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Dokumentenidentifikation DE2937701C2 31.08.1989
Titel Gedämpfte Hydraulikfeder
Anmelder Euclid, Inc., Cleveland, Ohio, US
Erfinder DeYoung, Simon Arden, Lyndhurst, Ohio, US;
Naft, Manny Herschel, South Euclid, Ohio, US
Vertreter Manitz, G., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Finsterwald, M., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 18.09.1979
DE-Aktenzeichen 2937701
Offenlegungstag 27.03.1980
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.08.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.08.1989
IPC-Hauptklasse F16F 5/00

Beschreibung[de]

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 22befestigt 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 70a, 70b, 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 70a, 70b ist ein O-Ring 72 angeordnet, um zwischen den Lippen 70a, 70b den richtigen radialen Abstand aufrechtzuerhalten. Ein weiterer O-Ring 74 umgibt die äußere Lippe 70a 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 70a 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 110a, 110b, zwischen die ein O-Ring 112 eingepaßt ist, um die Lippen 110a,110b 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 191a, 191b 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 134das 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 16vergrößert 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.


Anspruch[de]
  1. 1. Gedämpfte Hydraulikfeder, bestehend aus
    1. - einem einen Zylinder bildenden Gehäuse,
    2. - 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
    3. - einer am Kolben befestigten Kolbenstange, die axial innerhalb des Zylinders verläuft und an einer Stirnseite des Gehäuses aus dem Zylinder abdichtend hinausgeführt ist,
  2. dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß der Kolben (16) an seinem Umfang an der Zylinderinnenwand abdichtend verschiebbar ist,
    2. - 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,
    3. - 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,
    4. - daß sich axial durch das erste Ventilglied (180) Öffnungen (194) erstrecken,
    5. - 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
    6. - 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.
  3. 2. Hydraulikfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - 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.
      1. 3. Hydraulikfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    2. - daß das Anschlagelement ein mit Schultern versehener Bolzen (186) ist.
  4. 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.
  5. 5. Hydraulikfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    1. - 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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