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Pneumatisches oder hydropneumatisches Aggregat
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Die Erfindung betrifft ein pneumatisches oder hydropneumatisches Aggregat
wie einen Schwingungsdämpfer und/oder ein Federbein für Kraftfahrzeuge, bestehend
aus einem zwischen Fahrzeugaufbau und Achse angeordneten Behälter mit einem darin
geführten und abgedichteten Verdrängerkörper, wobei im Innenraum des Behälters eine
unter Druck stehende Flüssigkeits- und/oder Gasfüllung vorhanden ist, die mit einem
einen Flüssigkeits- und/oder Gasraum enthaltenden Druckbehälter über eine Druckmittelleitung
in Verbindung steht.
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Zur temperaturabhängigen Änderung der Dämpfkraft ist es durch die
DE-OS 2 917 318 bei Schwingungsdämpfern bekannt, daß zwischen dem Kolbenkörper und
dem Dämpferzylinder ein Ring mit geringem radialem und axialem Spiel angeordnet
ist, der eine temperaturabhängige Änderung eines Dämpfquerschnittes bewirkt. Da
die von solchen Aggregaten geleistete Dämpf- und Federarbeit in Wärme umgesetzt
wird, ändert sich bei derartigen Dämpfern oder Federungen die Ausschubkraft und
damit die Federungseigenschaft in Abhängigkeit der Temperatur. Gerade bei derartigen
Aggregaten, die mit einem in sich geschlossenen Innenraum versehen sind, bewirkt
eine solche Temperaturänderung eine Druckänderung im Innenraum. Andererseits ist
die Größe des Innenraumes und die des darin befindlichen Druckgaspolsters durch
die auf Grund der gewünschten Federungseigenschaften festgelegte Federkennlinie
bestimmt. Eine solche, infolge Temperaturänderung unerwünschte Druckänderung bewirkt
somit in einer Feder- oder Dämpfereinheit eine unerwünschte Änderung der Federcharakteristik
und der Niveaulage des Fahrzeuges. Außerdem bewirkt die Erhöhung des inneren Druckes
einen Reibungsanstieg und damit erhöhten Verschleiß an der Dichtung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten
Konstruktionen zu vermeiden und einen Schwingungsdämpfer oder ein Federbein zu schaffen,
welche keine nennenswerte Anderung der Federeigenschaften infolge Temperaturänderungen
aufweisen, einfach und kostensparend im Aufbau sind und eine hohe Funktionsfähigkeit
gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst, indem der Innenraum
des Behälters mit dem Druckbehälter über mindestens einen von einer Drossel gebildeten,
ständig geöffneten Querschnitt in Verbindung steht und der Querschnitt dieser Drossel
so gewählt ist, daß ein langsamer Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Behälters
und dem Druckbehälter stattfindet, während die dynamischen Federbewegungen keinen
oder zumindest keinen nennenswerten Druckausgleich bewirken. Die enge Drosselstelle
sorgt dafür, daß der Ausgleich nur sehr langsam, nämlich entsprechend der Erwärmungs-
und der Abkühlungsgeschwindigkeit vor sich geht. Die dynamischen Federbewegungen
bleiben von diesem Ausgleich weitgehend unberührt. Damit kann auf einfache Weise
der Innenraum des Behälters auf Grund der gewünschten Federungseigenschaften festgelegt
werden, während der damit verbundene Druckbehälter keinen oder zumindest keinen
nennenswerten Einfluß auf die Federcharakteristik ausübt und nur einen statischen
Druckausgleich bewirkt. Da ein solches System keine Steuerungselemente besitzt,
ist eine derartige Konstruktion einfach im Aufbau und billig in der Herstellung.
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Eine sehr kompakte Bauweise des Aggregates wird entsprechend einem
Merkmal dadurch erhalten, daß der Druckbehälter im Innenraum des hydropneumatischen
Aggregates angeordnet ist. Insbesondere bei solchen Federbeinen bzw. Schwingungsdämpfern,
deren Verdrängungskörper durch eine hohle Kolbenstange gebildet ist, kann merkmalsgemäß
dieser Verdrängerkörper als Druckbehälter ausgebildet werden, wobei die Druckmittelleitung
durch eine Bohrung gebildet ist.
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Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, eine einfache, temperaturabhängig
wirkende Steuereinrichtung vorzusehen, die -wie ein Merkmal der Erfindung zeigt
- durch ein Bimetallelement gebildet wird.
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Entsprechend weiteren Merkmalen der Erfindung wird die Drossel durch
einen Sintermetallkörper gebildet oder es wird vorgeschlagen, die Drossel aus einem
Keramikkörper zu bilden.
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Um beispielsweise ein schnelleres Rückfließen des Mediums aus dem
Druckbehälter in den Innenraum des Behälters zu ermöglichen, um beispielsweise beim
Erkalten des Aggregates einen einwandfreien Druckausgleich zu erhalten, ist entsprechend
einem weiteren Merkmal der Erfindung eine von der Strömungsrichtung unterschiedliche
Drosselwirkung vorgesehen. Dies kann auf einfache Weise mit einem mechanisch entsperrbaren
Bypass oder einem gedrosselten Rückschlagventil erfolgen.
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Die Anordnung der Drossel kann entsprechend einem Merkmal der Erfindung
so erfolgen, daß ein Flüssigkeitsraum des Behälters mit dem Flüssigkeitsraum des
Druckbehälters über diese Drossel in Verbindung steht. Es ist jedoch ohne weiteres
möglich, die Gasräume miteinander zu verbinden und in dieser Leitung die Drossel
anzuordnen oder sowohl die Flüssigkeitsräuge als auch die Gasräume von Behälter
und Druckbehälter miteinander leitend zu verb in den und jeweils eine Drossel vorzusehen.
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An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
wird nachfolgend die Erfindung noch ausführlicher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein
hydropneumatisches Federbein mit einem getrennt angeordneten Druckbehälter in schematischer
Darstellung; Fig. 2 ein Federbein mit einem separat angeordneten Druckbehälter,
wobei sowohl die Flüssigkeitsräume als auch die Gasräume miteinander verbunden sind,
ebenfalls in schematischer Darstellung und Fig. 3 die schematische Darstellung eines
Federbeines, bei welchem der als hohle Kolbenstange ausgebildete Verdrängerkörper
den Druckbehälter bildet.
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Das in Fig. 1 gezeigte Federbein 1 ist beispielsweise mit dem Behälter
2 am Fahrzeugaufbau bzw. am Rahmen eines Zweiradfahrzeuges
befestigt,
während die den Verdrängerkörper 5 bildende Kolbenstange mit der Fahrzeugachse verbunden
ist. Im Innenraum des Behälters 2 befindet sich der Flüssigkeitsraum 3 und der Gasraum
4.
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Der Druck und das Volumen des Gasraumes 4 sind durch die gewünschte
Federcharakteristik festgelegt. Der Flüssigkeitsraum 3 wird durch den mit dem Verdrängerkörper
5 verbundenen Kolben in zwei Teilräume unterteilt, die durch die im Kolben 7 vorhandene
und als Dämpfeinrichtung wirkende Axialbohrung miteinander verbunden sind. Am Austritt
aus dem Behälter 2 ist der Verdrängerkörper 5 durch die Dichtung 6 nach außen abgedichtet.
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Getrennt vom Federbein 1 ist der Druckbehälter 8 angeordnet, welcher
einen mit Flüssigkeit gefüllten Raum 9 und einen mit Gas gefüllten Raum 10 besitzt.
Im vorliegenden Falle sind diese Räume 9 und 10 durch einen Trennkolben 14 voneinander
getrennt. Anstelie des Trennkolbens kann auch ein anderes Trennelement, beispielsweise
eine Membrane, angeordnet sein. Selbstverständlich wäre eine solche Trennwand auch
zwischen dem Flüssigkeitsraum 3 und dem Gasraum 4 im Behälter 2 anwendbar. Der unterhalb
des Kolbens 7 angeordnete Flüssigkeitsteilraum steht über die Verbindungsleitung
11 mit dem flüssigkeitsgefüllten Raum 9 des Druckbehälters 8 in Verbindung. In dieser
Verbindungsleitung 11 befindet sich die Drossel 12, die dafür sorgt, daß der Druckausgleich
zwischen den Flüssigkeitsräumen nur sehr langsam erfolgt, Diese Drossel 12 besitzt
einen sehr engen Durchflußquerschnitt und kann durch einen Sintermetallkörper oder
einen Keramikkörper gebildet sein. Desweiteren ist es ohne weiteres möglich, den
Drosselquerschnitt auf einfache Weise temperaturabhängig, beispielsweise durch ein
Bimetallelement, zu steuern.
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In der Ruhelage des Fahrzeuges ist der Druck im Flüssigkeitsraum 3
des Feder beines 1 und im flüssigkeitsgefüllten Raum 9 des Druckbehälters 8 gleich.
Während jeder Einfederbewegung des Verdrängerkörpers 5 in den Behälter 2 wird der
Druck im Behälter erhöht, während bei der nachfolgenden Ausfederbewegung des Verdrängerkörpers
5 der Druck wieder abgebaut wird. Diese ständig wechselnden Druckunterschiede zwischen
Flüssigkeitsraum 3 und flüssigkeitsgefülltem Raum 9 bewirken, daß bei jeder Bewegung
eine geringe Menge Dämpffüssigkeit durch die Drossel 12 fließt. Diese Drossel 12
ist so bemessen, daß sich bei Raumtemperatur der Ölab-und
-zufluß
die Waage halten. Die Federcharakteristik bleibt dadurch unverändert.
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Steigt die Temperatur im Federbein durch innere Erwärmung oder durch
äußere Einflüsse, so erhöhen sich die statischen und dynamischen Drücke. Die innere
Erwärmung erfolgt durch die bei den Federbewegungen geleistete Dämpf- und Federarbeit.
Dabei fließt Dämpfflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum 3 über die Leitung 11 und
die Drossel 12 in den mit Flüssigkeit gefüllten Raum 9 des Druckbehälters 8 und
verhindert damit eine Verhärtung der Federkennlinie und eine der Temperatur proportionale
Steigerung des Druckes im Behälter 2. Das Abfließen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum
3 in den mit Flüssigkeit gefüllten Raum 9 erfolgt nur so lange, bis der Druck im
Druckbehälter 8 dem im Federbein 1 entspricht und somit wieder Gleichgewicht zwischen
ölab- und -zufluß bei den Federbewegungen herrscht, Auf diese Weise läßt sich die
Temperaturabhängigkeit der Federcharakteristik sehr stark reduzieren.
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Bei Abkühlung oder Stillstand des Federbeines 1 sinken die Drücke
im Flüssigkeitsraum 3 und im Gasraum 4, Nun fließt das Öl aus dem mit Flüssigkeit
gefüllten Raum 9 des Druckbehälters 8 über die Leitung 11 und die Drossel 12 so
lange in den Behälter 2 des Federbeines 1 zurück, bis Druckgleichheit im Behälter
2 und im Druckbehälter 8 besteht.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig.
1 im wesentlichen darin, daß die Verbindungsleitung 11 für Flüssigkeit den oberen
Teilraum des Flüssigkeitsraumes 3 mit dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum 9 des Druckbehälters
8 verbindet und gleichzeitig der Gasraum 4 des Federbeines 1 über die Verb in dungsleitung
15 und die Drossel 13 mit dem gasgefüllten Raum 10 des Druckbehälters 8 verbunden
ist, Druckdifferenzen, die sich auf Grund von Erwärmung oder Abkühlung der Füllung
des Federbeines 1 und dem Druckbehälter 8 ergeben, können auf diese Weise schneller
ausgeglichen werden, während die dynamischen Drücke auf Grund der Federbewegungen
sowohl ein Zu- und Abfließen des Mediums über die Drosseln 12 und 13 ergeben, die
jedoch im Gleichgewicht sind und daher keine einseitige Druckerhöhung bewirken,
Bei
der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der Verdrängerkörper 5 durch eine hohle, rohrförmige
Kolbenstange gebildet, so daß der Innenraum des Verdrängerkörpers 5 als Druckbehälter
16 verwendet werden kann. In diesem Druckbehälter 16 befindet sich wieder eine Gasfüllung,
die durch einen Trennkolben 18 von der Flüssigkeitsfüllung 19 getrennt ist. Über
die Bohrung 17 und die Drossel 12 steht der druckbehälterseitige Flüssigkeitsraum
19 mit dem Flüssigkeitsraum 3 des Behälters 2 in Verbindung. Die Wirkungsweise dieser
Ausführungsform entspricht der nach den Figuren 1 und 2.
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Selbstverständlich kann anstelle des im Hohlraum des Verdrängerkörpers
5 angeordneten Druckbehälters 16 ein solcher Druckbehälter auch an einer anderen
Stelle im Innern des Federbeines vorgesehen sein.
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Stellt sich bei bestimmten Anwendungsfällen heraus, daß durch die
Federbewegung beispielsweise im Druckbehälter 8 bzw. 16 ein höherer Druck entsteht,
so ist es ohne weiteres möglich, die Drossel 12 so auszugestalten, daß eine von
der Strbmungsrichtung unterschiedliche Drosselwirkung vorhanden ist. Eine solche
unterschiedliche Drosselwirkung kann beispielsweise durch ein gedrosseltes Rückschlagventil
bewirkt werden. Auch eine temperaturabhängige Querschnittssteuerung der Drossel
12 bzw, 13 kann auf einfache Weise über ein Bimetall erfolgen.