蓄能设备和液压气动减震器的制作方法

本发明涉及一种蓄能设备和具有这种蓄能设备的液压气动减震器。

背景技术

这种蓄能设备在现有技术中例如由de102012009668b3公开。在该蓄能设备中两个双活塞蓄能装置形式的蓄能装置设置在一个蓄能器壳体中，活塞通过活塞杆彼此连接。所述蓄能装置的主要压力水平不同。因此，一个蓄能装置被称为低压蓄能装置并且另一个蓄能装置被称为高压蓄能装置。在这种蓄能装置中液压液体可在高压下被存储和再次取用。

在实践方面，需要使蓄能设备的蓄能特性曲线最佳地适应相应的应用情况。例如地面运输车辆在不同的负载状态下行驶。当空车行驶时，负载相对较低，而在接收负载后负载明显增加。在两种负载范围内，具有蓄能设备的减震器系统应实现这样的减震器，该减震器既确保地面运输车辆在行驶期间不损坏有效负载的安全运行，又确保驾驶员适宜的舒适度。

技术实现要素：

因此，本发明所基于的任务在于提供一种改进的蓄能设备和具有这种蓄能设备的液压气动减震器，所述蓄能设备具有最佳地适应至少两个负载范围的蓄能特性曲线。

所述任务通过根据权利要求1所述的蓄能设备解决。蓄能设备的有利实施方式由从属权利要求给出。所述任务还通过具有权利要求10的特征的液压气动减震器解决。

根据权利要求1提供一种蓄能设备，其包括至少两个组合成一个结构单元的蓄能装置，所述蓄能装置彼此独立地具有自身的、尤其是基于不同预加压力的蓄能特性曲线，相应的蓄能特性曲线组合地产生一个总蓄能特性曲线，根据总蓄能特性曲线可在结构单元中存储和取用流体。作为流体既可在蓄能设备中存储气体也可存储液体。

借助按照本发明的蓄能设备可使蓄能特性有利地适应不同的负载范围。每个蓄能装置可被最佳地调节到一个负载范围。蓄能装置彼此独立地起作用并且不机械刚性耦合。通过将蓄能装置组合在一个共同的壳体中使蓄能装置彼此互补，从而产生一个总蓄能特性曲线，根据该总蓄能特性曲线可在结构单元中存储和取用流体。通过这种方式以紧凑且低成本的结构提供高效且耐用的、针对至少两个负载范围被优化的蓄能设备。

在一种特别有利的实施方式中，每个蓄能装置构成一个蓄压器，尤其是液压蓄能器，其分离元件分别将两个介质室彼此分离。所述蓄能装置在形成结构单元的情况下容纳在一个共同的蓄能器壳体中。以这种方式，蓄能装置可并联或串联设置在同一蓄能器壳体中。这是可能的，因为也可有利地这样设置分离元件，使得该分离元件将两个以上的介质室彼此分离。以这种方式，可根据需要实现蓄能设备的复杂亦或简单的蓄能特性曲线。所述蓄能特性曲线也可包括两个以上的负载范围和在相应负载范围内不同的、如更平缓或更陡峭的曲线。

相应的分离元件可以是构造为活塞式蓄能器的蓄能装置的分离活塞。活塞式蓄能器可特别低成本地制造并且具有使用寿命长的特点。此外，活塞式蓄能器的蓄能特性曲线具有特别连续、易于计算的指数的走向且没有不连续性。

有利的是，所述分离活塞之一位于蓄能器壳体的内侧上并且接下来的另一分离活塞在上一分离活塞的活塞壁上可纵向运动地被引导。这种布置实现蓄能设备的特别节省空间的设计。此外，还可使用可低成本制造的车削件。嵌套设置的分离活塞形式的设计允许在蓄能设备中存储直至例如450巴的最高压力。

在两个相邻的分离活塞之间形成具有可压缩介质的第一介质室。所述分离活塞之一可在蓄能器壳体内限定另一具有不可压缩介质的介质室。另一分离活塞可限定具有另一可压缩介质的第三介质室。以这种方式，可借助两个分离活塞在蓄能器壳体内形成三个介质室。这三个介质室中的两个可填充可压缩介质、尤其是工作气体、如氮气(n2)。

有利的是，在蓄能器壳体内侧(或内壁)上被引导的分离活塞构造为空心圆柱体，其自由的内部空间被分隔壁穿过。分隔壁可设置在空心圆柱体的端侧或其中间区域中。分隔壁例如可借助至少一个挡圈、尤其是卡环可拆地或者例如通过焊接、胶合或钎焊不可拆地固定在那里。

在一个分离活塞内被引导的所述另一分离活塞可具有由所述一个分离活塞的分隔壁构成的止挡位置。在此，分隔壁的可能的固定装置被视为分隔壁的一部分。以这种方式，所述另一分离活塞可贴靠在所述一个分离活塞上，从而形成总蓄能特性曲线的过渡部。最大程度被压缩的蓄能装置于是在超过最大压力的压力下有利地不起作用。

具有分隔壁的分离活塞可具有比按顺序接下来的分离活塞更大的可加载的横截面积。除了预加压力外，用压力加载的横截面积对于蓄能特性曲线的特性是决定性的。在横截面积较大的情况下，必须在具有可压缩介质的相应介质室中提供较低的预加压力。较大的横截面积还允许蓄能设备在较高的工作压力下运行。

优选每个填充有可压缩介质的介质室具有自身的、尤其是取决于介质室的体积和其预加压力的蓄能特性曲线。因此可使预加压力适应相应的要求。在介质室中可设置不同的预加压力，但它们也可具有相同的预加压力。还可想到动态地调节预加压力，例如通过选择性地连接另外的蓄压器或通过有针对性的温度控制。

按照本发明的蓄能设备尤其是可作为减震器的一部分安装在地面运输车辆中。与此相应，本发明还包括液压气动减震器，其具有至少一个可被加载不同负载的减震器缸，所述减震器缸的工作室介质引导地连接到蓄能设备的用于不可压缩介质的介质室上。

附图说明

下面参考附图中所示的实施例详细阐述本发明。附图如下：

图1示出液压气动减震器系统的纵剖视图；

图2示出按照本发明的蓄能设备的纵剖视图的示意图；

图3至图7示出在不同的预加压力下两个蓄能装置的蓄能特性曲线和所得到的总蓄能特性曲线的曲线图。

具体实施方式

图1和2分别示出按照本发明的蓄能设备10的纵剖视图，其包括两个组合成一个结构单元12的蓄能装置14、16，所述蓄能装置彼此独立地具有自身的、尤其是基于不同预加压力的蓄能特性曲线18、20，相应蓄能特性曲线组合产生一个总蓄能特性曲线22(参见图3至7)，根据该总蓄能特性曲线，流体可在结构单元12中存储和再次取用。

在图1中附加地示出液压气动减震器24，其例如用于具有至少一个减震器缸26的地面运输车辆，该减震器缸可被加载不同负载m。减震器缸26的工作室28介质引导地连接到蓄能设备10的用于不可压缩介质、如液压油的介质室30上。

蓄能设备10具有蓄能器壳体32，其包括管状空心圆柱形部件34，在端侧盘形端部件36、38嵌入该空心圆柱形部件中。为了密封，所述端部件36、38具有周槽40，密封环42置入所述周槽中。在图平面中左侧的端部件36中设有接口44，用于导入待存储在蓄能设备10中的流体。蓄能器壳体32包围内部空间46，在该内部空间中设有蓄能装置14、16。蓄能装置14、16构造成液压蓄能器的形式，它们分别具有一个分离元件48、50，所述分离元件总共将三个介质室30、52、54彼此分离。分离元件48、50构造为分离活塞56、58，从而蓄能装置14、16构造为活塞式蓄能器。

分离活塞58在蓄能器壳体34的内侧60上可纵向运动地被引导。为此在分离活塞的周侧62上设有三个凹槽64，在沿轴向方向看外侧的凹槽64中设有导向环66并且在中间的凹槽64中设有密封环68。在蓄能器壳体34的内侧60上被引导的分离活塞58构造为空心圆柱体70，其自由内部空间72被分隔壁74穿过。因此，一个分离活塞58在所示纵剖视图中是h形的。分隔壁74通过两个例如卡环形式的挡圈76可拆地固定在空心圆柱体70中。挡圈76嵌入空心圆柱体70的内周槽78中。分隔壁74为了密封所述一个分离活塞58而具有周槽80，密封环82插入该周槽中。

沿假想的排来看接下来的另一分离活塞56在沿活塞排的上一分离活塞58的内活塞壁57上可纵向运动地被引导。所述另一分离活塞56构造成杯形的，所述另一分离活塞56的壁84部分限定内部介质室52。该分离活塞56具有两个周槽86，在其中一个槽86中设有导向环88并且在另一个槽86中设有密封环90。

在所述一个分离活塞58中被引导的所述另一分离活塞56具有由所述一个分离活塞58的分隔壁74构成的止挡位置92。在此分隔壁74的可能的固定装置76被视为该分隔壁的一部分。所述止挡位置92构成所述另一分离活塞56在其中一个分离活塞58中的在图平面右侧的终端位置。在端侧在分离活塞58的空心圆柱体70中设有另一挡圈94，该挡圈构成用于所述另一分离活塞56的第二止挡位置96并且防止所述另一分离活塞56从分离活塞58向外运动。可想到、但没有进一步示出的是，沿假想的分离活塞排能够在形成另外的介质室的情况下在分离活塞56之后设置一个在该分离活塞中被引导的分离活塞，以便获得预加压力特性曲线的精细分级，于是假想的活塞排原则上可任意延长。

在两个相邻分离活塞56、58之间的第一介质室52填充有可压缩介质。所述分离活塞56、58还限定另一具有不可压缩流体的介质室30。另一分离活塞58最后限定蓄能器壳体32内的第三介质室54，该介质室又填充有可压缩介质。可压缩介质尤其是气态介质、优选为氮气(n2)的形式。不可压缩介质是液体、如液压液体、如油。为了相应适配预加压力特性曲线，介质室52和54也可填充相互不同的可压缩介质，从而对于相应活塞蓄能装置室中的不同气柱产生不同的弹簧刚度。

在与具有接口44的端部件36相对置的端部件38中以及在分离活塞58的分隔壁74中和/或在所述另一分离活塞56的底部98中设有尤其是孔形式的通道100、102、104，在这些通道中设有填充阀106、108、110(图1)。止回阀112、114、116形式的填充阀可插入填充位置106、108、110中(参见图2)并且可借助锁定螺钉(参见图1)和未详细示出的密封装置气密地封闭填充位置106、108、110。

具有分隔壁74的所述一个分离活塞58在此具有比在排列中接下来的所述另一分离活塞58的横截面积a2更大的、可被一种介质加载的横截面积a1。

每个填充有可压缩介质的介质室52、54具有(独立于相应另一介质室54、52的)自身的、尤其是取决于其体积和其可预先确定的预加压力的蓄能特性曲线。

按照本发明的蓄能设备可用于液压气动减震器24，液压气动减震器所需功能基本上可分为两个负载范围。为此可使用两个蓄能装置14、16，这两个蓄能装置具有体积可变的具有可压缩介质的介质室52、54。形成在分离活塞56、58之间的第一介质室52优选在低负载范围内工作，即具有相对较低的预加压力，而第三介质室54通常在高负载范围内工作并且因此具有相对较高的预加压力。当在第一介质室52中达到最大工作压力时，所述另一分离活塞56贴靠在所述一个分离活塞58的分隔壁74上的止挡位置92上。当流体进一步在更高压力下存储到蓄能设备10中时，分离活塞58在图1和2的图平面中向右运动并且在此减小第三介质室54的容积。当分离活塞58也贴靠在图平面中右侧的端部件38上时，达到通过第二介质室30对蓄能设备10的最大液体(油)填充，这在蓄能装置14、16的气体侧上产生最大预加压力。

通过调节介质室52、54中的预加压力，可产生蓄能装置14、16个别的蓄能特性曲线，通过所述蓄能特性曲线，蓄能设备10可在不同负载范围内分别以特有的蓄能特性运行。蓄能装置范围预加压力之间的过渡在此可优选是连续的、但在需要时也可以是不连续的、尤其是具有转折或跳跃。当第三介质室54具有比分离活塞56、58之间的第一介质室52更低的预加压力时，可实现更大的冲程和因此更平缓的特性曲线。

各个蓄能装置14、16的蓄能特性曲线18、20和总蓄能特性曲线22的走向示例性地以曲线图的形式在图3至图7中示出。横坐标分别示出存储在蓄能设备10介质室30中的流体的体积，流体在此是液压油形式的液体并且以升为单位。借助所示蓄能设备10可在介质室30中存储最多约1.1升的液体。纵坐标表示以巴(bar)为单位的蓄能装置压力。提到的压力曲线在此最高可达300巴。应当理解的是，体积和压力数值仅涉及按照本发明的蓄能设备10的特定实施例并且仅旨在解释本发明的基本原理。体积和压力数值可根据蓄能设备的具体应用情况调整，其不必局限于在液压气动减震器系统中的应用。

在图3中用于可压缩介质的介质室52、54中的预加压力以50巴最初相等。第一介质室52的第一蓄能装置16的蓄能特性曲线18和第三介质室54的第二蓄能装置14的蓄能特性曲线20由此开始随着介质室30的逐渐增加的充液基于由待运输负载m引起的减震器缸26的流体侧应力分别具有指数的走向。以这种方式产生总蓄能特性曲线22，其直到100巴的压力遵循第一蓄能装置16的蓄能特性曲线18的走向。该走向由此产生：最初仅所述另一分离活塞56通过流入的流体运动并压缩第一介质室52中的介质。当流入的流体的压力超过100巴时，所述另一分离活塞56与分隔壁74贴靠。从该压力起第二蓄能装置14被压缩。因此，总蓄能特性曲线22在100巴以上的走向相应于第二蓄能装置14的特性曲线的走向，但偏移0.3升的体积和50巴的压力。

在图4中首先示出与图3中相同的初始情况。两个蓄能装置14、16具有50巴的预加压力并且各个蓄能装置14、16的蓄能特性曲线18、20具有已知的指数的走向。一开始总蓄能特性曲线22也遵循第一蓄能装置16的蓄能特性曲线18的走向，直至约0.35升的存储体积和约125巴的压力。在此发生跳跃118，跳跃时存储体积不改变，但压力增加至150巴。在该压力以上总蓄能特性曲线22的走向遵循第二蓄能装置14的蓄能特性曲线20的走向，但偏移0.35升的体积和100巴的压力。

关于第二蓄能装置14的蓄能特性曲线20，图5的曲线图与图3和4的相同。所述图之间的差异在于第一蓄能装置16的预加压力增加50巴至100巴。第一蓄能装置16的蓄能特性曲线18具有相对于图3和4更陡峭的指数的走向。通过使第二蓄能装置14的预加压力小于第一蓄能装置16的预加压力，首先压缩第二蓄能装置14，即其中一个分离活塞58运动并且第三介质室54的容积减小。所述另一分离活塞56相对于分离活塞58的位置最初不改变。这使得总蓄能特性曲线22的走向首先遵循第二蓄能装置14的蓄能特性曲线20的走向，直至存储的流体的压力超过第一蓄能装置16的100巴的预加压力。从该压力起第一蓄能装置16也被压缩，即所述另一分离活塞56相对于分离活塞58运动并压缩第一介质室52。以这种方式，从100巴压力起总蓄能特性曲线22具有更平缓的指数的走向。

图6的曲线图与图5的区别在于第一蓄能装置16的预加压力再次增加50巴至总共150巴。这使得第一蓄能装置16的蓄能特性曲线18的走向比图5中的更陡峭。第二蓄能装置14的预加压力不变。因此，总蓄能特性曲线22的走向遵循第二蓄能装置14的蓄能特性曲线20的走向，直至存储介质的压力超过第一蓄能装置16的预加压力。从该压力起第一蓄能装置16和第二蓄能装置14一起被压缩，因而总蓄能特性曲线22相对于第二蓄能装置14的蓄能特性曲线20具有更平缓的指数的走向。总蓄能特性曲线22的第二区段120终止于约220巴的压力，因为所述另一分离活塞56挡靠到分离活塞58上并且第一介质室52最大程度被压缩。从该压力起仅第二蓄能装置14继续被压缩。这意味着总蓄能特性曲线22具有弯折点122形式的不连续性并且从约220巴的压力起再次遵循与第二蓄能装置14的蓄能特性曲线20相同的指数的走向。

图7的曲线图与图3的区别在于第二蓄能装置14的预加压力增加50巴至总共100巴。另外，蓄能特性曲线18、20再次具有指数的走向。该区别导致总蓄能特性曲线22一开始遵循第一蓄能装置16的蓄能特性曲线18的走向，直至存储的流体的压力超过第二蓄能装置14的预加压力。从该压力起，除了第一蓄能装置16之外第二蓄能装置14也被压缩，从而总蓄能特性曲线22从达到第二蓄能装置14的预加压力起具有更平缓的指数的走向。

因此，借助按照本发明的蓄能设备10可使蓄能特性有利地适配于不同的负载范围。每个蓄能装置可最佳地被调节到一个负载范围。通过将蓄能装置10组合在一个共同的壳体32中使蓄能装置14、16彼此互补，从而产生总蓄能特性曲线22，根据总蓄能特性曲线，流体可在结构单元12中存储并取用。通过这种方式以紧凑且低成本的结构提供高效且耐用的蓄能设备10，该蓄能设备在相应连接的液压消耗器中针对至少两个负载范围被优化。