Hydrop-Element

Die Erfindung betrifft ein Hydrop-Element für Fahrzeuge, insbesondere Kettenfahrzeuge, mit einem Gehäuse, welches eine hydraulische Dämpfungseinrichtung und eine mit der Dämpfungseinrichtung über einen von einer Ruheposition in eine„voll eingefederte" Position verschiebbaren ersten Trennkolben in Wirkverbindung stehende Gasfeder enthält.

Hydropneumatische Feder-Dämpferelemente, die üblicherweise kurz als Hydrop- Elemente bezeichnet werden, sind aus der DE 10 2008 026 680 A1 bekannt. Sie dienen beispielsweise zur Schwingungsdämpfung schwerer Geländefahrzeuge (etwa von Kettenfahrzeugen) und bestehen im Wesentlichen aus einem als Feder wirkenden Gasvolumen und einem mit dem Gasvolumen zusammenwirkenden Öldämpfer. Hierzu kann in einem gemeinsamen zylinderförmigen Gehäuse ein Trennkolben vorgesehen sein, welcher das Gasvolumen von dem ölgefüllten Hydraulikvolumen trennt, sodass eine von der Position des Trennkolbens abhängige Federwirkung der Gasfüllung erfolgt. In dem Hydraulikvolumen befindet sich ein mit einer Kolbenstange verbundener lasttragender Kolben, welcher üblicherweise Drosselbohrungen enthält, sodass beim Fahren des entsprechenden Fahrzeuges über Unebenheiten das durch den Kolben komprimierte Öl durch die Drosselbohrungen in einen Niederdruckbereich des Hydraulikvolumens gepreßt wird und sich eine geschwindigkeitsabhängige Dämpfungskraft ergibt.

Insbesondere bei der Verwendung von Hydrop-Elementen in militärischen Gleiskettenfahrzeugen entsteht durch die hochfrequenten Bewegungen relativ viel Wärme in diesen Dämpferelementen. Die dabei entstehende Erhöhung der Gastemperatur führt zu einer Änderung der Druck- und Kraftverhältnisse der Gasfeder und damit zu einer Änderung der statischen Lage (Gleichgewichtslage von Radlast und Hydrop-Element) der Kolbenstange des Fahrzeuges. Dieses hat dann unter anderem eine unerwünschte Erhöhung der Kettenspannung und gegebenenfalls Änderungen der statischen Lage (Fahrzeughöhe) zur Folge. Zur Temperaturkompensation der in den Dämpferelementen entstehenden Wärme wird in der vorstehend erwähnten DE 10 2008 026 680 A1 daher vorgeschlagen, das sich erwärmende Hydrauliköl mittels entsprechender Kühlelemente zu kühlen.

Die DE 10 2008 025 482 A1 offenbart eine bewegungsabhängige Dämpfung mittels eingestellter Tothübe bzw. dem Aussetzen der Dämpfung. Beim Einfedern entsteht dabei ein Staudruck vor der Blende eines Dämpfungskolbens, sodass die Dämpfung ausgesetzt wird. Ist der Federweg größer als der eingestellte Tothub, verfährt der Dämpfungskolben gegen einen festen Anschlag, sodass das zu verdrängende Ölvolumen ausschließlich durch die Drosselblender gepresst werden muss und damit die Dämpfung erzeugt.

Bei bekannten Dämpfern, beispielsweise der Firma Hemscheidt Fahrwerktechnik GmbH und Co., werden zur Temperaturkompensation der Federkennlinie zwei voneinander getrennte Gasvolumen (Primär- und Sekundärgasvolumen) verwendet, um damit die Kompensation innerhalb des Dämpfers passiv zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydrop-Element der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem eine einfache Temperaturkompensation möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, das Hydrop-Element derart mechanisch aufzubauen, dass sich eine Temperaturkompensation durch die Verwendung einer stufenförmigen Gasfederkennlinie ergibt, wobei das Hydrop-Element derart ausgelegt ist, dass die entsprechende Kraftstufe beim Erreichen der statischen Lage der Kolbenstange auftritt. Dazu werden in einem bekannten Hydrop-Element ein Stufenkolben und ein Zylinder, ein Sekundärdrosselventil sowie eine Hochdruckgasleitung eingebunden, diese also zusätzlich in dieses integriert.

Das Hydrop-Element umfasst nunmehr einen Hydraulikzylinder als hydraulische Dämpfungseinrichtung mit einem lasttragenden Kolben, der mit einer hohlen Kolbenstange verbunden ist, wobei die mit Öl gefüllte Kolbenstange in einem zylinderförmigen ersten Gehäuseteil, von einer voll ausgefederten über eine statische in eine voll eingefederte Position axial verschiebbar angeordnet ist. Das erste Gehäuseteil enthält dabei den am bodenseitigen Ende befestigten und sich koaxial in das erste Gehäuseteil erstreckenden Zusatzzylinder, wobei sich zwischen der inneren Oberfläche des ersten Gehäuseteiles und der äußeren Oberfläche des Zusatzzylinders ein Ringraum ergibt, entlang dessen die Kolbenstange verschiebbar ist, derart, dass zwischen Kolbenstange und äußerer Oberfläche des Zusatzzylinders ein Ölkanal verbleibt. In dem Zusatzzylinder ist ein axial von einer Ausgangs- in eine Endposition verschiebbarer zweiter Trennkolben angeordnet, welcher einen mit Gas gefüllten ersten Teilraum des Innenzylinders von einem mit der hydraulischen Flüssigkeit gefüllten zweiten Teilraum des Zusatzzylinders trennt, wobei der zweite Teilraum über ein erstes Drosselventil mit dem Innenraum der Kolbenstange verbunden ist.

Die pneumatische Gasfeder umfasst ein den ersten Trennkolben enthaltendes zweites zylinderförmiges Gehäuseteil, das durch den ersten Trennkolben in einen bodenseitigen dritten Teilraum und einen axial davor befindlichen vierten Teilraum getrennt wird, wobei der dritte Teilraum über ein zweites Drosselventil und eine erste Rohrleitung mit dem Ringraum des ersten Gehäuseteils und der vierte Teilraum über eine zweite Rohrleitung mit dem ersten Teilraum des Zusatzzylinders verbunden sind.

Das erste Drosselventil, die Abmessungen des zweiten Trennkolbens und der Zusatzzylinder sowie der Gasdruck in dem zweiten Gehäuseteil sind derart gewählt, dass bei einer Verschiebung der Kolbenstange von seiner voll ausgefederten Position in seine statische Lage der zweite Trennkolben von seiner Ausgangsposition in seine Endposition verschoben wird, ohne dass dabei eine Verschiebung des ersten Trennkolbens aus seiner Ruheposition heraus erfolgt und dass eine weitere Verschiebung der Kolbenstange nach Erreichen der statischen Lage erst möglich ist, wenn der erste Trennkolben - aufgrund der Vorspannung des Gases der Gasfeder - nach Erreichen des Maximalwertes eines vorgegebenen sprunghaften Kraftverlaufes aus seiner Ruheposition heraus verschiebbar ist.

Vorzugsweise ist in dem Zusatzzylinder ein sich von dem bodenseitigen Ende des Zusatzzylinders koaxial in einen Teilbereich des Innenraumes erstreckender Innenzylinder angeordnet, welcher bodenseitig mit der zweiten Rohrleitung verbunden ist. Außerdem handelt es sich bei dem zweiten Trennkolben um einen Stufenkolben, welcher mit seinem vorderen schmaleren Kolbenteil durch die Seitenwände des Innenzylinders und mit seinem heckseitigen breiteren Kolbenteil durch die Seitenwände des vor dem Innenzylinder befindlichen Zusatzzylinderbereiches geführt wird. Aufgrund der Kraftübersetzung am Stufenkolben wird auf einfache Weise sichergestellt, dass der Trennkolben bis zum Erreichen der statischen Lage der Kolbenstange noch nicht verschoben wird.

Um einen möglichst platzsparenden Aufbau des Hydrop-Elementes zu erhalten, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das erste und das zweite zylinderförmige Gehäuseteil parallel zueinander angeordnet, wobei in einem die beiden Gehäuseteile verbindenden dritten Gehäuseteil die ersten und zweiten Rohrleitungen integriert sind.

Mit der vorstehenden Variante wird eine robuste Temperaturkompensation ohne Einsatz von Sensorik und zusätzlichen Baugruppen für hydropneumatischen Federungs- und Dämpfungselemente unter der Verwendung von nur einem Gaskolben realisiert. Speziell dieses Konzept eines Hydrops mit Stufenkolben und nur einem Gasvolumen realisiert eine einfachere Konstruktion. Die Hydrops mit Stufenkolben und zwei Gasvolumen sind technisch deutlich aufwändiger.

Bezüglich der Betriebssicherheit ergeben sich die Vorteile, dass Gasverlust von außen erkennbar ist, wobei eine Fehlbedienung bei der Gasbefüllung sich nur auf die Befüllung eines Gasvolument beschränkt, da nur eine Gasfeder befüllt werden muss. Diese Befüllung kann dabei über eine zentrale Befüllschnittstelle am Fahrzeug erfolgen kann. Dafür müssen dann die Hydrops nicht mehr ausgebaut bzw. vollständig entlastet werden. Ein besserer Zugang der Befüllanschlüsse ist gewährleistet. Zudem ist eine Optimierung der Ausfederkennlinie möglich, es kann ein höherer Temperaturbereich abgedeckt werden. Die Hauptkolbenstangenführung kann des Weiteren einstufig ausgeführt werden, eine Teleskopierbarkeit ist nicht mehr Bedingung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hydrop-Elementes, bei dem die Kolbenstange sich in ihrer„voll ausgefederten" Position befindet;

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Hydrop-Element, bei dem sich die Kolbenstange in ihrer statischen Lage befindet; Fig. 3 das in Fig. 1 dargestellte Hydrop-Element, bei dem sich die Kolbenstange in ihrer „voll eingefederten" Position befindet;

Fig. 4 Diagramme, welche die Federkennlinie des erfindungsgemäßen Hydrop- Elementes zeigen.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Hydrop-Element beispielsweise für ein nicht dargestelltes Kettenfahrzeug bezeichnet. Das Hydrop-Element 1 umfasst ein Gehäuse 2 für eine hydraulische Dämpfungseinrichtung - einem Hydraulikzylinder 3 - und für eine mit der Dämpfungseinrichtung 3 über einen ersten Trennkolben 4 in Wirkverbindung stehende (beispielsweise pneumatische) Gasfeder 5.

Die hydraulische Dämpfungseinrichtung 3 umfasst ihrerseits einen lasttragenden Kolben 6, der mit einer hohlen Kolbenstange 7 verbunden ist. Die mit einer hydraulischen Flüssigkeit (Öl) gefüllte Kolbenstange 7 ist in einem zylinderförmigen ersten Gehäuseteil 8 von einer„voll ausgefederten" über eine statische Lage in eine„voll eingefederten" Position axial verschiebbar angeordnet.

Das erste Gehäuseteil 8 enthält außerdem einen am bodenseitigen Ende befestigten und sich koaxial in das erste Gehäuseteil 8 erstreckenden Zusatzzylinder 9, wobei sich zwischen der inneren Oberfläche 10 des ersten Gehäuseteiles 8 und der äußeren Oberfläche 11 des Zusatzzylinders 9 ein Ringraum 12 ergibt, entlang dessen die Kolbenstange 7 verschiebbar ist, und zwar derart, dass zwischen Kolbenstange 7 und äußerer Oberfläche 11 des Zusatzzylinders 9 ein Ölkanal 13 verbleibt.

In dem Zusatzzylinder 9 ist ein sich von dem bodenseitigen Ende koaxial in einen Teilbereich des Innenraumes erstreckender Innenzylinder 14 angeordnet. Außerdem ist in dem Zusatzzylinder 9 ein als Stufenkolben 15 ausgebildeter zweiter Trennkolben axial von einer Ausgangs- in eine Endposition verschiebbar angeordnet. Der Stufenkolben 15 wird mit seinem vorderen schmaleren Kolbenteil 16 durch die Seitenwände des Innenzylinders 14 und mit seinem heckseitigen breiteren Kolbenteil 17 durch die Seitenwände des vor dem Innenzylinder 14 befindlichen Zusatzzylinderbereiches geführt und trennt daher den mit Gas gefüllten ersten Teilraum 18 des Innenzylinders 14 von einem mit der hydraulischen Flüssigkeit gefüllten zweiten Teilraum 19 des Zusatzzylinders 9. Der zweite Teilraum 19 ist über ein erstes Drosselventil 20 mit dem Innenraum 21 das Öl enthaltenden hohlen Kolbenstange 7 verbunden.

Die Gasfeder 5 umfasst ein den ersten Trennkolben 4 enthaltendes zylinderförmiges zweites Gehäuseteil 22, das über ein drittes Gehäuseteil 23 mit dem ersten Gehäuseteil 8 verbunden und parallel zu diesem angeordnet ist.

Das zweite Gehäuseteil 22 ist durch den ersten Trennkolben 4 in einen Öl enthaltenden, bodenseitigen dritten Teilraum 24 und einen axial davor befindlichen, Gas enthaltenden vierten Teilraum 25 getrennt. Dabei sind der dritte Teilraum 24 über ein zweites Drosselventil 26 und eine im dritten Gehäuseteil 23 verlaufende erste Rohrleitung 27 mit dem Ringraum 12 des ersten Gehäuseteiles 8 und der vierte Teilraum 25 über eine ebenfalls im dritten Gehäuseteil 23 verlaufende zweite Rohrleitung 28 mit dem ersten Teilraum 18 verbunden.

Das erste Drosselventil 20, die Abmessungen des Stufenkolbens 15 und des Zusatzzylinders 9 sowie der Gasdruck in dem zweiten Gehäuseteil 22 sind derart gewählt, dass bei einer Verschiebung der Kolbenstange 7 von ihrer„voll ausgefederten" Position in ihre statische Lage (Fig. 2) der Stufenkolben 15 von seiner Ausgangsposition in seine Endposition verschoben wird, ohne dass dabei eine Verschiebung des ersten Trennkolbens 4 aus seiner Ruheposition heraus erfolgt.

Nachfolgend wird, ausgehend von Fig. 1 , der Bewegungsablauf des erfindungsgemäßen Hydrop-Elementes näher beschrieben. Dabei ist die Kolbenstange 7„voll ausgefedert", der Stufenkolben 15 befindet sich in seiner Ausgangsposition und der erste Trennkolben 4 befindet sich in seiner Ruheposition, bei welcher er sich an einem mechanischen Anschlag auf seiner die hydraulische Flüssigkeit (Öl) begrenzenden Seite befindet. Außerdem sind das Gas entsprechend der statischen Radlast vorgespannt und die hydraulische Flüssigkeit enthaltende Teilräume sind vollständig mit Öl befüllt (blasenfrei).

Die Kolbenstange 7 fährt anschließend von der Position„voll ausgefedert" (Fig. 1) in ihre in Fig. 2 dargestellten statische Lage (Gleichgewichtszustand von Radlast und Hydrop- Element). Das entsprechend dem Kolbenstangenquerschnitt und dem Kolbenhub dabei zu verdrängende Ölvolumen verschiebt den Stufenkolben 15 axial von seiner Ausgangsposition in seine Endposition. Beide Ölvolumen sind dabei aufeinander abgestimmt. Der Stufenkolben 15 drückt das Gas aus dem ersten Teilraum 18 durch die Rohrleitung 28 in den vierten Teilraum 25 und komprimiert das bereits vorgespannte Gas entsprechend dem verdrängten Kompressionsvolumen. Aufgrund der Kraftübersetzung am Stufenkolben 15 wird sichergestellt, dass sich der erste Trennkolben 4 bis zum Erreichen der statischen Lage der Kolbenstange 7 noch nicht bewegt.

Fährt nun die Kolbenstange 7 von der statischen Lage in die Position„voll eingefedert" (Fig. 3) beispielsweise bei einer Geländefahrt des Fahrzeuges, so verschiebt sich der erste Trennkolben 4, sobald der Druck auf der Ölseite höher ist als auf der Gasseite. Dabei ist der Weg des Trennkolbens 4 durch das verdrängte Ölvolumen aus der Kolbenstange bestimmt, und der Kraftverlauf oberhalb der statischen Lage ist abhängig von der Vorspannung des Gasvolumens.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Hydrop-Elementes im Hinblick auf die Temperaturkompensation bei Einnahme seiner statischen Lage wird nachfolgend mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Federkennlinien näher erläutert. Dabei sind in dem Diagramm die auf den Kolben 6 ausgeübte Kraft in kN als Funktion der Verschiebung des Kolbens 6 in mm dargestellt.

Wie der mit I bezeichneten Federkennlinie des erfindungsgemäßen Hydrop-Elementes zu entnehmen ist, nimmt bei der Bewegung des Kolbens 6 und damit auch der Kolbenstange 7 von der„vollständig ausgefederten" Position (Fig. 1) in die statische Lage (Fig. 2) die Kraft aufgrund der Bewegung des Stufenkolbens 15 und der damit verbundenen zusätzlichen Kompression des Gases in dem Teilraum 25 zu. Aufgrund des hohen Druckes in dem Teilraum 25 erfolgt bei Erhöhung der Kraft auf den Kolben zunächst keine Verschiebung des ersten Trennkolbens 4. Erst nach Überschreiten einer Druckdifferenz von etwa 75 kN ist der Druck auf die von dem Öl beaufschlagten Seite des ersten Trennkolbens höher als auf der dem Gas zugewandten Seite, und der Kolben 6 sowie die Kolbenstange 7 lassen sich (bei gleichzeitiger Verschiebung des Trennkolbens 4) bis in ihre „voll eingefederte" Position verschieben.

Durch den sprunghaften Anstieg der Kraft im Bereich der statischen Lage der Kolbenstange 7 ergibt sich die gewünschte Temperaturkompensation. Denn nimmt die Temperatur des Gases in dem Teilraum 25 aufgrund der Erhöhung der Öltemperatur in dem Innenraum 21 der Kolbenstange 7 zu, so erhöht sich zwar der Gasdruck in dem Teilraum 25, doch wird dadurch lediglich der erste Trennkolben 4 in seiner Ruheposition gehalten.

Mit dem Bezugszeichen II ist in Fig.4 die Federkennlinie des aus der DE 10 2008 026 680 A1 bekannten Hydrop-Elementes dargestellt. Ein mit der Federkennlinie I vergleichbarer sprunghafter Kraftanstieg im Bereich der statischen Lage fehlt bei dieser Kennlinie.

Bezugszeichenliste

1 Hydrop-Element

2 Gehäuse

3 Dämpfungseinrichtung

4 erster Trennkolben

5 Gasfeder

6 Kolben

7 Kolbenstange

8 (erstes) Gehäuseteil

9 Zusatzzylinder

10 innere Oberfläche

1 1 äußere Oberfläche

12 Ringraum

13 Ölkanal

14 Innenzylinder

15 zweiter Trennkolben, Stufenkolben

16 schmales Kolbenteil

17 breites Kolbenteil

18 erster Teilraum (Innenzylinder)

19 zweiter Teilraum (Zusatzzylinder)

20 erstes Drosselventil

21 Innenraum

22 (zweites) Gehäuseteil

23 drittes Gehäuseteil

24 dritter Teilraum

25 vierter Teilraum

26 zweites Drosselventil

27 erste Rohrleitung

28 zweite Rohrleitung