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Drosselventil für hydraulische Schwingungsdämpfer mit veränderlichem
Verlauf der Dämpfungskraft, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf ein Drosselventil für hydraulische Schwingungsdämpfer mit veränderlichem
Verlauf der Dämpfungskraft, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit durch den Druck
eines Flud beeinflußbarem Schließdruck, wobei die Schließkraft eines im Ruhezustand
und in einer Bewegungsrichtung des Dämpfers einen Ventilsitz schließenden Ventilkörpers
durch einen dichten, beweglichen Steuerkolben hervorgerufen wird, auf dessen einer
Seite der veränderliche höhere Druck des Flud und auf dessen anderer Seite ein nahezu
konstanter geringerer Druck wirkt.
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An Kraftfahrzeugen, bei denen die mögliche Zuladung im Vergleich mit
dem Eigengewicht groß ist, bereitet es Schwierigkeiten, die Schwingungsdämpfer so
auszulegen, daß sie sowohl bei vollbeladenem als auch bei teilweise oder nicht beladenem
Fahrzeug eine zufriedenstellende Wirkung erzielen. In der Regel werden die Schwingungsdämpfer
für derartige Fahrzeuge auf einen mittleren Beladungszustand ausgelegt, so daß sie
bei nicht beladenem Fahrzeug zu hart wirken, während sie bei voll beladenem Fahrzeug
weich sind.
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Es ist bekannt, den Verlauf der Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer
lastabhängig zu gestalten, d. h. dem Schwingungsdämpfer bei zunehmender Belastung
des Fahrzeugs eine größere Dämpfungskraft zu erteilen, indem die in der Fahrzeugfederung
wirksame Belastung auf die die Dämpfungskräfte erzeugenden Drosselventile des Schwingungsdämpfers
einwirkt. Derartige Maßnahmen wurden sowohl für mechanische als auch für pneumatische
Federungen getroffen. In beiden Fällen sind aufwendige Vorkehrungen erforderlich,
um die Belastung der Fahrzeugfederung auf die Einstellung der Drosselventile zu
übertragen.
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Weiterhin ist bekannt, das Druckmittel der Fahrzeugbremse auf die
Drosselventile der Schwingungsdämpfer einwirken zu lassen. Diese Maßnahmen ruft
jedoch lediglich eine Abhängigkeit der Dämpfungskräfte von der Belastung der Fahrzeugbremse
hervor.
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Die Erfindung geht unter Verwendung von hydropneumatischen Dämpfern
davon aus, daß bei hydropneumatischen Dämpfern der auf dem öl lastende Druck
eines Gaspolsters mit der Belastung des Fahrzeugs in Zusammenhang gebracht werden
kann, und löst die Aufgabe, auf einfache Weise den Druck des Gasraumes zur Schaffung
einer von dem veränderlichen Druck des Gasraumes abhängigen Dämpfung beranzuziehen.
Die Erfindung besteht darin, daß bei Verwendung eines Drosselventils der eingangs
geschilderten Art in hydropneumatischen Dämpfern der auf den Steuerkolben wirkende
veränderliche höhere Druck der ungedrosseite Druck des Gasraumes des Dämpfers ist
und der auf der anderen Seite des Kolbens vorgesehene Raum niederen Druckes keine
Verbindung mit dem Flud des Dämpfers aufweist.
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In besonders vorteilhafter Weise wird durch ein solches Drosselventil
mit einfachen Mitteln ein lastabhängiger Verlauf der Dämpfungskraft erreicht, wenn
der Druck des Gaspolsters vom Druck einer pneumatischen Fahrzeugfederung abhängig
ist, da dann der durch die Belastung des Fahrzeugs im Flud des Schwingungsdämpfers
hervorgerufene Druck im Sinne einer Verstärkung der Dämpfungskraft bei steigender
Belastung wirkt.
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Bei einem bekannten Dämpfer mit einem Steuerkolben zur Beeinflussung
der Dämpfungskraft kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht gelöst
werden. Der hydropneumatische Druck würde den Steuerkolben ständig gegen einen mechanischen
Anschlag drücken, wenn hinter dem Steuerkolben ein Raum geringeren Druckes vorgesehen
würde, Dadurch würde eine Beeinflussung der Schließkraft des Ventils unmöglich gemacht
sein, Bei dem bekannten Dämpfer muß hinter dem Steuerkolben vielmehr ein besonderer
Steuerdruck aufgebaut werden, der größer sein muß als der hydropneumatische Druck.
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Auch ein anderes bekanntes Drosselventil mit einem Steuerkolben konnte
nicht Lehre für die Erfindung sein, bei dem auf beiden Seiten des Steuerkolbens
gleicher Druck oder abwechselnd auf der einen Seite höherer, auf der anderen Seite
geringerer Druck bzw. auf der einen Seite geringerer und auf der anderen Seite höherer
Druck herrscht. Der Ventilkörper erfährt hierbei keinen Schließdruck durch den Steuerkolben
im Sinne der Erfindung.
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Der Druck des Gaspolsters kann sich auch durch andere Einflüsse, z.
B. mit zunehmender Eintauchtiefe
der Dämpferkol benstange oder
mit steigender Temperatur, ändern'und den Verlauf der Dämpfungskraft beeinflussen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß der Raum niederen Druckes mit der Atmosphäre
verbunden ist. Diese Maßnahme ermöglicht in vorteilhafter Weise die Aufrechterhaltung
eines konstanten'D.iückäs auf der Niederdruckseite. Zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 den Längsschnitt
durch einen hydraulischen Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung und F i
g. 2 den Längsschnitt einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgedankens.
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Das Gehäuse 1 des Schwingungsdämpfers ist durch einen Deckel
2 und einen Boden 3 verschlossen. Der Boden 3 weist ein B6festigungsauge
4 auf. Der Dekkel 2 hat eine durch eine Dichtung 5 abgedichtete Durchtrittsöffnung
- für die Dämpferkolbenstange 6
des Dämpferkolb#ns 7, welche
mit einem nicht dargestellten Befestigungsmittel versehen ist. Der Dämpferkolben
7 trennt die Zylinderbohrung des Gehäuses 1 in zwei Arbeitsräume
8 und 9, welche mit Flud gefüllt sind. Durchgangsbohrungen
10 im Dämpferkolben .7 verbinden die Arbeitsräume 8 und
9
miteinander. Die DÜrchgangsbohrungen 10 sind als Drosselbohrungen
ausgeführt oder können in bekannter Weise durch nicht dargestellte Drosselventile
verschlossen seini -Drr";A-rbeitsraum 9 ist von einem weiteren Raum
11 innerhalb des Gehäuses, welcher ebenfalls mit Flud gefüllt ist, durch
eine Trennwand 12 abgeschlossen. Die freie Oberfläche 13 des Fluds steht
mit einem Gasrauin#1-4'in Verbindung, der im Boden 3
des #Schwingungsdänipfers
ausgespart ist. Zum Einbringen der GasfülIung ist der Boden 3 mit einer Verschlußschraube
15 versehen. Die Trennwand 12 hat einen zylindrischeii Ansatz 16,
dessen Bohrung 17
durch einen Stopfen 18 verschlossen ist. Die Bohrung
17 wird durch einen'Kolben 19 in zwei Räume 20 und 21 getrennt. Der
Raum 20 ist über eine Bohrung 22 mit der Atmosphäre verbunden. Aus dem Raum 21 kann
Über ein Rückschlagventil 23, welches auch federbelastet sein kann, Flud
in den Arbeitsraum 9
des Schwingungsdämpfers übertreten. Der Durchtritt des
Fluds vom Arbeits-raum 9 in den Raum 21 wird durch das Rückschlagventil
23 verhindert. Die Kolbenstange 24 des Kolbens 19 durchdringt die
Trennwand 12 und mündet in den Raum 11. Sie hat eine Längsbohrung
25 und Querbohrungen 26 welche den Raum 21 mit dem Raum
11 verbinden. Die Kolbenstange 24 wirkt über eine Feder 27 auf den
Ventilkörper 28 eines Drosselventils. Der Ventilkörper 28 schließt
eine Ringnut 29 in der Trennwand 12 ab, welche durch Kanäle 30 mit
dem Arbeitsraum 9 des Schwingungsdämpfers verbunden ist.
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Beim Eintauchen der Dämpferkolbenstange 6 in den Arbeitsraum
8 des Schwingungsdämpfers wird ein dem Verdrängungsvolume n der Kolbenstange
6 entsprechendes Fludvolumen aus dem Arbeitsraum 9
durch die Kanäle
30 in den Raum 11 des Schwingungsdämpfers verdrängt. Im Raum
11 nimmt das Flüssigkeitsvolumen zu, so daß das iin Gasraum 14 eingeschlossene
Gasvolumen unter Druckanstieg abnimmt. Der Druckanstieg im Gasraum 14 bewirkt einen
Druckanstieg im Raum 11, welcher mit dem Raum 21 in Verbindung steht. Demzufolge
wird der Ventilkörper 28 des Drosselventils über die Kolbenstange 24 und
die Feder 27 entsprechend dem im Dämpfer herrschenden Fluddruck belastet,
wodurch eine entsprechende Drosselung der durch die Kanäle 30 in den Raum
11 übertretenden Flüssigkeit erfolgt.
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Bei umgekehrter Bewegung der Dämpferkolbenstange 6 kann die
im Raum 11 eingeschlossene Flüssigkeit durch die Längsbohrung 25 und
Querbohrungen26 der Kolbenstange24 sowie .'Über das Rückschlagventil 23 in
den Arbeitsraum 9 des Flüssigkeitsdämpfers übeitreten, so daß sich das im
Raum 14 eingeschlossene Gasvolumen entsprechend der Entlastung vergrößert. Durch
geeignete Dünensionierung der Feder 27 ist es möglich, auch bei völlig fehlendem
oder nur geringfügigem Druck im Raum 11
dem Ventilkörper 28 eine Schließkraft
zu erteilen.
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Bei der Ausführung gemäß F i g. 1 besteht die Möglichkeit,
den sehr unterschiedlichen Schwingungen von Fahrzeugrädern und Fahrzeugaufbau verschieden
wirksame Drosselveiitile zuzuordnen. Dabei können die Drosselbohlungen bzw. Drosselventile
im Dämpferkolben 7 zur Dämpfung der hochfrequenten Radschwingungen dienen,
während die niederfrequenten Aufbauschwingungen durch das lastabhängige Drosselventil
gedämpft werden.
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In der Ausführung gemäß F i g. 2 gleitet der Dämpferkolben
40 in einem Zylinderrohr 41, welches zwischen einem Deckel 42 und einem Ventilghäuse
43 durch das Mantelrohr 44 und die Verschlußkappe 45 eingespannt ist. Die Verschlußkappe
45 trägt ein Befestigungsauge 46, die Kolbenstange 47 weist nicht dargestellte Befestigungsmittel
auf. Die Durchtrittsöffriung der Dämpferkolbenstange 47 durch den Dekkel 42 ist
durch eine Dichtung 48 flüssigkeitsdicht verschlossen. Der Dämpferkolben 40 teilt
das Zy-
linderrohr 41 in zwei Arbeitsräume 49 und 50, welche mit Flüssigkeit
gefällt sind. Bohrungen 51 im Dämpferkolben 40 sind durch Rückschlagventile
52 verschlossen, so daß Flüssigkeit vom Arbeitsraum 50 in den Arbeitsraum
49, jedoch keine Flüssigkeit vom Arbeitsraum 49 in den Arbeitsraum 50 übertreten
kann. Die von dem Zylinderrohr 41 und dem Mantelrohr 44 gebildete Ringkammer
53 ist durch Bohrungen 54 im Zylinderrohr mit dem Arbeitsraum 49 verbunden.
Das Ventilgehäuse 43 hat eine zentrale Bohrung 55, welche durch einen Stopfen
56 verschlossen und durch einen Kolben 57 in zwei Räume
58 und 59
geteilt ist. Eine Scheibe 60, die von der Kolbenstange
61 des Kolbens 57 durchdrungen wird, schließt den Raum 59 gegen
einen Raum 62 ab, welcher über Öff-
nungen 63 mit einem Ringraum
64 des Ventilkörpers 43 verbunden ist. über eine Bohrung 65 und eine Rohrleitung
66 steht der Ringraum 64 mit einem Vorratsbehälter 67 in Verbindung,
welcher durch eine Membran 68 in einen Flüssigkeitsraum 69 und einen
Gasraum 70 getrennt ist. Der Vorratsbehälter 67 hat eine Einfüllöffnung
80 für den Gasraum 70, welcher gegebenenfalls Federraum oder Teil
des Federraums einer pneumatischen Fahrzeugfederung sein kann. Der Ringraum
53 ist über Durchtrittsöffnungen 71 im Ventilgehäuse 43 mit Kanälen
72 verbunden, welche in eine Aussparung 73 münden. Die Kanäle
72 und die Aussparung 73 werden nach außen hin durch die Kappe 45
verschlossen. Der Ventilkörper 74 eines Drosselventils, an dem sich die Kolbenstange
61 des Kolbens 57 abstützt, verschließt die Aussparung 73
gegenüber
dem Raum 62 des Ventilgehäuses 43. Durch eine Bohrung 75 ist der Raum
59 des Ventilgehäuses mit der Atmosphäre verbunden, während der Raum
58 durch Kanäle -76 mit dem Ringraum 64 Verbindung hat. Eine Feder
78 stellt den Ventilkörper
74 gegen den Sitz im Ventilgehäuse
43 an. Der Ringraum 64 ist -über Rückschlagventile 77 derart mit dem Arbeitsraum
50 verbunden, daß Flüssigkeit nur vom Ringraum 64 in den Arbeitsraum
50 übertreten kann, jedoch nicht vom Arbeitsraum 50 in den Ringraum
64.
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Taucht der Dämpferkolben 40 in den Arbeitsraum 50 ein, so entweicht
die verdrängte Flüssigkeit über die Rückschlagventile 52 in den Arbeitsraum
49, wobei die dem Eintauchvolumen der Dämpferkolbenstange 47 entsprechende Flüssigkeitsmenge
über die Bohrungen 54 und den Ringraum 53 durch die Durchtrittsöffnungen
71 in die Kanäle 72 und die Aussparung 73 eindringt. Der Durchtritt
in den Raum 62
wird durch den Ventilkörper 74 gedrosselt, welcher von dem
Kolben 57 belastet ist, auf den im Raum 58
der im Vorratsbehälter
67 wirksame Druck des Gasraumes 70 einwirkt. Bei Bewegungsumkehr entfernt
sich der Dämpferkolben 40 aus dem Arbeitsraum 50
des Zylinderrohres 41. Über
das Rückschlagventil 77
wird der Arbeitsraum 50 aus dem Ringraum 64
mit Flüssigkeit aufgefüllt, während die von der Ringfläche des Dämpferkolbens 40
verdrängte Flüssigkeit das Drosselventil passiert. Da das vom Arbeitsraum
50
aufgenommene Volumen größer ist als das im Arbeits-raum 49 verdrängte
Volumen, wird Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum 69 des Vorratsbehälters
67 entnommen.
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Die Ausbildung des Dämpferkolbens 40 als Differentialkolben bewirkt,
daß das sowohl in der einen als auch in der anderen Hubrichtung des Kolbens verdrängte
Flud ein und dasselbe Drosselventil passiert. Durch Abstimmung von Kolbenstangendurchmesser
und Kolbendurchmesser läßt sich die Flüssigkeitsmenge festlegen, die in der einen
oder in der anderen Hubrichtung das Drosselventil durchströmt, so daß eine asymmetrische
Dämpfung in vielen Varianten ermöglicht wird.
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Sowohl in der Ausführung des Drosselventils gemäß F i g. 2
als auch in der Ausführung gemäß F i g. 1
ist durch Abstimmung der wirksamen
Kolbenfläche des Kolbens 19, 57 zur Sitzfläche des Ventilkörpers
28, 74 die Wirkung des Drosselventils beeinflußbar.