DE1261409B - Hydropneumatische Federung mit von der Belastung abhaengiger Hoehenregelung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

• Hydropneumatische Federung mit von der Belastung abhängiger Höhenregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf hydropneumatische Federungen mit von der Belastung abhängiger Höhenregelung; insbesondere für Kraftfahrzeuge, und mit Federelementen, bei denen ein am Ende einer Kolbenstange sitzender öldichter Arbeitskolben nach Art eines Stufenkolbens einen Hydrdülikzylinder in einen kolbenstangenseitigen äußeren Arbeitsraum und einen auf der anderen Seite des Kolbens liegenden inneren Arbeitsraum unterteilt und beide Arbeitsräume mit je einem hochgespannten Gaspolster in Verbindung stehen.
• ' Bei den bekannten hydropneumatischen Federungen, bei denen: nur .eine wirksame -Kolbenfläche mit einem hochgespannten Gaspolster zusammenarbeitet, liegt ein ungünstiger Verlauf der Federkennlinien vor, da die Federsteifigkeit @ (Kraftzunahme pro Federweg) mit zunehmender Fahrzeuglast zu stark ansteigt, und zwar bei statischer Federung mit isothermer Zustandsänderung mit dem Quadrat der Last und `nicht proportional mit der Last, wie angestrebt werden muß, wenn bei allen Belastungszuständen eine konstante Eigenschwingungszahl des Aufbaus erzielt.werden soll. Diese Bedingung kann von Luftfederungen mit veränderlicher Gasmenge erfüllt werden, aber nicht von hydropneumatischen Federungen der angegebenen Art. Wenn sich beispielsweise die Lasten wie 1: 2 : 3 : 4 verhalten, sollen sich auch die Federsteifigkeiten wie 1: 2: 3 :4 verhalten, um eine konstante Eigenschwingungszahl zu erreichen. Bei hydropneumatischen Federungen mit konstanter Gasmenge verhalten sich dann jedoch in nachteiliger Weise die statischen Federsteifigkeiten wie 1:4:9:16. -Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei hydropneumatischen Federungen mit konstanter Gasmenge in einem begrenzten Bereich nahezu konstante Eigenschwingungszahlen zu erreichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Druck im äußeren Arbeitsraum durch bekannte Regelmittel zumindest annähernd auf konstanter Höhe gehalten und der Druck im inneren Arbeitsraum in an sich bekannter Weise der jeweiligen Belastung durch Niveauregler und/oder innere Niveauregelung angepaßt wird.
• Wenn die große Kolbenfläche des Stufenkolbens sich zur Ringkolbenfläche beispielsweise wie 2: 1 verhält, ist im Ausgangszustand, bei dem im inneren und im äußeren Arbeitsraum der gleiche Druck herrscht, die Tragfähigkeit (dimensionslos gesprochen) 2 - 1 = 1, nämlich gleich der Druckkraft 2 des inneren Arbeitsraumes abzüglich der Zugkraft 1 des äußeren Arbeitsraumes. Um das oben angenommene Tragfähigkeitsverhältnis des gesamten Federelementes von 1:2: 3:4 zu erreichen, müssen sich die-Drückkräfte des inneren Arbeitsraumes dann wie 2:3:4:5 verhalten, da von ihnen jeweils die Zugkraft 1 des äußeren Arbeitsraumes abzuziehen ist. Die statischen Federsteifigkeiten des inneren Arbeitsraumes verhalten sich wie die Quadrate der Druck-. kräfte, d. h. wie 4 : 9 : 16: 25. Die statische Federsteifigkeit der Zugkraft des äußeren Arbeitsraumes ist konstant und frei wählbar. Sie sei beispielsweise mit 2 angenommen. Da es sich um gegengespannte Federn handelt, ist die Federsteifigkeit des gesamten Federbeins gleich der Summe der Federsteifigkeiten der Druck- und Zugseite. Die statischen Federsteifigkeiten des gesamten Federbeins verhalten sich also wie 6:11:18:27. Das entspricht, gekürzt durch 6 ein Verhältnis der statischen Federsteifigkeiten von 1:1,83:3:4,5. In vorteilhafter Weise wird in diesem Bereich nahezu das gewünschte Verhältnis von 1: 2: 3 : 4 erreicht.
• Bei einer kompletten Fahrzeugfederung mit mehreren Federelementen werden zweckmäßig die äußeren Arbeitsräume aller Federelemente durch gedrosselte Steuerleitungen an einen Niederdruckspeicher angeschlossen, in dem der Druck konstant gehalten wird, und der Niederdruckspeicher wird mit dem Ölbehälter, einer Ölpumpe und dem zur Speisung der inneren Arbeitsräume dienenden Hochdruckspeicher zu einer geschlossenen Öldruckanlage vereinigt.
• Die gestellte Aufgabe kann auch annähernd gelöst werden, wenn der Ölbehälter zugleich als Niederdruckspeicher ausgebildet wird, aus dem die Ölpumpe: in den Hochdruckspeicher fördert. Hierbei kommt :ein besonderer Ölbehälter in- Fortfall. Wenn der Niederdruckspeicher groß genug ist, dann ändert sich bei Ölaufnahme oder Abgabe sein Druck und damit auch der Arbeitsdruck der äußeren Arbeitsräume nur geringfügig. Die Federung kann auch in diesem Fall so ausgelegt werden, daß die Eigenschwingungszahl in einem bestimmten Bereich unabhängig von der Last nahezu konstant ist. Je nach Größe des Niederdruckspeichers kann aber ein ganz bestimmter Verlauf der Federkennlinie erreicht- werden. Auch bei der Federung mit besonderem Ölbehälter ist ein ganz bestimmter Verlauf möglich, wenn der Druck im Niederdruckspeicher durch Regelmittel, z. B. eine Programmsteuerung, entsprechend variiert wird.
• Wenn die Federung mit selbstpumpenden Federbeinen ausgerüstet wird, in denen eine durch die Fahrzeugbewegungen betätigte Pumpe öl aus dem äußeren Arbeitsraum vernichtet wird, kann in einraum fördert und die Pumpleistung durch gedrosseltes Rückströmen des Öls von dem inneren in den äußeren Ärbeitsraum vernichtet wird, kann in einfacher Weise eine lastabhängige Dämpfung geschaffen werden.
• In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Federung dargestellt, und zwar zeigt F i g. I die schematisch gezeichnete Federung für ein zweiachsiges -Fahrzeug mit einem besonderen Niederdruckspeicher, F i g. 2 ein selbstpumpendes Federbein im Schnitt, das mit einer schematisch gezeichneten Federungsanlage zusammenarbeitet, bei der der Ölbehälter zugleich Niederdruckspeicher ist, und F i g. 3 den Querschnitt durch die hohle Kolbenstange des Federbeins der F i g. 2.
• Die Last des Aufbaus 5 wird durch Federbeine 100, 200, 300 und 400 auf eine Achse 6 mit Rädern 1 und 2 sowie eine Achse 7 mit Rädern 3 und 4 übertragen. Kolben 101 oder 301 am Ende ihrer Kolben-Stangen 102, 202, 302 bzw. 402 brennen innere Arbeitsräume 104 bzw. 304 von äußeren Arbeitsräumen 103 bzw: 303. Die äußeren Arbeitsräume 103 oder 303 stehen mit Ausgleichsräumen 105 bzw. 305; die durch den Druck von Gaspolstern 106 bzw. 306 belastet sind, in Verbindung und die inneren Arbeitsräume 104 oder 304 mit Ausgleichsräumen 107 bzw. 307, die durch Gaspolster 108 bzw. 308 belastet sind. Die inneren Arbeitsräume 104 und 304 arbeiten -in bekannter Weise zur Konstanth@altung der Fahrzeughöhe mit Niveaureglern 109; 209 und 309 und einer öldruckerzeugungsanlage zusammen, die aus einem Ölbehälter 10, einer Ölpumpe 11 und einem Hochdruckspeicher 12 besteht. Die äußeren Arbeitsräume 103 und 303 sind durch eilge Steuerleitungen 110, 210, 310 und 410 an einen Niederdruckspeicher 13 angeschlossen, der zwischen Hochdruckspeicher 12 und ölbehälter 10 über Ventileinrichtungen 15 und 16 so eingeschaltet ist, däß in ihm ein Druck von gewünschter Höhe konstant Orehalten wird.
• Gemäß F i g. 2 wird die Last des Aufbaus 55 durch Federbeine 500 und 600 auf eine nicht gezeichnete Achse sowie durch Federbeine 700 und 800 auf eine andere Achse 57 übertragen. Am mit dem Aufbau 55 verbundenen Austrittsende von Kolbenstangen-502, 602, 702 und 802 sind Anschlußstutzen 515 für den Anschluß der äußeren Arbeitsräume an Steuerleitungen 510, 610, 710 und 810 vorgesehen sowie Anschlußstutzen 516 für den Anschluß der inneren Arbeitsräume an Steuerleitungen 511, 611, 711 und 811. Die Steuerleitungen 510, 610, 710 und 810 stehen in beiden Strömungsrichtungen mit einem Niederdruckspeicher 63 in vorzugsweise gedrosselter Verbindung. Aus dem Niederdruckspeicher 63 fördert eine Pumpe 61 über ein Abschaltventil 64 öl in einen Hochdruckspeicher 62. Das Speichervolumen des Niederdruckspeichers 63 ist groß gehalten, damit die Druckschwankungen in- -folge ölabgabe und -aufnahme klein sind. Die Steuerleitungen 511 und 611 der mit innerer Niveauregelung ausgerüsteten Federbeine 500 und 600 stehen ständig mit dem Hochdruckspeicher 62 in vorzugsweise gedrosselter Verbindung, die Steuerleitungen 711 und 811 der mit oder ohne innere Niveauregelung ausgerüsteten Federbeine 700 und 800 über einen Niveauregler 709 je nach dessen Stellung in bekannter Weise mit dem Niederdruckspeicher 63 oder dem Hochdruckspeicher 62 oder keinem von beiden:. ' -Das Federbein 500 mit einem äußeren Arbeitsraum 503, einem Verbindungskanal 529, einem Ausgleichsraum 505, einem Gaspolster 506 sowie einem inneren Arbeitsraum 504, -einem Verbindungskanal 530, einem Ausgleichsraum 507, einem Gaspolster-508 besitzt in bekannter Weise eine innere Niveauregelung mittels einer Steueröffnung 512 in der Zylinderwand 513 des Arbeitszylinders, die mit einer Steuerkante des Kolbens 501 zusammenarbeitet. Der innere Arbeitsraum 504 ist durch eine die Kolbenstange. 502 durchdringende Leitung 514 - mit dem Anschlußstutzen 516 verbunden, der äußere Arbeitsraum 503 durch eine Öffnung 517 in der Wand der hohlen Kolbenstange 502 mit einem Hohlrauen 518 derselben, und dem-Anschlußstutzen 515.
• Das Federbein 500 weist eine am Boden 523 gelenkig befestigte Pumpenstange 519 auf und einen im Hohlraum 518 des Kolbens befestigten Pumpenzylinder 520 mit einem Saugventil 521 und einem Aüsläßventil522. Die Pumpe saugt. über die Öffnung 517, den zwischen Pumpenzylinder 520 und Kolbenstangenwand 531 gebildeten Kanal 524 sowie den Hohlraum 518 öl aus dem äußeren Arbeitsraum 503 und fördert es in den inneren Arbeitsraum 504. Das geförderte Öl kann durch die Steueröffnung 512 in den äußeren Arbeitsraum 503 gedrosselt zurückfließen. Die dadurch erzeugte Dämpfungsarbeit ist von den lastabhängigen Druckunterschieden des inneren und äußeren Arbeitsraumes abhängig und so selbst lastabhängig.
• Selbstpumpende niveauregelnde Federbeine nach Art des Federbeins 500 können mit einem zusätzlich angeordneten Niveauregler 709 so kombiniert werden, daß in der durch den Niveauregler 709 bestimmten Höhenlage. eine Rückflußöffnung 512a in der Zylinderwand 513 eine ständige oder nahezu ständige Verbindung des inneren 504 mit dem süßereu- Arbeitsraum 503 herstellt. Dann erfüllt die Pumpenstange 519 nur die Aufgabe, Dämpfttngskräfte zu erzeugen. Wenn bei sehr großer Pumpleistung die Rückfiußquerschnitte der Rückflußöffnung 512a und des Niveaureglers 709 nicht ausreichen, wird das Fahrzeug durch Austrieb der Kolbenstange 502 gehoben, bis durch die Steueröffnung 512 ein größerer Querschnittfrei wird.
• Wenn die Kombination von selbstpumpenden Federbeinen 500 ohne Rückflußöffnung 512 ä mit dem Niveauregler 709 so vorgenommen wird, daß in der durch den Niveauregler bestimmten Höhenlage die Steueröffnung 512 noch nicht in Funktion tritt, so wird das Fahrzeug durch die Pumpärbeit im Fahrbetrieb bis zu der durch die Steuerbohrung 512 bestimmten Höhenlage angehoben, wobei in vorteilhafter, energiesparender Weise die Verbindung vom Niveauregler 709 zum Hochdruckspeicher 62 geschlossen bleibt und kein Öl zur Konstanthaltung der Fahrzeughöhe aus dem Hochdruckspeicher benötigt wird. Zweckmäßigerweise ist dabei der tote Bereich des Reglers 709 zwischen Beendigung des Einlassens von Öl aus dem Hochdruckspeicher 62 in das Federbein und Beginn des Ablassems von Öl aus dem Federbein in den Niederdruckspeicher 63, bzw. sinngemäß in den Ölbehälter 10 der F i g. 1 so groß gewählt, daß in der durch die Steueröffnung 512 bestimmten Höhenlage noch kein Ablassen von Öl in den Niederdruckspeicher 63 erfolgt, sondern erst bei noch größerer Niveauhöhe. Auf diese Weise wird Regelenergie der Druckanlage gespart und bei großer Pumpleistung auf schlechter Straße das Hochpumpen des Federbeins bis zum Anschlag des Kolbens 501 am Deckel 527 vermieden. Den gleichen Zweck erfüllt die rechtzeitig vorher frei werdende Steueröffnung 526.
• Die Kombination der beiden Regelmöglichkeiten kann auch so erfolgen, daß der Niveauregler 709 überhaupt nicht mit dem Niederdruckspeicher verbindbar ist und die gezeichnete Verbindungsleitung 528 entfällt.
• Bei einer Federungsanlage mit Ölbehälter und besonderem Niederdruckspeicher können die den Druck der inneren Arbeitsräume regelnden Niveauregler der F i g. 1 auch mit dem Niederdruckspeicher verbindbar sein, wobei die Verbindbarkeit mit dem -Ölbehälter in Fortfall kommen oder bestehenbleiben kann.

Claims (7)

1. Patetansprüche: 1. Hydropneumatische Federung mit von der Belastung abhängiger Höhenregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und mit Federelementen, bei denen ein am Ende einer Kolbenstange sitzender öldichter Arbeitskolben nach Art eines Stufenkolbens einen Hydraulikzylinder in einen kolbenstangenseitigen äußeren Arbeitsraum und einen auf der anderen Seite des Kolbens liegenden inneren Arbeitsraum unterteilt und beide Arbeitsräume mit je einem hochgespannten Gaspolster in Verbindung stehen, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Druck in den äußeren Arbeitsräumen (103, 303 oder 503) aller Federelemente durch bekannte Regelmittel wenigstens annähernd auf gleicher Höhe gehalten wird, während der Druck in den inneren Arbeitsräumen (104, 304 oder 504) in an sich bekannter Weise der jeweiligen Belastung durch Niveauregler (109, 209, 309 oder 709) und/oder innere Niveauregelung angepaßt wird.
2. 2. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Arbeitsräume durch Steuerleitungen (110, 210, 310, 410) an einen Niederdruckspeicher (13) angeschlossen sind, der zwischen einem Hochdruckspeicher (12) und einem Ölbehälter (10) einer an sich bekannten öldruckerzeugungsanlage über Ventileinrichtungen (15 und 16) so eingeschaltet ist, daß in ihm ein gewünschter Druck konstant gehalten wird, wobei die Niveauregler (109 oder 309) für den Druck in den inneren Arbeitsräumen (1.04 oder 304) mit dem Hochdruckspeicher (12) und dem Ölbehälter (10) und/oder dem Niederdruckapeicher (13) verbindbar sind.
3. 3. Federung nach den Ansprüchen 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Druckes in den äußeren Arbeitsräumen bzw. im Niederdruckspeicher, die durch die Regelmittel konstant gehalten wird, willkürlich verändert werden kann.
4. 4. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niveauregler (709) für den Druck in den inneren Arbeitsräumen (504) mit einem Hochdruckspeicher (62) und einem Niederdruckspeicher (63) verbindbar sind, während die äußeren Arbeitsräume (503) gemeinsam in beiden Strömungsrichtungen mit dem Niederdruckspeicher (63) in Verbindung stehen, aus dem eine Pumpe (61) in den Hochdruckspeicher (62) fördert.
5. 5. Federung nach den Ansprüchen 1, 1 und 2, 1 bis 3 oder 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Federbeine als an sich bekannte selbstpumpende Federbeine (500) ausgebildet sind, deren Pumpe (Pumpenkolben 519, Pumpenzylinder 520) Öl aus dem äußeren Arbeitsraum (503) saugt und in den inneren Arbeitsraum (504) fördert, wobei die Pumparbeit jedoch durch gedrosseltes Rückströmen von Öl aus dem inneren (504) in den äußeren (503) Arbeitsraum wieder vernichtet wird.
6. 6. Federung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Federbeine (500) mit an sich bekannter innerer Niveauregelung (Steueröffnung 512) ausgerüstet sind.
7. 7. Federung nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, gekennzeichnet durch eine Kombination von innerer Niveauregelung mittels selbstpumpender Federbeine (500) und äußerer Niveauregelung mittels gesonderter Niveauregler (709). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 930 067; deutsche Auslegeschrift Nr. 1026 642; französische Patentschrift Nr. 1300 962.