DE1675634C2

DE1675634C2 - Feder-Dämpfer-Element für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE1675634C2
Application number: DE19661675634
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr.-Ing. 5100 Aachen Essers (Verstorben)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-08-16
Filing date: 1966-08-16
Publication date: 1974-09-05
Also published as: DE1675634B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feder-Dämpfer-Element für Fahrzeuge, bestehend aus einem Gehäuse mit einem über Roll- oder Faltenbälge hermetisch abgeschlossenen und mit Druckgas gefüllten Federungsraum und einem aus einem Gehäuse bestehenden Dämpferteil, dessen Raum sich beim Einfedern mittels einer beweglichen Wand vergrößert und beim Ausfedern verkleinert und über Dro >selorgane mit einem auf der dem Raum des Dämpferteils abgewandten Seite der beweglichen Wand befindlichen, beim Einfedern kleiner werdenden Raum verbunden ist, der mit dem Federungsraum in Verbindung steht, wobei das Gehäuse des Dämpferteils an einem Teil des Federgehäuses und die bewegliche Wand des Dämpferteils an dem anderen Teil des Federgehäuses befestigt ist.

Bei diesem aus der französischen Patentschrift 879 bekannten Feder-Dämpfer-Element ist innerhalb des im wesentlichen von einem Faltenbalg umschlossenen Federungsraumes ein hydraulischer Schwingungsdämpfer angeordnet, der sich zusammensetzt aus einem Dämpfergehäuse, das mit dem unteren Teil des Federgehäuses verbunden ist, und einem in diesem Gehäuse geführten Kolben, dessen Kolbenstange am oberen Teil des Federgehäuses befestigt ist. Der Kolben unterteilt das Gehäuse des Dämpferteils in einen oberen, sich beim Einfedern vergrößernden und beim Ausfedern verkleinernden

Raum und einen unteren, auf der anderen Seite des

Kolbens befindlichen Raum, der sich beim Einfedern verkleinert und beim Ausfedern vergrößert und der mit dem Federungsraum verbunden ist. Im Kolben

des Dämpferteils sind in zwei Richtungen wirkende

Drosselorgane angeordnet, die den oberen Raum des

Dämpferteils mit dem unteren Raum verbinden.

Seim Einfedern der Druckgasfeder vergrößert sich

. der obere Raum des Dämpferteils, und die Dämp-

fungsflüssigkeit strömt durch die Drosselorgane im Kolben vom unteren Raum in den oberen Raum des Schwingungsdämpfers. Der Federungsraum steht über einen Anschlußstutzen und ein Ventil mit einer Druckluft- oder Druckgasquelle in Verbindung, so daß der Druck im Federungsraum stets der aufzunehmenden Last angepaßt werden kann. Der Federungsraum steht mit dem Raum des Dämpferteils über Drosselorgane und Rückschlagventile in Verbindung. Der untere, ringförmige und das Dämpferge-

ao häuse umgebende Teil des Federungsraumes dient als Vorrats- und Ausgleichsraum der Dämpferflüssigkeit, die durch den Luftdruck im Federungsraum über die Rückschlagventile in den Dämpferteil zurückgedrückt wird. Die an der Führung der Kolben-

»5 stange des Dämpferkolbens in den Federungsraum austretende Dämpferflüssigkeit wird im unteren Teil des Federungsraumes gesammelt.

Dieses bekannte Feder-Dämpfer-Element hat den Nachteil, daß zwar die Luft- oder Gasfeder der aufzunehmenden Last angepaßt werden kann, daß aber die vom Dämpferteil bewirkte Dämpfungsarbeit von der auf die Feder wirkenden Last unabhängig ist. Bei diesem Feder-Dämpfer-Element ist deshalb entweder bei hoher Belastung die Dämpfungswirkung zu ge-

ring oder bei geringer Belastung die Dämpfungswirkung zu stark.

Diesen Nachteil vermeidet ein aus der von der Elsevier Publishing Company herausgegebenen Veröffentlichung »FIS1TA 1960 — Proceedings of the 8th

international automobile technical congress« bekanntes Feder-Dämpfer-Element, bei dem die Schwingungsdämpfung pneumatisch erfolgt und bei dem der mit Druckluft gefüllte Federungsraum über ein in zwei Richtungen wirkendes Drosselorgan mit einem Nebenraum verbunden ist, dessen Volumen konstant ist. Wie schon in der Veröffentlichung »FISITA 1960 — Proceedings of the 8th international automobile technical congress« ausgeführt und in einem späteren vom Verein Deutscher Ingenieure — Fachgruppe Fahrzeugtechnik — herausgegebenen Bericht über den internationalen automobiltechnischen Kongreß »FISITA 1966 — Proceedings of the 8th international automobile technical congress« bestätigt wurde, hat dieses bekannte Feder-Dämpfer-Element den Nachteil, daß die Dämpfungsarbeit auf kleine Werte beschränkt ist und daß deshalb dieses Feder-Dämpfer-Element wegen zu geringer Dämpfung im Bereich der Achsschwingungen als Fahrzeugdämpfer ungeeignet ist. Wird nämlich die Drosselung des zwischen dem Federungsraum und dem Nebenraum befindlichen Drosselorgans über ein bestimmtes Maß vergrößert, so wird damit die Schwingungsdämpfung nicht erhöht, sondern lediglich die Druckluftfeder verhärtet.

Aus der 1938 veröffentlichten USA.-Patentschrfft 2 121 339 ist zur Bedämpfung von Fahrzeugfedern ein pneumatischer, mit Atmosphärendruck bzw. Umgebungsdruck arbeitender Schwingungsdämpfer be

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_e^^S kannt, der sich zusammensetzt aus zwei teleskopisch zeugachse auftreten, nicht möglich ist. Bei dieser

_d zueinander verschiebbaren Zylindern, die über KoI- pneumatischen, unter hohera Druck arbeitenden Fe-

benringe gegeneinander abgedichtet sind, einem Zy- der ist eine Anpassung des Luftdrucks im Feder-

. linderdeckel auf dem im äußeren Zylinder geführten gehäuse an die statisch auf die Feder wirkende Last

. ^e Ende des inneren Zylinders und einem im inneren 5 nicht vorgesehen.

J Zylinder geführten Kolben, der an einer Kolben- Aus de'r USA.-Patentschrift 2 818 249 ist ein Fe-

"¹J" stange befestigt ist, die durch den Deckel des inneren der-Dämpfer-Element mit hydraulischer Dämpfung

Zylinders geführt und am äußeren Zylinder befestigt bekannt, bei dem eine Stahlschraubenfeder in der

P~ ist. Dieser Schwingungsdämpfer weist einen inneren Wand eines hohlzylindrischen, faltenbalgartigen in

^!rn Raum und zwei äußere Räume auf, die über Drossel- io Achsrichtung nachgiebigen Gummikörpers angeord-

£^s organe, welche im Kolben und im Deckel des inne- net ist und im Innenraum des Gummikörpers der hy-

J^ ren Zylinders angeordnet sind, mit dem inneren draulische Dämpfer untergebracht ist. Der Schwin-

^;r Raum verbunden sind. Beim Zusammenschieben des gungsdämpfer setzt sich zusammen aus zwei mit

Dämpfers vergrößert sich der innere Raum um das Dämpfungsflüssigkeit gefüllten, luftdichten Kam-

'" Maß, um das sich jeder der beiden äußeren Räume 15 mern, von denen eine Kammer beim Einfedern klei-

'" verkleinert. Dabei strömt ein Teil der Luft von den ner und die andere Kammer um das gleiche Maß

^s beiden äußere.. Räumen durch die Drosselorgane in größer wird und welche über Drosselorgane mitein-

den inneren Raum Wenn die Fahrzeugfeder entlastet ander verbunden sind, die in einer an einem Ende

~ wird, hat sie die Tendenz, die beiden Zylinder ausein- der Feder bzw. des Gummikörpers befestigten und in

' anderzuziehen, wodurch in den beiden äußeren Rau- 20 das Innere des Gummikörpers hineinreichenden, be-

men ein Unterdruck entsteht, der ein plötzliches Zu- wegl'ichen Wand angeordnet sind. Die beim Einfe-

rückschnellen der Fahrz.^gfedern verhindert. Dieser dem größer werdende Kammer ist von einem falten-

Dämpfer darf nur mit Umgebungsdruck arbeiten, balgartigen Gehäuseteil abgeschlossen, das je nach

weil er sonst eine ausreichende Bedämpfung der Anordnung den beim Einfedern größer werdenden

Ausfederung der Fahrzeugfeder nicht erzielen würde. *5 Raum durch sein Zusammenfalten oder durch sein

Dieser Dämpfer wäre auch als Druckluftfeder un- Auseinanderfalten beim Einfedern vergrößert. Auch

brauchbar, weil die Zylindergehäuse nicht hermetisch dieses Feder-Dämpfer-Element hat den Nachteil, daß

gegeneinander abgeschlossen sind und er deshalb die Dämpfung nicht der auf die Feder wirkenden

keine Last halten kann. Aus gleichem Grunde ist Last angepaßt werden kann.

seine Dämpfungsarbeit nicht an die auf die Feder 30 Aus der belgischen Patentschrift 537 348 sind Fewirkende Last anpaßbar. Ferner hat er den Nachteil, der-Dämpfer-Elemente bekannt, die hauptsächlich daß seine Drosselorgane beiderseits des inneren Rau- als hydraulische Dämpfer arbeiten und deren Fedemes, also in zwei verschiedenen Ebenen, angeordnet rungsraum der pneumatisch arbeitenden Feder als sein müssen. Für das Einfedern und auch für das Ausgleichsraum des Dämpfers dient. Ausfedern sind jeweils gleichzeitig mindestens zwei 35 Bei einer Ausführungsform ist über einem in sich Drosselorgane wirksam. Die Einstellung der gleich- starren und den mit Gas gefüllten Federungsraum zeitig wirksamen Drosselorgane auf gleiche Dämp- aufnehmenden Gehäuse und innerhalb dieses Gehäufuiigsanteile ist sehr aufwendig. Sie ist bei diesem ses je ein faltenbalgartiges und mit Dämpferflüssig-Dämpfer aber nötig, um alle Teiilvolumen gleichmä- keit gefülltes Gehäuseteil befestigt, die über Drosselßig an der Dämpfungsarbeit zu beteiligen. Schließlich 4° organe miteinander verbunden sind. Beim Einfedern hat dieser mit Atrnosphärendruck arbeitende Dämp- verkleinert sich das über dem Starren Gehäuse befer den Nachteil, daß er zur Erzielung einer für ein findliche Gehäuseteil des Dämpfers, wobei die Kraftfahrzeug ausreichenden Dämpfung so groß di- Dämpterflüssigkeit durch die Drosselorgane in den mensioniert werden muß, daß sein Einbau im Fahr- anderen faltenbalgartigen Gehäuseteil gedrückt wird, zeug unzulässig viel Raum beansprucht. 45 der sich gegen den Druck des im Federungsraum be-Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 886 350 ist findlichen Gases ausdehnt. Bei einer anderen Auseine pneumatische Feder mit pneumatischer Dämp- führungsform ist das faltenbalgartige Dämpfergefung bekannt, bei der in einem rohrartigen Feder- häuse an der Unterseite des starren und den Fedegehäuse ein mit einer Drosselöffnung versehener KoI- rungsraum enthaltender. Gehäuses angeordnet, und ben geführt ist, dessen Kolbenstange mittels einer 50 der untere Teil des starren Gehäuses ist ebenfalls mit Gleitflächendichtung gegen das Federgehäuse abge- Dämpferflüssigkeit gefüllt, so daß beim Einfedern dichtet ist. Bei diesem Feder-Dämpfer-F.lement ist und Ausfedern stets ein Teil der Dämpfungsflüssigdas arithmetische Mittel aus Anfangs- und Enddruck keit durch die Drosselorgane hindurchgedrückt wird, größer als 70 atü, und zur hubabhängigen Änderung Eine mit dem Boden des faltenbalgartigen Gehäuseder Dämpfung wird der Drosselquerschnitt im KoI- 55 teils verschweißte Kolbenstange, die in der mit Drosben mittels einer am Federgehäuse befestigten, paral- selorganen versehenen Wand des starren Gehäuses IeI zur Zylinderachse des Federgehäuses verlaufen- gleitend geführt ist, trägt einen in diesem starren Geden und durch die Drosselöffnung geführten Stange, häuse geführten Kolben, der mit Drosselöffnungen deren Querschnitt sich über die Länge der Stange an- versehen ist. Zumindest im oberen Bereich des stardert, in Abhängigkeit vom Hub geändert. Dieses Fe- 60 ren Gehäuses ist Druckgas angeordnet, das mittels der-Dämpfer-Element ist für die Federung von Fahr- einer dünnen Trennwand oder zellenartiger Hüllen zeugen ungeeignet, weil einerseits die Feder wegen von der Dämpferflüssigkeit getrennt ist. Beim Einfeder geringen relativen Volumenänderung beim Ein- dem und Ausfedern wird die Dämpfungsflüssigkeit tauchen des Kolbens nur eine relativ geringe Trag- durch die Drosselorgane in der unteren Wand des kraft und eine niedrige Eigenfrequenz aufweist und 65 starren Gehäuses und durch die Drosselorgane im andererseits eine zuverlässige Abdichtung zwischen Kolben gedrückt. Dieses bekannte Feder-Dämpfer-Kolbenstange und Federgehäuse bei häufig und Element hat ebenfalls den Nachteil, daß die Dämpschnell wechselnden Kräften, wie sie an einer Fahr- fung lastunabhängig ist. Beim zweiten Ausführungs-

beispiel besteht der weitere Nachteil, daß die Drosselorgane in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sein müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile der bekannten Feder-Dämpfer-Elemente zu vermeiden und ein für Fahrzeuge geeignetes Feder-Dämpfer-Element zu schaffen, dessen Dämpfungswirkung sich selbsttätig mit der von der Feder aufzunehmenden Last erhöht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Feder-Dämpfer-Element der eingangs beschriebenen Art der Raum des Dämpferteils mit Druckgas gefüllt ist und der auf der dem Raum des Dämpferteils abgewandten Seite der beweglichen Wand befindliche, beim Einfedern kleiner werdende Raum mit dem Federungsraum einen Raum bildet bzw. über Kanäle mit diesem verbunden ist. Bei diesem Feder-Dämpfer-Elemente bewirkt eine größere Last einen größeren Gasdruck im Federungsraum und im Raum des Dämpferteils. Die höhere Gasdichte hat eine Vergrößerung des dynamischen Differenzdruckes an den Drosselstellen zur Folge. Hierdurch wird bei größerer Last ein größerer Gasdurchsatz und damit ein größerer Energieumsatz, das heißt eine größere Dämpfungsarbeit, beinvEin- und Ausfedern erreicht. Mit der Last wächst im wesentlichen linear die Dämpfungsarbeit, wodurch eine ideale Anpassung des Dämpfungseffektes an die Federverhärtung erzielt wird. Während bei einer Luft- oder Stahlfeder mit hydraulischer Dämpfung die Dämpfungswirkung umso stärker vom optimalen Wert abweicht, je mehr die abzufedernde Masse von der Masse abweicht, auf die der Dämpfer ausgelegt ist, bleibt bei dem erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Element das Verhältnis der jeweiligen Dämpfung zur optimalen Dämpfung bei sich ändernder Last etwa konstant. Weil für das Einfedern und für das Ausfedern nur jeweils ein Drosselorgan erforderlich ist, kann eine Abstimmung von gleichzeitig wirksamen Drosselorganen entfallen.

Herstellungstechnisch wirkt es sich günstig aus, daß wegen des verdoppelten Durchsatzes durch das einzelne Drosselorgan die Drosselquerschnitte nicht so extrem eng gewählt werden müssen, wie es bei bekannten Schwingungsdämpfern erforderlich wäre. Die bewegliche, beispielsweise als Kolben ausgebildete Wand des Dämpferteils kann von einer hohlen, an einem Teil des Federgehäuses befestigten Stange gehalten werden, in der dann die Drosselorgane angordnet werden können. Die Dämpfungswirkung kann zusätzlich dadurch hubabhängig gemacht werden, daß die Drosselquerschnitte in an sich bekannter Weise von Schrägnuten in der Stange oder einer sie umfassenden Hülse gebildet sind, deren Querschnitte sich in Längsrichtung der Schrägnuten verändern.
In der folgenden Beschreibung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Die Zeichnungen F i g. 1 und F i g. 2 zeigen Längsschnittansichten zweier erfindungsgemäßer Fedcr-Dämpfer-Elemente.

ίο Das Feder-Dämpfer-Element nach F i g. 1 setzt sich zusammen aus einem äußeren Faltenbalg 1, der oben und unten durch Böden 2 und 3 geschlossen ist, und aus einem inneren Faltenbalg 4, der oben und unten durch Böden 5 und 6 abgeschlossen ist, Der obere Boden 6 des inneren Faltenbalges ist über ein Gestänge 7 mit dem unteren Boden 2 des äußeren Faltenbalges 1 starr verbunden, und der obere Boden 3 des äußeren Faltenbalges 1 ist über ein Gestänge 8 mit dem unteren Boden 5 des inneren FaI-

ao tenbalges 2 verbunden. Im oberen Boden 6 des inneren Faltenbalges 2 sind Drosselorgane 9 angeordnet. Dieses Feder-Dämpfer-Element weist einen Federungsraum 10 und einen mit Druckgas gefüllten Raum 11 eines Dämpferteils auf. Der Boden 5 des inneren Faltenbalges 4 bildet eine den Raum 11 des Dämpferteils beim Einfedern vergrößernde und beim Ausfedern verkleinernde bewegliche Wand. Beim Einfedern des äußeren Faltenbalges 1 wird der innere Faltenbalg 2 auseinandergezogen, und ein Teil der im Federungsraum 10 verdichteten Luft strömt durch das Drosselorgan 9 in den sich vergrößernden Raum 11 des inneren Faltenbalges 2. Beim Ausfedern ist die Luftbewegung mit Drosselung sinngemäß umgekehrt. Die ineinandergebaut dargestellten Volumina können auch in Tandembauart mit entspechenden Verbindungsleitungen angeordnet werden.

Das Feder-Dämpfer-Element nach F i g. 2 setzt sich zusammen aus zwei gegeneinander beweglichen Gehäuseteilen 12 und 13, die über einen Rollbalg 14

gegeneinander hermetisch abgedichtet sind. Innerhalb dieses mit Druckgas gefüllten Gehäuses ist ein Dämpferteil angeordnet, das sich zusammensetzt aus einem mit dem unteren Teil 13 des Federgehäuses verbundenen Dämpfergehäuse 15, in dem eine beim Einfedern oder Ausfedern bewegliche Wand 16 bzw. ein Hilfskolben geführt ist, der über eine Stange 17 mit dem oberen Teil 12 des Federgehäuses verbunden ist. Die bewegliche Wand 16 trennt den inneren Raum 11 des Dämpferteils von einem Raum 18 ab, der über Kanäle 19 mit dem Federungsraum 10 verbunden ist. In einer Wand des Dämpferteils sind Drosselorgane 9 angeordnet, die den Raum 11 des Dämpferteils mit dem Federungsraum 10 verbinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feder-Dämpfer-Element für Fahrzeuge, bestehend aus einem Gehäuse mit einem über Rolloder Faltenbälge hermetisch abgeschlossenen und mit Druckgas gefüllten Federungsraum und einem aus einem Gehäuse bestehenden Dämpferteil, dessen Raum sich beim Einfedern mittels einer beweglichen Wand vergrößert und beim Ausfedern verkleinert und über Drosselorgane mit einem auf der dem Raum des Dämpferteils abgewandten Seite der beweglichen Wand befindlichen, beim Einfedern kleiner werdenden Raum verbunden ist, der mit dem Federungsraum in Verbindung steht, wobei das Gehäuse des Dämpferteils an einem Teil des Federgohäuses und die bewegliche Wand des Dämpferteils an dem anderen Teil des Federgehäuses befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (11) des Dämpferteils mit Druckgas gefüllt ist und der auf der dem Raum des Dämpferteils abgewandten Seite der beweglichen Wand (5 bzw. 16) befindliche, beim Einfedern kleiner werdende Raum (18) mit dem Federungsraum (10) einen Raum bildet bzw. über Kanäle (19) mit diesem verbunden ist.

2. Feder-Dämpfer-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (11) des Dämpferteils von einem innerhalb des Federgehäuses (1, 2, 3) angeordneten, von zwei Böden abgeschlossenen Faltenbalg (4) gebildet ist, dessen Böden an den jeweils entgegengesetzt liegenden Teilen (2, 3) des Federgehäuses befestigt sind.