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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung mit
Niveauregelung für Fahrzeuge, bei der ein in einem Zylinder gleitender Arbeitskolben
mit dem Ölteil eines Arbeitsluftraumes in Verbindung steht, dessen Luftteil seinerseits
mit dem Luftteil eines Reserveluftraumes durch eine enge Öffnung verbunden ist,
und bei der bei Be- oder Entladung des Fahrzeuges über ein Niveauregelventil Öl
in den Ölteil des Reserveluftraumes gepumpt oder daraus abgelassen und dadurch Luft
aus dem Reserveluftraum in den Arbeitsluftraum gedrückt wird, oder umgekehrt, bis
eine vorgegebene Höhe des Fahrzeugaufbaus erreicht ist, wobei Ölverluste im Zylinder
des Arbeitskolbens dadurch ausgeglichen werden, daß dieser durch ein dem Niveauregelventil
nachgeschaltetes Steuerschieberventil entweder mit einer von einer Ölpumpe kommenden
Druckleitung oder mit einer zu einem Ölbehälter führenden Rücklaufleitung verbunden
wird, wenn das Volumen der im Luftteil des Reserveluftraumes vorhandenen Luft unter
bzw. über seinem Sollwert liegt.
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Eine hydropneumatische Federung dieser Gattung ist bereits Gegenstand
des älteren deutschen Patents 1260 997. Bei dieser erfolgt der Leckölausgleich nur
bei unbeladenem Fahrzeug.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die hydropneumatische
Federung nach dem älteren Patent zu verbessern. Diese Aufgabe soll bei einer hydropneumatischen
Federung der eingangs genannten Gattung gemäß der Erfindung dadurch gelöst werden,
daß im Luftteil des Reserveluftraumes eine das Trennorgan zwischen Luftteil und
Ölteil belastende Feder angeordnet ist, deren Federkennlinie so abgestimmt ist,
daß das Verhältnis der Drücke im Luftteil und im Ölteil des Reserveluftraumes bei
allen Belastungszuständen gleich ist, solange das Volumen der im Luftteil des Reserveluftraumes
vorhandenen Luft seinem jeweiligen Sollwert entspricht, und daß die Drücke im Luftteil
und im Ölteil des Reserveluftraumes in entgegengesetzter Richtung auf einen Steuerschieber
des Steuerschieberventils wirken, wobei die wirksamen Kolbenflächen des Steuerschiebers
zueinander im umgekehrten Verhältnis stehen wie die im Normalfall herrschenden Drücke.
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Gegenüber dem Gegenstand des älteren Patents ist durch die Erfindung
insbesondere erreicht, daß der selbsttätige Ausgleich der Leckölverluste auch bei
beladenem bzw. auch bei fahrendem Fahrzeug erfolgt und die Steuerung dieses Ausgleiches
infolge des zusätzlichen Steuerimpulses aus dem Reserveluftraum wesentlich empfindlicher
ist.
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Bei einer bekannten hydropneumatischen Federung (USA.-Patentschrift
2 620 182) stehen die beiden Gasräume einer hydropneumatischen Lastfeder
und einer hydropneumatischen Zusatzfeder durch ein Ausgleichsventil miteinander
in Verbindung. Die Zusatzfeder spricht lediglich auf dynamisches Ausfedern der nicht
abgefederten gegenüber den abgefederten Fahrzeugmassen an, wobei die Gasräume bei
schnellen Druckänderungen durch das Ausgleichsventil getrennt, dagegen bei sehr
langsamen Druckänderungen miteinander verbunden sind. Das Niveauregelventil dieser
bekannten Abfederung regelt unmittelbar die Füllung des hydraulischen Raumes der
Lastfeder und weist einen Steuerschieber auf, der auf der einen Seite i vom Druck
der Lastfeder und auf der anderen Seite vom Druck der Zusatzfeder beaufschlagt wird.
Leckölverluste in der Zusatzfeder bewirken eine Veränderung des an sich auf einen
konstanten Wert eingeregelten Gasvolumens der Lastfeder und können nicht selbsttätig
über das Niveauregelventil ausgeglichen werden, da durch das Ausgleichsventil ein
Druckausgleich zwischen den beiden Federn hervorgerufen wird, so daß das Niveauregelventil
beim Austreten von Lecköl unbeeinflußt bleibt.
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Bei einer weiteren bekannten hydropneumatischen Abfederung (deutsche
Auslegeschrift 1158 386) ist zwischen Rad und Fahrzeugaufbau eine pneumatische
Lastfeder angeordnet, die mit dem Gasraum eines hydropneumatischen Druckspeichers
in Verbindung gebracht werden kann. Sowohl Gasverluste der Lastfeder als auch Änderungen
der Fahrzeugbelastung bewirken eine Veränderung des Gasvolumens der Lastfeder und
damit eine Störung der Federungscharakteristik. Durch Leckölverluste bedingte Probleme
treten bei dieser Federung nicht auf, da die Füllung des hydraulischen Raumes des
Druckspeichers Teil eines ständig aufrechterhaltenen Hydraulikkreislaufes zwischen
einem Hydraulikspeicher und einer Förderpumpe ist.
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Es ist ferner eine hydropneumatische Abfederung (deutsche Auslegeschrift
1183 383) mit einer hydropneumatischen Lastfeder und einem hydropneumatischen
Druckspeicher bekannt, bei der der hydraulische Raum der Lastfeder zum Ausgleich
von Leckölverlusten willkürlich von Hand an eine Druckleitung der Hydraulikpumpe
angeschlossen werden kann. Maßnahmen zur selbsttätigen Steuerung dieses Ausgleiches
sind bei dieser bekannten Federung nicht vorgesehen.
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Bei einer ebenfalls zum Stand der Technik gehörenden hydropneumatischen
Abfederung (französische Patentschrift 1152 495) steht der Gasraum einer
zwischen den abzufedernden Fahrzeugteilen wirksamen pneumatischen Lastfeder mit
dem Gasraum eines hydropneumatischen Druckspeichers in freier Verbindung. Die hydraulische
Füllung des Druckspeichers wird durch ein lastabhängiges Niveauregelventil zur Aufrechterhaltung
eines konstanten Abstandes zwischen den gegenseitig abzufedernden Fahrzeugteilen
gesteuert. Sowohl eine Änderung der Fahrzeugbelastung als auch Gasverluste der Lastfeder
bewirken eine Veränderung der Federhärte der pneumatischen Lastfeder. Auch bei dieser
bekannten Abfederung treten die der Erfindung zugrunde liegenden Probleme beim Ausgleich
von Leckölmengen nicht auf, da eventuelle Leckölverluste beim bekannten Druckspeicher
über das Niveauregelventil ausgeglichen werden.
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Es ist ebenfalls eine hydropneumatische Abfederung (französische Patentschrift
1419 301) bekanntgeworden, bei der die Gasräume der hydropneumatischen Lastfedern
mit dem Gasraum eines hydropneumatischen Druckspeichers zur Aufrechterhaltung eines
konstanten Abstandes zwischen den gegenseitig abzufedernden Fahrzeugteilen bei wechselnden
Belastungen in Verbindung gebracht werden können. Maßnahmen zum selbsttätigen Ausgleich
von Leckölmengen in den hydraulischen Räumen der Lastfedern sind nicht vorgesehen,
so daß die Leckölmengen eine Veränderung der Gasvolumina und damit der Federcharakteristik
hervorrufen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Anschluß am Steuerschieberventil
für die von der Ölpumpe kommende Druckleitung parallel mit dem Ölteil des Reserveluftraumes
an eine durch das Niveauregelventil
gesteuerte Druckleitung angeschlossen
sein und durch den Steuerschieber mit dem Zylinder des Arbeitskolbens in Verbindung
gebracht werden, wenn das Verhältnis der Drücke im Ölteil und im Luftteil des Reserveluftraumes
größer wird als im Normalfall. Auf diese Weise ist erreicht, daß der höhere Druck
im Ölteil des Reserveluftraumes einerseits zur Steuerung verwendet werden kann und
gleichzeitig ständig das erforderliche Druckgefälle zum Ausgleich der Leckölverluste
gegenüber dem Druck im Arbeitszylinder liefert.
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Es kann im Rahmen der Erfindung weiterhin vorgesehen sein, daß der
Steuerschieber eine direkte, druckentlastete Rücklaufleitung mit dem Zylinder des
Arbeitskolbens in Verbindung bringt, wenn das Verhältnis der Drücke im Ölteil und
im Luftteil des Reserveluftraumes kleiner wird als im Normalfall. Diese Anordnung
ist vor allem dann von Vorteil, wenn in bezug auf ein konstantes Gasvolumen im Zylinder
des Arbeitskolbens zuviel Hydrauliköl vorhanden ist. In diesem Fall kann das überschüssige
Hydrauliköl über das Steuerschieberventil in den druckentlasteten Ölbehälter abfließen.
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An Stelle des Drucks im Luftteil des Reserveluftraumes kann im Rahmen
der Erfindung auch der statisch gleich hohe Druck im Zylinder des Arbeitskolbens
auf den Steuerschieber wirken, wenn die durch Federbewegungen dynamischen Druckschwankungen
durch einen mit dem Steuerschieber verbundenen Dämpfungskolben abgefangen werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann ein federbelastetes
Ventil zwischen dem Steuerschieberventil und der Rücklaufleitung vorgesehen sein.
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Ein Ausführungsbeispiel einer hydropneumatischen Federung nach der
Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben.
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Im hydraulischen Arbeitszylinder eines hydropneumatischen Federelements
1 ist ein Arbeitskolben 2 druckdicht und verschiebbar geführt. Der
Arbeitszylinder kann in nicht gezeigter Weise mit dem Fahrzeugaufbau und der Arbeitskolben
2 mit einem Radführungsteil verbunden sein.
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Der Arbeitszylinder ist mit einem Arbeitsluftraum verbunden, der durch
eine Membran 3 in einen Ölteil 4
und einen Luftteil s unterteilt wird. Zur
Erzielung einer Dämpfwirkung für die Bewegungen des Arbeitskolbens 2 sind
zwischen Arbeitszylinder und Ölteil 4
des Arbeitsluftraumes den Durchtritt
der Hydraulikflüssigkeit drosselnde Dämpfungsorgane 6 angeordnet. Die hydropneumatische
Federung ist mit einer Vorrichtung zur Regelung des Luftteiles 5 des Arbeitsluftraumes
des Federelementes 1 auf konstantes Volumen versehen, die auf Belastungsänderungen
des Fahrzeuges anspricht. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Reserveluftraum
mit einem Luftteil 7 und einem Ölteil 8, einer ständig fördernden Ölpumpe 9 und
einem von der Fahrzeugbelastung beeinflußten Niveauregelventil 10.
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Der Luftteil ? des Reserveluftraumes steht über eine Drosselbohrung
11 mit dem Luftteil 5 des Arbeitsluftraumes in Verbindung und ist durch eine Membran
12 vom Ölteil 8 des Reserveluftraumes abgeteilt. Die Membran 12 liegt
an einem topfförmigen Kolbenelement 13 an, das sich über eine Schraubenfeder
14 an einer starren Innenwand 15 des Reserveluftraumes abstützt.
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Der ölteil8 des Reserveluftraumes ist an eine Druckleitung
16 angeschlossen, durch die Hydrauliköl von einer Ölpumpe 9 aus einem
Ölbehälter 17 zum Ölteil 8 und zu einem Steuerschieberventil
19 gefördert wird. In der Druckleitung 16 ist das Niveauregelventi110
angeordnet, in dessen 0-Stellung das Hydrauliköl von der Ölpumpe 9 direkt
über eine Rücklaufleitung 18 dem Ölbehälter 17 wieder zufließt.
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Die 0-Stellung des Niveauregelventils 10 ist auf eine Normalstellung
des Fahrzeugrades gegenüber dem Fahrzeugaufbau bei jeder Fahrzeugbelastung abgestimmt.
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Wird das Fahrzeugrad durch Belastungserhöhung aus seiner Normalstellung
gebracht, bewegt sich der bewegliche Ventilkörper des Niveauregelventils
10 in eine zweite Stellung, in welcher die Rücklaufleitung 18 gesperrt
und der Olteil8 des Reserveluftraumes sowie das Steuerschieberventil 19 über
die Druckleitung 16 an die Druckseite der Ölpumpe 9 angeschlossen sind, bis das
Fahrzeugrad in seine Normalstellung zurückkehrt.
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Ändert das Fahrzeugrad seine Lage aus der Normalstellung durch Belastungsverminderung,
so wird der bewegliche Ventilkörper des Niveauregelventils 10
in eine dritte
Stellung bewegt, in welcher die Druckseite der Ölpumpe 9 von der Druckleitung
16 getrennt und letztere mit der Rücklaufleitung 18 verbunden ist,
bis das Fahrzeugrad seine Normalstellung wieder einnimmt.
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Das Steuerschieberventil 19 für die hydraulische Verbindung
(Druckleitung 16 und Leitung 16 a) zwischen Ölpumpe 9 und Ölteil
4 des Arbeitsluftraumes besteht im wesentlichen aus einem Zylinder
20 und einem Steuerschieber 21. Letzterer ist in einer Bohrung 25
des Zylinders 20 druckdicht und verschiebbar geführt. Der als Differentialkolben
ausgebildete Steuerschieber 21 ist mit einer Kolbenstange 22 verbunden,
die an ihrem dem Steuerschieber 21 abgewendeten Ende einen Dämpfungskolben
23 aufweist. Dieser ist in einer mit einem hydraulischen Dämpfungsmittel
gefüllten weiteren Bohrung 24 des Zylinders 20 verschiebbar angeordnet.
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Die Bohrung 25 ist durch den Steuerschieber 21 in eine
unter niedrigerem Druck stehende Kammer 26 und in eine unter höherem Druck stehende
Kammer 27 unterteilt. Die Kammer 27 weist einen Anschluß 27 a für
den pumpenseitigen Teil (Druckleitung 16) und einen Anschluß 27 b für den
federseitigen Teil (Leitung 16 a) der hydraulischen Verbindung zwischen Ölpumpe
9 und Ölteil 4 des Arbeitsluftraumes auf.
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Die Kammer 26 ist mit einem Anschluß 26 a für eine drucklose Rücklaufleitung
28 versehen, die direkt zum Ölbehälter 17 geführt ist. Der Anschluß
26 a ist durch eine federbelastete Ventilkugel 29 abgeschlossen. Die
Kammer 26 ist über einen zweiten Anschluß 26 b mit der Leitung
16 a zum Ölteil 4 des Arbeitsluftraumes verbunden.
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Die Bohrungen 24 und 25 des Zylinders 20 sind durch eine Zwischenwand
30 voneinander getrennt, in die eine axiale Bohrung 31 zur Führung
der Kolbenstange 22 eingebracht ist. Um die Abdichtung zwischen der im wesentlichen
druckentlasteten Bohrung 24 und der unter hohem Druck stehenden Kammer 27
zu erleichtern, weist die Bohrung 31 einen Anschluß 32 für eine Entlastungsleitung
33 auf.
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Die Entlastungsleitung 33 steht über ein Ventilgehäuse 29 a
für die Ventilkugel 29 mit der Rücklaufleitung 28 in Verbindung.
Die
in der Kammer 26 auf den Steuerschieber 21 einwirkende Kraft muß gleich der in der
Kammer 27 auf den Steuerschieber 21 einwirkenden Kraft sein. Dann ist der Steuerschieber
21 im Gleichgewicht und befindet sich in der gezeichneten Mittellage, in der die
Anschlüsse 26 a und 27 b gesperrt sind.
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Der Mittellage des Steuerschiebers 21 entsprechen bei jeder
Belastung eine durch die Gleichgewichtsbedingung bestimmte Spannung der Schraubenfeder
14 und eine zugehörige Stellung des Kolbenelementes 13.
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Zunächst sei die Wirkungsweise der Vorrichtung zur Regelung des Luftteiles
5 des Arbeitsluftraumes auf konstantes Volumen erläutert: In den gezeichneten Stellungen
von Kolbenelement 13 und Steuerschieber 21 befindet sich das dem Arbeitskolben 2
zugehörige Fahrzeugrad in seiner Normallage gegenüber dem Fahrzeugaufbau.
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Bei Erhöhung der Fahrzeugbelastung bewegt sich der Arbeitskolben 2
gegen Arbeitsluftraum, dessen Druck unter Verminderung des Volumens vom Luftteil
5 ansteigt. Das Niveauregelventil 10 wird dabei in die Stellung gebracht,
in welcher der ölteil8 des Reserveluftraumes an die Ölpumpe 9 angeschlossen ist.
Der Druck im Luftteil ? des Reserveluftraumes wird hierdurch erhöht, und durch die
durch die Drosselbohrung strömende Luft wird das Volumen des Luftteiles 5 des Arbeitsluftraumes
auf seinen ursprünglichen Wert gebracht, so daß das Fahrzeugrad wieder seine Normalstellung
einnimmt.
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Bei Verringerung der Fahrzeugbelastung bewegt sich der Arbeitskolben
2 vom Arbeitsluftraum weg, so daß sich das Volumen von Luftteil 5 gleichzeitiger
Druckminderung vergrößert. Das Niveauregelventil 10 wird hierbei in die Stellung
gebracht, in welcher die Druckleitung 16 mit der Rücklaufleitung 18 verbunden ist.
Der Druck im Luftteil 7 des Reserveluftraumes wird vermindert, und durch den Druckausgleich
über die Drosselbohrung 11 stellt sich im Luftteil 5 des Arbeitsluftraumes
das der Normalstellung des Fahrzeugrades entsprechende Volumen wieder ein.
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Die Wirkungsweise des Steuerschieberventils 19 für den selbsttätigen
Ausgleich von Lecköl ist folgende: Treten bei einer beliebigen Fahrzeugbelastung
Ölverluste im Ölteil 4 des Arbeitsluftraumes auf, bewegt sich der Arbeitskolben
2 in Richtung auf den Arbeitsluftraum. Dabei wird zwangläufig durch die Ölpumpe
9 über das Niveauregelventil 10 Öl in den Ölteil 8 des Reserveluftraumes
gefördert, bis die durch ; den Ölverlust bewirkte Niveauabweichung wieder ausgeglichen
ist. Hierdurch vergrößert sich das Volumen vom Luftteil 5 des Arbeitsluftraumes.
Gleichzeitig wird durch die Druckerhöhung im Ölteil 8 die Schraubenfeder 14 stärker
- als nach der Gleichgewichtsbedingung vorgeschrieben - gespannt, so daß der Steuerschieber
21 aus seiner Mittellage verschoben wird, bis der Anschluß 27 b in der Kammer
27 freigegeben ist. Hierdurch wird infolge des durch die Schraubenfeder
14 erzeugten Druckgefälles zwischen Ölteil 8 und Luftteil ? des Reserveluftraumes
über die Leitung 16 a Öl in den Ölteil 4 des Arbeitsluftraumes gefördert, bis der
Ölverlust wieder ausgeglichen ist. Dann hat der Luftteil 5 des Arbeitsluftraumes
sein ursprüngliches Volumen und die Schraubenfeder 14 die für die jeweilige Belastung
richtige Spannung, so daß der Steuerschieber 21 in seine Mittellage zurückbewegt
wird. Das Steuerschieberventil 19 wird auch dann wirksam, wenn der Ölteil
4 des Arbeitsluftraumes ein zu großes Ölvolumen aufweist, beispielsweise durch falsches
Füllen oder Temperaturschwankungen des Öles. In diesem Fall ist das Volumen des
Luftteiles 5 des Arbeitsluftraumes unter den einzuregelnden Sollwert (dem die Normalstellung
des Fahrzeugrades entspricht) verringert. Infolgedessen wird beim Ansprechen des
Niveauregelventils 10 die Schraubenfeder 14 entgegen der Gleichgewichtsbedingung
für den Steuerschieber 21 entlastet und das Gleichgewicht am Steuerschieber 21 dahingehend
gestört, daß letzterer aus seiner Mittellage verschoben und der Anschluß 26 a freigegeben
ist. Hierdurch kann das überschüssige Öl aus dem ölteil4 des Arbeitsluftraumes über
das aus Ventilkugel 29 und Ventilgehäuse 29 a bestehende Ventil und die Rücklaufleitung
28 in den Ölbehälter 17 abfließen, bis der Steuerschieber 21 seine Mittellage wieder
einnimmt und sich das richtige Volumen im Luftteil 5 des Arbeitsluftraumes wieder
eingestellt hat.
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Sollte durch auftretende Schäden oder aus einem anderen funktionswidrigen
Grund der Druck in der Druckleitung 16 abfallen, wird durch das aus Ventilkugel
29 und Ventilgehäuse 29 a bestehende Ventil vermieden, daß das gesamte Hydrauliköl
aus dem Ölteil 4 des Arbeitsluftraumes über die Leitung 16 a und die Rücklaufleitung
28 abfließen kann.