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Hydraulischer Stoßdämpfer
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stoßdämpfer nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1, wie er beispielsweise aus der DE-OS 22 45 334 oder der DE-OS 24
56 002 als bekannt hervorgeht.
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Bei den bekannten Stoßdämpfern ist in unmittelbarer Nachbarschaft
zu dem Zylinder ein Ölvorratsraum angeordnet, der außenseitig eine kühlende Verrippung
trägt; durch die Kolbenbewegungen des Stoßdämpfers wird die Dämpferflüssigkeit durch
den Vorratsraum hindurchgefördert, so daß aufgrund des ständigen Ölaustausches und
der Wärmeabgabe in den Vorratsbehälter eine unzulässige Ölerwärmung vermieden werden
kann. Die Gefahr einer Überhitzung der Stoßdämpfer ist vor allen Dingen bei geländegängigen
Fahrzeugen gegeben, insbesondere dann, wenn diese relativ rasch durchs Gelände fahren
sollen. Bei extremen Fahrbedingungen über längere Zeit entsteht an den Drosselstellen
des Stoßdämpfers mehr Wärme, als durch Abstrahlung an die Umgebungsluft abgeführt
werden kann. Die Wärmeentwicklung entsteht an den Drosselbohrungen des Kolbens,
der sich derartig stark aufheizen kann, daß es zu Materialschäden und damit zum
Ausfall des Schwingungsdämpfers kommen kann. Eine extreme thermische Belastung hydraulischer
Stoßdämpfer kann auch zur Zerstörung der Hydraulikflüssigkeit führen, welche
dann
ihre Schmiereigenschaft verliert, so daß es zum Fressen zwischen Kolben und Zylinder
kommen kann. Zwar sind diese Schäden durch die bekannten gekühlten Stoßdämpfer vermeidbar,
sofern die Flüssigkeitsvolumina und die wärmeabstrahlenden Flächen ausreichend bemessen
werden; jedoch wird dadurch das Gewicht, der Preis und das Bauvolumen des Stoßdampfers
erheblich vergrößert. Außerdem wird der Federungskomfort des Fahrzeugs verschlechtert,
weil die ungefederten Massen größer werden; das -wenn auch nur geringfügig, so aber
doch spürbar - erhöhte Fahrzeuggewicht verursacht darüber hinaus laufend einen vermehrten
Kraftstoffbedarf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine wirksame Stoßdämpferkühlung anzugeben,
die die oben erwähnten Nachteile vermeidet, die also den Stoßdämpfer nicht oder
nur ganz unwesentlich im Gewicht, Bauvolumen und Preis erhöht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst. Durch die Anwendung einer Wärmerohrkühlung im Innern der
Kolbenstange kann die Wärme vom unmittelbaren Entstehungsort, nämlich vom Kolben
abgeführt werden. Die Unterbringung in der Kolbenstange ist platz- und gewichtssparend.
Eine Vermehrung des Ölvolumens ist nicht erforderlich, weil die Wärme direkt vom
Entstehungsort abgeführt werden kann, außerdem ist eine Ölkühlung über den im Öl
steckenden Teil der Kolbenstange erreichbar.
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Ausgestaltungen der Erfindung und weitere Vorteile können den Unteransprüchen
bzw. der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
entnommen werden; dabei zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch
einen hydraulischen Stoßdämpfer nach der Erfindung und Figur 2 einen Querschnitt
durch den Stoßdämpfer nach Fig.l entlang der Schnittlinie II-II.
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Der in den Figuren dargestellte hydraulische Stoßdämpfer enthält einen
Zylinder 1, der unterseitig mit einem Zylinderboden 4 mit Anlenkauge und oberseitig
mit einem Zylinderdeckel 2 mit nichtung 3 zum Durchtritt der Kolbenstange versehen
ist. Im Innern ist axial gleitend ein Kolben 5 mit Kolbendichtung 6 und einer Kolbenstange
12 angeordnet.
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Der Kolben teilt den flüssigkeitsgefüllten Zylinder in zwei Arbeitskammern
11 und 11', die übere mehrere Drosselbohrungen 8 drosselnd miteinander in Verbindung
stehen, wobei die Drosseln über membranartige Verschlußfedern 10 und 10' nach Art
von Rückschlagventilen wechselseitig verschließbar sind, um für den Hin- bzw. Rückweg
unterschiedliche Dämpfungscharakteristika zu erzielen.
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Zur Abfuhr der beim Arbeiten des Stoßdämpfers entstehenden Wärme vom
Kolben ist die Kolbenstange 12 als sogenanntes Wärmerohr ausgebildet. Die Kolbenstange
besteht aus einem Rohr, welches einen Innenraum 13 umschließt und das auf seiner
Innenseite mit einer Kapillarstruktur 14 versehen ist, die in Form von kleinen Längsrillen
oder einer Auskleidung mit einem Siebgewebe oder einem Metallfilz gebildet werden
kann, Das Rohr der Kolbenstange ist hermetisch dicht an den Kolben 5 bzw. an das
Anlenkauge 15 der Kolbenstange bzw. dessen Übergangs- bzw. Befestigungsabschnitt
16 angelötet oder geschweißt, Im Bereich ihres oberen Endes ist die Kolbenstange
mit einer wärmeabgebenden Verrippung 18
versehen, die beim dargestellten
Ausführungsbeispiel an dem Übergangsabschnitt 16 des Anlenkauges angebracht ist.
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Es handelt sich dabei um dünne scheibenförmige oder ringförmige Kühllamellen,
die mit ihrem inneren Rand in den zylindrischen Übergangsabschnitt 16 gut wärmeleitend
eingegossen sind. Aufgrund ihres guten Wärmekontaktes mit dem Übergangsabschnitt
und aufgrund ihrer dichten Packung und dünnen Ausgestaltung kann mit ihnen eine
relativ hohe Wärmemenge an die Umgebungsluft abgeführt werden.
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Das Wärmerohrsystem der Kolbenstange ist evakuiert und gezielt mit
einer bestimmten Menge eines verdampfbaren und kondensierbaren Mediums, z.B. eines
Kältemittels zu einem kleinen Bruchteil gefüllt. Dieses zunächst flüssige Kältemittel
sammelt sich an der geodätisch tiefsten Stelle des Wärmerohrsystems, nämlich im
Bereich des Kolbens, wo auch die Wärme beim Arbeiten des Stoßdämpfers entsteht.
Durch die Wärmeentwicklung wird das Wärmeübertragungsmittel verdampft, wobei sich
der Dampf schnell im Innern des Wärmerohrsystems ausbreitet und an den gekühlten
Stellen des Wärmerohrsystems niederschlägt und kondensiert. Durch Schwerkrafteinfluß
und durch die Kapillarwirkung der Kapillarstruktur 14 kriecht das Kondensat in Richtung
zum Kolben zurück, wodurch der Kreislauf geschlossen wird.
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Um noch besser den unmittelbaren Entstehungsort der Wärme, nämlich
die Drosselbohrungen 8 mit dem Wärmerohrsystem erreichen zu können, ist der Kolben
5 nicht massiv, sondern hohl ausgebildet mit einem Kolbenhohlraum 7, der ebenfalls
an das Wärmerohrsystem der Kolbenstange 12 angeschlossen ist. Der Kolben ist dabei
im wesentlichen aus zwei axialen Scheiben und aus einem Umfangssteg gebildet, die
- soweit
die Einzelteile nicht zusammenhängend aus einem einzigen
Werkstück herstellbar sind - hermetisch dicht miteinander verlötet oder verschweißt
sind. Die Drosselbohrungen 8 sind dabei aus kleinen Drosselrohren 9 gebildet, die
ebenfalls dichtend in den solcherart gebildeten Kolben eingelötet sind, derart,
daß die Drosselrohre allseits von dem Kolbenhohlraum 7 umgeben sind. Dank einer
solchen Ausgestaltung des Kolbens werden die Drosselrohre 9 auf ihrer Außenseite
durch das verdampfende Kältemittel gekühlt, so daß das drosselnd durch die Bohrungen
8 hindurchströmende Öl ebenfalls durch die niedrige Temperatur der Rohrwandung auf
mäßigem Temperaturniveau gehalten wird.
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Auch auf der wärmeabgebenden Seite des Wärmerohrsystems 7, 13, 14
ist die Wärmeabgabe nach außen dadurch besonders wirkungsvoll gestaltet, daß auch
der Übergangsabschnitt 16 des Anlenkauges mit einer Höhlung 17 versehen ist, die
an das Wärmerohrsystem angeschlossen bzw. in dieses miteinbezogen ist.
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Die Menge der abführbaren Wärme kann durch geeignete Auswahl des Wärmeübertragungsmediums,
mit dem das Wärmerohrsystem gefüllt wird, und durch eine Bemessung der wärmeabSührenden
und verrippten Strecke im Bereich des wärmeabführenden Endes der Kolbenstange beeinflußt
werden. Wenn ein beispielsweise schon bei 60 bis 80 Grad C verdampfendes Medium
gewählt wird und durch eine ausreichende Bemessung des Verrippungsteiles dafür gesorgt
wird, daß das verdampfende Medium auch laufend wieder rückkondensiert wird, so kann
ohne weiteres gewährleistet werden, daß Temperaturen nicht über 90 bis 100 Grad
in der Dämpferflüssigkeit auftreten.
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In der Regel sind diese Temperaturen noch völlig unschädlich für derartige
Flüssigkeiten.
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Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die entstehende Wärme
wirkungsvoll abgeführt werden kann, wobei der Stoßdämpfer einfach im Aufbau sowie
klein und leicht ausgebildet ist; er ist also insgesamt in der Anschaffung und im
Betrieb preisgünstig. Dank der zuverlässigen und bei geringem baulichen Aufwand
wirkungsvollen Wärmeabfuhr ist der erfindungsgemäße Stoßdämpfer nicht nur interessant
für geländegängige Fahrzeuge mit hoher thermischer Belastung der Stoßdämpfer, sondern
auch für normale Straßenfahrzeuge, indem diese dank der wirkungsvollen Wärmeabfuhr
knapper, d.h. kleiner und leichter bemessen werden können. Dadurch ergeben sich
nicht nur Vorteile in den Einbauverhältnissen, sondern die ungefederten Massen können
auch kleiner werden, was den Federungskomfort verbessert; außerdem kann Fahrzeuggewicht
eingespart werden, was dem Kraftstoffverbrauch zugutekommt.