
der Druckenergie in Wärme
erfolgt. Durch Verdrehen des Druckrohres in der Hülse wird die
Steuerkante der Nut in der Hülse über den
Bohrungen im Druckrohr verschoben und damit der Drosselquerschnitt
verändert.
So ist auf einfache Weise die Dämpfungscharakteristk
eines gattungsgemäßen Stoßdämpfers einstellbar.
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Gattungsgemäße einstellbare
hydraulische Stoßdämpfer werden
in großen
Stückzahlen
hergestellt und finden vielfältige
Verwendung in nahezu allen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus.
Bevorzugt werden Stoßdämpfer eingesetzt,
die sich durch einen geringen Preis und bei hoher Dämpfungsleistung
durch eine schlanke Bauform auszeichnen. Da die Querschnittsfläche des
Kolbens die Dämpfungsleistung
bestimmt, ist das Verhältnis
des Kolbendurchmessers zum Außendurchmesser
des Gehäuses
in dieser Hinsicht als wesentliche Kenngröße eines Stoßdämpfers anzusehen.
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Bekannt
ist der gattungsgemäße Stoßdämpfer nach
der
US 4,298,101 . Vorgeschlagen
wird, einen Speicherraum radial zwischen Hülse und innerer Mantelfläche des
Gehäuses auszubilden.
Durch axiales Verschieben des Kolbens wird die Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckrohr durch die Bohrungen in diesem und durch Bohrungen
in der Hülse
in diesen Speicherraum verdrängt.
Zur Vergrößerung des Speichervolumens
ist nach der
US 4,298,101 auch vorgesehen,
einen ergänzenden
Speicherraum axial neben dem Druckrohr vorzusehen. Die Anordnung des
Speicherraums zwischen Hülse
und Gehäuse führt bei
vorgegebener Dämpfungsleistung
zu einem großen
Gehäusedurchmesser
oder beschränkt
andererseits bei vorgegebenen Außenabmessungen die Dämpfungsleistung.
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Im
weiteren Umfeld der Erfindung bekannt ist darüber hinaus beispielsweise der
einstellbare Stoßdämpfer nach
der
DE 37 79 594 T2 .
Eine wendelförmige
Nut ist bei diesem Stoßdämpfer in
der inneren Mantelfläche
des Gehäuses
angeordnet. Die Hydraulikflüssigkeit
wird durch Öffnungen
im Druckrohr hindurch in einen axial verlaufenden Spalt zwischen Druckrohr
und Gehäuse
verdrängt
und fließt
durch diesen in einen axial neben dem Druckrohr angeordneten Speicher.
Durch die nicht vorhandene Hülse erreicht
dieser Stoßdämpfer gegenüber dem
gattungsgemäßen Stoßdämpfer nach
der
US 4,298,101 ein
sehr vorteilhaftes Verhältnis
von Baugröße und Dämpfungsleistung.
Die nach der
DE 37
79 594 T2 kreisringförmig
geschlossenen Nuten auf der inneren Mantelfläche des Gehäuses sind aber sehr aufwändig zu
fertigen und erhöhen
entsprechend die Herstellkosten und damit den Verkaufspreis dieses
Stoßdämpfers dergestalt,
dass er nur für
Spezialanwendungen wirtschaftlich einsetzbar ist.
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Die
DE 100 28 586 A1 zeigt
einen Stossdämpfer
ohne jedoch ohne Druckrohrhülse.
Hierdurch wird – da
der Rückfluss
der Hydraulikflüssigkeit lediglich
im Bereich von Abflachungen des Druckrohres erfolgen kann – ein großflächiger Kontakt
zwischen der erwärmten
aus Drosselbohrungen austretenden Hydraulikflüssigkeit und einer Gehäusewand, d.h.
auch eine effektive Wärmeabfuhr
verhindert.
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Bei
einem in der WO 01/73 314 A1 beschriebenen Stossdämpfer ist
zwar eine um das Druckrohr angeordnete Hülse vorhanden, diese weist
jedoch keine wendelförmige
Nut, sondern lediglich Bohrungen auf, die mit den Drosselbohrungen
in dem Druckrohr korrespondieren. Eine feinfühlige Einstellung der Dämpfungscharakteristik
ist aufgrund der sich bei kleinen Drehwinkeln bereits stark ändernden Überdeckung
der Bohrungsflächen
nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einstellbaren Stoßdämpfer vorzuschlagen,
der bei einer schlanken Bauform eine hohe Dämpfungsleistung aufweist und
dabei einfach und damit kostengünstig
zu fertigen ist.
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Lösung
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Ausgehend
von dem gattungsgemäßen Stoßdämpfer wird
diese Aufgabe nach der Erfindung dahingehend gelöst, dass der Speicherraum in
dem Gehäuse
ausschließlich
zwischen dem axialen Ende des Druckrohres und der kolbenstangenseitigen Stirnseite
des Gehäuses
angeordnet ist und dass die Hülse
entlang der Nutlänge
verteilte Durchbrüche aufweist,
durch die die von der Kolbenstange verdrängte Hydraulikflüssigkeit
in einen zwischen der Hülse
und dem Gehäuse
ausgebildeten freien ringförmigen
Spalt und von dort in den Speicherraum fließt.
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Durch
den Wegfall des radial außerhalb
der Hülse
angeordneten Speicherraums ist gegenüber dem aus der
US 4,298,101 bekannten Stoßdämpfer eine
deutliche Reduzierung des äußeren Gehäusedurchmessers
bei gleicher Dämpfungsleistung
möglich.
Der diffuse Rückfluss
der Hydraulikflüssigkeit über dem
gesamten Umfang des Stoßdämpfers gewährleistet
einerseits eine optimale Abfuhr der bei der Dämpfung entstehenden Wärme, und
erlaubt andererseits eine großzügige Tolerierung
der Fertigungsmaße
und der Oberflächengüte sowohl
der inneren Mantelfläche
des Gehäuses
als auch der korrespondierenden äußeren Mantelfläche der
Hülse. Der
erfindungsgemäße Stoßdämpfer ist
auf diese Weise besonders kostengünstig zu fertigen. Alternativ
ist zwar auch die Ausprägung
eines axialen Kanals zwischen der Hülse und dem Gehäuse möglich. Ein
solcher Kanal kann durch eine Nut in der Mantelfläche des
Gehäuses
oder durch eine Nut oder Abflachung in der korrespondierenden Mantelfläche realisiert
werden. Diese Varianten sind jedoch aufgrund der gegenüber dem
Ringspalt deutlich schlechteren Wärmeabfuhr und wegen der aufwändigeren
Fertigung der korrespondierenden Mantelflächen nicht zu bevorzugen.
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Vorteilhaft
in Bezug auf die vereinfachte Fertigung erweist sich darüber hinaus
die Anordnung einer wendelförmig
auf der inneren Mantelfläche
der Hülse
umlaufenden Nut. Durch die auf dem gesamten Umfang der Hülse konstante
Steigung kann der zum Verdrehen des Druckrohres bereit gestellte Stellbereich
ebenfalls einen Vollkreis überstreichen.
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Hierdurch
ist eine besonders feinfühlige
Einstellung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers möglich. Gegenüber einer
Ausbildung einer umlaufenden Nut im inneren Mantel des Gehäuses ist
die Fertigung auf der inneren Mantelfläche einer separaten Hülse ungleich
einfacher zu realisieren. Aufgrund der deutlich reduzierten Werkstücklänge können kürzere Werkzeuge
zum Einsatz kommen, die einerseits deutlich preiswerter sind und
andererseits ein geringeres Ausschussrisiko durch Schwingungen an
der Eingriffsstelle beinhalten. Alternativ zur Wendelform kann eine
Nut auf der inneren Mantelfläche
der Hülse auch
kreisringförmig
geschlossen oder mit auf dem Umfang variierter Steigung ausgebildet
sein. Solche Ausführungsformen
sind allerdings wiederum aufgrund der deutlich höheren Fertigungskosten nicht bevorzugt.
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Die
Montage des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers ist
außerdem
vereinfacht, wenn die Hülse lediglich
formschlüssig
in das Gehäuse
eingesetzt wird. Da die Hülse
im Betrieb keine nennenswerte axiale Belastung erfährt, kann
sie in dem Gehäuse durch
vergleichsweise einfache Mittel wie Sprengring, Klemmverschraubung
oder auch Verkleben axial gesichert werden. Ein Verdrehen der Hülse gegen das
Gehäuse
kann beispielsweise mittels eines Mehrkantsitzes oder noch einfacher
mittels Passfedern verhindert werden. Eine weitere Verringerung der
Anzahl der benötigten
Bauteile, verbunden mit einer vorteilhaften Material- und Platzersparnis
ist alternativ insbesondere durch Einpressen der Hülse in das
Gehäuse
möglich.
Die hierbei notwendigerweise höheren
Fertigungstoleranzen der beteiligten Flächen sind jedoch gegenüber der
verringerten Zahl der Bauteile im Sinne einer wirtschaftlichen Fertigung abzuwägen.
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Beim
Verdrehen des Druckrohres in der Hülse eines gattungsgemäßen Stoßdämpfers mit
wendelförmiger
Nut in der Hülse
wird die Steuerkante der Nut linear mit dem Verdrehwinkel um einen
Weg über einer
Bohrung im Druckrohr verschoben. Bei einer kreisförmigen Bohrung
hängt damit
der Öffnungsquerschnitt – und mit
diesem die Dämpfung
des Stoßdämpfers – nicht-linear
(quadratisch mit überlagerter
Winkelfunktion) vom Verdrehwinkel ab. Die Kombination von hintereinander
angeordneten Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser im Druckrohr erlaubt
vorteilhaft die Realisierung eines sich – in der Summe der einzelnen
Bohrungsöffnungen – keilförmig erweiternden Öffnungsquerschnitts,
so dass die Dämpfung
des Stoßdämpfers weitgehend
linear mit dem Verdrehwinkel des Druckrohres in der Hülse korreliert.
Auf diese Weise ist eine einerseits deutlich anschaulichere, andererseits
auch in den Grenzbereichen hinreichende Einstellung des Stoßdämpfers möglich.
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Bevorzugt
ist insbesondere die Ausformung einer keilförmig erweiterten Bohrung in
dem Druckrohr. Gegenüber
der Anordnung separater Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern
im Druckrohr ist so wiederum eine gleichmäßigere Verstellcharakteristik
des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers geschaffen.
Eine derartige keilförmige
Erweiterung kann durch Verbindung von Bohrungen mit steigenden Durchmessern
oder auch durch ein bereits keilförmiges Werkzeug hergestellt
werden.
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Ausführungsbeispiele
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Zur
Erläuterung
der Erfindung sind nachfolgend in Zeichnungen Ausführungsbeispiele
dargestellt. Hierbei sind gleichartige Elemente in verschiedenen
Ausführungsformen
mit gleicher Nummer und unterschiedlichen Buchstaben gekennzeichnet.
Es zeigen
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1 einen
ersten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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2, 3 und 4 drei
Ansichten der Hülse
dieses ersten Stoßdämpfers,
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5 einen
zweiten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
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6, 7 und 8 drei
Ansichten der Hülse
dieses zweiten Stoßdämpfers und
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9 eine
perspektivische Ansicht des Druckrohres dieses zweiten Stoßdämpfers.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen einstellbaren
hydraulischen Stoßdämpfer 1a mit
einem rohrförmigen
Gehäuse 2,
einem koaxial in dem Gehäuse 2 drehbar
gelagerten Druckrohr 3a, einer koaxial zwischen dem Gehäuse 2 und
dem Druckrohr 3a angeordneten rohrförmigen Hülse 4a, die mit dem Gehäuse 2 fest
verbunden ist, einer Kolbenstange 5, die durch eine Stirnseite 6 des
Gehäuses 2 axial
verschiebbar ist, und mit einem Kolben 7, der mit der Kolbenstange 5 verbunden
und in dem Druckrohr 3a axial verschiebbar ist, wobei das
Druckrohr 3a eine Mehrzahl radialer Bohrungen 8a und
die Hülse 4a auf ihrer
inneren Mantelfläche 9 eine
Nut 10 mit einer Steigung 11 aufweist. Ein Speicherraum 12 ist
in dem Gehäuse 2 ausschließlich axial
neben dem Druckrohr 3a angeordnet.
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Mittels
Verdrehen des Druckrohres 3a ist ein nicht näher dargestellter
Drosselquerschnitt zwischen der Bohrung 8a und der Nut 10 einstellbar. Durch
diesen Drosselquerschnitt ist nicht dargestellte Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckrohr 3a durch axiales Verschieben der Kolbenstange 5 durch
das Druckrohr 3a und durch die Hülse 4a in den Speicherraum 12 verdrängbar.
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Das
Gehäuse 2 ist
auf seiner äußeren Mantelfläche 13 durchgängig mit
einem nicht dargestellten Außengewinde
zur Befestigung des Stoßdämpfers 1a an
einem gleichfalls nicht dargestellten Haltebauteil versehen.
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Das
Druckrohr 3a ist endseitig durch einen Boden 14 geschlossen,
der in eingebautem Zustand an der Endseite 15 durch das
Gehäuse 2 hindurch geführt ist
und dieses verschließt.
Dieser Boden 14 des Druckrohres 3a weist eine
nach außen
offene Sechskantöffnung 16 auf,
die eine Einstellung des Stoßdämpfers 1a von
außen
ermöglicht.
Das Druckrohr 3a ist mit zwei einander gegenüber liegenden
Linien mit je sechs in axialer Richtung äquidistant hintereinander angeordneten,
die Wandung durchdringenden Bohrungen 8a versehen.
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Stirnseitig
ist das Druckrohr 3a mit zwei gleichfalls einander gegenüber liegenden
Mitnehmerzapfen 17 versehen.
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In
dem Druckrohr 3a ist in axialer Richtung verschiebbar und
dichtend eingepasst der Kolben 7 gelagert. Der Kolben 7 ist
mit der Kolbenstange 5 verbunden, die wiederum stirnseitig
abgedichtet aus dem Gehäuse 2 herausgeführt ist.
An der Anschlagseite 18 der Kolbenstange 5 befindet
sich eine Anschlagkappe 19, die den nicht näher dargestellten maximalen
Einfahrweg des Kolbens 7 begrenzt. So wird eine Stauchung
der Kolbenstange 5, auch wenn eine zu große Last
auf den Stoßdämpfer 1a auffährt und
die Dämpfungswirkung über den
Maximalhub des Kolbens 7 nicht ausreicht, verhindert.
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Die
Mitnehmerzapfen 17 an dem Druckrohr 3a greifen
im eingebauten Zustand formschlüssig
in eine Lagerhülse 20 ein,
die drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert
ist und in deren innerer Mantelfläche 21 die Kolbenstange 5 geführt ist.
Mit ihrer äußeren Mantelfläche 22 stützt sich
die Lagerhülse 20 an
der inneren Mantelfläche 23 des
Gehäuses 2 ab.
Die Lagerhülse 20 erstreckt
sich in axialer Richtung aus dem Gehäuse 2 des Stoßdämpfers 1a heraus
und ist verdrehfest mit einem kragenförmigen Einstellring 24 versehen.
Gegenüber
der inneren Mantelfläche 23 des
Gehäuses 2 ist
die Lagerhülse 20 mit
Hilfe eines Dichtungsrings 25 und gegenüber dem Außenmantel der Kolbenstange 5 mit
Hilfe einer Lippendichtung 26 abgedichtet.
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Zwischen
der Anschlagkappe 19 und der Stirnseite 6 des
Gehäuses 2 befindet
sich eine um die Kolbenstange 5 herum angeordnete und von
dieser abgestützte
Rückstellfeder 27,
die nach Entfernen der auf den Stoßdämpfer 1a aufgelaufenen
Last ein selbsttätiges
Ausfahren der Kolbenstange 5 aus dem Gehäuse 2 erlaubt.
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Zwischen
dem Kolben 7 und dem Boden 14 befindet sich ein
Druckraum 28 und auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 7 ein
ringförmiger, die
Kolbenstange 5 umgebender Aufnahmeraum 29, an
den sich in Richtung auf die Anschlagkappe 19 der ebenfalls
ringförmige
Speicherraum 12 anschließt. Der Speicherraum 12 ist
im Bereich der Stirnseite 6 des Gehäuses 2 nach außen hin
abgedichtet, steht aber mit dem Aufnahmeraum 29 in Strömungsverbindung.
Der Speicherraum 12 ist mit einem geschlossenporigen, komprimierbaren
Kunststoffschaum gefüllt.
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Zwischen
dem Druckrohr 3a und dem Gehäuse 2 weist der Stoßdämpfer 1a eine
in den 2, 3 und 4 in drei
Ansichten separat dargestellte Hülse 4a auf,
deren innere Mantelfläche 9 mit
einer wendelförmigen
Nut 10 mit einem rechteckförmigen Querschnitt versehen
ist. Wie das Druckrohr 3a ist die Hülse 4a mit zwei einander
gegenüber
liegenden Linien mit in axialer Richtung äquidistant hintereinander angeordneten,
die Wandung durchdringenden Bohrungen 30a versehen. Die
Bohrungen 30a in der Hülse 4a korrespondieren
jeweils mit der Nut 10. Ihr Durchmesser entspricht genau
dem Öffnungsquerschnitt
der Nut 10.
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Die
Hülse 4a ist
mittels einer Feststellschraube 31 mit dem Gehäuse 2 verdrehfest
verbunden und in diesem auch nicht axial verschieblich. Der Innendurchmesser
des Gehäuses 2 ist
etwa 1 mm größer als
der Außendurchmesser
der Hülse 4a,
so dass zwischen Gehäuse 2 und
Hülse 4a ein
ringförmiger Spalt 32 ausgebildet
ist. Die innere Mantelfläche 9 der
Hülse 4a weist
eine radial weitgehend spielfreie Passung mit der äußeren Mantelfläche 33 des
Druckrohrs 3a auf, die aber eine Verdrehung beider Bauteile
ohne wesentlichen Widerstand erlaubt.
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Dringt
der Kolben 7 infolge einer Beaufschlagung der Anschlagkappe 19 mit
einer nicht dargestellten Last – ausgehend
von der in den 1 dargestellten ausgefahrenen
Position (Dämpfungsstellung) – weiter
in das Gehäuse 2 ein,
so wird der Druckraum 28 verkleinert und Hydraulikflüssigkeit tritt
durch die Bohrungen 8a des Druckrohres 3a. Die Hydraulikflüssigkeit
strömt
in die wendelförmige
Nut 10 in der Hülse 4a,
tritt wiederum durch die Bohrungen 30a der Hülse 4a in
den Spalt 32 zwischen Hülse 4a und
Gehäuse 2 und
kann durch diesen Spalt 32 diffus und weitgehend drucklos
in den Aufnahmeraum 29 sowie in den Speicherraum 12 gelangen. Aufgrund
des Volumens der eindringenden Kolbenstange 5 wird das
Volumen des Schaummaterials in dem Speicherraum 12 dabei
entsprechend komprimiert.
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Die
Anschlagkappe 19 besitzt eine topfförmige Gestalt, wobei der Öffnungsquerschnitt
dem Gehäuse 2 des
Stoßdämpfers 1a zugewandt
ist. Die Anschlagkappe 19 ist mittels einer Innensechskantschraube 16 fest
stirnseitig mit der Kolbenstange 5 verbunden und an der
Rückstellfeder 27 abgestützt.
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Wenn
die Masse bzw. Geschwindigkeit einer auf die Anschlagkappe 19 auffahrenden
Last das maximale Energieaufnahmevermögen des Stoßdämpfers 1a übersteigt,
schiebt sich die Anschlagkappe 19 über den Einstellring 24 hinweg
und schlägt
am Gehäuse 2 an.
Damit ist der maximale Hub des Kolbens 7 begrenzt und eine
Krafteinleitung in den Einstellring 24 und die Lagerhülse 20 findet
nicht statt.
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Sobald
die Last nicht mehr auf die Anschlagkappe 19 bzw. den Kolben 7 wirkt,
wird die Kolbenstange 5 aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 27 wieder
aus dem Gehäuse 2 herausgefahren.
Innerhalb des Kolbens 7 befindet sich ein nicht dargestelltes
Rückschlagventil,
das beim Ausfahren des Kolbens 7 ein ungedrosseltes Rückströmen der
Hydraulikflüssigkeit
aus dem Aufnahmeraum 29 und dem Speicherraum 12 in
den Druckraum 28 ermöglicht.
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Eine
Einstellung der Dämpfungscharakteristik
des Stoßdämpfers 1a erfolgt
durch Verdrehen des Einstellrings 24 oder des Bodens 14 und
damit des Druckrohres 3a relativ zu der wendelförmigen Nut 10 in
der Hülse 4a.
Aufgrund der Wendelform kommunizieren die Bohrungen 8a,
deren Mittelachsen einen Abstand voneinander aufweisen, der der
Steigung 11 der Nut 10 entspricht, mehr oder weniger
stark mit dem Öffnungsquerschnitt
der Nut 10. Eine optimale Dämpfungswirkung bei kleinen
Geschwindigkeiten der auffahrenden Last wird erzielt, wenn die Bohrungen 8a im
Bereich der Stege 34 zwischen benachbarten Gängen der
Nut 10 liegen, wobei der Durchmesser der Bohrungen 8a geringfügig kleiner
als die Breite der Stege 34 ist, um auch bei sehr kleinen
Geschwindigkeiten eine hinreichende Dämpfung zu erzielen. Hingegen
ist es bei hohen Geschwindigkeiten der Last erforderlich, die Bohrungen 8a mehr
oder weniger vollständig
im Bereich der Nut 10 anzuordnen, um einen ausreichend
schnellen Abfluss der Hydraulikflüssigkeit sicherzustellen.
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Der
zweite Stoßdämpfer 1b in 5 unterscheidet
sich von dem Stoßdämpfer 1a in 1 lediglich
durch eine unterschiedliche Ausprägung des auch in 9 separat
perspektivisch dargestellten Druckrohres 3b und der in
den 6, 7 und 8 separat
in drei Ansichten dargestellten Hülse 4b. Der Durchmesser
der Bohrungen 30b in der Hülse 4b ist kleiner
als die Breite der wendelförmigen Nut 10.
Die Bohrungen 8b im Druckrohr 3b sind gegenüber den
Bohrungen 8a im Druckrohr 3a aus 1 hingegen
vergrößert. Durch
Variation dieser korrespondierenden Bohrungen kann die Dämpfungscharakteristik
des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers in
weiten Bereichen unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden.