DE19735857A1 - Federungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Federungssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE 42 34 217 C2 ist ein hydropneumatisches Federungssystem bekannt, das ein hydraulisches Federbein und einen hydropneumatischen Kolbenspeicher umfaßt. Das Federbein besteht aus einem Zylinder und einem im Zylinder geführten Kolben, der einen mit Hydrauliköl gefüllten Druckraum beaufschlagt. Der Druckraum ist über eine hydraulische Verbindungsleitung mit einem Speicherbehälter verbunden, in den das bei einer Kolbenbewegung unter Druck gesetzte Hydrauliköl verdrängt wird. Der Speicherbehälter befindet sich im Kolbenspeicher und ist durch einen Trennkolben von einem Gasspeicher getrennt, der mit kompressiblem Gas gefüllt ist. Das in den Speicherbehälter einströmende Hydrauliköl verschiebt den Trennkolben soweit gegen den Gasspeicher, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen der äußeren, auf den Kolben wirkenden Belastung und der im Gasspeicher aufgebauten Gegenkraft erreicht ist.

Hierbei besteht das Problem, daß die Gegenkraft im Gasspeicher keiner Hook'schen Geraden folgt, sondern gemäß den Gasgesetzen einen nichtlinearen Verlauf hat. Der nichtlineare Verlauf hat negative Auswirkungen auf den Fahrkomfort von Kraftfahrzeugen; außerdem erfordert der nichtlineare Verlauf beim Einsatz in aktiven Federungen aufwendige Regelsysteme.

Weiterhin ist nachteilig, daß der Gasspeicher eine Federwirkung nur etwa bis zu seinem Vorspanndruck hin zuläßt. Eine Federwirkung bis hin zur völligen Entlastung des Federbeins ist dagegen nicht möglich.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein gattungsgemäßes Federungssystem so auszubilden, daß in allen Belastungsbereichen eine gleichmäßig verlaufende Federwirkung erzielt wird.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Durch den Einsatz des elastischen Speichers als Federelement wird die Materialeigenschaft bzw. die konstruktive Ausgestaltung des Speicherbehälters zum Aufbau einer Federkraft genutzt. Das Dehnungsverhalten der Behälterwandung kann gezielt im Hinblick auf einen linearen Kraftverlauf ausgewählt werden. Die lineare Federkennlinie ermöglicht den Einsatz kostengünstiger Standardregler für aktive Federungssysteme. Außerdem reicht der Federungsbereich bis zur völligen Entlastung des Speicherbehälters bzw. des Federbeins.

Das lineare Verhalten, das auch im weitgehend entlasteten Zustand beibehalten wird, kann entweder durch die Wahl des Materials des Speicherbehälters oder durch dessen konstruktive Ausgestaltung bzw. durch eine Kombination aus beidem erreicht werden. Als Material der Behälterwandung kann ein verstärktes Elastomer verwendet werden. Konstruktiv kann der Speicherbehälter auch als Metallwellrohr ausgebildet sein, wobei das lineare Verhalten durch ein Dehnen bzw. Stauchen der als elastische Metallmembran ausgebildeten Behälterwandung zustande kommt.

Der Speicherbehälter ist bevorzugt in einem Stützgehäuse angeordnet. Der Speicherbehälter kann sich bei höheren Drücken an der Innenwand des Stützgehäuses abstützen, wobei das Gasvolumen zwischen Speicherbehälter und Stützgehäuse als zusätzlicher pneumatischer Gasspeicher genutzt werden kann, um das Federverhalten bei höheren Belastungen gezielt zu verändern.

Das neue Federungssystem besitzt gute Federungseigenschaften und kann für eine aktive hydropneumatische/hydroelastische Federung eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Speicherbehälter kann auch in Kombination mit herkömmlichen Gasspeichern eingesetzt werden, um insbesondere unterhalb des Vorspanndrucks ein lineares Federungsverhalten zu erreichen.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein erfindungsgemäßes Federungssystem im Schnitt dargestellt ist.

Das Federungssystem 1, das insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet wird, umfaßt ein Federbein 2 und einen Speicherbehälter 5 zur Aufnahme von Hydraulikmedium 6, beispielsweise Hydrauliköl. Das Federbein 2 besteht aus einem Zylinder 3, in dessen Innenraum ein an einer Kolbenstange befestigter Kolben 4 verschieblich geführt ist. Der Kolben 4 beaufschlagt Hydraulikmedium 6, das sich im Innenraum des Zylinders 3 befindet und über eine druckdichte Verbindungsleitung 12 mit dem Speicherbehälter 5 verbunden ist.

Bei einer Bewegung des Kolbens 4 in Richtung des Pfeiles 13, also in den Zylinder 3 hinein, wird das im Zylinder befindliche Hydraulikmedium 6 über die Verbindungsleitung 12 in den Speicherbehälter 5 verdrängt. Der Speicherbehälter 5 ist als Federelement 7 ausgebildet, das eine der Bewegung des Kolbens 4 in Pfeilrichtung 13 entgegengerichtete Federkraft aufbaut, bis sich ein Kräftegleichgewicht einstellt und sich das Federbein 2 in einem stationären Zustand befindet. Bei einer umgekehrten, das Federbein entlastenden Bewegung werden der Kolben 4 und die Kolbenstange entgegen der Pfeilrichtung 13 aus dem Zylinder 3 herausgeschoben, wobei das Hydraulikmedium durch die Kraft des Federelements 7 aus dem Speicherbehälter 5 über die Verbindungsleitung 12 zurück in den Zylinder 3 strömt.

Das Federelement 7 ist durch die elastische Wandung 8 des Speicherbehälters 5 gebildet. Der Speicherbehälter 5 ist in einer bevorzugten Ausführung als Metallwellrohr mit einer elastischen, balgförmigen Metallmembran als Wandung 8 ausgeführt. Die Wandung 8 kann sich in Richtung des Pfeiles 14 ausdehnen bzw. zusammenziehen. In der Figur ist das Metallwellrohr in einem teilweise gedehnten Zustand dargestellt, bei dem das Hydraulikmedium im Inneren des Speicherbehälters 5 in Richtung des Zylinders 3 beaufschlagt wird. Die auf das Hydraulikmedium wirkende Federkraft wird dabei durch die Falten 16 der elastischen Wandung 8 des Speicherbehälters erzeugt. Die Federkraft ist hierbei abhängig vom Material und der konstruktiven Ausgestaltung der Wandung 8, wobei eine im wesentlichen lineare Federkennlinie erzeugt werden kann.

Im unbelasteten Zustand, in dem sich kein Hydraulikmedium im Speicherbehälter 5 befindet, ist das Federbein 2 völlig entlastet. In diesem Zustand, in dem die Stirnseite 15 des Speicherbehälters 5 gegenüber der in der Figur gezeigten Darstellung in Richtung der mit der Verbindungsleitung 12 kommunizierenden Einströmöffnung 17 verschoben ist, liegen zweckmäßig die Falten 16 der Wandung 8 unmittelbar aneinander. Sobald der Kolben 4 das Hydraulikmedium 6 aus dem Zylinder 3 verdrängt, strömt das Hydraulikmedium über die Verbindungsleitung 12 und die Einströmöffnung 17 in den Speicherbehälter 5, der sich dabei ausdehnt.

In einer anderen Ausführung besteht der Speicherbehälter 5 aus einem verstärktem Elastomer, dessen Dehnung bzw. Kontraktion ebenfalls im wesentlichen einem linearen Kraftgesetz folgt.

Der Speicherbehälter 5 ist in einem Stützgehäuse 9 angeordnet, dessen Innenraum zweckmäßig so dimensioniert ist, daß der Speicherbehälter 5 ohne Behinderung durch die seitlichen Innenwände des Stützgehäuses 9 seinen unbelasteten Zustand einnehmen kann. Andererseits kann bei höheren Belastungen des Federbeins 2 die stirnseitige Innenwand 10 des Stützgehäuses zur Abstützung des Speicherbehälters 5 dienen, um eine gezielte Änderung der Federkennlinie zu herbeizuführen.

Der zwischen der Wandung 8 des Speicherbehälters 5 und der Innenwand 10 des Stützgehäuses 9 gelegene gasgefüllte Raum wirkt als ein pneumatischer Gasspeicher 11, der einer Bewegung des Kolbens 4 in den Zylinder 3 hinein zusätzlich entgegenwirkt. Durch eine Ausdehnung des Speicherbehälters 5 wird das Volumen des Gasspeichers 11 durch die Kompression des darin enthaltenen Gases reduziert. Die für die Gaskompression erforderliche Kraft und die für die Dehnung des Speicherbehälters 5 erforderliche Kraft überlagern sich, so daß auch hierdurch die Federkennlinie des Gesamtsystems gezielt beeinflußt werden kann.

Claims (5)

1. Federungssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Federbein (2), bestehend aus einem Zylinder (3) und einem im Zylinder (3) beweglich geführten Kolben (4), und mit einem Speicherbehälter (5) zur Aufnahme eines von dem Kolben (4) verdrängten Hydraulikmediums (6), wobei das im Speicherbehälter (5) aufgenommene Hydraulikmedium (6) durch ein Federelement (7) kraftbeaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (7) als eine elastische Wandung (8) des Speicherbehälters (5) ausgebildet ist.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (5) als Metallwellrohr ausgebildet ist.

3. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (5) aus einem verstärktem Elastomer besteht.

4. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (5) in einem Stützgehäuse (9) angeordnet ist.

5. Federungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wandung (8) des Speicherbehälters (5) und der Innenwand (10) des Stützgehäuses (9) ein pneumatischer Gasspeicher (11) gebildet ist.