HYDROPNEUMATIC SUSPENSION STRUT

Abstract: 1. A hydropneumatic spring strut (9) comprising a gas compression spring and an oil damper in a work cylinder (10) in which a separating piston (11) is disposed between a gas pressure chamber (50) and an oil pressure chamber (51), a double-acting damping piston (36) being disposed on a piston rod (35) extending into the oil pressure chamber (51), the damping piston (36) being formed with orifices (39) for the oil present in the oil pressure chamber (51), the orifices (39) being operative in dependence upon the direction of damping piston movement, characterized in that the separating piston (11) has a skirt (13) whose inner generated surface (12) is operative as the cylindrical wall of the oil pressure chamber (51), the piston rod (35) which is fixedly connected to the work cylinder (10) extending through a closure cap (23) for the open end face of the separating piston (11), a seal (31) being disposed between the piston rod and closure cap and being reciprocable in a recess (30) therein.

Description: Hydropneumatisches Federbein Die Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Federbein gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Sogenannte Einrohrdämpfer mit von einem Trennkolben voneinander getrenntem Gas- und öldruckraum sind vielfach bekannt, vgl. fleim- pell, Fahrwerktechnik, 1974, Bd. 3, S. 15-20. Es ist auch bekannt, anstelle von Stahifedern sogenannte Luft- oder Gasfedern zum Abfedern der Aufbauten von Fahrzeugen gegenüber dem Fahrwerk zu verwenden; vgl. Reimpell, Fahrwerktechnik, 1974, Bd. 2, S. 206. Schliesslich ist es bekannt, Gasfeder- und Elnrohr-Öldruckdämpfer zu einem hydropneumatischen Federbein für den Einsatz in Verbindung mit Zweirad-Fahrzeugen zusammenzufassen; vgl. MOTORRAD 26/78, "Motorrad-Technik", Fahrwerkkonstruktion. Während eine Feder bekanntlich Arbeit speichert und wieder abgibt, bei Fahrzeugen in der Regel in einem für die Fahrsicherheit ungünstigen Moment, vernichtet ein Dämpfer diese Arbeit durch Umwandlung in Wärme. Daraus ergeben sich für die Ausbildung solcher Federbeine eine Vielzahl von einander widersprechender Forderungen. Auch benötigen öldämpfer einen sogenannten Volumenausgleich für das durch die Kolbenstange verdrängte und durch Temperaturänderungen sich ändernde Ölvolumen, betriebssichere Dichtungen zwischen einer Vielzahl relativ zueinander beweglicher Flächen sowie bewegungsrichtungsabhängige Ventile. Schliesslich sollen alle diese Teile bei relativ grossen Federwegen möglichst kleinbauend ausgebildet sein, wie es insbesondere für sogenannte Cantilever Federungen notwendig ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues hydropneumatisches Federbein, insbesondere für den Einsatz in Verbindung mit Zweiradfahrzeugen, zu schaffen, das einfacher und kompakter als bisher, insbesondere hinsichtlich seines Volumenausgleiches für das öl und seiner Längenausdehnung, ausgebildet ist, ohne die Feder- und Dämpfungseigenschaften zu verschlechtern und an Betriebssicherheit zu verlieren. Ausgehend von einem hydropneumatischen Federbein der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Anordnung einer beweglichen Dichtung im Trennkolben wird auf einfachste Weise ein Volumenausgleich für das öl erreicht, so dass bisher übliche Bodenventile entfallen. Durch die koaxiale Ausbildung von Trenn- und Dämpfungskolben wird eine geringere Bauhöhe als bisher erreicht, wobei durch relativ grosse Querschnitte der druckbeaufschlagten Flächen die Betriebsdrücke in beherrschbaren Grenzen zu halten sind. Da der den Dämpfungskolben koaxial umfassende Trennkolben mit seinem Kolbenhemd und seiner Verschlusskappe eine relativ starre Baugruppe bildet, können auch durch harte Stösse verursachte Druckspitzen im öl wirkungsvoll aufgenommen und damit gedämpft werden. Auch bleibt der Vorteil des lageunabhängigen Einbaus erhalten. Schliesslich sind alle Bauteile als relativ einfache Drehteile ausgebildet, so dass eine hohe Fertigungsgenauigkeit bei geringen Fertigungskosten einzuhalten ist, was sich ebenfalls auf die Funktionstüchtigkeit und die Lebensdauer des Federbeines günstig auswirkt. Durch die ge ringe Bauhöhe oder -länge bedingt, eignet sich das erfinderische Federbein insbesondere für den Einsatz in einer Cantilever-Federung für Zweiradfahrzeuge, wo der notwendige Federweg durch geeignete Hebelübersetzungen erreichbar ist. Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen Schnitt durch ein hydropneumatisches Federbein gemäss der Erfindung in einer teil weise eingedrückten Stellung, Figur 2 einen Schnitt durch das Federbein nach Figur 1 in der vollständig eingedrückten Stellung und Figur 3 einen Schnitt durch das Federbein nach Figur 1 in einer ausfahrenden Stellung. Ein insgesamt mit der Bezugsziffer 9 bezeichnetes hydropneumatisches Federbein weist, wie zum Beispiel Figur 1 zeigt, einen aus einem Rohrabschnitt bestehenden Arbeitszylinder 10 auf, in dem ein im Querschnitt U-förmiger Trennkolben 11 axial beweglich gelagert ist, dessen eine zylindrische Innenmantelfläche 12 aufweisendes Kolbenhemd 13 auf der Aussenmantelfläche zwei im Abstand voneinander angeordnete Gleitrippen 14 trägt, die an der Innenmantelfläche 15 des Arbeitszylinders anliegen. Die geschlossene Stirnseite 17 des Trennkolbens 11 läuft in ein Montage-Auge 18 aus, während der offenen Stirnseite 19 benachbart eine zwischen Kolbenhemd und Innenmantelfläche des Arbeitszylinders dichtend anliegende Dichtung 20 innerhalb einer Ausnehmung 21 angeordnet ist. Der offenen Stirnseite 19 des Trennkolbens ist ferner eine im Querschnitt etwa napfförmige Verschlusskappe 23 zugeordnet, die mit einem stirnseitigen Flansch 24 auf der Stirnfläche 25 der Stirnseite 19 aufsitzt. Eine Ringdichtung 26 ist zwischen Aussenwandung der Verschlusskappe und Innenmantelfläche 12 des Trennkolbens angeordnet. Die Aussenwandung der Verschlusskappe 23 weist ferner einen Absatz 28 auf, der in den Löcher 27 aufweisenden Boden 29 der Verschlusskappe übergeht. In der Verschlusskappe ist eine zylindrische, von dem Boden 29 stirnseitig begrenzte Ausnehmung 30 vorgesehen, in der sich ein an der Wandung der Ausnehmung abstützender, im Querschnitt etwa H-förmiger Dichtring 31 befindet. Eine Begrenzungsscheibe 32 ist in der Ausnehmung 30. dem Flansch 24 benachbart angeordnet. Die eine Stirnseite des Arbeitszylinders 10 ist von einer Platte 34 dicht verschlossen, in deren Zentrum eine den Arbeitszylinder, die Verschlusskappe und den Trennkolben axial durchsetzende Kolbenstange 35 befestigt ist. Der Stirnseite der Kolbenstange benachbart ist auf dieser ein mit seiner Aussenmantelfläche auf der Innenmantelfläche des Trennkolbens gleitender Dämpfungskolben 36 aufgeschoben und mittels Endscheiben 37 und 38 in seiner Lage gehalten. Der Dämpfungskolben weist Durchgangsöffnungen 39 auf, die von be wecungsrichtungsabhängig öffnenden Ventilscheiben 40 verschlossen sind. Da die Endscheibe 38 einen grösseren Durchmesser als der Nabenbereich des Dämpfungskolbens aufweist, wirkt diese als Begrenzung für die öffnungsbewegung der Ventilscheiben. In der Kolbenstange 35 ist ferner eine die freie Stirnseite durchsetzende axiale Bohrung 42 angeordnet, die mit einer radialen Bohrung 43 oberhalb der Endscheibe 38 kommuniziert. Die Platte 34 des Arbeitszylinders 10 weist ferner einen Lageranschluss 45 auf. Der offenen Stirnseite des Arbeitszylinders 10 benachbart ist in der Innenmantelfläche 15 ein das vollständige Ausfahren des Trennkolbens 11 verhindernder Sprengring 46 und eine an der Aussenmantelfläche am Trennkolben befestigte Rolldichtung 47 angeordnet. Schliesslich ist, der Platte 3.4 benachbart, mit dem Arbeitszylinder 10 ein mit seinem Inneren kommunizierendes Sicherheitsventil 48 verbunden. Der. vor dem Trennkolben befindliche Innenraum des Arbeitszylinders 10 bildet eine vorzugsweise mit Stickstoff gefüllte Gasdruckkammer 50, während der von der Innenmantelfläche 12 des Trennkolbens 11 begrenzte zylindrische Raum eine durch den Dämpfungskolben 36 in zwei Bereiche 51a, 51b unterteilte, mit Öl gefüllte öldruckkammer 51 bildet; die Ausnehmung 30 in der Verschlusskappe 23 dagegen bildet einen Ausgleichsraum 52 - vgl. Figur 2 - für das während der Bewegungen des Trennkolbens 11 durch das Volumen der Kolbenstange 35 verdrängte ölvolumen in der öldruckkammer 51, und zwar in dem Bereich zwischen dem Boden 29 der Verschlusskappe 23 und dem Dichtring 31. Die Wirkungsweise des beschriebenen hydropneumatischen Federbeines ist folgende: Das in der Gasdruckkammer 50 befindliche, unter Druck stehende Gas hält im Normalzustand die Teile des Federbeines etwa in der in Figur 3 dargestellten Lage, in der der Trennkolben im Arbeitszylinder 10 in bezug auf Figur 3 in Richtung des Pfeiles seine unterste Lage einnimmt und über die Bohrungen 42 und 43 ein Ausgleich des in der Öldruckkammer 51 befindlichen Öls in P-feilrichtung zwischen den Bereichen 51a und 51b stattgefunden hat. Durch den Gasdruck ist auch der Dichtring 31 in seine in bezug auf Figur 3 unterste Lage bewegt worden, so dass annähernd alles Öl aus dem Ausgleichsraum 52 über die Löcher 27 in den Bereich 51a der Öldruckkammer 51 in Pfeilrichtung geflossen ist. Wirken Kräfte in Richtung des in Figur 1. dargestellten Pfeiles auf das Federbein, wird der Trennkolben in bezug auf Figur 1 nach oben gegen den Gasdruck in der Gasdruckkammer 50 bewegt. Damit verkleinert sich der Bereich 51b der öldruckkammer 51 und das Öl strömt in Richtung der in Figur 1 dargestellten Pfeile in den Bereich 51a, und zwar sowohl durch die nunmehr sich öffnenden Durchgangsöffnungen 39, als auch durch die Bohrungen 42 43. Gleichzeitig verdrängt die in den Bereich 51a eintretende Kolbenstange ihren Volumenanteil an öl, das zusätzlich in den Bereich 51a fliesst und von dort in den Ausgleichsraum 52 eintritt und dabei den Dichtring 31 in bezug auf Figur 1 ebenfalls entgegen dem Gasdruck nach oben bewegt. Den infolge Lasteinwirkung vollständig eingefahrenen Zustand zeigt Figur 2, in dem der Dämpfungskolben am Trennkolben nahezu zur Anlage gelangt. Im Ausmasse der nachgebenden Lasteinwirkung drückt das als Feder wirkende komprimierte Gasvolumen den Trennkolben in die in Figur 3 dargestellte Lage. Durch das Sicherheitsventil 48 wird der Gasdruck auf einen vorbestimmten Wert begrenzt. Aus dem Vorstehenden ist ohne weiteres ersichtlich, dass die als H-förmiger Dichtring ausgebildete, auf der Kolbenstange 35 hinund herbewegliche Dichtung 31 auf einfachste Weise nicht nur das Gas- vom öl volumen trennt, sondern gleichzeitig auch beim Rückweichen einen ölausgleichsraum 52 in der Ausnehmung 30 freigibt, der das von der Kolbenstange verdrängte Öl aufnimmt, und dass durch die koaxiale Anordnung von Trenn- und Dämpfungskolben 11 und 36 eine äusserst kompakte und kurzbauende Ausbildung des Federbeines sich ergibt.

Claims: PATENTANSPRUCHE 1. Hydropneumatisches Federbein mit einer Gasdruckfeder und einem öldämpfer innerhalb eines Arbeitszylinders, in dem zwischen Gasdruck- und Öldruckraum ein Trennkolben ange ordnet ist, und mit einem an einer in den Öldruck raum ra genden Kolbenstange angeordneten, doppelt wirkenden Dämp fungskolben mit bewegungsrichtungsabhängig wirksam werden den Durchgangsöffnungen für das im Öldruckraum befindliche Öl, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Trenn kolben (11) eine axiale Ausnehmung (30) aufweist, in der eine in Achsrichtung hin- und herbewegliche, die Trennung zwischen Gas- und Öldruckraum (50, 51a, 51b) bewirkende Dichtung (31) angeordnet ist. 2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausnehmung (30) in einem als Verschlusskappe (23) für den stirnseitig offenen Trennkol ben (11) dienenden Bauteil angeordnet ist und der Dichtung (31) gegenüberliegende, mit dem öldruckraum (51) kommuni zierende öffnungen (27) aufweist. 3. Federbein nach den Ansprüchen 1 und. 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , ' dass der öldruckraum (51a, 51b) im Trennkolben (11) angeordnet ist, der den Dämpfungskol ben (36) koaxial umfasst, dessen Kolbenstange (35) mit dem Arbeitszylinder (10) ortsfest verbunden ist. 4. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Trennkolben (11) ein Kolbenhemd (13 aufweist, dessen Innenmantelfläche (12) die zylindrische Wandung des Öldruckraumes (51a, 51b) bil det, und dessen offene Stirnseite von der*zumindest teil weise als Ausgleichsraum (52) für das Öl dienende Ausneh mung (30) aufweisenden Verschlusskappe (23) dichtend abge deckt ist. 5. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kolbenboden des Trenn kolbens (11) die bewegliche Stirnwandung (17) des Arbeits zylinders (10) bildet, dessen andere Stirnwandung (34) orts fest ist und die Kolbenstange (35) trägt. 6. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Trennkolben (11) an seiner geschlossenen Stirnseite (17) ein Montage-Auge (18) trägt und mit seinem Kolbenhemd (13) den Dämpfungskolben (36) umfasst. 7. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Trennkolben (11), Dämpfungskolben (36) und Dichtung (Dichtring 31) koaxial durchsetzende Kolbenstange (35) die beidseitig des Dämp fungskolbens (36) befindlichen Öldruckräume (51a, 51b) ver bindende Bohrungen (42, 43) aufweist. 8. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kolbenhemd (13) des Trennkolbens (11) an seiner Aussenmantelfläche an der In nenmantelfläche (15) des Arbeitszylinders (10) anliegen de Gleitrippen (14) und an seiner offenen Stirnseite be nachbart eine Dichtung (20) trägt. 9. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch - 9 e k e n n z e i c h n e t , dass mit der festen Stirnseite (34) des Arbeitszylinders (10) ein Lageranschluss (45) und mit dem die bewegliche Stirnseite bildenden Trennkolben (11) eine am Arbeitszylinder (10) befestigte Rolldichtung (47) verbunden sind. 10. Federbein nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e i n z e i c h n e t , dass die Verschlusskappe (23) im Querschnitt napfförmig ausgebildet ist, und dass der dem öldruckraum (51a) zugewandte Boden (29) die Durchgangs öffnungen (27) aufweist. 11. Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Arbeitszylinder (10) ein mit dem Gasdruckraum (50) kommunizierendes Sicherheits ventil (48) trägt.

Inventors: SEBAC INDUSTRIALE S.P.A.
Applicants: SEBAC INDUSTRIALE S.P.A.
Application year: 1984
Main classification: F16F9
IPC codes: F16F9, B62K25