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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf einen ventilgesteuerten Dämpfer und
insbesondere auf einen Dämpfer,
der pneumatisch gesteuert wird, um einstellbare bzw. variable Dämpfungskräfte zu liefern.
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Herkömmliche
Dämpfer
einer Fahrzeugaufhängung
bestehen typischerweise aus direkten doppeltwirkenden teleskopartigen
hydraulischen passiven Dämpfern.
Sie werden im Allgemeinen als entweder Stoßdämpfer oder Federbeine beschrieben.
GB 1207706 A (VEB
BARKAS WERKE) beschreibt Verbesserungen an Stoßdämpfern oder in Bezug auf diese.
Ein Hauptzweck von Stoßdämpfern besteht darin,
Oszillationen der Aufhängungsfeder
eines Fahrzeugs zu dämpfen.
Dies wird erreicht, indem kinetische Energie in Form einer Bewegung
zwischen gefederten und nicht gefederten Massen eines Fahrzeugs
in Wärme
umgewandelt und die Wärme
dann dissipiert wird. Die Federbeine dienen ebenfalls diesem Zweck
und stützen
außerdem
Reaktions- und Seitenlastkräfte
auf die Aufhängung
ab.
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Typische
Dämpfer
sind hydraulische Vorrichtungen, die Öl als das Fluidmedium zum Umwandeln von
Bewegung in Wärme
nutzen. Wenn der Dämpfer zyklisch
geführt
wird, wird ein Kolben gezwungen, sich in Ausdehnungs- und Kompressionsrichtung durch
das Öl
zu bewegen, das innerhalb eines Zylinderrohrs enthalten ist. Dies
erzeugt Druck innerhalb eines Abschnitts des Zylinderrohrs und einen
sich ergebenden Druckabfall über
den Kolben. Während
eines Ausdehnungshubs wird in der Ausdehnungskammer des Zylinderrohrs
oberhalb des Kolbens hoher Druck erzeugt, der erzwingt, dass Öl durch
eine Ventileinrichtung (engl. valving) des Kolbens strömt. Während eines
Kompressionshubs wird in der Kom pressionskammer des Zylinderrohrs
unterhalb des Kolbens hoher Druck erzeugt, der erzwingt, dass Öl durch
die Ventileinrichtung des Kolbens zurückströmt.
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Während Öl gezwungen
wird, durch die Mündungen
im Kolben zu strömen,
wird ein Druckabfall hervorgerufen und das Öl erhitzt. Auf diese Weise dissipiert
der Dämpfer
von den Aufhängungsfedern des
Fahrzeugs gespeicherte Energie. Das Maß, in dem das Öl erhitzt
wird, und folglich der Betrag an dissipierter Energie wird durch
die Größe der Mündungen
im Kolben und den Betrag eines durch die Ventileinrichtung des Kolbens
gezwungenen Stroms gesteuert.
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Eine
Dämpfungskraft
ist ein übliches
Maß der
Leistung eines Dämpfers.
Sie wird genutzt, um den Betrag einer von einem Dämpfer gelieferten
Federsteuerung zu quantifizieren. Passive Dämpfer werden abgestimmt, um
ausgewählte
Leistungscharakteristiken des Fahrzeugs zu liefern. Da passive Dämpfer eine
festgelegte Dämpfungscharakteristik liefern,
stellen sie im Allgemeinen in gewisser Hinsicht einen Kompromiss
bei der Bereitstellung optimaler Dämpfungsleistung über einen
weiten Bereich von Betriebszuständen
dar.
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Das
Konzept von Dämpfern
mit einer elektrisch gesteuerten Dämpfungskraft wurde im Stand der
Technik entwickelt, wobei ein Algorithmus genutzt wird, um einen
Steuerungsmechanismus als ein Mittel zum Variieren der von einem
Dämpfer
gelieferten Dämpfungskraft
zu schaffen. Ein Beispiel ist in dem US-Patent Nr. 5,690,195 dargestellt,
das hiermit durch Verweis einbezogen ist. Eine elektrische Steuerung
wird typischerweise erreicht, indem die Mündungen der Ventileinrichtung
als Antwort auf verschiedene Sensoren variiert werden, welche genutzt werden,
um Betriebszustände
des Fahrzeugs festzustellen. Solche Dämpfer stellen die Dämp fungskraft als
Antwort auf den Steuerungsmechanismus ein, so dass von einem einzelnen
Dämpfer
verschiedene Leistungscharakteristiken geliefert werden können. Eine
elektrisch steuerbare Mündung
liefert jedoch bei niedrigen Stromraten alles andere als ideale
Steuerungsniveaus.
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Elektrisch
gesteuerte hydraulische Dämpfer für Fahrzeugaufhängungen
sind seit einer gewissen Zeit im Stand der Technik im Prinzip bekannt.
Ihre tatsächliche
weitverbreitete Anwendung und Nutzung wurde jedoch aufgrund des
Aufwands eines solchen Systems gehemmt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Aufhängungsdämpfer nach
Anspruch 1 geschaffen. Gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Einstellen einer Dämpfungskraft
eines Aufhängungsdämpfers eines
Fahrzeugs nach Anspruch 12 geschaffen.
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Diese
Erfindung löst
das oben beschriebene und andere, mit bekannten Systemen verbundene Probleme,
indem ein Dämpfer
mit variabler Steuerung des Stroms eines Dämpfungsfluids in einem bevorzugten
Einzelrohr-Entwurf
vorgesehen wird. Dies wird erreicht durch eine variable Druckregulierung
in einem ventilgesteuerten Dämpferkolben.
Ein Dämpfer
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung enthält
einen Zylinder, der einen Kolben verschiebbar trägt, welcher den Zylinder in
eine Ausdehnungs- und Kompressionskammer trennt. Der Kolben trägt ein Steuerventil,
um einen Fluidstrom durch den Kolben zu steuern. Das Steuerventil sorgt
für einen
variablen Betrag einer Dämpfungskraft,
indem ein Dämpferfluidstrom
zwischen der Ausdehnungskammer und der Kompressionskammer des Dämpfers während Ausdehnungs-
und Kompressi onshuben reguliert wird. Eine Druckregulierung über den
Kolben wird durch einen primären und
sekundären
Stromweg gesteuert, in welchem der Strom durch den sekundären Stromweg
oder -zweig durch das Steuerventil bestimmt wird. Der primäre Stromweg
oder -zweig bleibt offen.
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Ein
Mechanismus eines ersten passiven Dämpfungsventils mit einer bidirektionalen,
biegbaren, einzelnen ringförmigen
Scheibe ist im Primärstromweg
des Kolbens zwischen der Ausdehnungs- und Kompressionskammer angeordnet.
Das erste passive Dämpfungsventil
liefert eine Druckregulierung über
den Kolben für
sowohl Ausdehnungs- als auch Kompressionshube während des gesamten Betriebs
des Dämpfers.
Ein Mechanismus mit zweiten passiven Dämpfungsventil mit einer bidirektionalen, biegbaren,
einzelnen ringförmigen
Scheibe ist im sekundären
Stromweg des Kolbens zwischen der Ausdehnungs- und Kompressionskammer
angeordnet. Das zweite passive Dämpfungsventil
sorgt während sowohl
Ausdehnungs- als Kompressionshuben selektiv für eine Druckregelung über den
Kolben parallel zum ersten passiven Dämpfungsventil.
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Das
Steuerventil enthält
ein bewegliches Element, das auf einen Steuerungsmechanismus anspricht.
Der Stromdurchgang durch den Kolben umfasst einen sekundären Stromweg
oder einen zweiten Zweig, der durch Anschlüsse im Steuerventil verbunden
ist, und ein Strom dort hindurch wird abwechselnd vollständig oder
teilweise unterbrochen oder freigegeben, wie durch den Steuerungsmechanismus
oder das Ventil bestimmt wird. Wenn durch das Steuerventil ein Strom
durch den zweiten Zweig zugelassen wird, verläuft der Stromdurchgang durch den
Kolben durch das erste passive Ventil und das Steuerventil und durch
den zweiten Zweig, der das zweite passive Ventil in einer parallelen
Anordnung zum ersten passiven Ventil enthält. Wenn durch das Steuerventil
ein Strom durch den zweiten Zweig unterbrochen wird, verläuft der
Stromdurchgang durch den Kolben nur durch den ersten Zweig, der
das erste passive Ventil einzeln enthält.
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Die
Erfindung enthält
einen hydraulischen Dämpfer,
der eine pneumatische Steuerung des Steuerventils nutzt, um Dämpfungspegel
zu variieren. Luftdruck von einem Luftaufhängungs- oder pneumatischen
Höhenreguliersystem
des Fahrzeugs wird in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung in einen Balg oder ein mittels Luftdruck betätigtes Steuerventil
geblasen, das sich im Kolben befindet. Der Balg oder das Steuerventil komprimiert
als Antwort auf einen höheren
Druck von dem Luftaufhängungs-
oder pneumatischen Höhenreguliersystem.
Die Kompression des Balgs oder des Steuerventils steuert die Stellung
eines Schiebekolbenventils, und, wenn das Schiebekolbenventil geschlossen
ist, ist einer von zwei parallelen Stromwegen durch den Kolben geschlossen.
Jeder Stromweg hat seine eigene Ventileinrichtung. Wenn nur einer der
Stromwege offen ist, wird eine höhere
Dämpfungskraft
erzeugt. Folglich liefert ein kontinuierlich einstellbarer bzw.
variabler Dämpfer
eine variierte Dämpfungskraft
gemäß der Nutzlast
und den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs.
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Die
pneumatische Steuerung des Dämpfers nutzt
den Luftdruck der Luftaufhängungs-
oder pneumatischen Höhenreguliersysteme
des Fahrzeugs, um die Stellung des Schiebekolbenventils zu steuern.
Der in das Steuerventil eingespeiste Luftdruck variiert gemäß dem Gesamtgewicht
des Fahrzeugs sowie den Straßenbedingungen.
Wenn der Dämpfer aufgrund
einer Straßeneinwirkung
gedrückt
wird, variiert der Druck. Druckoszillationen mit höherer Frequenz,
die sich aus der Straßeneinwirkung
ergeben, werden mit einer in einer hohlen Kolbenstange eingerichteten
Mündung
in dem Bemühen
gefiltert, eine Dämpfervariation
auf nur ein statisches Fahrzeuggewicht zu beschränken. Der sich ergebende Luftdruck wird
als eine Einspeisung in den Balg oder das mittels Luft betätigte bzw.
pneumatische Steuerventil genutzt. Eine höhere Fahrzeugnutzlast wird
einen höheren
Druck zur Folge haben, der den Balg umgibt, was eine Kontraktion
des Balgs zur Folge hat. Wenn der Balg kontrahiert oder komprimiert,
wird der sekundäre
Stromweg durch das Schiebekolbenventil blockiert. Ein höherer Druck,
der den Balg umgibt, wird ein Anheben der Bodenfläche des
Balgs und des Schiebekolbenventils und dadurch ein Absperren des
sekundären
Stromwegs zur Folge haben. Das pneumatische System ist vom hydraulischen
System des Kolbens mit Dichtungen isoliert, die mit einer Dichtungsplatte,
einem Dichtungshalter und einem Kolbenadapter an Ort und Stelle
gehalten werden.
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Der
eingespeiste Luftdruck muss zuerst diese Kraft einer Vorbelastung überwinden,
bevor sich der Balg bewegt oder komprimiert. Folglich werden niedrige
Drücke
keine Änderung
im Balg hervorrufen, und das Schiebekolbenventil bleibt offen. Das
Steuerventil wird durch eine Feder in eine offene Stellung vorgespannt.
Sowohl das primäre
als auch das sekundäre
Ventil sind dann offen, welche Dämpfungskräfte erzeugen,
die für
normale Fahrbedingungen optimiert sind, wenn das Fahrzeug nicht
schwer beladen ist. Im Falle einer Störung der Druckversorgung arbeitet
das Fahrzeug noch optimal, wenn es nicht schwer beladen ist. Wenn
das Fahrzeug schwer beladen ist, ist der den Balg erreichende Luftdruck
auch höher,
wodurch bewirkt wird, dass der Kolben komprimiert, das Schiebekolbenventil
sich in Richtung auf die geschlossene Stellung bewegt und die gesamten
Dämpfungskräfte höher sind.
Bei dazwischenliegenden Nutzlasten wird das Schiebekolbenventil
nur teilweise bewegt und der sekundäre Stromweg wird teilweise
blockiert, was dazwischenliegende Dämpfungskräfte zur Folge hat. Folglich
ist der Dämpfer über den
gegebenen Druckbereich kontinuierlich einstellbar bzw. variabel.
Ein Ändern
der Eigenschaften des Balgs, der Schiebekolbenfeder, der Kompressionsvorbe lastung
des Balgs oder des Mündungseinsatzes
wird die Leistung des Dämpfers
abstimmen.
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Vorteile
der vorliegenden Erfindung umfassen den internen Einbau des Steuerventils
im Kolben, was weniger Raum als extern eingebaute Entwürfe ausnutzt,
die das Steuerventil außerhalb
des Zylinderrohrs tragen, oder Entwürfe, die Komponenten des Steuerventils
innerhalb der Kolbenstange tragen. Außerdem reduziert der Dämpfer dieser
Erfindung die gesamte Anzahl von Teilen und kann in üblichen
pneumatischen Höhenreguliersystemen
einfach enthalten sein. Außerdem
ist die Erfindung anwendbar auf Fahrzeuge mit anderen Luftdrucksystemen
(d.h. Luftbremsen). Die Erfindung liefert eine kontinuierlich variable
Steuerung ohne den Bedarf an elektronischen Steuerungssystemen oder
elektrischen Verbindungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung ohne weiteres ersichtlich werden, die in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird, in welchen:
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1 eine
fragmentarische Querschnittansicht einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
eines Dämpfers
gemäß dieser
Erfindung mit einem Steuerventil in einer geschlossenen Stellung
ist;
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2 eine
Ansicht der Kolbenanordnung von 1 mit dem
Steuerventil in einer offenen Stellung ist;
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3 ein
schematisches Blockdiagramm der Operation des Dämpfers von 1 ist;
und
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4 eine
einen Bereich von Druckzuständen
einschließende
graphische Darstellung ist, die eine auf der Abszisse aufgetragene
Dämpfungskraft und
eine auf der Ordinate aufgetragene Geschwindigkeit für den Dämpfer von 1 zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform
Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist in 1 und 2 ein
ventilgesteuerter Einzelrohr-Aufhängungsdämpfer mit alternierender Druckzustandsregulierung
veranschaulicht, der als Stoßdämpfer 10 gemäß einer
gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung verkörpert
ist. Der Aufhängungsdämpfer oder
Stoßdämpfer 10 eines
Fahrzeugs umfasst ein einzelnes Rohr, das als Zylinder 12 bezeichnet
ist. Der Zylinder 12 hat in einer einen zylindrischen Hohlraum 16 definierenden
herkömmlichen
Weise ein (nicht veranschaulichtes) geschlossenes unteres Ende und
ein durch eine (nicht veranschaulichte) Stangenführung geschlossenes oberes
Ende. Der Hohlraum 16 ist durch eine Kolbenanordnung 22 in
eine Ausdehnungskammer 18 und eine Kompressionskammer 20 geteilt.
Die Kolbenanordnung 22 ist im Zylinder 12 für eine axiale
Verschiebungsbewegung darin abdichtend angeordnet.
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Mit
der Kolbenanordnung 22 ist eine Kolbenstange 24 sicher
verbunden, die sich durch die Ausdehnungskammer 18 des
Zylinderrohrs 12 erstreckt, wobei sie durch die Stangenführung aus
dem Hohlraum 16 austritt. Das obere Ende der Kolbenstange 24 ist
für eine
Verbindung mit der gefederten Masse (Karosserie) des (nicht veranschaulichten)
Kraftfahrzeugs in herkömmlicher
Weise angepasst. Ein ähnliches
Mittel zur An bringung ist am (nicht veranschaulichten) unteren Ende
des Zylinders 12 für
eine Verbindung mit der ungefederten Masse (Radanordnung) des Fahrzeugs
in herkömmlicher
Weise vorgesehen. Eine Relativbewegung zwischen den gefederten und
ungefederten Massen des Fahrzeugs, mit denen der Stoßdämpfer 10 verbunden
werden kann, erzeugt eine relative axiale Gleitbewegung der Kolbenanordnung 22 innerhalb
des Zylinders 12.
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Die
Kolbenanordnung 22 umfasst eine Steuerventilanordnung 26,
die am unteren Ende der Stange 24 getragen und durch zugehörige Gewinde
damit verbunden ist. Ein Kolbenbecher 28 ist an der Steuerventilanordnung 26 montiert
und durch eine Gewindemutter 30 darauf fixiert. Der Kolbenbecher 28 enthält einen
aus einem Material mit geringer Reibung hergestellten Dichtungsring 32.
Der Dichtungsring 32 drückt
abdichtend gegen den Zylinder 12, was eine Fluidtrennung
zwischen der Kompressionskammer 20 und der Ausdehnungskammer 18 schafft.
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Der
Kolbenbecher 28 erstreckt sich zwischen der Steuerventilanordnung 26 und
dem Zylinder 12, wobei er sich an seiner Oberseite zur
Ausdehnungskammer 18 innerhalb des Randes 34 öffnet. Der
Kolbenbecher 28 ist mit mehreren Öffnungen 36 versehen,
die das Innere des Kolbenbechers 28 zur Kompressionskammer 20 öffnen. Daher
ist ein Stromdurchgang 38 durch die Kolbenanordnung 22 zwischen
der Kompressionskammer 20 und der Ausdehnungskammer 18 vorgesehen.
Der Stromdurchgang 38 und konkreter sein erster oder primärer Zweig 40 ist
normalerweise durch die erste oder primäre Ventilanordnung 42 geschlossen.
Ein zweiter oder sekundärer
Zweig 44 des Stromdurchgangs 38 verläuft durch
ein Schiebekolbenventil 48 der Steuerventilanordnung 26 und
die zweite Ventilanordnung 46 parallel zum Zweig 40.
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Konkreter
ist auf dem Steuerventil teilweise innerhalb des Kolbenbechers 28 eine
Ventilplatte 50 angeordnet und stützt das primäre Ventil 42 in
Form einer bidirektionalen biegbaren einzelnen ringförmigen Ventilscheibe 42a ab.
Eine zweite bidirektionale biegbare einzelne ringförmige Ventilscheibe 46a wird durch
den Kolbenbecher 28 abgestützt. Das Schiebekolbenventil 48 ist
innerhalb der Steuerventilanordnung 26 in einer zentralen
Bohrung 52 untergebracht und wirkt dahingehend, den Stromweg 44 zwischen
den Öffnungen 54 und 56 durch
die Steuerventilanordnung 26 selektiv einzurichten. Während einer
Kompressions- oder Ausdehnungsbewegung der Kolbenanordnung 22 innerhalb
des Zylinders 12 kann demgemäß ein Fluidstrom zwischen der
Ausdehnungskammer 18 und der Kompressionskammer 20 durch
jeden der beiden Zweige 40 und 44 durch den Stromdurchgang 38 über die
Kolbenanordnung 22 erfolgen.
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Wenn
das Schiebekolbenventil 48 wie in 2 gezeigt
in der offenen Stellung ist, läuft
ein Fluidstrom durch die primäre
Ventilanordnung 42, wobei die Scheibe 42a gebogen
wird, falls Druckunterschiede dies vorgeben, und durch das Schiebekolbenventil 48 und
die sekundäre
Ventilanordnung 46, wobei die Scheibe 46a gebogen
wird, was ein Dämpfungsniveau
typisch für
Bedingungen mit einer geringeren Fahrzeugbeladung liefert. Dies
bewirkt einen ersten Druckabfall für eine Fluidbewegung über die
Kolbenanordnung 22, was einen ersten Grad einer Druckregulierung
für einen
ersten Betriebszustand des Stoßdämpfers 10 liefert.
Wenn das Schiebekolbenventil 48 in dessen geschlossene
Stellung (siehe 1) bewegt wird, erfolgt ein
Fluidstrom zwischen der Ausdehnungskammer 18 und der Kompressionskammer 20 allein
durch die primäre
Ventilanordnung 42, wobei die Scheibe 42a gebogen
wird, was einen anderen Dämpfungspegel
typisch für
eine schwere Fahrzeugbeladung liefert. Dies bewirkt einen zweiten Druckabfall
für eine
Fluidbewegung über
die Kolben anordnung 22, was einen zweiten Grad einer Druckregulierung
für einen
zweiten Betriebszustand des Stoßdämpfers 10 liefert.
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Für eine konkretere
Darstellung wird zusätzlich
auf 2 zusammen mit 1 verwiesen.
Die Steuerventilanordnung 26 umfasst ein Gehäuse 58 und
einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 60. Der zweite
Stromweg des Zweigs 44 ist durch die Steuerventilanordnung 26 zwischen
den in der Seite des zylindrischen Körpers 60 vorgesehenen Öffnungen 54 und
der Öffnung 56 ausgeführt, die
im Ende des zylindrischen Körpers 60 am
unteren Ende der Kolbenanordnung 22 vorgesehen ist. Das
Schiebekolbenventil 48 ist während eines Betriebs des Stoßdämpfers 10 insofern
aktiv, als es selektiv so positioniert wird, dass ein offener, dazwischenliegender bzw.
teilweise offener oder geschlossener Stromweg 44 zwischen Öffnungen 54 und 56 geschaffen
wird.
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Der
Kolbenbecher 28 ist auf dem zylindrischen Körper 60 der
Steuerventilanordnung 26 aufgenommen und durch die Mutter 30 darauf
fixiert, wodurch zusätzlich
die verschiedenen passiven Ventileinrichtungskomponenten der Kolbenanordnung 22 getragen
werden. Die Ventilanordnungen 42 und 46 der Kolbenanordnung 22 sind
insofern passiv, als sie bei Vorhandensein von Fluiddruckunterschieden
bei verschiedenen Stufen über
die Kolbenanordnung 22 nur durch Biegung reagieren bzw.
antworten.
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Die
Verbindungsstelle zwischen dem zylindrischen Körper 60 und dem Gehäuse 58 der
Steuerventilanordnung 26 weist eine ringförmige Schulter 62 auf.
Mehrere radial verlaufende Öffnungen 54 sind durch
den zylindrischen Körper 60 an
der ringförmigen
Schulter 62 so ausgebildet, dass sie die zentrale Bohrung 52 schneiden.
Die Schiebekolbenventilanordnung 48 öffnet und schließt die Öffnungen 54 zur zentralen
Bohrung 52.
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Eine
Ventilplatte 50 ist über
dem zylindrischen Körper 60 so
angeordnet, dass sie die ringförmige
Schulter 62 innerhalb einer Senkung 64 aufnimmt
und gegen das Gehäuse 58 drückt. In
der Ventilplatte 50 ist eine ringförmige Rille 66 ausgebildet. Mehrere Öffnungen 68 erstrecken
sich durch die Ventilplatte 50, wobei sie einen Durchgang
zwischen den Öffnungen 54 und
der ringförmigen
Rille 66 schaffen. Wenn das Schiebekolbensteuerventil 48 offen
ist, ist daher der sekundäre
Zweig 44 des Durchgangs 38 durch die zentrale
Bohrung 52, die Öffnungen 54 und Öffnungen 68 zur
ringförmigen
Rille 66 offen.
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Die
Ventilanordnung 46 enthält
eine Ventilscheibe 46a, die über dem zylindrischen Körper 60 der
Steuerventilanordnung 26 gegen die Ventilplatte 50 aufgenommen
ist. Die Ventilscheibe 46a umfasst einen inneren Umfang 70,
der vom zylindrischen Körper 60 beabstandet
ist. Eine Mittelscheibe 72 ist über dem zylindrischen Körper 60 innerhalb
des inneren Umfangs 70 aufgenommen. Die Mittelscheibe 72 enthält mehrere
(nicht dargestellte) Arme, die radial nach außen verlaufen und dahingehend
wirken, die Ventilscheibe 46a in einer funktionsfähigen Stellung zu
halten.
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Eine
Abstützscheibe 74 ist über dem
zylindrischen Körper 60 der
Ventilscheibe 46a und der Mittelscheibe 72 benachbart
angeordnet. Die Abstützscheibe 74 weist
mehrere (nicht dargestellte) Kerben auf, die um ihren äußeren Umfang
ausgebildet sind. Die (nicht dargestellten) Arme, die zwischen jedem Paar
dieser benachbarten Kerben verbleiben, schaffen eine Lagerfläche für den inneren
Umfang 70 der Ventilscheibe 46a. Der äußere Umfang 76 der
Ventilscheibe 46a drückt
gegen eine ringförmige
Rippe 78 der Ventilplatte 50. Die ringförmige Rille 60 erstreckt sich
radial über
einen Abschnitt der Mittelscheibe 72 und der Ventilscheibe 46a.
Die Ventilscheibe 46a, wie sie durch die Mittelscheibe 72 auf
dem zylindrischen Körper 60 positioniert
wird, wird zwischen den Armen am äußeren Umfang der Abstützscheibe 74 und
der ringförmigen
Rippe 78 der Ventilplatte 50 vorgespannt.
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Über dem
zylindrischen Körper 60 der
Steuerventilanordnung 26 ist eine ringförmige Anschlagplatte 80 so
angeordnet, dass sie an der sekundären Ventilanordnung 46 angreift
und deren Komponenten in axialer Lage hält. Die Anschlagplatte 80 weist
eine gewinkelte ringförmige
Wand 82 auf. Die ringförmige Wand 82 bildet
einen Anschlag für
die Ventilscheibe 46a, wenn sie gebogen wird. Die ringförmige Wand 82 ist
so orientiert, dass, wenn die Ventilscheibe 46a während einer
Ausdehnungsbewegung des Stoßdämpfers 10 vollständig gebogen
wird, wobei ihr innerer Umfang 70 auf der Abstützscheibe 74 abgestützt ist,
die Ventilscheibe 46a an der ringförmigen Wand 82 angeordnet
wird.
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Die
primäre
passive Ventilanordnung 42, die eine Abstützscheibe 82,
Mittelscheibe 86 und Ventilscheibe 42a einschließt, ist über dem
zylindrischen Körper 60 des
Steuerventils 26 der Anschlagplatte 80 benachbart
untergebracht. Die Abstützscheibe 84 umfasst
mehrere (nicht dargestellte) Arme wie die Arme der Abstützscheibe 74.
Die Mittelscheibe 86 weist mehrere (nicht dargestellte)
Arme wie die Arme der Mittelscheibe 72 auf. Die Ventilscheibe 42a wird an
ihrem inneren Umfang 88 durch die Abstützscheibe 84 und an
ihrem äußerem Umfang 90 durch
eine ringförmige
Leiste 92 des Kolbenbechers 28 abgestützt. Die
Ventilscheibe 42a sperrt normalerweise die Öffnungen 36 durch
den Kolbenbecher 28 ab. Wenn die Ventilscheibe 42a während einer
Kompressionsbewegung des Stoßdämpfers 10 vollständig gebogen
wird, wobei ihr innerer Umfang 88 auf der Abstützscheibe 86 abgestützt wird,
ist die Ventilscheibe 42a flach gegen die gewinkelte ringförmige Wand 94 der
Anschlagplatte 80 angeordnet.
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Ein
Hauptabstandhalter 96 ist an der Ventilscheibe 42a gegen
den ringförmigen
Abschnitt 98 des Kolbenbechers 28 drückend angeordnet,
wobei die Mutter 30 eine festgelegte Vorspannung auf den ringförmigen Abschnitt 98 aufbringt,
die den Kolbenbecher 28, die erste und zweite Ventilanordnung 42, 46 und
die Ventilplatte 50 auf der zylindrischen Verlängerung 60 der
Steuerventilanordnung 26 in Position hält. Dies bringt in einer vorbestimmten
Weise eine Vorbelastung auf die Ventilscheiben 46a und 42a auf,
um die Dämpfungsfunktion,
die durch ihre Biegungscharakteristiken erzeugt wird, selektiv herbeizuführen.
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Die
Steuerventilanordnung 26 umfasst den zylindrischen Körper 60 und
das Gehäuse 58.
Der Ventilschiebekolben 48 ist innerhalb des Ventilzylinderkörpers 60 untergebracht
und wirkt mit ihm zusammen, um ein Mittel zum Öffnen und Schliessen des sekundären Zweigs 44 zu
schaffen. Der Ventilschiebekolben 48 weist eine Reihe von Öffnungen 104 auf,
die mit den Öffnungen 54 im
zylindrischen Körper 60 in
Ausrichtung gelangen, um den Durchgang des zweiten Zweigs 44 durch
den Ventilschiebekolben 48 zu schaffen. Wenn der Ventilschiebekolben 48 in
einer offenen Stellung ist (2), sind
die Öffnungen 104 und 54 miteinander
ausgerichtet. In Abhängigkeit
von der Stellung des Ventilschiebekörpers 48 können dazwischenliegende
oder teilweise geöffnete
Stellungen eingerichtet werden, wenn die Öffnungen 104 und 54 nur
teilweise in Ausrichtung gelangt sind.
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Um
das Schiebekolbenventil 48 zu schließen, werden die Öffnungen 104 aus
der Ausrichtung mit den Öffnungen 54 verstellt,
was durch eine Rückwärtsbewegung
des Ventilschiebekolbens 48 einen Fluidstrom durch den
zweiten Zweig 44 des Steuerventils 26 absperrt.
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Die
vorliegende Ausführungsform
beschreibt ein normalerweise offenes Schiebekolbenventil 48. Wenn
es bevorzugt wird, wird ein geschlossenes Ventil 48 geschaffen,
indem einfach die axiale Lage der Öffnungen 104 aus einer
Ausrichtung mit den Öffnungen 54 bewegt
wird. Das Schiebekolbenventil 48 wird durch eine Feder 108 in
die offene Stellung vorgespannt. Das Ende 110 des Ventilschiebekolbens 48 ist
ebenfalls offen und nimmt die Feder 108 auf, die mit einem
Schnappring 112 an der Kolbenanordnung 22 am offenen
Ende 102 angreift und den Ventilschiebekolben 48 in
die offene Stellung vorspannt. Die Öffnung durch das Ende 110 schafft
einen Fluidausgleich auf den gegenüberliegenden Seiten des Ventilschiebekolbens 48,
um der Ausbildung entgegenwirkender Fluidkräfte über den Ventilschiebekolben 48 vorzubeugen.
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Der
Ventilschiebekolben 48 wird auf die offene, Zwischen- und
geschlossene Stellung und zwischen diese durch eine Luftdruckeinspeisung
pneumatisch verstellt, die in einem Luftaufhängungs- oder pneumatischen
Höhenreguliersystem 116 des
Fahrzeugs erzeugt wird. Luftdruck vom Luftaufhängungs- oder pneumatischen
Höhenreguliersystem 116 des Fahrzeugs
wird an das Ende der Kolbenstange 24 geliefert. Dieser
in den Aufhängungsdämpfer oder Stoßdämpfer 10 eingespeiste
Luftdruck ist eine Funktion des gesamten Fahrzeuggewichts 118 sowie der
Straßeneinwirkung
oder Betriebszustände 120 für das Fahrzeug.
Die Kolbenstange 24 ist hohl und enthält eine im Wesentlichen zylindrische
Bohrung oder einen Kanal 122, durch den der eingespeiste Luftdruck
an eine zentrale Kammer 124 innerhalb eines Kolbenadapters 126 geliefert
wird. Ein Balg oder ein anderes expandierbares Bauteil 128 befindet
sich innerhalb der Kammer 124 und spricht auf die durch die
Bohrung 122 in der Kolbenstange 124 zu ihm gelieferte
Luftdruckeinspeisung an. Die Kolbenstange 24 enthält einen
Mündungseinsatz 130,
der innerhalb einer Hülse 132 eingesetzt
ist, um Druckoszillationen höherer
Frequenzen herauszufiltern oder zu isolieren, die sich typischerweise
aus der Straßeneinwirkung 120 ergeben.
Als Folge ist die von dem Balg 128 empfangene Luftdruckeinspeisung
in erster Linie ein statischer Druck, der sich aus Änderungen
im Fahrzeuggewicht 118 ergibt. Je höher die Nutzlast des Fahrzeugs
ist, einen desto höheren
Wert des eingespeisten Drucks erfährt der Balg 128.
Dies hat einen höheren
Druck um den Balg 128 in der Kammer 124 zur Folge.
Eine Erhöhung
des eingespeisten Luftdrucks in der den Balg 128 umgebenden
Kammer 124 hat eine Kontraktion des Balgs 128 zur
Folge.
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Der
Balg 128 ist mit einer T-förmigen Schubstange 134 gekoppelt,
die durch einen Dichtungshalter 136 aus dem Kolbenadapter 126 in
einen Kontakt mit dem Schiebekolbenventil 48 vorragt. Das
Schiebekolbenventil wird gegen die Schubstange 134 durch
die Schiebekolbenfeder 108 gehalten, die durch den Schnappring 112 innerhalb
des zylindrischen Körpers 60 zur
Ventilabstützung
festgehalten wird.
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Die
Schiebekolbenfeder 108 spannt das Schiebekolbenventil 48 und
die Schubstange 134 gegen den Balg 128 vor. Wenn
der Balg 128 als Antwort auf höhere Werte des eingespeisten
Luftdrucks komprimiert, hebt sich daher die Fläche der Schubstange 134,
die den Balg 128 berührt,
und das Schiebekolbenventil 48 bewegt sich dadurch, wobei
es den sekundären
Zweig 44 des Stromdurchgangs 38 abgesperrt. Der
pneumatische Teil des Luftdämpfers
oder Stoßdämpfers 10 ist
von den hydraulischen Komponenten mit Dichtungen 138, 140 isoliert,
die gegen die Dichtungsplatte 142, den Dichtungshalter 136 und
Kolbenadapter 126 an Ort und Stelle gehalten werden.
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Der
eingespeiste Luftdruck muss anfangs eine Vorspann- oder Vorbelastungskraft
der Feder 108 überwinden,
bevor der Balg 128 das Schiebekolbenventil 48 bewegt.
Folglich werden niedrige Werte des eingespeisten Luftdrucks keine Änderung
im Balg 128 bewirken, und das Schiebekolbenventil 48 bleibt
offen. Sowohl der primäre
als auch sekundäre Zweig 40, 44 sind
dann offen, was parallele Stromwege des Hydraulikfluids schafft.
Wenn das Schiebekolbenventil 48 offen ist, sind die Dämpfungskräfte für normale
Fahrbedingungen optimiert, wenn das Fahrzeug nicht schwer beladen
ist. Im Falle einer Störung der
Druckversorgung wird daher das Fahrzeug noch optimal fahren, wenn
es nicht schwer beladen ist. Dies ist eine Folge davon, dass Schiebekolbenventil 48 in
die offene Stellung vorgespannt ist.
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Wenn
das Fahrzeug schwer beladen ist, ist auch der den Balg 128 erreichende
eingespeiste Luftdruck höher,
wodurch bewirkt wird, dass der Balg 128 komprimiert, das
Schiebekolbenventil 48 sich zur geschlossenen Stellung
bewegt und die gesamten Dämpfungskräfte höher sind,
wie in 4 gezeigt ist. Bei dazwischenliegenden Nutzlasten
wird das Schiebekolbenventil 48 teilweise in Richtung auf
die geschlossene Stellung bewegt, und der sekundäre Zweig 44 des Stromwegs 38 wird
teilweise blockiert, was dazwischenliegende Dämpfungskräfte zur Folge hat. Folglich
ist der Dämpfer 10 über einen
gegebenen Druckbereich kontinuierlich einstellbar, wie in 4 gezeigt
ist. Die Funktion bzw. Leistung des Systems kann abgestimmt werden,
indem die Ventileinrichtung, der Balg, die Schiebekolbenfeder, die Vorbelastung
der Balgkompression oder der Mündungseinsatz
nach Wunsch geändert
werden.
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In 3 ist
die Funktion der hydraulischen und pneumatischen Teile des Dämpfers 10 gemäß einer
gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung schematisch dargestellt. Die Variablen Fahrzeuggewicht 118 und
Straßeneinwirkung 120 werden
durch das Luftaufhängungs- oder pneumatische
Höhenreguliersystem 116 des
Fahrzeugs bestimmt. Der resultierende dynamische Druck wird danach
an die Mündung 130 in der
Stange 24 geliefert, die dann nach Wunsch die Werte des
eingespeisten Luftdrucks mit höherer
Frequenz filtert. Der eingespeiste statische Druck wird dann durch
die Kolbenstange 24 zum Balg 128 übertragen,
der eine Stellung des Schiebekolbenventils 48 auf die offene,
Zwischen- und geschlossene
Stellung und zwischen diese einstellt. In Abhängigkeit von der Stellung des Schiebekolbenventils 48 kann
das hydraulische Fluid durch den Durchgang 38 in dem primären oder
ersten Zweig 40 und dem zweiten Zweig strömen, vorausgesetzt
dass das Schiebekolbenventil 48 zumindest teilweise geöffnet ist.
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Während eines
Kompressionshubs der Kolbenanordnung 22 wird, wenn das
Schiebekolbenventil 48 in einer offenen Stellung ist, ein
Fluidstrom durch die Öffnung 56 im
unteren Ende der zylindrischen Verlängerung 60 der Steuerventilanordnung 26 gestattet.
Fluid gelangt durch das Schiebekolbensteuerventil 48 und
die Öffnungen 54 und 68 zur
ringförmigen
Rille 66. Dies definiert einen Teil des Zweigs 44 des
Stromdurchgangs 38 durch die Kolbenanordnung 22.
In der ringförmigen
Rille 66 legt das Fluid Druck an die Ventilscheibe 46a an,
die sich entsprechend dem daran angelegten Druck an ihrem äußeren Umfang 76 biegt,
wobei der innere Umfang 70 auf der Abstützscheibe 74 abgestützt bleibt.
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Eine
Biegung der Ventilscheibe 46a öffnet einen Stromdurchgang
zwischen ihrem äußeren Umfang 76 und
einem ringförmigen
Leitungszweig 78 der Ventilplatte 50, was einen
Fluidstrom durch die Kolbenanordnung 22 von der Druckkammer 20 zur Ausdehnungskammer 18 und
umgekehrt gestattet. Die Ventilscheibe 46a bewirkt einen
Druckabfall, während
das Fluid durch die Kolbenanordnung 22 strömt, was
einen dämpfenden
Effekt für
die Bewegung der Kolbenanordnung 22 innerhalb des Zylinders 12 zur
Folge hat.
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Während einer
Kompressionsbewegung der Kolbeanordnung 22 wird Fluiddruck
ebenfalls auf die Ventilscheibe 42a angewendet. Die Ventilscheibe 46a ist
dafür ausgelegt,
sich unter einer geringeren Last zu biegen, und daher wird sich
die Ventilscheibe 42a unter geringer Belastung im Wesentlichen
nicht biegen. Da die Ventilscheiben 46a und 42a im
Stromdurchgang 38 mit dem offenen Schiebekolbenventil 48 parallel
angeordnet sind, wird jedoch ein ausreichend hoher Druckunterschied über die
Kolbenanordnung 22 bewirken, dass sowohl die Ventilscheibe 42a als
auch 46a öffnen.
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Der
während
einer Kompression durch die passiven Ventile erzeugte Dämpfungseffekt,
wobei das Schiebekolbensteuerventil 48 den Zweig 44 des Fluiddurchgangs 38 öffnet, ist
in 4 gezeigt. Die Kurven zeigen die Leistung der
Kolbenanordnung 22, die die Dämpfungskraft darstellen, die
für eine
gegebene Geschwindigkeit einer Bewegung durch den Zylinder 12 erzeugt
wird. Die Ventilscheibe 46a ist so ausgelegt, dass der
dämpfende
Effekt, den sie erzeugt, offenkundig ist, wenn das Schiebekolbensteuerventil 48 unter
höheren
Nutzlasten geschlossen ist.
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Wenn
das Schiebekolbensteuerventil 48 geschlossen ist, ist der
Stromweg durch den Zweig 44 des Stromdurchgangs 38 durch
die Kolbenanordnung 22 geschlossen. Während Kompressions- und Ausdehnungshube
der Kolbenanordnung 22 innerhalb des Zylinders 12 muss
daher Fluid durch den Zweig 40 strömen. Während eines Kompressionshubs
der Kolbenanordnung 22 wird, wenn das Schiebekolbensteuerventil 48 geschlossen
ist, ein in der Kompressionskammer 20 erzeugter Fluiddruck
durch den Kolben 22 übertragen.
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Innerhalb
der Kolbenanordnung 22 kann das Fluid zur Ausdehnungskammer 18 strömen. Daher wird
ein Fluidstrom von der Kompressions kammer 20 zur Ausdehnungskammer 18 durch
den Zweig 40 des Stromdurchgangs 38 gestattet,
was die Ventilscheibe 42a biegt. Dies hat einen Druckabfall
für einen
Fluidstrom durch den Durchgang 38 über die Kolbenanordnung 22 zur
Folge und ist für
eine Kompressions- und Ausfederungsbewegung durch die Kurven graphisch
dargestellt. Die Leistungskurven demonstrieren, dass für eine gegebene
Geschwindigkeit der Kolbenanordnung 22 während des
Dämpfungs-
oder Ausfederungsvorgangs des Stoßdämpfers 10 verglichen
mit der durch die Kompressionskurve demonstrierten Leistung eine
signifikant größere Kraft
entwickelt wird.
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Während eines
Ausdehnungshubs de Kolbenanordnung 22 innerhalb des Zylinders 12 mit
dem geschlossenen Schiebekolbensteuerventil 48 wird ein
in der Ausdehnungskammer 18 erzeugter Druckanstieg an die
Ventilscheibe 42a angelegt, und ein Fluidstrom bewegt sich
durch den Zweig 40 des Stromdurchgangs 38.
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Während einer
Ausdehnung bzw. Ausfahrbewegung des Stoßdämpfers 10 tritt, während Fluid durch
den Zweig 40 des Durchgangs 38 durch die Kolbenanordnung 22 strömt, wobei
die Ventilscheibe 42a gebogen wird, ein Druckabfall auf,
der die durch die Kurven in 4 graphisch
dargestellte Dämpfungsfunktion
bewirkt. Wie durch 4 demonstriert wird, ist die
entwickelte Dämpfungskraft,
die sich aus einer gegebenen Geschwindigkeit für die Bewegung der Kolbenanordnung 22 innerhalb
des Zylinders 12 ergibt, signifikant größer für die Kurven, welche die einzelne
Ventilscheibe 42a graphisch darstellen, als für die Kurven,
welche die parallele Kombination eines offenen oder teilweise offenen
Schiebekolbensteuerventils 48 und der Ventilscheibe 46 graphisch darstellen.
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Mittels
der vorhergehenden Struktur wird kompakte Druckregulierung geschaffen,
indem der Druckabfall gesteuert wird, während Fluid von ei ner Seite
der Kolbenanordnung 22 zur anderen strömt. Der Druckabfall wird durch
ein pneumatisches Eingangssignal modifiziert, das an die Steuerventilanordnung 26 gesendet
wird, was sie zwischen einer offenen, Zwischen- und geschlossenen
Stellung bewegt. Dies variiert selektiv die durch die Kolbenanordnung 22 erzeugte
relative Dämpfungskraft
zwischen der Karosserie und dem Rad eines Fahrzeugs, an dem der
Stoßdämpfer 10 angebracht
ist. Da die Steuerventilanordnung 26 statt innerhalb der
Stange 24 mit der Kolbenanordnung 22 getragen
wird, kann der Stangendurchmesser für einen Dämpfer mit einem Innenventil
verhältnismäßig klein
bleiben. Die verhältnismäßig geringe
Stangengröße minimiert den
Umfang einer Volumenkompensation, die für eine Fluidverschiebung erforderlich
ist, was reduzierte Anforderungen an die Gesamtabmessung der Kolbenanordnung 22 innerhalb
des Stoßdämpfers 10 zur
Folge hat. Dies zielt darauf ab, die Anwendungsfelder maximal auszudehnen,
in denen der Stoßdämpfer 10 genutzt
werden kann. Der Stromweg 38 durch die Kolbenanordnung 22 bleibt
für alle
variablen Zustände
der Druckregulierung verhältnismäßig direkt.
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Aus
der obigen Offenbarung der allgemeinen Prinzipien der vorliegenden
Erfindung und der vorhergehenden detaillierten Beschreibung von
zumindest einer bevorzugten Ausführungsform
erkennt der Fachmann ohne weiteres die verschiedenen Modifikationen,
die für
diese Erfindung möglich
sind. Daher möchten
wir nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente
beschränkt
werden.