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Die vorliegende Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Der Hydraulikzylinder hat ein Zylindergehäuse, in dem ein Kolben axial verschiebbar geführt ist, welcher an einer Kolbenstange befestigt ist, die stirnseitig durch einen das Zylindergehäuse abschließenden Boden aus dem Zylindergehäuse herausgeführt ist. Im Inneren des Hydraulikzylinders trennt der Kolben zwei gegensinnig volumenveränderliche Druckräume hydraulisch voneinander ab, wobei die beiden Druckräume jeweils unter Druck mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden können, um den Kolben in eine gewünscht Position zu bringen. Zusätzlich ist jeder Druckraum hydraulisch mit einem separaten Kolbenspeicher verbunden, in dem Hydraulikflüssigkeit unter Druck gespeichert werden kann. Dazu umfasst jeder Kolbenspeicher jeweils einen Trennkolben, der einen hydraulisch mit dem zugehörigen Druckraum des Hydraulikzylinders verbundenen Speicherraum von einer mit einem kompressiblen Medium, insbesondere mit Gas befüllbaren Federkammer trennt.
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Derartige Hydraulikzylinder können insbesondere in hydropneumatischen Federungssystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Aber auch für andere Zwecke können ähnliche Hydraulikzylinder mit Energiespeichern eingesetzt werden, beispielsweise als Schwingungsdämpfer in Hydrauliksystemen.
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So ist aus der
EP 0 158 054 B1 ein hydraulischer Antrieb mit einem integrierten Energiespeicher bekannt, der als Federspeicher ausgeführt ist. Die Federn dieses Energiespeichers sind dabei an derjenigen Stirnseite des Zylinders angeordnet, an der die Kolbenstange austritt, was mit einer axial längeren Bauform beziehungsweise bei vorgegebener Zylinderlänge mit einem Verlust des verfügbaren Hubweges verbunden ist.
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Aus der
DE 90 02 419 U1 ist unabhängig von einem Hydraulikzylinder ein isolierter hydropneumatischer Kolbenspeicher für Kfz-Federungssysteme bekannt, bei dem ein mit Hydraulikflüssigkeit gefüllter Speicherraum und ein mit einem kompressiblen Medium gefüllter Federraum in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Beide Räume sind voneinander durch einen Trennkolben getrennt, der mit einer aus dem Gehäuse herausgeführten Kolbenstange verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2008 004 609 B4 ist ein aktives hydropneumatisches Federbein für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem der Druckraum eines nur einseitig wirkenden Hydraulikzylinders über zwei Leitungen hydraulisch mit zwei Hydrospeichern verbunden ist. Dabei können die Hydrospeicher als Kolbenspeicher ausgeführt sein, bei denen ein Kolben als Trennelement zwischen dem mit der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren Bereich und einem mit Gas gefüllten Bereich vorgesehen ist. Diese Konstruktionsweise ist insofern aufwendig, als für den nur einseitig wirksamen Hydraulikzylinder die einzige Druckkammer mit zwei separaten Hydrospeichern verbunden werden muss.
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Ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder der eingangs genannten Art ist aus der
EP 0 425 885 B1 bekannt. Er wird auch dort für ein hydropneumatisches Federungssystem für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Beide Druckräume des doppeltwirkenden Hydraulikzylinders sind dabei über verschiedene Leitungen hydraulisch mit jeweils einem separaten Kolbenspeicher verbunden. Abgesehen davon, dass eine derartige Anordnung einen entsprechend großen Bauraum beansprucht, ist auch der Einbau mit dem Anschluss der verschiedenen Leitungen zwischen dem Hydraulikzylinder und den Kolbenspeichern mit einem entsprechend hohen Aufwand verbunden. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass diese Schlauchverbindungen beschädigt oder im Laufe der Zeit undicht werden können, was ein Risiko für das gesamte hydraulische System sowie für die Umwelt darstellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen preiswert herzustellenden und leicht zu montierenden doppeltwirkenden Hydraulikzylinder der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf konstruktiv einfache Weise den Betrieb mit zwei Kolbenspeichern ermöglicht, ohne den axialen Bauraumbedarf zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass das Zylindergehäuse zumindest abschnittsweise doppelwandig mit einer Innenwand, die innenseitig den Kolben führt, und mit einer außenseitig in einem Abstand darum vorgesehenen Außenwand ausgeführt ist, wobei die Innenwand und die Außenwand zumindest durch die beiden Zylinderböden an den Stirnseiten des Zylindergehäuses miteinander verbunden sind. Ferner ist es wesentlich, dass die Trennkolben der beiden Kolbenspeicher ringförmig ausgebildet und jeweils zwischen der Innenwand und der Außenwand des Zylindergehäuses axial beweglich geführt sind, wobei die beiden Kolbenspeicher jeweils mit ringförmigen Speicherräumen und ringförmigen Federkammern axial hintereinander und axial zwischen den beiden Zylinderstirnseiten innerhalb des Zylindergehäuses angeordnet sind. Dabei verlaufen die hydraulischen Verbindungsleitungen, welche die beiden Druckräume des Hydraulikzylinders mit den Speicherräumen der beiden Kolbenspeicher verbinden, ebenfalls innerhalb des Zylindergehäuses.
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Auf diese Weise gelingt es, zwei Kolbenspeicher in das Zylindergehäuse zu integrieren, ohne hierbei die axiale Baulänge zu erhöhen oder den zur Verfügung stehenden Hubweg zu reduzieren. Der Hydraulikzylinder bildet mit beiden Kolbenspeichern und allen zu deren Anschluss erforderlichen Leitungen eine kompakte Einheit, die ebenso leicht einzubauen und anzuschließen ist, wie ein herkömmlicher doppeltwirkenden Hydraulikzylinder. Gleichzeitig lässt sich aufgrund der kurzen Verbindungswege zwischen den Druckräumen des Zylinders und den beiden Kolbenspeichern das Dämpfungsverhalten präziser einstellen und der Hydraulikzylinder einfacher entlüften. Auch besteht nicht mehr die Gefahr einer Beschädigung von frei verlaufenden Schlauchleitungen zur Verbindung des Hydraulikzylinders mit den beiden Kolbenspeichern.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbindungsleitungen zwischen den Druckräumen des Hydraulikzylinders und den beiden Kolbenspeichern jeweils innerhalb eines der beiden stirnseitigen Böden des Zylinders angeordnet sind. Diese den Zylinderraum stirnseitig abschließenden Böden bieten aufgrund ihrer ohnehin vorhandenen Dicke ausreichend Platz für die zusätzliche Anordnung von inneren Verbindungskanälen.
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Vorteilhafterweise kann dabei in einer oder in beiden Verbindungsleitungen ein einstellbares Dämpfungsorgan vorgesehen sein, durch das zum Einstellen des gewünschten Dämpfungsverhaltens der freie Durchflussquerschnitt der Verbindungsleitung variiert werden kann.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden ringförmigen Kolbenspeicher durch eine ringförmige Zwischenwand, die sich von der Innenwand bis zur Außenwand erstreckt, axial voneinander getrennt. Durch eine derartige Zwischenwand kann die Stabilität des Hydraulikzylinders erhöht werden, indem in einem mittleren Bereich eine zusätzliche Verbindung zwischen der Innenwand und der Außenwand des Zylindergehäuses geschaffen wird.
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Dabei dann eine besonders einfache Konstruktionsweise dadurch erreicht werden, dass die Außenwand des Zylindergehäuses in zwei axial nebeneinanderliegende rohrförmige Abschnitte unterteilt ist, die durch den äußeren Bereich der Zwischenwand miteinander verbunden sind.
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Günstig ist es, wenn die beiden Kolbenspeicher in einander entgegengesetzter Orientierung in das Zylindergehäuse eingebaut sind. Dabei können die Federkammern der beiden Kolbenspeicher einander zugewandt angeordnet sein und axial jeweils durch die dazwischen liegende Zwischenwand begrenzt werden. Bei dieser Anordnung liegen die Speicherräume der beiden Kolbenspeicher jeweils axial außen auf der den Zylinderböden zugewandten Seite, so dass sie besonders leicht an die darin vorgesehenen Verbindungsleitungen angeschlossen werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn zum Befüllen der beiden Federkammern in der Zwischenwand zwei absperrbare Befüllungsleitungen vorgesehen sind, deren erstes Ende jeweils in einer der beiden Stirnseiten der Zwischenwand und somit in die jeweils angrenzende Federkammer mündet, und deren zweites Ende in einem äußeren Bereich der Zwischenwand beziehungsweise in der Außenwand des Zylindergehäuses mündet. Um in den beiden Federkammern jeweils den gewünschten Vorfülldruck einstellen zu können, ist in jeder Befüllungsleitung jeweils ein von außen zugängliches Absperrorgan, insbesondere ein Ventil vorgesehen. Hierdurch ergibt sich eine überaus kompakte Bauweise des doppeltwirkenden Hydraulikzylinders.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zylinder mit integrierten Hydraulikflüssigkeitsleitungen versehen ist, wobei die beiden Hydraulikflüssigkeitsanschlüsse für die beiden Druckräume des Zylinders jeweils in einem stirnseitigen Boden des Zylinders angeordnet sind. Wenn beide Anschlüsse in dem gleichen Zylinderboden vorgesehen sind, können Bewegungen von daran angeschlossenen Hydraulikleitungen, die durch Bewegungen des Zylinders, insbesondere durch Schwenkbewegungen hervorgerufen werden, minimiert werden, so dass die Gefahr von Beschädigungen der angeschlossenen Hydraulikleitungen reduziert wird.
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Besonders günstig ist es dabei, wenn beide Hydraulikflüssigkeitsanschlüsse in dem nicht von der Kolbenstange durchdrungenen ersten Zylinderboden vorgesehen sind, wobei die Kolbenstange hohl ausgeführt ist und sich eine mit einem Hydraulikflüssigkeitsanschluss verbundene Rohrleitung von dem ersten Zylinderboden ausgehend bis auf Höhe des gegenüberliegenden zweiten Zylinderbodens axial in das Innere der Kolbenstange erstreckt, und wobei der Zwischenraum zwischen der Rohrleitung und der Kolbenstange durch mindestens eine Bohrung in der Kolbenstange und/oder durch mindestens einem im Kolben verlaufenden Kanal hydraulisch mit dem Druckraum des Zylinders verbunden ist, welcher dem zweiten Zylinderboden benachbart ist.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn ein elektronisches Längenmesssystem in den Hydraulikzylinder integriert ist. Dazu wird vorgeschlagen, mindestens einen vorzugsweise elektronisch arbeitenden Sensor zur Erfassung der axialen Position des Kolbens und/oder der Kolbenstange in oder an dem Hydraulikzylinder, insbesondere in dem ersten Zylinderboden anzuordnen. Auf diese Weise kann beim Einsatz des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders in einem hydropneumatischen Federungssystem eines Kraftfahrzeugs die jeweilige Höhenlage des Federungszylinders besonders einfach erfasst und verarbeitet werden.
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Insofern betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere auch ein aktives hydropneumatisches Federungssystem für Kraftfahrzeuge, das mindestens zwei doppeltwirkende Hydraulikzylinder der vorangehend beschriebenen Art umfasst.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
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1: dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen doppeltwirkenden Hydraulikzylinders;
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2: Ansicht des rückseitigen Bodens des Hydraulikzylinders aus 1;
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3: Querschnitt des Hydraulikzylinders entlang der Schnittlinie A-A aus 2;
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4: Teilquerschnitt des Hydraulikzylinders entlang der Schnittlinie B-B aus 2; und
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5: vergrößerte Darstellung der Einzelheit C aus 4.
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Der in den Figuren dargestellte Hydraulikzylinder 1 ist doppeltwirkend ausgeführt, so dass der Kolben 2 mit der daran befestigten Kolbenstange 3 hydraulisch in beiden Richtungen ein- und ausgefahren werden kann. Der Hydraulikzylinder 1 hat ein Zylindergehäuse 4, welches stirnseitig durch jeweils einen Zylinderboden 5, 6 abgeschlossen ist. Am ersten Zylinderboden 5 ist ein Befestigungsstück 7 mit einem Lagerauge 8 zur schwenkbaren Befestigung des Hydraulikzylinders 1 vorgesehen. Ebenso ist am freien Ende der Kolbenstange 3 ein Befestigungselement 9 mit einem Lagerauge 10 angeordnet, durch das auch die Kolbenstange 3 schwenkbar montiert werden kann. Dabei ist die Kolbenstange 3 axial durch den zweiten Zylinderboden 6 hindurch aus dem Zylindergehäuse 4 herausgeführt.
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Erfindungsgemäß ist das Zylindergehäuse 4 doppelwandig mit einer Innenwand 11 und einer Außenwand 12 ausgeführt, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei axial hintereinander liegenden Abschnitten 12a und 12b besteht. Die Innenwand 11 und die beiden Außenwandabschnitte 12a, 12b werden jeweils durch einen ringförmig vorstehenden Kragen zueinander positioniert, welcher an den beiden Zylinderböden 5 und 6 axial nach Innen vorsteht. Im mittleren Bereich des Zylindergehäuses 4 ist eine Zwischenwand 14 angeordnet, welche mit zwei außenliegenden Schultern die beiden Außenwandabschnitte 12a und 12b aufnimmt und miteinander verbindet.
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Auf diese Weise werden zwei ringförmige Hohlräume im Zylindergehäuse 4 gebildet, die jeweils zur Anordnung eines Kolbenspeichers 15 genutzt werden. Jeder Kolbenspeicher 15 umfasst dabei einen axial verschieblichen Trennkolben 16, der jeweils eine mit Stickstoff gefüllte Federkammer 17 von einem zugeordneten Speicherraum 18 trennt, welcher über Verbindungsleitungen 19, die in den Krägen 13 sowie in den jeweiligen Zylinderböden 5 und 6 vorgesehen sind, hydraulisch mit jeweils einem Druckraum 20 des Hydraulikzylinders 1 verbunden ist. Dabei ist in jeder Verbindungsleitung 19 ein von außen zugängliches Dämpfungsorgan 21 vorgesehen, durch welches der freie Durchflussquerschnitt der Verbindungsleitung 19 zur Einstellung des gewünschten Dämpfungsgrades beeinflusst werden kann. Aufgrund der Kolbenstange 3 sind die beiden Druckräume 20 hier mit unterschiedlich großen wirksamen Kolbenflächen voneinander verschieden. Die beiden Kolbenspeicher 15 mit ihren jeweiligen Bestandteilen können gleich oder ebenfalls voneinander verschieden ausgebildet sein.
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Beide Federkammern 17 sind mit Stickstoff als kompressiblem Medium gefüllt. Zur Befüllung der Federkammern 17 sind in der Zwischenwand 14 Befüllungsleitungen 22 vorgesehen, die einerseits axial in jeweils einer Federkammer 17 und andererseits radial in dem äußeren Rand der Zwischenwand 14 münden. Zum Absperren der Befüllungsleitungen 22 ist dabei in die radialen Mündungen jeweils ein Absperrventil 23 eingesetzt.
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Zur Betätigung des Hydraulikzylinders 1 beziehungsweise zur Verstellung des Kolbens 2 sind integrierte Hydraulikflüssigkeitsleitungen 24 vorgesehen, die in zwei Hydraulikflüssigkeitsanschlüssen 25 enden, welche radial mündend in dem ersten Zylinderboden 5 angeordnet sind. Während ein Anschluss 25 direkt mit dem benachbarten Druckraum 20 verbunden ist, setzt sich die andere Hydraulikflüssigkeitsleitung 24 in einem inneren Rohr 26 fort, welches sich ausgehend vom Zylinderboden 5 in axialer Richtung mittig bis zum gegenüberliegenden Zylinderboden 6 erstreckt. Dabei durchdringt es zunächst den abgedichtet hierauf geführten Kolben 2 und greift dahinter in die hohl ausgeführte Kolbenstange 3 ein. Der radial zwischen der Außerseite des Rohrs 26 und der Innenseite der Kolbenstange 3 liegende Zwischenraum ist durch mehrere in die Kolbenstange 3 eingebrachte Verbindungskanäle 27 mit dem anderen Druckraum 20 verbunden, welcher sich auf der Seite des zweiten Zylinderbodens 6 befindet.
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Beim Einsatz des doppeltwirkenden Hydraulikzylinders 1, beispielsweise in einem aktiven hydropneumatischen Federungssystems in einem Kraftfahrzeug, werden zunächst die beiden Federkammern 17 unter einem Vorfülldruck mit Stickstoff gefüllt, so dass die beiden Trennkolben 16 jeweils auf Anschlag gegen den Kragen 13 des jeweiligen Zylinderbodens 5 bzw. 6 gedrückt werden. Anschließend können durch entsprechende Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit über die beiden Anschlüsse 25 Positionsänderungen des Kolbens 2 und somit Höhenänderungen am Fahrzeug ausgeführt werden.
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Nach dem Erreichen einer bestimmten Sollposition kann der Hydraulikzylinder 1 in beiden Richtungen federnd nachgeben, indem die Hydraulikflüssigkeit aus dem entsprechenden Druckraum 20 über die Verbindungsleitungen 19 in den zugehörigen Speicherraum 18 des entsprechenden Kolbenspeichers 15 gedrückt wird. Dort komprimiert die Hydraulikflüssigkeit über den Trennkolben 16 das in der Federkammer 17 enthaltene Gas bis zur Einstellung eines Kräftegleichgewichts. Danach kann das in der Federkammer 17 enthaltene komprimierte Gas wieder expandieren und die Hydraulikflüssigkeit über den Trennkolben 16 wieder aus dem Speicherraum 18 zurück in den entsprechenden Druckraum 20 des Hydraulikzylinders 1 zurückführen.
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Insofern ist der erfindungsgemäße doppeltwirkende Hydraulikzylinder besonders für ein aktives hydropneumatisches Federungssystem von Kraftfahrzeugen geeignet, wo es auf möglichst kompakte Komponenten mit möglichst kleinem Platzbedarf sowie auf eine möglichst einfache Montierbarkeit ankommt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0158054 B1 [0003]
- DE 9002419 U1 [0004]
- DE 102008004609 B4 [0005]
- EP 0425885 B1 [0006]
