DE1915102A1 - Hydropneumatische Druckfeder - Google Patents

Hydropneumatische Druckfeder

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DE1915102A1
DE1915102A1 DE19691915102 DE1915102A DE1915102A1 DE 1915102 A1 DE1915102 A1 DE 1915102A1 DE 19691915102 DE19691915102 DE 19691915102 DE 1915102 A DE1915102 A DE 1915102A DE 1915102 A1 DE1915102 A1 DE 1915102A1
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DE
Germany
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pipe section
gas
compression spring
piston
hydropneumatic
Prior art date
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Pending
Application number
DE19691915102
Other languages
English (en)
Inventor
Ignaz Vogel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VOGEL IGNAZ KG
Original Assignee
VOGEL IGNAZ KG
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Publication date
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Publication of DE1915102A1 publication Critical patent/DE1915102A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/06Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid
    • F16F9/063Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid comprising a hollow piston rod

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)

Description

  • Hydropneumatische Druckfeder Die ERfindung betrifft eine hydropneumatische Druckfeder, bei der zur Erzeugung der Federkraft eine Gasblase hydraulisch zusammengepreßt wird.
  • Derartige "Gasfedern" sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. In der einfachsten Form wird ein durch eine Membrane abgesperrter Gasraum in einem Hydraulikzylinder angeordnet6, Die auf den Kolben des Hydraulikzylinders einwirkende Kraft preßt das im Gas raum komprimierte Gas zusammen, wodurch die Rückstellkraft entsteht. Auch sind im Prinzip gleiche Ausführungen bekannt, bei denen ein Freikolben den Gastaum vom Ölraum tronnt. Allen bekannten Ausführungen ist jedoch gemeinsam, daß sie einen verhältnismäßig großen konstruktiven und apparativen Aufwand erfordern und daß eine Voränderung der Gasfeder-Kennlinie nicht oder nur unter Schwierigkeiten möglich ist.
  • Der konstruktive Aufwand rührt insbesondere daher, daß die beiden Räume gegeneinander und nach außen vollkommen abgedichtet sein müssen und daß ferner das mechanische auf den die ölsäure belastenden Kolben einwirkende Gestänge in der Gasfeder geführt werden muß. Der apparative Aufwand ergibt sich aus der Konstruktion, die kaum Toleranzen zuläßt sowie der Schwierigkeit beim Füllen derartiger Gasfedern.
  • Durch den hohen Aufwand und die bei der Herstellung auftretenden Schwierigkeiten werden derartige Gasfedern verhältnismäßig teuer bzw. bei einer Verminderung des apparativen Aufwandes sehr störanfällig.
  • Die Gasfeder ist mit Vorteil dort einzusetzen, wo eine mit dem Weg steigende Rückstellkomponente erwünscht ist.
  • Die Charakteristik der Rückstellkomponente kann durch die Wahl des Gasvolumens beeinflußt werden; die Anfangs-und Endkraft jedoch hängt ab von der Anfangs- bzw. Endkompression der Gasblase. Gelingt es also die Kompression der Gasblase zu beeinflussen, so kann die Anfangs bzw.
  • Endkraft einer derartigen Feder auf einer Kennlinie vorgewählt werden, die ohne Schwierigkeiten durch Wahl des Gasvolumens auszusuchen ist.
  • Ausgehend von einer hydropneumatischen Feder, bei der zur Erzeugung der Federkraft eine Gasblase hydraulisch zusammengepreßt wird, werden die den bekannten Konstruktionen anhaftenden Nachteile dadurch vermieden und die einstellbare Anfangs- bzw. Endkraft dieser Feder dadurch erreicht, daß folgende Ausführungsmerkmale kombiniert sind: a) zwei ineinander verschiebbare stirnseitig verschlossene Rohrstücke bilden einen Arbeitszylinder; b) Anordnung eines mit komprimiertem Gas gefüllten, durch einen Freikolben abgeschlossenen Gasraumes an der äußeren Stirnseite eines Rohrstückes; c) Abschluß dieses Rohrstückes an der inneren Stirnseite durch eine mit Durchflußbohrungen und Rückschlagventilen ausgestatteten Ventilplatte; d) Verschluß des jenseitigen Rohrstückes durch einen von außen verschiebbaren Kolben.
  • Der konstruktive Aufwand bei einer derartigen Gasfeder ist insbesondere dadurch ganz wesentlich herabgesetzt, daß sich die kritischen Teile im druckgleichen oder nahezu druckgleichen Raum befinden, daß also Dichtungsschwierigkeiten nicht zu befürchten sind. Die einzige im Betrieb beanspruchte Dichtung ist die auf der Außenseite des inneren Rohres anliegende Dichtung, die ohne Schwierigkeiten und auch mit verhältnismäßig großen Toleranzen so ausgeführt werden kann, daß ein Durchtritt von Öl nicht zu befürchten ist. Eine Dichtung am "Kolben" der Gasfeder wird nicht benötigt; im Gegenteil werden in diesen "Kolben" Nuten eingefräst, damit dem Durchströmen des Hydrauliköses möglichst geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Auch die Dichtung des Freikolbens, der den Ölraum vom Gasraum trennt, ist nicht kritisch, da dieser Freikolben ebenfalls nur druckgleiche Räume voneinander trennt. Einen geringfügigen, jedoch auch nur kurzzeitigen Druckunterschied muß lediglich die Ventilplatte aushalten, solange, bis sich der Druck vor dieser Platte durch die Platte hindurch ausgeglichen hat. Diese Ventilplatte dient jedoch lediglich dazu, die Bewegungen der Gasfeder entweder in beiden Richtungen oder lediglich in einer Richtung zu dämpfen, so daß, sollten hier Veränderungen auftreten, sich keinesfalls die Rückstellkräfte ändern oder gar die gesamte Gasfeder unbrauchbar wird. Durch den Verschluß des einen Rohr stückes durch einen von außen verschiebbaren Kolben letztlich ist erreicht, daß die Kompression der Gasblase von außen einstellbar ist, wobei auch wiederum die Dichtung dieses Kolbens nicht kritisch ist, da er als Einstellkolben kaum oder doch nur geringfügig bewegt wird.
  • Insgesamt ergibt sich dadurch eine hydropneumatische Druckfeder, die verhältnismäßig einfach und mit großen Toleranzen aufzubauen ist, deren Herstellung und Füllung keine Schwierigkeiten bereitet, die daher billig fabriziert werden kann und die außerdem hinsichtlich ihrer Anfangs- und Endrückstellkraft veränderbar ist.
  • Die Ventilplatte dient, wie bereits erwähnt, dazu, die Federbewegungen zu dämpfen. Diese Dämpfung erfolgt dadurch, daß das zu verschiebende Ölvolumen zwischen den beiden durch die Ventilplatte getrennten Ölräumen durch verhältnismäßig enge Bohrungen hindurchgepreßt und damit die Bewegung der Gasfeder verzögert wird. Die Durchflußmenge durch eine derartige Bohrung pro Zeiteinheit ist hierbei nicht nur von deren Querschnitts sondern auch von der Form der Bohrungs-Öffnung abhängig. Ist diese Bohrungs-Öffnung scharfkantig, so ergibt sich eine linear die Durchflußmenge beeinflussende Einschnürzahl, die etwa bei 0,6 liegt, ist sie hingegen stark gerundet, eine solche, die 1,0 zustrebt. Die Scharfkantigkeit bzw, der Radius der Abrundung ist jedoch stets nur in Relation zu dem gesamten Ölraum zu sehen, so daß sich gute Dämpfungsergebnisse dann vorausbestimmen lassen, wenn ein großes Ölvolumen durch eine scharfkantige Bohrung hindurchzupressen ist. Diese Verhältnisse kann man sich dadurch zunutze machen, daß man statt einer engen, sich leicht zuzusetzenden Bohrung mit womöglich abgerundeter Einlaßkante bei kleinem Ölvolumen eine Bohrung mit grösserer lichte Weite vorsieht, deren Einlaß-Öffnung Jedoch scharfkantig ist, wobei man gleichzeitig das Ölvolumen, das hinter der Ventilplatte steht, vergrößert. Optimale Ergebnisse lassen sich bei der erfindungsgemäßen Feder daher dann erzielen, wenn die Ventilplatte etwa in der Mitte des Ölraumes angebracht ist, also an der Stirnseite des inneren Rohrstückes. Dadurch sind die Ölvolumina auf beiden Seiten der Ventilplatte etwa gleich groß, wodurch sich maximale Bedingungen hinsichtlich der Dämpfung ergeben.
  • Um ein Undichtwerden des Gasraumes auf alle Fälle zu vermeiden, empfiehlt es sich, ihn im inneren Rohrstück vorzusehen, da hier einerseits das Rohrstück vollkommen abgedichtet, beispielsweise in ein Verschlußstück eingerollt oder eingeschweißt ist und andererseits der Freikolben den Gasraum gegenüber dem druckgleichen ölraum vollkommen verschließt.
  • Der verschiebbare Kolben wird zweckmäßigerweise vor einem mit einer zentralen Bohrung versehenen Verschlußstück angeordnet und durch einen das Verschluß stück durchquerenden Bolzen verschoben. Wird im Verschlußstück ein Gewinde vorgesehen, so kann der verschiebbare Kolben auch durch einen Gewindebolzen eingestellt werden. Diese Verstellmöglichkeit erübrigt weitere Konstruktionen zum Einstellen der Anfange- bzw. Endrückstellkraft der Gasfeder.
  • Auf der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der hydropneumatischen Feder nach der Erfindung dargestellt. In einem äußeren Rohrstück 1 ist verschiebbar ein inneres Rohrstück 2 angeordnet. Das innere Rohrstück wird geführt durch eine Aufbauchung 3, die an der Innenwandung des äußeren Rohrstückes 1 gleitet sowie in einem Verschlußstück 4, das die eine Stirnseite des äußeren Rohrstücks 1 verschließt. Das Verschlußstück 4 wird durch einen Sprengring 5 gehalten, der in die Wandung des Rohrstücks 1 eingreift. Auf dem Verschlußstück 4 stützt sich noch eine Lippendichtung 6 ab, die den Ringspalt zwischen der Innenwandung des Rohrstückes 1 und der Außenwandung des Rohrstückes 2 verschließt. Die jenseitige Stirnseite des äußeren Rohrstückes 1 ist verschlossen durch einen verschiebbaren Kolben 7, der ebenfalls eine Lippendichtung 8 trägt. Gehalten wird der verschiebbare Kolben 7 durch einen Gewindebolzen 9, der in ein Verschlußstück 10, das wiederum durch einen Sprengring 11 gehalten ist, eingeschraubt ist. An-der Ausbauchung 3 des inneren Rohrstückes 2 sind Nuten 12 vorgesehen, die die Ölräume 13, 14 miteinander verbinden. Innerhalb der Ausbauchung 3 ist eine Ventilplatte 15 eingepreßt, die von einer Bohrung 16 und Rückschlagventilen 17 durchquert wird. Die Ventilplatte 15 trennt den Ölraum 13 von einem weiteren Ölraum 18 im Inneren des Rohrstückes 2.
  • Durch einen Freikolben 19 ist dieser Ölraum 18 von einem mit komprimiertem Gas gefüllten Gasraum 20 abgetrennt.
  • Abgeschlossen wird das Rohrstück 2 durch ein mit einer Gewindebohrung versehenes Verschlußstück 21.
  • Die hydropneumatische Druckfeder ist in einer mittleren Stellung gezeichnet. Beim Zusammendrücken der Feder verringert sich das Volumen der Ölräume 13, 14, 18, wodurch die Gasblase über dem Freikolben 19 zusammengepreßt wird. Das komprimierte Gas im Gasraum 20 übt eine Rückstellkraft aus, die bestrebt ist, das innere Rohrstück 2 wieder aus dem äußeren Rohrstück 1 hinauszudrängen.
  • Beim Zusammenpressen der Gasfeder kan in der gezeigten Anordnung das Öl aus dem Ölraum 13 sowohl durch die Bohrung 16 als auch durch die Rückschlagventile 17 in den Ölraum 18 verhältnismäßig ungehindert einfließen, Bei der Rückstellbewegung kann das Öl den Ölraum 18 jedoch lediglich durch die Bohrung 16 verlassen, da die Rückschlagventile 17 für diese Richtung gesperrt sind.
  • Dadurch entsteht eine Verzögerung bzw. Dämpfung der Rückstellbewegung.
  • Die Anfangs- bzw. Endkraft der hydropneumatischen Druckfeder kann durch Verschieben des verschiebbaren Kolbens 8 geändert werden, da auch dadurch eine Verringerung des Ölraumes 13 erfolgt, was wiederum eine Verschiebung des Freikolbens 19 in Richtung Gasblase zur Folge hat.
  • Dadurch wird eine höhere Anfangskraft zum Durchdrücken der Feder bzw. zum weiteren Komprimieren der Gasblase im Gasraum 20 benötigt, wodurch sich auch, da auch die Endkompression dadurch gestiegen ist, eine höhere End-Rückstellkraft ergibt.

Claims (4)

Patentansprüche
1. Hydropneumatische Druckfeder, bei der zur Erzeugung er Federkraft eine Gasblase hydraulisch zusammengepreßt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) zwei einen Arbeitszylinder bildende ineinander verschiebbare stirnseitig verschlossene Rohrstücke (1, 2); b) Anordnung eines mit komprimiertem Gas gefüllten durch einen Freikolben (19) abgeschlossenen Gasraumes (20) an der äußeren Stirnseite eines Rohrstückes (12); c) Abschluß dieses Rohrstückes (2) an der inneren Stirnseite durch eine mit Durchflußbohrungen (16) und Rückschlagventilen (17) ausgestatteten Ventilplatte (15); d) Verschluß des jenseitigen Rohrstückes (1) durch einen von außen verschiebbaren Kolben (7).
2. Hydropneumatische Druckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum (20) im inneren Rohrstück (2) vorgesehen ist.
3. Hydropneumatische Druckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Kolben (7) vor einem mit einer zentralen Bohrung versehenen Verschlußstück (10) angeordnet und durch einen das Verschlußstück (10) durchquerenden Bolzen verschiebbar ist.
4. Hydropneumatische Druckfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstückbohrung mit einem Gewinde versehen und der verschiebbare Kolben (7) durch einen in das Verschlußstück (10) einschraubbaren Gewindebolzen (o) verschieb- und feststellbar ist.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2473144A1 (fr) * 1980-01-04 1981-07-10 Fournales France Sarl Dispositif combine amortisseur et suspension pour vehicule
DE3123575A1 (de) * 1981-06-13 1982-12-30 Fichtel & Sachs Ag, 8720 Schweinfurt Hydropneumatisches oder pneumatisches aggregat mit einer hohlen kolbenstange
US4915186A (en) * 1988-10-25 1990-04-10 Deere & Company Hydraulic steering systems dampening devices
US7593158B2 (en) 2005-12-08 2009-09-22 Carl Zeiss Micro Imaging Gmbh Method and apparatus for the examination of specimens
US20170030427A1 (en) * 2013-12-20 2017-02-02 Bellamys Racing & Engineering Works Limited Shock absorber damper
WO2019097210A1 (en) * 2017-11-16 2019-05-23 Bae Systems Plc Suspension strut

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