DE1137325B - Hydropneumatische Federung mit Daempfung und selbsttaetiger Hoehenregulierung fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung mit Dämpfung und selbsttätiger Höhenregulierung für Kraftfahrzeuge mit einem unter Druck stehenden Gasraum, der als Federelement dient, einem flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum, in den eine Kolbenstange taucht, und auf den der Gasdruck wirkt, mit einer Pumpeinrichtung zur selbsttätigen Höhenregulierung und einem Vorratsraum für die Flüssigkeit, die zur Übertragung der abzufedernden Bewegungen von der Kolbenstange auf das Gaspolster dient, wobei die Federung eine von außenliegenden Druckerzeugern unabhängige Baueinheit, etwa in Form eines Federbeins, bildet.

Die Forderungen, die an das Betriebsverhalten einer solchen Feder gestellt werden, sind vor allem Weichheit sowie eine niedere, möglichst über den ganzen Federungs- und Belastungsbereich gleichbleibende Eigenfrequenz (etwa 1 Hz). Dies wird durch eine progressive Federkennung erreicht, die durch die Verdichtung eines gasförmigen Mediums erzielt wird.

Es ist eine Federung der obengenannten Art bekannt, bei der die zur Höhenregulierung verwendete Pumpe aus zusätzlichen Bauteilen besteht, die nur die Pumpfunktion erfüllen. Diese Pumpe besteht aus Pumpenzylinder, Pumpenkolben und einem Ventileinsatz. Der Pumpenkolben ist mit dem Federungskolben, der Pumpenzylinder und der Ventileinsatz mit dem Arbeitszylinder der Federung mechanisch verbunden. Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung ist, daß durch die Verwendung einer gesonderten Pumpe die Federung einen sehr großen Bauaufwand benötigt und daher teuer wird. Weiterhin bedingt diese Anordnung eine sehr genaue Zentrierung der Pumpenteile zueinander, die die Fertigung dieser Federung weitgehend kompliziert. Die außenliegende Verbindungsleitung zwischen Vorratsund Arbeitsraum ist ebenfalls von Nachteil, da diese Verbindungsleitung empfindlich gegen mechanische Beschädigung ist und andererseits eine innenliegende Verbindung zwischen diesen Räumen durch die Art des Aufbaues der Federung nicht möglich ist. Die Dämpfung ist nicht ausreichend und nicht in gewünschtem Maße anpaßbar.

Es ist weiterhin eine Federung der genannten Art vorgeschlagen worden, bei der ein Hohlkolben ein Rückschlagventil trägt und dadurch als Pumpe wirkt, sowie beim Einfedern in ein Steuerrohr eintaucht. Nachteile dieser Federung sind, daß infolge der zu großen Pumpe eine ungünstige Federkennung vorliegt; denn die Federkraft sinkt im Pumpbereich um den Betrag der Pumpkraft von der normalen Kenn-Hydropneumatische Federung mit Dämpfung

und selbsttätiger Höhenregulierung

für Kraftfahrzeuge

Anmelder:
Fichtel & Sachs A. G., Schweinfurt

Dipl.-Ing. Ludwig Axthammer, Schweinfurt,
ist als Erfinder genannt worden

linie ab; ein weiterer Nachteil ist die mangelhafte Regelbarkeit der Dämpfung, die durch die unveränderlichen Bohrungen im Steuerrohr bedingt ist.
Es ist weiterhin eine Federung vorgeschlagen wor-

²S den, bei der der Federungs- und Dämpferkolben zugleich als Pumpenkolben ausgebildet ist. Die Verbindung zwischen Pump- und Arbeitsraum im Federungsbereich wird durch Nuten oder Bohrungen in der Wand hergestellt. Nachteilig ist bei dieser Ausführung, daß der Trennkolben bzw. die Membrane zwischen Arbeits- und Gasraum gemäß der Flüssigkeitsverdrängung durch die Kolbenstange große Wege ausführt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Mängel der bekannten und vorgeschlagenen Ausführung von Federungen der eingangs geschilderten Art zu beseitigen und eine hydropneumatische Federung mit einfachem konstruktiven Aufbau zu schaffen, die für eine billige Massenfertigung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei Federungen der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit einer Längsbohrung versehene Kolbenstange einen, den Pumpenkolben darstellenden Ansatz aufweist und ein Abdeckrohr mindestens auf einem Teil seiner Länge als Pumpenzylinder ausgebildet ist und ferner Mittel vorgesehen sind, die die Verbindung von Pumpenraum und Hydraulik-Arbeitsraum in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Kolbenstange steuern. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist, daß keine zusätzlichen Pumpenteile vorhanden sind, sondern die Funktion der Pumpe von Teilen übernommen wird, die für den

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Aufbau der Federung erforderlich sind. Eine un- zusammen mit dem als Ansatz an der Kolbenerwünschte Verhärtung der Feder beim Eintauchen stange 2 ausgebildeten Pumpenkolben 3 den Pumdes Pumpenkolbens in den Pumpenzylinder kann penraum 6, sobald die Kolbenstange 2 ausreichend leicht durch eine entsprechende Ausbildung des tief eintaucht. Im unteren Teil des Pumpraumes ist Pumpenzylinderanfanges vermieden werden. Ebenso 5 das Ansaugventil 15 angeordnet, das im Ruhekann die Verhärtung der Feder im ganzen Pump- zustand die Bohrungen 16 abschließt, die eine Verbereich sehr klein gehalten werden, indem der Quer- bindung zwischen Vorratsraum 12 und Pumpraum 6 schnitt des Pumpenkolbens klein gemacht wird. darstellen. Durch die Bohrungen 17 und 18 in der Weitere Vorteile der Anordnung sind, daß eine Kolbenstange 2 sowie durch das Ventil 19 am Ende außenliegende Verbindungsleitung zwischen Vorrats- io dieser Kolbenstange ist der Pumpraum 6 mit dem und Arbeitsraum überflüssig wird, und daß die KoI- Hydraulik-Arbeitsraum 9 im unteren Teil des Arbenstange im Arbeitszylinder eine große Führungs- beitszylinders verbindbar. Die Dichtung 20 dichtet länge aufweist. am Kolbenstangendurchtritt den Pumpraum 6 gegen

Als besonders vorteilhaft erwies es sich, daß durch den Hydraulik-Arbeitsraum 9 ab. Im unteren Teil Variierung der als Pumpenzylinder wirkenden Länge 15 des Arbeitszylinders 1 befindet sich ein äußerer des Abdeckrohres der Pumpbereich auf einfache Art Ringraum 7, der mit einem unter Druck stehenden weitgehend verändert und den vorliegenden Betriebs- Gas gefüllt ist, das die Federkräfte erzeugt. Dieser bedingungen angepaßt werden kann. äußere Ringraum 7 wird von einem inneren Ring-

Die Dämpfung der hydropneumatischen Federung raum 26 durch die Membrane 8 getrennt. Der Ringkann dadurch erfolgen, daß im Arbeitsraum eine an 20 raum 26 ist mit einer inkompressiblen Flüssigkeit sich bekannte, fest mit den Wänden des Arbeits- zur Übertragung der Federkräfte gefüllt und steht raumes verbundene Absperrplatte angeordnet ist, die über die Bohrungen 27 und die Ventile 23 und 28 mit Ventilen oder Bohrungen zur Dämpfung versehen der Absperrplatte 22 mit dem Hydraulik-Arbeitswird. Auf diese Weise ist eine gute und leicht ein- raum 9 in Verbindung. Der in diesen Arbeitsraum 9 stellbare Zug- und Druckdämpfung erreichbar, da 25 eintauchende Teil der Kolbenstange 2 sei als Stanzumindest ein großer Teil der durch die Kolben- genkolben2a bezeichnet. Der Stangenkolben 2 a ist stange verdrängten Flüssigkeit, die die Federkräfte an seinem unteren Ende noch mit mindestens einer überträgt, diese Dämpfungseinrichtung passieren muß. an sich bekannten Nut 21 versehen, die beim Aus-Weitere zweckmäßige Ausführungsformen und fahren den Hydraulik-Arbeitsraum 9 über den vorteilhafte Gesichtspunkte ergeben sich aus der Be- 30 Pumpraum 6 sowie über den Raum 14 und die Schreibung der Figuren. Die Figuren stellen vier bei- Bohrung 13 mit dem Vorratsraum 12 verbindet, spielsweise Ausführungsformen der Erfindung dar. Der Kolbenstangendurchtritt wird nach außen durch Im einzelnen zeigt die Dichtung 25 gegen den Vorratsraum abgedichtet.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungs- Bei der Wirkungsweise der Federung kann man

gemäße hydropneumatische Federung, 35 im wesentlichen drei verschiedene Arbeitsphasen

Fig. 2 eine gegenüber der Fig. 1 geringfügig ge- unterscheiden, die durch das verschieden tiefe Einänderte Ausführung mit einem einzigen Trennbalg tauchen der Kolbenstange 2 in den Arbeitszylinder 1 für Vorrats- und Arbeitsraum, herbeigeführt werden.

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante, bei der Bewegt sich die Kolbenstange 2 in einem mitt-

der Vorratsraum ohne Trennbalg ist und unter dem 40 leren Bereich, so erfolgt eine reine Federung durch Druck einer Gasvorspannung steht, das Ein- bzw. Ausfahren des Stangenkolbens 2 a.

Fig. 4 eine ähnliche Ausführung wie Fig. 3, jedoch Dabei taucht der Pumpenkolben 3 noch nicht in den ist hier der Vorratsraum ohne Gasvorspannung, Pumpenzylinder 5 ein, sondern bewegt sich ober- und die innere Dichtung ist zugleich als Pumpen- halb dieses Pumpenzylinders innerhalb des Rauventil ausgebildet. 45 mes 14. Die Nut 21 des Stangenkolbens 2 a befindet Der Aufbau einer Federung entsprechend der sich vollständig unterhalb der Dichtung 20 und da-Fig. 1 ist im einzelnen folgender: mit ganz im Inneren des Hydraulik-Arbeitsraumes 9. Die Federung besteht im wesentlichen aus zwei Bewegt sich die Kolbenstange 2 innerhalb dieses Begegeneinander beweglichen Teilen, dem Arbeits- reiches im Arbeitszylinder 1 hin und her, so verzylinder 1 und der Kolbenstange 2. Diese Teile 50 drängt sie mit ihrem inneren Ende, dem Stangenwerden mittels der Befestigungsaugen 24 zwischen kolben 2 α, im Hydraulik-Arbeitsraum 9 eine ihrem Rad und Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges ange- eintauchenden Volumen entsprechende Flüssigkeitsordnet. Der Arbeitszylinder 1 enthält in seinem menge. Diese Flüssigkeitsmenge wird durch das oberen Teil einen äußeren Ringraum 11, in dem Ventil 28 der Absperrplatte 22 und die Bohrungen 27 sich eine unter Druck stehende Gasfüllung befindet. 55 in den Ringraum 26 gedrückt und ruft über die Dieser äußere Ringraum 11 wird vom inneren Ring- Membrane 8 eine Zusammendrückung der Gasraum 12 durch eine Membrane 10 getrennt. Der füllung im äußeren Ringraum 7 hervor. Dadurch innere Ringraum 12 ist mit einer inkompressiblen wird die Bewegung der Kolbenstange 2 und damit Flüssigkeit gefüllt und dient als Vorratsraum für der Stangenkolben 2 a gegenüber dem Arbeitsdie Flüssigkeit, die die Federkräfte überträgt. Dieser 6a zylinder 1 abgefedert. Fährt die Kolbenstange 2 bzw. Vorratsraum 12 wird durch die Kolbenstange 2 der Stangenkolben 2 a aus, so gelangt die vorher durchsetzt, wobei die Kolbenstange 2 durch ein aus dem Hydraulik-Arbeitsraum 9 verdrängte Flüs-Abdeckrohr4 gegen den eigentlichen Vorratsraum sigkeit aus dem Ringraum 26 über die Bohrungen 27 abgetrennt ist. Im oberen Teil des Abdeckrohres 4 und das Ventil 23 wieder in den Hydraulik-Arbeitsbefinden sich die Bohrungen 13, die dem Druck- 65 raum 9.

ausgleich auf der Rückseite des Pumpenkolbens 3 Bewegt sich die Kolbenstange 2 im Arbeits-

dienen. An seinem unteren Ende ist das Abdeck- zylinder 1 innerhalb eines Bereiches, in dem der rohr 4 als Pumpenzylinder5 ausgebildet und begrenzt Pumpenkolben 3 in den Pumpenzylinder 5 eintaucht,

so ergibt sich eine andere Arbeitsphase. Gegenüber der ersten Arbeitsphase taucht die Kolbenstange 2 tiefer in den Arbeitszylinder 1 ein, und die automatische Höhenregulierung, die durch die Abfederungsbewegungen bewirkt wird, spricht an, um die in der Arbeitsphase 1 bestehende Eintauchtiefe der Kolbenstange 2 wieder herzustellen. Dies geschieht dadurch, daß durch den Pumpenkolben 3 bei einer Auswärtsbewegung Flüssigkeit vom Vorratsraum 12 über die Bohrungen 16 und das Ansaug- ίο ventil 15 in den Pumpraum 6 angesaugt wird. Bewegt sich die Kolbenstange 2 wieder nach innen, so wird das Ansaugventil 15 geschlossen und Flüssigkeit vom Pumpraum 6 über die Bohrungen 17 und 18 und das Rückschlagventil 19 in den Hydraulik-Arbeitsraum 9 gefördert. Durch die Förderung der Flüssigkeit in den Hydraulik-Arbeitsraum 9 wird die Kolbenstange 2 so weit angehoben, wie es der geförderten Flüssigkeitsmenge entspricht. Der Federungsvorgang findet natürlich bei jedem Pump-Vorgang statt. Es wird sich jedoch in diesem Bereich eine steilere Federkennlinie ergeben, da die Pumpkraft sich zur normalen Federkraft addiert. Dieser Pumpvorgang spielt sich so lange bei den auftretenden Federungsbewegungen ab, bis der Pumpenkolben 3 aus dem Pumpenzylinder 5 austritt.

Wird die Federung so weit entlastet, daß die Kolbenstange 2 weiter ausfährt, bis die Nut 21 die Dichtung 20 überbrückt, so beginnt die automatische Höhenregulierung ebenfalls zu arbeiten, und es strömt Flüssigkeit vom Hydraulik-Arbeitsraum 9 über die Nut 21 des Stangenkolbens 2 a, den Pumpraum 6, den Raum 14 und die Bohrungen 13 in den Vorratsraum 12. Dies geschieht so lange, bis durch den Flüssigkeitsverlust im Hydraulik-Arbeitsraum 9 die Kolbenstange 2 und damit der Stangenkolben 2 a so weit absinkt, daß sich die Nut 21 vollkommen innerhalb des Hydraulik-Arbeitsraumes 9 befindet und die Dichtung 20 nicht mehr überbrückt.

Der Aufbau einer Federung nach der Fig. 2 ist im wesentlichen der gleiche wie der der Federung nach der Fig. 1; lediglich wird statt zweier getrennter Membranen 8 und 10 eine gemeinsame Membrane 29 zur Trennung zwischen Gasraum 7 und Ringraum 26 bzw. Gasraum 11 und Vorratsraum 12 verwendet. Die Wirkungsweise dieser Federung entspricht vollkommen der nach der Fig. 1.

Die Federung nach der Fig. 3 entspricht ebenfalls im wesentlichen der Federung nach der Fig. 1. Bei dieser Ausführung wird im Gegensatz zu der Fig. 1 lediglich auf den elastischen Trennbalg 10 zwischen Gasraum 11 und Vorratsraum 12 verzichtet und Gas und Flüssigkeit grenzen mit freier Oberfläche aneinander. Die Bohrung 30 stellt die Verbindung zwischen dem Raum 14 und dem Vorratsraum 12 her und übernimmt damit die Funktion der Bohrung 13 der Fig. 1. Die Wirkungsweise entspricht ebenfalls völlig der der Federung nach der Fig. 1.

Die Ausführungsform der Federung nach der Fig. 4 entspricht in ihrem Aufbau im wesentlichen der nach der Fig. 3. Die einzigen Unterschiede sind, daß die Flüssigkeit im Vorratsraum 12 nicht unter einem erhöhten, sondern unter atmosphärischem Druck steht; die Bohrung 32 im Arbeitszylinder 1 gestattet den Zutritt der Außenluft zum Vorratsraum 12. Außerdem sind bei dieser Ausführung die Dichtung 20 und das Rückschlagventil 19, wie sie in der Ausführung nach der Fig. 3 vorhanden sind, zu einem Bauteil als Ventil und Dichtungsplatte 31 zusammengefaßt worden. In der Wirkungsweise ergibt sich gegenüber der Fig. 3 insofern ein Unterschied, als die aus dem Pumpenkolben 3 und Pumpenzylinder 5 bestehende Pumpe nicht durch das Innere der Kolbenstange 2 bzw. des Stangenkolbens la Flüssigkeit in den Hydraulik-Arbeitsraum 9 fördert, sondern durch die Bohrung 33 und das Ventil 31 wird die Flüssigkeit aus dem Pumpraum 6 in den Ringraum 26 gefördert. Im übrigen ist die Wirkungsweise die gleiche wie bei einer Federung nach der Fig. 1.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern erstreckt sich auf alle Ausführungen, die innerhalb des grundlegenden Erfindungsgedankens liegen. Insbesondere kann auch der Hydraulik-Arbeitsraum ohne elastische Trennwand an das die Federkräfte erzeugende Gaspolster grenzen. Die Dämpfungseinrichtung kann ebenfalls anders ausgebildet werden.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hydropneumatische Federung mit Dämpfung und selbsttätiger Höhenregulierung für Kraftfahrzeuge mit einem unter Druck stehenden Gasraum, der als Federelement dient, einem flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum, in den eine Kolbenstange taucht und auf den der Druck des Gases wirkt, mit einer Pumpeinrichtung zur selbsttätigen Höhenregulierung und einem Vorratsraum für die Flüssigkeit, die zur Übertragung der abzufedernden Bewegungen von der Kolbenstange auf das Gaspolster dient, wobei die Federung eine von außenliegenden Druckerzeugern unabhängige Baueinheit, etwa in Form eines Federbeines, bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Längsbohrung versehene Kolbenstange (2) einen, den Pumpenkolben (3) darstellenden Ansatz aufweist und ein Abdeckrohr (4) mindestens auf einem Teil seiner Länge als Pumpenzylinder (5) ausgebildet ist und ferner Mittel (17, 18. 19) vorgesehen sind, die die Verbindung von Pumpenraum (6) und Hydraulik-Arbeitsraum (9) in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Kolbenstange (2) steuern.

2. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hydraulik-Arbeitsraum (9) eine an sich bekannte, fest mit den Wänden des Hydraulik-Arbeitsraumes (9) verbundene Absperrplatte (22) angeordnet und mit Ventilen (23, 28) oder Bohrungen zur Dämpfung versehen ist.

3. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelpumpe (3, 5) vom Vorratsraum (12) umgeben ist.

4. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennbälge (8 und 10) für den Feder- und Vorratsraum konzentrisch zur Kolbenstange (2) und hintereinander angeordnet sind.

5. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung des gasgefüllten Federraumes (7) vom flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum (9) bzw. Ring-

raum (26) und des gasgefüllten Raumes (11) vom flüssigkeitsgefüllten Vorratsraum (12) durch einen einzigen Trennbalg (29) erfolgt.

6. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen Arbeits- und Vorratsraum einmal als an sich bekanntes kreisförmiges Plattenventil (31) mit elastisch bewegbarem äußerem

Plattendichtrand und weiterhin an seiner Innenseite als Dichtelement für den Stangenkolben (2 a) ausgebildet ist.

7. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsraum (12) ohne elastische Trennwand unter Gasvorspannung oder unter Atmosphärendruck steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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