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Elydropneurnatischer Einrohrstoßdäli#pfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf einen insbesondere fürKraftfahrzeuge verwendbaren
hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfer. Bei derartigen Vorrichtungen ist zum Ausgleich
des Volumens der in die Arbeitsflüssigkeit eintauchenden Führungsstange des Arbeitskolbens
ein unter Gasdruck stehendes Ausgleichselement in dem der Führungsstange abgewendeten
Teil* des Arbeitszylinders vorgesehen. Im Betrieb treten infolge der Hin- und Herbewegung
des Arbeitskolbens in der Flüssigkeit erhebliche Drücke auf, die von der Abdichtung
der Führungsstange des Arbeitskolbens aufgenommen werden müssen. Das vielfach aus
einer elastischen Manschette bestehende Dichtungselement wird durch den Druck der
Arbeitsflüssigkeit gegen die Kolbenführungsstange gepreßt. Um die Dichtlippe vor
seitlichen Drücken zu schützen, hat man die Kolbenstangenführung hinter dem Abdichtungselement
nach außen verlegt und vielfach aus einem Werkstoff mit selbstschmierenden Eigenschaften,
z. B. aus einem Sintermetall, hergestellt. Die Kolbenstange erhält hierdurch jedoch
keine ausreichende Schmier-ung, so daß ihre Führung ebenso wie ihre Abdichtung einem
starken Verschleiß unterworfen ist. Infolge des hohen auf das Ausgleichselement
wirkenden Gasdruckes wird die Arbeitsflüssigkeit an der Austrittsstelle der Kolbenführungsstange
nach außen gedrückt . Das unter hohem Gasdruck stehende Ausgleichselement
gleicht den Verlust der Arbeitsflüssigkeit aus, indem es sich dem Arbeitskolben
nähert, bis das innere Ende der Kolbenführungsstange beim vollständigen Einschieben
des Arbeitskolbens in den Arbe itszylinder infolge starker Belastung auf das Ausgleichselement
aufstößt und dieses gegen die Gaskammer verschiebt. Hierbei entgefüllten steht in
Arbeitszylinder dem mit der Arbeitsflüssigkeit, ein Vakuum, unter z. B. dessen öl
'
Einfluß Luft von außen über die Abdichtung der Kolbenführungsstange in den
Arbeitsraum angesaugt wird. Diese Luft vermischt sich mit der Arbeitsflüssigkeit,
und es entsteht eine Schaumbildung, die die hydropneumatische Vorrichtung unbrauchbar
macht.
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Der Ersatz der infolge Undichtigkeit der Austrittsstelle der Kolbenführungsstange
ausgetretenen Leckflüssigkeit durch Einpumpen über besondere Pumpvorrichtungen verbietet
sich wegen der hiermit verbundenen verwickelten und teuren Zusatzeinrichtungen.
Bei den aus einem geschlossenen Zylinder bestehenden hydropneumatischen Stoßdämpfern
und Federungen mußten die Leckverluste der Arbeitsflüssigkeit in Kauf genommen werden,
wodurch jedoch ein einwandfreies Arbeiten dieser hydropneumatischen Vorrichtungen
auf die Dauer nicht gewährleistet war.
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Es ist bekannt, den mitFlüssigkeitgefülltenArbeitsraum an dem dem
Ausgleichselement abgewendeten Ende über eine Ventileinrichtung mit einer von der
Kolbenstange durchsetzten Kammer zu verbinden, die gegen die Außenluft durch ein
an ihrem Deckel angeordnetes Dichtungselement flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist.
Diese Kammer dient als Reserveraum und steht infolge ihrer Verbindung mit dem Arbeitsraum
unter dem gleichen Druck wie dieser. Das Dichtungselement der Kolbenstange muß daher
gegen den vollen Arbeitsdruck abdichten und ist infolgedessen einem Verschleiß unterworfen,
so daß Leckverluste mit ihren nachteiligen Folgen auf die Dauer nicht verhindert
werden können.
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Beim anderen bekannten hydropneumatischen Ei n-, rohrstoßdämpfer wird
das Volumen der Kolbenstange durch ein Luftpolster ausgeglichen, das sich im oberen
Teil des Dämpfungszylinders befindet und gegen die Dämpfungsflüssigkeit nicht abgetrennt
ist.
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Die aus dem bekannten Stoßdämpfer nach oben führende Kolbenstange
ist durch zwei im Abstand liegende Dichtungen gegenüber der Außenluft abgedichtet.
Diese beiden Dichtungen schließen zwischen sich eine Kammer ein, die mit der Kolbenstange
einen Ringspalt bildet und teilweise mit öl gefüllt sind, um die Kolbenstange
zu schmieren. Die sich in dieser Kammer ansammelnde Leckflüssigkeit kann nicht selbsttätig
in den Arbeitsraum zurückgeführt werden, weil bei auftretenden Leckverlusten wegen
Fehlens eines in sich geschlossenen Ausgleichseleinentes kein Unterdruck im Arbeitsraum
auftreten kann. Auch kann sich das Luftpolster in der Ausgleichskammer
mit
dem hier befindlichen Öl vermischen und dieses zum Schäumen bringen, was
durch die dauernden Erschütterungen bei der Fahrt unterstützt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem hydropneumatischen
Einrohrstoßdämpfer mit einem unter der Wirkung eines hochgespannten Gaspolsters
stehenden Ausgleichselement etwa entstehende Leckflüssigkeit selbsttätig in den
Arbeitsraum zurückzuführen, um dadurch jegliches Eindringen von Luft in den Arbeitsraum
und das hiermit verbundene Zerschäumen des Öles zu vermeiden. Diese Aufgabe wird
gemäß der ErlIndung durch die Kombination der folgenden Merkmale erreicht: a) Die
aus dem Stoßdämpfer nach oben führende Kolbenstange, ist durch zwei im Abstand liegende
Dichtungen gegenüber der Außenluft abgedichtet, die zwischen sich eine teilweise
mit öl gefüllte Kammer einschließen; b) das Ausgleichselement
ist im Niederdruckraum des Stoßdämpfers angeordnet und so hoch, daß der Kolben bei
Leckverlusten in der ganz eingefahrenen Stellung auf dem Ausgleichselement aufsitzt
und dieses zusätzlich zusammendrückt; c) die innere Kolbenstangendichtung ist als
Ventil derart ausgebildet daß bei einem Zusammendrücken des Ausgleichselements durch
den aufsitzenden Kolben öl aus der Kammer in den Arbeitsraum des Stoßdämpfers
gesaugt werden kann.
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Die durch die Erfindung gelehrte Ausgestaltung des hydropneumatischen
Einrohrstoßdämpfers hat den Vorteil, daß etwaige an der Kölbenstangendurchführung
austretende Leckflüssigkeit völlig selbsttätig wieder in den Arbeitsraum zurückgeführt
wird, da das infolge der Leckverluste ausgedehnte Ausgleichselement durch den völlig
in den Arbeitsraum eingeschobenen Arbeitskolben zusammengedrückt wird, wodurch in
diesem ein Unterdruck entsteht, der die Leckflüssigkeit aus der Kammer wieder zurücksaugt.
Der Arbeitsraum bleibt infolgedessen stets vollständig mit Flüssigkeit gefüllt,
und es kann keine Außenluft an der Kolbenstangendurchführung in den Arbeitsraum
eindringen und eine schädliche Luft-öl-Emulsion hervorrufen. Der Stoßdämpfer erhält
auf diese Weise eine # große Betriebssicherheit und ist auch dann voll arbeitsfähig,
wenn an der Kolbenstangendurchfuhrung Undichtigkeiten auftreten sollten, die sich
praktisch kaum vermeiden lassen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
veranschaulicht Diese zeigt den Längsschnitt eines hydropneumatischen Einrohrstoßdämpfers,
dessen Kolben ganz eingefahren ist, und zwar ist in Fig. 1 der Stoßdämpfer
in der äußeren Stellung des Ausgleichselements und Fig. 2 in der normalen Betriebsstellung
veranschaulicht.
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Der Arbeitszylinder 1 besteht aus einem einteiligen Rohr und
hat einen geschlossenen Boden 2, der in üblicher Weise ein Auge 3 zur Befestigung
z. B. an der ungefederten Radachse des Kraftfahrzeuges trägt. In dem Zylinderl ist
ein Arbeitskolben4 geführt, der mit nicht gezeichneten, durch Federplatten
5, 6
verschlossenen Durchgangskanälen für dir, im Arbeitsraum
7 befindliche Flüssigkeit, z. B. Öl, versehen ist. Der Kolben 4 ist
mittels einer Schraubenmutter 8 auf dem unteren Ende einer Kolbenstange
9 befestigt, deren oberes Ende z. B. an dem Fahrgestell angreift. In dem
unteren Teil des Zylinders 1 ist ein Ausgleichselement 10 angeordnet,
das in bekannter Weise aus einer an der Bodenplatte dichtend eingespannten Faltenmernbran
besteht, die ein hochgespanntes Gaspolster 11 umschließt. An Stelle der Faltenmernbran
10 kann auch ein anderes bekanntes Ausgleichselement, z. B. ein gegen die
Innenwand des Zylinders 1
abgedichteter Kolben, verwendet werden.
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Am oberen Ende des Zylinders 1 ist ein Dichtungselement 12
angeordnet, das aus einem ölfesten, temperaturbeständigen Werkstoff, wie natürlichem
oder synthetischem Gummi, z. B. Vulkollan oder Perbunan (E. W.), besteht.
Das Abdichtungselement 12 ist als Manschette ausgebildet, deren kegelförmige Dichtlippe
13 durch den Druck der im Raum 7 befindlichen Flüssigkeit radial gegen
die Kolbenstange 9
gepreßt wird und diese dadurch abdichtet. Hinter dem Abdichtungselement
ist ein z. B. aus Sintereisen oder einem ähnlichen Werkstoff bestehendes Führungselement
14 angeordnet, durch das die Kolbenstange 9 geführt wird. Dieses in den Zylinder
1 eingesetzte Führungselement 14 ist topfförmig ausgebildet und umschließt
eine Kammer 15, die durch einen mit einer elastischen Abstreifdichtung
16 versehenen Deckel 17 nach außen abgeschlossen ist. Der Deckel ist
z. B. durch einen Sprengring 18 an der Innenwand des Zylinders
1 gehalten.
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In der Kammer 15 befindet sich im Neuzustand des Stoßdämpfers
eine geringe Menge öl, die die Kolbenstange 9 schmiert, so daß zwischen
dieser und der Dichtlippe 13 ein dünner Ölfilm vorhanden ist, der die Dichtlippe
13 vor Abnutzung schützt.
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Im Betrieb entstehen in der im Raum 7 befindlichen Flüssigkeit
durch die Hin- und Herbewegung, des Arbeitskolbens 4 erhebliche Drücke, und die
Dichtlippe 13 liegt daher mit starker Pressung an der Kolbenstange
9 an, so daß trotz der Schmierung der Kolbenstange im Laufe der Zeit eine
geringe Ab-
nutzung an der Dichtlippe 13 auftritt. Es sickert daher
allmählich etwas Flüssigkeit aus dem Raum 7
durch die Dichtlippe.
13. Diese Leckflüssigkeit wird in der Kammer 15 aufgefangen und kann
nicht nach außen treten, da die Abstreifdichtung 16 die nicht oder unter
geringem überdruck stehende Kammer 15
zuverlässig nach außen abdichtet.
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Diese aus dem Raum 7 in die Kammer 15 gelangte, Flüssigkeit
wird durch das unter hohem Gasdruck stehende Ausgleichselement 10 ausgeglichen,
indem dieses aus der in Fig. 2 dargestellten Anfangslage um die Strecke a in die
in Fig. 1 gezeichnete Endlage nach oben verschoben wird. Ist so viel Flüssigkeit
aus dem Arbeitsraum 7 herausgetreten, daß die an dem unteren Ende der Kolbenstange
9 angebrachte Scheibe 19 beim vollständigen Einschieben des Arbeitskolbens
4 gegen das Ausgleichselement 1-0
stößt, so wird dieses gegen die Gaskammer
11 verschoben. Hierbei tritt im Arbeitsraum 7 ein Unterdruck auf.
Infolge dieses Unterdruckes wird die in der Kammer 15 angesammelte Leckflüssigkeit
durch den engen Ringspalt, der zwischen der Kolbenstange 9
und dem Führungselement
14 bzw. der Dichtlippe 13
gebildet ist, in den Raum 7 eingesaugt, wie
dies durch die in Fig. 2 gezeichneten Pfeile angedeutet ist. Dieser Ringspalt ist
durch die als Rückschlagventil wirkende DichtEppe 13 verschlossen. Auf diese
Weise wird die an der Dichtlippe 13 entwichene Flüssigkeit selbsttätig wieder
in den Arbeitsraum 7 zurückgeführt, und dieser bleibt stets vollständig mit
Flüssigkeit gefüllt,
ohne daß Luft von außen eindringen und die
Flüssigkeit zerschäumen kann.
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Die Kammer 15 kann auch, wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet,
mit dem Arbeitsraum 7 über einen das Abdichtungselement 12 und Führungselement
14 durchsetzenden Kanal 20 verbunden sein, der ein Rückschlagveritil 21 enthält.
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Die an der Unterseite des Arbeitskolbens 4 angebrachte Scheibe
19 besteht zweckmäßig niit der auf das innere Ende der Kolbenstange
9 geschraubten Mutter 8 aus einem Stück und bildet eine glatte, ebene
Auflagefläche für das Ausgleichselement 10,
wenn sich der Kolben 4 in seiner
inneren Endlage befindet, so daß das Ausgleichselement beim Aufstoßen des Kolbens
4 nicht beschädigt werden kann.
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Um auch in der oberen Endlage des Kolbens 4 eine Beschädigung der
Abdichtmanschette 12 zu verhindern, ist an der Oberseite des Kolbens 4 ein schalenartiger
Ansatz 22 vorgesehen, der sich in die Ringmit 23 der Abdichtmanschette 12
leg so daß diese gleichzeitig als Puffer in der oberen Endlage des Kolbens 4 dient.
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Die bei einer Abnutzung der Dichtlippe 13 entwichene Leckflüssigkeit
wird selbsttätig wieder in den Raum 7 zurückgeführt, sobald das innere Ende
der Kolbenstange 9 bei völlig in den Arbeitszylinder eingeschobenem Kolben
4 an dem Ausgleichselement 10
zur Anlage gelangt. Das hierbei in dem Arbeitsraum
7 auftretende Vakuum, das sonst das schädliche Ansaugen der Luft von außen
zur Folge hat, wird also im Sinne der Erfindung als Pumpwirkung zum Rückführen der
Leckflüssigkeit ausgenutzt. Durch die an der Austrittsstelle der Kolbenstange vorgesehene
Kammer 15 wird die Baulänge des Stoßdämpfers praktisch nicht vergrößert.