DE3900899C2 - Ausgleichsbehälter für einen hydro-pneumatischen Schwingungsdämpfer - Google Patents
Ausgleichsbehälter für einen hydro-pneumatischen SchwingungsdämpferInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für einen hydropneumatischen Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug,
einen Anhänger, ein hydraulisches System oder dergleichen.
In einer aus der DE 34 20 557 A1
bekannten hydropneumatischen Federungsvorrichtung wird ein im
Ausgleichsbehälter untergebrachter Balg verwendet, so daß das Innere des
Behälters durch den Balg in eine Ölkammer und eine Gaskammer
aufgeteilt ist.
Bei einer weiteren hydropneumatischen Federungsvorrichtung, die auf internem
Wissen der Anmelderin beruht, ist ein
Hochdruckgas (78,4 N/cm2) in einer Gaskammer eingeschlossen.
Wenn das Gewicht des Fahrzeugkörpers aufgeladen ist, beträgt der
Druck des Gases an der unteren Grenze 98 bis 686 N/cm2 und 490
bis 3430 N/cm2 an der oberen Grenze. Wenn das Gas in den Ausgleichsbehälter
zugeführt wird, wird der Balg axial durch den Druck des Gases
ausgelenkt. In diesem Fall bedeutet Auslenkung Ausdehnung oder
Zusammenziehen des Balges. Um die Auslenkung des Balges über eine
unerlaubte Grenze zu verhindern, ist es bekannt, einen
Anschlag bei einer Position anzuordnen, bei der eine Stirnfläche
des Balges gestützt werden kann, wenn dieser um einen Betrag, der
über einen vorbestimmten Wert hinausgeht, ausgelenkt wird. Dieser
Anschlag ist von plattenähnlicher oder zylindrischer Form und ist
an einer Position angeordnet, die dem fernen Ende des Balges im
Behälter gegenübersteht.
Es wurde jedoch gefunden, daß sogar dann, wenn die axiale Aus
lenkung des Balges
durch den
Anschlag begrenzt wird, der Balg radial deformiert wird, wenn
der Gasdruck hoch ist. Insbesondere bei der Verwendung eines Me
tallbalges kann die normale Form des Balges nicht wieder erhalten
werden, wenn eine plastische Deformation des Balges auftritt. Da
mit verursacht ein plastisch deformierter Abschnitt einen fatalen
Defekt. Des weiteren muß zur Einpassung des plattenähnlichen oder
zylindrischen Anschlags im Ausgleichsbehälter ein bestimmter Raum zur Unter
bringung des Anschlags sichergestellt sein. Darüber
hinaus müssen zur Befestigung des Anschlags an dem Behälter
zusätzliche Maßnahmen unternommen werden, und damit wird die
Anordnung des Ausgleichsbehälters kompliziert.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ausgleichsbehälter zu schaffen, bei
dem eine radiale Deformation eines Balges aufgrund des Gasdruckes ver
hindert werden kann, falls ein Gas mit einem hohen Druck in die
Gaskammer zugeführt wird, und dessen Aufbau und Betrieb verein
facht ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Ausgleichsbehälter dieser Erfindung
gelöst, wie er im einzigen Anspruch gekennzeichnet ist.
Wenn Gas in die Gaskammer des erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälters
zugeführt wird, sind die Flüssigkeitskammern vorher mit
einer Flüssigkeit gefüllt. Bei diesem Zustand wird ein Hochdruck
gas über die Gasöffnung in die Gaskammer eingeführt.
Danach wird der Balg axial ausgelenkt.
Wenn die Auslenkung des Balges einen vorbestimmten Wert erreicht,
wird der Ventilkörper in Kontakt mit dem Ventilsitz gebracht und
der Flüssigkeitspfad der Verbindungseinrichtung wird geschlossen.
Gleichzeitig wird die Flüssigkeit in einem Zwischenraum zwischen
der äußeren Oberfläche des Balgenkörpers und der inneren Ober
fläche des zweiten Zylinders eingeschlossen.
Nachdem der Ventilkörper in Kontakt mit dem Ventilsitz gebracht
worden ist, bleibt die Gaszufuhr in die Gaskammer aufrechterhal
ten. Als Folge davon wird der Druck in der Gaskammer allmählich
erhöht. Da die Flüssigkeit im wesentlichen inkompressibel ist,
auch wenn ein hoher Druck auf den Balg wirkt, wird die ganze
äußere Oberfläche des Balgenkörpers gleichmäßig durch die im
Zwischenraum eingeschlossene Flüssigkeit gestützt. Der Ventilsitz
ist um den Öffnungsabschnitt des Flüssigkeitspfades, der den Ausgleichsbehälter
und den Arbeitsraum verbindet, gebildet.
Mit dieser Anordnung wird kein besonderer Raum oder ein beson
deres Teil zur Bildung des Ventilsitzes benötigt.
Die Erfindung wird anhand
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Figu
ren näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen hydropneumatischen Schwingungsdämpfer ent
sprechend eines ersten Ausführungsbeispieles dieser Erfin
dung;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Dämpfungsvorrichtung
während einer Gaseinlaßperiode;
Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer Dämpfungsvorrichtung ent
sprechend eines zweiten Ausführungsbeispieles dieser
Erfindung; und
Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer Dämpfungsvorrichtung ent
sprechend einem dritten Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Dämpfungsvorrichtung 20 entsprechend einem
ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Diese
weist einen ersten Hohlzylinder 22 als Arbeitsraum, eine Hohlstange
23 als Verdrängungskörper und einen zweiten Hohlzylinder 24 als Ausgleichsbehälter auf. Die Hohlstange 23 ist
so im ersten Zylinder 22 angebracht, daß sie in axialer
Richtung bewegbar ist. Der erste Zylinder 22 weist ein Außenteil
26 und ein Innenteil 27 auf, das innerhalb des Außenteiles 26
fixiert ist. Eine Dichtung 28 ist zwischen den
Teilen 26 und 27 angeordnet. Eine Öldichtung 29 und ein Lager 30
sind am oberen Endabschnitt des ersten Zylinders 22 angeordnet.
Ein unterer Abschnitt des ersten Zylinders 22 ist über eine Verbindungs
komponente 31 an einem an einer (nicht gezeigten) Achse montier
ten Teil befestigt.
Durch die innere Oberfläche
des ersten Zylinders 22 ist eine erste Flüssigkeitskammer 33 definiert. Die Flüssigkeitskammer 33 ist mit
einem Öl als Flüssigkeit gefüllt. Eine Durchlaßöffnung 34
ist in der Flüssigkeitskammer 33 gebildet. Eine Hydraulikschal
tung 35 ist mit der Durchlaßöffnung 34 verbunden. Die Hydrau
likschaltung 35 weist eine Pumpe 101, ein zwischen der Pumpe 101
und der Durchlaßöffnung 34 angeordnetes Solenoidventil 102, ein
Prüfventil 103, einen Öltank 104 und ein zwischen dem Öltank 104
und der Durchlaßöffnung 34 angeordnetes Solenoidventil 105 auf.
Eine Ölablaßöffnung 36, die durch den Verschluß 37 abgedichtet
werden kann, ist in einem untersten Abschnitt des Zylinders 22
gebildet.
Ein Rückschlagstopper 38 als ein erster Anschlag ist am unteren
Ende des Innenteiles 27 angeordnet. Wenn sich die Hohlstange 23 aus dem
Zylinder 22 bewegt, definiert
der Anschlag 38 ein Hubende in dieser Richtung. Das Lager 39 ist
nahe dem unteren Ende des Innenteiles 27 angeordnet. Eine
Komponente 40 zum Verbinden der Stange 23 mit einem Fahrzeugkör
per ist am oberen Ende der Hohlstange 23 angeordnet. Ein Gummi
puffer 41 als ein zweiter Anschlag ist nahe dem oberen Ende der
Hohlstange 23 angeordnet. Wenn sich die Hohlstange 23
in den Zylinder 22 hinein bewegt, definiert der Puffer 41 das
Hubende in dieser Richtung. Daher kann die Hohlstange 23 lediglich
innerhalb des Bereiches des ersten Hubes S1 hin- und herbewegt
werden. Eine Staubabdeckung 42 bedeckt eine Gleitoberfläche der
Hohlstange 23 bezüglich des Zylinders 22.
Die Hohlstange 23 weist eine Bohrung 45 in axialer
Richtung auf. Ein Dämpfungskrafterzeuger 43, der ein wohlbe
kanntes Plattenventil und eine Öffnung bzw. eine Düse aufweist,
ist mittig entlang der Bohrung 45 angeordnet. Die Bohrung 45 und
die erste Flüssigkeitskammer 23 stehen miteinander über den
Dämpfungskrafterzeuger 43 in Verbindung.
Das Verbindungsteil 47 fixiert den als Ausgleichsbehälter wirkenden zweiten Zylinder 24 und rich
tet diesen parallel zur Stange 23 aus. Ein Metallbalg 50 ist im
zweiten Zylinder 24 untergebracht. Eine zweite Flüssigkeitskammer
48 ist durch die äußere Oberfläche des Balges 50 und die innere
Oberfläche des Zylinders 24 definiert. Die Flüssigkeitskammer 48
ist ebenso mit dem Öl gefüllt. Die zweite Flüssigkeitskammer 48
steht über dem Flüssigkeitspfad 51, der durch das Verbindungsteil
47, die Bohrung 45 und den Dämpfungskrafterzeuger 43 gebildet
ist, mit der ersten Flüssigkeitskammer 33 in Verbindung.
Ein Inertgas wie z.B. Stickstoff, ist in der Gaskammer 49 einge
schlossen, die durch die innere Oberfläche des Balges 50 defi
niert ist. Der Druck dieses Gases wirkt in einer Richtung zum
Ausdehnen des Balges 50. Wenn der Balg 50 ausgedehnt wird, wird
die Hohlstange 23 in Richtung aus dem Zylinder 22 heraus
bewegt. Mit anderen Worten, wenn die Hohlstange 23 innerhalb des
Bereiches des Hubes S1 bewegt wird, wird der Balg 50 innerhalb
des zweiten Hubes S2 ausgedehnt bzw. zusammengezogen. Der Außen
durchmesser D1 der Hohlstange 23 ist im allgemeinen kleiner als der
mittlere Durchmesser D2 des Balges 50. Daher ist der Hub S2 des
Balges 50 kleiner als der Hub S1 der Hohlstange 23.
Das Gewicht des Fahrzeugkörpers wirkt in einer Richtung, in der
die Hohlstange 23 in den Zylinder 22 gedrückt wird. Wenn eine Kraft
in einer Richtung angelegt wird, in der die Hohlstange 23 in den
Zylinder 22 gedrückt wird, wird die Hohlstange 23 bei einer Position
gestoppt, bei der die Kraft im Ausgleich mit der Abstoßungskraft
des Gases in der Gaskammer 49 ist. Folglich muß ein in der Gas
kammer 49 eingeschlossenes befindliches Gas einen Druck aufweisen,
der ausreicht, das Gewicht des Fahrzeugkörpers zu tragen. Wenn
die Dämpfungsvorrichtung in einem gewöhnlichen Fahrzeug verwendet
wird, beträgt der Druck in der Gaskammer 49, wenn der Balg 50
um den Hub S2 bewegt wird, etwa 490 N/cm2 bis 2450 N/cm2.
Der zweite Zylinder 24 weist Stirnwände 24a und 24b auf, die sich
gegenüberstehen. Ein Ende des Flüssigkeitspfades 51 ist zur
Flüssigkeitskammer 48 bei einer Stirnwand 24b geöffnet. Um diese
Öffnung ist ein ringförmiger Ventilsitz 52 gebildet. Das andere
Ende des Flüssigkeitspfades 51 steht mit der Bohrung 45 in
Verbindung. Eine Entlüftungsöffnung 53, die durch eine Kugel 55
und eine Schraube 56 abgedichtet werden kann, ist in einem
obersten Abschnitt des Flüssigkeitspfades 51 gebildet.
Der Balg 50 weist einen Balgenkörper 62, der in axialer Rich
tung des Zylinders 24 ausgedehnt bzw. zusammengezogen werden
kann, und eine Stirnplatte 64 zum Abdichten eines Endes des
Balgenkörpers 62 auf. Der Balgenkörper 62 weist eine Metall
platte wie z.B. eine Edelstahlplatte mit einer Dicke von ca. 0,1
bis 0,3 mm auf. Das andere Ende 63 des Balgenkörpers 62 ist an
der Stirnwand 24a des Zylinders 24 angebracht. Der Ventilkörper
66 ist auf der oberen Oberfläche der Stirnplatte 64 so gebildet,
daß dieser dem Ventilsitz 52 gegenübersteht. Der Ventilkörper 66
ist aus einem Material mit gummiähnlicher Elastizität, wie z.B.
Urethan-Elastomer und Silikonkunststoff hergestellt. Wenn diese
Vorrichtung an den Fahrzeugkörper angebracht ist und als eine
Federung verwendet wird, wird auch dann, wenn der Balg 50 bis zum
Ende des Hubes S2 ausgedehnt wird, ein genügender Abstand L2
zwischen dem Ventilsitz 52 und dem Ventilkörper 66 sicherge
stellt.
Ein Block 67 ist in der Gaskammer 49 untergebracht. Der Block 67
weist ein geeignetes Volumen zur Einstellung des internen Volu
mens der Gaskammer 49 auf. Der Block 67 ist aus einem Material
mit Elastizität, wie z.B. ein Elastomer hergestellt. Der Block 67
kann jedoch aus einem Metall bestehen. Der Block 67 trägt die
Stirnplatte 64 des Balges 50 an seiner inneren Oberfläche, falls
das Gas in der Gaskammer 49 im Notfall leckt. Mit dieser Anord
nung kann, sogar wenn das Gas in der Gaskammer 49 leckt, eine
übermäßige Kontraktion des Balges 50 verhindert werden. Es soll
bemerkt werden, daß eine geeignete Menge Flüssigkeit anstelle des
Blockes 67 in die Gaskammer 49 gefüllt werden kann. Des weiteren
kann der Balg 50 aus einem Kunststoff hergestellt sein. Die in
der Stirnwand 24a gebildete Gasversorgungsöffnung 68 kann durch
eine Schraube 69 abgedichtet werden.
Im folgenden wird der Ablauf des Zuführens eines Gases in die
Gaskammer 49 beschrieben.
Wenn ein Gas zugeführt werden soll, sind die Ölkammern 33 und 48
und die Bohrung 45 vorher mit dem Öl gefüllt. Wenn dieses Öl
eingebracht wird, wird das Entlüftungsloch 53 zum Herauslassen
der Luft aus den Zylindern 22 und 24 über das Loch 53 geöffnet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Druckgasquelle 110 mit der Gas
versorgungsöffnung 68 verbunden. Ein Ventil 111 ist zwischen der
Quelle 110 und der Versorgungsöffnung 68 angeordnet. Wenn das
Ventil 111 geöffnet wird, wird Gas in die Gaskammer 49 zugeführt.
Mit der Erhöhung der Gasmenge in der Gaskammer 49 wird der Balgen
körper 62 axial ausgedehnt. Als Folge davon strömt das Öl in
der zweiten Flüssigkeitskammer 48 über den Flüssigkeitspfad 51
und die Bohrung 45 der Stange 23 in die erste Flüssigkeitskammer
33. Ein Teil des Öles in der Flüssigkeitskammer 33 wird über die
Durchlaßöffnung 34 in den Tank 104 zurückgeführt.
Wenn die Ausdehnung des Balges 50 den Hub S2 übersteigt (Fig. 1)
und L1 erreicht, wird der Ventilkörper 66 in Kontakt mit dem
Ventilsitz 52 gebracht. Daher wird der Balgenkörper 62 nicht mehr
weiter axial ausgedehnt. In diesem Zustand ist das Öl in dem
Zwischenraum 70 zwischen der inneren Oberfläche des zweiten
Zylinders 24 und der äußeren Oberfläche des Balgenkörpers 62
eingeschlossen.
Da die Gaszufuhr in die Gaskammer 49, nachdem der Ventilkörper 66
in Kontakt mit dem Ventilsitz 52 gebracht worden ist, aufrecht
erhalten wird, steigt der Druck in der Gaskammer 49 allmählich
an. Da das Öl im wesentlichen inkompressibel ist, wird die ganze
äußere Oberfläche des Balgenkörpers 62 gleichförmig von dem Öl,
das im Zwischenraum 70 eingeschlossen ist, gehalten. Daher wird
der Balg 50 radial nicht deformiert, auch wenn die Gaszufuhr bei
einem hohen Druck aufrechterhalten wird. Wenn der Druck in der
Gaskammer 49 einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die Gaszu
fuhr gestoppt, und die Gasversorgungsöffnung 68 wird durch die
Schraube 69 abgedichtet.
Die Dämpfungsvorrichtung 20, bei der die Gaskammer 49 mit Gas auf
die oben beschriebene Weise gefüllt ist, wird in den Fahrzeugkör
per (nicht gezeigt) befestigt. Wenn die Hohlstange 23 sich in einer
Richtung vom Zylinder 22 hinaus bewegt, dehnt sich der Balg 50
aus, da das interne Volumen der Gaskammer 49 um einen Wert ent
sprechend der Bewegung der Hohlstange 23 erhöht wird. Da dabei das
Öl in die Düse des Dämpfungskrafterzeugers 43 fließt, wird des
weiteren die Bewegung der Hohlstange 23 beschränkt.
Im Gegensatz dazu, wenn die Hohlstange 23 in Richtung in den Zylinder
22 hinein bewegt wird, wird der Betrag der Einführung der Hohlstange
23 bezüglich des Zylinders 22 erhöht. Als Folge davon wird die
Gaskammer 49 um einen Wert entsprechend der Bewegung der Hohlstange
23 komprimiert. Der Zylinder 22 und die Hohlstange 23 bewegen sich
relativ zueinander in axialer Richtung auf diese Weise, so daß
die Dämpfungsvorrichtung 20 als Gasfederung und Stoßdämpfer
arbeitet. Die Federkonstante der Dämpfungsvorrichtung 20 hängt
vom inneren Volumen der Gaskammer 49 ab. Daher wird zur Einstel
lung der Federkonstante das innere Volumen der Gaskammer 49
geändert, oder der Anfangsdruck in der Kammer 49 wird geändert.
Die Federkonstante kann ebenso durch Ändern des Volumens des
Blockes 67 eingestellt werden.
Wenn das Solenoidventil 102 geöffnet wird, und das Öl von der
Pumpe 101 in die Flüssigkeitskammer 33 zugeführt wird, wird die
Ölmenge in der Flüssigkeitskammer 33 erhöht. In diesem Fall wird
daher der Betrag des Herausragens der Stange 23 bezüglich des
Zylinders 22 erhöht. Wenn das Solenoidventil 102 geschlossen
wird, während das Solenoidventil 105 geöffnet ist, wird ein Teil
des Öles in der Flüssigkeitskammer 33 in den Tank 104 entnommen.
Als Folge davon wird der Betrag des Hinausragens der Stange 23
verringert.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Erhebung 75 in der unteren
Wand 24a des zweiten Zylinders 24 anstatt des Blockes 67 im
ersten Ausführungsbeispiel gebildet. Das interne Volumen der
Gaskammer 49 kann durch Ändern der Größe der Erhebung 75
eingestellt werden.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird, wie
in Fig. 4 gezeigt, eine feste Stange 76 verwendet. Ein kolben
ähnlicher Teil 77 ist bei einem Endabschnitt der Stange 76
angeordnet. Der Dämpfungskrafterzeuger 43 ist auf dem kolben
ähnlichen Teil 77 angeordnet. Die in den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen gezeigten Federungsvorrichtungen können
auch umgedreht verwendet werden.
Claims (1)
- Ausgleichsbehälter für einen hydro-pneumatischen Schwingungsdämpfer, der aus einem Arbeitsraum (22) mit darin befindlichem Verdrängungskörper (23) und einem Ausgleichsbehälter (24) besteht, die durch einen Flüssigkeitspfad (51) miteinander verbunden sind,
wobei der Ausgleichsbehälter (24) einen Balg (50) enthält, der aus einem Balgenkörper (62) und einer Stirnplatte (64) zum Abdichten eines Endes des Balgenkörpers (62) besteht und wobei das andere Ende (63) des Balgenkörpers (62) an einer ersten Stirnwand (24a) des Ausgleichsbehälters (24) befestigt ist und der Balgenkörper (62) so bemessen ist, daß er in axialer Richtung des Ausgleichsbehälters (24) um einen Hub (S2) frei ausdehnbar und zusammenziehbar ist, wobei durch die innere Oberfläche des Balgenkörpers (62) eine Gaskammer (49) gebildet wird, in der ein komprimiertes Gas eingeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Stirnwand (24b) des Ausgleichsbehälters (24) ein ringförmiger Ventilsitz (52) vorgesehen ist, durch den der Ausgleichsbehälter (24) mit der Flüssigkeitskammer (48) des Arbeitsraumes (22) über den Flüssigkeitspfad (51) verbunden ist,
und daß ein Ventilkörper (66) vorgesehen ist, der dem Ventilsitz (52) gegenüber so angeordnet ist, daß der Ventilkörper (66) im Normalbetrieb den Ventilsitz (52) nicht erreicht, wenn sich der Balg (50) innerhalb des Bereichs des Hubs (S2) bewegt, und der Ventilkörper (66) in Kontakt mit dem Ventilsitz (52) zum Schließen des Flüssigkeitspfades (51) gebracht wird, wenn der Balg (50) mit Gas mit genügend erhöhtem Druck befüllt wird, wobei er sich entsprechend weiter als der Hub (S2) ausdehnt, so daß dann die Flüssigkeit in dem Zwischenraum (70) zwischen der inneren Oberfläche des Ausgleichsbehälters (24) und der äußeren Oberfläche des Balgenkörpers (62) derart eingeschlossen ist, daß eine radiale Deformation des Balges (50) verhindert ist.
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