Die Erfindung betrifft eine hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung, insbesondere zur Verwendung als Federbein in Fahrzeug-Federungssystemen, mit einem Zylindergehäuse und einem in dessen mit einem Hydrau- likfluid gefüllten Zylinderraum axial bewegbar geführten Kolben, der an einer Kolbenseite eine Kolbenstange aufweist, die aus einem Ende des Zylinderraums abgedichtet herausgeführt ist, wobei das Hydraulikfluid, das sich im Zylinderraum auf der Seite des von der Kolbenstange abgewandten Kolbenbodens befindet, in Wirkverbindung mit einem pneumatischen Federspeicher bringbar ist.

Achsfederungen mit durch hydropneumatische Kolbenzylinderanordnungen gebildeten Federbeinen sind bekannt und kommen häufig bei Nutzfahrzeugen zum Einsatz. Als diesbezüglichen Stand der Technik zeigt die DE 10 2009 035 570 A1 eine Kolbenzylinderanordnung der eingangs genannten Gattung. Für den Einsatz bei Achsfederungen ist die bekannte Kolbenzylinderanordnung insofern vorteilhaft, als die unmittelbare Wirkverbindung zwischen dem Druckfluid im Zylinderraum und dem Federspeicher die Möglichkeit eröffnet, diesen als Bestandteil in die Kolbenzylinderanordnung zu integrieren. Der Wegfall externer Speicher ermöglicht eine kompakte Bauweise, die den Einsatz bei Achsfederungen von Fahrzeugen, wo üblicherweise ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung steht, begünstigt. Der Federspeicher ist bei der erwähnten, bekannten Anordnung durch einen Membranspeicher gebildet, der ein Speichergehäuse aus einer ersten, halbkugelartig gestalteten Gehäuseschale und einer zweiten, ebenfalls halbkugelartig gestalteten Gehäuseschale zusammengesetzt ist, die miteinander verschweißt sind und von denen die zweite Gehäuseschale einen Abschlussdeckel des Zylindergehäuses bildet. Die Membran ist an der Innenwand der ersten Gehäuseschale festgelegt und ist an der dem Kolben zugewandten Seite mit dem Druck des Hydraulikfluids beaufschlagt, das über eine in der ersten Gehäuseschale gebildeten Öffnung vom Zylinderraum her auf die Membran einwirkt.

Die Herstellung der halbkugelförmigen Gehäuseschalen, der Schweißverbindung zwischen den Schalen sowie die Ausbildung einer Ringnut an der Innenseite der ersten Schale zur Festlegung der Membran mittels eines den Umfangswulst der Membran umschließenden, in der Ringnut aufgenom- menen Befestigungsringes erschwert wegen des erforderlichen Fertigungsaufwands die rationelle und kostengünstige Herstellung der bekannten Anordnung.

Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Kolbenzylinderanordnung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich, bei Beibehaltung der Vorteile der erwähnten bekannten Anordnung, durch eine besonders einfache, rationell und kostengünstig herstellbare Bauweise auszeichnet. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine hydropneumatische Kolbenzylinderanordnung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentli- che Besonderheit der Erfindung darin, dass der pneumatische Federspeicher ein Kolbenspeicher ist, der in dem Zylindergehäuse angeordnet ist. Im Ver- gleich zu dem Membranspeicher der bekannten Anordnung mit aus verschweißten Gehäuseschalen gebildetem Speichergehäuse und der Einrichtung zur Festlegung der Membran in der einen Gehäuseschale stellt der bei der Erfindung vorgesehene Kolbenspeicher eine wesentlich einfachere Bau- einheit dar, bestehend lediglich aus einem Freikolben, der im Speichergehäuse, das durch ein einfaches Zylinderrohr gebildet ist, geführt ist, und aus einem das Speichergehäuse an einem Ende abschließenden Bodenteil. Bei der geringen Anzahl erforderlicher und einfach und rationell herstellbarer Einzelteile gestaltet sich die Herstellung des Kolbenspeichers kostengünstig, so dass sich für die Gesamtanordnung geringe Herstellkosten ergeben.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist der Kolbenspeicher mit seinem Speichergehäuse außenumfangsseitig in dem Zylindergehäuse aufgenommen. Bei der Montage braucht der Kolbenspeicher daher lediglich von einem Ende des rohrförmigen Zylindergehäuses her in dieses eingesetzt zu werden. Der Einbau eines kompletten Kolbenspeichers ins jeweilige Zylindergehäuse eröffnet auch die vorteilhafte Möglichkeit, den Kolbenspeicher als Gleichteil für Zylindergehäuse unterschiedlicher Federbein länge zu fertigen. Dies bedeutet, dass nur ein einziger und relativ kleiner Speicher nach der Druckbehältervorschrift gefertigt und abgenommen werden muss, was eine Kostenersparnis ermöglicht.

Mit Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass zumindest in einer Ausgangslage der aus Kolben und Kolbenstange gebildeten Kolbenstangen- einheit, bei der diese sich in einer eingefahrenen Position im Zylindergehäuse befindet, der Kolben derselben in stirnseitiger Anlage mit dem Kolben des Kolbenspeichers ist. Dadurch ergibt sich bei voll eingefahrener Stellung der Kolbenstange eine minimale Gesamtbaulänge. Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen stützt sich der Kolbenspeicher mit einem Bodenteil mit einer Gasfülleinrichtung am einen unteren Gehäuse- deckel bildenden Boden des Zylindergehäuses ab. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, dass im Bereich der bodenseitigen Abstützung des Kolbenspeichers der Boden des Zylindergehäuses eine Ausnehmung aufweist, in der zumindest ein Teil der vorspringenden Gasfülleinrichtung für die Gasseite des Kolbenspeichers aufgenommen ist. Die Gasfülleinrichtung kann ein Füliventil üblicher Bauweise aufweisen.

Der Kolben des Kolbenspeichers kann innerhalb des Speichergehäuses in seiner Ausgangslage, die dem größten Volumen der Gasseite entspricht, mittels einer Festlegeeinrichtung, wie einem Sprengring, gehalten sein.

Für die Druckversorgung des Zylinderraums mit Hydraulikfluid kann der Zylinderraum an jedem Endbereich eine Fluidanschlussstelle aufweisen, über die das Druckniveau, wie bei Federbeinen üblich, derart einstellbar ist, dass die Kolbenstange bei der Betriebsbelastung beim jeweiligen Einsatz in gewünschtem Maße ausgefahren ist und ein Federweg zur Verfügung steht. Für die Fluidverbindung zwischen den an die eine Kolbenseite und die andere Kolbenseite angrenzenden Teilen des Zylinderraums sind die Fluidan- schlussstellen über eine Leitung miteinander verbunden, die eine Blenden- oder Drosseleinrichtung enthält, deren Auslegung die Federkennlinie und -dämpfung der Anordnung bestimmt.

Mit Vorteil kann die Anordnung derart getroffen sein, dass eine der Anschlussstellen in einem einen Teil des Zylinderraums bildenden Fluidraum einmündet, der in der Ausgangslage von den beiden einander benachbart gegenüberliegenden Kolben freigelassen ist. Auch bei voll eingefahrener Kolbenstangeneinheit hat dadurch der an den Kolben des Kolbenspeichers angrenzende Teil des Zylinderraums ein Restvolumen.

Zu diesem Zweck kann die Anordnung so getroffen sein, dass bei der eingefahrenen Ausgangslage der Kolben der Kolbenstangeneinheit am Kolben des Kolbenspeichers mit einer Fläche zur Anlage kommt, die kleiner ist als die stirnseitige Fläche des Kolbens des Kolbenspeichers.

Mit Vorteil kann die Stange der Kolbenstangeneinheit in Richtung der ande- ren Anschlussstelle im Zylindergehäuse gestuft ausgebildet sein. Dadurch hat auch der an diese Anschlussstelle angrenzende Teil des Zylinderraums bei der voll ausgefahrenen Endstellung der Kolbenstange ein Restvolumen.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist das Zylindergehäuse zwei Gehäusedeckel auf, die, vom Zylindergehäuse entfernt, das Einsetzen von Kolbenstangeneinheit und Kolbenspeicher erlauben.

Mit besonderem Vorteil ist die Anordnung derart getroffen, dass der Außendurchmesser des Kolbens der Kolbenstangeneinheit an seiner breitesten Stelle gleich dem Außendurchmesser des Speichergehäuses des Kolbenspeichers ist.

Des Weiteren kann die Anordnung so getroffen sein, dass das Speichergehäuse des Kolbenspeichers in seiner Einbausituation mit einem geringen Überstand in die Gehäusebohrung der einen Anschlussstelle hineinragt.

Dadurch ist für die Fluidströmung bei den Arbeitsbewegungen der Kolbenstangeneinheit eine Anströmkante für das Hydraulikfluid gebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Kolbenstangeneinheit und der Kolbenspeicher auswechselbar im Zylindergehäuse aufgenommen. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich daher auch durch besondere Wartungsfreundlichkeit aus.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine gegenüber der Größe einer praktischen Ausführungsform um den Faktor 2,6 verkleinerte Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kolbenzylinderanord- nung; Fig. 2 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels entsprechend der

Schnittlinie II - II von Fig. 1 ;

Fig. 3 einen vergrößert gezeichneten Teilschnitt des in Fig. 2 mit III bezeichneten Bereichs; und

Fig. 4 und 5 abgeschnittene Teillängsschnitte des Bodenbereichs des Zylindergehäuses gemäß einem zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenzylinderanord- nung.

Das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydropneumatischen Kolbenzylinderanordnung 2 ist in der Art eines Feder- beins zur Verwendung als Fahrzeug-, Stoß- und Schwingungsdämpfer vorgesehen. Wie am besten aus der Schnittdarstellung von Fig. 2 zu ersehen ist, weist die Anordnung 2 ein Zylindergehäuse 4 in Form eines runden Rohrkörpers auf, der an beiden Enden durch einen Gehäusedeckel abgeschlossen ist, von denen der in Fig. 1 und 2 rechts gelegene, obere Gehäu- sedeckel mit 6 und der gegenüberliegende, bodenseitige Gehäusedeckel mit 8 bezeichnet sind. Der das Speichergehäuse 4 bildende runde Rohrkör- per, der über seine gesamte Länge einen gleichbleibenden Innen- und Au ^¬ ßendurchmesser besitzt, ist in einen Speicherabschnitt und in einen Hydraulikabschnitt unterteilt. Genauer gesagt, schließt sich an den bodenseiti- gen Gehäusedeckel 8 ein Kolbenspeicher 10 an, an den sich wiederum ein bis zum oberen Gehäusedeckel 6 reichender Zylinderraum 12 anschließt. Ein im Zylindergehäuse 4 verfahrbar geführter Kolben 14 begrenzt mit seiner einen, dem Kolbenspeicher 10 zugewandten Kolbenseite 16 einen ersten Fluidraum 18 als Teil des Zylinderraums 12, und die andere Kolbenseite 20 begrenzt einen zweiten Fluidraum 22, der sich als zweiter Teil des Zy- linderraums 12 bis zum oberen Gehäusedeckel 6 erstreckt. Eine mit dem Kolben 14 einstückige Kolbenstange 24, die sich an die Kolbenseite 20 anschließt, ist durch den oberen Gehäusedeckel 6 abgedichtet nach außen geführt und weist am freien Ende ein Befestigungselement 26 auf, das eine Anlenkstelle für die Verbindung für ein zugeordnetes Fahrwerkteil eines Fahrzeuges bildet. Für die Druckversorgung mit Hydraulikfluid weist das Zylinderrohr des Speichergehäuses 4 an jedem Ende des Zylinderraums 12 je eine Fluidanschlussstelle 28 und 30 auf. Die Anschlussstelle 28 weist in der Wand des Zylindergehäuses 4 eine Anschlussbohrung 32 auf, die am Übergang des ersten Fluidraums 18 des Zylinderraums 12 zum Kolbenspei- eher 10 gelegen ist, und die Anschlussbohrung 34 der Anschlussstelle 30 ist dem oberen Gehäusedeckel 6 benachbart. Der Kolben 14 weist an seiner dem Kolbenspeicher 10 zugewandten Kolbenseite 1 6 eine Stufe 36 auf, die sich in einem axialen Abstand von der vorderen Stirnfläche, der etwa dem Durchmesser der Anschlussbohrung 32 entspricht, angeordnet ist und durch die sich der Durchmesser des Endabschnitts 38 des Kolbens 14 gegenüber dessen größtem Durchmessers und dem Innendurchmesser des Zylindergehäuses 4 verringert. An der anderen Kolbenseite 20 weist der Kolben 14 zwei weitere Stufen auf, von denen die erste Stufe 40 die gleiche Stufenhöhe besitzt wie die Stufe 36 an der Kolbenseite 16. Die in Richtung der Kolbenstange 24 zur Stufe 40 versetzte weitere Stufe 42 hat eine gerin- gere Stufenhöhe, die den Außendurchmesser des restlichen Teils der Kolbenstange 24 definiert.

Der Kolbenspeicher 10 weist ein Speichergehäuse 44 in Form eines Rund- rohres auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Zylinderrohres des Zylindergehäuses 4 entspricht, so dass das Speichergehäuse 44 außenumfangsseitig anliegend im Zylindergehäuse 4 aufgenommen ist. An seinem bodenseitigen Ende ist das Speichergehäuse 44 durch ein Bodenteil 46 abgeschlossen, an dem ein Dichtelement 48 eine gasdichte Abdichtung des angrenzenden Speicherraums 52 bildet. Das Bodenteil 46 ist mittels eines Sprengringes 50 im Speichergehäuse 44 axial festgelegt. Außerdem stützt sich das Bodenteil 46 des Speichergehäuses 44 am den Boden des Zylindergehäuses 4 bildenden Gehäusedeckel 8 ab. Dieser weist innenseitig eine eine Vertiefung bildende Ausnehmung 54 auf, in der ein vorsprin- gendes Endteil 56 einer Fülleinrichtung 58 verschraubt ist, über die der Speicherraum 52 mit einem Arbeitsgas, vorzugsweise N2, mit einem beispielsweise 40 bar betragenden Fülldruck befüllbar ist. Während die Fülleinrichtung 58 in der Zeichnung in vereinfachter Form als Verschlussschraube dargestellt ist, versteht sich, dass alternativ ein Füllventil üblicher Bauweise vorgesehen sein kann. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist für die Verbindung mit einem Fahrzeugteil an der Außenseite des bodenseitigen Gehäusedeckels 8 ein Rohrkörper 60 angeschweißt, der eine Lagerstelle bildet. Der als Freikolben im Speichergehäuse 44 verschiebbar geführte Speicherkolben 62 weist in der bei Kolbenspeichern üblichen Weise auf der dem Speicherraum 52 zugewandten Kolbenseite eine innere topfartige Vertiefung 64 auf, die einen Teil des Gasvolumens des Speicherraums 52 aufnimmt. Umfänglich ist der Speicherkolben 62 im Speichergehäuse 44 mit- tels einer Kolbendichtung 66 abgedichtet und mittels eines Führungsringes 68 geführt. In den Figuren sind der Kolben 14 der Kolbenstangeneinheit und der Speicherkolben 62 jeweils in der Ausgangslage dargestellt, bei der der Zylinderraum 12 drucklos ist oder ein derart geringes Druckniveau aufweist, dass die Kolbenstange 24 unter Einwirkung einer Lastkraft voll eingefahren ist und die stirnseitige Kolbenseite 16 in Anlage mit der Stirnseite 70 des Speicherkolbens 62 ist, der sich bei diesem Betriebszustand in der voll ausgefahrenen Position befindet, die dem größten Volumen des Speicherraums 52 entspricht. In dieser Endposition ist der Speicherkolben 62 durch einen im Speichergehäuse sitzenden Sprengring 72 gesichert. Durch die am Kolben 14 der Kolbenstangeneinheit gebildete Stufe 36 ist der Durchmesser der bei der gezeigten Ausgangslage an der Stirnseite 70 des Speicherkolbens 62 anliegenden Stirnseite 16 des Kolbens 14 geringer als der Durchmesser des Speicherkolbens 62. Für den der Kolbenseite 1 6 zugeordneten ersten Fluidraum 18 verbleibt daher auch in der gezeigten Ausgangslage, d.h. bei voll eingefahrener Kolbenstangeneinheit und voll ausgefahrener Ausgangslage des Speicherkolbens 62, ein an die Anschlussbohrung 32 der Anschlussstelle 28 angrenzendes Druckfluid-Restvolumen. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante ist die Länge des Speichergehäuses 44 etwas größer als die Länge des umgebenden Zylindergehäuses 4, gemessen vom bodenseitigen Ende 74 bis zur Anschlussbohrung 32, so dass das Speicher- gehäuse 44 mit einem geringen Überstand, der in Fig. 3 mit 76 bezeichnet ist, in die Anschlussbohrung 32 hineinragt. Beim Betrieb der Kolbenzylinderanordnung als Federbein ist der Zylinderraum 12 über die Anschlussstelle 30 mit Hydraulikfluid mit einem Druckniveau versorgt, bei dem die Kolbenstangeneinheit 14, 24 bei der gegebenen, in Einfahrrichtung wirkenden Lastkraft aufgrund der unterschiedlich großen wirksamen Kolbenflächen von Kolbenseite 16 und Kolbenseite 20 so weit ausgefahren ist, dass ein gewünschter Federweg zur Verfügung steht. Dabei wirkt der Kolbenspeicher 10, der mit seinem Speicherkolben 62 an den ersten Fluidraum 18 angrenzt und durch dessen Fluiddruck gegen die Gasvorspannung im Spei- cherraum 52 bewegbar ist, mit seinem kompressiblen Gasvolumen als Federspeicher. Entsprechend der Auslegung der Drosselung der (nicht gezeig- ten) Fluidverbindung der Anschlussstellen 28 und 30 sind die Federkennlinie und -dämpfung in gewünschter Weise vorgebbar.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel bildet das die Füll- einrichtung aufweisende Bodenteil 46 gleichzeitig den unteren Abschluss des Zylindergehäuses 4 und ersetzt dadurch den unteren Gehäusedeckel 8 des vorigen Ausführungsbeispiels. Dementsprechend ist der als Befestigungselement dienende Rohrkörper 60 unmittelbar am Bodenteil 46 angeschweißt. Dieses besitzt eine größere axiale Länge als das Bodenteil 46 des ersten Ausführungsbeispiels und ist wie dieses mittels eines Dichtelements 48 gegenüber dem Zylindergehäuse 4 abgedichtet. Anders als beim ersten Ausführungsbeispiel ist das Speichergehäuse 44 am Bodenteil 46 nicht durch einen Sprengring 50 gesichert, sondern durch eine Schweißverbindung 78 festgelegt. Diese befindet sich an einem im Außendurchmesser verjüngten Endabschnitt 80, in den das Speichergehäuse 44 mit einem im Innendurchmesser verjüngten Endrand 82 eingreift. Das Zylindergehäuse 4 weist, vom unteren freien Ende ausgehend, einen im Innendurchmesser verringerten Gewindeabschnitt 84 für die Verschraubung mit einem Außengewinde 86 des Bodenteils 46 auf. Als axialen Anschlag für die Ver- schraubung weist das Bodenteil 46 eine Stufe 87 auf, an der das Ende des Zylindergehäuses 4 anliegt. Für die Verbindung des Speicherraums 52 mit der Fülleinrichtung, die durch ein Füllventil 58 gebildet ist, sind im Bodenteil 46 ein Längskanal 88, der in den Speicherraum 52 mündet, sowie ein sich daran anschließender Querkanal 90 gebildet, der zum seitlich gelege- nen Füllventil 58 führt.

Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das in Axialrichtung noch länger ausgebildete Bodenteil 46 mit dem Speichergehäuse 44 nicht verschweißt, sondern durch Verschrauben verbunden ist. Zu diesem Zweck ist am im Außendurchmesser verjüngten Endabschnitt des Bodenteils 46 ein Außen- gewinde 92 vorgesehen, mit dem ein Innengewinde an einem im Innendurchmesser verjüngten Endabschnitt 94 des Zylindergehäuses 44 verschraubt ist. In der Nähe des axial inneren Endes des Bodenteils 46 ist ein weiterer Dichtring 96 vorgesehen, der eine Abdichtung am nicht verjüngten Bereich des Zylindergehäuses 44 bildet.