DE1135779B

DE1135779B - Als lastabhaengige hydropneumatische Federung wirkendes Federbein, insbesondere fuerKraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1135779B
Application number: DEB61225A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Franz Tuczek
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Boge GmbH
Priority date: 1961-02-10
Filing date: 1961-02-10
Publication date: 1962-08-30

Description

Als lastabhängige hydropneumatische Federung wirkendes Federbein, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf als lastabhängige hydropneumatische Federungen wirkende Federbeine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei denen ein am Ende einer Kolbenstange sitzender öldichter Arbeitskolben einen Hydraulikzylinder in einen kolbenstangenseitig äußeren und einen auf der anderen Kolbenseite liegenden inneren Arbeitsraum unterteilt und beide Arbeitsräume mit je einem hochgespannfen Luft- oder Gaspolster in Verbindung stehen und eine lastabhängige Regelung dadurch erfolgt, daß bei Zunahme der Belastung öl von dem kolbenstangenseitig äußeren in den inneren Arbeitsraum gepumpt wird und bei Abnahme der Belastung öl von dem inneren in den äußeren Arbeitsraum zurückfließt.
Bei bekannten Federbeinen dieser Art ist das eine Luftpolster in dem Arbeitszylinder und das andere am Ende der zu einem entsprechenden Hohlraum erweiterten Kolbenstange oder getrennt vom Dämpfer angeordnet. Hierbei besteht der Nachteil, daß die äußeren Abmessungen des Federbeins, insbesondere der Abstand zwischen den Befestigungspunkten, groß ist oder daß durch das getrennt angeschlossene Luftpolster der Einbau behindert ist.
Das Federbein gemäß der Erfindung zeichnet sich durch kurze Einbaulänge sowie geringen Einbauaufwand aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß der gleichzeitig die Länge des ganzen Federbeingehäuses bestimmende Arbeitszylinder in seiner ganzen Länge von einem durch eine dichte Zwischenwand in axialer Richtung unterteilten Ringraum umgeben ist, wobei der Raum zwischen Zylinderdeckel und der Zwischenwand zur Aufnahme des den kolbenstangenseitig äußeren Arbeitsraum belastenden Luftpolsters und der Raum zwischen der Zwischenwand und dem Zy- linderboden zur Aufnahme des den inneren Arbeitsraum belastenden Luftpolsters dient. Bei einer der-artigen Anordnung der Luftpolster sind die für die Länge des Federbeins maßgeblichen toten Längen der Befestigungsteile, des Zylinderdeckels, des Kolbens und des Bodens auf ein Mindestmaß beschränkt.
In den die Luftpolster aufnehmenden Ringräumen können öl und Luft eine freie Grenzfläche besitzen oder Membranen angeordnet sein, die Luft und öl voneinander trennen. Die Drosselventile für die Dämpfung können an irgendeiner Stelle in dem ölfluß von den Arbeitsräumen zu den Ringräumen angeordnet werden.
Der für die lastabhängige Regelung erforderliche Öltransport zwischen den beiden Arbeitsräumen kann durch bekannte Einrichtungen außerhalb des Federbeins bewirkt werden, die mit dem Federbein durch Leitungen in Verbindung stehen. Eine besonders einfache Ausführung des Federbeins ergibt sich, wenn die Pumpe für den öltransport vom äußeren in den inneren Arbeitsraum in der hohlen Kolbenstange angeordnet ist und durch die Eigenbewegung des Federbeins in Tätigkeit gesetzt wird, während der Rückfluß des öls von dem inneren in den äußeren Arbeitsraum durch öffnungen in dem Arbeitszylindermantel erfolgt, die von dem Arbeitskolben gesteuert werden.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Federbeinen gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 ein Federbein mit außenliegenden Teilen zur lastabhängigen Regelung und nicht vom Öl getrennten Luftpolstern, Abb. 2 ein Federbein mit einer ölpumpe in der hohlen Kolbenstange ohne außerhalb des Federbeinmantels angeordnete Einrichtungen und mit Trennung von Luft und öl.
An der schematisch angedeuteten Fahrzeugachse 1 mit dem Rad 2 sitzt die mit der Kolbenstange 3 des Federbeins verbundene Befestigungsöse 4. Die andere Befestigungsöse 5, die zur Befestigung an dem gedachten Aufbau dient, ist mit dem Gehäusemantel 6 verbunden. Der Gehäusemantel 6 umgibt den Arbeitszylinder 7. Der obere Ringraum 8, der das Luftpolster 8 a und das Reserveölvolumen 8 b für den ölgefüllten inneren Arbeitsraum 9 aufnimmt, ist durch die Zwischenwand 10 von dem unteren Ringraum 11 getrennt, der das Luftpolster 11 a und das Reserveölvolumen 11 b für den äußeren Arbeitsraum 12 aufnimmt. Der mit dem Dichtring 13 dicht im Arbeitszylinder gleitende Arbeitskolben 14 am Ende der Kolbenstange 3 trennt den Arbeitszylinder 7 in den inneren Arbeitsraum 9 und den äußeren Arbeitsraum 12. Der innere Arbeitsraum 9 ist durch den Zylinderboden 15 und der äußere Arbeitsraum 12 durch den Zylinderdeckel 16 mit der Stangendichtung 17 abgeschlossen. Die Verbindung zwischen dem inneren Arbeitsraum 9 und dem dazugehörigen auf der Zeichnung oberen Ring' raum 8 wird durch Durchbrüche 18 hergestellt, die Verbindung zwischen Arbeitsraum 12 und unterem Ringraum 11 durch die Durchbrüche 19.
Die Abb. 1 sieht keine Trennung zwischen Öl und Luft vor. Die ölspiegel in den Ringräumen sind gestrichelt angedeutet. Das Federbein muß senkrecht oder nahezu senkrecht eingebaut werden. Die Durchbrüche 19 des Arbeitsraumes 12 münden naturgemäß unter dem Ölspiegel. Die Durchbrüche 18 des Arbeitsraumes 9 münden nicht unmittelbar in den Ringraum 8, sondern in eine Zwischenkammer 21, die ihrerseits mit Hilfe von Saugrohren 20 mit dem ölvolumen 8 b so in Verbindung steht, daß die Mündungen 23 unterhalb des Ölspiegels liegen. Die Zwischenkammer 21 ist durch eine die Dämpfungsventile 24 und 25 tragende Wand 22 unterteilt.
Der öltransport von dem äußeren 12 in den inneren Arbeitsraum 9 wird durch eine Kolbenpumpe 27 bekannter Art bewirkt, deren Ventilkammern 28, 29 mit den Ringräumen 8, 11 über Stutzen 30, 31 am Gehäusemantel 6 verbunden sind. Die ölableitung von dem inneren in den äußeren Arbeitsraum erfolgt durch die an die Stutzen 32, 33 angeschlossene Verbindungsleitung 37, wobei der Drehschieber 34 bekannter Art zwischengeschaltet ist, dessen Hebel 35 von der Achse 1 mittels der Lasche 36 betätigt wird. Die Verbindung der Stutzen 32, 33 ist - wie gezeichnet - offen, wenn die mit dem Stutzen 32 in Verbindung stehende öffnung 38 nicht vom Drehschieber 34 abgedeckt ist, und bleibt offen, solange der Hebel 35 bei Abnahme der Radbelastung den Drehschieber im Uhrzeigersinn bewegt. Die Verbindung der Stutzen 32, 33 und damit der beiden Arbeitsräume 12, 9 wird geschlossen, wenn der Hebel 35 bei Zunahme der Radbelastung den Drehschieber entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn bewegt.
Bei laufender Pumpe 27 wird die lastabhängige Regelung des Federbeins dadurch erreicht, daß der Kolben 14 durch die Förderarbeit der Pumpe 27 nach auswärts gedrückt wird, bis der Drehschieber 34 die Öffnung 38 freigibt und das weiterhin geförderte öl von dem Ringraum 8 in den Ringraum 11 zurückströmt. Die Öffnung 38 ist so groß, daß bei voller öffnung derselben die Fördermenge der Pumpe durchgelassen wird. Sie ist aber andererseits so klein, daß bei den federnden Schwingungen der Achse und dem damit verbundenen öffnen und Schließen der öffnung 38 der Druckausgleich zwischen den beiden Arbeitsräumen nur langsam erfolgt. Bei sehr großer Ausfederung des Kolbens 14 gibt der Drehschieber 34 eine zusätzliche öffnung 38' frei.
Die Luftpolster 8 a, 11 a müssen bei der Montage des Federbeins mit Luft von vorher bestimmtem Volumen und Druck gefüllt werden, damit der Lastbereich und der Verlauf der Federkennlinie gewollten Verhältnissen entspricht. Im Ausgangszustand ist der Druck in den beiden Luftpolstern 8 a, 11 a gleich, beispielsweise 30 at, wobei das Federbein eine der Kolbenstangenfläche entsprechende Tragfähigkeit hat. Bei Zunahme der Belastung wird durch den Pumpvorgang das Luftpolster 8a komprimiert, das Luftpolster 11 a expandiert. Dadurch steigt der Druck im Arbeitsraum 9 beispielsweise auf 100 at und fällt im Arbeitssraum 12 beispielsweise auf 10 at, wodurch die Tragfähigkeit des Federbeins erhöht wird.
Infolge der Löslichkeit von öl in Gas und der hiermit verbundenen physikalischen Gesetze wird der ö1-raum 8.b, in dem höherer Druck herrscht, immer etwas Luft lösen, die in dem ölraum 11 b, in dem kleinerer Druck herrscht, wieder ausgeschieden wird. Das gewollte Luftmengenverhältnis kann dadurch aus dem Gleichgewicht kommen. Wenn dies der Fall ist und der ölspiegel im Ringraum 11 unter den Stutzen 31 sinkt, wird von der Pumpe nicht nur öl, sondern ein Gemisch von Luft und Öl angesaugt. Um zu vermeiden, daß der Pumpenkolben, sobald er ein öl-Luft-Gemisch komprimiert, das Auslaßventil in der Kammer 28 nicht mehr gegen den Druck des Luftpolsters 8 a öffnen kann, ist zwischen Ventilkammer 28 und Pumpenzylinderraum 26 eine enge Öffnung 26 a vorgesehen, durch die öl von der Ventilkammer 28 in den Pumpenraum 26 strömen kann, so daß ein Druckausgleich zwischen Ventilkammer und Pumpenraum möglich ist und der Kolben der Pumpe öl-Luft-Gemisch in die Ventilkammer 28 und weiter in das ölvolumen 8 b drücken kann. Auf diese Weise wird Luft allmählich aus dem Ringraum 11 in den Ringraum 8 zurückgefördert, wodurch das alte Luftmengenverhältnis hergestellt wird.
In Abb. 2 sind die Lufträume 50 und 51 in dem durch die Zwischenwand 10' geteilten Ringraum zwischen Arbeitszylinder 7' und Gehäusemantel 6' durch die elastischen Membranen 52 und 53 von den Ölräumen 54 und 55 getrennt. Alle anderen Hohlräume sind ebenfalls mit öl gefüllt. Bei dieser Ausführung bestehen keine Einschränkungen hinsichtlich der Funktionstauglichkeit durch die Löslichkeit von Gas in öl und auch keine Einschränkungen bezüglich der Einbaulage.
In Abb. 2 sind die der Abb. 1 entsprechenden Bauteile mit den durch einen Strich erweiterten Bezeichnungen der Abb. 1 versehen. In der axialen Verlängerung des inneren Arbeitsraumes 9' ist der Ventilboden 60 angeordnet, der Drosselventile 61 und 62 für die Erzeugung der Dämpfungswiderstände trägt.
In der hohlen Kolbenstange 3' arbeitet die durch den Pumpenkolben 56 geführte und durch die Dichtung 57 gegen den inneren Arbeitsraum 9' abgedichtete Pumpenstange 58, die durch einen Kopf 59 in dem Ventilboden 60 gehalten ist und bei stillstehend gedachter Kolbenstange 3' dieselben Bewegungen wie der Gehäusemantel 6' macht, wobei die Pumpenstange 58 öl aus dem äußeren Arbeitsraum 12' durch das Saugventil 63 ansaugt und durch das Druckventil 64 in den inneren Arbeitsraum 9' drückt. Hierdurch steigt in der schon beschriebenen Weise die Tragfähigkeit des Federbeins und wird der Arbeitskolben 14' immer weiter aus dem Zylinder 7' herausgedrückt, bis seine Unterkante die Steueröffnung 65 im Arbeitszylinder 7' freigibt, das öl aus dem inneren Arbeitsraum 9' in den äußeren Arbeitsraum 1V zurückfließt und die Tragfähigkeit des Federbeins wieder sinkt.
Wenn durch die Bewegungen der Pumpenstange 58 mehr öl gefördert wird als durch die Steueröffnung 65 abfließen kann, so werden beim weiteren Herausdrücken des Arbeitskolbens 14' weitere Steueröffnungen 66, 67 frei. Alle Steueröffnungen 65, 66 und 67 münden in einen Ringspalt 68, der durch ein den Arbeitszylinder 7" umgebendes Rohr 69 gebildet wird und die Verbindung zu dem Ringraum 54 über öffnungen 70 herstellt. Die öffnungen 65, 66, 67 haben so kleinen Querschnitt, daß ihr Drosselwiderstand den Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen 9', 12' nur langsam ermöglicht. Durch eine Steueröffnung 72 in der in ihrem inneren Bereich hohlen Pumpenstange 58, die im ausgezogenen Bereich der Kolbenstange 3' aus der Dichtung 57 herausläuft, kann im ausgezogenen Zustand der Kolbenstange 3' der Pumpvorgang unterbrochen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Dämpfungsventile an beliebiger anderer Stelle im Strömungsfluß zwischen den Arbeitsräumen und den Ringräumen anzuordnen. Die Verbindungsöffnungen 18 und 19 bzw. 18' und 19' können ihrerseits so bemessen sein, daß sie eine Drosselwirkung ausüben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Als lastabhängige hydropneumatische Federung wirkendes Federbein, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem ein am Ende einer Kolbenstange sitzender öldichter Arbeitskolben einen Hydraulikzylinder in einen kolbenstangenseitig äußeren und einen auf der anderen Kolbenseite liegenden inneren Arbeitsraum unterteilt und beide Arbeitsräume mit je einem hochgespannten Luft-oder Gaspolster in Verbindung stehen und eine lastabhängige Regelung dadurch erfolgt, daß bei Zunahme der Belastung öl von dem kolbenstangenseitig äußeren in den inneren Arbeitsraum gepumpt wird und bei Abnahme der Belastung öl von dem inneren in den äußeren Arbeitsraum zurückfließt, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichzeitig die Länge des ganzen Federbeingehäuses (6, 6') bestimmende Arbeitszylinder (7) in seiner ganzen Länge von einem durch eine dichte Zwischenwand (10) in axialer Richtung unterteilten Ringraum umgeben ist, wobei der Raum (11) zwischen Zylinderdeckel (16) und der Zwischenwand zur Aufnahme des den kolbenstangenseitig äußeren Arbeitsraum belastenden Luftpolsters (Ila) und der Raum (8) zwischen der Zwischenwand und dem Zylinderboden (15) zur Aufnahme des den inneren Arbeitsraum belastenden Luftpolsters (8a) dient.
2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe, (27) zur lastabhängigen Regelung außerhalb des Federbeingehäuses (6) angeordnet ist. 3. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (Y, 56, 58) zur lastabhängigen Regelung in an sich bekannter Weise innerhalb der hohlen Kolbenstange angeordnet ist. 4. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfluß des öles von dem inneren in den äußeren Arbeitsraum durch einen von der Achse (1) gesteuerten Drehschieber (34) bekannter Art oder durch andere bekannte Einrichtungen außerhalb des Federbeingehäuses (6) erfolgt. 5. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfluß des öls vom inneren in den äußeren Arbeitsraum durch vom Arbeitsko#Ibcn (14) gesteuerte öffnungen (65, 66, 67) des Arbeitszylinders (7') erfolgt. 6. Federbein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (7') von einem mit seinem Außenmantel einen Spalt bildenden Rohr (69) umgeben ist, in dem die vom Arbeitskolben (14) gesteuerten öffnungen (65, 66, 67) münden. 7. Federbein nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Arbeitszylinder (7') umgebende Rohr (69) zusammen mit dem Gehäusemantel (6') ein einheitliches Gehäuseteil zur Aufnahme, des Arbeitszylinders (7') bildet. 8. Federbein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einheitliche Gehäuseteil (6' und und 69) zur Aufnahme der elastischen Trennwände (52, 53) dient, wobei zwischen dem den Arbeitszylinder (7') umgebenden Rohr (69) und der Außenzylinderfläche des Arbeitszylinders (7') ein Dichtring (73) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1043 102.