DE3942106A1 - Hydropneumatische kolbenzylinderanordnung - Google Patents

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.