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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Stoßdämpfer, der mit Hilfe des Strömungswiderstandes von Öl, das aus einer Kolbenkammer in einem Zylindergehäuse strömt, mechanische Stöße absorbiert, die beim Anhalten eines sich bewegenden Objektes bewirkt werden.
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Hydraulische Stoßdämpfer, welche die Dämpfungskapazität steuern, um die Spitzenwerte der Stoßbeschleunigung soweit wie möglich zu beeinflussen oder zu verringern, sind beispielsweise in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung
JP S62-140 241 U oder der ungeprüften japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 2006-250 309 A beschrieben. Der in der
JP S62-140 241 U beschriebene Stoßdämpfer weist ein Zylindergehäuse und eine in dem Zylindergehäuse ausgebildete Kolbenkammer auf. Die Kolbenkammer ist mit Öl gefüllt und weist eine sich verjüngende Gestalt auf, die sich derart verengt, dass sie eine lineare oder quadratisch gekrümmte Form in der Bewegungsrichtung eines Kolbens aufweist. Der in der
JP 2006-250309 A beschriebene Stoßdämpfer weist eine Kolbenkammer mit einer inneren Fläche auf, die konisch geformt ist und sich in einer Bewegungsrichtung eines Kolbens mit einem Konizitiätsverhältnis von 1/50 bis 1/130 linear verengt.
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Da bei dem Stoßdämpfer gemäß der
JP S62-140 241 U die Größe einer Öffnung, die in einem Spalt zwischen dem Zylindergehäuse und dem Kolben ausgebildet ist, bei der Bewegung des Kolbens verkleinert, ist die Kapazität zur Dämpfung von Stößen zu Beginn der Dämpfung gering. Wenn sich eine Stange bewegt, um die Größe der Öffnung zu verringern, nimmt die Energieabsorptionsrate zu und die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objektes, das durch die Dämpfung angehalten werden soll, sinkt. Bei dem in der
JP 2006-250309 A beschriebenen Stoßdämpfer wird unter bestimmten Bedingungen ein Versuch mit einer speziellen Versuchsanordnung durchgeführt. Das Ergebnis des Experiments zeigt, dass die Spitze der Stoßbeschleunigung in einem Konizitiätsbereich von 1/50 bis 1/130 gering ist, so dass dieser Bereich für die Dämpfung des Stoßes sehr effektiv ist.
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Die zwischen dem Zylindergehäuse und dem Kolben ausgebildete Öffnung befördert vorzugsweise folgende Prozesse: in dem frühen Zustand, in dem ein sich bewegendes Objekt, das durch Dämpfen angehalten werden soll, mit der Spitze der Stange kollidiert und dann das Anhalten durch Dämpfen beginnt, wird die Stoßstärke gedämpft, während die Öffnungsfläche groß gehalten wird. Dadurch werden Kollisionsgeräusche und Staubemissionen verringert. In der anschließenden mittleren Stufe wird die Größe der Energieabsorption erhöht, um das Objekt soweit abzubremsen, dass eine Rückwärtsbewegung oder Abprallen (Rebounding) des sich bewegenden Objektes in der Endstufe verhindert wird. Schließlich wird das Objekt in der Endstufe durch Dämpfung angehalten. Leider können die in der
JP S62-140 241 U und der
JP 2006-250309 A beschriebenen Stoßdämpfer diese gewünschten Erfordernisse nicht ausreichend befriedigen.
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Obwohl der in der
JP S62-140 241 U beschriebene Stoßdämpfer, insbesondere ein Stoßdämpfer mit einer sich quadratisch gekrümmt verjüngenden Gestaltung, wie er in
1 der
JP S62-140 241 U gezeigt ist, die Stoßstärke dämpfen kann und die Kollisionsgeräusche und Staubemissionen mit einer frühen Stufe, in welcher das Anhalten eines sich bewegenden Objektes durch Dämpfen beginnt, in gewissem Maße verringern kann, wird insbesondere in der mittleren Stufe die Energie nur unzureichend absorbiert. Da in der Nähe des Hubendes sehr schnell ein großer Widerstand aufgebracht wird, kann nicht ausreichend verhindert werden, dass das sich bewegende Objekt an einer Halteposition abprallt. Insbesondere bewirkt die Höhe der Geschwindigkeit, mit welcher das sich bewegende Objekt mit der Stange kollidiert, ein Abprallen des sich bewegenden Objektes an der Halteposition. Durch die Dämpfung kann kein ausreichendes Anhalten erreicht werden.
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Dieses Problem soll anhand eines durch die Erfinder durchgeführten Experiments erläutert werden.
2(A) zeigt die Beziehung zwischen dem Innendurchmesser einer Kolbenkammer und einer Position eines Kolbenhubes an einem Fall, bei dem eine Kolbenkammer eine gekrümmte Innenfläche a aufweist, wie in einer repräsentativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und einem Fall, bei dem eine Kolbenkammer eine konische Innenfläche b wie bei dem in der
JP S62-140 241 U oder der
JP 2006-250309 A aufweist.
2(B) zeigt schematisch die Beziehung zwischen der Hubposition und dem durch eine Stange in den einzelnen Fällen auf ein sich bewegendes Objekt aufgebrachten Widerstand, wobei die Beziehung durch die Kurven a' beziehungsweise b' gezeigt wird.
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Wie sich aus den
2(A) und
2(B) ergibt, trägt bei einem bekannten hydraulischen Stoßdämpfer, der eine Kolbenkammer mit einer sich verjüngenden Gestaltung aufweist, der durch eine Stange auf das bewegliche Objekt aufgebrachte Widerstand, das heißt die Energieabsorption durch den Stoßdämpfer, in der frühen Stufe anders als bei dem Fall, bei welchem die größere Öffnung konstant ist (beispielsweise dem in
3 der
JP S62-140 241 U gezeigten Fall), nicht ausreichend zu der Dämpfung des Stoßes bei (vgl. die Kurve b' in
2(B)), da eine Verengung der Öffnung beginnt, obwohl das sich bewegende Objekt in der frühen Stufe, in welcher das Anhalten des sich bewegenden Objektes durch Dämpfung beginnt, sehr schnell mit der Stange kollidiert. Somit kann keine zufriedenstellende Verringerung der Kollisionsgeräusche und der Staubemission erreicht werden. Wie in
2(a) der
JP S62-140 241 U und
2(B), in welcher die Kurve b' einen hohen Widerstand zeigt, der ein Abprallen in der Nähe des Hubendes unmittelbar vor dem Anhalten des sich bewegenden Objektes durch Dämpfen bewirkt, gezeigt ist, ist die Energieabsorption in der mittleren Stufe nach der frühen Stufe offensichtlich nicht ausreichend.
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Die
DE 696 11 937 T2 beschreibt einen Teleskopdämpfer mit einer Hauptdruckkammer, in welcher ein Hauptkolben hin- und hergleitet. Die Hauptdruckkammer kann mit einer inneren Umfangsseite mit rundem Querschnitt, deren Durchmesser sich gemäß der Längsachse ändert, ausgeführt sein, wodurch eine veränderliche Dämpfung erzielt werden kann.
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Die Offenlegungsschrift
DE 29 23 381 A1 offenbart eine Elastomer-Stoßdämpfereinrichtung mit einem Behälter, der mit einem Elastomer gefüllt ist, und einem darin verschiebbaren Schaft, welcher in einer den Behälter verschließenden Führung geführt wird. Der Behälter weist einen sich an der Seite der Schaftführung verändernden Innendurchmesser auf, wobei die Mantellinie des Behälters eine gerade, konvexe oder konkave Kurve bilden kann.
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Stoßdämpfer müssen in der Lage sein, unterschiedliche Typen sich bewegender Objekte durch Dämpfen anzuhalten, wobei es schwierig ist, eine Kolbenkammer herzustellen, die das gedämpfte Anhalten unterschiedlicher Typen ermöglicht. Die oben beschriebene Art des gedämpften Anhaltens wird durchgeführt, obwohl sie keine ausreichende Steuereigenschaften aufweist, da die Kolbenkammer so geformt ist, dass sie so viele verschiedene Arten des gedämpften Anhaltens wie möglich unterstützt und einfach durch Gießen hergestellt werden kann.
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Es werden aber oft Stoßdämpfer gefordert, die bei einer gewissen Beeinträchtigung der Formbarkeit gute Leistungen und Dämpfungseigenschaften aufweisen. Es soll daher ein Stoßdämpfer vorgeschlagen werden, der sowohl eine gewisse Formbarkeit und gleichzeitig eine weitgehende Erfüllung der Leistungsanforderungen ermöglicht.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydraulischen Stoßdämpfer vorzuschlagen, der es ermöglicht, einen Kolben durch Dämpfung an dem Hubende stabil anzuhalten, indem die Veränderung der Durchmesserverringerung der Innenfläche einer Kolbenkammer in den folgenden einzelnen Stufen passend eingestellt wird: eine Stufe, in welcher ein sich bewegendes Objekt an der Spitze der Stange des Kolbens anschlägt, so dass der Kolben beginnt, sich zu bewegen, der anschließenden Stufe der Hauptbremsung, und der anschließenden Endstufe für das gedämpfte Anhalten.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stoßdämpfer vorzuschlagen, der eine Kolbenkammer mit einem Stababschnitt, einem Hauptbremsabschnitt und einem Endabschnitt aufweist, wobei die einzelnen Abschnitte unterschiedliche Hubbereiche aufweisen und unterschiedliche Durchmesserverringerungen innerhalb der Hubbereiche, um Eigenschaftsanforderungen zu genügen, so dass der Stoßdämpfer flexibel einen großen Bereich von Stoßdämpfungsmodellen abdecken kann.
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Diese Aufgaben werden mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein hydraulischer Stoßdämpfer vorgeschlagen, der ein Zylindergehäuse, eine in dem Zylindergehäuse ausgebildete Kolbenkammer, die mit Öl gefüllt ist, einen in der Kolbenkammer aufgenommenen Dämpfungskolben, der sich in der axialen Richtung der Kolbenkammer bewegen kann, und eine Stange aufweist, deren Basisende mit dem Kolben verbunden ist, wobei die Spitze der Stange in einem abgedichteten Zustand aus dem Zylindergehäuse herausgeführt ist, wobei in einem Startabschnitt, in welchem ein sich bewegendes Objekt mit der Spitze der Stange kollidiert, so dass der Kolben seine Bewegung beginnt, die Innenfläche der Kolbenkammer so geformt ist, dass sie eine Krümmung mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als eine virtuelle sich verjüngende Oberfläche, die innerhalb der Durchmesserdifferenz D zwischen dem Startende eines Hubbereiches des Kolbens und dem schmaler als das Startende ausgebildeten Hubende ausgebildet ist. In einem Hauptbremsabschnitt hinter dem Startabschnitt wird die Veränderung der Durchmesserverringerung der Innenfläche allmählich erhöht, was dazu führt, dass der Durchmesser kleiner wird als der der virtuellen sich verjüngenden Oberfläche, wobei die Kurve derart geformt ist, dass die Änderung der Variation der Durchmesserverringerung den maximalen Veränderungspunkt erreicht und sich von positiv in negativ ändert. In einem Endabschnitt hinter dem Punkt der maximalen Veränderung in dem Hauptbremsabschnitt wird die Veränderung der Durchmesserverringerung allmählich verringert, was dazu führt, dass eine Kurve für das gedämpfte Anhalten des Kolbens ausgebildet wird.
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Beim Stoßdämpfer der vorliegenden Erfindung hat die Innenfläche der Kolbenkammer eine Krümmung von der zentralen Achse der Kolbenkammer in dem Startabschnitt und dem Hauptbremsabschnitt nach außen, während in dem Endabschnitt die Krümmung zu der zentralen Achse der Kolbenkammer nach innen gerichtet ist. Außerdem ist der Punkt der maximalen Veränderung an dem Ende des Hauptbrems-abschnittes in dem Hubbereich des Kolbens an einer Position angeordnet, an welcher die kinetische Energie in einem Maße gedämpft wird, dass ein Anhalten des Kolbens durch Dämpfen innerhalb eines Hubbereiches in dem Endabschnitt hinter dem Hauptbremsabschnitt ermöglicht wird.
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Bei den Stoßdämpfern gemäß der vorliegenden Erfindung reicht der Startabschnitt von dem Beginn des Hubes des Kolbens vorzugsweise bis etwa 15% des Hubes in der Innenfläche der Kolbenkammer. Der Hauptbremsabschnitt erstreckt sich vorzugsweise von dem Ende des Startabschnitts bis zu etwa 60% des Hubes, während der Rest des Hubes nach dem Hauptbremsabschnitt den Endabschnitt bildet.
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Die Veränderung (ε/D) der verengten Strömung an dem Punkt, an welchem der Hub von dem Startabschnitt in den Hauptbremsabschnitt übergeht, beträgt wenigstens 6%. Die Veränderung C/D des Innendurchmessers der Kolbenkammer an dem Punkt der maximalen Veränderung liegt bei 40 bis 70%. Das Verhältnis δ/D der maximalen Differenz δ zwischen dem Innendurchmesser der virtuellen sich verjüngenden Oberfläche und der Kurve innerhalb der Kolbenkammer zu der Durchmesserdifferenz D liegt in dem Endabschnitt zwischen 10 bis 25%.
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Der oben beschriebene hydraulische Stoßdämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, den Kolben an dem Hubende stabil durch Dämpfung anzuhalten, da die Veränderungen der Durchmesserverringerung der Innenfläche der Kolbenkammer in den folgenden individuellen Stufen passend eingestellt werden: der Stufe, in welcher ein sich bewegendes Objekt an der Spitze der Stange des Kolbens anschlägt, so dass der Kolben seine Bewegung beginnt; der anschließenden Stufe, in welcher die wesentliche Abbremsung erfolgt; und der anschließenden Endstufe zum gedämpften Anhalten des Kolbens. Außerdem ist der Stoßdämpfer vorgesehen, welcher die Kolbenkammer mit dem Startabschnitt, dem Hauptbremsabschnitt und dem Endabschnitt aufweist, wobei die einzelnen Abschnitte unterschiedliche Hubbereiche und Veränderungen der Durchmesserverringerung innerhalb dieser Hubbereiche aufweisen, um den Eigenschaftsanforderungen zu genügen. Hierdurch wird ein Stoßdämpfer erreicht, der flexibel einen großen Bereich von Stoßdämpfungsmodellen abdecken kann.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Daher bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüche oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Schnitt, der den Grundaufbau einer Ausführungsform eines hydraulischen Stoßdämpfers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2(A) zeigt schematisch die Innenform einer Kolbenkammer des Stoßdämpfers gemäß der vorliegenden Erfindung im Verhältnis zu einem Stoßdämpfer mit einer bekannten konischen Fläche.
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2(B) zeigt schematisch die Beziehung der Hubpositionen und des durch die Stangen in den Stoßdämpfern auf sich bewegende Objekte aufgebrachten Widerstandes.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt den Grundaufbau einer Ausführungsform eines hydraulischen Stoßdämpfers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Stoßdämpfer umfasst ein Zylindergehäuse 1 mit einer zylindrischen Form und eine Kolbenkammer 2, die in dem Zylindergehäuse 1 vorgesehen ist und mit unter Druck stehendem Öl gefüllt ist. Ein Dämpfungskolben 3 ist so in der Kolbenkammer 2 aufgenommen, dass er sich in der axialen Richtung der Kolbenkammer 2 bewegen kann. Die Spitze einer Stange 4, deren Basisende mit dem Kolben 3 verbunden ist, ist in einem abgedichteten Zustand aus dem Zylindergehäuse 1 herausgeführt. Die Spitze dient als ein Kollisionsende 4a, an welchem ein sich bewegendes Objekt, das durch Dämpfen angehalten werden soll, anschlägt.
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Nun wird die Gestaltung des Zylindergehäuses 1 im Detail beschrieben. Das Zylindergehäuse weist eine kopfseitige Endwand 2a auf, die an der Seite des Basisendes in der Richtung einer zentralen Achse L angeordnet ist. Ein Öleinlassloch 6, durch welches der Kolbenkammer 2 Öl zugeführt wird, ist in der kopfseitigen Endwand 2a ausgebildet. Die Öleinlassöffnung 6 wird durch einen Stopfen 7 abgedichtet. Die Kolbenkammer 2 ist zwischen der kopfseitigen Endwand 2a und einer Trennwand 9 einer Sammelkammer 8 vorgesehen, die in dem Zylindergehäuse 1 an der vorderen Seite in Richtung der Achse L ausgebildet ist. Obwohl die Trennwand 9 teilweise als eine stangenseitige Abtrennung der Kolbenkammer dient, muss die Trennwand 9 des Sammlers (Akkumulators) 8 nicht für eine solche Abtrennung genutzt werden.
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Die Kolbenkammer 2 weist einen Innenfläche auf, deren Innendurchmesser sich allmählich zu der tiefen Seite (Seite der Endwand 2a) allmählich verringert, so dass eine Kurve a gebildet wird (vgl. 2(A)). Der Dämpfungskolben 3 hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Kolbenkammer 2, und ist in der Kolbenkammer 2 so aufgenommen, dass er sich in der axialen Richtung der Kolbenkammer 2 bewegen kann (das heißt in Richtung der Achse L des Zylindergehäuses 1). Das Basisende der Stange 4 ist mit dem Kolben 3 verbunden. An der Stange 4 ist zusätzlich zu dem Kolben 3 über eine Mutter 14 ein Federsitz 13 angebracht. Zwischen den Federsitz 13 und der kopfseitigen Endwand 2a ist eine Rückführfeder 12 vorgesehen, welche den Kolben 3 ständig zu der Ursprungsposition (Position gemäß 1), an welcher der Kolben 3 an der Trennwand anliegt, drückt.
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Die mit dem Kolben 3 verbundene Stange 4 durchtritt eine zentrale Öffnung 9a der Trennwand 9 der Sammelkammer 8 und ist in einem abgedichteten Zustand nach außen geführt, wobei sie die zentralen Öffnungen einer ringförmigen Stangendichtung 16 und einer Endabdeckung 15 durchtritt, welche das stangenseitige Ende des Zylindergehäuses 1 verschließt. Die Stangendichtung 16 ist zwischen der Trennwand 9 und der Endabdeckung 15 vorgesehen.
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Ein elastisches Element 18, das beispielsweise aus einem zellförmigen Material mit geschlossener Zelle geformt ist, so dass es schrumpfen und expandieren kann, ist in der Sammelkammer 8 zwischen der Innenfläche des Zylindergehäuses 1 und der Trennwand 9 aufgenommen. Die Sammelkammer 8 steht durch eine Öffnung 9b in der Trennwand 9 mit der Kolbenkammer 2 in Verbindung. Die Sammelkammer 8 und die Kolbenkammer 2 sind mit unter Druck gesetztem Öl gefüllt.
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In dem Fall, dass ein durch Dämpfen zu stoppendes, sich bewegendes Objekt an der Ursprungsposition gemäß 1 an der Spitze der Stange 4 anschlägt, drückt die Stange 4 gegen den Kolben 3, so dass sich der Kolben 3 in Richtung der tiefen Seite (zu der Endwand 2a) verschiebt. Hierbei wird die kinetische Energie des sich bewegenden Objektes durch den Strömungswiderstand des durch einen Strömungsspalt (Öffnung), der um den Kolben 3 ausgebildet ist, strömenden Öls absorbiert, so dass das Objekt gedämpft angehalten wird.
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Während der Bewegung des Kolbens 3 und der Stange 4 von der Ursprungsposition zu der tiefen Seite nimmt die Sammelkammer 8 das Öl mit Hilfe des schrumpfenden elastischen Elementes 18 in einer Menge auf, die dem Volumen der Stange 4, die in die Kolbenkammer 2 eingetreten ist, entspricht.
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In Bezug auf 2 wird nun die spezielle Gestaltung der gekrümmten Innenflächen der Kolbenkammer 2 und insbesondere die Beziehung einer Hubposition des Kolbens 3 innerhalb des Hubbereiches des Kolbens 3 zu dem um den Kolben 3 ausgebildeten Strömungsspalt (Öffnung) erläutert. Der Strömungsspalt wird durch den Innendurchmesser der Kolbenkammer 2 definiert. Da die Innenfläche der Kolbenkammer 2 im Wesentlichen der Kurve a entspricht, wird die ”Innenfläche” nachfolgend mit dem Symbol ”a” bezeichnet.
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2(A) zeigt die Beziehung zwischen der Hubposition des Kolbens 3 und dem Innendurchmesser der Kolbenkammer 2 bei der repräsentativen Gestaltung der Innenfläche a der Kolbenkammer 2 gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Innenfläche einer Kolbenkammer 2 wie bei bekannten Stoßdämpfern als konische Fläche b ausgebildet ist.
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Insbesondere wird die Hubposition des Kolbens 3 grob in drei Abschnitte unterteilt: einen Startabschnitt S, in welchem ein sich bewegendes Objekt an der Spitze der Stange 4 anschlägt, so dass der Kolben 3 seine Bewegung beginnt; einen Hauptbremsabschnitt M nach dem Startabschnitt S; und einen Endabschnitt E, in welchem der in dem Hauptbremsabschnitt M abgebremste Kolben 3 eingehalten wird. In den einzelnen Abschnitten ist die Beziehung der Hubposition des Kolbens 3 zu dem Innendurchmesser der Kolbenkammer 2 wie folgt definiert:
In der Startphase S hat die Innenfläche a der Kolbenkammer 2 einen Innendurchmesser, der größer ist als der einer virtuellen konischen Fläche b, die in der Kolbenkammer 2 so ausgebildet ist, dass sie sich innerhalb eines Durchmesserunterschiedes D zwischen dem Startende und dem Hubende des Hubbereiches des Kolbens 3 linear verengt. Außerdem hat die Innenfläche a eine gegenüber der zentralen Achse L der Kolbenkammer 2 nach außen gerichtete Krümmung. In dem Startabschnitt S beginnt die Verringerung des Durchmessers der Innenfläche a der Kolbenkammer 2, wobei Kollisionsgeräusche und Staubemissionen in der Stufe verringert werden, in welcher ein sich bewegendes Objekt an der Spitze der Stange 4 anschlägt, so dass der Kolben 3 seine Bewegung beginnt. Der Startabschnitt S ist ein Hubbereich vor dem anschließenden Hauptbremsabschnitt M, mit anderen Worten dem Hauptbremsabschnitt M, in welchem die Energie des Kolbens 3 durch die Durchmesserverringerung der Innenfläche a der Kolbenkammer 2 absorbiert wird, um die gewünschte Abbremsung des Kolbens 3 durch den Stoßdämpfer zu erreichen.
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Die Krümmung gegenüber der zentralen Achse L ist in dem Startabschnitt S an einer Querschnittsfläche, die die Achse L umfasst, im Wesentlichen so gewählt, dass sie durch einfache Formeln ausgedrückt werden kann, beispielsweise eine quadratische Gleichung mit zwei Unbekannten. Dadurch kann beispielsweise die Steuerung von Herstellungsprozessen vereinfacht werden. Der große Durchmesser der Innenfläche der Kolbenkammer 2 gegenüber der virtuellen konischen Fläche b bedeutet, dass ein Fall umfasst wird, bei dem der Durchmesser der Innenfläche der Kolbenkammer 2 größer ist als der maximale Durchmesser der konischen Fläche b in dem Ursprungszustand, und umfasst den Fall, in welchem der durch die Kollision eines sich bewegendes Objektes mit der Spitze der Stange 4 bewirkte Stoß gleichmäßig gedämpft wird.
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Die Innenfläche a der Kolbenkammer 2 in dem Startabschnitt S geht gleichmäßig (ohne Sprünge) in die Innenfläche a in dem Hauptbremsabschnitt M hinter dem Startabschnitt S über, wobei sie weiterhin einen Durchmesser aufweist, der größer ist als die virtuelle konische Fläche b. Die Innenfläche a hat eine wie folgt geformte Krümmung: die Veränderung der Durchmesserverringerung (Steigung) nimmt allmählich zu, um die gewünschte Abbremsung des Kolbens 3 durch den Stoßdämpfer zu erreichen. Dann wird der Durchmesser kleiner als der der virtuellen konischen Fläche b. Die Veränderung der Durchmesserverringerung erreicht den maximalen Veränderungspunkt P, an welchem sich die Änderung der Veränderung der Durchmesserverringerung von positiv in negativ ändert. Somit hat in dem Hauptbremsabschnitt M die Innenfläche a eine Krümmung, die von der zentralen Achse L der Kolbenkammer 2 nach außen gerichtet ist.
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Bis auf einen Abschnitt, der gleichmäßig in die anschließende gekrümmte Fläche übergeht, wird angestrebt, dass die gekrümmte Fläche in dem Hauptbremsabschnitt M an einer Querschnittsfläche, welche die Achse L umfasst, als eine Kurve geformt ist, die sich durch eine einfache Formel ausdrücken lässt, beispielsweise eine quadratische Gleichung mit zwei Unbekannten, wie bei der gekrümmten Fläche in dem Startabschnitt S. Andererseits ist es in dem Hauptbremsabschnitt M wichtig, eine Gestaltung zu wählen, die eine Anpassung der Energieabsorptionsrate in Abhängigkeit von der Energiemenge des sich bewegenden Objektes ermöglicht, so dass der Widerstand zum Anhalten des sich bewegenden Objektes durch Dämpfung in dem Endabschnitt E (Endstufe) schnell erhöht werden kann. Eine starke Kollision an dem Hubende und ein Abprallen (Rebound) in der Nähe des Hubendes auf Grund einer nicht ausreichenden Absorption der kinetischen Energie vor dem Hubende soll vermieden werden. Die Geschwindigkeit des Kolbens 3 verringert sich weiter durch den Widerstand, der durch den Innendurchmesser der Kolbenkammer 2 in dem Hauptbremsabschnitt M erreicht wird, bis zu einem Maße, der es ermöglicht, den Kolben 3 in den anschließenden Endabschnitt E durch Dämpfen sanft anzuhalten. Dadurch wird der Spitzenwert des Widerstands in 2(B) soweit wie möglich verringert.
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Auf der Basis der obigen Beschreibung muss der maximale Veränderungspunkt P an dem Hubende in dem Hauptbremsabschnitt wenigstens an einer Position angeordnet werden, die eine ausreichende Absorption der kinetischen Energie erlaubt, um den Kolben 3 innerhalb des Hubbereiches in dem anschließenden Endabschnitt E durch Dämpfen anzuhalten (weiche Landung). Die Position des maximalen Veränderungspunktes P muss auch im Hinblick auf die Gewährleistung des Hubbereiches in den Endabschnitt E festgelegt werden.
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Der Endabschnitt E hinter dem maximalen Veränderungspunkt P in den Hauptbremsabschnitt M hat eine Krümmung, die gleichmäßig in die Krümmung des Hauptbremsabschnittes M übergeht, wobei die Veränderung der Durchmesserverringerung allmählich abnimmt, so dass der Kolben 3 durch Dämpfung angehalten wird. In dem Endabschnitt E wird dadurch die kinetische Energie des sich bewegenden Objektes, das in dem Hauptbremsabschnitt M abgebremst wurde, vor dem Hubende weiter absorbiert und dann so gesteuert, dass eine starke Kollision an dem Hubende und ein Abprallen in der Nähe des Hubendes verhindert wird und ein sanftes Anhalten ermöglicht wird. Obwohl die allmähliche Verringerung der Veränderung der Durchmesserverringerung in dem Endabschnitt E dazu führt, dass die Kolbenkammer 2 einen verringerten Durchmesser aufweist und dass die Kurve nach innen zu der zentralen Achse L gerichtet ist, muss wie bei bekannten Stoßdämpfern an dem Hubende ein Freiraum von 1/100 bis 5/100 mm zwischen dem Kolben 3 und der Innenseite der Kolbenkammer 2 vorgesehen werden.
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Um die oben beschriebene Beziehung zwischen der Hubposition des Kolbens 3 und dem Innendurchmesser der Kolbenkammer 2 zu erreichen, wird der Startabschnitt S normalerweise im Bereich von dem Hubbeginn des Kolbens 3 bis zu 15% des Hubes in der Innenfläche a der Kolbenkammer 2 festgelegt. Der Hauptbremsabschnitt M erstreckt sich von dem Ende des Startabschnitts S bis zu 60% des Hubes, während der Rest des Hubes hinter dem Bremsabschnitt M den Endabschnitt E bildet. Diese Bereiche wurden durch Versuche bei der Untersuchung der vorliegenden Erfindung und durch Computersimulationen bestimmt.
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Bei den Experimenten zur Untersuchung der vorgegebenen Erfindung und der Computersimulation wurde folgendes herausgefunden: das Verhältnis der Veränderung ε des Durchmessers der Innenfläche der Kolbenkammer an dem Punkt, an welchem der Hub von dem Startabschnitt S in den Hauptbremsabschnitt M übergeht, zu der Durchmesserdifferenz D in dem Innendurchmesser der Kolbenkammer zwischen dem Beginn und dem Ende des Hubes (ε/D), insbesondere eine durchschnittliche Veränderung der verengten Strömung in dem Startabschnitt S, betrug etwa 6% oder weniger. In ähnlicher Weise lag die Veränderung des Innendurchmessers der Kolbenkammer C/D an dem maximalen Veränderungspunkt P etwa im Bereich von 40 bis 70%. Das Bezugszeichen C bezeichnet einen Durchmesserunterschied zwischen dem Innendurchmesser der Kolbenkammer an dem Beginn des Hubes und an dem Punkt P der maximalen Veränderung.
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Außerdem wurde folgendes herausgefunden: in dem Endabschnitt E lag das Verhältnis δ/D der maximalen Differenz δ zwischen dem Innendurchmesser der virtuellen konischen Fläche und der gekrümmten Fläche der Kolbenkammer zu der Durchmesserdifferenz D vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25%. Bei einem Verhältnis von über 25% besteht die Gefahr, dass der Kolben in der Nähe des Hubendes abprallt und sich rückwärts bewegt. Bei einem Verhältnis unterhalb von 10% bewirkt eine nicht ausreichende verengte Strömung ein Problem bei der Energieabsorption mit der Folge, dass der Kolben an dem Boden des Hubendes anschlägt (Bodenbildung) oder in der Nähe des Hubendes abprallt (Rebound).
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2(B) zeigt schematisch die Beziehung der Hubposition bei der Innenfläche a, die oben beschriebene Kurve aufweist, und dem Widerstand, der durch die Stange auf ein sich bewegendes Objekt aufgebracht wird, im Vergleich zu dem Fall, bei welchem die Kolbenkammer die konische innere Fläche b aufweist. Bei der Kurve a', die die vorliegende Erfindung bezeichnet, ist die Widerstandsspitze ausreichend gering und es ist klar ersichtlich, dass eine ausreichende Abbremsung erreicht wird.
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Mit Hilfe des oben beschriebenen hydraulischen Stoßdämpfers wird die Veränderung der Durchmesserverringerung der Innenfläche der Kolbenkammer in jedem Abschnitt passend festgelegt, so dass an dem Hubende ein stabil gedämpfter Stop erreicht werden kann. Die Veränderung der Durchmesserverringerung in jedem Abschnitt der Kolbenkammer des Stoßdämpfers wird so festgelegt, dass sie den Eigenschaftsanforderungen genügt, so dass ein Stoßdämpfer erhalten wird, der flexibel einsetzbar ist und es ermöglicht, einen großen Bereich von Stoßdämpfungsmodellen abzudecken.