DE1183801B

DE1183801B - Hydropneumatische Federung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1183801B
Application number: DEF33419A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ludwig Axthammer
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Sachs AG
Priority date: 1961-03-15
Filing date: 1961-03-15
Publication date: 1964-12-17
Also published as: GB952421A; FR1327071A; US3110485A; NL275895A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

BIBLIOTHEK

DES DSUTSCHEN

PäTENTAKTES

Internat. Kl.: B62d

Deutsche KL: 63 c - 41

Nummer: 1183 801

Aktenzeichen: F 3341911/63 c

Anmeldetag: 15. März 1961

Auslegetag: 17. Dezember 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatisch^ 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 Flüssigkeit, die zur Übertragung der abzufedernden Bewegungen von der Arbeitskolbenstange auf das Gaspolster dient, wobei die Federung eine von außenliegenden Druckerzeugern unabhängige Baueinheit in Form eines Federbeines bildet und bei der der Pumpenzylinder von dem Innenmantel der hohlen Arbeitskolbenstange gebildet ist.

Es ist eine Federung der genannten Art bekannt, bei der der Pumpkolben konzentrisch innerhalb des dort verwendeten Differentialkolbens und der Pumpzylinder am Behälterboden angeordnet ist; Pumpzylinder und Pumpkolben tauchen während des ganzen Federungshubes ineinander, da diese Teile nicht nur das Hochpumpen bewirken, sondern auch das Ablassen von Flüssigkeit durch das Zusammenarbeiten dieser Teile gesteuert wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist zwischen Vorratsraum und Pumpraum eine außenliegende Verbindungsleitung erforderlich. Aus diesem Aufbau ergeben sich Nachteile, die die Verwendbarkeit dieser Federung beeinträchtigen. Durch die außenliegende Verbindungsleitung zwischen Vorratsraum und Pumpraum wird die Betriebssicherheit ungünstig beeinflußt, denn diese außenliegende Verbindungsleitung ist gegen Steinschlag und andere mechanische Einwirkungen empfindlich. Bei einer Beschädigung dieser Verbindungsleitung wird die Niveauregulierung ausfallen und die Funktionsfähigkeit der Federung erheblich beeinträchtigt. Die Verwendung eines Differentialkolbens bedingt eine schlechte Führung der beiden abzufedernden Teile der Federung gegeneinander, da im ausgefahrenen Zustand des Differentialkolbens die Führungsstellen der beiden Teile gegeneinander sehr nahe zusammenliegen. Pumpkolben und Pumpzylinder erfordern auf ihrer ganzen Länge eine genaue Bearbeitung. Da diese Teile während des ganzen Federungshubes ineinandertauchen, ergeben sich lange Bearbeitungsflächen, die die Fertigung erheblich verteuern, und die Pumpe wird im gesamten Aufbau lang und schwer.

Es ist weiterhin eine hydropneumatische Federung der oben bezeichneten Art bekanntgeworden, bei der ein Hohlkolben ein Rückschlagventil trägt und konzentrisch außen um ein Steuerrohr angeordnet ist, Hydropneumatische Federung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Fichtel & Sachs Aktiengesellschaft,
Schweinfurt

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Ludwig Axthammer, Schweinfurt --

wodurch diese Anordnung als Pumpe wirkt. Die Nachteile dieser hydropneumatischen 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 Kennlinie ab. Weiterhin weist diese An-Ordnung nur eine mangelhafte Regelbarkeit der Dämpfung auf, die durch die unveränderlichen Bohrungen im Steuerrohr bedingt ist. Diese hydropneumatische Federung ist zudem in ihrem konstruktiven Aufbau kompliziert und weist eine große Anzahl von Einzelteilen auf, die eine genaue Bearbeitung erfordern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Mängel der bekannten Konstruktionen zu beseitigen und die hydropneumatische Federung betriebssicherer zu gestalten. Weiterhin soll die zu schaffende Federung einen einfachen konstruktiven Aufbau und nur wenig genau zu bearbeitende Einzelteile aufweisen, damit sie für eine Massenfertigung geeignet ist. Diese Aufgabe wird bei Federungen der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der am freien Ende der Arbeitskolbenstange angeordnete Pumpraum über ein im Innern der Arbeitskolbenstange vorgesehenes kombiniertes Druck- und Saugventil und über einen Hohlraum und eine Bohrung in der Arbeitskolbenstange im gesamten Arbeitsbereich der Federung mit dem Vorratsraum verbindbar und die Arbeitskolbenstange in der einen, diese durchdringenden Stirnwand und in der mittigen radialen Zwischenwand des Arbeitszylinders geführt ist. Dadurch, daß der Pumpraum über die hohle Arbeitskolbenstange mit dem Vorratsraum verbindbar ist, wird eine außenliegende Verbindungsleitung

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zwischen diesen Räumen überflüssig und die Federung dadurch gegen Beschädigungen unempfindlicher. Durch die Ausbildung des Verdrängerelementes als Arbeitskolbenstange, die keine Führungstellen im Arbeitszylinder besitzt, wird die Führung der zwei i gegeneinander bewegten Teile der Federung wesentlich verbessert, da die Führungsstellen immer einen gleichbleibenden Abstand besitzen und dieser Abstand entsprechend groß gewählt werden kann. Außerdem wird die Fertigung der Federung vereinfacht, da der Arbeitszylinder an seiner inneren Fläche nicht bearbeitet zu werden braucht und nur die Lagerstellen für die Arbeitskolbenstange und die Arbeitskolbenstange selbst einer genauen Bearbeitung bedürfen. Die Federung weist einen sehr einfachen konstruktiven Gesamtaufbau auf.

Gemäß der Erfindung ist es weiterhin von Vorteil, die hydropneumatische Federung so auszubilden, daß der in an sich bekannter Weise am Grunde des Arbeitsraumes befestigte Pumpkolben und der Pump- ao zylinder nur auf einem Teil des Federweges ineinandertauchen. Durch diese Anordnung von Pumpzylinder bzw. Pumpkolben ergibt sich ein sehr einfacher konstruktiver Aufbau der Federung, da der Pumpraum der hohlen Arbeitskolbenstange benachbart ist. Dadurch, daß die beiden Pumpteile nur auf einem Teil des Federweges ineinandertauchen, werden diese Teile relativ kurz, und ihre Bearbeitung ist dadurch vereinfacht sowie das Gewicht der ganzen Pumpe gesenkt.

Zweckmäßig wird die Länge des Vorratsraumes so gewählt, daß sie in an sich bekannter Weise mindestens dem maximalen Federweg der Federung entspricht. Dadurch ergibt sich eine große Führungslänge der Arbeitskolbenstange, da die Lagerstellen beidseitig des Vorratsraumes angeordnet sind. Außerdem ist die dauernde Verbindung zwischen der hohlen Arbeitskolbenstange und dem Vorratsraum auf sehr einfache Weise, nämlich durch eine Bohrung in der Kolbenstange möglich.

In den Figuren werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße hydropneumatische Federung;

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine hydropneumatische Federung, die gegenüber der Fig. 1 konstruktiv abweichend ausgebildet ist.

Die Federung gemäß Fig. 1 besteht aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen, nämlich dem Ar-Inneren der Arbeitskolbenstange 1 in den Pumpraum 4. Die Verwendung dieses Ventils als kombiniertes Druck- und Saugventil gestattet es, ein Plattenventil zu benutzen, das infolge seiner Bauart eine einwandfreie Trennung zwischen Pumpraum 4 und Hohlraum 32 bei geringstem Bauaufwand gewährleistet. An ihrem mittleren Teil weist die Kolbenstange 1 eine Bohrung 13 und einen Sprengring 27 auf. Die Bohrung 13 verbindet den Hohlraum 32 der Kolbenstange 1 mit dem Vorratsraum 5, 6. Der Sprengring 27 dient zur Ausfahrbegrenzung der Arbeitskolbenstange. In der äußersten Stellung der Arbeitskolbenstange 1 liegt der Sprengring an der Innenfläche des oberen Deckels des Arbeitszylinders 21 an.

Der Arbeitszylinder 21 enthält in seinem oberen Teil einen Gasraum 7, der konzentrisch den mit Flüssigkeit gefüllten Raum 5 umschließt. Der Raum 5 und der Gasraum 7 sind durch eine Membran 12 voneinander getrennt. Der Raum 5 umschließt konzentrisch einen weiteren flüssigkeitsgefüllten Raum 6, der unmittelbar am die Arbeitskolbenstange grenzt und mit dem Raum 5 über eine Bohrung 14 in der Trennwand 28 dauernd in Verbindung steht. Die Räume 5 und 6 dienen als Vorratsraum für die Flüssigkeit. Nach außen wird dieser Vorratsraum durch die Dichtung 22 im oberen Deckel des Arbeitszylinders 21 abgeschlossen. Im unteren Teil des Arbeitszylinders 21 befindet sich ein Gasraum 10, der durch eine Membran 11 von dem flüssigkeitsgefüllten Raum 9 getrennt ist und diesen Raum 9 konzentrisch umschließt. Der Raum 9 wird durch eine zylindrische Trennwand 29 vom Raum 8 getrennt. In dieser zylindrischen Trennwand 29 sind Bohrungen 18 angeordnet. Durch diese Bohrungen 18 und die Dämpfungsbohrungen 19 in der Absperrplatte 20 wird eine Verbindung zwischen den Räumen 8 und 9 hergestellt. In den Raum 8 taucht mit ihrem unteren Ende die Arbeitskolbenstange 1. An der Durchtrittsstelle der Kolbenstange durch die Zwischenwand 31 des Arbeitszylinders 21 befindet sich die Dichtung 23, die den aus den Räumen 8, 9 gebildeten Arbeitsraum gegen den Vorratsraum 5, 6 abdichtet. Im unteren Deckel des Arbeitszylinders 21 und in der Absperrplatte 20 ist der Pumpkolben 3 befestigt. Der Pumpkolben 3 weist eine Längsbohrung 16 auf, die nach unten durch das Ventil 17 gegen den Arbeitsraum 8,9 abgeschlossen ist. Dieser Abschluß erfolgt nur dann, wenn der Druck im Arbeitsraum 8, 9 größer als der

beitszylinder 21 und der Arbeitskolbenstange 1. Die 50 Druck in der Längsbohrung 16 ist. Das Ventil öffnet, hydropneumatische Federung ist zwischen dem Rad wenn der Druck in der Längsbohrung 16 größer als

und dem Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges montiert, wobei die Befestigung an diesen Teilen mittels der Augen 24 und 25 erfolgt. Die Arbeitskolbenstange 1 weist einen Hohlraum 32 auf und ist an ihrem arbeitsraumseitigen Ende als Pumpzylinder 2 ausgebildet. Der Pumpzylinder 2 bildet bei entsprechend tiefem Eintauchen der Arbeitskolbenstange 1 zusammen mit dem Pumpkolben 3 den in diesem Fall geschlossenen Pumpraum 4. Am arbeitsraumseitigen Ende der Arbeitskolbenstange 1 befindet sich ferner an ihrer Außenseite eine Längsnut 26, die zur Verbindung des Arbeitsraumes 8, 9 mit dem Vorratsraum 5, 6 dient. Das Innere der hohlen Arbeitskolbenstange 1 wird gegen den Pumpraum 4 durch ein kombiniertes Druck- und Saugventil 15 begrenzt. Das Saugventil 15 gestattet bei entsprechenden Druckverhältnissen den Übertritt von Flüssigkeit vom der Druck im Arbeitsraum 8, 9 ist.

Die Ausführungsform entsprechend der Fig. 2 unterscheidet sich von der nach der F i g. 1 nur dadurch, daß dort der Hohlraum in der Arbeitskolbenstange 1 als Bohrung 33 ausgebildet ist und statt der Membranen 11 und 12 eine einzige Membran 30 zur Trennung zwischen Gasraum 7 und Vorratsraum 5,6 sowie Gasraum 10 und Arbeitsraum 8, 9 vorhanden ist. Im übrigen ist der Aufbau der gleiche wie der der Federung nach der Fig. 1.

Bei der Wirkungsweise der hydropneumatischen Federung kann man im wesentlichen drei verschiedene Arbeitsphasen unterscheiden, die durch das verschieden tiefe Eintauchen der Arbeitskolbenstange 1 in den Arbeitszylinder 21 herbeigeführt werden.

Bewegt sich die Arbeitskolbenstange 1 in einem mittleren Bereich (wie in den Figuren dargestellt), so

erfolgt eine reine Federung. Dabei taucht der Pumpkolben 3 noch nicht in den Pumpzylinder 2 ein.

Der Pumpzylinder 2 bewegt sich oberhalb des Pumpkolbens 3 innerhalb des Raumes 8. Die Längsnut 26 befindet sich vollständig unterhalb der Dichtung 23 und damit ganz im Inneren des Raumes 8. Bewegt sich in diesem Bereich die Arbeitskolbenstange 1 einwärts, so verdrängt sie durch ihr Eintauchen in den Raum 8 eine entsprechende Flüssigkeitsmenge, die durch die Dämpfungsbohrungen 19 (die auch als Ventile augebildet sein können) und die Bohrungen 18 in den Raum 9 übertritt und durch eine Bewegung der Membran 11 eine Kompression des Lm Gasraum 10 enthaltenen Gases bewirkt. Dadurch wird die Bewegung der Arbeitskolbenstange 1 gegenüber dem Arbeitszylinder 21 abgefedert und gleichzeitig diese Bewegung gedämpft. Wird die Arbeitskolbenstange entlastet, so bewegt sie sich wieder auswärts, und die vorher verdrängte Flüssigkeit gelangt auf dem schon beschriebenen Weg vom Raum 9 in den Raum 8.

Bewegt sich die Arbeitskolbenstange 1 im Arbeitszylinder 21 innerhalb eines Bereiches, in dem der Pumpkolben 3 in den Pumpzylinder 2 eintaucht, so ergibt sich eine andere Arbeitsphase. Gegenüber der vorher beschriebenen Arbeitsphase taucht die Arbeitskolbenstange 1 tiefer in den Arbeitszylinder 21 ein, und die automatische Höhenregulierung, die durch die Abfederungsbewegung bewirkt wird, spricht an, um die in der ersten Arbeitsphase bestehende Eintauchtiefe der Arbeitskolbenstange 1 wiederherzustellen. Dies geschieht dadurch, daß bei einer geringfügigen Auswärtsbewegung der Arbeitskolbenstange 1 Flüssigkeit aus dem Hohlraum 32 in der Arbeitskolbenstange 1, der mit dem Vorratsraum S, 6 ver- bunden ist, über das Saugventil 15 in den Pumpraum 4 angesaugt wird. Bewegt sich bei einer Abfederungsbewegung die Arbeitskolbenstange 1 wieder einwärts, so wird durch die Verkleinerung des Pumpraumes 4 durch die Längsbohrung 16 und das Ventil 17 Flüssigkeit, die aus dem Vorratsraum angesaugt wurde, in den Arbeitsraum 8, 9 gefördert. Beim Saughub, d. h. bei einer Vergrößerung des Pumpraumes 4, ist das Ventil 17 geschlossen. Durch die Förderung von Flüssigkeit aus dem Vorratsraum 5, 6 in den Arbeitsraum 8, 9 wird die Arbeitskolbenstange 1 so weit angehoben, wie es der geförderten Flüssigkeitsmenge entspricht. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Arbeitskolbenstange 1 so weit angehoben wird, daß der Pumpkolben 3 aus dem Pumpzylinder 2 austritt. Neben dem Pumpvorgang findet natürlich immer der in der ersten Arbeitsphase beschriebene Federungsvorgang statt. Es wird sich jedoch in diesem Bereich eine steilere Federkennlinie ergeben, da die Pumpkraft sich zur normalen Federkraft addiert.

Wird die Federung so weit entlastet, daß die Arbeitskolbenstange 1 so weit ausfährt, daß die Längsnut 26 die Dichtung 23 überbrückt, so beginnt die automatische Höhenregulierung ebenfalls zu arbeiten. Es strömt Flüssigkeit vom Raum 8 über die Längsnut 26 in den Raum 6, also vom Arbeitsraum in den Vorratsraum. Dies geschieht so lange, bis durch den Flüssigkeitsverlust im Arbeitsraum die Arbeitskolbenstange 1 so weit absinkt, daß sich die Längsnut 26 vollkommen innerhalb des Raumes 8 befindet und die Dichtung 23 nicht mehr überbrückt, also die Stellung der Arbeitskolbenstange 1 erreicht ist, in der die reine Abfederung erfolgt.

Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels entsprechend der Fig. 2 ist die gleiche wie die des Ausführungsbeispiels der Fig. 1.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern erstreckt sich auf alle Ausführungen, die nur konstruktive Abwandlungen aufweisen und innerhalb des grundsätzlichen Erfindungsgedankens liegen. Insbesondere sind abweichende Ausbildungen der Dämpfungseinrichtung und der Begrenzung der Gasräume gegen die Flüssigkeitsräume möglich.

Claims

Patentansprüche:

l.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 Arbeitskolbenstange auf das Gaspolster dient, wobei die Federung eine von außenliegenden Druckerzeugern unabhängige Baueinheit in Form eines Federbeines bildet und bei der der Pumpzylinder von dem Innenmantel der hohlen Arbeitskolbenstange gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der am freien Ende der Arbeitskolbenstange (1) angeordnete Pumpraum (4) über ein im Inneren der Arbeitskolbenstange vorgesehenes kombiniertes Druck- und Saugventil (15) und über einen Hohlraum (32, 33) und eine Bohrung (13) in der Arbeitskolbenstange im gesamten Arbeitsbereich der Federung mit dem Vorratsraum (5,6) verbindbar und die Arbeitskolbenstange (1) in der einen, diese durchdringenden Stirnwand und in der mittigen radialen Zwischenwand (31) des Arbeitszylinders (21) geführt ist.
2. Hydropneumatisch© Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in an sich bekannter Weise am Grunde des Arbeitsraumes (8) befestigte Pumpkolben (3) und Pumpzylinder (2) nur auf einem Teil des Federweges ineinandertauchen.
3. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Vorratsraumes (5, 6) in an sich bekannter Weise mindestens dem maximalen Federweg entspricht.
4. Hydropneumatisch© Federung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben (3) eine Längsbohrung (16) aufweist, die an der dem Pumpzylinder (2) abgekehrten Seite durch ein Rückschlagventil (17) verschlossen ist.
5. Hydropneumatisch© Federung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitsraum (8) in an sich bekannter Weise eine fest mit der konzentrisch zur Federbeinlängsachse vorgesehenen Trennwand (29) verbundene Absperrplatte (20) senkrecht zur Federbeinlängsaohse angeordnet und mit Bohrungen (19) oder Ventilen zur Dämpfung versehen ist.
6. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (11 und 12) für den Arbeitsraum (8, 9) und den Vorratsraum (5, 6) in an sich bekann-

ter Weise konzentrisch zur Kolbenstange (17) und in bereits vorgeschlagener Weise hintereinander angeordnet sind.
7. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung des Gasraumes (10) vom Arbeitsraum (8, 9) und die Trennung des Gasraumes (7) vom

Vorratsraum (5, 6) in bereits vorgeschlagener Weise durch eine einzige Membran (30) erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 1043 102; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 057 891.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 758/230 12.64 © Bundesdruckerei Berlin