DE3935107A1 - Hydropneumatische kolbenzylinderanordnung mit doppelter gasfeder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung mit einem Zylinder, einem innerhalb des Zylinders koaxial angeordneten, einendig an einem Zylinderkopf befestigten Innenrohr und einem im Ringraum zwischen dem Zylinder und dem Innenrohr axialbeweglich geführten, zwei mit einem hydraulischen Medium geführte Ringkammern abteilenden, und mit einer hohlzylindrischen, abgedichtet aus dem Zylinder nach außen geführten Kolben­ stange verbundenen Ringkolben, wobei innerhalb des Innen­ rohrs ein Trennkolben geführt ist, der einen mit mindestens einer der Ringkammern hydraulisch verbundenen, mit dem hydraulischen Medium gefüllten Ausgleichsraum von einer mit einem kompressiblen Medium gefüllten Federkammer trennt, und die Federkammer auf der dem Zylinderkopf zugekehrten Seite des Trennkolbens angeordnet ist, nach Patentanmeldung P 39 25 519.0.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der hydropneumatischen Kolben-Zylinderanord­ nung gemäß der Hauptanmeldung, diese derart zu verbessern, daß die Federcharakteristik und der Federungsbereich erwei­ tert wird und insgesamt variabler ausführbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß innerhalb des Innenrohrs koaxial zu diesem, durch den Trennkolben hindurch, ein Kammerrohr verläuft, das im Zylinderkopf befestigt und über eine Verbindungsbohrung mit dem kompres­ siblen Medium verbindbar ist, sowie innerhalb des Kammer­ rohrs ein zweiter Trennkolben umfangsgemäß abgedichtet, gleitend geführt ist, so daß zwischen dem zweiten Trennkol­ ben und dem Zylinderkopf innerhalb des Kammerrohrs eine zweite, mit dem kompressiblen Medium gefüllte Federkammer entsteht. Erfindungsgemäß ist somit innerhalb der erfin­ dungsgemäßen Kolbenzylinderanordnung eine doppelte Gasfeder ausgebildet, indem die beiden Federkammern parallel ge­ schaltet sind. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Verschiebeweg des ersten Trennkolbens reduziert werden, da der erste Gasspeicher nicht das gesamte Lastver­ hältnis tragen muß. Zudem kann der Gasdruck im ersten Gasspeicher relativ niedrig gehalten werden, woraus sich ein gutes Ansprechverhalten schon bei geringen Belastungen ergibt. Zudem wird der Vorteil erreicht, daß insgesamt der Federweg bei gleicher Bauweise wie bei der Kolbenzylinder­ anordnung gemäß der Hauptanmeldung wesentlich vergrößert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenzylinderanordnung während des Einfe­ derns,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Fig. 1, wobei der erste Trennkolben in Anschlagstellung ist.

Eine erfindungsgemäße Kolbenzylinderanordnung 2 besteht aus einem Zylinder 4, der einendig einen Zylinderkopf 6 auf­ weist und anderendig offen ausgebildet ist. Der Zylinder 4 ist im Bereich des Zylinderkopfes 6 beispielsweise an einem in den Zeichnungsfiguren nur angedeuteten Rahmenteil 8 z. B. eines Kraftfahrzeuges oder an einer beliebigen anderen "gefederten Masse" befestigbar. Innerhalb des Zylinders 4 ist koaxial zu diesem ein Innenrohr 10 angeordnet. Dieses Innenrohr 10 ist einendig am Zylinderkopf 6 befestigt und erstreckt sich anderendig etwa bis in den Bereich des offenen Endes des Zylinders 4, im dargestellten Beispiel allerdings noch etwas darüber hinaus.

Zwischen dem Zylinder 4 und dem Innenrohr 10 ist folglich ein Zylinder-Ringraum 12 gebildet. In diesem Ringraum 12 zwischen dem Zylinder 4 und dem Innenrohr 10 ist ein Ring­ kolben 14 axialbeweglich geführt. Dieser Ringkolben 14 unterteilt den Ringraum 12 in eine dem Zylinderkopf 6 zugekehrte, obere Ringkammer 16 und eine dem Zylinderkopf 6 abgekehrte, untere Ringkammer 18. Der Ringkolben 14 ist mit einer hohlzylindrischen, abgedichtet aus dem offenen Ende des Zylinders 4 nach außen geführten Kolbenstange 20 ver­ bunden.

Die Kolbenstange 20 besitzt an ihrem aus dem Zylinder 4 ragenden Ende ein Befestigungselement 22, mit dem die Kolbenzylinderanordnung 2 beispielsweise mit einem in der Zeichnung strichpunktiert angedeuteten Kfz-Rad 24 oder einer anderen "ungefederten Masse" verbindbar ist. Inner­ halb des Innenrohrs 10 ist ein Trennkolben 26 freibeweglich "schwimmend" geführt, wobei dieser Trennkolben 26 einen Ausgleichsraum 28 von einer mit einem kompressiblen Medium gefüllten Gasfederkammer 30 trennt. Die beiden Zylinder- Ringkammern 16 und 18 sowie der Ausgleichsraum 28 sind jeweils mit einem hydraulischen Medium gefüllt, wobei der Ausgleichsraum 28 mit mindestens einer der Ringkammern 16, 18 hydraulisch verbunden ist.

Innerhalb des Innenrohrs 10 ist ein Kammerrohr 70 koaxial zum Innenrohr 10 angeordnet. Dieses Kammerrohr 70 ist im Zylinderkopf 6 dichtend eingesetzt. Das Kammerrohr 70 verläuft durch den Trennkolben 26 hindurch und erstreckt sich bis kurz über den Boden 34 des Innenrohrs. Somit entsteht zwischen dem freien Ende des Kammerrohrs 70 und dem Boden 34 ein Durchgangsspalt 72. Der Trennkolben 26 ist an seinem Umfang auf der Außenseite des Kammerrohrs 70 gleitend geführt und umfangsgemäß abgedichtet. Im Kammer­ rohr 70 ist ein zweiter Trennkolben 74 geführt, der an seinem Außenumfang ebenfalls abgedichtet ist. Hierdurch wird zwischen dem Zylinderkopf 6 und dem zweiten Trennkol­ ben 24 im Kammerrohr 70 eine zweite Federkammer 76 gebil­ det, die mit dem kompressiblen Medium gefüllt wird, wie auch die erste Federkammer 30. Der Bereich zwischen dem zweiten Trennkolben 74 und dem freien Ende des Kammerrohrs 70 steht in Verbindung über den Durchgangsspalt 72 mit dem Ausgleichsraum 28 und ist somit ebenfalls mit dem Hydraulikmedium, das nicht kompressibel ist, gefüllt. Zweckmäßigerweise ist am freien Ende des Kammerrohrs 70 ein innerer Ringbund 78 als Anschlag für den zweiten Trennkol­ ben 74 ausgebildet.

Die Gasfederkammer 30 ist auf der dem Zylinderkopf 6 zugekehrten Seite des Trennkolbens 26 angeordnet. Dem­ entsprechend befindet sich der Ausgleichsraum 28 auf der gegenüberliegenden, dem Zylinderkopf 6 abgekehrten Seite des Trennkolbens 26. Vorzugsweise im Bereich des Zylinder­ kopfes 6 besitzt der Zylinder 4 erfindungsgemäß einen in die Gasfederkammer 30 mündenden Steueranschluß 32 und das Kammerrohr 70 einen in die zweite Federkammer 76 mün­ denden Steueranschluß 80. Diese Steueranschlüsse 32, 80 sind über nicht dargestellte Leitungsverbindungen mit einer ebenfalls nicht gezeigten Gasdruck-Einstelleinrich­ tung verbindbar. Das Innenrohr 10 ist vorteilhafterweise an seinem dem Zylinderkopf 6 abgekehrten Ende über einen geschlossenen Boden 34 druckdicht geschlossen und in diesem Bereich über eine Umfangsdichtung 36 gegen die Innenwandung der Kolbenstange 20 abgedichtet. Hierdurch ist im sich axial über das Innenrohr 10 hinaus erstrecken­ den Bereich der Kolbenstange 20 eine durch Federungsbewe­ gungen volumenveränderliche Kammer 38 gebildet, die vor­ zugsweise über mindestens eine am Ende der Kolbenstange 20 angeordnete Lüftungsöffnung 40 be- und entlüftet ist. Ohne diese Lüftungsöffnung(en) 40 wäre innerhalb der Kammer 38 eine zusätzliche Gasfeder gebildet, was grund­ sätzlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die obere Ringkammer 16 und die untere Ringkammer 18 über eine strichpunktiert eingezeich­ nete, externe, d. h. außerhalb des Zylinders 4 verlaufende Leitungsverbindung 42 miteinander verbunden sind, so daß in diesem Fall in dieser Leitungsverbindung 42 ein vorzugswei­ se einstell- bzw. regelbares Dämpfungsventil 44 angeordnet sein kann. Auf diese Weise ist bei der erfindungsgemäßen Kolbenzylinderanordnung 2 vorteilhafterweise die Dämpfung der Hydraulikströmung zwischen den beiden Ringkammern 16, 18 einstellbar, wobei auch eine Einstellung möglich sein kann, bei der die Bewegung des Ringkolbens 14 durch eine Unterbrechung der Strömung blockiert ist. Zum Anschluß der Leitungsverbindung 42 besitzt der Zylinder 4 vorzugsweise im Bereich des Zylinderkopfes 6 eine in die obere Ringkam­ mer 16 mündende Anschlußöffnung 46 sowie im dem Zylinder­ kopf 6 abgekehrten Endbereich seiner Zylinderwandung eine in die untere Ringkammer 18 mündende Anschlußöffnung 48.

In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung ist die Kolbenstange 20 erfindungsgemäß derart im Ringraum 12 zwischen dem Zylinder 4 und dem Innenrohr 10 koaxial zu diesen angeordnet, daß die dem Zylinderkopf 6 abgekehrte, untere Ringkammer 18 von der Wandung der Kol­ benstange 20 in eine zwischen dieser und dem Innenrohr 10 liegende, innere Ringkammer 18a und eine zwischen der Kol­ benstange 20 und dem Zylinder 4 angeordnete, äußere Ring­ kammer 18b unterteilt ist, wobei die Kolbenstange 20 in der Nähe des Ringkolbens 14 mindestens eine die innere Ringkam­ mer 18a mit der äußeren Ringkammer 18b verbindende Strö­ mungsöffnung 50 sowie das Innenrohr 10 in seinem dem Zylin­ derkopf 6 abgekehrten Endbereich mindestens eine die innere Ringkammer 18a mit dem Ausgleichsraum 28 verbindende Strö­ mungspassage 52 aufweisen. Dies bedeutet, daß bei dieser Ausführungsform die Anschlußöffnung 48 der unteren Ring­ kammer 18 in deren äußere Ringkammer 18b mündet. Erfin­ dungsgemäß ist somit der Ausgleichsraum 28 einerseits un­ mittelbar über die Strömungspassage(n) 52 mit der unteren Ringkammer 18 bzw. deren inneren Ringkammer 18a sowie auch mittelbar über die Strömungsöffnung(en) 50, die äußere Ringkammer 18b, die Anschlußöffnung 48, die Leitungsver­ bindung 42, gegebenenfalls das Dämpfungsventil 44 sowie die Anschlußöffnung 46 auch mit der oberen Ringkammer 16 ver­ bunden. Dabei wird folglich die Verbindung des Ausgleichs­ raums 28 nach außen erfindungsgemäß durch einen axialen Versatz der Strömungsöffnung(en) 50 gegenüber der Anschluß­ öffnung 48 und der Strömungspassage 52 erreicht.

Alternativ oder aber zusätzlich zu der dargestellten und bisher beschriebenen Ausführung kann der Ringkolben 14 mindestens einen vorzugsweise mit einem Dämpfungsventil ausgestatteten, die obere Ringkammer 16 mit der unteren Ringkammer 18 verbindenden Strömungskanal aufweisen (nicht dargestellt). In diesem Fall kann auch die Strömungsöff­ nung 50 der Kolbenstange 20 entfallen, insbesondere wenn die Kolbenstange 20 umfänglich auf der Innenwandung des Zylinders 4 vollflächig geführt ist, d. h. wenn die untere Ringkammer 18 zwischen dem Innenrohr 10 und der Kolben­ stange 20 gebildet ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist innerhalb der Gasfederkammer 30 ein Endanschlag für den Trennkolben 26 insbesondere durch eine innere Ringstufe 54 des Innenrohrs 10 derart gebildet, daß die axiale Bewegung des Trennkolbens 26 in Richtung des Zylinderkopfes 6 auf einen bestimmten, ein Mindestvolumen der Gasfederkammer 30 gewährleistenden Abstand von dem Zylinderkopf 6 begrenzt ist. Diese Ausgestaltung ist insofern von Vorteil, als ja das in der Gasfederkammer 30 enthaltene kompressible Medium nur begrenzt komprimiert werden kann. Zudem begrenzt die­ ser Endanschlag auch die maximale Einfederungsbewegung des Kolbens 14 über das inkompressible, hydraulische Medium.

Die Abdichtung der hohlen Kolbenstange 20 nach außen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen der Kolben­ stange 20 und dem Zylinder 4 eine äußere Umfangsdichtung 56 sowie zwischen der Kolbenstange 20 und dem Innenrohr 10 die oben bereits erwähnte innere Umfangsdichtung 36 jeweils unter dichtender Anlage angeordnet sind. Der Ringkolben 14 ist über eine innere Umfangsdichtung 58 gegen das Innenrohr 10 sowie über eine äußere Umfangsdichtung 60 gegen den Zylinder 4 abgedichtet.

Der Trennkolben 26 ist über eine Umfangsdichtung 59 gegen die Innenwandung des Innenrohrs 10 abgedichtet. Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Trennkolben 26 topf- oder becher­ förmig mit einer axialen, in Richtung der Gasfederkammer 30 offenen Vertiefung 61 ausgebildet ist, da sich hierdurch das Gesamtvolumen der Gasfederkammer 30 vergrößert, ohne die Kolbenzylinderanordnung 2 selbst vergrößern zu müssen. Zudem stellt die Vertiefung 61 stets - auch ohne den oben beschriebenen Anschlag - ein Mindest-Restvolumen der Gas­ federkammer 30 beim vollständigen Einfedern sicher.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenzylinderanordnung 2 ist nun wie folgt:

In Fig. 1 ist die Einfederungsbewegung anhand der Pfeil­ richtung 62 dargestellt. Hierbei wird das hydraulische Medium von dem Ringkolben 14 aus der oberen Ringkammer 16 verdrängt. Das Medium gelangt dann über die externe Lei­ tungsverbindung 42 in die untere Ringkammer 18, die jedoch nur einen Teil dieses aus der oberen Ringkammer 16 ver­ drängten Volumens aufnehmen kann, da ja die Kolbenstange 20 sich in die untere Ringkammer 18 hinein verschiebt. Ein dem Volumen der Wendung der Kolbenstange 20 entsprechendes Teilvolumen des hydraulischen Mediums wird demzufolge über die Strömungspassage(n) 52 in den Ausgleichsraum 28 ge­ drängt. Dieses Teilvolumen verschiebt den Trennkolben 26 in Pfeilrichtung 64 gegen die Gasfederkammer 30 bis zum An­ schlag 54, deren Volumen sich demzufolge verringert, so daß eine pneumatische Federwirkung erzielt wird. Sobald der Anschlag 54 erreicht ist, siehe Fig. 2, bewirkt die Ver­ drängung des Teilvolumens zusätzlich die Verschiebung des zweiten Trennkolbens 74 in Pfeilrichtung Y, so daß das Volumen der zweiten Federkammer 76 verkleinert und das darin befindliche Medium, insbesondere Gas, kompremiert wird, so daß eine zusätzliche pneumatische Federwirkung erzielt wird. Durch die Einstellung des Druckes in den beiden Federkammern auf gleiche oder unterschiedliche Druckwerte in der Ruhestellung kann das Federverhalten auf unterschiedlichste Weise beeinflußt werden.

Bei der Ausfederung erfolgt die Entspannung der Federkam­ mern in zum Einfedern umgekehrter Reihenfolge.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschrie­ bene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsfor­ men. So kann z. B. auch das Kammerrohr 70 sich auf dem Boden des Innenrohrs 10 abstützen. In diesem Fall müssen aber dann Durchbrüche im Kammerrohr 70 im Bodenbereich vorgese­ hen werden.

Claims (14)

1. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung mit einem Zylinder, einem innerhalb des Zylinders koaxial ange­ ordneten, einendig an einem Zylinderkopf befestigten Innenrohr und einem im Ringraum zwischen dem Zylinder und dem Innenrohr axial beweglich geführten, zwei mit einem hydraulischen Medium geführte Ringkammer abtei­ lenden und mit einer hohlzylindrischen, abgedichtet aus dem Zylinder nach außen geführten Kolbenstange verbundenen Ringkolben, wobei innerhalb des Innenrohrs ein Trennkolben geführt ist, der einen mit mindestens einer der Ringkammern hydraulisch verbundenen, mit dem hydraulischen Medium gefüllten Ausgleichsraum von einer mit einem kompressiblen Medium gefüllten Feder­ kammer trennt und die Federkammer auf der dem Zylin­ derkopf zugekehrten Seite des Trennkolbens angeordnet ist, nach Patentanmeldung P 39 25 519.0, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Innenrohrs (10) koaxial zu diesem durch den Trennkolben (26) hindurch ein Kammerrohr (70) verläuft, das im Zylinderkopf (6) befestigt und über einen Steueranschluß (80) mit dem kompressiblen Medium verbindbar ist, sowie innerhalb des Kammerrohrs (70) ein zweiter Trennkolben (74) umfangsgemäß abgedichtet geführt ist, so daß zwischen dem zweiten Trennkolben (74) und dem Zylinderkopf (6) innerhalb des Kammerrohrs (70) eine zweite, mit dem kompressi­ blen Medium gefüllte Federkammer (76) entsteht.

2. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des kompressiblen Mediums in der ersten Feder­ kammer (30) niedriger ist als der Druck in der zweiten Federkammer (76).

3. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammerrohr (70) kurz vor dem Boden (34) des Innen­ rohrs (10) endet, so daß ein Durchgangsspalt (72) gebildet wird.

4. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammerrohr (70) sich auf dem Boden (34) des Innen­ rohrs (10) abstützt und innerhalb der Kammerrohrwan­ dung im Bodenbereich Verbindungsöffnungen ausgebildet sind.

5. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (26) auf dem Kammerrohr (10) gleitend geführt und gegenüber diesem umfangsgemäß abgedichtet ist.

6. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (4) im Bereich des Zylinderkopfes (6) einen in die Gasfederkammer (30) mündenden Steueranschluß (32) aufweist.

7. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (10) an seinem dem Zylinderkopf (6) abge­ kehrten Ende druckdicht geschlossen und in diesem Bereich über eine innere Umfangsdichtung (36) gegen die Kolbenstange (20) abgedichtet ist, wobei vorzugs­ weise die Kolbenstange (20) in ihrem sich axial über des Innenrohr (10) hinaus nach außen erstreckenden Bereich mindestens eine Lüftungsöffnung (40) aufweist.

8. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (4) vorzugsweise im Bereich des Zylinder­ kopfes (6) eine in die dem Zylinderkopf (6) zugekehr­ te, obere Ringkammer (16) mündende Anschlußöffnung (46) sowie im dem Zylinderkopf (6) abgekehrten Endbe­ reich seiner Zylinderwandung eine in die untere Ring­ kammer (18) mündende Anschlußöffnung (48) aufweist.

9. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach An­ spruch 8, gekennzeichnet durch ein in einer die Anschlußöffnung (46) der oberen Ringkammer (16) mit der Anschlußöffnung (48) der unteren Ringkammer (18) verbindenden Leitung (42) angeordnetes, vorzugs­ weise einstellbares Dämpfungsventil (44).

10. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (20) die dem Zylinderkopf (6) abgekehrte untere Ringkammer (18) in eine innere Ringkammer (18a) und eine äußere Ringkammer (18b) unterteilt, wobei die Kolbenstange (20) in der Nähe des Ringkolbens (14) mindestens eine die innere (18a) mit der äußeren (18b) Ringkammer verbindende Strömungsöffnung (50) und das Innenrohr (10) in seinem dem Zylinderkopf (6) abge­ kehrten Endbereich mindestens eine die innere Ringkam­ mer (18a) mit dem Ausgleichsraum (28) verbindende Strömungspassage (52) aufweisen.

11. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (14) mindestens einen vorzugsweise mit einem Dämpfungsventil ausgestatteten, die obere (16) mit der unteren (18) Ringkammer verbindenden Strö­ mungskanal aufweist.

12. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Gasfederkammer (30) ein Endanschlag für den Trennkolben (26) insbesondere durch eine innere Ringstufe (54) des Innenrohrs (10) derart gebildet ist, daß die axiale Bewegung des Trennkolbens (26) in Richtung des Zylinderkopfes (6) auf einen bestimmten, ein Mindestvolumen der Gasfederkammer (30) gewährlei­ steten Abstand von dem Zylinderkopf (6) begrenzt ist.

13. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kolbenstange (20) und dem Zylinder (4) eine äußere Umfangsdichtung (56) unter dichtender Anlage angeordnet ist.

14. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (14) über eine innere Umfangsdichtung (58) gegen das Innenrohr (10) sowie über eine äußere Um­ fangsdichtung (60) gegen den Zylinder (4) abgedichtet ist.