DE2819822C2 - Hydraulische Feder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Feder mit Federzylinder und -Kolben, welche gegen ein Flüssigkeitsvolumen federnd ineinandergreifen, sowie mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der Leckverluste aus einem Flüssigkeitsspeicher.

Es sind hydraulische Stoßdämpfer für Fahrzeuge bekannt, bei denen Leckverluste aus einem Flüssigkeitsvorrat automatisch ausgeglichen werden. Ein die Stöße übertragender Freikolben bewegt sich, gegen ein Flüssigkeitsvolumen federnd, im Inneren eines dazu passenden Zylinders. Während der Einfederung wird Flüssigkeit aus einem Reserveraum über ein Ventil in einen Ringraum und von dort beim Ausfedern über ein weiteres Ventil in den Druckraum nachgefördert

Eine ähnlich komplizierte Vorrichtung zum Ausgleichen von Leckverlusten umfaßt eine bekannte Freiflugkolbenkraftmaschine (DE-OS 23 07 760). Während der ίο nach innen gerichteten Hubbewegung der beiden Freikolben strömt Druckflüssigkeit über ein Ventil zuerst in eine Niederdruckkammer; von dort gelangt die Druckflüssigkeit beim Erreichen des inneren Totpunkts der beiden Freikolben über ein weiteres Ventil über eine Leitung in die eigentliche Hochdruckkammer. Die Hochdruckkammer ist mit der Leitung über ein drittes Ventil verbunden, welches beim Erreichen des inneren Totpunkts der beiden ^Freikolben öffnet.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das durch Leckverluste erforderliche Nachfüllen der Druckflüssigkeit besonders einfach, d.h. unter Vermeidung aufwendiger und anfälliger Ventilsteuerungen zu bewerkstelligen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einer hydraulischen Feder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Federkolben feststeht und eine mit dem Flüssigkeitsspeicher verbundene axiale Bohrung aufweist, welche über eine öffiiung mit der Gleitfläche des Federzylinders verbunden ist, und daß der Federzylinder eine an seine Gleitfläche angrenzende ringförmige Hohlkammer aufweist, welche derart angeordnet ist, daß sich der Federzylinder in seinen Umkehrpunkten, einerseits, bei gespannter Feder (maximaler Flüssigkeitsdruck, F i g. 1 a), etwa gegenüber der Öffnung 27 und andererseits, bei entspannter Feder" (minimaler Flüssigkeitsdruck, Fig. Ib), etwa am flüssigkeitsseitigen Ende des Federkolbens befindet.

Öffnung und Hohlkammer sind dabei zweckmäßig so angeordnet, daß die Öffnung des Federkolbens in einer dem maximalen Federhub entsprechenden Entfernung vom flüssigkeitsseitigen Ende des Federkolbens und die Hohlkammer in einer dem maximalen Federhub wenigstens gleichen Entfernung vom flüssigkeitsfernen Ende des Federzylinders angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung nutzt für das Wiedereinspeisen der Flüssigkeitsverluste die bei der Bewegungsumkehr der Federzylinder, z. B. als Kolben einer Freiflugkolbenkraftmaschine auftretenden hohen Beschleunigungskräfte. Im inneren Totpunkt der Federzylinder bzw. Freikolben kommt es dabei zu einem Entleeren der auf Seiten des Federzylinders vorgesehenen Hohlkammer in die mit Druckflüssigkeit gefüllte Kammer; im äußeren Totpunkt wird Flüssigkeit aus der Öffnung des feststehenden Freikolbens aus einem Flüssigkeitsspeicher nachgefüllt, was etwa bei einem Flüssigkeitsdruck von 1 Bar geschieht. Das Nachfüllen wird begünstigt durch den in der Hohlkammer nach dem Entleeren vorhandenen Unterdruck, welcher sich infolge der unter der Wirkung der Trägheitskräfte im inneren Umkehrpunkt aus der Hohlkammer ausgeschleuderten Druckflüssigkeit darin ausbildet. Versuche haben gezeigt, daß es durch eine geeignete Bemessung der Größe der Hohlkammer gelingt, die nachgeförderte Flüssigkeitsmenge den Leckverlusten genauestens anzupassen, mit dem Ergebnis, daß sich Totpunktverschiebungen auf etwa 0,1 bis 0,2 mm reduzieren lassen. Diese Voraussetzung genügt für die jeweils vollständige Füllung der Hohlkammer im Totpunkt mit maximaler

Kompression der Druckflüssigkeit. In diesem Totpunkt befindet sich die Hohlkammer exakt gegenüber der Freikolbenöffnung, aus welcher die Vorratsflüssigkeit nachgespeist wird. Bei Anwendung an einer Freiflugkolbenkrafimaschine wurde ein Entleerungsgrad der Hohlkammer von etwa 90% gemessen.

Im folgenden wird ein Ausfülr-jngsbeispiei der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die Fig. la und Ib zeigen jeweils als Halbschnitt unterschiedliche Kolbenstellungen einer Freiflugkolbenk.-aftmaschine, welche mit hydraulischen Federn gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist

Gemäß den F i g. la und Ib weist eine Freiflugkolbenkraftmaschine einen thermischen Zylinder 1 auf, in welchem sich zwei Freikolben 2 und 3 bewegen. Der thermische Zylinder 2 besitzt Einlasse 4a, 46, Auslässe 5a, 5b, sowie eine zentrale Einspritzung 6. Die Freikolben 2 und 3 oszillieren symmetrisch einerseits zwischen einem äußeren Totpunkt (Fig. 1 a), welcher erreicht ist, in einer vom Zentrum der Maschine entfernten Lage der Freikolben 2 und 3, in welcher diese eine in den Kammern 7 und 8 enthaltenene Flüssigkeit komprimieren in Art von hydraulischen Federn, die weiter unten noch näher beschrieben werden, und andererseits einem inneren Totpunkt (Fig. Ib), der erreicht ist, wenn die aufeinander zuweisenden Arbeitsflächen der Freikolben 2, 3 in einem geringen Abstand voneinander ihren Umkehrpunkt erreichen, nachdem die Freikolben das in den thermischen Zylinder durch die Einspritzung 6 eingebrachte Brennstoffgemisch verdichtet haben, wobei die Verdichtung im Bereich des variablen Volumens 9 erfolgt. Die vorerwähnte hydraulische Feder schleudert nach ihrer Kompression die Freikolben in Richtung auf den inneren Totpunkt zurück. Wie weiter unten noch im einzelnen erläutert, ermöglicht eine Vorratsflüssigkeit im Flüssigkeitsspeicher 10 den Ausgleich der Flüssigkeitsverluste, wobei der Ort des äußeren Totpunkts sehr genau beibehalten wird.

Jeder Freikolben 2, 3 weist Dichtungsmittel U sowie eine ringförmige magnetische Masse in Form lamellierter Eisenpakete 12 auf, die in einem Körper 13 aus nichtmagnetischem Material eingebettet sind. In gleicher Weise weist der thermische Zylinder 1 ringförmige Induktoren 15, 16 mit Spulen 17, 18 bzw. 19, 20 auf, ^gegenüber denen sich die Eisenpakete 12 während der ^;Hinundherbewegung der Freikolben verschieben.
^; Die Spulen 17, 18 bzw. 19, 20 der Induktoren 15, 16 bilden zusammen mit den Eisenpakettn 12 die Starteinrichtung für die Maschine, ferner die Einrichtung zum phasengleichen Steuern der Freikolben 2, 3 sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie während des Laufs der Maschine. Die gesamte Vorrichtung wird in bekannter Weise erregt mit Hilfe einer schematisch gezeichneten Vorrichtung 21 und die Spulen 17, 18 bzw. 19, 20 sind beispielsweise als zwei zueinander parallel geschaltete Sätze angebaut.

Jede der hydraulischen Federn umfaßt eine Flüssigkeitssäule 22,23 im Inneren der Kammern 7,8, welche in den Freikolben 2,3 ausgebildet sind. Die Freikolben 2,3 der Freiflugkolbenkraftmaschine bilden die Federzylinder der hydraulischen Federn. Die Kammern 22,23 sind jeweils durch einen ebenfalls in den Freikolben ausgebildeten zylindrischen Kanal 24 verlängert. Ein mit dem thermischen Zylinder 1 verbundener Federkolben 25 ragt in das Innere des Kanals 24 gleitet während der Bewegung der Freikolben 2,3 über den Federkolben 25; er weist eine ringförmige Erweiterung auf, die im folgenden mit »Hohlkammer« 26 bezeichnet wird und die so angeordnet Ist, daß sie gerade vor dem Federkolben steht, wenn der zugehörige Freikolben sich im inneren Totpunkt befindet (vgl. Fig. Ib). Ferner sind im Federkolben 25 Öffnungen 27 vorgesehen, die sich gerade gegenüber der Hohlkanimer 26 befindet, wenn der Freikolben den äußeren Totpunkt einnimmt (vgl. Fig. la). Die Öffnungen 27 im Federkolben 25 sind mit einer axialen Bohrung 28 verbunden, die über eine Leitung 29 mit einem Flüssigkeitsspeicher 10 verbunden sind. Wenn während des Maschinenlaufs die Freikolben 2, 3 den äußeren Totpunkt erreicht haben (Fig. la), dann wird die Flüssigkeitssäule 22, 23 durch den Federkolben 25 verdichtet.

Während sich die Freikolben zwischen dem äußeren und dem inneren Totpunkt bewegen, wandert die Hohlkammer 26 zwischen zwei äußeren Positionen hin und her.

Die erste Position der Hohlkammer 26 entspricht dem inneren Totpunkt (F i g. Ib), wobei die Flüssigkeitssäule 22, 23 in den Kammern 7, 8 der hydraulischen Federn nichi mehr komprimiert ist und mit der Hohlkammer 26 in Verbindung steht. Bereits in der Nähe des Inneren Totpunkts des Freikolbens entleert sich die in der Hohlkammer 26 enthaltene Flüssigkeit unter der auf die Flüssigkeit ausgeübten Beschleunigung (1000-2000m/sec²), die sich aufgrund des Gasdrucks im thermischen Zylinder 1 auf den Freikolben 3 ergibt, derart, daß die Hohlkammer 26 einen niedrigeren als Atmosphärendruck aufweist.

Die zweite Position der Hohlkammer 26 entspricht dem äußeren Totpunkt (Fig. la), bei dessen Annäherung durch den Freikolben die Hohlkammer 26, die noch unter Unterdruck steht, geschlossen wird, während der Druck in der Flüssigkeitssäule 22 ansteigt. Beim Erreichen des äußeren Totpunkts schließlich befindet sich die Hohlkammer 26 über den Öffnungen 27 des Federkolbens 25, derart, daß die Hohlkammer 26 über die Öffnungen 27 mit dem Flüssigkeitsspeicher 10 vermittels der Bohrung 28 und der Leitung 29 verbunden ist.

Aufgrund des in der Hohlkammer 26 vorhandenen Unterdrucks saugt diese eine gewisse Menge von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher 10 an, von wo aus sie beim nachfolgenden Erreichen des inneren Totpunkts in der oben beschriebenen Weise wieder in die Flüssigkeitssäule 22 entleert wird.

Auf diese Weise ermöglicht die Trägheit der Flüssigkeitssäule 22, daß die Hohlkammer 26 insoweit als Saugpumpe arbeitet, die die Menge der angesaugten Flüssigkeit derart regelt, daß der äußere Totpunkt im wesentlichen hinsichtlich seiner Lage aufrechterhalten bleibt trotz gewisser Geschwindigkeitsunterschiede der Freikolben 2, 3, die sich aufgrund der sich ändernden Beaufschlagung und Frequenzen ergeben und die wiederum zu Flüssigkeitsverlusten in den die Federkolben 25 umgebenden Gehäuseringraum Anlaß geben.

Infolge der oben beschriebenen Ausbildung einer hydraulischen Feder ergibt sich als Vorteil eine Reduzierung von aufgrund des Unterdrucks auftretenden Kavitationserscheinungen, die im allgemeinen bei Flüssigkeitsfedern unvermeidbar sind, auf sehr kleine' Werte. Tatsächlich führt die oben beschriebene Vorrichtung zur Aufrec-hterhaltung eines jederzeit vollen Flüssigkeitsstandes der Flüssigkeitssäule 22 bzw. 23 in den Kammern 7 bzw. 8 der Freikolben.

Somit bilden die unter Ausnutzung der Trägheit nachfüllbaren hydraulischen Federn gemäß der vorlie-

genden Erfindung eine die Umkehr der Freikolben bewirkende Einrichtung, die einfacher und wirtschaftlicher ist, als die bislang verwendeten Vorrichtungen und die eine Verkleinerung der hydraulischen Verluste und der Energieverluste aufgrund Kavitation ermöglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims (2)

Zusammenfassung Hydraulische Feder Eine hydraulische Feder insbesondere für Freiflugkolbenkraftmaschinen besitzt einen Federzylinder und einen Federkolben, welche gegen ein Flüssigkeitsvolumen federnd ineinandergreifen, sowie eine Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der Leckverluste aus einem Flüssigkeitsspeicher. Dieser Ausgleich erfolgt ohne jede Ventilsteuerung aufgrund der Ausnutzung der Trägheit der Flüssigkeit. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Federkolben 25 feststeht und eine mit dem Flüssigkeitsspeicher 10 verbundene axiale Bohrung 28 aufweist, welche über eine Öffnung 27 mit der Gleitfläche des Federzylinders verbunden ist, und daß der Federzylinder eine an seine Gleitfläche angrenzende ringförmige Hohlkammer 26 aufweist, welche derart angeordnet ist, daß sie sich in den Umkehrpunkten des Federzylinders einerseits, bei gespannter Feder, etwa gegenüber der Öffnung 27 und andererseits, bei entspannter Feder, etwa am flüssigkeitsseitigen Ende des Federkolbens befindet. (F i g. 1 a und 1 b) Patentansprüche:

1. Hydraulische Feder mit Federzylinder und -kolben, welche gegen ein Flüssigkeitsvolumen federnd ineinandergreifen, sowie mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der Leckverluste aus einem Flüssigkeitsspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkolben (25) feststeht und eine mit dem Flüssigkeitsspeicher (10) verbundene axiale Bohrung (28) aufweist, welche über eine Öffnung (27) mit der Gleitfläche des Federzylinders verbunden ist, und daß der Federzylinder eine an seine Gleitfläche angrenzende ringförmige Hohlkammer (26) aufweist, welche derart angeordnet ist, daß sie sich in den Umkehrpunkten des Federzylinders einerseits, bei gespannter Feder (maximaler Flüssigkeitsdruck, Fig. la), etwa gegenüber der Öffnung (27) und andererseits, bei entspannter Feder (minimaler Flüssigkeitsdruck F i g. Ib), etwa am flüssigkeitsseitigen Ende des Federkolbens (25) befindet.

2. Hydraulische Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (27) des Federkolbens (25) in einer dem maximalen Federhub entsprechenden Entfernung vom flüssigkeitsseitigen Ende des Federkolbens (25) und die Hohlkammer (26) in einer dem maximalen Federhub wenigstens gleichen Entfernung vom flüssigkeitsfernen Ende des Federzylinders angeordnet sind.