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Hydropneumatische Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Es sind
hydropneumatische Abfederungen bekannt, die im wesentlichen aus einem mit Dämpfungsflüssigkeit
und Druckgas gefüllten Arbeitszylinder und einem darin verschieblichen Arbeitskolben
bestehen und bei denen die Dämpfungsflüssigkeit durch einen beweglichen Trennkolben
oder auch durch eine flexible Wand vom Druckgas getrennt ist. Die zwischen Druckgas
und Dämpfungsflüssigkeit befindlichen Trennmittel müssen deswegen beweglich angeordnet
sein, damit sie der bei einfahrender Kolbenstange zustande kommenden Flüssigkeitsverdrängung
nachgeben können, wobei sie sich also auf der praktisch nicht kompressiblen Dämpfungsflüssigkeit
gegen das komprimierbare Gas verschieben. Durch die bewegliche Anordnung besagter
Trennmittel wird auch der thermischen Ausdehnung der Dämpfüngsflüssigkeit Rechnung
getragen, die infolge der durch den Dämpfungsvorgang hervorgerufenen Energieumwandlung
in Wärme zuweilen erhebliche Werte annimmt. Das Verschieben des Trennmittels zum
Ausgleich des von der Kolbenstange verdrängten Flüssigkeitsvolumens führt in Verbindung
mit der dadurch hervorgerufenen Kompression des Gaspolsters zu der gewünschten pneumatischen
Federung. Hingegen bedingt die Wärmeausdehnung der Dämpfungsflüssigkeit stets eine
unerwünschte Gasdruckerhöhung, die auf Grund der Differenzwirkung des Arbeitskolbens
zu einer Verschiebung seiner statischen und dynamischen Nulllage führt. Dadurch
wird aber die Fahrsicherheit erheblich beeinträchtigt. Man muß vielmehr Sorge tragen,
daß sich die dynamische Nullage der Fahrzeugabfederungsmittel nicht oder jedenfalls
nur unwesentlich verschiebt.
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Daher ist man bei hydropneumatischen Dämpfungs-und Federungseinrichtungen
auch bereits dazu übergegangen, die temperaturabhängigen Volumenänderungen der Dämpfungsflüssigkeit
im Zylinder zwecks Erzielung einer konstanten Nullage des Arbeitskolbens laufend
zu korrigieren. Diese laufende Korrektur wird bei den bekannten Dämpfungs- und Federungseinrichtungen
durch außerhalb der Dämpfungs- und Federungsaggregate angebrachte Steuerungselemente
bewirkt, indem durch die Steuerungsausschläge dieser Elemente mehr oder weniger
Dämpfungsflüssigkeit in den Arbeitszylinder eingepumpt oder abgesaugt wird. In gleicher
Weise hat man auch bereits versucht, das Druckgas abzuführen bzw. zusätzliches Gas
in den Zylinder einzuführen. Für die Verschiebung der hierfür erforderlichen Flüssigkeits-
bzw. Gasmengen werden Pumpen bekannter Bauart verwendet.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für
Kraftfahrzeuge bestimmte hydropneumatische Abfederung zu schaffen, die ebenfalls
mit einer temperaturabhängige Volumenänderungen der Dämpfungsflüssigkeit korrigierenden
Ausgleichseinrichtung versehen ist, die aber in ihrem Aufbau wesentlich einfacher
als die bekannten gehalten ist und dennoch eine einwandfreie Steuerung der Dämpfungsflüssigkeit
im Sinne der Aufrechterhaltung einer konstanten dynamischen Nullage des Arbeitskolbens
sicherstellt. Das wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß
das Steuerorgan für den Ausgleich der thermischen Volumenänderung der Dämpfungsflüssigkeit
innerhalb des Arbeitszylinders vorgesehen und von dem zwischen der Dämpfungsflüssigkeit
und dem Druckgas vorgesehenen Trennkolben gebildet wird, der gleichsam nach Art
eines Schieberventils im Zylindergehäuse entsprechend angeordnete Flüssigkeitsein-
und -auslässe steuert, die mit der Druckseite einer Speisepumpe bzw. der Zulaufseite
eines Flüssigkeitssammelbehälters in Verbindung stehen. Das Trennmittel - vorzugsweise
ein Trennkolben - sorgt also dafür, daß bei einer Volumenvergrößerung der Dämpfungsflüssigkeit
im Falle größerer Erwärmung eine entsprechende Flüssigkeitsmenge nach außen abgeführt
wird, während im entgegengesetzten Falle, d. h. bei Eintreten einer Volumenverringerung
durch entsprechende Abkühlung, die zur Beibehaltung der ursprünglichen Federungscharakteristik
erforderliche Flüssigkeitsmenge dem Arbeitszylinder von außen wieder zugeführt wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand von Ausführungsbeispielen
beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei zeigt Fig. 1 eine mit
vier Dämpfungsfederungszylindern versehene Gesamtanlage im Schema, Fig.2 eine Ausführungsform
des neuen Arbeitszylinders,
Fig. 3 einen Schnitt- nach Linie III-III
der Fig. 2 und Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgebildeter
Zylinder.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schema einer hydropneumatischen Abfederungsanlage
sind die vier Dämpfungsfederungszylinder A, B, C und D über je eine Dämpfungsflüssigkeit
zuführende Druckleitung a, b, c und d an eine Speisepumpe P angeschlossen. Letzterer
ist ein mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllter Sammelbehälter S vorgeschaltet, welcher
seinerseits über die Flüssigkeitsableitungen a', - b', c' und d' mit
den Zylindern A bis D in Verbindung steht.
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Die Dämpfungsfederungszylinder sind im einzelnen in der aus Fig. 2
ersichtlichen Weise ausgebildet. Der Arbeitszylinder 1 ist mit einem als Differenzkolben
ausgebildeten Arbeitskolben 2 versehen, der in dem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten
Arbeitsraum 3 verschieblich angeordnet ist und bei seiner Hubbewegung über ventilgesteuerte
Durchlässe 4, 5 die gewünschte Dämpfungswirkung hervorruft. Oberhalb des Arbeitsraumes
3 ist ein Trennkolben 6 vorgesehen, der die Dämpfungsflüssigkeit gegenüber der mit
Druckgas gefüllten Federkammer 7 des Zylinders abschließt:-Der Trennkolben 6 besitzt
in axialem Querschnitt eine etwa doppel-T-förmige Ausbildung.
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Erfindungsgemäß sind nun- im Trennkolben 6 zwei Ringnuten 8 und 9
vorgesehen, deren gegenseitiger Abstand dem normalen Arbeitshub des Trennkolbens
entspricht und die mit je einem im Zylinder vorgesehenen Flüssigkeitseinlaß 10 und
einem Flüssigkeitsauslaß 11 zusammenwirken. Der Flüssigkeitseinlaß 10 ist über einen
Anschlußnippe112 an die Druckleitung (z. B. a) der Speisepumpe P angeschlossen,
während der Auslaß 11 über den Nippel 13 und die Abflußleitung (z. B. a') mit dem
Sammelbehälter S in Verbindung steht. Die Ringnuten 8 und 9 sind über im Trennkolben
6 vorgesehene Schrägkanäle 14 bzw. 15 mit dem die Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden
Arbeitsraum 3 des Zylinders verbunden. Wie Fig. 3 zeigt, sind sowohl die Kanäle
14 als auch die Kanäle 15 gleichmäßig über den Umfang des Trennkolbens 6 verteilt
und gegeneinander versetzt angeordnet. Vorzugsweise sind für eine Ringnut je drei
im jeweiligen Winkelabstand von 120° angeordnete Kanäle vorgesehen. Die gleichmäßig
verteilte Anordnung der Kanäle 14 und 15 gewährleistet eine gleichmäßige Druckverteilung
über den Trennkolben, wodurch ein Verkarten des Trennkolbens mit Sicherheit vermieden
wird. Zwischen den einzelnen Ringnuten 8 und 9 sowie zwischen letzteren und der
Federkammer 7 wie auch dem Arbeitsraum 3 sind Dichtungen 16, 17, 18 vorgesehen,
die eine hinreichende gegenseitige Abdichtung der vorerwähnten Kammern bzw. Nuten
gewährleisten.
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Im normalen Betriebszustand vollführt der Trennkolben 6 unter dem
Einfluß der Bewegungen des Arbeitskolbens 2 und der dadurch verdrängten Dämpfungsflüssigkeit
entsprechende Hin- und Herbewegungen um seine Mittellage. Tritt nun eine Erwärmung
der Dämpfungsflüssigkeit auf, sei es durch die während des Betriebes zustande kommende
Umwandlung mechanischer Energie in Wärme oder auch durch entsprechende Erhöhung
der Außentemperatur, so wird durch die dadurch hervorgerufene thermische Ausdehnung
der im Arbeitsraum 3 befindlichen Dämpfungsflüssigkeit die Nullage des Trennkolbens
6 nach oben verschoben. Das würde zu einer Veränderung der Federcharakteristik der
Abfederungseinrichtung führen. Eine solche Veränderung kann aber bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung der Dämpfungsfedereinrichtung nicht auftreten, da in diesem Fall die
Ringnut 8 des Trennkolbens unter den Kolbenbewegungen über den Flüssigkeitsauslaß
11 gleitet, mithin eine entsprechende Menge des im Arbeitsraum unter Druck stehenden
Flüssigkeitsvolumens über die Schrägkanäle 14 in die Flüssigkeitsableitung ä zum
Sammelbehälter S entweichen kann. Auf diese Weise wird also der notwendige Flüssigkeitsausgleich
erzielt und die ursprüngliche Nullage des Trennkolbens 6 wieder herbeigeführt. Analog
liegen die Verhältnisse bei zu starker Abkühlung der Dämpfungsflüssigkeit, wie sie
beispielsweise bei niedrigen Außentemperaturen eintreten kann. In diesem Fall kommt
bei normalem Arbeitshub des Trennkolbens 6 die untere Ringnut 9 über den Flüssigkeitseinlaß
10, der über die Druckleitung a mit der Speisepumpe P in Verbindung steht. Dadurch
wird eine entsprechende Menge zusätzlicher Dämpfungsflüssigkeit in den Arbeitsraum
3 eingeführt und somit wiederum die ursprüngliche Mittellage des Trennkolbens 6
und damit auch des Arbeitskolbens 2 herbeigeführt.
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Auf obige Weise ist also sichergestellt, daß die Federcharakteristik
des über dem Trennkolben 6 befindlichen Druckgases unabhängig von der Temperatur
der Dämpfungsflüssigkeit praktisch unverändert beibehalten wird und im zulässigen
Streubereich liegt.
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Die Ausbildung des über dem Trennkolben 6 liegenden Federungsraumes
7 ist nicht auf das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie hängt
von den für den jeweiligen Anwendungszweck gewünschten Federungseigenschaften ab.
So kann es zuweilen von Vorteil sein, den Federungsraum 7 unter Beibehalt der Hubbewegungen
für den Trennkolben 6 verhältnismäßig klein auszubilden, um bei gleichen Hubbewegungen
des Arbeitskolbens 2 bzw. des Trennkolbens 6 einen vergleichsweise stärkeren Druckanstieg
des Gases und damit eine steilere Federungscharakteristik bzw. strammere Federung
zu erzielen. Zu diesem Zweck kann, wie Fig. 4 zeigt, an der den Druckgasraum 7 umschließenden
Stirnseite 19 des Arbeitszylinders 1 ein kegeliger Vorsprung 20 vorgesehen sein,
der mit Abstand in eine entsprechende Ausnehmung 21 auf der Oberseite des Trennkolbens
6 eingreift. Auch läßt sich die Federcharakteristik dadurch verändern, daß entsprechend
dem -in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Arbeitszylinder 1 in seinem
die Dämpfungsflüssigkeit und den Differenzkolben enthaltenden Teil 1' einen größeren
Durchmesser besitzt als in seinem den Trennkolben 6 und den Federungsraum 7 enthaltenden
Teil 1".
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An Stelle des in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Trennkolbens
6 kann ebensogut auch eine flexible Kappe bzw. eine Membran zwischen den mit Dämpfungsflüssigkeit
gefüllten Arbeitsraum 3 und dem das Druckgas enthaltenden Federungsraum 7 vorgesehen
sein. Um dabei die gewünschten Steuerungsbewegungen im Sinne der Erfindung zu erzielen,
ist es lediglich erforderlich, an der flexiblen Kappe bzw. Membran an geeigneter
Stelle einen Steuerungsansatz vorzusehen, der durch die Bewegungen der Membran in
die zum Ablassen oder Auffüllen der Dämpfungsflüssigkeit geeignete Arbeitsstellung
gebracht wird.
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Schließlich sei noch bemerkt, daß die Ausbildung des Arbeitskolbens
als Differenzkolben die Möglichkeit bietet, mit verhältnismäßig niedrigen Gasdrücken
zu arbeiten, so daß die gegebenenfalls erforderliche Auffüllung des Arbeitszylinders
mit Dämpfungsflüssigkeit mit einer Pumpe durchgeführt werden kann, deren
Druck-
und Förderleistung verhältnismäßig gering ist. Da man hier normalerweise mit Pumpenleistungen
unter 2 PS durchaus auskommt, kann eine solche Pumpe ohne weiteres auch durch den
Fahrzeugmotor angetrieben werden.