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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zweikammerdämpfer.
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Der hydraulische Dämpfer muß eine Charakteristik haben. Die Dämpfungswirkung
muß jeweils der auftretenden Schwingung äquivalent sein. Die überströmung zwischen
Ausgleichsraum und Dämpferzylinder muß also gesteuert werden. Hierzu dienen bei
den bekannten hydraulischen Zweikammerdämpfern federbelastete Bodenventile, sei
es im Kolben, sei es am Boden des Dämpferzylinders. Im allgemeinen ist die Dämpfungswirkung
asymmetrisch. In der einen Schwingungsrichtung ist sie klein, in der anderen groß.
Beim Kraftwagen läßt man den Dämpfer beim Einwärtsgang des Dämpferkolbens weich
arbeiten, beim. Auswärtsgang härter. Bei anderen Dämpfern; etwa bei Waschmaschinendämpfern,wird
die umgekehrte Charakteristik verlangt, weich beim Auswärtsgang, härter beim Einwärtsgang.
Hiernach richtet sich die Federbelastung der Ventile. Es gibt jedoch auch asymmetrische
Dämpfer, deren Charakteristik beim Einwärts- und Auswärtsgang des Kolbens gleich
ist. Die Ausführungen mußten vorangestellt werden, da der Dämpfer gemäß der Erfindung,
wie zu erläutern sein wird, für alle diese Betriebsfälle einsetzbar ist.
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Bodenventile sind konstruktiv nicht ganz einfache und auch störanfällige
Bauelemente, die zu vermeiden, Aufgabe der Erfindung ist.
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Zunächst muß jedoch noch ein weiterer bekannter Zweikammerdämpfer
behandelt werden, der ohne Bodenventile arbeitet (deutsche Patentschrift 400 867).
Bei diesem Dämpfer ist der Dämpferzylinder nicht fest eingebaut, sondern gegenüber
dem Dämpferkolben axial verschiebbar und beiderseits mit einer Öffnung versehen,
über die Verbindungen mit dem Ausgleichsraum hergestellt werden. Geht der Kolben
einwärts, so wird der Dämpferzylinder nach unten bewegt und legt sich mit seiner
unteren Öffnung gegen eine Bodenfläche des Ausgleichszylinders an, so daß hier der
Durchfluß abgesperrt ist, während seine obere Öffnung frei ist und den Durchtritt
des Ausgleichsvolumen in den Ausgleichsraum gestattet. Beim Auswärtsgang des Kolbens
wird der Dämpferzylinder axial nach oben verschoben, bis seine Obere Öffnung an
einer Fläche anliegt und die untere Öffnung freigegeben ist, über die Öl aus dem
Ausgleichsraum zurückgesaugt werden kann. Außerdem ist in den Kolben ein nichtbelastetes
Kugelventil eingesetzt, das beim Einwärtsgang des Kolbens öffnet und beim Auswärtsgang
schließt. Bei dieser Ausführungsform sind also die Bodenventile in Fortfall gekommen.
Aber man kann bei diesem Dämpfer nicht von einer Steuerung im eigentlichen Sinne
des Wortes sprechen. Der Dämpfer arbeitet nach Art eines Schaltorgans, da der axial
verschiebbare Dämpferzylinder jeweils nur eine obere oder untere Stellung einnehmen
kann, die Steueröffnungen also entweder voll geschlossen oder voll geöffnet sind.
Der Dämpfer hat keine Charakteristik und ist infolgedessen nur brauchbar, wo es
lediglich auf eine Dämpfung als solche, aber nicht auf deren Anpassung an_ den jeweiligen
Schwingungszustand ankommt. Die Anwendungsmöglichkeit dieses Dämpfers ist daher
sehr beschränkt. Die Forderung des neuzeitlichen Dämpfers geht in Richtung der gesteuerten
Dämpfung, die auch durch die Erfindung verwirklicht wird.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist ein hydraulischer Zweikammerdämpfer
mit Dämpferkolben, axial verschiebbarem Dämpferzylinder und ringförmigem Ausgleichsraum,
dessen Überströmung von und zu demDämpferzylinderraum durch den axial verschiebbaren
Dämpferzylinder steuerbar ist, der in der Ruhelage mit seiner Unterkante am Boden
des Dämpfers dichtend anliegt. Die Aufgabe, das Bodenventil entbehrlich zu machen,
wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Dämpferzylinder auf der Kolbenstange
dichtend geführt ist, durch eine Feder in die Dichtstellung gedrückt wird und zwei
gleichgerichtete Druckflächen in der Hoch- und in der Niederdruckkammer aufweist,
auf die die Dämpferflüssigkeit entgegen der Federkraft wirkt, wobei die Unterkante
des Dämpferzylinders die Steuerkante für beide Strömungsrichtungen ist.
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Zu dem bereits erwähnten Vorteil, daß die empfindlichen Bodenventile
wegfallen, kommt noch ein weiterer bedeutungsvoller Vorteil hinzu. Es wird nämlich
eine wesentliche Verbesserung der Strömungsverhältnisse dadurch erzielt, daß wegen
des großen Querschnitts des überströmspalts schon bei kleinem Hub des Dämpferzylinders
ein Überströmquerschnitt freigegeben wird, der bei einem Bodenventil nicht erzielbar
ist. Das Öl muß sich nicht durch einen kleinen Querschnitt hindurchzwängen, wobei
es erwärmt und zerschäumt wird. Das macht sich besonders bei Dämpfern für Kraftfahrzeuge
bemerkbar, bei denen ein weiches Arbeiten des Dämpfers bei einwärtsgehendem Kolben
erwünscht ist.
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Der Grundaufbau des hydraulischen Zweikammerdämpfers gemäß der Erfindung
und wesentliche bauliche Einzelheiten seien an Hand der Zeichnung erläutert. Es
zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Dämpfer, F i g. 1 a eine Einzelheit.
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Die funktionswesentlichen Teile sind der Dämpferkolben 1, der Dämpferzylinder
2 und das Außenrohr 3. Die Schürze 4 hat keine Dämpfungsfunktion, sondern ist lediglich
Schutzrohr. Im Beispiel ist die Verwendung des Dämpfers als Fahrzeugdämpfer vorausgesetzt,
bei dem, wie bereits erläutert, die Dämpfungswirkung beim Einwärtsgang des Kolbens
1 gering, beim Auswärtsgang dagegen groß sein soll. Infolgedessen ist der Raum unterhalb
des Kolbens der Niederdruckraum N, der Raum oberhalb des Kolbens der Hochdruckraum
H. Der zwischen dem Dämpferzylinder 2 und dem Außenrohr 3 eingeschlossene Raum ist
der Ausgleichsraum A. Ein solcher Zweikammerdämpfer arbeitet grundsätzlich in der
Weise, daß beim Einwärtsgang des Kolbens ein Teil des von ihm verdrängten Öls in
den Raum oberhalb des Kolbens übertritt, während die hier nicht aufnehmbare Ölmenge
in den Ausgleichsraum übergeführt wird. Beim Auswärtsgang tritt das Öl oberhalb
des Kolbens in den Raum unterhalb des Kolbens zurück und- wird durch die aus dem
Ausgleichsraum zurückströmende Ölmenge ergänzt.
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Der Dämpferzylinder 2 ist nicht fest, sondern axial gleitbar eingebaut.
Am oberen Ende wird er durch einen Hals 5 auf der Kolbenstange 6 geführt, am unteren
Ende durch den Kolben 1. Zusätzlich zur unteren Führung können Führungsrippen 7
am Außenrohr 3 aasgeformt sein. Der Zylinder 2 ist durch eine Feder 8 belastet,
die sich gegen den Kopfboden 9 des Dämpferzylinders 2 abstützt. Die Ventilbohrungen
10 und die Ventilplatte 11, die durch die Feder 8 angedrückt wird,
seien zunächst weggedacht. Im Kolben 1 befinden sich in üblicher Weise Drosselbohrungen
12 mit einem federnden Ventilteller 13.
Außerdem sind Drosselbohrungen
14 vorhanden. Das Kugelventil 15 mit seiner Belastungsfeder16 sei ebenfalls
zunächst weggedacht.
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Der Hals 5 bildet mit der Kolbenstangenführung 17 einen Spalt
von der Höhe h. 18 ist die Kolbenstangendichtung, die in ein vom Außenrohr
3 gehaltenes Kopfstück 19 mit einer Dichtung 20 mit axialer Verspannung
durch das Teil 17 eingesetzt ist.
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Die Unterkante 21 des Dämpferzylinders legt sich gegen eine
Fläche 22 am Bodenstück 23 des Außenrohrs 3 und bildet hier das überströmventil
zwischen Dämpferraum und Ausgleichsraum. Das ist das Grundprinzip des neuen Zweikammerdämpfers
gemäß der Erfindung.
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Der Dämpfer arbeitet folgendermaßen.
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Es sei angenommen, der Kolben 1 stehe in seiner oberen Stellung und
das Fahrzeug treffe auf eine Bodenerhebung auf. Voraussetzungsgemäß soll sich der
Dämpferkolben in diesem Fall mit möglichst geringer Dämpfung einwärts bewegen. Hierdurch
entsteht im Raum N unter dem Kolben ein Druckanstieg, der die Ventilplatte 14 anhebt
und die Durchtrittsbohrungen 12 freigibt, so daß Öl aus dem Raum N in den Raum H
übertreten kann. Der Druck wirkt aber andererseits auch auf die Fläche 24 am Dämpferzylinder
2 und hebt diesen gegen die Kraft der Feder 8 nach oben an, also relativ
zum Kolben 1.
Die Kante 21 des Dämpferzylinders 2 hebt sich
von der Fläche 22, die einen Ventilsitz bildet, ab und gibt sofort einen großen
Strömungsquerschnitt frei, über den das nicht in den Raum H übertretende
Öl praktisch ohne Strömungswiderstand in den Ausgleichsraum A übertritt.
Sofern während des Einwärtsgangs des Kolbens 1 auch im Raum Heine gewisse Druckerhöhung
eintritt, wirkt diese in gleicher Richtung auf die Fläche 9. Die Drosselbohrungen
14 haben bei dem Einwärtsgang des Kolbens nur einen zu vernachlässigenden
Einfluß. Der Dämpfer wirkt in diesem Falle weich.
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Jetzt sei der zweite Bewegungsvorgang betrachtet, der Auswärtsgang
des Dämpferkolbens, der voraussetzungsgemäß stark gedämpft werden soll. Die Durchtrittsbohrungen
12 sind jetzt durch die Ventilplatte 13 geschlossen. Verbindung zwischen den Räumen
N und H besteht lediglich über die Drosselbohrungen 14, über die das
Öl aus dem Raum Hin den Raum N übertreten muß. Es baut sich also im Raum H ein starker
auf den Kolben 1 wirkender Dämpfungsdruck auf. Der Druck wirkt aber auch auf die
Fläche 9 und hebt dadurch den Dämpferzylinder entgegen der Kraft der Feder 8 an.
Das durch die Kante 21 am Dämpferzylinder 2 und die Fläche 22 am Bodenstück 23 gebildete
überströmventil öffnet und läßt Öl aus dem Ausgleichsraum A in den Raum
N
unterhalb des Kolbens zurückströmen. Der Dämpfer wirkt in diesem Betriebsfalle
stark dämpfend.
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Bei der bisherigen Betrachtung wurde davon ausgegangen, daß die Drosselbohrungen
10 und die Ventilplatte 11 sowie das durch eine Feder 16 belastete Kugelventil nicht
vorhanden seien. Es sei zunächst das Ventil 15 erläutert, das ein Kugelventil
oder ein Kegelventil sein kann. Dieses dichtet gegen einen Ventilsitz
25 am Ende einer Bohrung 26 im Kolben 1 ab und ist durch eine Blattfeder
16 (F i g. 1 a) belastet, die in eine Nut 27 im Kolben 1 eingesetzt ist. Beim Einwärtsgang
des Kolbens ist das Kugelventil 15 geschlossen. Beim Auswärtsgang wird es
jedoch durch den entstehenden Druck entgegen der Kraft der Belastungsfeder 16 geöffnet
und schaltet dadurch vor die Drosselbohrungen 14 einen weiteren Drosselquerschnitt
vor. Es läßt sich also durch Größe und Federbelastung dieses Ventils die Drosselwirkung
und damit die Dämpfungswirkung steuern.
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In analoger Weise wirken die Drosselbohrungen 10
mit der federbelasteten
Ventilplatte 11, die bei einem bestimmten Druck im Raum H öffnet und Öl in den Ausgleichsraum
A übertreten läßt.
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Durch Abstimmung der Feder 8, der Drosselbohrungen 10, der
Federplatte 14 und der Blattfeder 16 ist es möglich, dem Dämpfer jede
gewünschte Charakteristik, gegebenenfalls auch eine mehrstufige, zu erteilen.
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Es seien noch einige wertvolle konstruktive Einzelheiten hervorgehoben.
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Infolge des Wegfalls des Bodenventils, das von unten her eingebaut
werden müßte, kann das Außenrohr 3 mit dem Bodenstück 23 und dem Anschlußauge
28 einstückig hergestellt werden, beispielsweise im Fließpreßverfahren. Es
ergibt sich hierdurch eine sehr bedeutsame Fertigungsersparnis, insbesondere auch
deshalb, weil hier keine Dichtung mehr benötigt wird. Das Teil 15 mit der
Dichtung 20 kann durch einfaches Umbördeln des oberen Teils des Rohrs 3 fixiert
werden. Der Dämpferzylinder 2 kann im Fließpreßverfahren mit höchster Präzision
gefertigt werden. Sofern überhaupt erforderlich, ist lediglich die Kolbenstangenführung
im Hals 5 zusätzlich zu bearbeiten. Für die Kolbenstangenführung 17 genügt
ein Ring aus selbstschmierendem Sinterwerkstoff, beispielsweise Bronze, mit einem
sogenannten Fettdepot. Die Dichtung 18 ist eine radial und axial vorgespannte
Rippendichtung aus einem hoch abriebfesten Werkstoff.