DE2359306B2 - Hydropneumatisches federelement fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Federelement für Fahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei bekannten Federelementen dieser Art, bei denen eine am Kolben abgestützte, federnd teleskopierende Baugruppe ein Aufregelventil in seine Offenstellung bzw. in seine Schließstellung drückt, ist eine entgegenwirkende Feder bzw. ein anderes mechanisches Teil zum Schließen und Geschlossenhalten bzw. zum öffnen dieses Ventils erforderlich (FR-PS 15 62 181 bzw. DT-AS 16 30 058).

Es ist ferner ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein bekannt (DT-OS 17 80 221), bei dem ein Abregelventil durch eine Feder normalerweise offengehalten und durch eine am Kolben abgestützte elastische Vorrichtung mit einer Druckfeder geschlossen wird, sobald die wirksame Länge des Federbeins einen vorbestimmten Wert erreicht oder unterschreitet.

Schließlich ist ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung bekannt (DT-AS 14 55 666), bei dem eine koaxial zur Kolbenstange angeordnete elastische Vorrichtung in Form einer Druckfeder den Kolben in entgegengesetzter Richtung zu derjenigen Richtung belastet, in welche der Kolben von unter Druck stehender Flüssigkeit gedrängt wird. Die Druckfeder wirkt mit einem Ende auf die dem Endverschluß des einen Zylinderendes zugewandte Stirnfläche des Kolbens und mit dem anderen Ende auf den Endverschluß, sobald die wirksame Länge des Federbeins den vorbestimmten Wert erreicht. Eine weitere Bewegung des Kolbens in derselben Richtung zum Endverschluß hin bewirkt eine Zusammenziehung der Baugruppe und ein Zusammendrücken der Feder zum öffnen des Auslaßventils, das wiederum durch eine entgegenwirkende Feder geschlossen bzw. geschlossen gehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federelement der im Oberbegriff des Anspruchs I beschriebenen Art zu schaffen, bei welcher die Betätigung des Aufregelventils vereinfacht ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.

Bei dem Federelement nach der Erfindung ist eine das Aufregelventil in Offenstellung haltende Feder oder andere mechanische Vorrichtung vermieden; das Aufregelventil wird allein durch den Druck der Druckmittelquelle offengehalten. Erst wenn eine bestimmte Ausdehnung des Federelementes erreicht ist, steuert die teleskopierende Baugruppe das Aufregel-

ventil zu. Bei weilerer Vergrößerung dieser Ausdehnung wirkt die teleskopierende Baugruppe als die weitere Ausdehnung hemmende elastische Einrichtung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Stellzylinder einer hydropneumatischen Federung,

F i g. 2 einen Längsschnitt, in vergrößertem Maßstab, durch eine Hälfte einer in den in Fig. 1 dargestellten Stellzylinder eingegliederten Baugruppe,

F i g- 3 einen Längsschnitt durch einen dem in F i g. 1 dargestellten Stellzylinder ähnlichen Stellzylinder, jedoch in abgewandelter Ausbildungsform, und

Fig.4 einen Längsschnitt, in vergrößertem Maßstab, durch eine Hälfte einer in den in F i g. 3 dargestellten Stellzylinder eingegliederten Baugruppe.

Fig. 1 und 2 zeigen einen Stellzylinder einer hydropneumatischen Federung, bei den entgegensetzte Enden eines zylindrischen Rohrkörpers 1 von beträchtlicher Länge mit Endverschlüssen 2 und 3 verschlossen sind.

Ein in der Bohrung des Rohrkörpers 1 arbeitender Kolben 4 ist am oberen Ende einer Kolbenstange 5 angebracht, die durch eine Bohrung 6 im Endverschluß 3 und eine in einer Ringnut 8 aufgenommene Niederdruck-Dichtung 7 hindurchgeführt ist. Im Kolben 4 sind axial gerichtete, durchgehende Überleitungskanäle ausgebildet, von denen wenigstens einige mit Rückschlagventilen oder Drosseln versehen sind, um bei Relativbewegung zwischen dem Kolben 4 und der Bohrung und infolge von Druckunterschieden Flüssigkeitsströmung zwischen beiden Kolbenseiten in beiden Richtungen zu ermöglichen und zu drosseln. Der Kolben 4 weist ebenfalls eine (nicht gezeichnete) mittig angeordnete Axialbohrung auf, die mit einer Axialbohrung 9 in einer Hohlzapfenverlängerung 10 in Verbindung steht, die am inneren Ende einer in der Kolbenstange 5 ausgebildeten, in Achsenrichtung sich erstreckenden Blindbohrung 11 fest angeschlossen ist. Das innere Ende der Blindbohrung U ist über eine radiale Abregelbohrung 12 im Normalfall mit einem im Volumen veränderlichen ringförmigen Arbeitsraum 13 verbunden, der zwischen dem Rohrkörper 1, der Kolbenstange 5, dem Kolben 4 und dem Endverschluü 3 eingeschlossen ist.

Im Endverschluß 3 ist ein Einiaßkaiial 14 ausgebildet, durch den von einer Quelle, beispielsweise in Gestalt einer Hochdruckpumpe oder eines Hydraulik-Speichers, her unter hohem Druck sichende Flüssigkeit einleitbur ist. Die Verbindung /wischen dem Einlaßkanal 14 und dem Arbeitsraum 13 ist mit einem nadelförmigen Verschlußglied 15 eines Aulregelventils steuerbar, das in einer Axialbohrung 16 im Endverschluß 3 arbeitet und mit einer konischen Ventilspitze 17 an einem zwischen dem inneren Ende der Axialbohrung '^ und dem Einlaßkanal 14 ausgebildeten Ventilsitz 18 angreift. Die Nadel spricht extrem leicht an, da Reibung auf ein Geringstmaß herabgesetzt ist.

Ein bis zum Enüverschluß 3 reichender Teil der Kolbenstange 5 ist in einer Kolbenstangenführung 19 von beträchtlicher Länge geführt. Diese weist ein erstes zylindrisches Führungselement 20 auf, dessen im Durchmesser verkleinertes äußeres Ende in einer Stufenbohrung 21 im Endverschluß 3 aufgenommen ist. Am inneren Ende des Führungselementes 20 ist eine offene Ringnut 22 ausgebildet, in die eine vorzugsweise als einstückiger Ring aus Polytetrafluoräthylen ausgebildete Hochdruck-Dichtung 23 eingesetzt ist. Auf einem Zwischenabschnitt seiner Länge ist das Führungselement 20 in seinem Innendurchmesser vergrößert, um mit der Kolbenstange 5 eine an einen Flüssigkeits-Vorratsbehälter anschließbare ringförmige Ablaufkammer 24 zu bilden. Die Kolbenstangenführung ist mit einem zweiten, inneren Führungselement 25 vervollständigt, das am inneren Ende des Führungselementes 20 anliegt, um die Hochdruck-Dichtung 23 in der Ringnut 22 zu halten, und einen nach außen gerichteten, in Achsenrichtung sich erstreckenden Mantel 26 aufweist, der die Außenfläche des Führungselementes 20 umfaßt.

Ein nahe des Endverschlusses 3 in einer Nut des Führungselementes 20 gehaltener Klemmring 27 bildet einen Anschlag zum Begrenzen einer axial nach innen gerichteten Bewegung einer ringförmigen Anschlagplatte 28, die eine nach innen gerichtete Bewegung des Verschlußgliedes 15 verhindert, welches mit seinem inneren Ende in den Arbeitsraum 13 eindringt.

Der innere Abschnitt der Kolbenstange 5 ist von einer einzelnen Druckfeder 29 umschlungen, die in einer Richtung wirkt, in der der Kolben 4, nach Auseinanderziehen des Stellzylinders über einen vorbestimmten Betrag hinaus, gegen den Endverschluß 2 gedrängt wird. Die Druckfeder 29 ist normalerweise auseinandergezogen und im vorgespannten, aber noch nicht zusammengedrückten Zustand zwischen entgegengesetzten Enden einer teleskopierenden Baugruppe 30 aufgenommen, die in Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt ist. Zur Baugruppe 30 gehört eine ringförmige Reaktionsplatte 31, die ein Widerlager für ein Ende der Druckfeder 29 bildet und nahe ihrer Außenumfangskante am Kolben 4 angreift. Nahe ihrer lnnenumfangskante ist die Reaktionsplatte 31 zwischen dem Kolben 4 und dem inneren Ende der Kolbenstange 5 eingeklemmt. Das entgegengesetzte Ende der Druckfeder 29 stützt sich an einem nach außen gerichtcn Radialflansch 32 am äußeren Ende einer Hülse 33 ab, die an ihrem inneren Ende mit einem nach innen gerichteten Radialflansch 34 versehen ist. Dieser greift an der dem Kolben 4 zugewandten Innenseite eines nach außen gerichteten Radialflansches 35 am äußeren Ende einer Hülse 36 an. Die Hülse 36 ist im Durchmesser kleiner als die Hülse 33 und weist an ihrem inneren Ende eine mit einer Bohrung versehene Stirnwand 37 auf, die zwischen der Reaktionsplatte 31 und dem inneren Ende der Kolbenstange 5 eingeklemmt ist.

Der Endverschluß 2 ist mit einem Anschluß J8 versehen, der über eine Außenverbindung zu einem (nicht gezeichneten) gesonderten hydropneumatischen Speicher geführt ist. Dieser besitzt ein Gehäuse, das von einer beweglichen Wand, beispielsweise von einer Membran, in eine Luft oder Gaskammer und eine Flüssigkcitskammcr unterteilt ist. Die Flüssigkeitskammcr ist an den über dem Kolben 4 liegenden Teil des Rohrkörpers 1 angeschlossen.

Der Stell/ylinder läßt sich mit dem Endvers,chlulJ 2 nach oben zwischen gelederten und ungefederten Teilen eines Fahrzeuges einbauen. Dazu dient eine im Endverschluß 2 ausgebildete Beiestigungsöse 39 und eine am freien Ende der Kolbenstange 5 angebrachte Befestigungsöse 40.

Von der Quelle her herangeführte, unter hohem Druck stehende Flüssigkeit gelangt am unterhalb einer vorgegebenen Länge des Stellzylinders im Abstand von

seinem Ventilsitz 18 stehenden Verschlußglied 15 des Aufregelventils vorbei in den Arbeitsraum 13 und strömt u.a. durch die Abregelbohrung 12, die Blindbohrung 11 und die Axialbohrung 9 in den über dem Kolben liegenden Raum des Rohrkörpers und ebenso unmittelbar durch die axial verlaufenden Übcrleitungskanäle.

Der Kolben 4 ist an beiden Seiten von gleichem Druck beaufschlagt. Er bewegt sich somit nach unten, um den Stellzylinder zu verlängern, da die in dieser Richtung wirkende Kraft, entsprechend dem auf die ι ganze Kolbenfläche wirkenden Druck, größer ist als die in der entgegengesetzten Aufwärlsrichtung wirksame Kraft, die normalerweise vom gleichen, auf die um die Fläche der Kolbenstange 5 verminderte Gesamtfläche des Kolbens 4 wirkenden Druck erzeugt wird. Dies setzt ' sich so lange fort, bis das untere Ende der Baugruppe 30 zur Anlage an der Anschlagplatte 28 kommt, um das Verschlußglied 15 des Aufregelventils gegen den Ventilsitz 18 zu drängen und die Zufuhr von Druckflüssigkeit in den Arbeitsraum 13 zu unterbrechen. In diesem Zustand hat der Stellzylinder eine vorbestimmte ausgefahrene Länge, wobei die Abregelbohrung 12 etwas oberhalb der Hochdruck-Dichtung 23 steht.

Bei Verringerung der auf den Stellzylinder wirkenden Last, beispielsweise durch Verringern der Ladung des Fahrzeuges, verlängert sich der Stellzylinder infolge der Wirkung des auf den Kolben 4 wirkenden Flüssigkeitsdruckes weiter unter Überwindung der Kraft der Druckfeder 29, die bei gleichzeitiger teleskopierender Bewegung der Baugruppe 30 allmählich zusammengedrückt wird. Während dieser Bewegung läuft die Abregelbohrung 12 über die Hochdruck-Dichtung 23 hinweg zu deren entgegengesetzter unteren Seite und bringt dadurch den Arbeitsraum 13 und den über dem Kolben 4 liegenden Raum über die Ablaufkammer 24 in Verbindung mit einem Flüssigkeits-Vorratsbehälter. Auf diese Weise wird der Druck im Stellzylinder abgebaut und. wobei die Abregelbohrung 12 wieder in eine Stellung oberhalb der Hochdruck-Dichtung 23 zurückkehrt, zieht sich der Stellzylinder auf die angestrebte wirksame Länge zusammen.

Wird die am Stellzylinder angreifende Last erhöht, zieht sich dieser zusammen, wobei sich das Verschlußglied 15 des Aufregelventils von seinem Ventilsitz lösen kann, so daß unter hohem Druck stehende Flüssigkeit wieder in den Arbeitsraum 13 einströmen kann. Der vorbcsehriebene Arbeitsablauf wiederholt sich dann.

Die Federhärte der Druckfeder 29 ist so gewählt, daß die Feder ausreichend kräftig ist, um unter Überwindung des Druckes der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit das Verschlußglied 15 gegen seinen Ventilsitz 18 7U pressen, und doch Vergrößerung und Zusammenziehung des Stcllzylindcrs entsprechend seiner Belastung zu ermöglichen. Diese Merkmale werden durch Verwendung einer Feder mit dein größten innerhalb des Rohrkörpers 1 abnehmbaren Durchmesser und der größten auf der Länge der Baugruppe Ϊ0 unterzubringenden Anzahl von Windungen erreicht

Die über die Baugruppe 30 wirksame Druckfeder 29 kann so ausgebildet sein, daß sie das Vcrschlußglicd 15 des Aufregelventils auch dann noch gegen dessen Ventilsitz 18 preßt, wenn die Abregelbohrnng 12 bereits in eine Stellung oberhalb der Hochdruck-Dichtung 23 verstellt winden ist Auf diese Weise wird tue Niveaurcgelungswirkung des Stell/\lindeis nach F.rhöluinj' der I 'aiii /euglast \ erzogen

Die Hochdruck-Dichtung 23 ist die einzige Dichtung im Stellzylinder, die mit dem vollen Druck der von der Hochdruckquelle gelieferten Flüssigkeit beaufschlagt wird. Durch Verwendung von Polytetrafluorethylen als Werkstoff für die Hochdruckdichtung 23 wird die Reibung an der Kolbenstange 5, nämlich die mit zunehmendem Flüssigkeitsdruck ansteigende Kraft, mit der die Hochdruck-Dichtung 23 gegen die Kolbenstange 5 abdichtet, auf ein Geringstmaß herabgesetzt. Bei verhältnismäßig niedrigem Flüssigkeitsdruck kann es vorkommen, daß an der Hochdruck-Dichtung 23 eine geringe Flüssigkeitsmenge durchtritt. Diese ist nicht kritisch und wird über die Ablaufkammer 24 wieder dem Vorratsbehälter zugeführt. Die im Arbeitsraum befindliche Flüssigkeit folgt einem Strömungsweg, der zwischen dem inneren Ende des Führungselementes 25 und der benachbarten Stirnfläche der Dichtung gebildet ist, und wirkt auf die Außenumfangskante der Hochdruck-Dichtung 23, so daß die Kraft, mit der diese gegen die Kolbenstange 5 abdichtet, erhöht wird. Daraus ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß, wenn die Abregelbohrung 12 über die Hochdruck-Dichtung 23 hinweggeht, die Innen- und Außenumfangsflächen der Hochdruck-Dichtung 23 mit gleichen Drücken beaufschlagt werden. Eine Beschädigung der Hochdruck-Dichtung 23 durch radiales Verdrängen ihres Materials in die Abregelbohrung 12 ist daher in keiner Weise möglich.

Bei dem in F i g. 3 und 4 dargestellten Stellzylinder weist die teleskopierende Baugruppe 30' eine ringförmige Reaktionsplatte 40' auf, die einen Anschlag bzw. Abstützung für ein Ende der Druckfeder 29 bildet und am Kolben 4 anliegt. Die Reaktionsplatte 40' ist zwischen dem Kolben 4 und dem inneren Ende der Kolbenstange 5 eingeklemmt. Das entgegengesetzte

¹ Ende der Druckfeder 29 stützt sich an einem nach außen gerichteten Radialflansch 41 am äußeren Ende einer ersten, äußeren Hülse 42 ab, deren inneres Ende mit einem nach innen gerichteten Radialflansch 43 versehen ist. Dieser übergreift einen nach außen gerichteten

¹ Radialflansch 44, an dessen Seite er zur Anlage kommen kann. Der Radialflansch 44 befindet sich am äußeren Ende einer zweiten oder mittleren Hülse 45, die an ihrem inneren Ende einen nach innen gerichteten Radialflansch 46 trägt. Dieser übergreift einen nach

■ außen gerichteten Radialflansch 47, an dem er zur Anlage kommen kann. Der Radialflansch 47 befinde! sich am äußeren Ende einer dritten oder inneren Hülst 48. an deren entgegengesetztem oder innerem Endi eine durchbohrte Stirnwand 49 ausgebildet ist, weicht

' zwischen dem inneren Ende der Kolbenstange 5 und de Rcaklionsplatte 40' eingeklemmt ist.

Die Baugruppe 30' ist zwischen einer Stellung mi maximal ausgefahrener Länge, in welcher die Radin' flansche 43 und 44 bzw. 46 und 47 aneinander anlicgei

■ und einer Stellung mit größter Zusammendrückun bewegbar, in welcher der Absland zwischen de Reaktionsplatle 40' und dem Endverschluß 3 durch d Länge der äußeren Hülse 42 begrenzt wird. Auf clic; Weise ist der Bereich, innerhalb dessen der Stellzylindi

" verlängerbar und verkürzbar ist und das Versehlußglu 15 gegen seinen Ventilsitz 18 gehalten ist, beträchtlii erweitert, und zwar um die Differenz der halben Läni der voll ausgefahrenen tcleskopicrenden Baugruppe 1 und eier 1 .änge der 1 liilse 42.

Aufbau und Wirkungsweise des Stellz.ylinders situ! übrigen die gleichen wie im Zusammenhang mit Fi ΐ und 2 beschrieben. Einander entsprechende Baute winden mit gleichen Beziigs/euhcn bezeichnet.

1 lieizii 2 Watt /eichininreii

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hydropneumatisches Federelement für Fahrzeuge mit innerer Niveauregelung zum Anschluß an eine außenliegende Druckmittelquelle, mit einem an einem gefederten oder ungefederten Fahrzeugteil befestigten, mit Flüssigkeit gefüllten Stellzylinder, in dem ein von einer an einem ungefederten bzw. gefederten Fahrzeugteil befestigten Kolbenstange getragener Kolben verschiebbar ist, mit einer die Flüssigkeit im Stellzylinder belastenden, mit Gas gefüllten und als Feder wirkenden Druckkammer, mit einem durch eine am Kolben abgestützte, federnd teleskopierende Baugruppe betätigbaren Aufregelventil, das bei einem Unterschreiten einer vorgegebenen wirksamen Länge des Stellzylinders dessen innenraum mit der Druckmittelquelle verbindet, und mit einer ebenfalls in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens im Stellzylinder betätigbaren Abregeleinrichtung.die bei einem Überschreiten der vorgegebenen wirksamen Länge des Stellzylinders dessen Innenraum mit einem Flüssigkeits-Vorratsbehälter verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (15) des Aufregelventils durch den Druck der Druckmittelquelle offengehalten und durch die mit einer vorgespannten Druckfeder (29) versehene teleskopierende Baugruppe (30 oder 30') bei einem Erreichen und Überschreiten der vorgegebenen wirksamen Länge des Stellzylinders in seine Schließstellung gedrückt wird.

2. Hydropneumatisches Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopierende Baugruppe (30 oder 30') koaxial zur Kolbenstange (5) angeordnet ist, sich an ihrem einen Ende gegen die kolbenstangenseitige Stirnfläche des Kolbens (4) abstützt und mit ihrem anderen Ende bei einem Erreichen und Überschreiten der vorgegebenen wirksamen Länge des Stellzylinders mit dem Verschlußglied (15) des Aufregelventils in Eingriff kommt, wobei ein weiteres Ausfedern des Kolbens in an sich bekannter Weise durch Zusammenschieben der telcskopierenden Baugruppe unter Zusammendrückung ihrer Druckfeder (29) ermöglicht wird.

J. Hydropneumatisches Federelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopierende Baugruppe mehrere zueinander und zur Druckfeder (29) koaxiale Hülsen (33 und 36 oder 42, 45 und 48) aufweist, die jeweils an ihren einander zugewandten Enden bei voll ausgefahrener Baugruppe aneinander anliegende Radialflansche (34 und 35 bzw. 43 und 44 sowie 46 und 47) aufweisen und von denen die innerste Hülse (36 oder 48) am Kolben (4) befestigt ist und die äußerste Hülse einen nach außen stehenden Radialflansch (32 oder 41) als Sitz für die Druckfeder (29) aufweist.

4. llydropneuniatisches Federelement nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopierende Baugruppe (30) zwei koaxiale Hülsen (33 und 36) aufweist. ι

5. Hydropneumatisches Federelcnient nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopierende Baugruppe (30') Hrri oder mehr Hülsen (42, 45 und 48) aufweist.

6. Hydiopneumatisehes Federelement nach min- ι destens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufregelventil im kolbenstangcnseitigen Endverschluß (3) des Stellzylinders

angeordnet und als Nadelventil ausgebildet ist, dessen Verschlußglied (15) in einer Axialbohrung (16) arbeitet und mit einer Ventilspitze (17) in einen Ventilsitz (18) eingreift, über den die Axialbohrung (16) mit einem an die Druckmittelquelle angeschlossenen Einlaßkanal (14) verbindbar ist, während das andere Ende des Verschlußgliedes (15) in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum (13) des Stellzylinders hineinragt und dort mit der teleskopierenden Baugruppe (30 oder 30') in Eingriff kommen kann.

7. Hydropneumatisches Federelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopierende Baugruppe (30 oder 30') über eine ringförmige Anschlagplatte (28) am Verschlußglied (15) des Aufregelventils angreift.