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Hydropneumatischer Einrohrstoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Bei den insbesondere für Kraftfahrzeuge verwendeten hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfern
ist es bekannt, das Volumen der eingefahrenen Kolbenstange durch einen mit gasförmigem
Druckmittel gefüllten Ausgleichsraum auszugleichen, der durch einen in dem Arbeitszylinder
beweglichen frei schwimmenden Kolben gegen den Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden
Arbeitsraum abgedeckt ist. Dieser Ausgleichskolben ist durch einen elastischen Ring
abgedichtet, der vielfach kreisförmigen Querschnitt hat und infolge der im Dämpfer
auftretenden hohen Drücke gegen die Innenwandung des Arbeitszylinders gepreßt wird,
wodurch bei der Hin- und Herbewegung des Ausgleichskolbens eine starke Reibung auftritt,
die zu einem baldigen Verschleiß des Dichtungsringes führt. Bei seiner Abnutzung
ist eine einwandfreie Abdichtung des Ausgleichsraumes gegen den Arbeitsraum nicht
mehr gewährleistet, und es tritt dann über den Dichtungsring ein Austausch zwischen
der Dämpfungsflüssigkeit und dem gasförmigen Druckmittel des Ausgleichsraumes ein,
wodurch die Dämpfungsflüssgkeit zerschäumt und der Stoßdämpfer unbrauchbar wird.
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Bei einer mit einem hydraulischen Stoßdämpfer vereinigten Luftfederung
für Fahrzeuge ist es bekannt, am Boden des mit der Dämpfungsflüssigkeit gefüllten
Arbeitszylinders eine mit einem gasförmigen Druckmittel gefüllte elastische Blase
anzuordnen und die den Arbeitskolben tragende Kolbenstange als Hohlzylinder auszubilden,
der ebenfalls mit einem gasförmigen Druckmittel gefüllt ist. In diesem Hohlzylinder
ist ein Schwimmkolben beweglich geführt, der mit dem Arbeitskolben einen Ausgleichsraum
und mit dem äußeren Ende der hohlen Kolbenstange einen Federungsraum einschließt.
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Bei einer anderen hydropneumatischen Federung ist der mit einem Druckgas
gefüllte Federungsraum gegen den die Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Arbeitszylinder
durch einen freischwimmenden Kolben abgedeckt, der einen durch eine Membran abgedeckten
gasgefüllten Hohlraum enthält. Dieser Hohlraum ist über einen flexiblen Schlauch
mit einer Ventilkammer verbunden, deren zum freischwimmenden Kolben gehörendesVentil
auf einen bestimmtenDruck eingestellt ist, um dadurch die Weichheit der Luftfederung
zu beeinflussen.
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Die bei diesen bekannten hydropneumatischen Federungen verwendeten
beiden Federungselemente haben eine andere Aufgabe und Wirkung als ein hydropneumatischer
Einrohrstoßdämpfer, dessenAusgleichskolben lediglich einen Ausgleich des Volumens
der eingefahrenen Kolbenstange bewirken soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
bei einem insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmten hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfer
mit einem durch einen frei schwimmenden Kolben abgedeckten Ausgleichsraum, wobei
in den Kolben ein zusätzliches, durch eine Membran abgedecktes Ausgleichselement
eingebaut ist, eine dauernd sichere Abdichtung des Ausgleichskolbens zu erreichen.
Gemäß der Erfindung ist das zusätzliche Ausgleichselement derart ausgebildet, daß
es bei kleineren und mittleren Hüben allein anspricht und den Volumenausgleich für
die eingefahrene Kolbenstange bewirkt. Bei den seltener auftretenden größeren Hüben
erfolgt dieser Volumenausgleich gemeinsam von dem Ausgleichskolben und seinem zusätzlichen
Ausgleichselement. Die durch die Erfindung gelehrte Ausbildung des zusätzlichen
Ausgleichselements verringert die Beanspruchung des Dichtungsringes des Ausgleichskolbens
wesentlich, da dieser beim Betrieb nur verhältnismäßig wenig Bewegungen ausführt.
Der Dichtungsring nutzt sich infolgedessen nur wenig ab, und er führt innerhalb
der ihn aufnehmenden Ringnut des Ausgleichskolbens nahezu keine Reibbewegung, sondern
nur eine Rollbewegung bis zur Anlage an den Seitenflanken der Ringnut aus. Die Abdichtung
des mit einem hochgespannten gasförmigen Druckmittel gefüllten Ausgleichsraumes
ist daher für eine lange Lebensdauer des Stoßdämpfers gewährleistet. Eine zuverlässige
Abdichtung dieses Ausgleichsraumes ist für die Brauchbarkeit des Stoßdämpfers von
entscheidender Bedeutung, denn das etwa infolge Undichtigkeiten
aus
dem Ausgleichsraum entwichene gasförmige Druckmittel kann praktisch nicht oder nur
mit großen Schwierigkeiten ersetzt werden. Darüber hinaus nimmt das in den Ausgleichskolben
eingebaute, durch eine Membran abgedeckte zusätzliche Ausgleichselement nur einen
kleinen Raum ein und ermöglicht eine gedrängte Bauweise des Stoßdämpfers, wie sie
bei den in Kraftfahrzeugen verwendeten Stoßdämpfern erforderlich ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die dem Druck der Dämpfungsflüssigkeit
im Arbeitszylinder ausgesetzte Fläche der Membran größer als diejenige des Ausgleichskolbens.
Dies hat den Vorteil, daß das zusätzliche Ausgleichselement zuerst in Tätigkeit
tritt, während der Ausgleichskolben und dessen Dichtungsring nur geringen Bewegungen
ausgesetzt sind.
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Die Beanspruchung des Dichtungsringes kann weiter verringert werden,
wenn in dem Ausgleichskolben radiale Kanäle vorgesehen werden, durch die der Dichtungsring
von dem Druck der Dämpfungsflüssigkeit entlastet wird.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
ein für Kraftfahrzeuge bestimmter hydropneumatischer Einrohrstoßdämpfer im Schnitt
veranschaulicht: Der z. B. aus einem einteiligen Rohr bestehende Arbeitszylinder
1 ist an seinem unteren Ende in der üblichen Weise mit einem Auge 2 zur Befestigung
an der ungefederten Achse des Kraftfahrzeuges versehen. In dem Arbeitszylinder 1
ist der Arbeitskolben 3 geführt, der in bekannter Weise mit Drosselkanälen versehen
ist, die durch an seinen beiden Stirnflächen angeordnete, als Ventile wirkende Federplatten
4 verschlossen sind. Der Arbeitskolben 3 ist an einer Kolbenstange 5 befestigt,
die durch am oberen Ende des Arbeitszylinders 1 angeordnete, nicht dargestellte
Abdichtungselemente, wie Stopfbuchsen u. dgl., abgedichtet und an ihrem äußeren
Ende mit einem Auge 6 zur Befestigung, z. B. an dem Aufbau des Kraftfahrzeuges,
versehen ist. Das äußere Ende der Kolbenstange 5 trägt in üblicher Weise ein Schutzrohr
7, das den Arbeitszylinder 1 mit Spiel umschließt.
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Der Arbeitszylinder 1 ist mit einer Dämpfungs-Flüssigkeit, z. B. Öl,
gefüllt und enthält an seinem unteren Ende einen freischwimmenden Ausgleichskolben
8, der durch einen in eine Ringnut 9 eingesetzten Dichtungsring 10 von kreisförmigem
Querschnitt gegen die Innenwandung des Arbeitszylinders 1 abgedichtet ist. In eine
zylindrische Ausnehmung 11
des Ausgleichskolbens 8 ist eine Hohl- oder Faltenmembran
12 eingesetzt, deren zweckmäßig verstärkter Rand 13 durch eine Buchse 14 gehalten
ist: Diese ist in eine Ringnut 15 an der Innenwand des Ausgleichskolbens 8 eingebördelt
und verbindet dadurch die Membran 12 fest mit dem Ausgleichskolben B. Die Buchse
14 weist in der Mitte eine Ausnehmung16 auf, durch die die Innenseite der Membran
12 in offener Verbindung mit dem mit einem hochgespannten Luft-oder Gaspolster gefüllten
Ausgleichsraum 17 steht, der durch die Membran 12 abgedeckt ist.
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Der Ausgleichskolben 8 ist an seiner Außenseite mit einer Ringnut18
versehen, die über radiale Kanäle 19 mit seiner Ausnehmung 11 in Verbindung steht.
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Die den Arbeitszylinder 1 anfüllende Dämpfungsflüssigkeit steht bei
der Fahrt infolge der Bewegungen des Arbeitskolbens 3 unter wechselndem Druck, und
zwar wird die Flüssigkeit bei Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens 3 aus dem über
diesem befindlichen Arbeitsraum der Druckstufe durch die Drosselkanäle des Arbeitskolbens
3 in den unteren Arbeitsraum der Zugstufe verdrängt, wobei die dem Volumen der Kolbenstange
5 entsprechende Flüssigkeitsmenge durch eine Bewegung des unter dem Druck des Luft-
bzw. Gaspolsters in dem Ausgleichsraum 17 stehenden Ausgleichskolbens 8 und dessen
Membran 12 ausgeglichen wird.
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Die Angriffsfläche der Membran 12 ist größer als diejenige des Ausgleichskolbens
B. Infolgedessen tritt die Membran 12 zuerst in Tätigkeit und wird durch den auf
ihre Außenseite wirkenden Druck der Dämpfungsflüssigkeit gegen die Spannung des
im Ausgleichsraum 17 befindlichen Gaspolsters zusammengedrückt und bewirkt den Volumenausgleich,
so daß bei kleineren und mittleren Hüben des Arbeitskolbens 3 der Ausgleichskolben
8 nicht bewegt wird. Erst wenn der Arbeitskolben 3 größere Hübe ausführt, gelangt
der Ausgleichskolben 8 zusätzlich zur Wirkung und gleicht gemeinsam mit der Membran
12 das Volumen der eingefahrenen Kolbenstange 5 aus. Da die ein Ansprechen des Ausgleichskolbens
8 bewirkenden größeren Hübe des Arbeitskolbens 3 seltener auftreten, führt der Ausgleichskolben
8 nur geringe Bewegungen aus, und sein Dichtungsring 10 ist nur geringen
Beanspruchungen und Abnutzungen unterworfen. Durch die radialen Kanäle 19 des Ausgleichskolbens
8 wird der Dichtungsring 10 weiter entlastet, da ein Teil der auf ihn drückenden
Dämpfungsflüssigkeit in die Ausnehmung 11 des Ausgleichskolbens 8 abgeleitet wird:
Der Stoßdämpfer erhält durch die vorgeschlagene Ausbildung des Ausgleichskolbens
eine große Betriebssicherheit und lange Lebensdauer, denn der Dichtungsring 10 des
Ausgleichskolbens 8 ist beim Betrieb nur wenig beansprucht und gewährleistet einen
dauernd dichten Abschluß des mit hochgespantem Gas gefüllten Ausgleichsraumes 17.