DE102006027294A1 - Federungseinrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Federungseinrichtung (1) zur eine Last tragenden und federnden Rad-Abstützung in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens einem Federzylinder (2) mit einem in einem Zylinder (4) relativ beweglich geführten Kolben (6), der einseitig eine aus dem Zylinder (4) nach außen geführte Kolbenstange (8) aufweist. Der Kolben (6) trennt innerhalb des Zylinders (4) einen zylindrischen Arbeitsraum (12) von einem die Kolbenstange (8) umschließenden Ringraum (14). Der Kolben (6) wirkt auf der Seite des Arbeitsraums (12) zur Erzeugung einer die Last tragenden Tragfederkraft (F) gegen einen Arbeitsdruck (p¶A¶) eines elastisch kompressiblen, insbesondere pneumatischen, Federmediums (FM). Auf der Kolbenstange (8) ist ein zusätzlicher Ringkolben (16) angeordnet, der in einem sich an den Ringraum (14) des Zylinders (4) anschließenden, im Querschnitt erweiterten Zusatzzylinder (18) geführt ist. Der Ringkolben (16) ist auf seiner von dem Kolben (6) wegweisenden Seiten eines in dem Zusatzzylinder (18) gebildeten Zusatz-Ringraums (20) mit einem Gegendruck (p¶G¶) eines elastisch kompressiblen, insbesondere pneumatischen, Gegenfedermediums (GM) beaufschlagt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur eine Last tragenden und federnden Rad-Abstützung in einem Kraftfahrzeug.
- Eine derartige Federungseinrichtung ist beispielsweise durch die
EP 0 425 885 B1 bekannt (Ausführungen ab5 ). Dabei handelt es sich um ein hydropneumatisches Federungssystem, wobei der Zylinderraum und der Ringraum des Federzylinders mit jeweils einem hydropneumatischen Federspeicher verbunden sind, so dass jeweils ein pneumatischer Druck mittelbar über ein hydraulisches Medium beidseitig auf den Kolben des Federzylinders wirkt. Dadurch entstehen zwei gegensinnig auf den Kolben wirkende Kräfte, aus deren Differenz sich eine Tragkraft zur Abstützung der Last ergibt. - Das bekannte Federungssystem hat sich in der Praxis gut bewährt. Pneumatische Federungen sind aber stets mit dem Nachteil behaftet, dass Temperaturänderungen einen recht starken Einfluss auf den Druck eines pneumatischen Federmediums haben, so dass sich die Trag- und Federeigenschaften ebenfalls temperaturabhängig ändern. Dies gilt auch für das Fahrzeug-Niveau im statischen Zustand. Bei dem Federungssystem gemäß
EP 0 425 885 B1 wird dieser Temperatureinfluss zwar etwas verringert, weil zwei Drücke gegensinnig auf den Kolben des Federzylinders wirken. Dennoch besteht noch ein Verbesserungsbedarf. - Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Federungseinrichtung der genannten Art so zu verbessern, dass die Gebrauchseigenschaften praktisch unabhängig von Temperaturschwankungen sind. Dies gilt vor allem für eine statische Niveaulage des Federzylinders, damit das jeweilige Fahrzeug-Niveau bei unterschiedlichen Temperaturen praktisch konstant bleibt.
- Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
- Demnach ist erfindungsgemäß zunächst konstruktiv vorgesehen, dass auf der Kolbenstange ein zusätzlicher Ringkolben angeordnet ist, der in einem sich an den Ringraum des Zylinders anschließenden, im Querschnitt erweiterten Zusatzzylinder geführt ist, wobei der Ringkolben auf seiner von dem Kolben wegweisenden Seite eines in dem Zusatzzylinder gebildeten Zusatz-Ringraums mit einem Gegendruck eines elastisch kompressiblen, insbesondere pneumatischen Gegenfedermediums beaufschlagt ist. Hierdurch ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, die jeweils druckbeaufschlagten Flächen einerseits des Kolbens auf der Seite des Zylinderraums und andererseits des Ringkolbens auf der Seite des Zusatz-Ringraums derart – insbesondere gleich groß – auszulegen, dass temperaturbedingte Druckänderungen praktisch keine Verschiebung des Kolbens aus der statischen Lage bewirken können. Hierzu ist weiterhin vorgesehen, dass die Relativbewegung des Ringkolbens in Richtung zu dem Kolben hin einerseits durch einen inneren Anschlag der Kolbenstange und andererseits durch einen äußeren Anschlag im Zusatzzylinder begrenzt ist. Erfindungsgemäß ist dabei eine von der Last abhängige Auslegung der entgegengesetzt wirkenden Drücke und der jeweiligen von diesen Drücken beaufschlagten Flächen des Kolbens und des Zusatzkolbens derart vorgesehen, dass in einem statischen, mit der Last beaufschlagten Zustand des Federzylinders der Zwischenkolben sich in Anlage sowohl am inneren Anschlag als auch am äußeren Anschlag befindet. Dadurch ist eine durch den Kolben und den Ringkolben gebildete Kolbenanordnung in der statischen Lage zwischen den gegensinnig wirkenden Drücken "eingespannt". Temperaturbedingte Erhöhungen der Drücke heben sich dabei vorteilhafterweise auf. Bei einem dynamischen Einfedern aus der statischen Lage wird nur der Kolben in dem Zylinder gegen den Arbeitsdruck bewegt, während der Ringkkolben in seiner Anschlagstellung im Zusatzzylinder stehen bleibt, so dass der Gegendruck keine auf den Kolben wirkende Gegenkraft erzeugt. Die Kolbenstange verschiebt sich zusammen mit dem Kolben relativ zu dem Ringkolben. Im Falle eines dynamischen Ausfederns aus der statischen Lage heraus wird der Ringkolben über den inneren Anschlag von der Kolbenstange gegen den Gegendruck mitgenommen. Dadurch wird durch Kompression des Gegenfedermediums die Gegenkraft auf den Ringkkolben und über die Kolbenstange auch auf den Kolben größer, was zu einer Dämpfungswirkung in Ausfederungsrichtung führt.
- Anhand von in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzugten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Federungseinrichtung in Axialschnittdarstellung der Komponenten, und zwar in einer statischen Lage, -
2 eine Darstellung analog zu1 in einer zweiten Ausführung mit zusätzlicher Dämpfungseinrichtung, -
3 die Federungseinrichtung gemäß2 in einem aus der statischen Lage heraus eingefederten Zustand und -
4 die Federungseinrichtung gemäß2 in einem aus der statischen Lage heraus ausgefederten Zustand. - In den verschiedenen Figuren der Zeichnungen sind gleiche bzw. sich funktionell entsprechende Teile und Komponenten stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
- Eine erfindungsgemäße Federungseinrichtung
1 besteht aus (mindestens) einem Federzylinder2 , der seinerseits teleskopartig aus einem Zylinder4 und einem darin linear verschiebbar geführten Kolben6 mit einer Kolbenstange8 besteht. Die Kolbenstange8 ist einseitig umfangsgemäß abgedichtet aus dem Zylinder4 nach außen geführt. Der Federzylinder2 ist zur direkten Anordnung zwischen einer ungefederten Masse (Fahrzeugrad bzw. Achse) und einer gefederten Masse (Fahrzeugrahmen bzw. Karosserieaufbau) vorgesehen. Dazu weisen der Zylinder4 und die Kolbenstange8 an ihren gegenüberliegenden, voneinander entfernten Enden geeignete Verbindungselemente10 auf. - Der Kolben
6 liegt über (mindestens) eine Umfangsdichtung an der Innenfläche des Zylinders4 an. Dadurch trennt der Kolben6 innerhalb des Zylinders4 einen zylindrischen Arbeitsraum12 von einem die Kolbenstange8 umschließenden Ringraum14 . Auf der Seite des Arbeitsraumes12 wirkt der Kolben6 mit seiner diesem zugewandten Arbeitsfläche A1 zur Erzeugung einer die jeweilige Last tragenden Tragfederkraft F gegen einen Arbeitsdruck pA eines elastisch kompressiblen, insbesondere pneumatischen Federmediums FM (beispielsweise Stickstoff). - Erfindungsgemäß ist auf der Kolbenstange
8 in einem bestimmten axialen Abstand von dem Kolben6 ein zusätzlicher Ringkolben16 angeordnet, der in einem sich an den Ringraum14 des Zylinders4 anschließenden, im Querschnitt erweiterten Zusatzzylinder18 geführt ist. Dabei ist der Ringkkolben16 auf seiner von dem Kolben6 wegweisenden und einem in dem Zusatzzylinder18 gebildeten Zusatz-Ringraum20 zugewandten Seite mit einem Gegendruck pG eines elastisch kompressiblen, insbesondere ebenfalls pneumatischen Gegenfedermediums GM beaufschlagt. Der Gegendruck pG wirkt somit auf eine Gegenfläche A2 des Ringkolbens16 . Dabei sind die Arbeitsfläche A1 des Kolbens6 und die Gegenfläche A2 des Ringkkolbens16 mit zumindest annähernd gleicher Flächengröße ausgebildet (A1 = A2). - Der Ringkolben
16 ist einerseits innerhalb des Zusatzzylinders18 über eine äußere Umfangsdichtung22 abgedichtet und axial verschiebbar geführt und andererseits auf der Kolbenstange8 über eine innere Umfangsdichtung24 abgedichtet und axial relativ zur Kolbenstange8 verschiebbar geführt. Die Umfangsdichtungen22 ,24 bestehen bevorzugt jeweils aus mindestens zwei Dichtringen. Die axiale Relativbewegung des Ringkolbens16 ist in Richtung zu dem Kolben6 hin einerseits durch einen inneren Anschlag26 der Kolbenstange8 und andererseits durch einen äußeren Anschlag28 im Zusatzzylinder18 begrenzt. Der innere Anschlag26 ist durch eine radiale Ringstufe der Kolbenstange8 gebildet, über die sich ausgehend von dem Kolben6 der Durchmesser der Kolbenstange8 verringert. Der äußere Anschlag28 ist durch eine radiale Ringstufe am Übergang zwischen dem Zylinder4 und dem Zusatzzylinder18 gebildet, wobei durch diese Ringstufe sich der Durchmesser des Zusatzzylinders18 gegenüber dem Zylinder4 vergrößert. - Erfindungsgemäß ist hierbei eine von der jeweiligen Last abhängige Auslegung des Arbeitsdruckes pA, des Gegendruckes pG sowie der jeweiligen von diesen Drücken beaufschlagten Flächen A1 und A2 des Kolbens
6 und des Ringkolbens16 derart vorgesehen, dass in einem – jeweils in1 und2 dargestellten – statischen, mit der Last beaufschlagten Zustand des Federzylinders2 der Ringkolben16 sich in Anlage sowohl am inneren Anschlag26 der Kolbenstange8 als auch am äußeren Anschlag28 des Zusatzzylinders18 befindet. Der Ringkolben16 ist somit von dem Kolben6 in axialer Richtung definiert beabstandet, so dass der Kolben6 zusammen mit dem Ringkolben16 eine Kolbenanordnung bildet, die in der statischen Lage zwischen dem Arbeitsdruck pA und dem Gegendruck pG "eingespannt" ist. Hierdurch wird eine sehr effektive Temperatur-Kompensation erreicht, indem bei einer Temperaturerhöhung die dadurch ansteigenden Drücke sich gegenseitig kompensieren; die hierdurch entstehenden Zusatzkräfte heben sich durch die gleichen Flächen A1 = A2 gegenseitig auf. - Wenn gemäß
3 der Federzylinder2 aus der statischen Lage heraus dynamisch einfedert, wird über die Kolbenstange8 nur der Kolben6 in dem Zylinder4 gegen den Arbeitsdruck pA bewegt. Der Ringkolben16 bleibt durch den äußeren Anschlag28 im Zusatzzylinder18 stehen, und der innere Anschlag26 der Kolbenstange8 hebt sich vom Ringkolben16 ab. Beim Einfedern wirkt auf den Kolben6 somit nur die eigentliche Tragfederkraft F = pA·A1. - In
4 ist ein dynamisches Ausfedern aus der statischen Lage heraus dargestellt. Dabei bewegt sich der Kolben6 gemeinsam mit dem Ringkolben16 in Ausfederungsrichtung, weil die Kolbenstange8 mit dem inneren Anschlag26 den Ringkolben16 mitnimmt. Der Ringkolben16 hebt sich somit vom äußeren Anschlag28 ab. Bei dieser Bewegung wirkt der Ringkolben16 somit gegen den Gegendruck pG. Daher wirkt beim Ausfedern eine resultierende Kraft Fres = pa·A1 – pG·A2. Da A1 = A2 = A ist, folgt Fres = A (pA – pG). Dadurch wird eine Dämpfungswirkung erreicht, wobei durch die jeweilige Volumenänderung der Arbeitsdruck sinkt und der Gegendruck steigt. - Bei den dargestellten, bevorzugten Ausführungen ist der Arbeitsraum
12 des Zylinders4 unmittelbar mit dem kompressiblen Fedennedium FM gefüllt. Vorzugsweise ist dabei der Arbeitsraum12 über eine Leitung30 mit einem externen Speicher32 verbunden, wobei der Arbeitsraum12 ein erstes Volumen K1.1 des Federmediums FM und der Speicher32 ein zweites Volumen K1.2 des Federmediums FM enthalten. Ferner ist bevorzugt auch der Zusatz-Ringraum20 des Zusatzzylinders18 unmittelbar mit dem kompressiblen Gegenfedermedium GM gefüllt. Auch hier ist bevorzugt der Zusatz-Ringraum20 über eine Leitung34 mit einem externen Zusatzspeicher36 verbunden. Der Zusatz-Ringraum20 enthält ein erstes Volumen K2.1 und der Zusatzspeicher36 ein zweites Volumen K2.2 des Gegenfedennediums GM. - Alternativ zu dieser bevorzugten Ausführung ist auch jeweils eine mittelbare Druckbeaufschlagung über ein hydraulisches Medium möglich (hydropneumatische Ausführung).
- In der ersten Ausführung gemäß
1 ist der Ringraum14 zwischen dem Kolben6 und dem Ringkolben16 belüftet, d. h. mit der Atmosphäre verbunden und dadurch grundsätzlich funktionslos. - In der zweiten Ausführung gemäß
2 bis4 ist der Ringraum14 zwischen dem Kolben6 und dem Ringkolben16 Bestandteil einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung38 . Dazu ist der Ringraum14 mit einem hydraulischen Dämpfungsmedium DM gefüllt und über eine Leitung40 und ein Dämpfungsventil42 mit einem externen Speicher44 verbunden. Anhand der3 und4 läßt sich nachvollziehen, dass es bei dynamischen Federungsbewegungen zu Volumenänderungen des Ringraums14 kommt, so dass jeweils Hydraulikmedium über das Dämpfungsventil42 strömt. Durch geeignete Auslegung des Dämpfungsventils42 können unterschiedliche Dämpfungskräfte beim Ein- und Ausfedern erreicht werden. - Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
Claims (10)
- Federungseinrichtung (
1 ) zur eine Last tragenden und federnden Rad-Abstützung in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens einem Federzylinder (2 ) mit einem in einem Zylinder (4 ) relativbeweglich geführten Kolben (6 ), der einseitig eine aus dem Zylinder (4 ) nach außen geführte Kolbenstange (8 ) aufweist, wobei der Kolben (6 ) innerhalb des Zylinders (4 ) einen zylindrischen Arbeitsraum (12 ) von einem die Kolbenstange (8 ) umschließenden Ringraum (14 ) trennt, und wobei der Kolben (6 ) auf der Seite des Arbeitsraums (12 ) zur Erzeugung einer die Last tragenden Tragfederkraft (F) gegen einen Arbeitsdruck (pA) eines elastisch kompressiblen, insbesondere pneumatischen Federmediums (FM) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kolbenstange (8 ) ein zusätzlicher Ringkolben (16 ) angeordnet ist, der in einem sich an den Ringraum (14 ) des Zylinders (4 ) anschließenden, im Querschnitt erweiterten Zusatzzylinder (18 ) geführt ist, wobei der Ringkolben (16 ) auf seiner von dem Kolben (6 ) wegweisenden Seite eines in dem Zusatzzylinder (18 ) gebildeten Zusatz-Ringraums (20 ) mit einem Gegendruck (pG) eines elastisch kompressiblen, insbesondere pneumatischen Gegenfedermediums (GM) beaufschlagt ist. - Federungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (
6 ) eine mit dem Arbeitsdruck (pA) beaufschlagte Arbeitsfläche (A1) und der Ringkolben (16 ) eine mit dem Gegendruck (pG) beaufschlagte Gegenfläche (A2) aufweisen, wobei die Arbeitsfläche (A1) und die Gegenfläche (A2) mit im Wesentlichen gleicher Flächengröße (A1 = A2) ausgebildet sind. - Federungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (
16 ) einerseits innerhalb des Zusatzzylinders (18 ) über eine äußere Umfangsdichtung (22 ) abgedichtet und axial verschiebbar geführt und andererseits auf der Kolbenstange (8 ) über eine innere Umfangsdichtung (24 ) abgedichtet und axial relativ zur Kolbenstange (8 ) verschiebbar geführt ist. - Federungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungdes Ringkolbens (
16 ) in Richtung zu dem Kolben (6 ) hin einerseits durch einen inneren Anschlag (26 ) der Kolbenstange (8 ) und andererseits durch einen äußeren Anschlag (28 ) im Zusatzzylinder (18 ) begrenzt ist. - Federungseinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine von der Last abhängige Auslegung des Arbeitsdruckes (pA), des Gegendruckes (pG) und der jeweiligen von diesen Drücken beaufschlagten Flächen (A1, A2) des Kolbens (
6 ) und des Ringkolbens (16 ) derart, dass in einem statischen, mit der Last beaufschlagten Zustand des Federzylinders (2 ) der Ringkolben (16 ) sich in Anlage sowohl am inneren Anschlag (26 ) als auch am äußeren Anschlag (28 ) befindet. - Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (
12 ) des Zylinders (4 ) unmittelbar mit dem Federmedium (FM) gefüllt ist, wobei bevorzugt der Arbeitsraum (12 ) über eine Leitung (30 ) mit einem externen Speicher (32 ) verbunden ist. - Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz-Ringraum (
20 ) des Zusatzzylinders (18 ) unmittelbar mit dem Gegenfedermedium (GM) gefüllt ist, wobei bevorzugt der Zusatz-Ringraum (20 ) über eine Leitung (34 ) mit einem externen Zusatzspeicher (36 ) verbunden ist. - Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (
14 ) zwischen dem Kolben (6 ) und dem Ringkolben (16 ) belüftet ist. - Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (
14 ) zwischen dem Kolben (6 ) und dem Ringkolben (16 ) Teil einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung (38 ) ist. - Federungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (
14 ) mit einem hydraulischen Dämpfungsmedium (DM) gefüllt und über eine Leitung (40 ) und ein Dämpfungsventil (42 ) mit einem externen Speicher (44 ) verbunden ist.
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DE102006027294A DE102006027294A1 (de) | 2005-07-04 | 2006-06-13 | Federungseinrichtung für Kraftfahrzeuge |
Publications (1)
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DE102006027294A1 true DE102006027294A1 (de) | 2007-01-11 |
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ID=37562709
Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2539604A4 (de) * | 2010-02-24 | 2018-01-10 | Strömsholmen AB | Gasfeder mit temperaturausgleich |
-
2006
- 2006-06-13 DE DE102006027294A patent/DE102006027294A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
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EP2539604A4 (de) * | 2010-02-24 | 2018-01-10 | Strömsholmen AB | Gasfeder mit temperaturausgleich |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20130614 |