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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Stoßdämpfer, insbesondere
für Fahrräder, mit
einem ersten Zylinder, der eine mit einem Dämpfungsmittel gefüllte Fluid-Kammer
aufweist und in dem eine nach außen führende Kolbenstange mit Kolben
zur Aufnahme der abzudämpfenden
beziehungsweise abzufedernden Stöße axial
verschiebbar gelagert ist, und mit einem zweiten Zylinder, der eine
mit Übertragungsmedium
gefüllte
Fluid-Kammer und eine luft- oder gasgefüllte Gasdruck-Kammer aufweist,
wobei die Fluid-Kammern des ersten und des zweiten Zylinders über einen
Verbindungskanal miteinander verbunden sind.
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Derartige Stoßdämpfer sind bereits bekannt und
werden beispielsweise an Fahrrädern
eingesetzt, um Gelände-Unebenheiten
auszugleichen und das Fahren angenehmer und sicherer zu machen. Nachteilig
bei den vorbekannten Stoßdämpfern der eingangs
genannten Art ist jedoch, dass sie ein von der Stärke des
einwirkenden Stoßes
unabhängiges Federungsverhalten
zeigen und der Stoßdämpfer somit
in unterschiedlichen Fahrsituationen nicht optimal einfedert. Beispielsweise
kann ein Stoßdämpfer für Fahrten
in unebenem Gelände
optimiert sein, so dass dieser leicht einfedert. Ein solches Federungsverhalten
wirkt sich jedoch bei Fahrten auf ebener Strecke, insbesondere beim
Fahren im Wiegetritt, negativ auf die Fahreigenschaften aus, da
hier ein härteres
Einfedern von Vorteil ist. Auf völlig
ebenem Untergrund kann sogar eine vollständige Blockierung der Federung
von Vorteil sein.
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Es besteht daher die Aufgabe, einen
Stoßdämpfer der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Federungsverhalten
einstellbar ist und somit an unterschiedliche äußere Bedingungen angepasst
werden kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht
insbesondere darin, dass zumindest ein dritter Zylinder mit einer
luft- oder gasgefüllten
Gasdruck-Kammer und einer mit Übertragungsmedium gefüllten Fluid-Kammer
vorgesehen ist, dass die Fluid-Kammer(n) des dritten und gegebenenfalls
der weiteren Zylinder über
wenigstens einen Verbindungskanal mit den Fluid-Kammern des ersten
und des zweiten Zylinders in Wirkverbindung steht (stehen), und
dass im Bereich des Verbindungskanals zumindest eine Umschaltvorrichtung
zum Sperren oder Freigeben der Verbindungen zwischen der Fluid-Kammer
des ersten Zylinders und einer oder mehrerer Fluid-Kammern der weiteren
Zylinder vorgesehen ist.
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Mit der Umschaltvorrichtung können die Gasdruck-Kammern
des zweiten und dritten Zylinders sowie gegebenenfalls weiterer
Zylinder wahlweise aktiviert werden oder inaktiv geschaltet werden,
indem der jeweils zu ihnen führende
Verbindungskanal geöffnet
oder verschlossen wird und somit aus der Fluid-Kammer des ersten
Zylinders verdrängtes Übertragungsmedium,
beispielsweise Öl,
in die Fluid-Kammern der übrigen
Zylinder gelangen kann oder nicht. Bei geöffnetem Verbindungskanal drängt das Übertragungsmedium
in die jeweilige Fluid-Kammer, wodurch das Gas in der jeweiligen
Gasdruck-Kammer komprimiert wird.
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Die Gasdruck-Kammern des zweiten,
dritten und gegebenenfalls weiterer Zylinder wirken als Positiv-Gasdruckkammern,
das heißt
mit zunehmendem Eindringen von Übertragungsmedium
erhöht sich
die erforderliche Kraft, um das Gas in der jeweiligen Gasdruck-Kammer weiter zu
komprimieren.
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Die gesamte auf die Kolbenstange
einwirkende Kraft, beispielsweise durch einen Stoß auf das Rad
beim Überfahren
eines Steines, verteilt sich auf die einzelnen, mit der Fluid-Kammer des ersten
Zylinders in Fließverbindung
stehenden Zylinder. Je mehr Zylinder und somit Positiv-Gasdruckkammern
in das System integriert sind, desto geringer fällt der Druckanstieg in den
Positiv-Gasdruckkammern aus, womit die Kolbenstange leichter einfedern
kann. Durch Zuschalten oder Sperren einzelner oder mehrerer Zylinder
kann somit das Federungsverhalten des gesamten Stoßdämpfers in
weiten Grenzen variiert werden. Beispielsweise kann beim Fahren
auf ebener Strecke der Verbindungskanal vollständig verschlossen werden, so
dass kein Übertragungsmedium
aus der Fluid-Kammer des ersten Zylinders entweichen kann und der
Stoßdämpfer blockiert
ist. Beim Fahren im Gelände
kann der Verbindungskanal zu einem oder mehreren Zylinder(n) geöffnet werden, so
dass bereits geringere Kräfte
das Rad einfedern lassen.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass
eine luftbeziehungsweise gasgefüllte
Gasdruck-Kammer vorgesehen ist, die über einen Verbindungskanal
mit der Gasdruck-Kammer des ersten Zylinders verbunden ist, und
dass im Bereich dieses Verbindungskanals eine Umschaltvorrichtung
zum Öffnen
oder Schließen
des Verbindungskanals vorgesehen ist. Sowohl in der Gasdruck-Kammer
des ersten Zylinders als auch in der zusätzlichen Gasdruck-Kammer wird
der gleiche Luftbeziehungsweise Gasdruck eingestellt. Durch Öffnen oder
Schließen des
Verbindungskanals kann das Gesamt-Volumen der im ersten Zylinder
als Negativ-Kammer wirksamen Gasdruck-Kammer verändert werden, wodurch ebenfalls
das Federungsverhalten des Stoßdämpfers variiert
werden kann.
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Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers,
für die
eigenständiger
Schutz beansprucht wird, sieht vor, dass eine mit der Kolbenstange
in Antriebsverbindung stehende, dem Verbindungskanal zugewandte
Düsennadel
vorgesehen ist, welche durch Einfahren der Kolbenstange in den Zylinder
in den als Düsennadel-Aufnahme
ausgebildeten Öffnungsbereich
des Verbindungskanals einführbar
ist, und dass zumindest im Bereich des als Düsennadel-Aufnahme ausgebildeten
Verbindungskanals oder eines weiteren, die Fluid-Kammern verbindenden
Verbindungs-Kanals eine Umschaltvorrichtung zum Sperren oder Freigeben
der Verbindung zwischen den Fluid-Kammern vorgesehen ist.
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Die Düsennadel bewirkt, dass mit
zunehmender Eintauchtiefe der Kolbenstange der freie Querschnitt,
durch den Übertragungsmedium
aus der Fluid-Kammer des ersten Zylinders in den Verbindungskanal
entweichen kann, verändert
wird. Dadurch kann die Kraft, die zum weiteren Eintauchen der Kolbenstange
erforderlich ist, in Abhängigkeit von
der Eintauchtiefe gesteuert werden.
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Darüber hinaus kann durch Sperren
oder Öffnen
des Verbindungskanals zwischen den Fluid-Kammern das Federungs- und/oder Dämpfungsverhalten
des Stoßdämpfers wie
bei der vorbeschriebenen Ausführungsform
variiert werden.
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Es sei erwähnt, dass mit dem Begriff Stoßdämpfer hier
nicht nur ein Stoßdämpfer im
engeren fachmännischen
Sinne gemeint ist. Es sind also beispielsweise nicht nur Stoßdämpfer, wie
sie für
die Hinterradfederung eines Fahrrades verwendet werden, gemeint,
sondern beispielsweise und insbesondere auch in Federgabeln integrierte
Stoßdämpfer oder
Teleskop-Federgabeln zur Vorderrad-Federung am Fahrrad. Ebenso beschränkt sich
die Begriffsdefinition nicht auf reine Dämpfungs-Elemente, sondern schließt Elemente
mit kombiniertem Dämpfungs-
und Federungsverhalten mit ein.
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Ebenfalls beschränkt sich die Bezeichnung Zylinder
hier nicht auf Zylinder im engeren fachmännischen Sinne. Es sind vielmehr
in einen Trägerkörper eingebrachte
Ausnehmungen jedwelcher Art gemeint, die verschiedenartige Querschnittsprofilierungen,
beispielsweise kreisförmige,
elliptische oder rechteckige, aufweisen können. Die Zylinder können beispielsweise
durch Bohrungen in einen Korpus eingebracht sein. Ebenso können die
einzelnen Zylinder in einem gemeinsamen Korpus angeordnet und untergebracht
sein.
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Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers ergeben
sich aus den Unteransprüchen
sowie den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen.
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Es zeigt:
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1 eine
Schnittdarstellung eines vorbekannten Stoßdämpfers mit einem ersten und
einem zweiten Zylinder, die über
einen Verbindungskanal miteinander verbunden sind,
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2 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit einem dritten Zylinder,
einer Umschaltvorrichtung und einer Dämpfungsvorrichtung,
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3 einen
Stoßdämpfer ähnlich der
Darstellung gemäß 2, jedoch mit unsymmetrischem mechanischem
Aufbau,
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4 einen
Stoßdämpfer ähnlich der
Darstellung gemäß 3, mit einem zusätzlichen
dritten Zylinder,
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5 einen
Stoßdämpfer ähnlich der
Darstellung gemäß 2, bei dem der Kolben des
ersten Zylinders in der Fluid-Kammer geführt ist,
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6 den
Stoßdämpfer gemäß 5 mit einer Negativ-Feder
im Bereich der Kolbenstange,
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7 einen
Stoßdämpfer ähnlich der
Darstellung gemäß 5, wobei der erste Zylinder
eine von der Fluid-Kammer getrennte Gasdruck-Kammer aufweist,
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8 und 9 Kennlinien-Diagramme mit Kraft-Weg-Kennlinien
für verschiedene
Stoßdämpfer beziehungsweise
unterschiedliche Ansteuer-Zustände
eines Stoßdämpfers,
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10 bis 12 Prinzip-Schaubilder von Umschaltvorrichtungen
für den
Verbindungskanal,
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13 und 14 Prinzip-Schaubilder von Dämpfungsvorrichtungen
für den
Verbindungskanal,
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15 bis 20 perspektivische Ansichten
verschiedener Gehäuseformen
für erfindungsgemäße Stoßdämpfer,
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21 eine
Schnittdarstellung eines Stoßdämpfers,
der eine mit der Kolbenstange in Antriebsverbindung stehende Düsennadel
aufweist,
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22 eine ähnliche
Darstellung wie 21,
wobei für
die Umschaltvorrichtung und die Dämpfungsvorrichtung ein zusätzlicher
Verbindungskanal vorgesehen ist, und bei der die Düsennadel justierbar
an der Kolbenstange gelagert ist,
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23 bis 29 verschiedene Ausführungsformen
einer Düsennadel,
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30 einen
Stoßdämpfer ähnlich dem Stoßdämpfer gemäß 2, wobei der zweite und
der dritte Zylinder jeweils eine Membran zwischen der Fluid-Kammer
und der Gasdruck-Kammer aufweisen,
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31 einen
Stoßdämpfer ähnlich dem Stoßdämpfer gemäß 30, wobei der zweite und der
dritte Zylinder jeweils einen direkten Fluid-Gas-Übergang
aufweisen, und
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32 einen
als Zugdämpfungs-Element ausgebildeten
Stoßdämpfer.
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1 zeigt
einen Stoßdämpfer 1 gemäß dem Stand
der Technik. Dieser weist einen ersten Zylinder 2a mit
einer mit einem Dämpfungsmedium,
beispielsweise Öl,
gefüllten
Fluid-Kammer 3a und eine mit Luft oder Gas gefüllte Gasdruck-Kammer 4a auf. Die Fluid-Kammer 3a und
die Gasdruck-Kammer 4a sind durch einen Trennkolben 5a voneinander
getrennt, der mit einer nach außen
führenden
Kolbenstange 6 verbunden ist. Ein zweiter Zylinder 2b weist ebenfalls
eine mit einem Dämpfungsmedium
gefüllten
Fluid-Kammer 3b und
eine mit Luft oder Gas gefüllte
Gasdruck-Kammer 4b auf, die durch einen axial verschiebbaren
Trennkolben 5b voneinander getrennt sind. Die Fluid-Kammern 3a, 3b der
beiden Zylinder 2a, 2b sind über einen Verbindungskanal 7 miteinander
verbunden.
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An den äußeren Endbereichen weist der Stoßdämpfer 1 jeweils
ein Stoßdämpfer-Auge 8 mit einer
Montageöffnung 9 auf,
mit denen der Stoßdämpfer beispielsweise
zwischen zwei Rahmenteilen eines nicht dargestellten Fahrrades angeordnet
werden kann. Wirkt eine axiale Kraft auf die Kolbenstange 6,
so wird der Trennkolben 5a in die Fluid-Kammer 3a des
ersten Zylinders 2a hineinbewegt und Übertragungsmedium aus der Fluid-Kammer 3a über den Verbindungskanal 7 in
die Fluid-Kammer 3b des zweiten Zylinders 2b gepresst.
Da das flüssige Übertragungsmedium
nicht komprimierbar ist, wird der Trennkolben 5b in die
Gasdruck-Kammer 4b bewegt und
das dort befindliche Gas wird komprimiert. Dabei bestimmt der in
den Gasdruck-Kammern 4a, 4b befindliche Gasdruck
das Federungsverhalten des Stoßdämpfers 1.
Der Gasdruck kann jeweils über
ein Ventil 10a, 10b eingestellt werden, um eine
grundsätzliche
Stärke
der Federung beziehungsweise Dämpfung
des Stoßdämpfers einzustellen.
Darüber hinaus
kann das Federungs- oder Dämpfungsverhalten
dieses vorbekannten Stoßdämpfers 1 im
laufenden Betrieb jedoch nicht verändert werden, um dies beispielsweise
an unterschiedliche Geländesituationen
anpassen zu können.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers 1,
der einen zusätzlichen
dritten Zylinder 2c sowie eine im Bereich des Verbindungskanals 7 zwischen
den einzelnen Fluid-Kammern 3a, 3b, 3c angeordnete,
symbolisch dargestellte Umschaltvorrichtung 11 und eine
Dämpfungsvorrichtung 12 aufweist.
Mit der Umschaltvorrichtung 11 (siehe auch 11) kann der Verbindungskanal 7 geöffnet und
geschlossen werden. Die Umschaltvorrichtung 11 kann so
eingestellt werden, dass die Fluid-Kammer 3a des ersten
Zylinders 2a mit wahlweise einer der beiden Fluid-Kammern 3b, 3c der
anderen Zylinder 2b, 2c, mit beiden Fluid-Kammern 3b, 3c gleichzeitig
oder mit keiner der beiden Fluid-Kammern 3b, 3c in
Fließverbindung steht.
Je nach Einstellung der Umschaltvorrichtung kann das Übertragungsmedium
bei Einwirken einer axialen Kraft auf die Kolbenstange in den zweiten
Zylinder 2b, den dritten Zylinder 2c, beide Zylinder 2b, 2c oder
keinen der Zylinder 2b, 2c ausweichen. Entsprechend ändert sich
das Federungsverhalten des Stoßdämpfers 1,
so dass dieses je nach Bedarf im Betrieb des Stoßdämpfers 1 änderbar
ist.
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8 zeigt
Kraft-Weg-Kennlinien für
die verschiedenen Teil-Bereiche
eines Stoßdämpfers.
Auf der Abszissenachse ist der Stellweg der Kolbenstange und auf
der Ordinatenachse die zum Verstellen der Kolbenstange benötigte Kraft
dargestellt. Die Kennlinie K1 zeigt die benötigte Kraft in Abhängigkeit des
Kolbenhubweges für
einen Stoßdämpfer, der
lediglich eine Positivkammer, also eine Gasdruck-Kammer 4b aufweist.
Es ist eine hohe Anfangs-Kraft erforderlich, um das Gasvolumen in
der Positiv-Gasdruck-Kammer 4b zu komprimieren, so dass
der Stoßdämpfer auf
kleine Stöße nicht
oder nur kaum reagiert.
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Für
einen Stoßdämpfer, der
nur eine Negativkammer, also eine Gasdruck-Kammer 4a im
Bereich der Kolbenstange 6 aufweist, ergibt sich die Kennlinie
K2. Die Negativ-Kammer mit der Kennlinie K2 hat eine hohe Anfangskraft,
um die Kolbenstange einfedern zu lassen, und mit zunehmendem Einfahren
der Kolbenstange steht weniger Kraft zur Verfügung, um den Stoßdämpfer noch
weiter einzufedern.
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Durch die Anordnung der Positiv-Kammer und
der Negativ-Kammer bei dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer wirken diese beiden Kennlinien subtraktiv
aufeinander ein, so dass daraus die Kennlinie K3 resultiert. Der
Stoßdämpfer 1 spricht
bereits bei geringen Krafteinwirkungen beziehungsweise Stößen an,
was bei Stoßdämpfern ohne
Negativ-Kammer nicht der Fall wäre,
da dabei zunächst ein
Initialdruck überwunden
werden muss.
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9 zeigt
Kennlinien für
Stoßdämpfer mit einer
(K4), zwei (K4, K5) beziehungsweise drei (K4, K5, K6) Positiv-Kammern
beziehungsweise Gasdruck-Kammern 4b, 4c, 4d.
Durch Zuschalten von weiteren Zylindern 2b, 2c, 2d beziehungsweise
deren Fluid-Kammern 3b, 3c, 3d an
den Verbindungskanal 7 kann somit eine weichere Federung
beziehungsweise durch Sperren des jeweiligen Verbindungskanals 7 über die
Umschaltvorrichtung 11 eine härtere Federung erreicht werden.
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Bei dem Stoßdämpfer 1 gemäß 2 können so mittels der Umschaltvorrichtung 11 Kennlinien-Verläufe gemäß den Kennlinien
K4 (Verbindungskanal 7 zu einer der Fluid-Kammern 3b, 3c geöffnet) oder
K5 (Verbindungskanal 7 zu beiden Fluid-Kammern 3b, 3c geöffnet) eingestellt
werden. Bei vollständig
geschlossenem Verbindungskanal 7 ist der Stoßdämpfer blockiert.
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Die Dämpfungs-Kammern 4a, 4b, 4c weisen jeweils
ein Ventil 10a, 10b, 10c auf, über das
der Gasdruck in Ruhelage des Stoßdämpfers in der jeweiligen Gasdruck-Kammer
eingestellt werden kann. Herrscht in den beiden Gasdruck-Kammern 4b, 4c unterschiedlicher
Druck, so ergibt sich zudem ein unterschiedlicher Kennlinienverlauf
und somit ein unterschiedliches Federungsverhalten, je nachdem,
welcher der beiden Zylinder 2b, 2c zugeschaltet
ist.
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Somit ergeben sich für den Stoßdämpfer 1 gemäß 2 vier Federungs-Zustände, die
im Betrieb, also beispielsweise während dem Fahrradfahren, mit
der Umschaltvorrichtung wechselweise angewählt werden können. Hierzu
ist die Umschaltvorrichtung vorzugsweise mit einer nicht näher dargestellten
Steuereinrichtung verbunden. Diese kann beispielsweise einen am
Lenker angeordneten Handhebel, ein Stellrad oder dergleichen manuell
betätigbare
Handhabe aufweisen. Es ist auch möglich, eine automatische Steuerung
vorzusehen, die beispielsweise eine Computersteuerung aufweist,
die mit einem im Bereich des abzufedernden Rades angeordneten Beschleunigungssensor
verbunden ist und das Federungsverhalten entsprechend den Rad-Bewegungen automatisch
steuert. Auch eine Steuerung über
andere Sensoren, beispielsweise Neigungssensoren, ist möglich.
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Mit der Dämpfungsvorrichtung 12 kann
der Fluss des Übertragungsmediums
in der Druck- beziehungsweise Zugstufe, das heißt beim Ein- oder Ausfahren
der Kolbenstange 6 aus dem ersten Zylinder 2a,
gesteuert werden. Funktionsschaubilder für zwei mögliche Ausgestaltungen der
Dämpfungsvorrichtung 12 sind
in den 13 und 14 dargestellt.
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13 zeigt
eine Dämpfungsvorrichtung 12 mit
zwei Fließwegen 17a, 17b für die Druck-
beziehungsweise die Zugstufe des Stoßdämpfers 1. In den Fließwegen 17a, 17b ist
jeweils ein Rückschlagventil 18 und
ein Drosselelement 19 eingebunden. Die Rückschlagventile
lassen den Fluss des Übertragungsmediums
in den beiden Fließwegen 17a, 17b jeweils
nur in eine Richtung zu. Mit den Drosselelementen 19 kann
so für
die Druckstufe und die Zugstufe getrennt der Leitungsquerschnitt
in den Fließwegen 17a, 17b eingestellt
werden, um so für
die Druckstufe und die Zugstufe unterschiedliche Dämpfungsverhalten
zu ermöglichen.
Die Drosselelemente 19 der Dämpfungsvorrichtung 12 können auch
mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden sein,
die beispielsweise eine am Fahrrad-Lenker angeordnete Handhabe aufweist,
um so während
der Fahrt das Dämpfungsverhalten
des Stoßdämpfers an die
jeweilige Umgebung anpassen zu können.
Dabei ist es möglich,
dass für
die Dämpfungsvorrichtung 12 und
die Umschaltvorrichtung 11 eine gemeinsame Handhabe vorgesehen
ist, was die Bedienung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers besonders einfach und
ergonomisch macht.
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Die Dämpfungsvorrichtung 12 gemäß 14 weist einen zusätzlichen,
dritten Fließweg 17c auf,
der ebenfalls ein Drosselelement 19, jedoch kein Rückschlagventil
aufweist. Somit lässt
sich eine Grund-Dämpfung
einstellen, die sowohl in der Druck- als auch in der Zugstufe wirksam
ist. Darüber
hinaus kann für
die Druckstufe und die Zugstufe getrennt mit den Drosselelementen 19 in
den Fließwegen 17a, 17b das
Dämpfungsverhalten
justiert werden.
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In 2 ist
deutlich zu erkennen, dass die Trennkolben 5b, 5c des
zweiten und dritten Zylinders 2b, 2c einen kleineren
Querschnitt als der Kolben 5a des ersten Zylinders 2a aufweisen.
Dies hat keine negativen Auswirkungen auf das Federungs- und Dämpfungsverhalten
des Stoßdämpfers 1,
da die über
das Fluid auf den Kolben 5a ausgeübte Kraft nur vom Druck in
den Gasdruck-Kammern 4b, 4c, jedoch nicht von
der Fläche
des Trennkolbens 5b, 5c abhängig ist. In vorteilhafter
Weise wird der Platzbedarf für den
Stoßdämpfer 1 reduziert,
was insbesondere bei Verwendung in Umgebungen mit begrenzten Platzverhältnissen,
beispielsweise an Fahrrad-Rahmen, günstig ist.
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Der Stoßdämpfer 1 gemäß 3 entspricht im wesentlichen
der Ausführungsform
aus 2. Lediglich der
mechanische Aufbau und die geometrische Anordnung der Zylinder 2b, 2c ist
modifiziert.
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Bei einer derartigen Anordnung, bei
der der erste Zylinder 2a und ein zweiter Zylinder 2b in Längsrichtung
hintereinander angeordnet sind, kann der Trennkolben 5b des
zweiten Zylinders 2b entgegen der gezeigten Darstellung
auch einen Querschnitt aufweisen, der größer ist als der Querschnitt des
Kolbens 5a des ersten Zylinders 2a. Im Gegenzug
kann der zweite Zylinder bezüglich
seiner axialen Erstreckung kürzer
ausgebildet sein, so dass die gesamte Längserstreckung des Stoßdämpfers 1 reduziert
ist, ohne dass das Dämpfungs-
und Federungsverhalten des Stoßdämpfers 1 beeinflusst
wird. Dies kann bei Verwendung des Stoßdämpfers 1 in Umgebungen
mit beengten Platzverhältnissen
vorteilhaft sein.
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Andererseits sind Stoßdämpfer möglich, bei denen
der Trennkolben 5b des zweiten Zylinders 2b einen
Querschnitt aufweist, der kleiner ist als der Querschnitt des Kolbens 5a des
ersten Zylinders 2a. Dadurch kann der Stoßdämpfer zumindest
im den zweiten Zylinder 2b aufnehmenden Teilbereich schlanker
ausgebildet sein.
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Beim Stoßdämpfer 1 gemäß 4 ist gegenüber dem
Stoßdämpfer gemäß 3 ein weiterer Zylinder 2d vorgesehen,
der durch entsprechende Steuerung der Umschaltvorrichtung 11 weitere Einstellmöglichkeiten
für das
Federungsverhalten (Kennlinie K6 gemäß 9) ermöglicht.
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Der Stoßdämpfer gemäß 5 ist gegenüber der Ausführungsform
gemäß 2 dahingehend modifiziert,
dass der erste Zylinder 2a nur eine mit Übertragungsmedium
gefüllte
Fluid-Kammer 3a, jedoch keine gasgefüllte Gasdruck-Kammer aufweist. In
der Fluid-Kammer 3a ist die Kolbenstange 6 axial verschiebbar
gelagert und der mit der Kolbenstange 6 verbundene Kolben 5a ist
als Durchzugskolben ausgebildet und weist eine Durchgangsöffnung 13 für das Übertragungsmittel
auf. Auch bei dieser Anordnung lässt
sich durch zu- oder wegschalten der weiteren Zylinder 2b, 2c an
den Verbindungskanal 7 das Federungsverhalten des Stoßdämpfers modifizieren.
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In 6 ist
zusätzlich
eine Negativ-Feder 14 an der Kolbenstange 6 zwischen
dem Kolben 5a und einer Zylinderwandung 15 vorgesehen.
Dadurch wird die Kennlinie des Stoßdämpfers beeinflusst. Die Negativ-Feder 14 hilft
dabei, den Initialdruck beim Einfahren der Kolbenstange 6 zu überwinden,
wodurch der Stoßdämpfer besser
auf leichtere Schläge
anspricht.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers 1,
bei dem im ersten Zylinder 2a, wie in den Ausführungsbeispielen gemäß 2 bis 4, eine luft- oder gasgefüllte Gasdruck-Kammer 4a vorgesehen
ist, die durch einen Trennkolben 5a von der Fluid-Kammer 3a getrennt ist.
Die Kolbenstange 6 ist jedoch nicht mit dem Trennkolben 5a verbunden,
sondern durchdringt diesen und ist mit einem zusätzlichen, in der Fluid-Kammer 3a axial
verschiebbar gelagerten Durchzugskolben 16 mit Durchgangsöffnungen 13 für das Übertragungsmedium
verbunden. Über
das Ventil 10a kann der Gasdruck in der Gasdruck-Kammer 4a variiert werden,
wodurch das gesamte Federungsverhalten des Stoßdämpfers 1 modifiziert
werden kann.
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30 zeigt
einen Stoßdämpfer 1,
bei dem im Unterschied zum Stoßdämpfer aus 2 im zweiten und dritten
Zylinder 2b, 2c keine Trennkolben, sondern elastisch
verformbare Membranen 30b, 30c vorgesehen sind.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind
die Membranen 30b, 30c jeweils blasenförmig ausgebildet
und an der dem Verbindungskanal 7 abgewandten Seite der
Gasdruck-Kammer 4b, 4c des jeweiligen Zylinders 2b, 2c befestigt,
wobei der Wölbungsbereich
jeweils zum Verbindungskanal 7 ausgerichtet ist. Es ist
jedoch auch möglich,
beispielsweise eine flache, elastische Membran etwa in der Mitte
des jeweiligen Zylinders anzuordnen oder eine als Faltbalg ausgebildete
Membran vorzusehen, mit der große
Volumenänderungen
möglich
sind. Die Membranen 30b, 30c bilden jeweils die
Trennlinie zwischen Fluid-Kammer 3b, 3c und Gasdruck-Kammer 4b, 4c.
Wenn bei in den ersten Zylinder 2a einfahrender Kolbenstange 6 Übertragungsmedium
in den zweiten und/oder dritten Zylinder 2b, 2c verdrängt wird,
wird die jeweilige Membran 30b, 30c verformt,
so dass sich der Volumenanteil der Gasdruck-Kammer 4b, 4c am
Gesamt-Innenvolumen des jeweiligen Zylinders 2b, 2c zugunsten
der Fluid-Kammer 3b, 3c reduziert. Die hierzu
erforderliche Kraft, das heißt
der benötigte
Druck des Übertragungsmediums,
ist insbesondere abhängig
vom Gasdruck in der jeweiligen Gasdruck-Kammer 4b, 4c,
der über
ein Ventil 10b, 10c eingestellt werden kann.
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Wie in 30 deutlich
zu erkennen ist, weisen die Membranen 30b, 30c jeweils
einen umlaufenden Rand 32b, 32c auf, der ein einfaches,
formschlüssiges
und dichtendes Montieren der Membran 30b, 30c in
dem jeweiligen Zylinder 2b, 2c ermöglicht.
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Die Membran hat gegenüber einem
Stoßdämpfer mit
Trennkolben insbesondere den Vorteil, dass die Anforderungen an
die Oberflächengüte der Innenseiten
der Zylinder 2b, 2c geringer sind, da keine Trennkolben
beweglich und zugleich dichtend geführt werden müssen. Die
Herstellung ist somit vereinfacht.
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Bei dem Stoßdämpfer 1 gemäß 31 ist die Trennstelle zwischen
der Fluid-Kammer 3b, 3c und der Gasdruck-Kammer 4b, 4c des
zweiten und des dritten Zylinders 2b, 2c jeweils
durch einen direkten Fluid-Gas-Übergang
gebildet. Der zweite und dritte Zylinder 2b, 2c sind
hierzu in der gezeigten Gebrauchslage des Stoßdämpfers 1 vertikal
angeordnet, wobei die Gasdruck-Kammern 4b, 4c jeweils oberhalb
der zugehörigen
Fluid-Kammer 3b, 3c angeordnet
sind. Bedingt durch die Schwerkraft findet so selbsttätig eine
Trennung von Gas und dem schwereren Übertragungsmedium statt.
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Auch bei dieser Ausführungsform
ist die Konstruktion vereinfacht, da keine besonderen Anforderungen
an die Oberflächengüte der Zylinder-Innenseiten
bestehen und gegenüber
der Ausführungsform
mit Membranen 30b, 30c gemäß 30 weiter reduziert sind.
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Beim Einfahren der Kolbenstange 6 in
den Zylinder 2a und bei geöffneter Umschalt- und Dämpfungsvorrichtung 11, 12 wird Übertragungsmedium durch
den Verbindungskanal 7 in die Fluid-Kammern 3b, 3c des
zweiten und dritten Zylinders 2b, 2c verdrängt. Da
zwischen der Fluid-Kammer 3b und der Gasdruck-Kammer 4b keine
mechanische Abtrennung vorhanden ist, kann das Übertragungsmedium dabei in
die Gasdruck-Kammer 4b aufsprudeln, so dass sich in einem
Teilbereich des Zylinders 2b ein Übertragungsmedium-Gas-Gemisch
bilden kann, was insbesondere beim anschließenden Ausfahren der Kolbenstange 6 in
der Zugstufe zu ungewünschten
und unkontrollierten Schwankungen im Federverhalten des Stoßdämpfers führen kann,
wenn sich das Übertragungsmedium
noch nicht wieder vollständig im
unteren Bereich des Zylinders 2b gesammelt hat.
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Um ein solches aufsprudeln des Übertragungsmediums
zu verhindern, ist in dem dritten Zylinder 2c ein kugelförmiger Schwimm-Körper 33 vorgesehen,
der mit einem Teilvolumen in das Übertragungsmedium eintaucht.
Dadurch wird die Kontaktfläche
zwischen Übertragungsmedium
und dem Gas in der Gasdruck-Kammer 4c minimiert, ein unkontrolliertes
Aufsprudeln des Übertragungsmediums
und somit eine Vermischung von Übertragungsmedium und
Gas weitgehend vermieden, so dass keine undefinierten Federungs-Eigenschaften
auftreten können. Da
der Schwimm-Körper 33 frei
auf dem Übertragungsmedium
schwimmt, sind keine besonderen konstruktiven Eigenschaften sowohl
für den Schwimm-Körper 33 als
auch für
die Zylinder-Innenwand nötig.
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32 zeigt
einen modifizierten Stoßdämpfer 1,
der als Zugdämpfungselement
beziehungsweise "Pull-Shock" wirkt. Die Fluid-Kammer 3a des
ersten Zylinders 2a ist dabei zwischen dem Kolben 5a und
dem Kolbenstangen-Austritt 31 angeordnet und der Verbindungskanal 7 mündet an
dem dem Kolbenstangen-Austritt 31 zugewandten Endbereich
des ersten Zylinders 2a in dessen Fluid-Kammer 3a. Bei dieser Anordnung
setzt die Dämpfung
beziehungsweise Federung ein, wenn die Kolbenstange 6 aus dem
ersten Zylinder 2a ausgezogen wird.
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Durch diese Anordnung kann auf konstruktiv einfache
Weise ein "Pull-Shock"-Stoßdämpfer realisiert
werden, der zudem sehr kompakt mit geringer Baugröße ausgebildet
sein kann, was insbesondere im Fahrradbau vorteilhaft ist.
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Die 10 bis 12 zeigen Funktionsschaubilder
von Umschaltvorrichtungen 11 mit mehreren Schaltzuständen, die über ein
Betätigungselement 20 wahlweise
eingestellt werden können.
Bei der in 10 gezeigten
Umschaltvorrichtung 11 kann ein Verbindungskanal auf Durchfluss
geschaltet oder vollständig
unterbrochen werden. Eine derartige Umschaltvorrichtung 11 kann
beispielsweise in einem Stoßdämpfer 1 gemäß 21 oder 22 verwendet werden. Bei der in 11 gezeigten Umschaltvorrichtung 11 kann
ein Verbindungskanal mit zwei Abzweigungen so gesteuert werden,
dass keine, eine oder beide Abzweigungen in den Fließweg geschaltet
sind. Eine derartige Umschaltvorrichtung 11 kann beispielsweise
in einem Stoßdämpfer 1 gemäß 2, 3, 5, 6, 7, 30, 31 oder 32 verwendet werden. Die Umschaltvorrichtung 11 gemäß 12 kann darüber hinaus
eine dritte Abzweigung in einem Verbindungskanal 7 zu-
oder wegschalten, so dass diese Ausführungsform für einen
Stoßdämpfer gemäß 4 geeignet ist.
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Die 15 bis 20 zeigen unterschiedliche Gehäuse 21 für verschiedene
Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Stoßdämpfers 1.
Deutlich zu erkennen sind in diesen Darstellungen neben den nachfolgend
näher beschriebenen
Zylindern jeweils die Kolbenstange 6 sowie die Stoßdämpfer-Augen 8 zur
Befestigung des Stoßdämpfers 1 beispielsweise an
einem Fahrrad.
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15 zeigt
ein Gehäuse 21 für einen
Stoßdämpfer 1 gemäß 4. Der erste Zylinder 2a und der
zweite Zylinder 2b sind dabei in einem gemeinsamen Zylinder-Gehäuseteil 22a untergebracht,
und der dritte Zylinder 2c sowie der vierte Zylinder 2d sind durch
seitlich daneben angeordnete, sich gegenüberliegende Zylinder-Gehäuseteile 22b gebildet,
die jeweils über
einen Verbindungskanal-Abschnitt 23 mit dem ersten Zylinder-Gehäuseteil 22a verbunden sind.
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16 zeigt
eine leicht modifizierte Ausführungsform,
bei der die Zylinder-Gehäuseteile 22b nah
beieinander angeordnet sind. Je nach Einsatzgebiet für den Stoßdämpfer 1 kann
dadurch der Einbau und/oder die Wartung, beispielsweise zum Einstellen
des Gasdrucks in den Gasdruck-Kammern, vereinfacht werden.
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Der Stoßdämpfer 1 gemäß 17 weist neben dem ersten
Zylinder-Gehäuseteil 22a nur
ein weiteres Zylinder-Gehäuseteil
22b auf
und entspricht somit einem Stoßdämpfer gemäß 3.
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Bei den 18 bis 20 ist
in dem ersten Zylinder-Gehäuseteil 22a jeweils
nur ein Zylinder 2a untergebracht, und die weiteren Zylinder 2b, 2c sind
jeweils in separaten Zylinder-Gehäuseteilen 22b angeordnet.
Die Gehäuse 21 gemäß 18 und 20 entsprechen dabei den Stoßdämpfern 1 gemäß 2, 5, 6, 7, 30 und 31.
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Deutlich zu erkennen ist auch, dass
die Zylinder-Gehäuseteile 22b,
bedingt durch die kleineren Querschnitte der jeweiligen Zylinder 2b, 2c,
einen kleineren Querschnitt als das Zylinder-Gehäuseteil 22a aufweisen,
wodurch die Anordnung des Stoßdämpfers 1 beispielsweise
an einem Fahrrad vereinfacht ist.
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19 zeigt
ein Gehäuse 21 mit
Gehäuseteilen 22a, 22b für einen
Stoßdämpfer 1 mit
insgesamt zwei Zylindern 2a, 2b und ist somit
für Stoßdämpfer gemäß dem Stand
der Technik, ähnlich 1, geeignet.
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21 zeigt
einen Stoßdämpfer 1,
der einen ersten Zylinder 2a und einen zweiten Zylinder 2b aufweist,
die jeweils eine luft- oder gasgefüllte Gasdruck-Kammer 4a, 4b sowie
eine durch einen Trennkolben 5a, 5b davon getrennte,
mit Übertragungsmedium
gefüllte
Fluid-Kammer 3a, 3b haben. Die Fluid-Kammern 3a, 3b sind über einen
Verbindungskanal 7 miteinander verbunden. Im Bereich des
Verbindungskanals 7 sind eine Umschaltvorrichtung 11 sowie
eine Dämpfungsvorrichtung 12 vorgesehen.
Der Trennkolben 5a des ersten Zylinders 2a ist
mit einer nach außen
führenden
Kolbenstange 6 verbunden.
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An der dem Verbindungskanal 7 zugewandten
Seite des Trennkolbens 5a ist eine Düsennadel 24 angeordnet.
Beim Einfahren der Kolbenstange 6 in den ersten Zylinder 2a wird diese
Düsennadel 24 in
den als Düsennadel-Aufnahme
ausgebildeten Öffnungsbereich 25 des
Verbindungskanals 7 eingeführt, wodurch der freie Querschnitt,
durch den das Übertragungsmedium
aus der Fluid-Kammer 3a in den Verbindungskanal 7 ausweichen
kann, verändert wird.
Somit ergibt sich ein wegabhängiges
Dämpfungsverhalten.
Bei der Düsennadel 24 gemäß 21 mit sich zu ihrem freien
Ende hin verjüngendem
Querschnitt wird somit der freie Querschnitt im Öffnungsbereich 25 des
Verbindungskanals 7 stetig reduziert, je weiter die Kolbenstange 6 in
den Zylinder 2a einfährt.
Die Dämpfung
des Stoßdämpfers 1 nimmt
somit mit zunehmendem Einfahrweg der Kolbenstange 6 ebenfalls
weiter zu. Bei leichten Stößen auf
den Stoßdämpfer, also
bei geringen Krafteinwirkungen, zeigt der Stoßdämpfer somit eine geringe Dämpfung,
bei größeren Krafteinwirkungen
durch stärkere
Stöße ist die
Dämpfung
hoch.
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Das gesamte Dämpfungs- und Federungsverhalten
des Stoßdämpfers 1 lässt sich
wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen mit einer Umschaltvorrichtung 11 sowie
einer Dämpfungsvorrichtung 12 im
Betrieb des Stoßdämpfers 1 modifizieren und
an die jeweiligen äußeren Bedingungen
anpassen.
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22 zeigt
eine erweitere Ausführungsform
des Stoßdämpfers 1 gemäß 21, bei der neben dem Verbindungskanal 7 mit
dem als Düsennadel-Aufnahme
ausgebildeten Öffnungsbereich 25 für die Düsennadel 24 ein
weiterer Verbindungskanal 7a für die Umschaltvorrichtung 11 und
die Dämpfungsvorrichtung 12 vorgesehen
ist. Zudem ist die Kolbenstange 6 als Hohlkolben ausgebildet,
in dem eine Justiereinrichtung 26 mit einer Spindel 27 drehbar gelagert
ist. Die Spindel trägt
an ihrem in die Fluid-Kammer 3a des ersten Zylinders 2a eintauchenden
Ende die Düsennadel 24 und
an ihrem entgegengesetzten Ende ein Stellrad 28, mit dem
die Spindel 27 gedreht und somit axial verstellt werden
kann. Durch Verstellen der Spindel 27 wird der Abstand
der Düsennadel 24 zum Öffnungsbereich 25 des
Verbindungskanals 7 in Ruhelage des Stoßdämpfers 1 verändert. Somit
kann das Dämpfungsverhalten
in Abhängigkeit
von der einwirkenden Kraft verändert
werden.
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Das Stellrad 28 ist in einer
Ausnehmung 29 des Stoßdämpfer-Auges 8 angeordnet,
so dass das Stellrad 28 von Außen zugänglich ist und das Dämpfungsverhalten
des Stoßdämpfers einfach
verstellt und, beispielsweise beim Einsatz des Stoßdämpfers 1 an
einem Fahrrad, auf die gewünschten
Federbeziehungsweise Dämpfungseigenschaften
eingestellt werden kann.
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Die 23 bis 29 zeigen verschiedene Düsennadeln 24,
durch die sich unterschiedliche Kraft-Weg-Kennlinien für den Stoßdämpfer ergeben. Bei
den sich zu ihrem freien Ende hin verjüngenden Düsennadeln 24 (23 bis 26) ergibt sich eine stetig ansteigende
Kraft-Weg-Kennlinie. Die Düsennadeln 24 gemäß 27 bis 29 können
so in den Stoßdämpfer 1 eingesetzt
werden, dass ihr freies Ende in Ruhelage in den Verbindungskanal
eintaucht und den Öffnungsbereich 25 des
Verbindungskanals 7 verschließt und erst ab einem bestimmten
Stellweg der Kolbenstange 6 freigibt und mit zunehmendem Stellweg
den freien Querschnitt wieder reduziert (28, 29)
oder vergrößert (27). Bei diesen Düsennadeln 24 ist
jeweils eine hohe Anfangskraft erforderlich, damit der Stoßdämpfer anspricht,
das heißt
bei schwachen Stößen bleibt
der Stoßdämpfer inaktiv
und wird erst wirksam bei größeren Krafteinwirkungen,
beispielsweise beim Fahren durch stark unebenes Gelände.
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Auch die Stoßdämpfer 1 gemäß den 21 und 22 können
selbstverständlich
entsprechend den Stoßdämpfern gemäß 2 bis 7 mit weiteren Zylindern und entsprechenden
Umschalt- und Dämpfungsvorrichtungen
ausgestattet werden, um weitere Einstellmöglichkeiten für das Dämpfungs-
und Federungsverhalten zu ermöglichen.