-
Hydropneumatische Federung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
bei der ein Luftpolster als Federelement und eine Flüssigkeit zur übertragung der
abzufedernden Bewegungen und Kräfte auf dieses Luftpolster dient.
-
Bisher werden Luftfederungen verschiedener Arten angewendet, die aber
die auftretenden Schwingungen nicht dämpfen, sondern zusammen mit den im Fahrzeugbau
üblichen Schwingungsdämpfern, die meist als »Stoßdämpfer« bezeichnet werden, verwendet
werden müssen. Die Verwendung der beiden Bauteile - nämlich Federorgan und Dämpfungsorgan
- nebeneinander, bedingt nicht nur erhöhten Aufwand, sondern führt auch durch die
nebeneinanderliegenden Kraftwirkungslinien zu nachteiligen Auswirkungen auf die
Achskonstruktion, insbesondere, da die Stoßdämpfer wegen ihrer Größe oft ungünstig
angebracht werden müssen.
-
Ferner sind Luftfederungen bekannt, bei denen der Abstand der Ladefläche
über der Achse bei ruhender Belastung unabhängig von deren Größe konstant gehalten
werden soll, wozu umfangreiche Gestänge dienen, die auf ein an bestimmten Stellen
des Fahrzeuges außerhalb der Federelemente angeordnete Ventile einwirken, die das
Luftpolster beeinflussen. So ist beispielsweise eine Regeleinrichtung bekanntgeworden,
die zwischen zwei gegeneinander abgefederten Fahrzeugteilen vorgesehen ist und zwei
Ventile aufweist, von denen das eine die Zufuhr von Luft in einen an anderer Stelle
zwischen den abzufedernden Teilen vorgesehenen Luftfederbalg und das andere den
Abfluß von Luft aus diesem Luftfederbalg steuert. Um zu vermeiden, daß die Regeleinrichtung
bereits bei geringen Abstandsänderungen zwischen den gegeneinander abgefederten
Fahrzeugteilen anspricht, ist an einem zwischen den Fahrzeugteilen vorgesehenen,
die Ventile steuernden Gestänge eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, die aus einem
mit einer Drosselbohrung versehenen, in einem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter
verschiebbaren Kolben besteht, mit dem als Energiespeicher zwei Federn zusammenwirken.
Nachteilig an dieser bekannten Regeleinrichtung ist, da13 diese den Witterungseinflüssen
und auch Beschädigungen durch Steinschlag od. d'gl. ausgesetzt ist und daß zur Dämpfung
der abzufedernden Fahrzeugbewegungen zusätzliche Schwingungsdämpfer verwendet werden
müssen. Bei einer weiteren bekannten Regeleinrichtung, bei welcher der Abstand der
Ladefläche über der Achse unabhängig von der Größe der Belastung konstant gehalten
wird, ist innerhalb eines Luftbalges eine Ventilvorrichtung vorgesehen, die durch
eine den gewünschten Abstand zwischen den gegeneinander abzufedernden Teilen entsprechende
Feder verstellt wird. Hierbei sind ebenfalls zwei Ventile vorgesehen, von denen
das eine den Zufluß von Luft in den Luftbalg und das andere den Abfluß von Luft
aus dem Luftbalg steuert. Auch in diesem Fall ist zwar eine Dämpfungsvorrichtung
vorgesehen, die vermeidet, daß die Ventile bei geringen und kurzzeitigen Federbewegungen
ansprechen und die durch einen mit einer Drosselbohrung versehenen, in einem Zylinder
gleitenden. Kolben gebildet ist, jedoch müssen auch hier die abzufedernden Bewegungen
des Fahrzeuges durch zusätzliche, außerhalb des Federorgans vorgesehene Schwingungsdämpfer
gedämpft werden.
-
Endlich ist bereits eine hydropneumatische Federung vorgeschlagen
worden, die .einen automatischen Lastausgleich bei Fahrzeugen gewährleisten soll.
Bei dieser Einrichtung ist ein zusätzlicher Behälterraum vorgesehen, in dem Flüssigkeit
höheren Druckes vorhanden ist und der mit dem eigentlichen Federraum über einen
Kanal verbunden ist. Dieser im Normalbetrieb verschlossene Kanal wird bei zunehmender
ruhender Last geöffnet, so daß Flüssigkeit von dem Behälterraum in den eigentlichen
Federraum überströmen kann. Zur Steuerung der Öffnungszeiten des Kanals dient eine
Vorrichtung, deren Bewegungen zwar gedämpft werden, die jedoch ebenfalls aus dem
Federorgan herausragt und damit vor Beschädigungen durch Korrosion und mechanische
Einflüsse nicht gesichert ist. Zudem bietet auch diese vorgeschlagene Federung kenne
Möglichkeit, ohne zusätzliche Schwingungsdämpfer die abzufederndenFahrzeugbewegungen
zu dämpfen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydropneumatische Federung
zu schaffen, die in geschlossener und betriebssicherer Form und ohne weitere, außerhalb
des Federorgans angeordnete Hilfsvorrichtungen
alle an die Federung
und Dämpfung von Fahrzeugen gestellten Anforderungen auf einfache Weise erfüllt.
-
Die Erfindung besteht darin, daß innerhalb des geschlossenen Federorgans
folgende, an sich bekannte Vorrichtungen in Kombination miteinander vorgesehen sind:
a) eine die Länge des Federorgans bei ruhender Belastung konstant =haltende Regelvorrichtung
mit den Zu- und Abfluß von Luft in das bzw. aus dem Luftpolster steuernden Ventilen,
b) eine die Regelvorrichtung beeinflussende, aus einem Energiespeicher,. beispielsweise
aus Federn und einer hiermit zusammenwirkenden Verzögegerungsvorrichtung, beispielsweise
einer Drosselstelle in einem Flüssigkeitsstrom, bestehende Dämpfungsvorrichtung.
-
c) eine die abzufedernden Bewegungen dämpfende, verstellbare Vorrichtung
und d) ein diese Vorrichtung abhängig vom Druck des Luftpolsters verstellender Druckfühler.
-
Die Erfindung ermöglicht es somit, mit einem in sich geschlossenen
Federorgan, das sowohl ein Luftpolster als Federelement als auch eine Flüssigkeit
zur Übertragung der abzufedernden Bewegungen und Kräfte auf das Luftpolster enthält,
zu erreichen, daß die Länge des Federorgans und damit der Abstand zwischen den gegeneinander
abzufedernden Teilen gleichgehalten werden kann, wobei nicht nur für die hierzu
erforderliche Regelvorrichtung eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen ist, sondern
wobei gleichzeitig auch die abzufedernden Bewegungen selbst gedämpft werden und
diese Dämpfung der Größe der auf dem Fahrzeug ruhenden Last angepaßt ist. Hierbei
werden vorteilhaft die Ventile der Regelvorrichtung zum Konstanthalten des Luftpolstervolumens
in der das Luftpolster begrenzenden Wandung vorgesehen, wobei zu ihrer Verstellung
eine Verbindungsstange an dem einen Ende des Federorgans angelenkt ist.
-
Die zur Dämpfung der abzufedernden Bewegungen dienende verstellbare
Vorrichtung ist im Wege der die abzufedernden Bewegungen übertragenden Flüssigkeit
angeordnet und weist mindestens eine Drosselstelle auf. Beim Zusammendrücken des
Federorgans öffnet ein im Wege der die- abzufedernde Bewegung übertragenden Flüssigkeit
vorgesehenes Rückschlagventil, das der Flüssigkeit bei dieser-Strömungsrichtung
einen großen Querschnitt freigibt. Bei der entgegengesetzten Strömungsrichtung muß
die Flüssigkeit die Drosselstelle in der zur Dämpfung dienenden Vorrichtung durchströmen.
Diese Drosselstelle weist einen veränderlichen Querschnitt auf, dessen Größe von
einem Druckfühler ;gesteuert wird, der vom Druck des Luftpolsters beeinflußt wird.
Die Größe des Querschnitts der Drosselstelle ist somit von der Belastung abhängig.
Damit die Größe dieser Drosselstelle nicht bei jedem Durchfedern geändert wird,
ist der Druckfühler seinerseits. durch eine weitere Drosselstelle mit dem Luftpolster
verbunden, so daß sich der im Druckfühler herrschende Druck nur langsam dem Druck
im Luftpolster anpaßt.
-
Eine gleiche Steuerung der Durchtrittsöffnung durch einen Druckfühler
kann im Bedarfsfalle auch für das Rückschlagventil vorgesehen werden, das beim Zusammendrücken
des Federorgans unter dem Druck der Flüssigkeit öffnet.
-
Das Luftpolster kann unmittelbar über der Übertragungsflüssigkeit
ruhen öder durch eine Zwischenschicht von dieser getrennt..sein, beispielsweise
durch einen Schwimmkolben oder eine Membran oder ein sonstiges auf der Flüssigkeit
schwimmendes elastisches oder plastisches Medium. Bei Fehlen einer solchen Zwischenschicht
kann vorteilhaft auch ein Spritzschott vorgesehen werden, das ein zu starkes Zerreißen
der Flüssigkeitsoberfläche verhindert.
-
Das Luftpolster kann weiterhin in einem geeigneten Teil des Fahrzeugrahmens
oder der Achse angeordnet werden. Es isst auch möglich, beispielsweise aus konstruktiven
Gründen, das Luftpolster unterhalb, des die Bewegung aufnehmenden Gliedes anzuordnen;
in diesem Fall kann gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung die in diesem hefndliche
Flüssigkeit mit einem weiteren unter dem Luftpolster befindlichen Teil der Flüssigkeit
durch ein entsprechend weites Steigrohr verbunden werden.
-
Die Zeichnungen zeigen drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
in schematischen Darstellungen.
-
Fig. 1 zeigt ein Federorgan gemäß der Erfindung im Schnitt; Fig. 2
zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Luftpolster in der hohlen Achse
unter dem beweglichen Glied des Federorgans angeordnet ist, und Fig.3 eine weitereAusführungsform
der belastungsabhängigen Dämpfungsdrosselung.
-
Der elastische Balg 1 ist mit der Flüssigkeit 2 gefüllt und zwischen
den gegeneinander abzufedernden Bauteilen 3 und 4 eingebaut, wobei im dargestellten
Beispiel 3 die Fahrzeugachse und 4 der Fahrzeugrahmen ist. Durch das Steigrohr 5
wird die Flüssigkeit 2 zu dem Behälter 6 geleitet, der gleichzeitig das Luftpolster
7 aufnimmt. Über ein elastisches Glied 12 ist die Hülse 48 mit dem Bauteil 3 verbunden.
Die Hülse 48 nimmt die beiden gegeneinander wirkenden und vorgespannten. Federn
10 und 11 auf, die den Teller 9 der Stange 8 zwischen sich aufnehmen und in eine
Mittellage drücken. Die Stange 8 ist über ein elastisches Glied 13 mit der Stange
17 verbunden, die mit ihrem Bund 25 lose gegen einen Ventilkörper 18, der durch
die Feder 19 in seinen. Sitz 20 gedrückt wird, anliegt. Die untere Fläche des Bundes
25 liegt mit geringem Spiel vor dem Ventilteller 22, der durch die Feder 23 gegen
die Bohrungen 21, die ins Freie münden, gedrückt wird. Die Feder 23 ist über den
an der Stange 17 befestigten Bund 24 gegen diese abgestützt. An der Stange 17 ist
weiterhin ein Kolben 15 befestigt, der in dem mit Flüssigkeit gefüllten Zylinder
14 verschiebbar ist und enge Bohrungen 16 als Drosselstellen aufweist. Die Kugel
26 wird durch die Feder 28 gegen den Sitz 27 gedrückt, so daß die Bauteile 26, 27
und 28 zusammen ein in der zum Druckluftspeicher führenden Leitung 29 liegendes
Rückschlagventil bilden. Wird das Bauteil 4 durch Stöße gegenüber dem Bauteil 3
hin- und herverschoben, so wird in. dem gleichen Maße der Teller 9 unter Zusammendrücken
der Feder 10 oder 11 gegenüber der Hülse 48 verschoben., ändert also seine Lage
gegenüber den miteinander verbundenen Bauteilen 4, 5 und 6 nicht merklich, da die
in dem Zylinder 14 befindliche Flüssigkeit in der zur Verfügung stehenden kurzen
Zeit nur zu ganz geringen Mengen durch die Öffnungen 16 treten kann und dadurch
der Kolben 15 gegenüber dem mit den Bauteilen 4, 5 und 6 fest verbundenen Zylinder
14 seine Lage nur unwesentlich verändern kann. Bei jeder Verschiebung der Bauteile
3 und 4 gegeneinander"wird Flüssigkeit 2 aus dem elastischen Balg 1 nach oben gedrückt
und drückt dadurch das Luftpolster 7 zusammen. .Tritt infolge Veränderung der statischen
Belastung .eine anhaltende Verschiebung
zwischen den Bauteilen 3
und 4 ein, so kann durch die dauernde Einwirkung einer der Federn 10 oder 11 sich
der Kolben 15 langsam verschieben, und die Stange 17 öffnet dadurch entweder die
Bohrungen 21, so daß Luft aus dem Luftpolster entweicht, oder drückt den Ventilkörper
18 hoch, so: daß aus dem nicht gezeichneten Druckspeicher Luft nachgefüllt wird.
Hat das Luftpolster sein ursprüngliches Volumen wieder erreicht, so kehrt auch die
Stange 17 in ihre Normallage zurück. Der Teller 9 kann sich also gegenüber der Hülse
48 um den vollen Federweg des Balges 1 verschieben, während der maximale Weg des
Kolbens 15 gegenüber dem Zylinder 14 gleich der Summe der Wege der beiden Ventilkörper
18 und 22 plus dem Spiel ist, das erforderlich ist, um die kleinen Bewegungen der
Stange 17 beim schnellen Durchfedern aufzunehmen. Der Durchmesser und die Anzahl
der Bohrungen 16 bestimmen also zusammen mit der Viskosität der im Zylinder 14 befindlichen
Flüssigkeit und dem Spiel des Bundes 25 zwischen den Ventilkörpern 18 und 22 die
Ansprechgeschwindigkeit, die so gewählt werden soll, daß normale Federstöße nicht
zum Öffnen eines Ventils führen, die aber eventuell kurz genug gewählt werden kann,
um beim Durchfahren einer Kurve auf die durch die Fliehkraft bewirkte Lastverteilungsänderung
anzusprechen, und die vor allem der Geschwindigkeit angepaßt sein muß, mit der die
im Luftpolster befindliche Luftmenge durch den Einfluß der Ventile 18 bzw. 22 geändert
wird. Das Rückschlagventil aus den Bauteilen 26, 27, 28 verhindert, daß das Luftpolster
entweicht, wenn der Ventilkörper 18 durch die Stange 17 geöffnet wird und der Druckspeicher
leer ist, und verhindert ferner, daß beim Durchfedern, während der Ventilkörper
18 von seinem Sitz abgehoben ist, der ganze Druckspeicher mit als. Luftpolster wirkt
und so die Federcharakteristik ändert. In den Ventilkörper 51 sind Kanäle 33 eingebohrt,
die als konstante Drosselstellen dienen, und es ist weiterhin, eine ventilsitzartige
Ausnehmung 34 vorgesehen, der der auf der Stange 17 verschiebbar angeordnete Körper
36 so gegenübersteht, daß ein kegelringförmiger Spalt 35 entsteht. Dieser Körper
36 wird durch einen Hebel 37 auf der Stange 17 verschoben, und zwar in Abhängigkeit
von dem Druckfühler, der aus dem elastischen Balg 43 und der Bodenplatte 50 gebildet
ist. Die Bodenplatte 50 des Druckfühlers wirkt auf eine Stange 40; die durch eine
Gerad.führung 41 aus dem Innenraum 42 des Druckfühlers herausführt, und über diese
und das Gestänge aus" den Hebeln 39 und 37 sowie 38 als Stützhebel auf die Lage
des Körpers 36. Somit ist die Breite des Spaltes 35 und damit der Durchströmquerschnitt
von dem Druck des Luftpolsters abhängig. Die Flüssigkeit strömt nacheinander durch
den Spalt 35 und die Kanäle 33. Der Druckfühlerboden 50 wird durch eine Feder 44
entlastet, die sich gegen die offene Hülse 45, die gleichzeitig den Druckfühler
schützt, abstützt. Der Innenraum 42 des Druckfühlers ist durch eine Kapillarbohrung
46 mit dem Luftpolster 7 verbunden.
-
Strömt Flüssigkeit 2 aus dem elastischen Balg 1 in den Raum unter
dem Luftpolster 7; so drückt sie gegen die Feder 32 einen Ventilring 31 zurück,
so daß die Flüssigkeit unter Umgehung der Kanäle 33 und des Spaltes 35 durch die
Bohrungen 3(? strömen kann, während bei umgekehrter Strömungsrichtung nur der Spalt
35 und die Kanäle 33 als Strömungsweg zur Verfügung stehen.
-
In Fig. 2 ist der elastische Balg 1 über der Fahrzeugachse 4, die
das Luftpolster 7 aufnimmt, angeordnet. Die Achse 4 wird durch das Federorgan gegen
den Fahrzeugrahmen 3 abgefedert und trägt über ein Faustgelenk 52 das Rad 53. Die
unter dem Luftpolster 7 liegende Flüssigkeit 2 ist mit der im Federbalg 1 befindlichen
Flüssigkeit 2 durch das Steigrohr 54 verbunden.
-
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der druckabhängigen Schwingungsdämpfungsvorrichtung.
In den Ventilkörper 55 ist ein Kanal 59 gebohrt, der durch ein drehbares Küken 56
teilweise verschlossen werden kann. Steigt in dem Luftpolster 7 der Druck, so wird
diese Drucksteigerung über die Leitung 60 dem Innenraum 42 des aus elastischem Balg
43 und Bodenplatte 50 gebildeten Druckfühlers mitgeteilt, so da.B dieser sich ausdehnt
und seine Bodenplatte 50 über das Gelenk 61 die Stange 5$ verschiebt. Dadurch wird
der mit dem Küken 56 verbundene Hebel 57 geschwenkt und somit der Kanal 59 teilweise
versperrt, so daß die Flüssigkeit einen größeren Widerstand zu überwinden hat.