DE1043102B

DE1043102B - Hydropneumatische Abfederung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1043102B
Application number: DEM33399A
Authority: DE
Inventors: Julius Mackerle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-06-05
Filing date: 1957-02-28
Publication date: 1958-11-06
Also published as: FR1244904A; GB849342A; CH356026A; NL103830C; NL215746A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneutnatische Abfederung mit hydraulischer Kraftübertragung über mindestens einen Kolben, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und mit kombinierter Stoßdämpferwirkung.

An neuzeitliche Abfederungen von Kraftfahrzeugen werden immer höhere Anforderungen gestellt. So wird eine weiche Federung mit geringer Eigenschwingungszahl (etwa 70 Schwingungen je Minute) gewünscht, und die Eigenschwingungszahl soll sich auch bei der Durchfederung nicht ändern, was eine bestimmte Progressivität der Federung voraussetzt. Zum Erzielen solcher Progressivität sind z. B. bei manchen Abfederungen zusätzliche Schwingungsdämpfer vorgesehen, um unangenehme Schaukelbewegungen des Fahrzeuges zu vermeiden.

Nach den neuesten Erkenntnissen entsprechen sogenannte pneumatische Abfederungen am besten den bei Fahrzeugen gestellten Anforderungen, da eine solche Abfederung derart progressiv ausgebildet werden kann, daß die Eigenschwingungszahl der Federung konstant bleibt. Im übrigen ist die zur Abfederung verwendete Luft leicht, billig und keiner Abnutzung unterworfen. Dagegen bereitet jedoch die Abdichtung des bei derartigen Vorrichtungen verwendeten Kolbens infolge der auftretenden, hohen Drücke erhebliche Schwierigkeiten. Es hat sich gezeigt, daß sämtliche bekannten Kolbenabdichtungen bei längeren Standzeiten des Fahrzeuges Luft durchlassen.

Zur Vermeidung dieses Mangels ist man. dazu übergegangen, die Kolben der Vorrichtung mittels einer Flüssigkeit abzudichten. Aber auch hierdurch wurde keine absolute Dichtheit erzielt. Eine befriedigende Lösung dieses Problems wurde erst gefunden, seitdem die Luft innerhalb elastischer, z. B. als Luftflaschen ausgebildeter Behälter nach außen hermetisch abgeschlossen wurde. Es ist jedoch schwierig, für die Luft ' einen derartigen Behälter herzustellen, welcher einerseits die erheblichen Drücke aushält und anderseits dabei noch genügend elastisch ist. Da die bisher bekanntgewordenen pneumatischen Abfederungen im übrigen keine Innendämpfung aufweisen, müssen noch besondere Schwingungsdämpfer vorgesehen werden, wenn die Federung vollkommen sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Abfederung in einer konstruktiv einfachen Weise mit einem hydraulisch wirkenden Schwingungsdämpfer zu kombinieren und die entsprechende Vorrichtung zugleich so zu vervollkommnen, daß Kolbenundichtheiten praktisch vermieden und außerdem derart ausgeglichen werden, daß sie keinen Verlust an Flüssigkeit und damit auch keinen Funktionsmangel· zur Folge haben können. Außerdem soll die erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung zu-Hydropneumaüsche Abfederung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Julius Mackerle,

Nesselsdorf (Tschechoslowakei)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Tschechoslowakei vom 5. Juni 1956

Julius Mackerle, Nesselsdorf (Tschechoslowakei),
ist als Erfinder genannt worden

gleich eine selbsttätige Beibehaltung der Mittellage des Kolbens unabhängig von der Belastung gewährleisten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß alle zur Vorrichtung gehörigen und zusammenwirkenden Mittel, d. h. der Arbeitszylinder, der Differentialkolben, ein den Zylinder umgebendes Gummirohr bzw. Luftbalg od. dgl., ein Luftvorratsbehälter bzw. Zylinder od. dgl., ein Flüssigkeitsvorratsbehälter und eine Förderpumpe, zu einer konzentrisch zum Differentialkolben angeordneten Einheit zusammengefaßt sind, von der die mit einem Kolben und Verbindungskanälen zusammenwirkende Pumpe in an sich bekannter Weise eine gewünschte Fahrzeughöhe bzw. Höhe des abgefederten Körpers selbsttätig unabhängig von der Belastung aufrechterhält.

Eine solche Einhaltung der Kolbenmittellage ist ganz besonders vorteilhaft bei Schwinghalbachsen, wobei die günstigste Neigung der Räder zur Fahrbahn bei allen Belastungen des Fahrzeuges eingehalten werden kann. Auch ändert sich dadurch die Bodenrfreiheit des Fahrzeuges nicht mehr in Abhängigkeit von der Belastung. Schließlich läßt sich auch bei unbelastetem Fahrzeug infolge der damit selbsttätig eintretenden Änderung des Verdichtungsverhältnisses der die Federung bewirkenden Luft eine weichere Federung erzielen, die vom Fahrgast etwa genauso empfunden wird wie die bei vollbesetztem Fahrzeug selbsttätig bewirkte Federung.

8.09 677/685

Einzelheiten und weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung hervor, die eine Abfederungsvorrichtung im axialen Längsschnitt wiedergibt.

Die dem Ausführungsbeispiel entsprechende Vorrichtung zur pneumatischen Abfederung besteht aus einem Arbeitszylinder 1, in welchem ein in den* Zylinder unten eintauchender Differentialkolben 2 verschiebbar ist. Dieser Differentialkolben 2 ist gegenüber dem Arbeitszylinder 1 mittels einer Hochdruckgummiabdichtung 3 abgedichtet, an welcher von unten ein Flansch 4 anliegt. Dieser Flansch 4 schließt den Arbeitszylinder 1 nach unten ab und ist gegenüber dem Differentialkolben 2 an seinem äußeren Ende durch einen Gummiring 5 zusätzlich abgedichtet.

Der im Arbeitszylinder 1 oberhalb des Kolbens 2 befindliche Raum ist durch Öffnungen 6 mit dem zylindrischen Raum zwischen dem Zylinder 1 und einer mit mehreren Öffnungen 6' versehenen Zylinderummantelung 7 verbunden. Auf diese Ummantelung ist außerdem ein Gummirohr 8 aufgezogen, welches in einem äußeren gerippten Zylinder 9 befindliche und die nachgiebige Federung bewirkende Luft nach innen begrenzt. Diese Luft steht unmittelbar in Kontakt mit der gerippten Wand des Zylinders 9, wodurch eine gute Kühlung gewährleistet wird. Vor den. Öffnungen 6' sind Stahlblechzungen 10 mit ihrem einen Ende an der Ummantelung 7 festgelegt. Diese Zungen 10 werden durch ihre Form normalerweise in einem kleinen Abstand von den Öffnungen 6' gehalten.

Der Raum unter dem Differentialkolben 2 dient zu Dämpfungszwecken und ist mit dem Raum über dem Kolben durch ein Ventil 11 verbunden, welches mit kleinem Widerstand Flüssigkeit unter den Kolben 2 durchläßt, wobei jedoch die Flüssigkeit in der entgegengesetzten Richtung über dem Kolben gebremst wird und die Rückbewegung des Differentialkolbens in wirksamer Weise abdämpft.

Bei der Aufwärtsbewegung des Differentialkolbens 2 wird die Flüssigkeit aus dem Raum über dem Kolben verdrängt. Sie strömt durch die Öffnungen 6 hindurch in den Raum unter der Zylinderummantelung 7 und dringt durch die Öffnungen dieser Ummantelung hindurch weiter bis zum Gummirohr 8 vor, welches die nachgiebig federnde Luft von der Flüssigkeit trennt. Die Zungen 10 vor den Öffnungen der Ummantelung 7 ermöglichen dabei den Flüssigkeitsdurchfluß in beiden Richtungen. Nur in der am weitesten aus dem Zylinder 1 herausgeschobenen Stellung des Differentialkolbens 2 liegt das Gummirohr 8 dicht an der Ummantelung 7 an und drückt dabei die Zungen 10 infolge ihrer Elastizität gegen die Öffnungen!, wodurch das Gummirohr infolge des hohen Luftdrucks nicht in diese Öffnungen hineingedrückt werden kann.

Ein Teil der Flüssigkeit fließt durch das Ventil 11 hindurch unter den Differentialkolben 2 und dient zur Dämpfung. Einer höheren Kolbenlage entspricht "sonach ein höherer Druck der Flüssigkeit (Luft), wobei dieser Druck mit dem Kolbenweg in den Zylinder 1 hinein progressiv wächst und sich durch das Verdichtungsverhältnis, das ist das Verhältnis des Luftvolum-ens in der unteren und in der oberen Lage des Kolljens 2, regeln läßt.

Der hohe Druck im Arbeitszylinder 1 wird einerseits durch die Hochdruckabdichtung 3 und anderseits durch den Flansch 4 abgedichtet. Die trotzdem über diese Abdichtung und den Flansch entweichende Flüssigkeit sammelt sich in einer Ringnut 12 an und gelangt sodann über Kanäle 13 und 14 in einen Vorratsbehälter 15. Der Gummiring 5 ist somit lediglich dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter 15 ausgesetzt. Ein Schutzbalg 16 verhindert das Eindringen von Verunreinigungen zum unteren Teil des Differentialkolbens 2.

Eine im Deckel des Zylinders 1 untergebrachte Pumpe 17 sorgt in, an sich bekannter Weise für die selbsttätige Beibehaltung der richtigen Mittellage des Differentialkolbens 2. Im Körper der Pumpe 17 ist

ίο eine kurze Strecke oberhalb der Mittellage des Kolbens 2 ein Kanal· 19 vorgesehen, welcher den innerhalb der Pumpe über einen weiteren, seinerseits axial innerhalb des hohlen und oben offenen Kolbens 2 angeordneten und mit diesem fest verbundenen Kolben 18 befindlichen Raum mit dem Vorratsbehälter 15 verbindet. Der den Kolben 18 umgebende zylindrische Teil des Pumpenkörpers weist weiterhin etwas unterhalb der vorgenannten Mittellage des Kolbens 2 noch eine Querbohrung 20 auf, die unmittelbar in den Raum des Arbeitszylinders 1 einmündet. Im oberen Teil der Pumpe 17 sind schließlich das Saugventil 21 und das Druckventil 22 der Pumpe angeordnet.

Bewegt sich der Differentialkolben 2 mit dem Kolben 18 bei der Federung in kleinen Amplituden um die Mittellage, so strömt die den ganzen Innenraum der Pumpe ausfüllende Flüssigkeit aus dem Raum über dem Kolben 18 durch den Kanal 19 in die Vorratskammer 15 bzw. zurück. Falls der Ausschlag des Kolbens, 18 nach aufwärts größer ist, z. B. bei größerer Belastung des Fahrzeuges, dann sperrt der Kolben 18 den, Kanal 19 ab, und die Flüssigkeit wird aus dem Raum über dem Kolben 18 über das Ventil 22 in den oberhalb des Kolbens 2 befindlichen Raum des Zylinders 1 gedrückt. Bei der Abwärtsbewegung des KoI-bens 18 wird das Ventil 22 gesperrt und in die Pumpe Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 15 über das Saugventil 21 angesaugt. Das Flüssigkeitsvolumen, welches beim nachfolgenden Aufwärtshub des Kolbens 2 aus dem Arbeitszylinder 1 durch die Öffnungen 6 und 6' hindurch unter das Gummirohr 8 gelangt, dehnt das letztere aus, wobei sich der Druck der Flüssigkeit (Luft) bei gleichzeitiger Verkleinerung des außerhalb des Gummirohres 8 innerhalb des äußeren Zylinders 9 befindlichen Luftvolumens erhöht. Dieses Pumpen der Flüssigkeit und folglich die genannte Druckerhöhung dauert so lange an, bis der Differentialkolben 2 wieder seine ursprüngliche Mittellage einnimmt.

Bei Entlastung des Fahrzeuges dehnt sich die Luft über dem Gummirohr 8 auf den entsprechenden Druck aus, und der Differentialkolben 2 verschiebt sich aus seiner Mittellage nach unten. Das Gummirohr 8 wird dabei zusammengedrückt, der Druck der Flüssigkeit und der Luft sinkt, und der Kolben 2 kehrt ebenfalls wieder in seine Normallage zurück. Wird der Kolbenausschlag so groß, daß derKolbenl8 dieOuerbohrung 20 des Pumpenkörpers öffnet, dann entweicht aus dem Zylinder 1 durch diese Bohrung und den Kanal 19 hindurch ein Teil der Flüssigkeit zurück in den Vorratsbehälter 15.

Entweicht nach einer längeren Zeitdauer ein Teil der Flüssigkeit um den Flansch 4 und den Abdichtungsring 3 in den Vorratsbehälter 15, dann verschiebt sich der Kolben 2 nach oben, wobei der Kolben 18 den Kanal 19 schließt und bei der nächsten Fahrt die entwichene Flüssigkeitsmenge durch die Pumpe 17 wieder in den Zylinder 1 zurückfördert.

Während des Betriebes der beschriebenen Federungsvorrichtung wird das Material des Gummirohres 8 mechanisch verhältnismäßig wenig be-

Claims

anspracht; denn der Flüssigkeitsdruck von innen ist etwa ebenso groß wie der Luftdruck außerhalb des Gummirohres. Selbst im Falle eines Platzens des Gummirohres wirkt die vorstehend beschriebene Federung in unveränderter Weise weiter, nur besteht die Gefahr, daß bei sehr langem Stehen des Fahrzeuges Luft in den Zylinder 1 und allenfalls auch unter den Kolben 2 eindringt und so die Schwingungsdämpfung verschlechtert. Bei Inbetriebnahme der Federungsvorrichtung wird der Kolben 2 aus dem Zylinder 1 bis in seine äußerste Stellung herausbewegt, wodurch gewährleistet wird, daß der Luftbalg 8 mit seiner ganzen Oberfläche auf der Ummantelung 7 aufsitzt und so der Luftinhalt im gerippten Zylinder 9 genau festgelegt ist. Durch ein Hilfsventil 23 wird sodann der Zylinder 9 mit Luft oder Gas auf den vorgeschriebenen Druck angefüllt. Schließlich läßt sich durch eine Füllöffnung 24 im Vorratsbehälter 15 feststellen, ob in diesem genug Flüssigkeit vorhanden ist. *o Am unteren Ende des Vorratsbehälter 15 ist ein Gummipuffer 25 für die Hubbegrenzung befestigt. Sollte je Flüssigkeit aus dem Zylinder 1 entweichen, so wird durch die Elastizität des Gummipuffers 25 die Funktion der Pumpe 17 und damit auch die neue Auffüllung der Flüssigkeit im Federungssystem auf den vorgeschriebenen Druck ermöglicht. Die vorstehend beschriebene Federungsvorrichtung gewährleistet eine angenehme und bequeme Fahrt, vermindert die Ermüdung sowohl des Lenkers als auch der Insassen des Fahrzeuges und erfordert keine besonderen Schwingungsdämpfer. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß gestalteten Federung beruht schließlich auch darin, daß sich das Verdichtungsverhältnis und damit die Federungscharakteristik durch Auswechseln des gerippten Zylinders 9 leicht ändern läßt. Patenta nsρROCHE: 40

1. Hydropneumatische Abfederung mit hydraulischer Kraftübertragung über mindestens einen Kolben, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und mit kombinierter Stoßdämpferwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß alle zur Vorrichtung gehörigen! und zusammenwirkenden Mittel, d. h. der Arbeitszylinder (1), der Differentialkolben (2), ein den Zylinder umgebendes Gummirohr bzw. Luftbalg (8) od. dgl., ein Luftvorratsbeihälter bzw. Zylinder (9) od. dgl., ein Flüssigkeitsvorratsbehälter (15) und eine Förderpumpe (17), zu einer konzentrisch zum Differentialkolben (2) angeordneten Einheit zusammengefaßt sind, von der die mit einem Kolben (18) und Verbindungskanälen (19 und 20) zusammenwirkende Pumpe (17) in an sich bekannter Weise eine gewünschte Fahrzeughöhe bzw. Höhe des abgefederten Körpers selbsttätig unabhängig von der Belastung aufrechterhält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) in an sich bekannter Weise durch die Federungsbewegungen des Differentialkolbens (2) angetrieben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) mit dem Differentialkolben (2) in an sich bekannter Weise fest verbunden ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) axial zu dem hohl ausgebildeten Differentialkolben (2) innerhalb desselben angeordnet ist und mit dem zylindrischen Pumpenkörper der Pumpe (17) zusammenwirkt, wobei ein Einlaßventil (21) und ein Auslaßventil (22) der Pumpe (17) mit dem Vorratsbehälter (15) bzw. mit dem Innenraum des Arbeitszylinders (1) in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Arbeitszylinder (1) von unten eintauchende Kolben (18) im Bereich seiner Mittellage Verbindungskanäle (19 und 20) des Pumpenkörpers steuert, von denen der obere (19) zum Vorratsbehälter (15) und der untere (20) zum Innenraum des Arbeitszylinders (1) führt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftvorratsbehälter bzw. Zylinder (9) den Luftbalg bzw. das Gummirohr (8) leicht abnehmbar von außen umgibt und gegen gleichartige Behälter bzw. Zylinder mit unterschiedlich großen Vorratsräumen austauschbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 897 811;
französische Patentschrift Nr. 1 090 008.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen