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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung, insbesondere
für Sitze, mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, deren Arbeitszylinder an das eine
und deren Kolbenstange an das andere der gegenseitig abzufedernden Teile angeschlossen
ist, wobei ein mit überströmbohrungen versehener Differentialkolben über die Flüssigkeit
ein Gasvolumen komprimiert und die Verdrängung der Flüssigkeit mittels eines Ventils
lastabhängig gesteuert ist, das durch den Flüssigkeitsdruck über eine Stehstange
gegen die Wirkung einer Feder beaufschlagt ist.
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Es ist ein Schwingungsdämpfer dieser Bauart bekannt, bei dem das Ventil
im Arbeitszylinder untergebracht ist. Dieses Ventil besteht aus einer Trennwand
im Zylinder; deren beide Seiten durch Bohrungen, die mit einer Flü@si@ket versehen
sind, die mit Hilfe eines Ventilkörpers verschließbar sind, der unter der Spannung
einer Feder steht, die sich einerseits am Ventilkörper und andererseits an einem
mit einer Stellstange verbundenen, in einem gesonderten Zylinder geführten Kolben
abgestützt ist, auf dessen eine Seite der veränderliche höhere Druck der Flüssigkeit
und auf dessen andere Seite gleichbleibender Atmosphärendruck wirkt. Mit zunehmendem
Druck des durch die Flüssigkeit komprimierten Gasvolumens schließt sich unter der
Belastung des beweglichen Kolbens der Ventilkörper: Es ist ferner ein Dämpfungselement
der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, bei dem das Ventil von einem im Zylinder
untergebrachten Kegelventil gebildet ist,- das in der .einen Richtung durch den
Druck der Flüssigkeit und in der anderen Richtung durch den Druck einer Feder beäufschlagt
wird. Das Kegelventil ist an der Zylinderwand geführt, die zur Bildung eines Widerlagers
für die Feder unter Bildung einer Schulter nach außen abgesetzt ist.
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Durch die Anordnung des Regelventils innerhalb des Arbeitszylinders
ergibt sich in diesen beiden bekannten Fällen ein sehr komplizierter Aufbau, der
einmal die Fertigung erheblich erschwert, da sich z. B. der Arbeitszylil#4cr.nicht
in einem Arbeitsgang. und nicht aus einem Stück herstellen läßt, und der darüber
hinaus den Zusammenbau erschwert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydropneumatische Federung der
eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die einen einfacheren Aufbau hat und
dadurch eine kostensparendere Herstellung gestattet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kombination der folgenden Merkmale:"
- - - '_ a) Das Ventil steuert die überströmbohrungen des Kolbens; b) die Stehstange
führt durch die hohle Kolbenstange abgedichtet nach außen; c) die Feder ist -eine'
Tellerfeder.
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Durch diesen Aufbau kann .die Innenwand des Arbeitszylinders eine
ungestört ,durchgehende Ausgestaltung .erhalten und genauso wie der Arbeitskolben
mit seiner Kolbenstange in . einem einzigen Formvorgang, beispielsweise im Druckguß-,
Fließpreß- oder Walzverfahren, hergestellt werden, ohne daß eine Nachverarbeitung
der Gleitflächen notwendig ist. Darüber hinaus hat die Verwendung einer Tellerfeder
gegenüber den Schraubenfedern bzw. Kegelfedern der bekannten Ventile den Vorteil,
daß sich mit Rücksicht auf die steile Federcharakteristik einer Tellerfeder bei
geringem Stehweg hohe Kräfte aufnehmen lassen. Außerdem können die Einzelteile der-
erfindungsgemäßen hydropneumatischen Federung in sehr einfacher Weise zusammengesetzt
werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ventil ein Kegelventil ist,
wobei die überströmbohrungen vom Boden des Ventilsitzes ausgehen und seitlich neben
der Kolbenstange in die Ringfläche auf der Rückseite des Kolbens münden. Es sind
hydraulische Dämpfer bekannt, die innerhalb des Verdrängerkolbens Ventile aufweisen,
die über die hohle Kolbenstange betätigbar sind und die dazu dienen, die Durchströmöffnungen
zur Veränderung der Dämpfung zu verändern. Die Einstellung der Ventile erfolgt nicht
automatisch, sondern muß jeweils von außen für jeden Fall gesondert vorgenommen
werden und erfolgt entweder mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch.
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Zweckmäßig ist die Tellerfeder am Rand unter Bildung eines Hebels
an zwei in Radialabstand stehenden Stellen auf der einen Seite am Kolbenstangenende
und an der anderen Seite an einem gegenüber dem Kolbenstangenende begrenzt axial
verschiebbaren Anschlußelement abgestützt. Die Durchbiegung dieser Tellerfeder unter
Belastung bestimmt den öffnungsweg des Ventilkegels, indem der Ventilkegel mehr
oder weniger stark gehoben oder gesenkt wird, da der Öldruck in jedem .Fall die
Stehstange kraftschlüssig an der Tellerfeder anliegen läßt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen-
an zwei Ausführungsbgispielen_näher erläutert. Es zeigen F i g. 1 und 2 jeweils
im Längsschnitt zwei verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen hydropneumatischen
Federung.
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Die hydropneumatische Federung nach F i g. 1 besteht aus einem Arbeitszylinder
1, in dem ein als Differentialkolben ausgebildeter Verdrängerkolben 2 verschiebbar
ist, dessen Kolbenstange 3 im Deckel 4 des Arbeitszyliiciers 1 geführt und außerhalb
dieses Zylinders mit seinem Ende an das eine von zwei gegenseitig abzufedernden,
nicht dargestellten Teilen änschließbar ist, während der Axbeitszylinder auf der
gegenüberliegenden Seite an das andere der abzufedernden Teile anzuschließen ist.
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Der Arbeitszylinder ist auf der Vorderseite des Verdrängerkolbens
2 mit Hilfe eines Schwimmkolbens 5 in zwei Kammern 6 und 7 unterteilt, von denen
die Kammer 7 Gas und die Kammer 6 eine Flüssigkeit, z. B..-,öl, enthält --Kolbenstange
3, Verdrängerkolben 2 und Schwimmkolben 5 sind durch O-Ringe 8 gegen den Arbeitszylinder
1 abgedichtet.
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Vorder- und Rückseite des Verdrängerkolbens 2 sind durch überströmbohrungen
9 miteinander verbunden, die-auf der Kolbenvorderseite in den Boden einer Ventiföffnung
10 und auf .der Kolbenrückseite in die zwischen Kolbenstange 3 und Verdrängerkolben
verbleibende 'Ringfläche münden. Die Ventilöffnung 10 ist mit Hilfe eines-
Ventilkegels 11 verschließbar, der mit einer Stellstange 12 aus einem Stück
besteht. Diese Stellstange 12 erstreckt sich durch eine Zenträlböhrüng- der Kolbenstange
3, ist gegenüber dieser Bohrung mittels O-Ring-Dichtung 13 abgedichtet und liegt
mit ihrem Ende 14, das abgerundet ist, mittig an einer Tellerfeder 15 an. Diese
Tellerfeder liegt radial außen auf einer Innenschulter 16 eines als Widerlager dienenden
Anschlußelements 17 an, das als Kugelkopf ausgebildet ist und begrenzt axial verschiebbar
auf dem Kolbenstangenende sitzt.
Der Kugelkopf 17 wird mit Hilfe
eines in einer Ringnut der Kolbenstange sitzenden Spreizrings 18 festgehalten, der
in eine Ringnut 19 des Kugelkopfes 17 eingreift, wobei diese Ringnut eine Breite
hat, die eine begrenzte axiale Verschiebung des Kugelkopfes gegenüber der Kolbenstange
gestattet. Radial innerhalb der Ringschulter 16 liegt die Tellerfeder an einer am
Kolbenstangenende ausgebildeten Ringkante 20 an, derart, daß sich bei Belastung
des Kugelkopfes eine Hebelwirkung ergibt, unter der die Tellerfeder 15 nach oben
ausgewölbt wird. Diese Tellerfeder bestimmt die Stößelverschiebung derart, daß der
Ventilkegel 11 bei minimaler äußerer Belastung volle Offenstellung innehat und mit
zunehmender Belastung in zunehmendem Maße die Ventilöffnung verschließt.
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Volumen und Querschnitt der Ölkammer auf der Vorderseite des Verdrängerkolbens
sind stets größer als Volumen und Querschnitt der Ölkammer auf der Kolbenrückseite,
wobei die gegenseitige Abstimmung dieser beiden Kammern nach Querschnitt und Volumen,
der Größe des Gasvolumens und der Gasvorspannung nach den jeweiligen Verhältnissen
erfolgt. Federkonstante und Federhöhe und Kraft sind auf diese Weise beliebig variabel.
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Bei Belastung der Federung wird der Verdrängerkolben 2 gegen das eingeschlossene
Luftvolumen verdrängt, wobei Öl über die Überströmbohrungen 9 zur Rückseite des
Verdrängerkolbens strömt, so daß nur das Differenzöl zum Verdrängen des Gasvolumens
benutzt wird. In Abhängigkeit von der Ventilöffnung erfolgt durch Strömungsverluste
eine mehr oder weniger starke Dämpfung, wobei beim Rückhub des Kolbens eine geringere
Dämpfung möglich ist, wenn auf der Kolbenrückseite ein die überströmbohrungen abdeckender
Rundschnurring 21 vorgesehen wird, derart, daß beim Arbeitshub des Kolbens das Öl
leicht an der äußeren Ringwand vorbeifließen kann, da ein Unterdruck in dieser Kammer
entsteht, während beim Rückhub der Öldruck den Rundschnurring mehr oder weniger
zusammenpreßt und hierdurch die Spaltgröße zwischen Zylinderwand und Mantel des
Rundschnurrings größer oder kleiner werden läßt.
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Da der Öldruck in jedem Fall den Ventilstößel kraftschlüssig an der
Tellerfeder anliegen läßt, erhält man im vorliegenden Fall eine selbsteinstellende
Federung, wobei sich ein gewisser Pumpeffekt ergibt, da bei starker Belastung das
Ventil mehr oder weniger geschlossen ist, jedoch beim Rückhub die Belastung teilweise
aufgehoben wird, so daß hierdurch das Öl von der Kolbenrückseite zur Kolbenvorderseite
entweichen kann und sich die Einstellhöhe der Feder dem Gewicht entsprechend einpendelt.
Zur Vermeidung einer Überbelastung ist in der Gaskammer 7 ein Kugelventil mit einer
Kugel 22 aus elastisch oder plastisch nachgiebigem Material, beispielsweise aus
Blei oder Gummi, vorgesehen, die bei überschreiten eines vorbestimmten Drucks durch
ihre Ventilöffnung 23 nach außen entweicht.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 sind anders als im Fall der
F i g.1 Ölvolumen und das gesamte Gasvolumen nicht hintereinander angeordnet. Vielmehr
befindet sich in diesem Fall ein Teil des Gasvolumens in einem den Arbeitszylinder
1 umgebenden Mantelbehälter 24, der über einen den Ringraum 7 a zwischen beiden
Zylindern mit dem Gasraum 7 des Arbeitszylinders verbindenden Zylinderkopf 25 abgeschlossen
ist, wobei in diesem Fall das Kugelventil in diesem Zylinderkopf vorgesehen ist.
Auf diese Weise läßt sich eine erhebliche Verkürzung der Gesamtanordnung erreichen.
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Im übrigen ist in diesem Fall das kolbenstangenseitige Anschlußende
26 vom Deckel 27 eines Führungszylinders 28 gebildet, wobei der Zylinderboden 27
in der gleichen Weise am Ende der Kolbenstange festgelegt ist, wie der Kugelkopf
17 im Fall der F i g.1. In gleicher Weise ist auch hier die gegenseitige Zuordnung
von Kolbenstangenende, Tellerfeder 15 und Stößelende getroffen.
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Der Führungszylinder 28 ist im unteren Bereich innen mit Führungsrippen
29 versehen, die in entsprechende Kerben an der Außenseite des Zylinderbodens 4
eingreifen. Das offene Ende des Zylinders wird mit Hilfe eines am Mantelbehälter
24 befestigten porösen Lagermaterials abgeschlossen, das beispielsweise aus Sinterbronze
mit einer Gleitschicht besteht und die bei gegenseitiger Verschiebung von Führungszylinder
und Arbeitszylinder aus dem Raum 30
zwischen dem Deckel 27 des Führungszylinders
und dem Deckel 4 des Arbeitszylinders verdrängte Luft durchläßt. Diese bei Arbeiten
der Federung aus diesem Raum 30 verdrängte oder in diesen angesaugte Luft sorgt
für eine Kühlung des Arbeitszylinders.
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Der Führungszylinder kann über Bohrungen 31 in seinem Deckel
27 mit einem der gegenseitig abzufedernden Teile verbunden werden.
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Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach F i g. 2 ist prinzipiell
die gleiche wie im Fall der F i g. 1.
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Die einzelnen Teile der dargestellten und beschriebenen Federungen
können im Druckguß-, Fließpreß-oder Walzverfahren hergestellt werden, ohne daß eine
Nachbearbeitung der Gleitflächen notwendig ist. Die Federungen sind wartungsfrei
und können für alle Federungssysteme verwendet werden und sind im übrigen austauschbar
gegen übliche Stoßdämpfer, so daß neben diesen sonst vorgesehene Federelemente entfallen
können. Im Fall der F i g. 2, in dem der Arbeitszylinder durch einen Mantelbehälter
umschlossen ist, ist die Federung unempfindlich gegen äußere Einflüsse, da der Mantelbehälter
den Arbeitszylinder schützt und der Mantelbehälter selbst ohne Gefahr beispielsweise
eingebeult werden kann.
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Im übrigen müssen die gegeneinander gleitenden Teile nicht zylindrisch
sein. Auch eine polygonale Ausführung ist möglich.