DE3935608A1 - Kolbenzylindereinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenzylindereinheit, insbe­ sondere zur Verwendung als Stoß- und Schwingungsdämpfer, bestehend aus einem Zylinder und einem darin axialbewegli­ chen Kolben, wobei der Kolben innerhalb des Zylinders eine volumenveränderliche, mit einem Hydraulikmedium gefüllte Zylinderkammer abteilt und mit einer hohlen, abgedichtet aus dem Zylinder geführten Kolbenstange verbunden ist, und wobei innerhalb der hohlen Kolbenstange ein Trennkolben schwimmend geführt ist, der einen Ausgleichsraum für zumin­ dest einen Teil des von dem Kolben aus der Zylinderkammer verdrängten Hydraulikmediums von einer mit einem kompres­ siblen Medium, insbesondere Gas, gefüllten Federkammer trennt.

Eine derartige Kolbenzylindereinheit ist beispielsweise aus der EP 00 63 635 A1 bekannt. Hierbei ist der Ausgleichs­ raum auf der dem Kolben zugekehrten Seite des Trennkolbens angeordnet und steht mit der Zylinderkammer über eine axiale Öffnung des Kolbens unmittelbar in Verbindung, so daß das Hydraulikmedium bei der Kolbenbewegung zwischen der Zylinderkammer und dem Ausgleichsraum hin- und herströmen kann. Die Strömung aus der Zylinderkammer in den Aus­ gleichsraum hinein verursacht eine axiale Verschiebung des Trennkolbens gegen das kompressible Medium, wodurch dessen Druck ansteigt, was eine federelastische Wirkung hat. Der vergrößerte Druck sorgt nach Beendigung der Krafteinwirkung auf den Kolben für dessen Rückstellung in seine Ausgangs­ position, wodurch auch das Hydraulikmedium durch die Kol­ benöffnung zurück in die Zylinderkammer strömt. Hierbei wirkt die Kolbenöffnung als Drosselung zur Dämpfung der Hydraulikströmung und damit auch der relativen Bewegung zwischen Kolben und Zylinder. Bei der bekannten Kolben­ zylindereinheit erfolgt nun eine wegabhängige Dämpfungsver­ stellung, wozu ein innerhalb des Zylinders am geschlossenen Zylinderende befestigter Steuerstift axial in die Kolben­ öffnung hineinragt. Der Steuerstift weist einen sich über seine Länge verändernden Querschnitt auf, so daß sich der Querschnitt der Strömungsöffnung in Abhängigkeit von der relativen Stellung des Kolbens zu dem Steuerstift ändert. Diese Änderung ist jedoch in Abhängigkeit von der Kolben­ bewegung stets konstant. Demzufolge eignet sich diese bekannte Kolbenzylindereinheit weniger gut für eine Anwen­ dung als Stoß- und Schwingungsdämpfer in Kraftfahrzeugen, bei denen eine individuelle, insbesondere lastabhängige Dämpfungseinstellung gewünscht ist, wobei insbesondere die Kolbenbewegung beim Einfedern wenig gedämpft und beim Ausfedern stärker gedämpft werden soll. Dabei soll die Dämpfungscharakteristik auch insofern wegunabhängig sein, als bei unterschiedlichen statischen Belastungen stets die gleiche Dämpfungscharakteristik für dynamische Schwingungen gewährleistet sein soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kol­ benzylindereinheit der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die Hydraulikströmung zwischen der Zylinderkammer und dem Ausgleichsraum auf einfache Weise beliebig einstellbar gedämpft werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch jeweils mindestens einen in die Zylinderkammer und den Ausgleichsraum mündenden An­ schluß für externe Verbindungsleitungen erreicht. Hier­ durch kann vorteilhafterweise über die Verbindungsleitungen mindestens ein externes Dämpfungsventil angeschlossen werden, welches zum einen individuell ausgestaltet und zum anderen auch individuell, insbesondere lastabhängig, einge­ stellt werden kann. Somit ist erfindungsgemäß keine inter­ ne, unmittelbare Verbindung zwischen der Zylinderkammer und dem Ausgleichsraum vorhanden, sondern vielmehr sind erfin­ dungsgemäß der Ausgleichsraum und die Zylinderkammer über an ihren Anschlüssen angeschlossene, externe Verbindungs­ leitungen miteinander verbindbar. Dabei können die An­ schlüsse vorteilhafterweise auch für Zusatzfunktionen verwendet werden, wie insbesondere für eine Zufuhr bzw. Entnahme von Hydraulikmedium zum Zwecke einer Niveauein­ stellung. Außerdem kann vorteilhafterweise in der externen Verbindung zwischen der Zylinderkammer und dem Ausgleichs­ raum ein Sperrventil angeordnet sein, mit dem die Verbin­ dung unterbrochen und damit die Kolbenzylindereinheit blockiert werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sowie bevor­ zugte Ausführungsformen 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 4 ist hierzu in stark vereinfach­ ter, prinzipieller Längsschnittdarstellung eine Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Kolbenzylindereinheit 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 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit 2 aus einem einseitig offenen Zylinder 4 und einem darin axial­ beweglich geführten Kolben 6. Der Kolben 6 ist über minde­ stens eine Umfangsdichtung 8 gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders 4 abgedichtet. Der Kolben 6 teilt innerhalb des Zylinders 4 eine bei der Kolbenbewegung volumenverän­ derliche Zylinderkammer 10 ab. Weiterhin ist der Kolben 6 mit einer hohlzylindrischen, abgedichtet aus dem offenen Ende des Zylinders 4 geführten Kolbenstange 12 verbunden. An ihrem freien, aus dem Zylinder 4 nach außen ragenden Ende ist die Kolbenstange 12 geschlossen ausgebildet und besitzt hier ein Befestigungselement 14 beispielsweise mit einer Befestigungsöffnung 16. Der Zylinder 4 ist an seinem, dem offenen Ende gegenüberliegenden Ende ebenfalls geschlossen ausgebildet und besitzt hier ebenfalls ein Befestigungselement 18 beispielsweise mit einer Befesti­ gungsöffnung 20. In den dargestellten, bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen der Erfindung wird die erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit 2 als Stoß- und Schwingungsdämpfer z. B. in einem Kraftfahrzeug verwendet, wobei insbesondere die Kolbenstange 12 mit dem Befestigungselement 14 an einem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen (gefederte Masse) und der Zylinder 4 mit seinem Befestigungselement 18 beispiels­ weise an einem strichpunktiert angedeuteten Fahrzeugrad (ungefederte Masse) befestigt werden.

Innerhalb der hohlzylindrischen Kolbenstange 12 ist ein Trennkolben 22 schwimmend, d. h. axial freibeweglich, ge­ führt. Dieser Trennkolben 22 trennt innerhalb der Kolben­ stange einen Ausgleichsraum 24 von einer Federkammer 26. Der Trennkolben 22 ist über mindestens eine Umfangsdichtung 28 gegen die Innenumfangsfläche der Kolbenstange 12 abge­ dichtet. Die Federkammer 26 ist mit einem kompressiblen Medium, insbesondere mit einem Gas, gefüllt. Für besonders hohe Drücke eignet sich darüber hinaus insbesondere Sili­ kon. Die Zylinderkammer 10 und der Ausgleichsraum 24 sind mit einem inkompressiblen Hydraulikmedium gefüllt und stehen während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Kol­ benzylindereinheit 2 miteinander in Verbindung, so daß durch die Bewegung des Kolbens 6 verdrängtes Hydraulikmedi­ um zwischen diesen Räumen hin- und herströmen kann. Dies wird im folgenden noch näher erläutert.

Erfindungsgemäß besitzt nun die Kolbenzylindereinheit 2 einen in die Zylinderkammer 10 mündenden Anschluß 30 sowie einen in den Ausgleichsraum 24 mündenden Anschluß 32. An diese Anschlüsse 30, 32 sind vorteilhafterweise externe Verbindungsleitungen 34, 36 anschließbar, über die folglich die Zylinderkammer 10 und der Ausgleichsraum 24 extern ver­ bunden werden können.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Kolbenstange 12 einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Kolben 6 und am offenen Ende des Zylinders 4 ein dieser Durchmesser­ differenz entsprechender Innenringbund 38 angeordnet ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist zwischen der Kolbenstange 12 und dem Zylinder 4 ein Ringraum 40 gebil­ det, der in axialer Richtung einerseits von dem Innenring­ bund 38 und andererseits von einer über den Außenumfang der Kolbenstange 12 radial nach außen vorspringenden Ringfläche 42 des Kolbens 6 begrenzt ist. Auch in diesen Ringraum 40 mündet vorzugsweise ein Anschluß 44 für eine externe Lei­ tungsverbindung 46 (s. insbesondere Fig. 3 und 4).

Für die Anordnung der erfindungsgemäßen Anschlüsse 30, 32 und 44 sowie deren interne Verbindungen mit der Zylinder­ kammer 10, dem Ausgleichsraum 24 bzw. dem Ringraum 40 gibt es nun erfindungsgemäß mehrere verschiedene Möglichkeiten, die im folgenden unter Bezug auf die einzelnen Zeichnungs­ figuren erläutert werden sollen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Anschluß 30 der Zylinderkammer 10 im der Kolbenstange 12 abgekehrten Endbe­ reich des Zylinders 4 angeordnet, und zwar erstreckt sich der Anschluß 30 vorzugsweise radial durch die Zylinderwan­ dung in deren sich an das Befestigungselement 18 anschlie­ ßendem Bereich. In diesem gleichen Bereich, vorzugsweise etwas axial in Richtung des offenen Endes des Zylinders 4 versetzt, ist auch der Anschluß 32 des Ausgleichsraums 24 angeordnet. Dieser Anschluß 32 ist hierbei wie folgt mit dem Ausgleichsraum 24 verbunden. Zunächst ist der Aus­ gleichsraum 24 über mindestens eine radiale Durchgangsöff­ nung 48 der Kolbenstange 12 mit dem Ringraum 40 verbunden, wobei diese Durchgangsöffnung(en) 48 im sich unmittelbar an den Kolben 6 anschließenden Bereich der Kolbenstange 12 angeordnet ist (sind). Ferner erstreckt sich ausgehend von dem Anschluß 32 ein Kanal 50 axial durch die Wandung des Zylinders 4 und mündet in den Ringraum 40 in dessen in axialer Richtung dem offenen Zylinderende zugekehrtem End­ bereich. Somit ist erfindungsgemäß der Anschluß 32 über den axialen Kanal 50, den Ringraum 40 sowie die Durchgangs­ öffnung(en) 48 mit dem Ausgleichsraum 24, der erfindungs­ gemäß auf der dem Kolben 6 zugekehrten Seite des Trennkol­ bens 22 angeordnet ist, verbunden. Der Anschluß 44 des Ringraums 40 ist in diesem Ausführungsbeispiel identisch mit dem Anschluß 32 des Ausgleichsraums 24, d. h. die Räume 24 und 40 sind hier erfindungsgemäß intern miteinander verbunden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Ausgleichsraum 24 wiederum auf der dem Kolben 6 zugekehrten Seite des Trennkolbens 22 angeordnet. Im Gegensatz zu Fig. 1 sind hierbei allerdings die Anschlüsse 30 und 32 der Zylinder­ kammer 10 und des Ausgleichsraums 24 im nach außen geführ­ ten Endbereich der Kolbenstange 12 angeordnet. Dabei ist der Anschluß 30 der Zylinderkammer 10 erfindungsgemäß über einen sich axial durch die Wandung der hohlen Kolbenstange 12 sowie durch den Kolben 6 erstreckenden Kanal 52 mit der Zylinderkammer 10 verbunden. Weiterhin ist auch der An­ schluß 32 über einen sich durch die Wandung der hohlen Kol­ benstange 12 erstreckenden, axialen Kanal 54 mit dem Aus­ gleichsraum 24 verbunden. Hierzu ist der Ausgleichsraum 24 über einen radialen Kanal 56 mit dem Ringraum 40 verbunden, wobei der axiale Kanal 54 in diesen radialen Verbindungska­ nal 56 mündet. Somit fällt auch hier der Anschluß 44 des Ringraums 40 mit dem Anschluß 32 des Ausgleichsraums 24 zusammen, d. h. diese Räume 24 und 40 sind intern miteinan­ der verbunden.

In der Ausführung nach Fig. 3 entspricht die Lage der An­ schlüsse 30 und 32 der Zylinderkammer 10 und des Ausgleich­ sraums 24 im wesentlichen der Ausführung nach Fig. 2, je­ doch ist hier der Ausgleichsraum 24 auf der dem Kolben 6 abgekehrten Seite des Trennkolbens 22 angeordnet, so daß der Kanal 54 hier kürzer als in der Ausführung nach Fig. 2 ausgestaltet ist und im dem Trennkolben 22 abgekehrten End­ bereich des Ausgleichsraums 24 in diesen mündet. Ferner ist hier erfindungsgemäß der Anschluß 44 des Ringraumes 40 unabhängig von den anderen Anschlüssen 30, 32 im nach außen geführten Endbereich der Kolbenstange 12 angeordnet und über einen sich axial durch die Wandung der hohlen Kolben­ stange 12 erstreckenden Kanal 58 mit dem Ringraum 40 ver­ bunden. Dabei ist es wesentlich, daß der Kanal 58 im sich unmittelbar an den Kolben 6 anschließenden Bereich in den Ringraum 40 mündet. Hierdurch wird erfindungsgemäß vermie­ den, daß die Mündung des Kanals 58 bei der Kolben- bzw. Zylinderbewegung eine im Bereich des Innenringbundes 38 des Zylinders 4 zur Abdichtung gegen die Kolbenstange 12 ange­ ordnete Umfangsdichtung 60 "überfährt".

Bei der Ausführung nach Fig. 4 entsprechen die Anschlüsse 30, 32 und 44 hinsichtlich ihrer Lage der Ausführung nach Fig. 3. Hier ist allerdings der Ausgleichsraum 24 wieder auf der dem Kolben 6 zugekehrten Seite des Trennkolbens 22 angeordnet, weshalb sich der Kanal 54 ausgehend von dem Anschluß 32 in axialer Richtung bis in die Nähe des Kolbens 6 erstreckt und hier in den Ausgleichsraum 24 mündet. Auch hier ist erfindungsgemäß der Anschluß 44 des Ringraums 40 unabhängig von dem Anschluß 32, d.h. ohne interne Verbin­ dung mit diesem, angeordnet. Die Lage des Anschlusses 44 des Ringraums 40 und des diesem zugeordneten Kanals 58 entspricht der Ausführung nach Fig. 3.

In allen Ausführungsbeispielen besitzt die Kolbenzylinder­ einheit erfindungsgemäß einen in die Federkammer 26 mün­ denden Füll-Anschluß 62, der vorzugsweise im nach außen geführten Endbereich der Kolbenstange 12 angeordnet ist. Dieser Füll-Anschluß 62 mündet dabei über einen sich durch die Kolbenstange 12 erstreckenden Kanal 64 in die Feder­ kammer 26. In den Ausführungen nach Fig. 1, 2 und 4, bei denen die Federkammer 26 auf der dem Kolben 6 abgekehrten Seite des Trennkolbens 22 angeordnet ist, erstreckt sich der Kanal 64 des Füllanschlusses 62 lediglich durch das Befestigungselement 14 und mündet auf der dem Trennkolben 22 axial gegenüberliegenden Seite in die Federkammer 26, und zwar vorzugsweise im Bereich einer dem Trennkolben 22 gegenüberliegend angeordneten Vertiefung 66. Diese Vertie­ fung 66 gewährleistet auch im Endanschlag des Trennkolbens 22 noch ein Restvolumen des pneumatischen Mediums, so daß ein unzulässig hohes Ansteigen des Druckes vorteilhafter­ weise vermieden wird. Hierzu trägt auch eine vorzugsweise vorgesehene axiale Vertiefung 68 auf der der Federkammer 26 zugekehrten Seite des Trennkolbens 22 bei. In der Ausfüh­ rung nach Fig. 3, in der die Federkammer 26 auf der anderen Seite, d. h. auf der dem Kolben 6 zugekehrten Seite des Trennkolbens 22, angeordnet ist, erstreckt sich der Kanal 64, ausgehend von dem Füllanschluß 62, axial durch die Wan­ dung der Kolbenstange 12 bis in den dem Kolben 6 zugekehr­ ten Endbereich der Federkammer 26. Auch hier ist wiederum in der Federkammer 26 eine dem Trennkolben 22 gegenüberlie­ gende Vertiefung 66 sowie in dem Trennkolben 22 eine der Federkammer 26 zugekehrte Vertiefung 88 angeordnet.

Wie in allen Figuren dargestellt ist, besitzt die Kolben­ zylindereinheit 2 in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Meßeinrichtung 70 zum sensorischen Erfassen der jeweiligen relativen Hubstellung zwischen dem Zylinder 4 und dem Kolben 6. Diese Meßeinrichtung 70 besitzt vor­ zugsweise eine den Übergangsbereich zwischen dem Zylinder 4 und der Kolbenstange 12 mit geringem Umfangsspiel umschlie­ ßende, hülsenartige Umhüllung 72, an der mindestens ein Meßsensor 74, d. h. ein sog. Weggeber, angeordnet ist. Die Umhüllung 72 bildet dabei auch eine Schutzhülle gegen mechanische Einflüsse sowie gegen Verschmutzung des Über­ gangsbereichs zwischen dem Zylinder 4 und der Kolbenstange 12.

Vorzugsweise trägt die Umhüllung 72 - wie dargestellt - zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete Meß­ sensoren 74, und zwar einen oberen Meßsensor 74a und einen gegen diesen in Richtung des geschlossenen Endes des Zylin­ ders 4 versetzten, unteren Meßsensor 74b. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Umhüllung 72 einendig am freien Ende der Kolbenstange 12 befestigt ist und sich mit ihrem ande­ ren, durchmessererweiterten Bereich frei axial und konzen­ trisch über den Zylinder 4 erstreckt. Diese Meßeinrichtung 70 wirkt erfindungsgemäß mit einer Niveau-Regeleinrichtung derart zusammen, daß eine automatische Niveaueinstellung möglich ist, d. h. Abweichungen von einem Soll-Niveau werden automatisch ausgeglichen.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist es vorteilhaft, wenn die Umhüllung 72 der Meßeinrichtung 70 im Bereich der Anschlüsse 30 und 32 bzw. 44 eine Ausnehmung 76 aufweist.

Im folgenden sollen nun noch vorteilhafte Ausführungsformen von externen Hydraulik-Beschaltungen, d. h. für die externen Verbindungen der Anschlüsse 30, 32, 44, erläutert werden.

Gemäß Fig. 1 und 2 liegt in den die Anschlüsse 30 und 32 (sowie 44), d. h. die Zylinderkammer 10 und den Ausgleichs­ raum 24 (sowie den Ringraum 40) verbindenden Verbindungs­ leitungen 34 und 36 ein vorzugsweise lastabhängig einstell­ bares Dämpfungsventil 80, welches hierzu ein hydraulisches Verstellglied 82 aufweist, das über ein Schaltventil 84 mit dem innerhalb des Ausgleichsraums 24 herrschenden Druck beaufschlagbar ist, wobei dieser Druck gleich dem lastab­ hängigen Druck innerhalb der Federkammer 26 ist. Die Ver­ stellung des Dämpfungsventils 80 erfolgt dabei erfindungs­ gemäß derart, daß der Durchströmwiderstand, d. h. die Dros­ selwirkung, bei hohem Druck (hoher Belastung) hoch und bei geringem Druck kleiner ist. In der Verbindung der An­ schlüsse 30 und 32 liegt weiterhin vorzugsweise ein Sperr­ ventil 86 zum Sperren der Verbindung, wodurch die Kolben­ zylindereinheit 2 erfindungsgemäß hydraulisch blockiert werden kann. Es ist ferner vorteilhaft, wenn insbesondere an dem Anschluß 30 der Zylinderkammer 10 eine Nivellier­ ventil-Anordnung 90 angeschlossen ist, die in den darge­ stellten Beispielen aus zwei Schaltventilen, und zwar einem Hebeventil 92 und einem Absenkventil 94 besteht, die beide ausgangsseitig mit dem Anschluß 30 verbunden sind. Dabei ist das Hebeventil 92 eingangsseitig mit einer Druckleitung P und das Absenkventil 94 eingangsseitig mit einer Tank- Rücklaufleitung T eines Hydrauliksystems, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, verbunden.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenzylindereinheit 2 in Verbindung mit der beschriebenen externen Beschaltung gemäß den Fig. 1 und 2 ist nun wie folgt. Der durch das kompressible Medium in der Federkammer 26 erzeugte Druck steht auch in dem Ausgleichsraum 24 sowie auch in dem Ring­ raum 40 und der Zylinderkammer 10 an. Die Tragkraft der Kolbenzylindereinheit 2 ist dabei Gasdruck mal wirksam beaufschlagte Fläche des Kolbens 6, wobei diese Fläche der Differenz aus der der Zylinderkammer 10 zugekehrten Kolben­ fläche minus der gegenüberliegenden Ringfläche 42 ist.

Wird die Kolbenzylindereinheit 2 zusammengeschoben, so wird das Hydraulikmedium aus der Zylinderkammer 10 verdrängt und strömt über den Anschluß 30, die externe Hydraulikbeschal­ tung mit dem Dämpfungsventil 80 und den Anschluß 32 einer­ seits in den Ausgleichsraum 24 und andererseits auch in den Ringraum 40, dessen Volumen sich ja vergrößert. Durch das in den Ausgleichsraum 24 strömende Medium wird der Trenn­ kolben 22 in Richtung der Federkammer 26 verschoben, wo­ durch der Druck ansteigt. Bei Entlastung der Kolbenzylin­ dereinheit 2 sorgt dieser erhöhte Druck über den Trenn­ kolben 22 dafür, daß Hydraulikmedium aus dem Ausgleichsraum 24 zurück in die Zylinderkammer 10 verdrängt wird, so daß die Kolbenzylindereinheit 2 wieder auseinanderfährt, wobei auch aus dem Ringraum 40 ein entsprechendes Hydraulikvolu­ men zurück in die Zylinderkammer 10 strömt.

Zum Blockieren wird das Sperrventil 86 so geschaltet, daß der Durchfluß gesperrt ist. Da nunmehr keine hydraulische Verbindung zwischen der Zylinderkammer 10 und dem Aus­ gleichsraum 24 sowie dem Ringraum 40 mehr besteht, kann die Kolbenzylindereinheit 2 nicht mehr bewegt werden.

Im blockierten Zustand kann die Kolbenzylindereinheit 2 je­ doch vorteilhafterweise auseinander- bzw. zusammengefahren werden. Zum Anheben wird das Hebeventil 92 so geschaltet, daß Hydraulikmedium aus der Druckleitung P über die Verbin­ dungsleitung 34 und den Anschluß 30 in die Zylinderkammer 10 strömt. Da sich hierdurch das Volumen des Ringraumes 40 verkleinert, strömt eine entsprechende Menge des Hydraulik­ mediums aus dem Ringraum 40 in den Ausgleichsraum 24, wo­ durch der Trennkolben 22 in Richtung der Federkammer 26 verschoben wird, deren Druck hierdurch ansteigt. Der Vor­ teil ist, daß durch diesen ansteigenden Druck auch die Tragkraft der Kolbenzylindereinheit 2 ansteigt. Zum Zusam­ menfahren im blockierten Zustand wird das Hebeventil 92 in Sperrstellung und das Absenkventil 94 in Durchlaßstellung geschaltet, so daß Hydraulikmedium aus der Zylinderkammer 10 über den Anschluß 30, die Verbindungsleitung 34 und das Absenkventil 94 zur Rücklaufleitung T abfließen kann. Dabei wird dieses Absenken einerseits durch die Belastung der Kolbenzylindereinheit 2 sowie andererseits auch durch den Druck innerhalb der Federkammer 26 bewirkt, wobei dieser Druck den Trennkolben 22 in Richtung des Ausgleichsraums 24 verschiebt und Hydraulikmedium in den Ringraum 40 ver­ drängt, so daß sich dessen Volumen vergrößert. Dabei wird zwar der Druck innerhalb der Federkammer 26 geringer, je­ doch ist hier das kompressible Medium erfindungsgemäß unter einem derartigen Vorspanndruck angeordnet, daß dieser Druck ausreicht, um die Kolbenzylindereinheit 2 ganz zusammenzu­ fahren.

Weiterhin ist erfindungsgemäß auch während des Betriebes, d.h. mit durchgeschaltetem Sperrventil 86, eine dynamische Nivellierung möglich. Ist die Kolbenzylindereinheit 2 zu weit zusammengefahren, so erzeugen beide Meßsensoren 74 ein Signal, wobei die Meßgröße für die Meßsensoren 74 die Außenmantelfläche des Zylinders 4 ist. In diesem Zustand wird über eine Steuerung das Hebeventil 92 elektromagne­ tisch geschaltet, so daß Hydraulikmedium aus der Drucklei­ tung P über die Verbindungsleitung 34 und den Anschluß 30 in die Zylinderkammer 10 strömen kann. Hierdurch ver­ schiebt sich im dargestellten Beispiel der Zylinder 4 ge­ genüber der Kolbenstange 12 nach unten. Das aus dem Ring­ raum 40 verdrängte Hydraulikmedium fließt hierbei nicht in den Ausgleichsraum 24, sondern vielmehr über den Anschluß 32, die Verbindungsleitung 36, das externe Dämpfungsventil 80, das Sperrventil 86, die Verbindungsleitung 34 und den Anschluß 30 ebenfalls in die Zylinderkammer 10. Dies be­ deutet, daß sich der Trennkolben 22 nicht bewegt, da sich ja auch die Belastung der Kolbenzylindereinheit 2 nicht ändert. Sobald der obere Meßsensor 74a oberhalb des oberen Endes des Zylinders 4 steht, erzeugt dieser kein Signal mehr, wodurch das Hebeventil 92 in seine Sperrstellung geschaltet wird. Ist anderenfalls die Kolbenzylinderein­ heit 2 zu weit auseinandergefahren, so erzeugen beide Meß­ sensoren 74 kein Signal, da sie außerhalb bzw. oberhalb des Bereichs des Zylinders 4 stehen. Hierdurch wird nun durch die Steuerung das Absenkventil 94 elektromagnetisch ge­ schaltet, so daß die Zylinderkammer 10 mit der Rücklauflei­ tung T verbunden ist. Das Hydraulikmedium kann hierdurch aus der Zylinderkammer 10 zum Teil in die Rücklaufleitung T und zum Teil in den Ringraum 40 fließen. Aus dem Ringraum 40 und dem Ausgleichsraum 24 kann kein Hydraulikmedium zur Rücklaufleitung T abfließen, da erfindungsgemäß das externe Dämpfungsventil 80 in seiner Strömungsrichtung von der Zylinderkammer 10 über den Anschluß 30 zu dem Anschluß 32 einen geringeren Strömungswiderstand als in umgekehrter Richtung aufweist. Dieser richtungsabhängige Strömungswi­ derstand des Dämpfungsventils 80 ist somit für die Funktion der Nivellierung besonders vorteilhaft. Sobald die Kolben­ zylindereinheit 2 soweit zusammengefahren ist, daß der un­ tere Meßsensor 74b in den Bereich des Zylinders 4 gelangt, erzeugt dieser ein Signal, durch welches das Absenkventil 94 geschlossen wird. Zum Zwecke einer konstanten Niveaula­ ge sind die Meßsensoren 74 erfindungsgemäß ortsfest an der Umhüllung 72 gehaltert. Soll die Niveaulage veränderbar sein, so ist es vorteilhaft, die Meßsensoren 74 in axialer Richtung verschiebbar an der Umhüllung 72 zu haltern.

Zur lastabhängigen Dämpfungseinstellung wird der lastabhän­ gige Druck innerhalb der Kolbenzylindereinheit 2 kurzzeitig über das Schaltventil 84 auf das Verstellglied 82 des Dämpfungsventils 80 geschaltet.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 handelt es sich bei den Ver­ bindungsleitungen 34, 36 aufgrund der Anordnung der An­ schlüsse 30, 32 bzw. 44 an dem sich bewegenden Zylinder 4 um flexible Leitungen. Im Gegensatz hierzu können bei der Ausführung nach Fig. 2, aufgrund der Anordnung der An­ schlüsse 30, 32 bzw. 44 an der ortsfest beispielsweise an einem Fahrzeugrahmen befestigten Kolbenstange 12, starre Leitungen verwendet werden, d. h. die hydraulische Beschal­ tung mit allen vorgesehenen Ventilen kann fest mit der Kolbenstange 12 verbunden oder starr an einem Fahrzeug­ rahmen befestigt sein.

Die Wirkungsweise der Kolbenzylindereinheit 2 nach Fig. 3 ist grundsätzlich die gleiche wie sie schon unter Bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Unterschiedlich hierzu ist aber insbesondere, daß hier die Federkammer 26 unten, d.h. auf der dem Kolben 6 zugekehrten Seite des Trennkolbens 22, angeordnet ist. Ferner besitzt hier der Ringraum 40 den separaten Anschluß 44, der über die Leitungsverbindung 46 mit der Ausgangsseite der Nivellierventil-Anordnung 90 verbunden ist. Hierdurch ist in diesem Fall der Ringraum 40 mit dem Ausgleichsraum 24 ebenfalls extern verbunden, und zwar über den Anschluß 44, die Leitungsverbindung 48, das Dämpfungsventil 80, die Verbindungsleitung 36 und den Anschluß 32. Weiterhin ist hier erfindungsgemäß in der Verbindungsleitung 36 in Reihe zu dem Dämpfungsventil 80 ein weiteres Sperrventil 96 geschaltet. Mit Hilfe dieses zusätzlichen Sperrventils 96 kann vorteilhafterweise der Ausgleichsraum 24 gegen den "Kreislauf" zwischen der Zylin­ derkammer 10 und dem Ringraum 40 abgesperrt werden. Der Vorteil dieser Ausführung ist, daß hierdurch praktisch die Federwirkung der Federkammer 26 blockiert werden kann, wo­ bei dennoch die Kolbenzylindereinheit 2 auseinander- bzw. zusammengefahren werden kann, ohne daß der pneumatische Druck innerhalb der Federkammer 26 beeinflußt würde. Dies ist beispielsweise bei der Anwendung in Kranfahrzeugen und dergleichen von Vorteil. Soll beispielsweise ein Kranfahr­ zeug mit einer angehängten Last eine gewisse Strecke ver­ fahren werden, so könnte hierdurch die Federung dieses Fahrzeuges in Schwingungen versetzt werden. Wird erfin­ dungsgemäß über das Sperrventil 96 die Federung "ausge­ schaltet", so sind dennoch Bewegungen der Kolbenzylinder­ einheit 2 über die Nivellierventil-Anordnung 90 möglich. Daher kann die Niveaulage des Fahrzeuges mit angehängter Last verändert werden. Nach Absetzen der Last kann dann das Sperrventil 96 wieder in seine Durchflußstellung ge­ schaltet werden, so daß das Fahrzeug seine ursprüngliche Federung zurückerhält, ohne daß eine erneute Nivellierung erforderlich wäre.

Die in Fig. 4 dargestellte Kolbenzylindereinheit 2 ent­ spricht in ihrer Wirkungsweise derjenigen in Fig. 3. Aller­ dings ist hier wiederum - wie in den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 - die pneumatische Federkammer 26 auf der dem Kolben 6 abgekehrten Seite des Trennkolbens 22 angeordnet. Der Vorteil hiervon ist, daß der die Federkammer 26 mit ihrem Füllanschluß 62 verbindende Kanal 64 kürzer und damit kostengünstiger herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil einer "oben" angeordneten pneumatischen Federkammer 26 ist, daß bei einem eventuellen Gasaustritt aus der Federkammer 26, beispielsweise wenn die Umfangsdichtung 28 des Trenn­ kolbens 22 defekt sein sollte, das Gas nicht ohne weiteres über den Ausgleichsraum 24 auch in die übrigen Zylinder­ räume (Ringraum 40, Zylinderkammer 10) gelangen kann. Könnte nämlich Gas beispielsweise auch in die Zylinderkam­ mer 10 gelangen, so wäre beim Blockieren neben der norma­ len, sehr geringen Kompression des Hydraulikmediums auch noch eine höhere Gaskompression vorhanden. Dies wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit obenliegender pneu­ matischer Federkammer 26 vorteilhafterweise vermieden.

Aufgrund der beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausgestaltung eignet sich die erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit 2 insbesondere für die Anwendung als "Federbein" in Kraft­ fahrzeugen.

Die Erfindung ist dabei jedoch nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen.

Claims (16)

1. Kolbenzylindereinheit, insbesondere zur Verwendung als Stoß- und Schwingungsdämpfer, bestehend aus einem Zylinder und einem darin axialbeweglichen Kolben, wo­ bei der Kolben innerhalb des Zylinders eine volumen­ veränderliche, mit einem Hydraulikmedium gefüllte Zylinderkammer abteilt und mit einer hohlen, abge­ dichtet aus dem Zylinder geführten Kolbenstange ver­ bunden ist, und wobei innerhalb der hohlen Kolben­ stange ein Trennkolben schwimmend geführt ist, der einen Ausgleichsraum für zumindest einen Teil des von dem Kolben aus der Zylinderkammer verdrängten Hydrau­ likmediums von einer mit einem kompressiblen Medium, insbesondere Gas, gefüllten Federkammer trennt, gekennzeichnet durch jeweils mindestens einen in die Zylinderkammer (10) und den Ausgleichsraum (24) mündenden Anschluß (30, 32) für externe Verbindungsleitungen (34, 36).

2. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Zylinderkammer (10) mündende Anschluß (30) im der Kolbenstange (12) abgekehrten Endbereich des Zylinders (4) vorzugsweise sich radial durch die Zylinderwandung erstreckend angeordnet ist.

3. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Zylinderkammer (10) mündende Anschluß (30) im nach außen geführten Endbereich der Kolbenstange (12) angeordnet und über einen sich axial durch die Kolbenstange (12) sowie durch den Kolben (6) er­ streckenden Kanal (52) in die Zylinderkammer (10) mündet.

4. Kolbenzylindereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (24) auf der dem Kolben (6) abge­ kehrten Seite des Trennkolbens (22) angeordnet ist.

5. Kolbenzylindereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (24) auf der dem Kolben (6) zuge­ kehrten Seite des Trennkolbens (22) angeordnet ist.

6. Kolbenzylindereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Ausgleichsraum (24) mündende Anschluß (32) im nach außen geführten Endbereich der Kolbenstange (12) angeordnet ist und über einen sich durch die Kolbenstange (12) erstreckenden Kanal (54) in den Ausgleichsraum (24) mündet.

7. Kolbenzylindereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Ausgleichsraum (24) mündende Anschluß (32) im der Kolbenstange (12) abgekehrten Endbereich des Zylinders (4), insbesondere im Bereich der Zylinder­ wandung, angeordnet ist.

8. Kolbenzylindereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (12) einen geringeren Außendurch­ messer aufweist als der Kolben (6) und am offenen Ende des Zylinders (4) ein dieser Durchmesserdifferenz entsprechender Innenringbund (38) angeordnet ist, so daß zwischen der Kolbenstange (12) und dem Zylinder (4) ein in axialer Richtung von dem Kolben (6) und dem Innenringbund (38) begrenzter Ringraum (40) gebildet ist, in den vorzugsweise ein Anschluß (44) für eine externe Leitungsverbindung (6) mündet.

9. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (44) des Ringraumes (40) intern auch mit dem Ausgleichsraum (24) verbunden ist und insbesondere mit dessen Anschluß (32) identisch ist.

10. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (44) des Ringraumes (40) unabhängig von den anderen Anschlüssen (30, 32) insbesondere im nach außen geführten Endbereich der Kolbenstange (12) ange­ ordnet ist und über einen sich durch die Kolbenstange (12) erstreckenden Kanal (58) in den Ringraum (40) mündet.

11. Kolbenzylindereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen in die Federkammer (26) mündenden Füll-Anschluß (62), der insbesondere im nach außen geführten Endbereich der Kolbenstange (12) angeordnet ist und über einen sich durch die Kolbenstange (12) erstreckenden Kanal (64) in die Federkammer (26) mündet.

12. Kolbenzylindereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (22) auf seiner der Federkammer (26) zugekehrten Seite eine axiale Vertiefung (68) auf­ weist.

13. Kolbenzylindereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Meßein­ richtung (70) zum sensorischen Erfassen der jeweiligen relativen Stellung zwischen Zylinder (4) und Kolben (6).

14. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (70) aus einer den Übergangsbereich zwischen dem Zylinder (4) und der Kolbenstange (12) mit geringem Umfangsspiel umschließenden Umhüllung (72) besteht, an der mindestens ein mit einer Niveau­ regeleinrichtung zusammenwirkender Meßsensor (74) ortsfest oder in axialer Richtung verschiebbar gehal­ tert ist.

15. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (72) einendig am freien Ende der Kolben­ stange (12) befestigt ist und sich anderendig frei axial über den Zylinder (4) erstreckt.

16. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (72) zwei in axialer Richtung voneinan­ der beabstandete Meßsensoren (74a, 74b) trägt.