DE3942106A1 - Hydropneumatische kolbenzylinderanordnung - Google Patents
Hydropneumatische kolbenzylinderanordnungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydropneumatische
Kolbenzylinderanordnung, insbesondere zur Verwendung als
Federbein in Kfz-Federungssystemen, mit einem Zylinder,
einem sich koaxial durch den Zylinder erstreckenden, ein
endig mit einem geschlossenen Zylinderende verbundenen und
mit dem Zylinder einen mit einem Hydraulikmedium gefüllten
Ringraum bildenden Innenrohr sowie einem in dem Ringraum
axialbeweglich geführten und mit einer hohlen, abgedichtet
aus dem Zylinder nach außen geführten Kolbenstange verbun
denen Ringkolben, wobei innerhalb des Innenrohrs ein Trenn
kolben schwimmend geführt ist, der einen mit Hydraulik
medium gefüllten und mit dem Ringraum hydraulisch verbunde
nen Ausgleichsraum von einer mit einem kompressiblen
Medium, insbesondere Gas, gefüllten Federkammer trennt,
und wobei in den Ringraum mindestens ein Anschluß für eine
externe Leitungsverbindung mündet.
Eine derartige Kolbenzylinderanordnung ist aus der DE-OS
38 39 446 bekannt. Hierbei ist der Zylinder im Bereich seines
geschlossenen Zylinderendes an einer gefederten Masse, z. B.
einem Fahrzeugrahmen, zu befestigen, während das freie Ende
der Kolbenstange mit einer ungefederten Masse, z. B. einem
Fahrzeugrad oder einer Fahrzeugachse, verbunden wird. Der
Ringkolben teilt den Zylinder-Ringraum in zwei Ringkammern,
in die jeweils ein Anschluß für externe Verbindungsleitun
gen mündet, wobei diese Anschlüsse einerseits im Bereich
des geschlossenen Zylinderendes und andererseits im axial
gegenüberliegenden Endbereich der Zylinderwandung angeord
net sind. Dies ist für die beschriebene Einbaulage inso
fern von Vorteil, als die mit den Anschlüssen verbundenen
Leitungen aufgrund der praktisch ortsfesten Anordnung des
Zylinders (ortsfest relativ zu der beweglichen Kolbenstan
ge) ebenfalls ortsfest und damit praktisch keinen Bewegun
gen unterworfen sind. Allerdings wäre diese Ausgestaltung
bei einer umgekehrten Einbaulage, die beispielsweise aus
Gründen des Platzbedarfs erforderlich werden könnte, nach
teilig, da sich dann die Leitungen zusammen mit dem Zylin
der bewegen würden, was auf Dauer eine hohe mechanische
Belastung darstellen würde. Ferner ist bei der bekannten
Kolbenzylinderanordnung die Federkammer auf der dem ge
schlossenen Zylinderende abgekehrten Seite des Trennkolbens
angeordnet, wobei das Innenrohr in einer ersten Ausfüh
rungsform an seinem dem geschlossenen Zylinderende abge
kehrten Ende derart offen ausgebildet ist, daß die Feder
kammer teilweise von dem Innenrohr und teilweise von dem
sich über das Innenrohr hinaus erstreckenden Bereich der
Kolbenstange begrenzt ist. Diese Ausgestaltung könnte aber
für bestimmte Anwendungsfälle insofern unerwünscht sein,
als eine Volumenänderung der Federkammer und damit eine
pneumatische Federwirkung nicht nur durch das von der
Kolbenstange in den Ausgleichsraum verdrängte und hierdurch
den Trennkolben verschiebende hydraulische Medium verur
sacht wird. Vielmehr wird eine zusätzliche, und zwar er
hebliche Volumenveränderung der Federkammer bei der Bewe
gung der Kolbenstange dadurch bewirkt, daß sich ja hierbei
die Länge und damit auch das ein Teilvolumen der Federkam
mer bildende Innenvolumen ihres sich axial über das Innen
rohr erstreckenden Bereichs verändert. Hierdurch wird eine
sehr "steile" Federkennlinie verursacht, die beim Einfedern
überproportional zunehmend sehr steil ansteigt. In einer
weiteren Ausführungsform der bekannten Kolbenzylinderanord
nung ist zwar das Innenrohr endseitig gasdicht geschlossen,
so daß hierbei die Federkammer vollständig innerhalb des
Innenrohrs angeordnet ist. Jedoch ist hier nachteiliger
weise die Federkammer von außen nicht mehr zugänglich, so
daß eine einmal durch Füllung der Federkammer eingestellte
Federkennlinie nachträglich nicht mehr veränderbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs
gemäße Kolbenzylinderanordnung zu schaffen, bei der eine
Einbaulage mit beweglichem Zylinder ohne mechanische Bean
spruchungen von Leitungsverbindungen möglich ist, wobei
eine jederzeit einstellbare sowie vorzugsweise auch mög
lichst "weiche" Federkennlinie realisierbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Feder
kammer auf der dem geschlossenen Zylinderende zugekehrten
Seite des Trennkolbens sowie der Anschluß bzw. die An
schlüsse des Ringraums im nach außen geführten Endbereich
der Kolbenstange angeordnet sind.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Federkammer ist es
möglich, im Bereich des geschlossenen Zylinderendes einen
in die Federkammer mündenden Füllanschluß anzuordnen, so
daß vorteilhafterweise der innerhalb der Federkammer herr
schende Druck und damit auch die Federkraft durch Zufuhr
oder Entnahme von kompressiblem Medium einstellbar ist.
Dies kann erfindungsgemäß auch "dynamisch", d. h. während
des Betriebes der Kolbenzylinderanordnung erfolgen, indem
an dem Füllanschluß über eine Leitungsverbindung ständig,
d. h. gerade auch während des Betriebes, eine Druckeinstell
einrichtung angeschlossen wird.
Durch die Anordnung des Anschlusses bzw. der Anschlüsse des
Zylinder-Ringraumes im Endbereich der Kolbenstange eignet
sich die erfindungsgemäße Kolbenzylinderanordnung besonders
für eine Einbaulage mit relativ zu der feststehenden Kol
benstange beweglichem Zylinder, wobei an den Anschlüssen
befestigte Leitungsverbindungen dann vorteilhafterweise
ebenfalls ortsfest und damit mechanisch praktisch kaum be
lastet sind. Erfindungsgemäß mündet der jeweilige Anschluß
hierbei über mindestens einen durch die Wandung der hohlen
Kolbenstange verlaufenden Kanal in den Ringraum.
Die angestrebte "weiche", flache Federkennlinie wird erfin
dungsgemäß dadurch realisiert, daß das Innenrohr in seinem
dem geschlossenen Zylinderende abgekehrten Endbereich - den
Ausgleichsraum einschließend - druckdicht geschlossen und
in diesem Bereich gegen die Kolbenstange abgedichtet ist,
wobei eine im sich axial über das Innenrohr hinaus erstrek
kenden Bereich innerhalb der Kolbenstange gebildete Kammer
vorzugsweise be-/entlüftet ist. Durch diese erfindungsge
mäße Maßnahme wird erreicht, daß bei der Kolben-Einfede
rungsbewegung ausschließlich das Volumen der Kolbenstangen
wandung in den Ausgleichsraum verdrängt wird, so daß sich
bei den Federungsbewegungen auch nur geringe Volumenände
rungen innerhalb der Federkammer, und damit auch nur gerin
ge Druck- und Kraftänderungen, ergeben. Zudem kann hier
durch vorteilhafterweise die Kolbenzylinderanordnung sehr
kompakt mit kurzer Baulänge ausgebildet sein, da das Ge
samtvolumen, d. h. insbesondere die axiale Länge der Feder
kammer, gering gehalten werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung
sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung
enthalten.
Anhand der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung bei
spielhaft näher erläutert werden.
In jeder der Fig. 1 bis 3 ist hierzu in stark vereinfach
ter, prinzipieller Längsschnittdarstellung eine Ausfüh
rungsform einer erfindungsgemäßen Kolbenzylinderanordnung
zusammen mit einer externen Hydraulik-Beschaltung darge
stellt, wobei in den verschiedenen Zeichnungsfiguren
gleiche bzw. sich funktionell entsprechende Teile jeweils
mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Wie sich zunächst aus allen Zeichnungsfiguren gleichermaßen
ergibt, besteht eine erfindungsgemäße Kolbenzylinderanord
nung 2 aus einem Zylinder 4, der einendig offen ausgebildet
ist und anderendig ein geschlossenes Zylinderende 6 auf
weist. Innerhalb des Zylinders 4 ist koaxial zu diesem ein
Innenrohr 8 angeordnet. Dieses Innenrohr 8 ist einendig am
geschlossenen Zylinderende 6 befestigt und erstreckt sich
anderendig etwa bis in den Bereich des offenen Endes des
Zylinders 4, in den dargestellten Ausführungsbeispielen
jedoch noch etwas darüber hinaus. Zwischen dem Zylinder 4
und dem Innenrohr 8 ist folglich ein Zylinder-Ringraum 10
gebildet. In diesem Ringraum 10 zwischen dem Zylinder 4
und dem Innenrohr 8 ist ein Ringkolben 12 axialbeweglich
geführt. Der Ringkolben 12 ist mit einer hohlzylindrischen,
abgedichtet aus dem offenen Ende des Zylinders 4 nach außen
geführten Kolbenstange 14 verbunden. Innerhalb des Innen
rohrs 8 ist ein Trennkolben 16 freibeweglich, d. h. "schwim
mend", geführt, wobei dieser Trennkolben 16 einen Aus
gleichsraum 18 von einer mit einem kompressiblen Medium,
insbesondere Gas, gefüllten Federkammer 20 trennt. Der
Zylinder-Ringraum 10 und der Ausgleichsraum 18 sind jeweils
mit einem hydraulischen Medium gefüllt und stehen miteinan
der hydraulisch in Verbindung.
Vorzugsweise ist die Kolbenstange 14 im Bereich ihres frei
en, nach außen geführten Endes 22 an einer "gefederten
Masse", beispielsweise an einem in den Zeichnungsfiguren
nicht dargestellten Fahrzeugrahmen, befestigbar. Der
Zylinder 4 ist dabei im Bereich seines geschlossenen Zylin
derendes 6 mit einer "ungefederten" Masse, beispielsweise
mit einem in der Zeichnung strichpunktiert angedeuteten
Kfz-Rad 24, verbindbar, und zwar gegebenenfalls mittelbar
über ein nicht dargestelltes Fahrgestellteil.
Erfindungsgemäß ist die Federkammer 20 auf der dem ge
schlossenen Zylinderende 6 zugekehrten Seite des Trennkol
bens 16 angeordnet. Dementsprechend befindet sich der Aus
gleichsraum 18 auf der gegenüberliegenden, dem geschlosse
nen Zylinderende 6 abgekehrten Seite des Trennkolbens 16.
Vorzugsweise im Bereich des geschlossenen Zylinderendes 6
besitzt der Zylinder 4 erfindungsgemäß einen in die Feder
kammer 20 mündenden Füllanschluß 26. Dieser Füllanschluß
26 ist über eine nicht dargestellte Leitungsverbindung mit
einer ebenfalls nicht gezeigten Druckeinstelleinrichtung
verbindbar.
Das Innenrohr 8 ist vorteilhafterweise an seinem dem ge
schlossenen Zylinderende 6 abgekehrten Ende über einen
geschlossenen Boden 28 druckdicht geschlossen und in diesem
Bereich über eine Umfangsdichtung 30 gegen die Innenwandung
der Kolbenstange 14 abgedichtet. Hierdurch ist im sich
axial über das Innenrohr 8 hinaus erstreckenden Bereich der
Kolbenstange 14 eine durch Federungsbewegungen volumenver
änderliche Kammer 32 gebildet, die vorzugsweise über minde
stens eine nicht dargestellte, im Bereich des freien Endes
22 der Kolbenstange 14 angeordnete Lüftungsöffnung be- und
entlüftet ist. Ohne diese Lüftung wäre durch die Kammer 32
eine zusätzliche pneumatische Feder gebildet, was jedoch
grundsätzlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung eben
falls möglich wäre.
In der in Fig. 1 dargestellten, ersten Ausführungsform der
Erfindung ist der Ringkolben 12 sowohl über eine innere Um
fangsdichtung 34 nach innen gegen das Innenrohr 8 als auch
über eine äußere Umfangsdichtung 36 nach außen gegen die
Innenwandung des Zylinders 4 abgedichtet. Hierdurch unter
teilt der Ringkolben 12 den Zylinder-Ringraum 10 in eine
erste, dem geschlossenen Zylinderende 6 zugekehrte Ring
kammer 38 und eine zweite, axial gegenüberliegende, d. h.
dem offenen Zylinderende zugekehrte, Ringkammer 40. Dabei
weist jede Ringkammer 38, 40 erfindungsgemäß einen eigenen,
im nach außen geführten Endbereich 22 der Kolbenstange 14
angeordneten Anschluß 42, 44 auf. Diese Anschlüsse 42, 44
dienen zum Anschluß von externen Leitungsverbindungen 46
einer äußeren Hydraulik-Beschaltung, die weiter unten noch
näher erläutert werden wird. Bei dieser Ausführungsform
ist weiterhin die Kolbenstange 14 derart konzentrisch und
jeweils radial beabstandet zwischen dem Innenrohr 8 und dem
Zylinder 4 angeordnet, daß die zweite Ringkammer 40 in eine
innere, zwischen der Kolbenstange 14 und dem Innenrohr 8
liegende Ringkammer 40a und eine äußere, zwischen der Kol
benstange 14 und der Wandung des Zylinders 4 liegende
Ringkammer 40b unterteilt ist. Die Kolbenstange 14 besitzt
hierbei in der Nähe des Ringkolbens 12 mindestens eine
radiale, die innere Ringkammer 40a mit der äußeren Ringkam
mer 40b verbindende Strömungsöffnung 48. Das Innenrohr 8
weist in seinem dem geschlossenen Zylinderende 6 abgekehr
ten Endbereich, d. h. im an den Boden 28 angrenzenden Be
reich seiner Wandung, mindestens eine die innere Ringkammer
40a mit dem Ausgleichsraum 18 verbindende Strömungspassage
50 auf. Der Anschluß 42 mündet erfindungsgemäß über minde
stens einen axial durch die Wandung der hohlen Kolbenstange
14 sowie durch den Ringkolben 12 verlaufenden Kanal 52 in
die erste Ringkammer 38 des Zylinder-Ringraumes 10. Der
andere Anschluß 44 mündet erfindungsgemäß über mindestens
einen axial durch die Wandung der hohlen Kolbenstange 14
bis in den an den Ringkolben 12 angrenzenden Bereich ver
laufenden Kanal 54 in die zweite Ringkammer 40 des Zylin
der-Ringraumes 10, wobei es vorteilhaft ist, wenn der bzw.
jeder Kanal 54 in eine der radialen Strömungsöffnungen 48
mündet. Hierdurch ist der Anschluß 44 vorteilhafterweise
sowohl mit der inneren Ringkammer 40a als auch mit der
äußeren Ringkammer 40b verbunden. Weiterhin ist der An
schluß 44 auch mittelbar über die innere Ringkammer 40a und
die Strömungspassage(n) 50 mit dem Ausgleichsraum 18
verbunden.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Ringkolben 12
vorteilhafterweise nur nach innen über die innere Umfangs
dichtung 34 gegen das Innenrohr 8 abgedichtet. Hierdurch
teilt der Ringkolben 12 zusammen mit der konzentrisch und
jeweils mit Abstand zwischen dem Innenrohr 8 und der Wan
dung des Zylinders 4 angeordneten Kolbenstange 14 den
Zylinder-Ringraum 10 wiederum in die erste Ringkammer 38
und die zweite Ringkammer 40, wobei allerdings hier die
erste Ringkammer 38 sich praktisch als Vereinigung der in
Bezug auf Fig. 1 beschriebenen ersten Ringkammer 38 und der
äußeren Ringkammer 40b ergibt und die zweite Ringkammer 40
praktisch mit der inneren Ringkammer 40a der Ausführung
nach Fig. 1 identisch ist. Dabei mündet auch hier in die
erste Ringkammer 38 der Anschluß 42, und zwar wiederum über
mindestens einen sich axial durch die Wandung der Kolben
stange 14 sowie durch den Ringkolben 12 erstreckenden Kanal
52. In die zweite Ringkammer 40 bzw. 40a mündet der An
schluß 44 über mindestens einen sich axial durch die Wan
dung der Kolbenstange 14 bis in den vor dem Ringkolben 12
liegenden Bereich erstreckenden Kanal 54. Dabei geht der
bzw. jeder Kanal 54 in seinem Endbereich in einen radial
nach innen verlaufenden und in die Ringkammer 40a mündenden
Abschnitt 54a über. Analog zu Fig. 1 ist weiterhin die
innere Ringkammer 40a mit dem Ausgleichsraum 18 über minde
stens eine Strömungspassage 50 im Endbereich des Innenrohrs
8 verbunden.
In einer nicht dargestellten Alternative zu der Ausfüh
rungsform nach Fig. 2 kann der Ringkolben 12 auch nur nach
außen gegen die Innenwandung des Zylinders 4 über die
äußere Umfangsdichtung 36 abgedichtet sein. In diesem Fall
ergibt sich die erste Ringkammer 38 als Vereinigung der
ersten und inneren Ringkammern 38, 40a gemäß Fig. 1, und
die zweite Ringkammer 40 ist identisch mit der äußeren
Ringkammer 40b nach Fig. 1. Der Anschluß 44 mündet dann
über den Kanal 54 und dessen radial nach außen verlaufenden
Abschnitt 54a in die äußere Ringkammer 40b. Im übrigen
entspricht diese Alternative der Ausführung nach Fig. 2.
In dem dritten, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Ringkolben 12 vorteilhafterweise als
umfänglich abdichtungsfrei in dem Zylinder-Ringraum 10
geführter Tauchkolben ausgebildet. Dies bedeutet, daß der
Ringkolben 12 praktisch einen "Ringplunger" bildet. Somit
ist in diesem Ausführungsbeispiel keine Unterteilung des
Ringraumes 10 vorgesehen, so daß auch nur der eine Anschluß
42 im Endbereich 22 der Kolbenstange 14 angeordnet ist.
Dieser Anschluß 42 ist wiederum über mindestens einen axial
durch die Wandung der hohlen Kolbenstange 14 sowie durch
den Ringkolben 12 verlaufenden Kanal 52 - in Fig. 3 sind
zwei Kanäle 52 zu erkennen, die über einen durch den Endbe
reich 22 verlaufenden Querkanal 56 verbunden sind - mit dem
Ringraum 10 verbunden. Weiterhin ist der Zylinder-Ringraum
10 mit dem Ausgleichsraum 18 über vorzugsweise zwei der
oben bereits beschriebenen Strömungspassagen 50 des Innen
rohrs 8 verbunden, wobei in den Strömungspassagen 50 vor
zugsweise interne, gegensinnig gerichtete Drosselventile
58, 60 angeordnet sind. Ferner besitzt der als Tauchkolben
ausgebildete Ringkolben 12 nach Fig. 3 erfindungsgemäß etwa
den gleichen Querschnitt wie die Kolbenstange 14, weist
jedoch radiale Ansätze bzw. einen radialen Ringbund 62 auf,
der vorteilhafterweise verhindert, daß die Kolbenstange 14
ganz aus dem Zylinder 4 herausgezogen werden kann. Die
radialen Ansätze dienen zudem der axialfesten Führung des
Ringkolbens 12.
In allen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung
ist vorteilhafterweise innerhalb der Federkammer 20 ein
Endanschlag für den Trennkolben 16 insbesondere durch eine
innere Ringstufe 64 des Innenrohrs 8 derart gebildet, daß
die axiale Bewegung des Trennkolbens 16 in Richtung des
geschlossenen Zylinderendes 6 auf einen bestimmten, ein
Mindestvolumen der Federkammer 20 gewährleistenden Abstand
von dem geschlossenen Zylinderende 6 begrenzt ist. Durch
diese Ausgestaltung wird vorteilhafterweise verhindert, daß
das in der Federkammer 20 enthaltene, kompressible Medium
"unendlich" komprimierbar ist, wodurch der Druck unzulässig
hoch ansteigen würde. Zudem begrenzt der Endanschlag auch
die maximale Einfederungsbewegung des Ringkolbens 12 über
das inkompressible, hydraulische Medium.
Die Abdichtung der Kolbenstange 14 nach außen wird erfin
dungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen der Kolbenstange
14 und dem Zylinder 4 eine äußere Umfangsdichtung 66 sowie
zwischen der Kolbenstange 14 und dem Innenrohr 8 die oben
bereits erwähnte, innere Umfangsdichtung 30 jeweils unter
dichtender Anlage angeordnet sind.
Der Trennkolben 16 ist über eine Umfangsdichtung 68 gegen
die Innenwandung des Innenrohrs 8 abgedichtet. Zudem ist
es vorteilhaft, wenn der Trennkolben 16 topf- oder becher
förmig mit einer axialen, in Richtung der Federkammer 20
offenen Vertiefung 70 ausgebildet ist, da sich hierdurch
das Gesamtvolumen der Federkammer 20 vergrößert, ohne die
Kolbenzylinderanordnung 2 selbst vergrößern zu müssen. Zu
dem stellt die Vertiefung 70 stets - auch ohne den oben
beschriebenen Endanschlag - ein Mindest-Restvolumen der
Federkammer 20 beim vollständigen Einfedern sicher.
Wie weiterhin in allen Figuren dargestellt ist, besitzt die
Kolbenzylinderanordnung 2 in einer vorteilhaften Weiterbil
dung der Erfindung eine Meßeinrichtung 72 zum sensorischen
Erfassen der jeweiligen relativen Hubstellung zwischen dem
Zylinder 4 und dem Ringkolben 12. Diese Meßeinrichtung 72
besitzt vorzugsweise eine den Übergangsbereich zwischen dem
Zylinder 4 und der Kolbenstange 14 mit geringem Umfangs
spiel konzentrisch umschließende, hülsenartige Umhüllung
73, an der mindestens ein Meßsensor 74, d. h. ein sogenann
ter Weggeber, angeordnet ist. Die Umhüllung 73 bildet dabei
auch eine Schutzhülle gegen mechanische Einflüsse sowie
gegen Verschmutzung des Übergangsbereichs zwischen dem
Zylinder 4 und der Kolbenstange 14. Vorzugsweise trägt die
Umhüllung 73 - wie dargestellt - zwei in axialer Richtung
voneinander beabstandete Meßsensoren 74, und zwar einen
oberen Meßsensor 74a und einen gegen diesen in Richtung des
geschlossenen Zylinderendes 6 versetzten, unteren Meßsensor
74b. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Umhüllung 73 ein
endig im freien Endbereich 22 der Kolbenstange 14 befestigt
ist und sich mit ihrem anderen, durchmessererweiterten Be
reich axial und konzentrisch über den Zylinder 4 erstreckt.
Die Meßeinrichtung 72 wirkt erfindungsgemäß mit einer
Niveau-Regeleinrichtung derart zusammen, daß eine automati
sche Niveaueinstellung möglich ist, d. h. Abweichungen von
einem Soll-Niveau werden automatisch ausgeglichen. Dies
wird im folgenden noch näher erläutert werden.
Zuvor soll jedoch die bereits erwähnte, externe Hydraulik-
Beschaltung erläutert werden.
Gemäß Fig. 1 und 2 liegt in der die Anschlüsse 42 und 44,
d. h. die beiden Ringkammern 38 und 40, verbindenden, exter
nen Leitungsverbindung 46 ein vorzugsweise lastabhängig
einstellbares Dämpfungsventil 80, welches hierzu ein hy
draulisches Verstellglied 82 aufweist, das über ein Schalt
ventil 84 mit dem innerhalb des Ausgleichsraumes 18 herr
schenden Druck beaufschlagbar ist, wobei dieser Druck dem
lastabhängigen Druck innerhalb der Federkammer 20 ent
spricht. Die Verstellung des Dämpfungsventils 80 erfolgt
dabei erfindungsgemäß derart, daß der Durchströmwiderstand,
d.h. die Drosselwirkung, bei hohem Druck (hoher Belastung)
hoch und bei geringem Druck (geringer Belastung) kleiner
ist. In der Verbindung der Anschlüsse 42 und 44 liegt wei
terhin vorzugsweise ein Blockierventil 86 zum Sperren der
Verbindung, wodurch die Kolbenzylinderanordnung 2 erfin
dungsgemäß hydraulisch blockiert werden kann.
Es ist ferner vorteilhaft, und zwar auch in der Ausfüh
rungsform nach Fig. 3, wenn an dem Anschluß 42 des Zylin
der-Ringraumes 10 eine Nivellierventil-Anordnung 90 ange
schlossen ist, die in den dargestellten Beispielen aus zwei
Schaltventilen, und zwar einem Hebeventil 92 und einem Ab
senkventil 94 besteht, die beide ausgangsseitig mit dem
Anschluß 42 verbunden sind. Dabei ist das Hebeventil 92
eingangsseitig mit einer Druckleitung P und das Absenkven
til 94 eingangsseitig mit einer Tank-Rücklaufleitung T
eines Hydrauliksystems, beispielsweise eines Kraftfahr
zeugs, verbunden.
Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der erfindungsgemä
ßen Kolbenzylinderanordnung 2 anhand der Ausführung nach
Fig. 1 erläutert werden. Der durch das kompressible Medium
in der Federkammer 20 erzeugte Druck steht auch in dem Aus
gleichsraum 18 sowie auch in dem Zylinder-Ringraum 10, d. h.
in allen Ringkammern 38, 40a, 40b, an. Die Tragkraft der
Kolbenzylinderanordnung 2 ist dabei Gasdruck mal wirksam
beaufschlagte Fläche des Ringkolbens 12, wobei diese Fläche
der Querschnittsfläche der Kolbenstange 14 entspricht. Wird
die Kolbenzylinderanordnung 2 zusammengeschoben, so wird
das Hydraulikmedium aus der ersten Ringkammer 38 verdrängt.
Das Hydraulikmedium strömt durch den Kanal 52, über die
externe Hydraulik-Beschaltung und den Kanal 54 in die
zweite Ringkammer 40, d. h. in die innere und äußere Ring
kammer 40a, 40b. Ein dem verschobenen Kolbenstangenvolumen
entsprechendes Teilvolumen des Hydraulikmediums strömt wei
terhin in den Ausgleichsraum 18, wodurch der Trennkolben 16
in Richtung der Federkammer 20 verschoben wird. Der Druck
des kompressiblen Mediums in der Federkammer 20 erhöht sich
entsprechend. Bei Auseinanderfahren der Kolbenzylinder
anordnung 2 tritt eine umgekehrte Strömung des Hydraulik
mediums auf.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 strömt das Hydraulik
medium in analoger Weise über die externe Beschaltung
zwischen den Ringkammern 38 und 40 bzw. 40a sowie dem
Ausgleichsraum 18.
In der Ausführungsform nach Fig. 3 wird durch den als
"Ringplunger" wirkenden Ringkolben 12 bei der Einfederungs
bewegung Hydraulikmedium aus dem Zylinder-Ringraum 10 über
das interne Drosselventil 58 in den Ausgleichsraum 18 ver
drängt. Bei der Ausfederungsbewegung strömt das Hydraulik
medium dann aus dem Ausgleichsraum 18 über das Drosselven
til 60 zurück in den Ringraum 10.
In den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 wird zum Blockieren
das Blockierventil 86 so geschaltet, daß der Durchfluß
gesperrt ist. Da nunmehr keine hydraulische Verbindung
zwischen den Ringkammern 38, 40 mehr besteht, kann die
Kolbenzylinderanordnung nicht mehr bewegt werden.
Im blockierten Zustand kann die Kolbenzylinderanordnung 2
jedoch vorteilhafterweise auseinander- bzw. zusammengefah
ren werden. Zum Anheben wird das Hebeventil 92 so geschal
tet, daß Hydraulikmedium aus der Druckleitung P über den
Anschluß 42 in die Ringkammer 38 strömt. Zum Zusammenfahren
im blockierten Zustand wird das Hebeventil 92 in Sperrstel
lung und das Absenkventil 94 in Durchlaßstellung geschal
tet, so daß Hydraulikmedium aus der Ringkammer 38 zur Rück
laufleitung T abfließen kann. Dabei wird dieses Absenken
durch die Belastung der Kolbenzylinderanordnung 2 bewirkt;
der pneumatische Druck innerhalb der Federkammer 20 bleibt
hierbei konstant.
Weiterhin ist erfindungsgemäß auch während des Betriebes,
d.h. mit durchgeschaltetem Blockierventil 86, eine dynami
sche Nivellierung möglich, und zwar auch in der Ausführung
nach Fig. 3. Diese Nivellierung erfolgt vorzugsweise mit
tels einer nicht dargestellten, insbesondere elektronischen
Niveau-Regeleinrichtung, die ihrerseits von der Meßeinrich
tung 72 angesteuert wird. Ist die Kolbenzylinderanordnung
2 zu weit zusammengefahren, so erzeugen beiden Meßsensoren
74a, 74b ein Signal, wobei die Meßgröße für die Sensoren
die Außenmantelfläche des Zylinders 4 ist. In diesem Zu
stand wird über die Regeleinrichtung das Hebeventil 92
elektromagnetisch geschaltet, so daß Hydraulikmedium aus
der Druckleitung P über den Anschluß 42 in den Ringraum 10
bzw. in die Ringkammer 38 strömen kann. Hierdurch ver
schiebt sich in der dargestellten Einbaulage der Zylinder 4
gegenüber der Kolbenstange 14 nach unten. Dabei bewegt sich
der Trennkolben 16 nicht, sofern sich nicht die Belastung
der Kolbenzylinderanordnung 2 ändert. Sobald der obere
Meßsensor 74a oberhalb des oberen Endes des Zylinders 4
steht, erzeugt dieser kein Signal mehr, wodurch das Hebe
ventil 92 in seine Sperrstellung geschaltet wird. Ist
anderenfalls die Kolbenzylinderanordnung 2 zu weit zusam
mengefahren, so erzeugen beide Meßsensoren 74a, 74b kein
Signal, da sie außerhalb bzw. oberhalb des Bereichs des
Zylinders 4 stehen. Hierdurch wird nun durch die Regelung
das Absenkventil 94 elektromagnetisch geschaltet, so daß
die Ringkammer 38 bzw. der Ringraum 10 mit der Rücklauflei
tung T verbunden ist. Das Hydraulikmedium strömt nun im
Falle der Fig. 1 und 2 aus der ersten Ringkammer 38 zum
Teil in die Rücklaufleitung T und zum Teil über die externe
Beschaltung in die zweite Ringkammer 40. Aus der zweiten
Ringkammer 40 kann - hervorgerufen durch den pneumatischen
Druck - jedoch kein Hydraulikmedium ausfließen, da das
externe Dämpfungsventil 80 erfindungsgemäß in dieser Fließ
richtung einen hohen Strömungswiderstand aufweist, wohinge
gen in umgekehrter Fließrichtung ein sehr geringer Strö
mungswiderstand vorhanden ist. Dieser richtungsabhängige
Widerstand des Dämpfungsventils 80 ist für die Funktion der
Nivellierung sehr vorteilhaft. Sobald die Kolbenzylinder
anordnung 2 so weit zusammengefahren ist, daß der untere
Meßsensor 74b in den Bereich des Zylinders 4 gelangt, er
zeugt dieser ein Signal, durch welches das Absenkventil 94
geschlossen wird. Zum Zwecke einer konstanten Niveaulage
sind die Meßsensoren 74 erfindungsgemäß ortsfest an der
Umhüllung 73 gehaltert. Soll die Niveaulage veränderbar
sein, so ist es vorteilhaft, die Meßsensoren 74 in axialer
Richtung verschiebbar an der Umhüllung 73 zu haltern.
Zur lastabhängigen Dämpfungseinstellung im Falle der Fig. 1
und 2 wird der lastabhängige Druck innerhalb der Kolben
zylinderanordnung 2 bzw. innerhalb des Ausgleichsraumes 18
kurzzeitig über das Schaltventil 84 auf das Verstellglied
82 des Dämpfungsventils 80 geschaltet. Die Verstellung des
Dämpfungsventils 80 ist dabei vorzugsweise so ausgelegt,
daß bei hohem Druck der Durchströmwiderstand hoch ist und
bei geringem Druck kleiner wird.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist gegenüber derjenigen
nach Fig. 1 insofern von Vorteil, als sie aufgrund einer
eingesparten Kolben-Umfangsdichtung preiswerter herstellbar
ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 lassen sich die Her
stellungskosten durch Einsparung von beiden Umfangsdichtun
gen des Ringkolbens noch weiter senken, wobei diese Ausfüh
rungsform insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn eine last
abhängige Dämpfungsverstellung, ein Anheben und Absenken
sowie eine Blockierung nicht erforderlich sind. Dabei
können bei dieser Ausführungsform mit und ohne Belastung
vorteilhafterweise gleiche, extrem große Federwege erreicht
werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschrie
benen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch
alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen.
Claims (15)
1. Hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung, insbesonde
re zur Verwendung als Federbein in Kfz-Federungssyste
men, mit einem Zylinder, einem sich koaxial durch den
Zylinder erstreckenden, einendig mit einem geschlosse
nen Zylinderende verbundenen und mit dem Zylinder
einen mit einem Hydraulikmedium gefüllten Zylinder-
Ringraum bildenden Innenrohr sowie einem in dem Ring
raum axialbeweglich geführten und mit einer hohlen,
abgedichtet aus dem Zylinder nach außen geführten
Kolbenstange verbundenen Ringkolben, wobei innerhalb
des Innenrohrs ein Trennkolben schwimmend geführt ist,
der einen mit Hydraulikmedium gefüllten und mit dem
Ringraum hydraulisch verbundenen Ausgleichsraum von
einer mit einem kompressiblen Medium, insbesondere
Gas, gefüllten Federkammer trennt, und wobei in den
Ringraum mindestens ein Anschluß für eine externe
Leitungsverbindung mündet,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Federkammer (20) auf der dem geschlossenen Zylinder
ende (6) zugekehrten Seite des Trennkolbens (16) sowie
der Anschluß (42) bzw. die Anschlüsse (42, 44) des
Ringraums (10) im nach außen geführten Endbereich (22)
der Kolbenstange (14) angeordnet sind.
2. Kolbenzylinderanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringkolben (12) sowohl nach innen gegen das Innenrohr
(8) als auch nach außen gegen den Zylinder (4) abge
dichtet ist, so daß der Zylinder-Ringraum (10) in eine
erste, dem geschlossenen Zylinderende (6) zugekehrte
Ringkammer (38) und eine zweite, axial gegenüberlie
gende Ringkammer (40) unterteilt ist, wobei jede Ring
kammer (38, 40) einen eigenen, im nach außen geführten
Endbereich (22) der Kolbenstange (14) angeordneten
Anschluß (42, 44) aufweist.
3. Kolbenzylinderanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Kolbenstange (14) derart konzentrisch und jeweils mit
Abstand zwischen dem Innenrohr (8) und dem Zylinder
(4) angeordnet ist, daß die zweite Ringkammer (40) in
eine innere Ringkammer (40a) und eine äußere Ringkam
mer (40b) unterteilt ist, wobei die Kolbenstange (14)
in der Nähe des Ringkolbens (12) mindestens eine die
innere (40a) mit der äußeren (40b) Ringkammer verbin
dende Strömungsöffnung (48) und das Innenrohr (8) in
seinem dem geschlossenen Zylinderende (6) abgekehrten
Endbereich mindestens eine die innere Ringkammer (40a)
mit dem Ausgleichsraum (18) verbindende Strömungs
passage (50) aufweisen.
4. Kolbenzylinderanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringkolben (12) nur nach innen gegen das Innenrohr (8)
abgedichtet ist, so daß der Ringkolben (12) zusammen
mit der konzentrisch und jeweils mit Abstand zwischen
dem Innenrohr (8) und dem Zylinder (4) angeordneten
Kolbenstange (14) den Zylinder-Ringraum (10) in eine
erste, äußere Ringkammer (38) und eine zweite, innere
Ringkammer (40) unterteilt, wobei jede Ringkammer (38,
40) einen eigenen, im nach außen geführten Endbereich
(22) der Kolbenstange (14) angeordneten Anschluß (42,
44) aufweist.
5. Kolbenzylinderanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Ringkammer (40) mit dem Ausgleichsraum (18)
über mindestens eine im dem geschlossenen Zylinderende
(6) abgekehrten Endbereich des Innenrohrs (8) ange
ordnete Strömungspassage (50) verbunden ist.
6. Kolbenzylinderanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringkolben (12) als umfänglich abdichtungsfrei in dem
Zylinder-Ringraum (10) geführter Tauchkolben ausge
bildet ist.
7. Kolbenzylinderanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Zylinder-Ringraum (10) mit dem Ausgleichsraum (18)
über vorzugsweise zwei im dem geschlossenen Zylinder
ende (6) abgekehrten Endbereich des Innenrohrs (8)
angeordnete Strömungspassagen (50) verbunden ist, die
vorzugsweise gegensinnig gerichtete Drosselventile
(58, 60) aufweisen.
8. Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der
bzw. der eine Anschluß (42) über mindestens einen
axial durch die Wandung der hohlen Kolbenstange (14)
sowie durch den Ringkolben (12) verlaufenden Kanal
(52) in den Ringraum (10) bzw. in die erste Ringkammer
(38) mündet.
9. Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 2 bis 5 und 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der
andere Anschluß (44) über mindestens einen axial durch
die Wandung der hohlen Kolbenstange (14) bis in den an
den Ringkolben (12) angrenzenden Bereich verlaufenden
Kanal (54) in die zweite Ringkammer (40) mündet.
10. Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Zylinder (4) im Bereich des geschlossenen Zylinder
endes (6) einen in die Federkammer (20) mündenden
Füllanschluß (26) aufweist.
11. Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Innenrohr (8) in seinem dem geschlossenen Zylinderende
(6) abgekehrten Endbereich - den Ausgleichsraum (18)
einschließend - druckdicht geschlossen und in diesem
Bereich gegen die Kolbenstange (14) abgedichtet ist,
wobei eine im sich axial über das Innenrohr (8) hinaus
erstreckenden Bereich innerhalb der Kolbenstange (14)
gebildete Kammer (32) vorzugsweise be-/entlüftet ist.
12. Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 2 bis 5, 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, daß in
einer die Anschlüsse (42, 44) der beiden Ringkammern
(38, 40) verbindenden, externen Leitungsverbindung
(46) ein vorzugsweise lastabhängig einstellbares
Dämpfungsventil (80) und/oder ein Blockerventil (86)
angeordnet sind/ist.
13. Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 12,
gekennzeichnet durch eine insbeson
dere an dem Anschluß (42) angeschlossene Nivellier
ventil-Anordnung (90), über die der Ringraum (10) bzw.
die entsprechende Ringkammer (38) wahlweise mit einer
Druckleitung (P) oder einer Rücklaufleitung (T) eines
Hydrauliksystems verbindbar ist.
14. Kolbenzylinderanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 13,
gekennzeichnet durch eine Meßein
richtung (72) zum sensorischen Erfassen der jeweiligen
relativen Hubstellung zwischen dem Ringkolben (12) und
dem Zylinder (4).
15. Kolbenzylinderanordnung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßeinrichtung (72) mindestens einen vorzugsweise im
Übergangsbereich zwischen dem Zylinder (4) und der
Kolbenstange (14) ortsfest oder in axialer Richtung
verstellbar gehalterten, mit einer die Nivellier
ventil-Anordnung (90) steuernden Niveau-Regeleinrich
tung zusammenwirkenden Meßsensor (74a, b) aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893942106 DE3942106A1 (de) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Hydropneumatische kolbenzylinderanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893942106 DE3942106A1 (de) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Hydropneumatische kolbenzylinderanordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3942106A1 true DE3942106A1 (de) | 1991-06-27 |
Family
ID=6395908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893942106 Withdrawn DE3942106A1 (de) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Hydropneumatische kolbenzylinderanordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3942106A1 (de) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1989-12-20 DE DE19893942106 patent/DE3942106A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |