DE4108801A1

DE4108801A1 - Hydropneumatisches feder-daempfungs-element fuer fahrzeuge insbesondere schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE4108801A1
Application number: DE19914108801
Authority: DE
Inventors: Gerhold Dipl Ing Sames
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1991-03-18
Publication date: 1992-09-24

Description

Die Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Feder- Dämpfungs-Element mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige hydropneumatische Feder-Dämpfungs-Elemente sind bekannt. So offenbart die DE 29 02 055 A1 ein hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element, welches für den Einsatz z. B. an Heckklappen von Fahrzeugen eingesetzt wird. Dieses hydropneumatische Feder- Dämpfungs-Element besteht aus einem mit Gas und Flüssigkeit gefüllten Zylinder, in dem ein Kolben mit einer Kolbenstange geführt ist, deren Axialbewegung mittels Drosselöffnungen gedämpft wird. Die Zylinderöffnung ist durch eine Kolbenstangenführung abgedichtet. Dieses hydropneumatische Feder-Dämpfungs- Element ist für den Einsatz in Bereichen mit hohen, auf das hydropneumatische Feder-Dämpfungs-Element wirkenden Drücken und für eine verschleißfreie Dauerbelastung, wie sie insbesondere bei Primär- oder Sekundärfedern von Schienenfahrzeugen auftreten ungeeignet. Einerseits können die auftretenden Querkräfte nicht aufgefangen werden, andererseits besteht die Gefahr der Überhitzung durch die stetige Dauerbelastung.

Bekannt ist weiter aus der DE 23 38 095 C3 ein hydro pneumatisches Feder-Dämpfungs-Element mit getrennten Kammern für Gas und Flüssigkeit. Auch dieses hydro pneumatische Feder-Dämpfungs-Element ist nachteilig im Hinblick auf Querkräfte und Überhitzung.

Insbesondere für den Schienenfahrzeugbau wird ein hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element gewünscht, welches geeignet ist, die aus Fahrwegunebenheiten hervorgerufenen dynamischen Beanspruchungen zu absorbieren und zu kompensieren, d. h. welches gegenüber auftretenden Querkräften unempfindlich ist, welches gegen Überhitzung geschützt ist und welches in verschiedenen Arten von Lagern einsetzbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein derartiges hydro pneumatisches Feder-Dämpfungs-Element zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst. Fortbildungen und besondere Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen umfaßt.

Erfindungsgemäß ist die Kolbenstangenführung so ausgeführt, daß sie aus einer in den Zylinder ragenden Hülse besteht, welche mit einem unteren Flansch auf der Zylinderöffnung aufliegt und hier mit dem Zylinder fest verbunden ist. Zwischen der Außenfläche der Hülse und der Innenfläche des Zylinders ist mindestens ein Dichtungsring und zwischen der Innenfläche der Hülse und der Außenfläche der Kolbenstange ist mindestens ein ringförmiges Dichtungselement angeordnet. Die Hülse weist eine, über diese Dichtungszone in das Innere des Zylinders verlängerte Führungszone auf, in der die Kolbenstange mit Führungsbändern, z. B. aus PTFE geführt wird. Diese Führungszone weist eine Länge auf, deren Verhältnis zum äußeren Durchmesser der Kolbenstange zwischen 0,2 und 1,0 beträgt. Das derart aufgebaute hydropneumatische Feder-Dämpfungs-Element kann in den verschiedenen Lagern und besonders auch in als Gleitlagern ausgelegten Axiallagern ohne Probleme eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße hydropneumatische Feder-Dämpfungs-Element ist außerdem geeignet, Radführungskräfte und -momente bei Schienenfahrzeugen zu übernehmen.

Gegenüber den herkömmlichen Primärfederungen bei Schienenfahrzeugen hat das hydropneumatische Feder- Dämpfungs-Element weiter den Vorteil, für adiabate Zustandsänderungen gegenüber Stahl eine ausgeprägte progressive Kennlinie zu haben. Diese Kennlinie ist langzeitstabil und unterliegt nicht wie Gummi Alterungserscheinungen. Bei Schienenfahrzeugen, die ausschließlich mit einer Primärfederung ausgerüstet sind, läßt sich, durch die progressive Federkennlinie und den integrierten Dämpfer, bei annähernd gleichbleibenden Fahreigenschaften, die zulässige Höchstgeschwindigkeit gegenüber Primärfedern aus Stahl oder Gummi erhöhen.

Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Kolben mit der Kolbenstange mit einer in das Zylinderinnere gerichteten Bohrung mit möglichst großem Durchmesser zu versehen. Dies macht die Kolbenstange mit dem Kolben einerseits leichter, d. h. die ungefederten Massen werden reduziert. Die dadurch erzielbare größere Ölmenge verbessert außerdem die Kühlung des hydropneumatischen Feder-Dämpfungs- Elements, was insbesondere für die Dichtungen wichtig ist. Die Bohrung macht es außerdem möglich, das hydropneumatische Feder-Dämpfungs-Element nach Bedarf entweder mit dem Zylinder oder aber auch mit der Kolbenstange nach oben einzubauen, ohne daß irgendetwas, z. B. die Gas- oder Flüssigkeitsmenge im Zylinder, geändert werden müßte.

Um die Bauhöhe zu verringern, können mit der Bohrung in der Kolbenstange auch die Drosselbohrungen und die Ventile aus dem Kolben in die Wand der Kolbenstange verlegt werden.

Durch die mögliche geringe Bauhöhe, die Absorption hoher Querkräfte und die Vermeidung von Überhitzung kann das hydropneumatische Feder-Dämpfungs-Element auch ohne Weiteres gegen die heute bekannten Primärfederungen bei Schienenfahrzeugen ausgetauscht werden.

Im Unterschied zu bekannten hydropneumatischen Feder- Dämpfungs-Elementen wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, Befüllungsanschlüsse, bzw. Entlüftungen sowohl für Gas als auch für Flüssigkeit vorzusehen. Insbesondere durch die Regulierung des Füllstandes mit Flüssigkeit ermöglicht das erfindungsgemäße hydro pneumatisches Feder-Dämpfungs-Element auch die Niveauregulierung bestimmter Fahrzeugteile, z. B. des Flurs von Schienenfahrzeugen. Auch die Notwendigkeit, bei herkömmlichen Federelementen bei Bedarf Beilagen unterlegen zu müssen, entfällt durch die Möglichkeit der Bauhöhenregulierung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen hydropneumatischen Feder-Dämpfungs-Elements mit Axiallagern;

Fig. 2 ein hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element gemäß Fig. 1 in anderer Anordnung und versehen mit einer Schutzhülse;

Fig. 3 eine Ausführung eines hydropneumatischen Feder- Dämpfungs-Elements mit Radiallagern und einer anderen Anordnung von Drosselbohrung und Ventil;

Fig. 4 eine Ausführung eines hydropneumatischen Feder- Dämpfungs-Elements mit einem externen Hydrospeicher.

Das hydropneumatische Feder-Dämpfungs-Element gemäß Fig. 1 besteht aus einem äußeren, nach einer Seite offenen Zylinder 1, in welchen ein Kolben 2 axial gleitend in Führungsbändern 28 geführt ist. Der Kolben 2 ist hier einstückig mit einer Kolbenstange 3 ausgebildet, die durch das offene Ende des Zylinders 1 nach außen ragt. Die Kolbenstange 3 ist dichtend in einer Kolbenstangenführung geführt, die gleichzeitig die Öffnung des Zylinders 1 verschließt. Die Kolbenstangenführung besteht aus einer, in das Innere des Zylinders 1 ragenden Hülse 8, die außen endseitig mit einem Flansch 9 versehen ist, der auf der Unterseite des Zylinders 1 festgeschraubt ist. Zwischen der Innenseite des Zylinders 1 und der Außenseite der Hülse ist ein Dichtungsring 27 angeordnet, der in einer Nut der Hülse 8 liegt. Zwischen der Innenseite der Hülse 8 und der Außenseite der Kolbenstange 3 sind, von außen gesehen, nacheinander ein Doppelabstreifer 26, zwei Dichtungselemente 10 und zwei Führungsbänder 12, z. B. aus PTFE, angeordnet, welche sämtlich in entsprechenden Nuten der Hülse 8 liegen. Die eigentliche Führungszone 11 der Hülse 8 ist der Bereich, der sich von dem zweiten Dichtungselement 10 weiter in das Innere des Zylinders 1 erstreckt und in dem die beiden Führungsbänder 12 angeordnet sind. Das Verhältnis der Länge der Führungszone 11 zu dem äußeren Durchmesser der Kolbenstange 3 beträgt erfindungsgemäß zwischen 0,2 und 1,0. Der Kolben 2 weist parallel zur Achse des Zylinders 1, bzw. der Kolbenstange 3 angeordnete Drosselbohrungen 6 und Ventile 7 auf, die den Innenraum des Zylinders 1, der oberhalb des Kolbens 2 liegt, mit dem Innenraum des Zylinders 1 verbinden, der unterhalb des Kolbens 2 rings um die Kolbenstange 3 liegt. Die Kolbenstange 3 mit dem Kolben 2 weist eine in das Innere des Zylinders 1 gerichtete Bohrung 13 auf, die sich über den größeren Teil des Durchmessers, sowie der Länge der Kolbenstange 3 erstreckt. Durch diese Bohrung 13 wird ein zusätzlicher Raum für die in dem Inneren des Zylinders befindliche Flüssigkeit 4 geschaffen, was zu den weiter oben erläuterten Vorteilen führt. Oberhalb der Flüssigkeit 4 befindet sich in dem Zylinder 1 ein Gas 5. Das Gas 5 dient in erster Linie der Federung, die Flüssigkeit 4 über die Drosselbohrungen 6 und Ventile 7 der Dämpfung bei dem hydropneumatischen Feder-Dämpfungs-Element. Der Zylinderkopf 15 weist eine Bohrung 29 auf, die mit einem Befüllungsanschluß 24 verbunden ist, der mit einer Verschlußkappe 30 versehen ist. Der Zylinderkopf 15 weist weiter eine Entlüftung 25 auf. Das hier gezeigte hydropneumatische Feder-Dämpfungs-Element ist in Axiallagern 14 gelagert, wobei der Zylinderkopf 15 und das untere Ende der Kolbenstange 3 jeweils in Lagerschalen 16 der Axiallager 14 gleitend gelagert sind.

Fig. 2 offenbart eine andere Anordnung des hydropneumatischen Feder-Dämpfungs-Elements gemäß Fig. 1. Hier ist die Kolbenstange 3 nach oben gerichtet. Die Besonderheit, die aus dieser Anordnung erkennbar ist, liegt darin, daß hier ein Befüllungsanschluß 24′ und ein Befüllungsanschluß mit Entlüftung 25′ vorgesehen sind. Während der Befüllungsanschluß mit Entlüftung 25′ der Regulierung der Menge des Gases 5 dient, kann über den Befüllungsanschluß 24′ die Menge der Flüssigkeit 4 und damit hervorragend die gesamte Bauhöhe des hydropneumatischen Feder-Dämpfungs-Elements geregelt werden. Weiter ist in Fig. 2 gezeigt, wie eine Schutzhülse 18 im Bereich der Kolbenstangenführung angeordnet ist, um diese gegen Spritzer und dergleichen zu schützen. Die Schutzhülse 18 greift mit einer offenen Seite um den Zylinder 1 und ist mit einer geschlossenen Seite mit dem Ende der Kolbenstange 3 verbunden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung des hydropneumatischen Feder-Dämpfungs-Elements mit Radiallagern, wobei der Zylinder 1′ und die Kolbenstange 3′ endseitig mit Lagerösen 17 versehen sind. In dieser Ausführung sind der Kolben 2′ und die Kolbenstange 3′ nicht einstückig, sondern aus zwei Teilen gebildet. Ebenso ist hier der Zylinderkopf 15′, in dem ein Befüllungsanschluß 24′′ und eine Entlüftung 25′′ angeordnet sind, ein separates Teil. Die Drosselbohrung 6′ und Ventile 7′ sind hier nicht parallel zur Achse des Zylinders 1′ im Kolben 2′ angeordnet, sondern befinden sich seitlich in der Wand der Kolbenstange 3′ und verbinden die Bohrung 13′ der Kolbenstange 3′ mit dem Inneren des Zylinders, welches unterhalb des Kolbens 2′ liegt.

Fig. 4 zeigt schließlich schematisch ein hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element, bei dem der Zylinder 1′′ ausschließlich mit Flüssigkeit 4 gefüllt ist und sich das Gas 5 in einem externen Hydrospeicher 20 befindet. Das Innere des Zylinders 1′′, in dem ein mit Bohrungen 6′′ versehener Kolben 2′′ mit Kolbenstange 3′′ axial gleitend gelagert ist (wobei hier die Kolbenstangenführung usw. nicht gezeigt sind), ist über eine Flüssigkeitsleitung 19 mit dem Hydrospeicher 20 verbunden. Die Flüssigkeitsleitung 19 weist eine Drossel 21, sowie eine diese Drossel 21 umgehende Abzweigungsleitung 22 auf, in der sich ein Ventil 23 befindet. Die Dämpfung erfolgt hier außerhalb des Zylinders 1 über die Drossel 21 in Verbindung mit dem Ventil 23.

Positionsliste

1, 1′, 1′′ Zylinder
2, 2′, 2′′ Kolben
3, 3′, 3′′ Kolbenstange
4 Flüssigkeit
5 Gas
6, 6′ Drosselbohrung
7, 7′ Ventil
8 Hülse
9 Flansch
10 Dichtungselemente
11 Führungszone
12 Führungsband
13, 13′, 13′′ Bohrung
14 Axiallager
15, 15′ Zylinderkopf
16 Lagerschale
17 Lageröse
18 Schutzhülse
19 Flüssigkeitsleitung
20 Hydrospeicher
21 Drossel
22 Abzweigungsleitung
23 Ventil
24, 24′, 24′′ Befüllungsanschluß bzw. Entlüftung
25, 25′, 25′′ Befüllungsanschluß bzw. Entlüftung
26 Doppelabstreifer
27 Dichtungsring
28 Führungsbänder
29 Bohrung
30 Verschlußkappe

Claims

1. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge,
bestehend aus einem nach einer Seite hin offenen Zylinder,
einem in diesem Zylinder geführten Kolben mit Kolbenstange,
wobei die Kolbenstange durch die offene Seite des Zylinders aus diesem herausgeführt ist,
wobei die Kolbenstange dichtend in einer die Zylinderöffnung sonst verschließenden Kolbenstangenführung geführt ist,
wobei der Zylinder einerseits und das aus dem Zylinder ragende Ende der Kolbenstange andererseits zwischen verschiedenen Teilen des Fahrzeugs gelagert sind,
wobei eine axiale Bewegung des Kolbens mit der Kolbenstange im Zylinder möglich ist,
und wobei diese axiale Bewegung durch die Anwesenheit einer Flüssigkeit oder einer Flüssigkeit und eines Gases im Zylinder, sowie durch die Anordnung von mindestens einer Drosselbohrung und mindestens einem Ventil gedämpft, bzw. gefedert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenstangenführung aus einer in den unteren Bereich des Zylinders (1, 1′, 1′′) eingesetzten Hülse (8) besteht, welche mit einem äußeren Flansch (9) versehen ist, der auf der Unterseite des Zylinders (1, 1′, 1′′) aufliegt,
daß zwischen der Außenfläche der Hülse (8) und der Innenfläche des Zylinders (1, 1′, 1′′) mindestens ein Dichtungsring (27) und zwischen Innenfläche der Hülse (8) und der Außenfläche der Kolbenstange (3, 3′, 3′′) mindestens ein ringförmiges Dichtungselement (10) angeordnet sind,
daß sich an das Dichtungselement (10) anschließend zwischen der Innenfläche der Hülse (8) und der Außenfläche der Kolbenstange (3, 3′, 3′′) in das Innere des Zylinders (1, 1′, 1′′) eine Führungszone (11) erstreckt,
und daß die Führungszone (11) eine Länge aufweist, deren Verhältnis zum äußeren Durchmesser der Kolbenstange (3, 3′, 3′′) zwischen 0,2 und 1,0 beträgt.

2. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Führungszone (11) zwischen der Innenfläche der Hülse (8) und der Außenfläche der Kolbenstange (3, 3′, 3′′) mindestens ein Führungsband (12) angeordnet ist.

3. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenfläche der Hülse (8) und der Außenfläche der Kolbenstange (3, 3′, 3′′) mindestens zwei ringförmige Dichtungselemente (10) angeordnet sind.

4. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2, 2′, 2′′) mit der Kolbenstange (3, 3′, 3′′) eine in das Innere des Zylinders (1, 1′, 1′′) offene Bohrung (13, 13′, 13′′) aufweist.

5. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bohrung (13, 13′, 13′′) über den größeren Teil des Durchmessers der Kolbenstange (3, 3′, 3′′) erstreckt.

6. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben (2, 2′′) und Kolbenstange (3, 3′′) einteilig ausgebildet sind.

7. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Feder-Dämpfungs-Element in Axiallagern (14) gelagert ist,
daß der Zylinderkopf (15) und die Kolbenstange (3) jeweils außen abgerundet sind,
und daß die runden Flächen von Zylinderkopf (15) und Kolbenstange (3) in Lagerschalen (16) der Axiallager (14) gleitend gelagert sind.

8. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Feder-Dämpfungs-Element in Radiallagern gelagert ist
und daß der Zylinderkopf (1′) und die Kolbenstange (3′) an ihren Enden jeweils Lagerösen (17) aufweisen.

9. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Zylinder (1, 1′, 1′′) oder die Kolbenstange (3, 3′, 3′′) fest mit einem Fahrzeugteil verbunden ist.

10. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Feder-Dämpfungs-Element im Bereich der Kolbenstangenführung mit einer Schutzhülse (18) umgeben ist,
welches an dem Endbereich der Kolbenstange (3) befestigt ist.

11. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Zylinders (1, 1′) mit einer Flüssigkeit (4) und mit einem Gas (5) gefüllt ist.

12. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder (1′′) mit einer Flüssigkeit (4) gefüllt ist,
daß der Zylinder (1′′) eine Flüssigkeitsleitung (19) zu einem Hydrospeicher (20) aufweist,
und daß der Hydrospeicher (20) mit der Flüssigkeit (4) und einem Gas (5) gefüllt ist.

13. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Flüssigkeitsleitung (19) eine Drossel (21) angeordnet ist,
daß eine diese Drossel (21) umgehende Abzweigungsleitung (22) vorgesehen ist,
und daß in der Abzweigungsleitung (22) ein Ventil (23) angeordnet ist.

14. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrung (6) und/oder das Ventil (7) axial zum Zylinder (1) ausgerichtet im Kolben (2) angeordnet sind.

15. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrung (6′) und/oder das Ventil (7′) unterhalb des Kolbens (2) in der Wand der Kolbenstange (3) angeordnet sind.

16. Hydropneumatisches Feder-Dämpfungs-Element für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder-Dämpfungs-Element mindestens einen Befüllungsanschluß (24) für Gas und/oder Flüssigkeit aufweist.