DE2937701C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F5/00—Liquid springs in which the liquid works as a spring by compression, e.g. combined with throttling action; Combinations of devices including liquid springs
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
- B60G11/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or kind of springs
- B60G11/26—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or kind of springs having fluid springs only, e.g. hydropneumatic springs
- B60G11/265—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or kind of springs having fluid springs only, e.g. hydropneumatic springs hydraulic springs
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16F9/32—Details
- F16F9/50—Special means providing automatic damping adjustment, i.e. self-adjustment of damping by particular sliding movements of a valve element, other than flexions or displacement of valve discs; Special means providing self-adjustment of spring characteristics
- F16F9/516—Special means providing automatic damping adjustment, i.e. self-adjustment of damping by particular sliding movements of a valve element, other than flexions or displacement of valve discs; Special means providing self-adjustment of spring characteristics resulting in the damping effects during contraction being different from the damping effects during extension, i.e. responsive to the direction of movement
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Description
Die Erfindung betrifft eine gedämpfte Hydraulikfeder nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Hydraulikfedern werden für moderne Gelände-
Lastkraftfahrzeuge verwendet, die beispielsweise beim
Straßenbau und im Bergbau verwendet werden. Im Bergbau
werden diese Lastkraftfahrzeuge, die Nutzlasten im Bereich
von 200 Tonnen oder mehr transportieren können, mit Geschwindigkeiten
im Bereich von 65 km/h betrieben. Bei
derartigen Geschwindigkeiten und Nutzlasten sind gefederte
Fahrzeugaufhängungen erforderlich, da ohne sie sowohl
die Bedienungsperson als auch das Fahrzeug unzulässig
hohen Belastungen ausgesetzt würden.
Ein wesentlicher Vorteil derartiger Hydraulikfedern besteht
darin, daß die Federwirkung von einer kompressiblen
Flüssigkeit bewirkt wird, deren Kompressibilität keinen
Ermüdungserscheinungen unterliegt, so daß auch keine
Federermüdung der Hydraulikfeder auftritt, die deren Lebensdauer
begrenzen würde.
Ferner läßt sich eine derartige Hydraulikfeder bei Flüssigkeitsverlust
wieder mit einer entsprechenden kompressiblen
Flüssigkeit nachfüllen, so daß sie wieder ihre ursprünglichen
Federeigenschaften aufweist.
Trotz dieser Vorteile zeigen sich bei bekannten Hydraulikfedern
auch Nachteile, die z. B. darin bestehen, daß
die beim Ausfedern an den Hydraulikfedern auftretenden
Kräfte Beschädigungen der Hydraulikfedern hervorrufen
können. Dabei ist es besonders schädlich für die Hydraulikfeder,
wenn sie beim Ausfedern bis auf ihre Bauart
bedingte größte Länge ausgezogen wird. Ein derartiges
extremes Ausfedern tritt dann auf, wenn ein Fahrzeug springt,
wobei die Räder den Boden verlassen, oder wenn ein Rad in
ein Schlagloch der Fahrbahn hineinfällt, so daß die Hydraulikfeder
ausgefahren wird und mit dem Gewicht des Rades und
der Achsanordnung zusätzlich auf Zug belastet wird, statt
zum Abstützen des Fahrzeugs oberhalb der Achsanordnung zusammengedrückt
zu werden.
Um bei einem derartigen Ausfedern zu verhindern, daß die
einzelnen Bauteile der Hydraulikfeder hart aufeinanderschlagen,
wurde es bereits versucht, Gummischeiben als Puffer
zu verwenden. Dabei hat es sich jedoch gezeigt, daß
derartige Gummischeiben einem sehr raschen Verfall unterliegen,
wenn sie einer kompressiblen Flüssigkeit, wie
beispielsweise flüssigen Silikonmassen, ausgesetzt sind.
Aus der DE-OS 23 51 871 ist nun bereits eine gedämpfte
Hydraulikfeder der eingangs genannten Art bekannt, die
als federnder Stoßdämpfer für einen Kraftfahrzeugstoßfänger
vorgesehen ist. Die bekannte Feder weist dabei einen
von einer Kolbenstange getragenen Kolben auf, der in einem
Zylindergehäuse angeordnet ist, das mit einem kompressiblen,
fluidartigen festen Material gefüllt ist und das
vom Kolben in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt
wird.
Der Kolben weist Durchgänge für das kompressible Fluidmaterial
auf und trägt ein Ventilelement, durch das der
Strömungswiderstand der Fluid-Durchgänge im Kolben in
Abhängigkeit von seiner Bewegungsrichtung veränderbar
ist.
Wird der Kolben durch eine auf den Stoßfänger wirkende
Kraft weiter in das Zylindergehäuse hineingeschoben, so
verringert sich das Innenvolumen des Zylindergehäuses,
wodurch eine Federwirkung des kompressiblen Fluidmaterials
bewirkt wird. Da außerdem bei dieser Bewegung des Kolbens
Fluidmaterial durch diesen hindurchströmt, wird gleichzeitig
eine Dämpfung bewirkt. Dabei befindet sich das
auf dem Kolben befindliche Ventilelement in einer den
Strömungswiderstand der Durchgänge vergrößernden Stellung.
Sobald keine Kraft mehr auf den Stoßfänger wirkt, kann
sich das komprimierte Fluidmaterial wieder ausdehnen,
wobei der Kolben in Auszugsrichtung der Hydraulikfeder
verschoben wird. Bei dieser Bewegung des Kolbens befindet
sich das Ventilelement in seiner Offenstellung, so
daß die durch die Fluidströmung durch den Kolben bewirkte
Dämpfung der Bewegung verringert ist.
Da beim Einsatz einer derartigen Hydraulikfeder im Stoßfänger
eines Kraftfahrzeugs keine in Auszugsrichtung der
Feder wirkenden Kräfte an dieser angreifen, sind auch
keine Mittel vorgesehen, die ein hartes Anschlagen des
Kolbens am auszugsseitigen Ende des Zylindergehäuses verhindern.
Aus der US-PS 27 29 308 ist ein Stoßdämpfer für ein Kraftfahrzeug
bekannt, der Schwingungen zwischen Achse und
Aufbau eines Fahrzeugs dämpfen soll. Dieser bekannte Stoßdämpfer
weist einen Zylinder auf, der von einem Kolben
in eine erste mit einer Vorratskammer verbindbare Kammer
und in eine zweite Kammer unterteilt ist. Der Kolben trägt
dabei ein Ventilelement, das mit Fluiddurchgängen am Kolben
zusammenwirkt, die es ermöglichen, daß ein Druckfluid
aus der ersten Kammer durch den Kolben in die zweite Kammer
fließt, wenn das Ventilelement die Fluiddurchgänge
freigibt.
Auf der von einer den Kolben tragenden Kolbenstange abgewandten
Seite des Kolbens liegt diesem ein Ventilglied
gegenüber, das die Fluiddurchgänge durch den Kolben verschließt,
wenn es in Eingriff mit der von der Kolbenstange
abgewandten Stirnfläche des Kolbens steht.
Der Fluidverbindung zwischen der ersten Kammer des Zylinders
und der Vorratskammer ist ein Ventil zugeordnet,
dessen Ventilkörper von einer Feder in Abstand von seinem
Ventilsitz gehalten wird. Zwischen dem Ventilkörper
und dem Ventilglied ist eine weitere Feder angeordnet,
so daß der Ventilkörper des zwischen der ersten Kammer
und der Vorratskammer angeordneten Ventils in seine Schließstellung
verschoben wird, sobald der Kolben beim Einfedern
mit dem Ventilglied in Eingriff tritt und dieses nach
unten verschiebt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gedämpfte
Hydraulikfeder der eingangs genannten Art zu schaffen, die
als Federbein zwischen einer Achse und einem Aufbau eines
Fahrzeugs eine federnde und dämpfende Verbindung zum Abstützen
der statischen Last des Aufbaus gegenüber der
Achse herstellt und die gegen mögliche Beschädigungen
beim extremen Ausfedern, also bei einer in Ausziehrichtung
der Hydraulikfeder wirkenden Kraft geschützt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des ersten und zweiten
Ventilgliedes, wobei das zweite Ventilglied zur Kompression
von zwischen den Ventilgliedern bzw. zwischen dem
ersten Ventilglied und dem Kolben vorgesehenen Federn
mit einem Rückprallanschlag zusammenwirkt, wird erreicht,
daß bei einem extremen Ausfedern, bei dem ein Rückprallen
des Kolbens auftreten kann, ein hydraulischer Anschlag geschaffen
wird, da die Durchgänge durch den Kolben vom
ersten Ventilglied bedeckt werden, so daß die in der zweiten
Kammer der Hydraulikfeder befindliche Flüssigkeit im
wesentlichen in dieser eingesperrt ist.
Dieser hydraulische Anschlag für den Kolben bei einer
Expansions- oder Ausfederbewegung der Hydraulikfeder,
der infolge der Kompressibilität der verwendeten Flüssigkeit
wie ein elastischer Puffer wirkt, verhindert nicht
nur ein Anschlagen des Kolbens gegen andere Bauteile der
Feder, sondern auch ein gedämpftes Abstoppen der Bewegung
der über die Hydraulikfeder verbundenen Fahrzeugteile, so
daß auch diese gegen Beschädigungen geschützt sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Hydraulikfeder,
Fig. 2 eine Stirnansicht der Hydraulikfeder entlang der Linie 2-2
der Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Fläche 3-3
der Fig. 1, wobei im einzelnen eine Gewindekonstruktion
gezeigt ist,
Fig. 4, 5 und 6 vergrößerte Ansichten der Flächen 4-4, 5-5 bzw. 6-6
der Fig. 1, wobei im einzelnen der Dichtungs- und
Abstreifer-Aufbau dargestellt ist,
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht der Fläche 7-7 der Fig. 1,
wobei ein Kolben-Sperrventil und ein Durchgang gezeigt sind,
Fig. 8 eine vergrößerte teilweise geschnittene Ansicht
der Hydraulikfeder im vollständig zusammengedrückten Zustand,
Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 8, wobei die
Hydraulikfeder im vollständig ausgezogenen
Zustand ist und
Fig. 10 und 11 Stirnansichten von Ventilgliedern entlang den Linien 10-10 bzw. 11-11 in
Fig. 8.
In der Fig. 1 ist eine Hydraulikfeder 10 dargestellt, die aus
einem Gehäuse 12, einer Kolbenstange
14, einem Kolben 16 und einer Ventilanordnung 18 besteht.
Eine Hydraulikfeder zur Verwendung in einem 170-Tonnen-Fahrzeug
weist beispielsweise im ausgefederten Zustand eine Gesamtlänge
von ungefähr 208,3 cm auf, einen Kolbendurchmesser von etwa
20,3 cm und einen Kolbenstangendurchmesser von etwa 10,8 cm.
Die Hydraulikfeder hat einen Hub beim Einfedern
von der Fahrzeug-Ruheposition in der Größenordnung von
11,4 cm und einen Hub beim Ausfedern
von der Fahrzeug-Ruhestellung im Bereich von 3,81 cm.
Das Gehäuse 12 ist mit einer kompressiblen Silikon-Flüssigkeit
gefüllt, die für die Federwirkung sorgt. Eine brauchbare
Flüssigkeit ist eine Silikon-Flüssigkeit mit einer Kompressibilität
im Bereich von 0,36% bei einem Druck von 34,5 bar
bis 11,6% bei einem Druck von 2068,5 bar.
Es sind ungefähr 16,7 l von Flüssigkeit erforderlich
für eine Hydraulikfeder der angegebenen Abmessungen.
Das Gehäuse 12 umfaßt
ein langgestrecktes Zylinderrohr 20, das an
seinem unteren Ende durch eine Endkappe 22 abgeschlossen ist,
wie in der Fig. 1 gezeigt. Eine ringförmige Stopfbüchse
24 ist in das obere Ende des Zylinderrohrs 20 eingeschraubt,
und zwar in gleitender abdichtender Beziehung zur
Kolbenstange 14, um das obere Ende des Zylinderrohrs 20 zu verschließen.
Ein Stangenauge 26 erstreckt sich auswärts der Endkappe 22
und weist zur Befestigung an einer Fahrzeugachse eine Öffnung
28 auf. An beiden Seiten des Stangenauges 26 sind Verstärkungselemente
30 angeordnet. Die Endkappe 22, das Stangenauge
26 und die Verstärkungselemente 30 sind durch Schweißungen
permanent aneinander befestigt.
Die Endkappe 22 ist im Zylinderrohr 20 durch Sägegewindegänge
32 befestigt, die im einzelnen in der Fig. 3 dargestellt
sind. Es wurde ein Sägegewinde gewählt, da dieses gut geeignet
ist zur Aufnahme großer Lasten in einer Richtung,
wie sie im vorliegenden Fall aufgrund des internen Gehäusedrucks
auftreten, der die Endkappe 22 von dem Ende des Zylinderrohrs
20 wegzudrücken trachtet.
Zwischen die Endkappe 22 und das Zylinderrohr 20 ist eine Dichtung 34
eingesetzt, um zu verhindern, daß Flüssigkeit aus dem Gehäuse 12
austritt. Wie in der Fig. 4 dargestellt ist, umfaßt die Dichtung
34 einen O-Ring 36, der in einer in der Endkappe 22 geformten
Umfangsnut 38 angeordnet ist. Überdies ist in der Nut 38
auch ein abgeschrägter Ring 40 angeordnet, um den O-Ring zu
komprimieren und um selbst gegen die innere Oberfläche des
Zylinderrohrs 20 gedrückt zu werden.
Durch die Endkappe 22 wird eine stoßabsorbierende Flüssigkeit
in die Hydraulikfeder 10 eingefüllt und falls erforderlich
abgelassen. Wie in der Fig. 1 dargestellt, erstreckt
sich ein erster Durchgang 44 radial einwärts von einem
freiliegenden Abschnitt der Endkappe 22 zum Mittelpunkt der
Kappe 22. Der Durchgang 44 steht mit einem zweiten, sich in
Längsrichtung erstreckenden Durchgang 46 in Verbindung, der
seinerseits mit einer Ausnehmung 48 in Verbindung
steht, welche im inneren Ende der Endkappe 22 geformt
ist. Wie insbesondere in der Fig. 2 dargestellt ist, ist
ein Füllventil 50 mit einer Verschlußkappe 52 in das freiliegende
Ende des ersten Durchgangs 44 eingepaßt. Das Füllventil
50 und die Verschlußkappe 52 sind durch einen U-förmigen Bügel
54 geschützt, der mittels eines Bolzens an der Endkappe 22
befestigt ist. Wenn der Bolzen und der U-förmige Bügel 54 entfernt
sind, ist der Zugriff zur Verschlußkappe 52 und damit
zum Füllventil 50 möglich.
Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, ist für die Endkappe 22 ein
getrenntes Luftauslaßventil 58 vorgesehen. Das Luftauslaßventil
58 ist im Winkel von dem Füllventil 50 versetzt und
steht mit dem Inneren des Gehäuses 12 über nicht gezeigte
Durchgänge in Verbindung, die dem ersten und dem zweiten
Durchgang 44 bzw. 46 ähnlich sind. Wenn Flüssigkeit in das
Gehäuse 12 eingefüllt wird, erhöht sich der Innendruck bis zu
dem Punkt, an dem die Hydraulikfeder 10 ausgedehnt wird. Auf diese
Weise werden die Fahrhöhe und die interne Vorlast gesteuert.
Wenn die Fahrhöhe und die Vorlast zu groß sind,
kann in ähnlicher Weise Flüssigkeit aus dem Gehäuse 12
durch das Füllventil 50 abgelassen werden.
Wie in den Fig. 1, 8 und 9 dargestellt ist, umfaßt die Stopfbüchse
24 einen sich einwärts erstreckenden Kragen 62,
der im Zylinderrohr 20 durch ein Sägezahngewinde 64 befestigt ist.
Das Sägezahngewinde 64 ist identisch zu dem in der Fig. 3 dargestellten
Sägezahngewinde 32. Die Stopfbüchse 24 weist
überdies einen Endflansch 65 auf, der über dem Ende des
Zylinderrohrs 20 liegt und mit diesem im Eingriff steht. Die
Stopfbüchse 24 bewirkt einen leckfreien Verschluß und
eine Ausrichtung der Kolbenstange 14. Eine Stangendichtung
66 mit einer Bohrung von ungefähr dem gleichen Durchmesser
wie die Kolbenstange 14 ist von dem Kragen 62 getragen. Wie in
den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, weist die Stangendichtung
66 einen stumpfkegeligen Teil 68 auf, der mit einem
komplementären Teil des Kragens 62 zusammenpaßt, und
ein Paar von beabstandeten Lippen 70 a, 70 b, die axial zum
unteren Ende der Hydraulikfeder 10 hin ausgerichtet sind. Die Stangendichtung
66 ist aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) geformt,
da dieses Material einen niedrigen Reibungswert und gute
Dichteigenschaften aufweist.
Zwischen den Lippen 70 a, 70 b ist ein O-Ring 72 angeordnet,
um zwischen den Lippen 70 a, 70 b den richtigen radialen Abstand
aufrechtzuerhalten. Ein weiterer O-Ring 74 umgibt die äußere
Lippe 70 a und steht im Eingriff mit der inneren Oberfläche
des Kragens 62.
Ein Anschlagring 76 ist
mittels Bolzen 78, von denen nur einer gezeigt ist, am inneren
Ende des Kragens 62 befestigt. Der Anschlagring 76 steht im
Eingriff mit der äußeren Lippe 70 a der Dichtung 66 um die
Dichtung 66 an ihrem Platz zu halten. Die Bolzen 78 sind in
Ausnehmungen 80 am Anschlagring 76 eingepaßt. Der innere
Durchmesser des Anschlagrings 76 ist größer als der äußere Durchmesser
der Kolbenstange 14, so daß dazwischen Flüssigkeit
strömen kann.
Der Anschlagring 76 weist eine radial verlaufende Durchgangsbohrung
82 auf, die eine sich axial erstreckende Durchgangsbohrung
84 schneidet. Eine axiale Durchgangsbohrung 86 erstreckt sich
durch den Kragen 62 und ist mit der sich axial erstreckenden
Durchgangsbohrung 84 ausgerichtet. In die Durchgangsbohrung 86
ist ein Ablaßventil 88 mit einem Stopfen 90 eingepaßt. Durch
diesen Aufbau kann Luft aus der Hydraulikfeder 10 austreten, wenn beim
Zusammenbau Flüssigkeit eingefüllt wird. Das
Ablaßventil 88 und der Stopfen 90 sind in eine im Kragen
62 geformte Senkbohrung 92 eingepaßt, so daß das Ablaßventil 88
und der Stopfen 90 beim vollen Zusammendrücken der Hydraulikfeder nicht
beschädigt werden.
Eine Dichtung 94 ist außen am Kragen 62 vorgesehen, um
das Austreten von Flüssigkeit zum Sägezahngewinde 64 hin
zu verhindern oder auf ein Minimum zu bringen. Wie in der
Fig. 5 dargestellt ist, umfaßt die Dichtung 94 einen O-Ring
96, der in einer im Kragen 62 geformten Umfangsnut 98 angeordnet
ist. In der Nut 98 ist überdies ein abgeschrägter Ring 100
angeordnet, um den O-Ring 96 auswärts zu komprimieren und um
selbst gegen die innere Oberfläche des Zylinderrohrs 20 gedrückt
zu werden.
Halbwegs zwischen dem Kragen 62 und der Kolbenstange 14 ist
eine Schlitzring-Führung 102 angeordnet (Fig. 1, 8 und 9).
Die Führung 102 steht im Eingriff mit dem oberen Ende der
Stangendichtung 66. Die Führung 102 ist durch Eingriff mit
einer Schulter 104 der Stopfbüchse 24 stationär gehalten,
wie am besten in der Fig. 9 zu sehen ist.
Um Schmutz oder andere Verunreinigungen von der Führung 102
und der Stangendichtung 66 fernzuhalten, ist an der Zwischenfläche
zwischen der Schulter 104 und der Kolbenstange 14 ein
Abstreifer 106 vorgesehen. Wie aus der Fig. 6 zu ersehen
ist, umfaßt der Abstreifer 106 einen Ring
108 mit axial ausgerichteten Lippen 110 a, 110 b, zwischen die
ein O-Ring 112 eingepaßt ist, um die
Lippen 110 a, 110 b und damit eine Dichtfunktion herbeizuführen.
Die Kolbenstange 14 besteht aus
einem ersten langgestreckten zylindrischen Abschnitt 116, von welchem
ein zweiter und darauf folgend ein dritter zylindrischer Abschnitt 118, 120 von progressiv abnehmendem
Durchmesser wegragt. Der zweite und dritte Abschnitt 118, 120 sind durch
eine abgeschrägte Fläche 121 verbunden, während der erste und zweite Abschnitt
116, 118 durch eine radial angeordnete Schulter 119 und eine Abschrägung
miteinander verbunden sind. Die Ventilanordnung
18 ist von dem zweiten mittleren zylindrischen Abschnitt 118 getragen
und der Kolben 16 wird gemeinsam vom zweiten Abschnitt 118
und vom dritten kleinsten Abschnitt 120 getragen.
Wie am besten in der Fig. 8 zu sehen ist, erstreckt sich
vom anderen Ende der Kolbenstange 14 weg ein mit Gewinde versehener
zylindrischer Abschnitt 122. Eine Scheibe 124 mit einer
Öffnung 126 ist durch eine auf das Ende des Abschnitts 122
aufgeschraubte Mutter 128 an der Kolbenstange 14 befestigt.
Eine zweiteilige Stangenöse 130, von der nur ein Schenkel in
der Fig. 1 dargestellt ist, erstreckt sich auswärts von der
Scheibe 124 und weist eine Öffnung 132 zur Befestigung am Fahrzeugrahmen
auf. Die Scheibe 124 und die Stangenöse 130 sind permanent
durch Schweißungen miteinander verbunden.
Um die Kolbenstange 14 von Schmutz oder anderen Verunreinigungen
abzuschirmen, ist am Umfang der Scheibe 124 eine zylindrische
Gummi-Manschette 134 befestigt. Die Manschette 134
ist konzentrisch zur äußeren Oberfläche des Zylinderrohrs 20
und umgibt einen Staubabdichtungs-O-Ring 114. Die Manschette 134
überlappt Zylinderrohr 20 über eine passende Strecke, um das
Eintreten von Schmutz zu erschweren. Die Manschette 134 ist in
eine Umfangsnut in der Scheibe 124 eingeformt und darin durch
eine Umfangsklemme 136 befestigt.
Zur Feststellung, ob die Menge der Flüssigkeit in der Hydraulikfeder
10 richtig ist, ist ein Band 137 um den Umfang des Zylinderrohrs
20 herum befestigt. Die axiale Lage des Bandes 137
ist derart gewählt, daß bei richtiger Flüssigkeitsmenge in
der Hydraulikfeder und bei leerem Fahrzeug die untere Kante der Manschette
134 das Band 137 überlappt. Das Band 137 besteht vorzugsweise
aus einem Streifen mit einer Farbe, die zu der des Zylinderrohrs 20
und der Manschette 134 kontrastiert, so daß die Position der Manschette
134 bezüglich des Bandes 137 festgestellt werden kann.
An der inneren Stirnfläche der Scheibe 124 ist ein elastischer
Puffer 138 befestigt, um jeden Stoß des Endes des Kragens 62
bei maximaler Zusammenschiebung der Hydraulikfedern 10 abzufedern. Der
Puffer 137 ist durch Bolzen 140 an der Scheibe 124 befestigt, die
in Ausnehmungen 142 des Puffers 138 eingepaßt sind. Zwischen
dem inneren Durchmesser des Puffers 138 und dem ersten zylindrischen
Abschnitt 116 ist ein Spalt vorgesehen; auch zwischen dem
äußeren Durchmesser des Puffers 138 und der Manschette 134 ist
ein Spalt vorgesehen. Diese Spalte gestatten zusammen mit
den Ausnehmungen 142, daß sich der Puffer beim Zusammendrücken
biegt, so daß die Wahrscheinlichkeit der Beschädigung
eines der Bauteile auf ein Minimum gebracht wird.
Der Kolben 16 ist
nahe des inneren Endes der Kolbenstange 14
von dieser getragen. Der Kolben 16 umfaßt einen Kolbenkörper 143, der
eine Durchgangsbohrung aufweist, welche derart gestaltet ist,
daß sie mit den Oberflächen des zweiten und dritten wegragenden zylindrischen
Abschnitts 118, 120 zusammenwirkt und im Abstand zur abgeschrägten
Fläche 121 zwischen diesen Abschnitten 118, 120 steht. Auf
das Ende des dritten wegragenden Abschnitts 120 ist eine Mutter 144 aufgeschraubt.
Der Kolben 16 ist fest auf das Ende der Kolbenstange 14
und gegen eine Abstandshülse 145, die um den zweiten Abschnitt 118 herum angeordnet
ist und an der Schulter 119 anstößt, aufgeschoben, so daß eine
Relativbewegung zwischen dem Kolben 16 und der Kolbenstange unterbunden
ist, wie insbesondere in den Fig. 8 und 9 dargestellt
ist.
Der Kolben 16 erfüllt im wesentlichen zwei Funktionen:
(a) er hält die konzentrische Anordnung von Zylinderrohr 20
und Kolbenstange 14 aufrecht; und (b) wirkt als
Stoßdämpfer bei raschen Auslenkungen. Um diese
Ziele zu erreichen, steht der Kolben 16 mit der inneren Oberfläche
des Zylinderrohrs 20 in gleitendem abdichtendem Eingriff,
so daß das Gehäuseinnere in eine erste und eine zweite
Kammer 146, 148 (Fig. 8) unterteilt ist. Es ist ersichtlich,
daß die Volumina sich relativ verändern, während der Kolben 16
innerhalb des Zylinders aufwärts und abwärts bewegt
wird, obwohl die erste Kammer 146 immer größer ist
als die zweite Kammer 148. Das Verhältnis zwischen den
Volumina verändert sich nicht linear, da die Kolbenstange 14
einen zunehmend größeren Anteil der zweiten Kammer 148 während
des Einschiebens der Kolbenstange 14 belegt. Das Gesamtvolumen
der Kammern 146, 148 nimmt also ab, wenn die Kolbenstange 14 in
das Gehäuse 12 eintritt und die Flüssigkeit komprimiert wird.
Der Kolben 16 weist Öffnungen auf, so daß Flüssigkeit bei
Versetzung des Kolbens 16 von einer Kammer 146 oder 148 in die andere
durchtreten kann. Zur Erzielung der gewünschten Strömungsrate
bei Kompression und Expansion im normalen Betriebsbereich
des Kolbens 16 wurde gefunden, daß eine Kombination von
Öffnungen und Sperrventilen wirksam ist.
Der Dichtungs- und Sperrventilaufbau ist im einzelnen in der
Fig. 7 dargestellt. Ein geschlitzter Lagerring 150 ist
innerhalb einer Umfangsnut 152 im äußeren Umfang des Kolbens
16 angeordnet. Eine Dichtwirkung wird überdies durch einen
Kolbendichtring 154 erzielt, der innerhalb einer im Umfang
des Kolbens 16 geformten Umfangsnut 156 angeordnet ist. Zusammen
bewirken der Lagerring 150 und der Dichtring 154 eine
wirksame gleitende und abdichtende Beziehung mit der inneren
Oberfläche des Zylinderrohrs 20.
Es sind zwei diametral voneinander beabstandete Sperrventile 158
vorgesehen, von denen in den Fig. 1, 8 und 9
nur eines gezeigt ist, da der Querschnitt des
Kolbens 16 in zwei Ebenen dargestellt ist, um sowohl einen Ventildurchgang
als auch einen eingeschnürten Durchgang 174 zu
zeigen. Wie in der Fig. 7 dargestellt ist, steuert das Sperrventil
158 die Fluidströmung durch einen Durchgang 160, der
sich völlig durch den Kolben 16 hindurcherstreckt. Der Durchgang
160 weist eine Gegenbohrung 161 auf. Am unteren Ende
der Gegenbohrung 161 ist ein ringförmiger Ventilsitz 162 mittels
eines Schnappringes 164 an seinem Platz gehalten. Ein ein Ventilelement bildender Ventilkörper
166 ist in der Gegenbohrung 161 mit begrenzter axialer
Bewegbarkeit angeordnet. Der Ventilkörper 166 weist ein sich
verjüngendes Ende 168 auf, das selektiv mit dem Sitz in Eingriff
tritt, um eine im wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung
zu schaffen. Der Ventilkörper 166 weist überdies eine
Vielzahl von sich radial erstreckenden Durchgängen 170 auf,
die in Verbindung mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden
Ventilkörperbohrung 172 stehen. Die Ventilkörperbohrung 172 steht
mit einer axial angeordneten eingeschnürten Bohrung 173 von
vermindertem Durchmesser in Verbindung.
Bei Kompression der Hydraulikfeder 10 wird der Kolben 16 nach links in
der Fig. 1 vorgeschoben, und der Ventilkörper 166 wird durch
die Wirkung der auftreffenden Flüssigkeit nach rechts in die
in der Fig. 8 gezeigte Position gedrückt. Das verjüngte Ende
des Ventilkörpers 166 wird daher vom Ventilsitz 162 abgehoben, und Flüssigkeit
strömt sowohl durch die Durchgänge 170 und durch die
eingeschnürte Bohrung 173 in die Ventilkörperbohrung 172.
Beim Auseinanderziehen der Hydraulikfeder 10 wird der Kolben 16 nach
rechts in der Fig. 1 vorgeschoben, und die auftreffende Flüssigkeit
treibt das verjüngte Ende des Ventilkörpers 166 gegen seinen
Ventilsitz 162, so daß Flüssigkeit durch das Sperrventil 158 hindurch nur
durch die eingeschnürte Bohrung 173 und nicht durch die
Durchgänge 170 hindurchströmen kann.
Eine Zweiweg-Strömung von Flüssigkeit durch den Kolben 16 wird
auch durch die beiden eingeschnürten Durchgänge 174 ermöglicht,
die diametral voneinander beabstandet sind und von denen nur
einer dargestellt ist, da sie identisch
sind. In den Figuren ist der dargestellte eingeschnürte
Durchgang 174 so gezeigt, als wäre er um 180° bezüglich des
Ventil-Durchgangs 160 versetzt; dies dient jedoch lediglich
der klareren Darstellung, tatsächlich beträgt die Versetzung
etwa 90°. Der eingeschnürte Durchgang 174 ist durch
eine Öffnung 176 gebildet, die sich vollständig durch den
Kolben 16 hindurcherstreckt, in welchem ein verengender bzw.
einschnürender Mündungskörper 178 eingeschraubt ist (Fig.
8 und 9). Durch Auswahl von Mündungskörpern 178 und Ventilkörpern
166 mit Öffnungen von geeigneten Größen können die
Dämpfungseigenschaften der Hydraulikfeder 10 ziemlich genau eingestellt
werden. Die Mündungskörper 178 und Ventilkörper 166 sind
verhältnismäßig kostengünstig, liefern jedoch eine präzise
Strömungssteuerung, so daß Hydraulikfedern mit gleichbleibenden
Dämpfungseigenschaften rasch und mit günstigen Werkzeugkosten
hergestellt werden können, nachdem einmal die gewünschten
Größen empirisch ausgewählt worden sind.
Die Ventilanordnung 18 weist beabstandete ringförmige Ventilglieder
180, 182 auf, die
für eine begrenzte Axialbewegung unter dem Einfluß einer Vorspannfeder
190 ausgebildet sind. Sie sind gleitend auf der
Abstandshülse 145 getragen. Die zusammenwirkenden
Ventilglieder 180, 182 sind durch eine Vielzahl von mit Schultern versehenen Bolzen 186
zusammengehalten. Die Köpfe der Bolzen 186 sind normalerweise in
Gegenbohrungen 188 angeordnet, die in dem Ventilglied
182 geformt sind, während die Schäfte der Bolzen 186 gleitend
in Verbindungsbohrungen 189 aufgenommen sind. Eine Vorspannfeder
190 ist zwischen Flanschen 191 a, 191 b der
Ventilglieder 180, 182 angeordnet, um
die Ventilglieder 180, 182 voneinander weg in dem durch die Bolzen 186 zugelassenen
Ausmaß vorzuspannen.
Eine Schraubenfeder 192 mit geringerem Durchmesser ist zwischen
dem Kolben 16 und dem Ventilglied 180 angeordnet. Die
kleinere Schraubenfeder 192 wirkt auf das Ventilglied 182, um die
Ventilanordnung 18 nach rechts in der Fig. 8 vorzuspannen. Diese
Federwirkung hält das Ventilglied 182 im Eingriff mit
der Schulter 119 und die Ventilanordnung 18 im Abstand vom
Kolben 16, und zwar ausgenommen während Ausfeder-
Bedingungen.
Wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist, weisen die Ventilglieder
180, 182 verschiedene
Öffnungen zum Durchlaß von Flüssigkeit auf. Das Ventilglied
180 ist mit vier Öffnungen 194 ausgestattet, die sich vollständig
durch das Ventilglied 180 hindurcherstrecken. Ein Ringraum
196 ist in derjenigen Stirnfläche des Ventilgliedes 180
geformt, die dem Kolben 16 gegenübersteht und die Öffnungen
194 verbindet, so daß dann, wenn das Ventilglied gegen den
Kolben 16 gepreßt ist, Flüssigkeit immer noch durch das Ventil
und den Kolben hindurchströmen kann, jedoch mit einer beträchtlich
verminderten Strömungsrate aufgrund der einschnürenden
Wirkung der Öffnungen 194. Der Strömungspfad
beim Ausfedern verläuft durch die Öffnungen 194, den Ringraum 196 und die
Ventilkörperbohrungen 172 und die eingeschnürten Durchgänge 174 im
Kolben 16.
Das Ventilglied 182 weist eine Vielzahl von Öffnungen
198 auf, die sich vollständig durch das Ventilglied 182
hindurcherstrecken. Die Öffnungen 198 gestatten einen wirksamen
und vollständigen Luftauslaß, wenn die Hydraulikfeder 10 anfänglich
mit Flüssigkeit gefüllt wird.
Der Zustand der Hydraulikfeder 10 bei unbeladenem
Fahrzeug ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt die Hydraulikfeder 10 außerhalb des Fahrzeugs,
wenn eine ausreichende Menge Flüssigkeit in das
Gehäuse 12 eingefüllt worden ist. Bei einem leeren Fahrzeug
verschieben sich die Kolbenstange 14 und der Kolben
16 nach links in der Fig. 1, und zwar relativ zu dem
Zylinderrohr 12, bis die Manschette 134
das Band 137 überdeckt. In diesem Zustand steht die Ventilanordnung
18 im Abstand sowohl vom Kolben 16 als auch von dem
Anschlagring 76, wie in der Fig. 8 gezeigt,
die Hydraulikfeder 10 ist also vollständig zusammengedrückt. Im
normalen Betriebsbereich der Bewegung hat also der Ventilabschnitt
keinen Einfluß auf die Flüssigkeitsströmung.
Wenn die Hydraulikfeder 10 belastet ist, wird der Kolben 16 und die
Ventilanordnung 10 in die in der Fig. 8 dargestellte Position bewegt. Wegen des
Auftreffens von Flüssigkeit während des Kompressionshubs wurde
der Ventilkörper 166 von seinem Sitz weggetrieben, so daß
Flüssigkeit mit maximaler Rate durch den Kolben 16 geströmt ist,
und zwar von der unteren (146) zur oberen Kammer 148. In dem
Zustand der Fig. 8 ist die Stopfbüchse 24 mit ihrem Flansch 65
auf den nachgiebigen Puffer 138 aufgetroffen, so daß die
von der auf die Hydraulikfeder 10 ausgeübte Kraft herrührende
Energie vom Puffer 138 absorbiert wird.
Wenn Kolben 16 und Kolbenstange 14 sich von der in
der Fig. 8 gezeigten Position anheben, sitzt der Ventilkörper
166 am Ventilsitz 162, um die Strömung einzuschränken.
Diese Strömungseinschränkung liefert eine stoßabsorbierende
Wirkung, welche die Federwirkung der komprimierbaren Flüssigkeit
dämpft. Dieser Zustand hält während der Ausdehnung
der Hydraulikfeder 10 an, bis die einem leeren Fahrzeug entsprechende Stellung der
Hydraulikfeder 10 erreicht wird.
Während die Hydraulikfeder 10 bei einem extremen Ausfedern entlastet
wird, tritt das Ventilglied 182 in Eingriff
mit dem Anschlagring 76
(vgl. Fig. 9). Bei einer geringfügigen weiteren Ausdehnung
wird die verhältnismäßig schwache kleinere Schraubenfeder 192 zusammengedrückt,
bis das Ventilglied 180 am Kolben 16 anliegt, wie in
der Fig. 9 gezeigt. Die Stellung des Ventilglieds 180 am Kolben 16
vergrößert die Dämpfungseigenschaften der Hydraulikfeder 10 beträchtlich.
Die Flüssigkeitsströmung durch den Kolben 16 wird
drastisch vermindert, da alle Öffnungen in dem Kolben durch
das Ventilglied 180 bedeckt sind. Mit Ausnahme der kleinen Ventil-
Öffnungen 194, die mit den Ventilkörperbohrungen 172
und den eingeschnürten Durchgängen 174 über den Ringraum 196
in Verbindung stehen, ist die Flüssigkeitsströmung von der
oberen Kammer 148 zur unteren (146) nicht mehr möglich.
Unter normalen Umständen wird die Hydraulikfeder 10 zwischen den in
den Fig. 8 und 9 gezeigten Positionen betätigt. Da die Federn
190, 192 und der Puffer 138 unter diesen Umständen nicht
komprimiert sind, definieren die Kompressibilitätseigenschaften
der Flüssigkeit und die Stoßdämpfer-Eigenschaften
des Kolbens die Dämpfungsfähigkeiten der Hydraulikfeder 10.
Claims (5)
1. Gedämpfte Hydraulikfeder, bestehend aus
- - einem einen Zylinder bildenden Gehäuse,
- - einem im Zylinder axial verschiebbar angeordneten, diesen in eine erste und eine zweite jeweils mit einer kompressiblen Flüssigkeit gefüllte Kammer teilenden Kolben mit im Kolben vorgesehenen, beide Kammern verbindenden Durchgängen, von denen mindestens einer ein Ventilelement zur Veränderung seines Öffnungsquerschnitts aufweist, und
- - einer am Kolben befestigten Kolbenstange, die axial innerhalb des Zylinders verläuft und an einer Stirnseite des Gehäuses aus dem Zylinder abdichtend hinausgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Kolben (16) an seinem Umfang an der Zylinderinnenwand abdichtend verschiebbar ist,
- - daß in der zweiten Kammer (148), durch die die Kolbenstange (14) verläuft, um die Kolbenstange (14) herum und bezüglich zu dieser axial verschiebbar ein erstes Ventilglied (180) angeordnet ist, das mit dem Kolben (16) zur Beeinflussung zumindest eines Durchgangs (160, 174) zusammenwirkt,
- - daß zwischen dem Kolben (16) und dem ersten Ventilglied (180) eine das erste Ventilglied (180) normalerweise vom Kolben (16) beabstandet haltende weiche Feder (192) angeordnet ist,
- - daß sich axial durch das erste Ventilglied (180) Öffnungen (194) erstrecken,
- - daß auf der vom Kolben (16) abgewandten Seite des ersten Ventilgliedes (180) ein von diesem durch eine harte Feder (190) beabstandet gehaltenes zweites Ventilglied (182) auf der Kolbenstange (14) axial verschiebbar angeordnet ist, und
- - daß im Gehäuse (12) im Bereich der Stirnseite, durch die die Kolbenstange geführt ist, ein Rückprallanschlag (76) vorgesehen ist, der mit dem zweiten Ventilglied (182) zur Kompression der beiden Federn (190, 192) zusammenwirkt, wobei mindestens eine Öffnung (194) des ersten Ventilgliedes (180) in Fluidverbindung mit einem Durchgang (160, 174) steht.
2. Hydraulikfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß an einem der beiden Ventilglieder (180, 182)
zumindest ein Anschlagelement (186) abgestützt ist,
das mit dem anderen Ventilglied (182 bzw. 180) zusammenwirkt,
um die Relativbewegung des anderen Ventilgliedes
(182 bzw. 180) vom einen Ventilglied (180
bzw. 182) weg gegen die Wirkung der härteren Feder
(190) zu begrenzen.
- 3. Hydraulikfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Anschlagelement ein mit Schultern versehener Bolzen (186) ist.
4. Hydraulikfeder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Öffnung (194) im ersten Ventilglied (180) mit dem Durchgang (174) ohne Ventilelement (166) im Kolben (16) zusammenwirkt.
daß die mindestens eine Öffnung (194) im ersten Ventilglied (180) mit dem Durchgang (174) ohne Ventilelement (166) im Kolben (16) zusammenwirkt.
5. Hydraulikfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das erste Ventilglied (180) die Durchgänge (160, 174) im Kolben (16) vollständig bedeckt, wenn es vom Rückprallanschlag (76) gegen die Kraft der weichen Feder (192) gegen den Kolben (16) gedrückt ist.
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