DE3900899C2 - Ausgleichsbehälter für einen hydro-pneumatischen Schwingungsdämpfer - Google Patents

Ausgleichsbehälter für einen hydro-pneumatischen Schwingungsdämpfer

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Description

Diese Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für einen hydropneumatischen Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug, einen Anhänger, ein hydraulisches System oder dergleichen.
In einer aus der DE 34 20 557 A1 bekannten hydropneumatischen Federungsvorrichtung wird ein im Ausgleichsbehälter untergebrachter Balg verwendet, so daß das Innere des Behälters durch den Balg in eine Ölkammer und eine Gaskammer aufgeteilt ist.
Bei einer weiteren hydropneumatischen Federungsvorrichtung, die auf internem Wissen der Anmelderin beruht, ist ein Hochdruckgas (78,4 N/cm2) in einer Gaskammer eingeschlossen. Wenn das Gewicht des Fahrzeugkörpers aufgeladen ist, beträgt der Druck des Gases an der unteren Grenze 98 bis 686 N/cm2 und 490 bis 3430 N/cm2 an der oberen Grenze. Wenn das Gas in den Ausgleichsbehälter zugeführt wird, wird der Balg axial durch den Druck des Gases ausgelenkt. In diesem Fall bedeutet Auslenkung Ausdehnung oder Zusammenziehen des Balges. Um die Auslenkung des Balges über eine unerlaubte Grenze zu verhindern, ist es bekannt, einen Anschlag bei einer Position anzuordnen, bei der eine Stirnfläche des Balges gestützt werden kann, wenn dieser um einen Betrag, der über einen vorbestimmten Wert hinausgeht, ausgelenkt wird. Dieser Anschlag ist von plattenähnlicher oder zylindrischer Form und ist an einer Position angeordnet, die dem fernen Ende des Balges im Behälter gegenübersteht.
Es wurde jedoch gefunden, daß sogar dann, wenn die axiale Aus­ lenkung des Balges durch den Anschlag begrenzt wird, der Balg radial deformiert wird, wenn der Gasdruck hoch ist. Insbesondere bei der Verwendung eines Me­ tallbalges kann die normale Form des Balges nicht wieder erhalten werden, wenn eine plastische Deformation des Balges auftritt. Da­ mit verursacht ein plastisch deformierter Abschnitt einen fatalen Defekt. Des weiteren muß zur Einpassung des plattenähnlichen oder zylindrischen Anschlags im Ausgleichsbehälter ein bestimmter Raum zur Unter­ bringung des Anschlags sichergestellt sein. Darüber hinaus müssen zur Befestigung des Anschlags an dem Behälter zusätzliche Maßnahmen unternommen werden, und damit wird die Anordnung des Ausgleichsbehälters kompliziert.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ausgleichsbehälter zu schaffen, bei dem eine radiale Deformation eines Balges aufgrund des Gasdruckes ver­ hindert werden kann, falls ein Gas mit einem hohen Druck in die Gaskammer zugeführt wird, und dessen Aufbau und Betrieb verein­ facht ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Ausgleichsbehälter dieser Erfindung gelöst, wie er im einzigen Anspruch gekennzeichnet ist.
Wenn Gas in die Gaskammer des erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälters zugeführt wird, sind die Flüssigkeitskammern vorher mit einer Flüssigkeit gefüllt. Bei diesem Zustand wird ein Hochdruck­ gas über die Gasöffnung in die Gaskammer eingeführt.
Danach wird der Balg axial ausgelenkt. Wenn die Auslenkung des Balges einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Ventilkörper in Kontakt mit dem Ventilsitz gebracht und der Flüssigkeitspfad der Verbindungseinrichtung wird geschlossen. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit in einem Zwischenraum zwischen der äußeren Oberfläche des Balgenkörpers und der inneren Ober­ fläche des zweiten Zylinders eingeschlossen.
Nachdem der Ventilkörper in Kontakt mit dem Ventilsitz gebracht worden ist, bleibt die Gaszufuhr in die Gaskammer aufrechterhal­ ten. Als Folge davon wird der Druck in der Gaskammer allmählich erhöht. Da die Flüssigkeit im wesentlichen inkompressibel ist, auch wenn ein hoher Druck auf den Balg wirkt, wird die ganze äußere Oberfläche des Balgenkörpers gleichmäßig durch die im Zwischenraum eingeschlossene Flüssigkeit gestützt. Der Ventilsitz ist um den Öffnungsabschnitt des Flüssigkeitspfades, der den Ausgleichsbehälter und den Arbeitsraum verbindet, gebildet. Mit dieser Anordnung wird kein besonderer Raum oder ein beson­ deres Teil zur Bildung des Ventilsitzes benötigt.
Die Erfindung wird anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Figu­ ren näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen hydropneumatischen Schwingungsdämpfer ent­ sprechend eines ersten Ausführungsbeispieles dieser Erfin­ dung;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Dämpfungsvorrichtung während einer Gaseinlaßperiode;
Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer Dämpfungsvorrichtung ent­ sprechend eines zweiten Ausführungsbeispieles dieser Erfindung; und
Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer Dämpfungsvorrichtung ent­ sprechend einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Dämpfungsvorrichtung 20 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Diese weist einen ersten Hohlzylinder 22 als Arbeitsraum, eine Hohlstange 23 als Verdrängungskörper und einen zweiten Hohlzylinder 24 als Ausgleichsbehälter auf. Die Hohlstange 23 ist so im ersten Zylinder 22 angebracht, daß sie in axialer Richtung bewegbar ist. Der erste Zylinder 22 weist ein Außenteil 26 und ein Innenteil 27 auf, das innerhalb des Außenteiles 26 fixiert ist. Eine Dichtung 28 ist zwischen den Teilen 26 und 27 angeordnet. Eine Öldichtung 29 und ein Lager 30 sind am oberen Endabschnitt des ersten Zylinders 22 angeordnet. Ein unterer Abschnitt des ersten Zylinders 22 ist über eine Verbindungs­ komponente 31 an einem an einer (nicht gezeigten) Achse montier­ ten Teil befestigt.
Durch die innere Oberfläche des ersten Zylinders 22 ist eine erste Flüssigkeitskammer 33 definiert. Die Flüssigkeitskammer 33 ist mit einem Öl als Flüssigkeit gefüllt. Eine Durchlaßöffnung 34 ist in der Flüssigkeitskammer 33 gebildet. Eine Hydraulikschal­ tung 35 ist mit der Durchlaßöffnung 34 verbunden. Die Hydrau­ likschaltung 35 weist eine Pumpe 101, ein zwischen der Pumpe 101 und der Durchlaßöffnung 34 angeordnetes Solenoidventil 102, ein Prüfventil 103, einen Öltank 104 und ein zwischen dem Öltank 104 und der Durchlaßöffnung 34 angeordnetes Solenoidventil 105 auf. Eine Ölablaßöffnung 36, die durch den Verschluß 37 abgedichtet werden kann, ist in einem untersten Abschnitt des Zylinders 22 gebildet.
Ein Rückschlagstopper 38 als ein erster Anschlag ist am unteren Ende des Innenteiles 27 angeordnet. Wenn sich die Hohlstange 23 aus dem Zylinder 22 bewegt, definiert der Anschlag 38 ein Hubende in dieser Richtung. Das Lager 39 ist nahe dem unteren Ende des Innenteiles 27 angeordnet. Eine Komponente 40 zum Verbinden der Stange 23 mit einem Fahrzeugkör­ per ist am oberen Ende der Hohlstange 23 angeordnet. Ein Gummi­ puffer 41 als ein zweiter Anschlag ist nahe dem oberen Ende der Hohlstange 23 angeordnet. Wenn sich die Hohlstange 23 in den Zylinder 22 hinein bewegt, definiert der Puffer 41 das Hubende in dieser Richtung. Daher kann die Hohlstange 23 lediglich innerhalb des Bereiches des ersten Hubes S1 hin- und herbewegt werden. Eine Staubabdeckung 42 bedeckt eine Gleitoberfläche der Hohlstange 23 bezüglich des Zylinders 22.
Die Hohlstange 23 weist eine Bohrung 45 in axialer Richtung auf. Ein Dämpfungskrafterzeuger 43, der ein wohlbe­ kanntes Plattenventil und eine Öffnung bzw. eine Düse aufweist, ist mittig entlang der Bohrung 45 angeordnet. Die Bohrung 45 und die erste Flüssigkeitskammer 23 stehen miteinander über den Dämpfungskrafterzeuger 43 in Verbindung.
Das Verbindungsteil 47 fixiert den als Ausgleichsbehälter wirkenden zweiten Zylinder 24 und rich­ tet diesen parallel zur Stange 23 aus. Ein Metallbalg 50 ist im zweiten Zylinder 24 untergebracht. Eine zweite Flüssigkeitskammer 48 ist durch die äußere Oberfläche des Balges 50 und die innere Oberfläche des Zylinders 24 definiert. Die Flüssigkeitskammer 48 ist ebenso mit dem Öl gefüllt. Die zweite Flüssigkeitskammer 48 steht über dem Flüssigkeitspfad 51, der durch das Verbindungsteil 47, die Bohrung 45 und den Dämpfungskrafterzeuger 43 gebildet ist, mit der ersten Flüssigkeitskammer 33 in Verbindung.
Ein Inertgas wie z.B. Stickstoff, ist in der Gaskammer 49 einge­ schlossen, die durch die innere Oberfläche des Balges 50 defi­ niert ist. Der Druck dieses Gases wirkt in einer Richtung zum Ausdehnen des Balges 50. Wenn der Balg 50 ausgedehnt wird, wird die Hohlstange 23 in Richtung aus dem Zylinder 22 heraus bewegt. Mit anderen Worten, wenn die Hohlstange 23 innerhalb des Bereiches des Hubes S1 bewegt wird, wird der Balg 50 innerhalb des zweiten Hubes S2 ausgedehnt bzw. zusammengezogen. Der Außen­ durchmesser D1 der Hohlstange 23 ist im allgemeinen kleiner als der mittlere Durchmesser D2 des Balges 50. Daher ist der Hub S2 des Balges 50 kleiner als der Hub S1 der Hohlstange 23.
Das Gewicht des Fahrzeugkörpers wirkt in einer Richtung, in der die Hohlstange 23 in den Zylinder 22 gedrückt wird. Wenn eine Kraft in einer Richtung angelegt wird, in der die Hohlstange 23 in den Zylinder 22 gedrückt wird, wird die Hohlstange 23 bei einer Position gestoppt, bei der die Kraft im Ausgleich mit der Abstoßungskraft des Gases in der Gaskammer 49 ist. Folglich muß ein in der Gas­ kammer 49 eingeschlossenes befindliches Gas einen Druck aufweisen, der ausreicht, das Gewicht des Fahrzeugkörpers zu tragen. Wenn die Dämpfungsvorrichtung in einem gewöhnlichen Fahrzeug verwendet wird, beträgt der Druck in der Gaskammer 49, wenn der Balg 50 um den Hub S2 bewegt wird, etwa 490 N/cm2 bis 2450 N/cm2.
Der zweite Zylinder 24 weist Stirnwände 24a und 24b auf, die sich gegenüberstehen. Ein Ende des Flüssigkeitspfades 51 ist zur Flüssigkeitskammer 48 bei einer Stirnwand 24b geöffnet. Um diese Öffnung ist ein ringförmiger Ventilsitz 52 gebildet. Das andere Ende des Flüssigkeitspfades 51 steht mit der Bohrung 45 in Verbindung. Eine Entlüftungsöffnung 53, die durch eine Kugel 55 und eine Schraube 56 abgedichtet werden kann, ist in einem obersten Abschnitt des Flüssigkeitspfades 51 gebildet.
Der Balg 50 weist einen Balgenkörper 62, der in axialer Rich­ tung des Zylinders 24 ausgedehnt bzw. zusammengezogen werden kann, und eine Stirnplatte 64 zum Abdichten eines Endes des Balgenkörpers 62 auf. Der Balgenkörper 62 weist eine Metall­ platte wie z.B. eine Edelstahlplatte mit einer Dicke von ca. 0,1 bis 0,3 mm auf. Das andere Ende 63 des Balgenkörpers 62 ist an der Stirnwand 24a des Zylinders 24 angebracht. Der Ventilkörper 66 ist auf der oberen Oberfläche der Stirnplatte 64 so gebildet, daß dieser dem Ventilsitz 52 gegenübersteht. Der Ventilkörper 66 ist aus einem Material mit gummiähnlicher Elastizität, wie z.B. Urethan-Elastomer und Silikonkunststoff hergestellt. Wenn diese Vorrichtung an den Fahrzeugkörper angebracht ist und als eine Federung verwendet wird, wird auch dann, wenn der Balg 50 bis zum Ende des Hubes S2 ausgedehnt wird, ein genügender Abstand L2 zwischen dem Ventilsitz 52 und dem Ventilkörper 66 sicherge­ stellt.
Ein Block 67 ist in der Gaskammer 49 untergebracht. Der Block 67 weist ein geeignetes Volumen zur Einstellung des internen Volu­ mens der Gaskammer 49 auf. Der Block 67 ist aus einem Material mit Elastizität, wie z.B. ein Elastomer hergestellt. Der Block 67 kann jedoch aus einem Metall bestehen. Der Block 67 trägt die Stirnplatte 64 des Balges 50 an seiner inneren Oberfläche, falls das Gas in der Gaskammer 49 im Notfall leckt. Mit dieser Anord­ nung kann, sogar wenn das Gas in der Gaskammer 49 leckt, eine übermäßige Kontraktion des Balges 50 verhindert werden. Es soll bemerkt werden, daß eine geeignete Menge Flüssigkeit anstelle des Blockes 67 in die Gaskammer 49 gefüllt werden kann. Des weiteren kann der Balg 50 aus einem Kunststoff hergestellt sein. Die in der Stirnwand 24a gebildete Gasversorgungsöffnung 68 kann durch eine Schraube 69 abgedichtet werden.
Im folgenden wird der Ablauf des Zuführens eines Gases in die Gaskammer 49 beschrieben.
Wenn ein Gas zugeführt werden soll, sind die Ölkammern 33 und 48 und die Bohrung 45 vorher mit dem Öl gefüllt. Wenn dieses Öl eingebracht wird, wird das Entlüftungsloch 53 zum Herauslassen der Luft aus den Zylindern 22 und 24 über das Loch 53 geöffnet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Druckgasquelle 110 mit der Gas­ versorgungsöffnung 68 verbunden. Ein Ventil 111 ist zwischen der Quelle 110 und der Versorgungsöffnung 68 angeordnet. Wenn das Ventil 111 geöffnet wird, wird Gas in die Gaskammer 49 zugeführt. Mit der Erhöhung der Gasmenge in der Gaskammer 49 wird der Balgen­ körper 62 axial ausgedehnt. Als Folge davon strömt das Öl in der zweiten Flüssigkeitskammer 48 über den Flüssigkeitspfad 51 und die Bohrung 45 der Stange 23 in die erste Flüssigkeitskammer 33. Ein Teil des Öles in der Flüssigkeitskammer 33 wird über die Durchlaßöffnung 34 in den Tank 104 zurückgeführt.
Wenn die Ausdehnung des Balges 50 den Hub S2 übersteigt (Fig. 1) und L1 erreicht, wird der Ventilkörper 66 in Kontakt mit dem Ventilsitz 52 gebracht. Daher wird der Balgenkörper 62 nicht mehr weiter axial ausgedehnt. In diesem Zustand ist das Öl in dem Zwischenraum 70 zwischen der inneren Oberfläche des zweiten Zylinders 24 und der äußeren Oberfläche des Balgenkörpers 62 eingeschlossen.
Da die Gaszufuhr in die Gaskammer 49, nachdem der Ventilkörper 66 in Kontakt mit dem Ventilsitz 52 gebracht worden ist, aufrecht­ erhalten wird, steigt der Druck in der Gaskammer 49 allmählich an. Da das Öl im wesentlichen inkompressibel ist, wird die ganze äußere Oberfläche des Balgenkörpers 62 gleichförmig von dem Öl, das im Zwischenraum 70 eingeschlossen ist, gehalten. Daher wird der Balg 50 radial nicht deformiert, auch wenn die Gaszufuhr bei einem hohen Druck aufrechterhalten wird. Wenn der Druck in der Gaskammer 49 einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die Gaszu­ fuhr gestoppt, und die Gasversorgungsöffnung 68 wird durch die Schraube 69 abgedichtet.
Die Dämpfungsvorrichtung 20, bei der die Gaskammer 49 mit Gas auf die oben beschriebene Weise gefüllt ist, wird in den Fahrzeugkör­ per (nicht gezeigt) befestigt. Wenn die Hohlstange 23 sich in einer Richtung vom Zylinder 22 hinaus bewegt, dehnt sich der Balg 50 aus, da das interne Volumen der Gaskammer 49 um einen Wert ent­ sprechend der Bewegung der Hohlstange 23 erhöht wird. Da dabei das Öl in die Düse des Dämpfungskrafterzeugers 43 fließt, wird des weiteren die Bewegung der Hohlstange 23 beschränkt.
Im Gegensatz dazu, wenn die Hohlstange 23 in Richtung in den Zylinder 22 hinein bewegt wird, wird der Betrag der Einführung der Hohlstange 23 bezüglich des Zylinders 22 erhöht. Als Folge davon wird die Gaskammer 49 um einen Wert entsprechend der Bewegung der Hohlstange 23 komprimiert. Der Zylinder 22 und die Hohlstange 23 bewegen sich relativ zueinander in axialer Richtung auf diese Weise, so daß die Dämpfungsvorrichtung 20 als Gasfederung und Stoßdämpfer arbeitet. Die Federkonstante der Dämpfungsvorrichtung 20 hängt vom inneren Volumen der Gaskammer 49 ab. Daher wird zur Einstel­ lung der Federkonstante das innere Volumen der Gaskammer 49 geändert, oder der Anfangsdruck in der Kammer 49 wird geändert. Die Federkonstante kann ebenso durch Ändern des Volumens des Blockes 67 eingestellt werden.
Wenn das Solenoidventil 102 geöffnet wird, und das Öl von der Pumpe 101 in die Flüssigkeitskammer 33 zugeführt wird, wird die Ölmenge in der Flüssigkeitskammer 33 erhöht. In diesem Fall wird daher der Betrag des Herausragens der Stange 23 bezüglich des Zylinders 22 erhöht. Wenn das Solenoidventil 102 geschlossen wird, während das Solenoidventil 105 geöffnet ist, wird ein Teil des Öles in der Flüssigkeitskammer 33 in den Tank 104 entnommen. Als Folge davon wird der Betrag des Hinausragens der Stange 23 verringert.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine Erhebung 75 in der unteren Wand 24a des zweiten Zylinders 24 anstatt des Blockes 67 im ersten Ausführungsbeispiel gebildet. Das interne Volumen der Gaskammer 49 kann durch Ändern der Größe der Erhebung 75 eingestellt werden.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird, wie in Fig. 4 gezeigt, eine feste Stange 76 verwendet. Ein kolben­ ähnlicher Teil 77 ist bei einem Endabschnitt der Stange 76 angeordnet. Der Dämpfungskrafterzeuger 43 ist auf dem kolben­ ähnlichen Teil 77 angeordnet. Die in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigten Federungsvorrichtungen können auch umgedreht verwendet werden.

Claims (1)

  1. Ausgleichsbehälter für einen hydro-pneumatischen Schwingungsdämpfer, der aus einem Arbeitsraum (22) mit darin befindlichem Verdrängungskörper (23) und einem Ausgleichsbehälter (24) besteht, die durch einen Flüssigkeitspfad (51) miteinander verbunden sind,
    wobei der Ausgleichsbehälter (24) einen Balg (50) enthält, der aus einem Balgenkörper (62) und einer Stirnplatte (64) zum Abdichten eines Endes des Balgenkörpers (62) besteht und wobei das andere Ende (63) des Balgenkörpers (62) an einer ersten Stirnwand (24a) des Ausgleichsbehälters (24) befestigt ist und der Balgenkörper (62) so bemessen ist, daß er in axialer Richtung des Ausgleichsbehälters (24) um einen Hub (S2) frei ausdehnbar und zusammenziehbar ist, wobei durch die innere Oberfläche des Balgenkörpers (62) eine Gaskammer (49) gebildet wird, in der ein komprimiertes Gas eingeschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Stirnwand (24b) des Ausgleichsbehälters (24) ein ringförmiger Ventilsitz (52) vorgesehen ist, durch den der Ausgleichsbehälter (24) mit der Flüssigkeitskammer (48) des Arbeitsraumes (22) über den Flüssigkeitspfad (51) verbunden ist,
    und daß ein Ventilkörper (66) vorgesehen ist, der dem Ventilsitz (52) gegenüber so angeordnet ist, daß der Ventilkörper (66) im Normalbetrieb den Ventilsitz (52) nicht erreicht, wenn sich der Balg (50) innerhalb des Bereichs des Hubs (S2) bewegt, und der Ventilkörper (66) in Kontakt mit dem Ventilsitz (52) zum Schließen des Flüssigkeitspfades (51) gebracht wird, wenn der Balg (50) mit Gas mit genügend erhöhtem Druck befüllt wird, wobei er sich entsprechend weiter als der Hub (S2) ausdehnt, so daß dann die Flüssigkeit in dem Zwischenraum (70) zwischen der inneren Oberfläche des Ausgleichsbehälters (24) und der äußeren Oberfläche des Balgenkörpers (62) derart eingeschlossen ist, daß eine radiale Deformation des Balges (50) verhindert ist.
DE3900899A 1988-01-19 1989-01-13 Ausgleichsbehälter für einen hydro-pneumatischen Schwingungsdämpfer Revoked DE3900899C2 (de)

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