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Hydraulischer Stoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge Bei hydraulischen
Stoßdämpfern ändert sich bekanntlich die Viskosität der dämpfenden Flüssigkeit in
verhältnismäßig starkem Maße mit der Temperatur, sofern man nicht besonders hochwertige
und demgemäß teuere Öle verwendet, bei denen die Abhängigkeit der Viskosität von
der Temperatur relativ klein ist. Um den Einfluß der Temperatur auf die Dämpfung
auszugleichen, ist es bereits bekannt, in den Durchlaßöffnungen für die dämpfende
Flüssigkeit ein Drosselglied anzuordnen, das durch ein Wärmeausdehnungselement nach
Maßgabe der Temperatur so gesteuert wird, daß es mit steigender Temperatur den Querschnitt
der Durchlaßöffnung verkleinert. Damit wird die Dämpfung nahezu unabhängig von der
Temperatur, auch wenn man als dämpfende Flüssigkeit Öle verwendet, deren Viskosität
sich stark mit der Temperatur ändert.
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Bei den bekannten Stoßdämpfern mit gesteuertem Querschnitt der Durchlaßöffnungen
dient als temperaturempfindliches Element ein Bi-Metallstreifen. Derartige Elemente
bringen aber nur eine relativ geringe Verstellkraft auf. Man kann handelsübliche
Bi-Metallstreifen aus der Stellung, die sie bei irgendeiner Temperatur annehmen,
meist schon mit geringem Kraftaufwand von Hand in eine Stellung biegen, die einer
anderen Temperatur entspricht. Die geringe Verstellkraft hat zur Folge, daß die
Steuerung schon bei leichten Verklemmungen unwirksam wird. Da Bi-Metallstreifen-Anordnungen
ein schwingungsfähiges Gebilde darstellen, sind sie auch verhältnismäßig störanfällig
gegen die beim Fahrbetrieb auftretenden Fahrstöße und Schwingungen.
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Es wurde nun .gefunden, daß sich die vorerwähnten Übelstände bei hydraulischen
Stoßdämpfern, die mit einem die temperaturabhängigen Viskositätsschwankungen der
Dämpfungsflüssigkeit ausgleichenden, durch ein Wärmeausdehnungselement gesteuerten
Drosselglied versehen sind, dann vermeiden lassen, wenn - wie das die Erfindung
vorsieht - das Wärmeausdehnungselement in an sich bekannter Weise aus einer in einem
dehnbaren Behälter eingeschlossenen Flüssigkeit hoher Wärmeausdehnung besteht, und
der Behälter in einem starrwandigen, aus zwei unter dem Einfluß der Wärmeausdehnung
des Behälters gegeneinander verschieblichen Teilen bestehenden Gehäuse untergebracht
ist, dessen einer Teil am Kolben befestigt ist, während sein anderer beweglicher
Teil mit dem Drosselglied kraftschlüssig verbunden ist. Die Erfindung macht dabei
die Tatsache nutzbar, daß der lineare Ausdehnungskoeffizient vieler Flüssigkeiten
um mehr als eine Größenordnung höher liegt als der lineare Ausdehnungskoeffizient
der Metalle. Dies gilt insbesondere von gewissen Kohlenwasserstoffen. Die in dem
dehnbaren, von dem zweiteiligen, starrwandigen Gehäuse umgebenen Behälter eingeschlossene
Flüssigkeit wirkt dabei grundsätzlich ebenso wie ein einfacher Stab, dessen Längenänderung
zur Steuerung des Drosselgliedes dient. Trotz des großen Verstellweges liefert die
in dem Behälter eingeschlossene Flüssigkeit vielfach höhere Verstellkräfte als ein
Bi-Metallstreifen. Sie ist daher auch bei Verklemmungen voll wirksam. Sie hat auch
nicht die nachteilige Eigenschaft des Bi-Metallstreifens, beim Auftreten mechanischer
Stöße in Schwingungen zu geraten und damit den Steuervorgang zu stören, da sie im
Gegensatz zum Bi-Metallstreifen kein schwingungsfähiges Gebilde darstellt.
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Wie schon erwähnt, ist die Verwendung von in dehnbaren Behältern untergebrachten
Flüssigkeiten mit Wärmeausdehnung für Steuerzwecke bereits bekannt gewesen. So hat
man die Wärmeausdehnung einer in einer Gummiblase untengebrachfen Flüssigkeit dazu
benutzt, den Drosselquerschnitt einer Rohrleitung mehr oder weniger stark zu drosseln.
Die vorbekannte Einrichtung dient aber nicht zum Ausgleich der Viskositätsschwankungen
der durch die Rohrleitung strömenden Flüssigkeit. Die in der Gummiblase eingeschlossene
Flüssigkeit mit Wärmeausdehnung wird durch einen elektrischen Heizleiter erwärmt,
steht also nicht unter dem Einfluß der Umgebungs
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der Einrichtung. Es handelt sich hier vielmehr um ein durch elektrische Fernsteuerung
zu betätigendes Drosselventil.
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Die Verwendung von in dehnbaren Behältern eingeschlossener Flüssigkeit
mit Wärmeausdehnung ist auch im Stoßdämpferbau bereits bekannt gewesen. Dabei geht
es aber lediglich um einen Ausgleich des temperaturabhängigen Volumens der Dämpfungsflüssigkeit.
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei der Erfindung um die Verwendung von mit Flüssigkeit
hoher Wärmeausdehnung gefüllten dehnbaren Behältern für den Ausgleich der temperaturabhängigen
Viskositätsänderungen der Dämpfungsflüssigkeit sowie um die Anordnung von Mitteln,
die eine solche Anwendungsweise überhaupt erst ermöglichen. Dazu gehört nämlich,
wie schon erwähnt, daß der die Flüssigkeit mit Wärmeausdehnung enthaltende dehnbare
Behälter in einem starrwandigen, aus zwei gegeneinander verschieblichen Teilen bestehenden
Gehäuse angeordnet wird, wodurch das thermische Steuerelement seine für den gekennzeichneten
Einbau notwendige mechanische Stabilität und Unabhängigkeit von dem umgebenden Dämpfungsmedium
erhält.
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Ein wesentlicher Vorteil des Dehnungselementes, dessen sich die Erfindung
bedient, liegt darin, daß seine wirksame Länge auch in beengtem Raum vielfach größer
gemacht werden kann als diejenige eines festen Dehnungsstabes oder eines Bi-Metallstreifens.
Denn während man bei den bekannten Elementen an eine bestimmte Form gebunden ist,
kann man dem Gehäuse, in das die Flüssigkeit eingeschlossen ist, nahezu jede beliebige
Form und daher auf gedrängtem Raum eine große wirksame Länge geben.
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Bei sinkender Temperatur zieht sich der die Flüssigkeit hoher Wärmeausdehnung
enthaltende, dehnbare Behälter zusammen. Diese Zusammenziehung hat jedoch keinen
Einfluß auf die relative Stellung der Teile des den dehnbaren Behälter umschließenden
starrwandigen Gehäuses, würde also die Stellung des Drosselgliedes unverändert lassen.
Die Erfindung sieht deshalb weiter vor, zur Verstellung des Drosselgliedes bei sinkender
Temperatur den dynamischen Druck der durch die Drosselöffnung strömenden Flüssigkeit
zu verwenden. Demgemäß erhält der Schieber, der als Drosselglied den Querschnitt
der Öffnung steuert, eine Leitfläche, die so angeordnet ist, daß der Strömungsdruck
der dämpfenden Flüssigkeit den Schieber zu öffnen sucht. In der einfachsten Ausführung
ist nur eine solche Leitfläche vorgesehen, so daß der dynamische Druck der Flüssigkeit
nur in einer Strömungsrichtung wirksam wird. Dies genügt jedoch im allgemeinen für
die meisten Anwendungen von Stoßdämpfern, weil die dämpfende Flüssigkeit im Betrieb
die Strömungsrichtung ohnehin fortwährend wechselt. Sind diese Voraussetzungen nicht
mit Sicherheit gegeben, so können auch zwei entgegengesetzt zueinander angeordnete
Leitflächen vorgesehen sein, so daß der Strömungsdruck der Flüssigkeit in beiden
Strömungsrichtungen wirksam wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht drei Ausführungsbeispiele der Erfindung
in Verbindung mit hydraulischen Stoßdämpfern für Fahrzeuge. Es zeigt Fig. 1 einen
Längsschnitt durch einen Stoßdämpfer, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig.
1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 ein Dehnungselement im Längsschnitt, Fig.4 eine
der Fig.2 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform, Fig. 5 einen
Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform, Fig. 6 einen Schnitt nach Linie
VI-VI in Fig. 5 in vergrößertem Maßstab, Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII
in Fig. 6 bei entfernter oberer Kolbenhälfte und Fig. 8 einen Schnitt durch eine
Drosselöffnung. Der Stoßdämpfer nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Zylinder
10, einem Kolben 11 mit Durchlaßöffnung 12, einer Kolbenstange 13, einer Manschette
14 und zwei Augen 15, die zum Anschluß an die Teile eines Fahrgestelles dienen.
Zug- und Druckkräfte suchen den Kolben 11 im Zylinder 10 zu verschieben. Der Zylinder
ist vollkommen mit Öl gefüllt und das bei der Kolbenverschiebung durch die Öffnung
tretende Öl wirkt vermöge der inneren Flüssigkeitsreibung auf die Verschiebung dämpfend.
Der Grad der Dämpfung hängt dabei von dem Durchlaßquerschnitt der Öffnung 12 ab.
Die wirksame Größe dieses Querschnittes wird durch einen temperaturgesteuerten Schieber
16 selbsttätig geändert. Dieses Drosselglied ist in Fig. 1 nur schematisch angedeutet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.2 sitzt der Schieber 16 am Ende eines
Hebels 17, der bei 19 auf dem Kolben drehbar gelagert ist. In möglichst geringem
Abstand vom Drehpunkt 19 greift bei 20 ein unten näher zu beschreibendes Dehnungselement
21 an dem Hebel 17 an. Das Element 21 ist um einen Zapfen 22 am Kolben drehbar gelagert
und hat die Eigenschaft, seine Länge mit steigender Temperatur zu vergrößern. Zur
besseren Führung des Hebels 17 dient ein Bügel 23. Steigt die Temperatur, so wächst
der Abstand zwischen den Punkten 20 und 22 und der Schieber 16 verringert den Durchlaßquerschnitt
der Öffnung 12, indem er sich über einen Teil dieser Öffnung legt. Dadurch steigt
die drosselnde Wirkung, und der Verlust an Dämpfung zufolge der verringerten Viskosität
des Öles wird ausgeglichen. Die gewünschte Charakteristik kann durch geeignete Formgebung
der Gestaltung der Durchlaßöffnung 12 und des Schiebers 16 oder geeignete kinematische
Bedingungen erhalten werden.
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Das in Fig.3 im Längsschnitt dargestellte Dehnungselement 21 besteht
aus einer doppelwandigen Kapsel, die mit einer Flüssigkeit von hohem thermischem
Ausdehnungskoeffizienten, etwa einem Kohlenwasserstoff, gefüllt ist. Die innere
Wandung 24 besteht aus leicht nachgiebigem Kunststoff und folgt daher der Dehnung
und Zusammenziehung der Flüssigkeit bei Änderungen der Temperatur. Die äußere Wandung
wird von einem zweiteiligen Metallgehäuse gebildet, dessen Teile von Zylindern 25
und 26 gebildet werden, die ineinander geführt und an den äußeren-Enden geschlossen
sind. Zur Aufnahme des Zylinders 26 ist der Zylinder 25 bei 27 etwas erweitert.
Augen 28 und 29 dienen zum Anschluß an die Gelenke 20 und 22. Dehnt sich die Flüssigkeit,
so werden die Zylinder 25 und 26 auseirnandergeschoben und verstellen damit den
Hebel 17. Zieht sich die Flüssigkeit zusammen, so schrumpft zwar die innere Wandung
24, jedoch ohne die relative Stellunz der Zylinder 25 und 26 zu beeinflussen.
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Zur Rückführung der Zylinder 25, 26 dient der Strömungsdruck der dämpfenden
Flüssigkeit. Zu diesem Zweck weist der Schieber 16 eine Schrägfläche 18 auf, die
von der durch die Öffnung 12 strömenden Flüssigkeit so beaufschlagt wird, daß der
dynamische Druck den Schieber zu öffnen sucht. Dadurch werden die Zylinder 25 und
26 wieder so weit zusammengeschoben, wie es das Volumen der Flüssigkeit in der Kapsel
21 zuläßt. Diese Wirkung tritt zwar nur dann ein, wenn die Flüssigkeit in Richtung
des in Fig. 1
gezeichneten Pfeiles fließt. Dies ist jedoch im allgemeinen
praktisch bedeutungslos, da auf den Stoßdämpfer im Betrieb fortwährend in der Richtung
wechselnde Kräfte einwirken.
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Bei der Ausführung nach Fig.4 findet ein Dehnungselement von grundsätzlich
gleicher Art Verwendung. Jedoch ist der feststehende Zylinder durch ein gekrümmtes
Rohr 30 ersetzt, so daß er trotz seiner großen wirksamen Länge leicht innerhalb
des Stoßdämpfers untergebracht werden kann. Auf diese Weise wird ein Gestänge zur
Übertragung der Bewegung des verschiebbaren Zylinders 31 auf den Schieber überflüssig.
Der Schieber 32 ist demgemäß unmittelbar am Zylinder 31 befestigt. Bügel 33 und
ein Winkel 34 dienen zur Festlegung des gekrümmten Rohres 30.
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Die Ausführung nach Fig. 4 soll veranschaulichen, daß man die Kapsel
nahezu beliebig lang, den Verstellweg also nahezu beliebig groß machen kann, da
man dem feststehenden Teil des Gehäuses des Dehnungselementes jede Form geben kann.
So könnte man das gekrümmte Rohr 30 leicht dadurch erheblich verlängern, daß man
es in der Form einer Schraubenlinie oder einer Spirale fortsetzt.
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In Fig. 5 bis 8 sind Teile, die mit denen nach Fig. 1 übereinstimmen,
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Kolben des Stoßdämpfers nach Fig. 5
bis 8 besteht aus zwei miteinander zugewandten Ausdrehungen versehenen Hälften 35,
36, die mit ihren Rändern aufeinanderliegen und durch nicht gezeichnete Mittel miteinander
verbunden sind. In der durch die Ausdrehungen gebildeten Kammer liegen zwei Drehschieber
37 und 38, die von flachen zylindrischen Scheiben gebildet werden und in der Kammer
um die Kolbenachse drehbar sind. Beide Kolbenhälften weisen achsparallele Bohrungen
39 (obere Kolbenhälfte) und 40 (untere Kolbenhälfte) auf, die in Flucht miteinander
liegen. Vier solche Bohrungen sind insgesamt vorgesehen (Fig. 6). In den Schiebern
befinden sich entsprechende konische Bohrungen 41 (oberer Schieber) und 42 (unterer
Schieber) in mit den Kolbenbohrungen identischer Anordnung. Bei niedrigster Temperatur
fallen die Schieberbohrungen mit den Kolbenbohrungen zusammen und ergeben so den
größten Durchlaßquerschnitt. Steigt die Temperatur, so wird der obere Schieber 37
im Uhrzeigersinn und der untere Schieber 38 entgegen dem Uhrzeigersinn (Fig. 6)
gedreht. Damit wird der Durchlaßquerschnitt in doppelter Wirkung verkleinert.
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Zum Antrieb der Schieber dienen Dehnungselemente 43 und 44 von gekrümmter
Form, also von gleicher Art wie in Fig. 4. Diese Elemente sind in Kammern innerhalb
der beiden Kolbenhälften 35, 36 untergebracht. Die Gehäuseteile der Dehnungselemente
sind durch Zapfen 45, 46 gegen die Kolbenhälften 35, 36 und durch Zapfen 47, 48
gegen die Drehschieber 37, 38 abgestützt.
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Zur Rückführung bei sinkender Temperatur dient wiederum der Strömungsdruck.
Haben sich die Schieber zufolge Temperaturerhöhung gegeneinander verstellt, so liegen
die konischen Bohrungen in den Schiebern axial gegeneinander versetzt, wie in Fig.
8 vergrößert wiedergegeben ist. Der dynamische Druck der durchströmenden Flüssigkeit
wirkt auf die von den konischen Bohrungen gebildeten Leitflächen und ist bestrebt,
die Bohrungen wieder in Flucht miteinander und damit die Schieber in die Grundstellung
zu bringen.
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Die Bauart nach Fig. 5 bis 8 hat im übrigen den Vorteil, daß Schieber
und Schieberantrieb weitgehend von den Öldrücken entlastet sind. Die Steuerung jeder
Öffnung durch zwei Schieber, deren Wirkungen sich addieren, gibt der Anordnung eine
steilere Steuercharakteristik.