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Hydropneumatisches Federungselement
Die Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Federungselement, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Hydropneumatische Federungselemente bekannter Bauart umfassen einen Arbeitszylinder mit Druckflüssig- keitsfüllung, eine in den Arbeitszylinder eintauchende Arbeitskolbenstange, einen von der Druckflüssigkeits- füllung beaufschlagten elastischen Kompressionsraum, einen Druckflüssigkeitsvorratsraum, eine zwischen
Druckflüssigkeitsvorratsraum und Arbeitszylinder in Abhängigkeit von der Relativlage der Arbeitskolben- stange zum Arbeitszylinder selbsttätig einschaltbare, durch die Relativschwingungen von Arbeitskolbenstan- ge und Arbeitszylinder betätigte Pumpe sowie eine ebenfalls in Abhängigkeit von der Relativlage der Ar- beitskolbenstange zum Arbeitszylinder einschaltbare Rückströmverbindung vom Arbeitszylinder zum Druck- flüssigkeitsvorratsraum.
Bei diesen bekannten hydropneumatischen Federungselementen ist eine aussenliegende Verbindungslei- tung zwischen Druckflüssigkeitsvorratsraum und Pumpzylinder erforderlich. Die Herstellung dieser aussenliegenden Verbindungsleitung ist aufwendig, ausserdem besteht die Gefahr einer Beschädigung dieser Lei- tung bei der Montage und im Betrieb.
Die Erfindung schaffthier dadurch Abhilfe, dass der Pumpzylinder am eintauchseitigen Ende der Arbeitskolbenstange und der Pumpkolben am gegenüberliegenden Boden des Arbeitszylinders angeordnet sind, und dass der Pumpraum des Pumpzylinders mit dem Druckflüssigkeitsvorratsraum durch eine in der Arbeitskolbenstange verlaufende Verbindungsleitung verbunden ist.
Zweckmässig besitzt die Arbeitskolbenstange auf ihrer ganzen Länge konstanten Aussendurchmesser.
Die Arbeitskolbenstange kann ausschliesslich in zwei ausserhalb des Arbeitszylinders gelegenen Führungsstellen des Federungselementengehäuses geführt werden, so dass die Führung in jeder Stellung der Kolbenstange relativ zum Arbeitszylinder gleich gut ist.
Ein in der Rückströmverbindung vom Arbeitszylinder zum Druckflüssigkeitsvorratsraum gelegenes Rück- schlagventil kann als ein am Boden des Pumpzylinders in der Kolbenstange liegendes Plattenventil ausgebildet werden. Hiebei kann der Pumpkolben eine von seinem eintauchseitigen Ende ausgehende innere Verbindungsleitung nach dem Arbeitszylinder aufweisen.
In dem Strömungsweg der durch die Arbeitskolbenstange verdrängten Druckflüssigkeit kann ein Drosselglied untergebracht werden.
Pumpzylinder und Pumpkolben tauchen nur auf einem Teil, etwa auf der Hälfte des Federweges ineinander.
Der Druckflüssigkeitsvorratsraum wird zweckmässig konzentrisch um den Arbeitszylinder und die Führungsstrecke der Arbeitskolbenstange herum angeordnet.
Die Figuren der Zeichnung zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemässen hydropneumatischen Federungselements.
Der Aufbau des Federungselements entsprechend der Fig. 1 ist folgender :
Das Element besteht aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen, nämlich dem Zylindergehäuse 21 und der Arbeitskolbenstange 1. Das hydropneumatische Federungselement ist zwischen einem Rad und einem Fahrgestell eines Kraftfahrzeugs montiert, wobei die Befestigung an diesen Teilen mittels Augen 24 und 25
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erfolgt. Die Kolbenstange 1 weist einen Hohlraum 32 auf und ist an ihrem inneren, d. h. arbeitsraumseiti- gen Ende als Pumpzylinder 2 ausgebildet.
Der Pumpzylinder 2 bildet bei entsprechend tiefem Eintauchen der Kolbenstange 1 zusammen mit einem Pumpkolben 3 den in diesem Fall geschlossenen Pumpraum 4.
Am arbeitsraumseitigen Ende der Kolbenstange 1 befindet sich ferner an ihrer Aussenseite eine Längsnut 26, die zur Verbindung des Arbeitsraumes 8,9 mit einem Druckflüssigkeitsvorratsraum 5,6 dient. Das Innere der hohlen Kolbenstange 1 ist gegen den pumpraum 4 durch ein Saugventil 15 abgeschlossen. Das Saugventil
15 gestattet beim Saughub den Übertritt von Flüssigkeit vom Inneren der Kolbenstange 1 in den Pumpraum
4. Das Saugventil15 ist ein Plattenventil, das eine einwandfreie Trennung zwischen Pumpraum 4 und Hohl- raum 32 bei geringstem Bauaufwand gewährleistet. An ihrem mittleren Teil weist die Kolbenstange 1 eine
Bohrung 13 und einen Sprengring 27 auf.
Die Bohrung 13 verbindet den Hohlraum 32 der Arbeitskolbenstan- ge 1 mit dem Vorratsraum 5, 6. Der Sprengring 27 dient zur Ausfahrbegrenzung der Kolbenstange. In der äussersten Stellung der Kolbenstange 1 liegt der Sprengring an der Innenfläche eines oberen Deckels des
Zylindergehäuses 21 an.
Das Zylindergehäuse 21 enthält in seinem oberen Teil einen Gasraum 7, der den mit Flüssigkeit ge- füllten Vorratsraum 5 konzentrisch umschliesst. Der Raum 5 und der Gasraum 7 sind durch eine Membrane
12 voneinander getrennt. Der Raum 5 umschliesst konzentrisch einen weiteren flüssigkeitsgefüllten Raum 6, der unmittelbar an die Kolbenstange grenzt und über eine Bohrung 14 in einer Trennwand 28 mit dem Vor- ratsraum 5 dauernd in Verbindung steht. Nach aussen ist der Vorratsraum 5, 6 durch eine Dichtung 22 im oberen Deckel des Zylindergehäuses 21 abgeschlossen.
Im unteren Teil des Zylindergehäuses 21 befindet sich ein Gasraum 10, der durch eine Membrane 11 von einem flüssigkeitsgefüllten Raum 9 getrennt ist und diesen Raum 9 konzentrisch umschliesst. Der Raum 9 ist durch eine zylindrische Trennwand 29 vom Arbeits- zylinder 8 getrennt. In dieser zylindrischen Trennwand 29 sind Bohrungen 18 angeordnet. Durch diese Bohrungen 18 und die Dämpfungsbohrungen 19 in einer Absperrplatte20 ist eine Verbindung zwischen den Räumen 8 und 9 hergestellt. Die Kolbenstange 1 taucht mit ihrem unteren Ende in den Arbeitszylinder 8 ein. An der Durchtritts- stelleder Kolbenstange durch eine Zwischenwand 31 des Zylindergehäuses 21 befindetsich eineDichtung23, die den Arbeitszylinder 8 gegen den Vorratsraum 5,6 abdichtet.
Am unteren Deckel des Zylindergehäuses 21 und in der Absperrplatte 20 ist der Pumpkolben 3 befestigt. Der Pumpkolben 3 weist eine Längsbohrung 16 auf, die nach unten durch ein Ventil 17 gegen den Arbeitszylinder 8 abgeschlossen ist. Dieser Abschluss besteht nur dann, wenn der Druck im Arbeitszylinder 8 grösser als der Druck in der Längsbohrung 16 ist. Das Ventil öffnet, wenn der Druck in der Längsbohrung 16 grösser ist als der Druck im Arbeitszylinder 8.
Die Ausführungsform entsprechend der Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur dadurch, dass dort der Hohlraum in der Kolbenstange 1 als Bohrung 33 ausgebildet ist und statt der Membrane 11 und der Membrane 12 eine einzige Membrane 30 zur Trennung zwischen Gasraum 7 und Vorratsraum 5,6 sowie Gasraum 10 und Arbeitsraum 8,9 vorhanden ist. Im übrigen ist der Aufbau der gleiche wie der nach der Fig. 1.
Bei der Wirkungsweise der hydropneumatischen Federung kann man im wesentlichen drei verschiedene Arbeitsphasen unterscheiden, die durch das verschieden tiefe Eintauchen der Kolbenstange 1 in den Arbeitszylinder 21 herbeigeführt werden.
Bewegt sich die Kolbenstange l in einem mittleren Bereich (wie in den Figuren dargestellt), so erfolgt eine reine Federung. Dabei taucht der Pumpkolben 3 noch nicht in den Pumpzylinder 2 ein. Der Pumpzy- linder 2 bewegt sich oberhalb des Pumpkolbens 3 innerhalb des Arbeitszylinders 8. Die Längsnut 26 befin- det sich vollständig unterhalb der Dichtung 23. Bewegt sich in diesem Bereich die Kolbenstange 1 einwärts, so verdrängt sie durch ihr Eintauchen in den Arbeitszylinder 8 eine entsprechende Flüssigkeitsmenge, die durch die Dämpfungsbohrungen 19 (die auch als Ventile ausgebildet sein können) und die Bohrungen 18 in den Raum 9 übertritt und durch eine Bewegung der Membrane 11 eine Kompression des im Gasraum 10 enthaltenen Gases bewirkt.
Dadurch wird die Bewegung der Kolbenstange 1 gegenüber dem Arbeitszylinder 21 abgefedert und gleichzeitig wird diese Bewegung gedämpft. Wird die Kolbenstange entlastet, so bewegt sie sich wieder auswärts und die vorher verdrängte Flüssigkeit gelangt auf dem schon beschriebenen Weg vom Raum 9 in den Arbeitszylinder 8.
Bewegt sich die Kolbenstange 1 im Zylindergehäuse 21 innerhalb eines Bereiches, in dem der Pumpkolben 3 in den Pumpzylinder 2 eintaucht, so ergibt sich eine andere Arbeitsphase : Die automatische Höhenregulierung, die durch die Abfederungsschwingungen bewirkt wird, setzt ein, um die in der ersten Arbeitsphase bestehende Eintauchtiefe der Kolbenstange 1 wieder herzustellen. Dies geschieht dadurch, dass bei einer geringfügigen Auswärtsbewegung der Kolbenstange l Flüssigkeit aus dem Hohlraum 32 in der Kolbenstange 1, der mit dem Vorratsraum 5,6 verbunden ist, über das Saugventil 15 in den Pumpraum 4 an- gesaugtwird.
Bewegtsichbei einer Abfederungsbewegung die Kolbenstange l wieder einwärts, so wird durch
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die Verkleinerung des Pumpraumes 4 durch die Längsbohrung 16 und das Ventil 17 Flüssigkeit, die aus dem Vorratsraum angesaugt wurde, in den Arbeitszylinder 8 gedrückt. Beim Saughub, d. h. bei einer Vergrösserung des Pumpraumes4, ist das Ventil 17 geschlossen. Durch die Förderung von Flüssigkeit aus dem Vorratsraum 5,6 in den Arbeitszylinder 8,9 wird die Kolbenstange 1 so weit angehoben, wie es der geförderten
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gehoben wird, dass der Pumpkolben 3 aus dem Pumpzylinder 2 austritt. Neben dem Pumpvorgang findet natürlich immer der in der ersten Arbeitsphase beschriebene Federungsvorgang statt.
Es wird sich jedoch in diesem Bereich eine steilere Federkennlinie ergeben, da die Pumpkraft sich zur normalen Federkraft ad- diert.
Wird die Federung so weit entlastet, dass die Kolbenstange 1 so weit ausfährt, dass die Längsnut 26 die
Dichtung 23 überbrückt, so beginnt die automatische Höhenregulierung ebenfalls zu arbeiten. Es strömt
Flüssigkeit vom Arbeitszylinder 8 über die Längsnut 26 in den Vorratsraum 6. Dies geschieht so lange, bis durch den Flüssigkeitsverlust im Arbeitszylinder die Kolbenstange 1-so weit absinkt, dass sich die Längsnut
26 vollkommen innerhalb des Arbeitszylinders 8 befindet und die Dichtung 23 nicht mehr überbrückt, also die Stellung der Kolbenstange 1 erreicht ist, in der die reine Abfederung erfolgt.
Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles entsprechend der Fig. 2 ist die gleiche wie die des Aus- führungsbeispieles der Fig. l.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydropneumatisches Federungselement, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Arbeit- zylinder mit Druckflüssigkeitsfüllung, eine in den Arbeitszylinder eintauchende Arbeitskolbenstange, einen von der Druckflüssigkeitsfüllung beaufschlagten elastischen Kompressionsraum, einen Druckflüssigkeitsvorratsraum, eine zwischenDruckflüssigkeitsvorratsraum undArbe'tszylinder in Abhängigkeit von der Relativlage der Arbeitskolbenstange zum Arbeitszylinder selbsttätig einschaltbare, durch die Relativschwingungen von Arbeitskolbenstangeund Arbeitszylinder betätigte Pumpe sowie eine ebenfalls in Abhängigkeit von der Relativlage der Arbeitskolbenstange zum Arbeitszylinder einschaltbare Rückströmverbindung vom Arbeitszylinder zum Druckflüssigkeitsvorratsraum, dadurch gekennzeichnet,
dass der Pumpzylinder (2) am eintauchseitigen Ende der Arbeitskolbenstange (1) und der Pumpkolben (3) am gegenüberliegenden Boden des Arbeitszylinders (8) angeordnet sind und dass der Pumpraum des Pumpzylinders (2) mit dem Druckflüssigkeitsvorratsraum (5) durch eine in der Arbeitskolbenstange (1) verlaufende Verbindungsleitung (32 ; 33) verbunden ist.