DE3500601C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Federvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem im Bereich des Fahrzeugrades zwischen Fahrzeug­ aufbau und Radachse angeordneten Teleskop-Federzylinder, der durch einen an einer Kolbenstange befestigten Arbeitskolben einen Arbeitszylinder in einen oberen und einen unteren Arbeitsraum teilt, wobei der Arbeitskolben dämpfungsventillos ausgebildet ist und der obere und der untere Arbeitsraum je einen Ausgleichsraum aufweisen, die durch jeweils einen Druckspeicher beaufschlagt werden, und der Federzylinder eine für die Zug- und Druckstufe wirksame Dämpfungsventilvorrichtung in einem Ausgleichs­ raum aufweist.

Komfortable Federungssysteme haben den Nachteil, daß der Fahrzeugaufbau aufgrund einer weichen Federkennlinie bei dynamischen Fahrzuständen (Bremsen, Beschleunigen, Kurvenfahrt) zur Instabilität neigt. Die Schwerpunktver­ lagerung des Aufbaus beeinträchtigt das Lenkverhalten und somit die Fahrsicherheit enorm. Die bereits dazu einge­ setzten Stabilisatoren (Torsionsstäbe) dämmen das Wanken des Aufbaus nur ungenügend ein.

Es sind Federzylinder (z. B. DE-AS 12 27 785) bekannt, bei denen jeweils der obere und der untere Arbeitsraum an einem Druckspeicher angeschlossen ist. Hier läßt sich jedoch nur die Federung über eine Kolbenpumpe druckabhängig ver­ ändern. Die Dämpfung des Systems ist von im Druckspeicher angeordneten Dämpfungsventilen abhängig und über den ge­ samten Arbeitsbereich konstant.

Solche Federzylinder sind auch mit integrierten Dämp­ fungsventilen bekannt (z. B. DE-AS 12 61 409). Hier wird stets das gesamte bei Federbewegungen verdrängte Volumen über die Dämpfungsventile geführt, die Dämpfung ist also nicht veränderbar.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen voll- oder teiltragenden Federzylinder so auszubilden, daß bei einfacher und sicherer Ausbildung die weiche Abstimmung für großen Fahrkomfort nicht beeinträchtigt wird, jedoch in entsprechenden Fahrsituationen eine Ver­ änderung sowohl der Federkennlinie als auch der Dämpfung derart erzielt werden kann, daß Wank- und/oder Nickbe­ wegungen des Fahrzeugaufbaus herabgesetzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß durch ein ansteuerbares Ventil in einer ersten Schaltstellung die beiden Arbeitsräume des Teleskop- Federzylinders über mindestens einen Kanal miteinander verbunden sind, wobei die Federvorrichtung mit den ver­ bundenen Arbeitsräumen allein auf den Ausgleichsraum mit der Dämpfungsventilvorrichtung arbeitet, so daß nur das verdrängte Kolbenstangenvolumen die Dämpfungsventilvor­ richtung durchströmt, während in einer zweiten Schalt­ stellung des Ventils der Kanal die Arbeitsräume allein mit ihren zugehörigen Ausgleichsräumen verbindet, so daß das gesamte verdrängte Volumen die Dämpfungsventilvor­ richtung beaufschlagt.

Damit wird ein hydropneumatischer Federzylinder gebildet, der mit einem dichten Arbeitskolben versehen ist, der zwei Arbeitsräume trennt und an einer Kolbenstange be­ festigt ist. Jeder Arbeitsraum des Arbeitszylinders ist an einen separaten Druckspeicher angeschlossen, wobei zur Umschaltung von Feder- und Dämpfungskennlinien das von außen ansteuerbare Ventil dient. Vorteilhaft wird hier bei geöffnetem Ventil ein Einkammerverhalten mit flacher Federkennlinie und niedriger Dämpfung erzielt während bei geschlossenem Ventil ein Zweikammerverhalten mit steilerer Federkennlinie und höherer Dämpfung erreichbar ist.

Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß die Druckspeicher im Federzylinder integriert angeordnet sind. Eine solche Integration kann ohne weiteres über eine Abtrennung mittels Trennkolben und/oder Membranen je nach Ausführungsform erfolgen.

Als besonders günstige Ausführungsform speziell für den Einsatz in einer Teleskopgabel für das Vorderrad eines Motorrades ist vorgesehen, daß für zwei einer Radachse zugeordneten Federzylindern jeweils für den oberen und unteren Arbeitsraum ein gemeinsamer Druckspeicher vorge­ sehen ist. Diese Druckspeicher können dabei in je einem Federzylinder integriert oder auch extern angeordnet sein. Die Verbindung der Druckspeicher wie auch der Federzylinder erfolgt dabei über geeignete rohrförmige Verbindungen.

Zur Ausnutzung der rotationssymmetrischen Form eines Arbeitszylinders bietet sich in Ausgestaltung der Er­ findung an, daß der Kanal als Ringkanal und gleichzeitig je nach Schaltstellung des Ventils auch als Ausgleichs­ raum für beide Arbeitsräume auf dem Außenumfang des Arbeitszylinders angeordnet ist, wobei auf jeder Seite des Endbereiches des Arbeitszylinders Bohrungen zwischen dem Arbeitszylinder und dem Ringkanal angeordnet sind. Diese Bohrungen können in Stirnwänden des Arbeits­ zylinders wie auch in der Nähe dieser Stirnwände im Arbeitszylinder selbst angeordnet sein. In diesem Falle erfolgt die Unterbringung der Bohrungen außerhalb des Hubbereiches des Arbeitskolbens.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kanal im Arbeitskolben angeordnet ist und das Ventil über eine innerhalb der Kolbenstange verlaufenden Zuleitung angesteuert wird. Von Vorteil ist dabei, wenn der Kanal in Form einer Bohrung und das Ventil in Form eines axial in die Bohrung hinein verschiebbaren Kolbens vorgesehen ist. Die Ansteuerung eines Kolbens könnte dabei in hydraulischer oder pneumatischer Form erfolgen.

Eine weitere Variabilität der Federkennlinie sowie der Dämpfungskräfte kann erzielt werden, wenn in Ausge­ staltung der Erfindung vorgesehen ist, daß mindestens zwei Ventile die Verbindung zwischen den Arbeitsräumen beaufschlagen. Durch eine entsprechende Ansteuerung des jeweiligen Ventiles sowie durch Auslegung von gleichen oder unterschiedlich großen Querschnitten der Kanäle ist eine entsprechend gewünschte geschwindigkeitsabhängige Dämpfung erzielbar.

Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß das Ventil elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch ansteuerbar ist. Dabei sieht eine besonders günstige Ausführungsform vor, daß zur Ansteuerung des Ventils der Bremsdruck vorgesehen ist. Hierbei läßt sich über eine hydraulisch ansteuerbare Bremse ein entsprechender hydraulischer Abzweig herstellen, der das Ventil an­ steuert.

In Ausgestaltung der Erfindung wird bei unabhängig von­ einander ansteuerbaren Bremsen jedem Druckkreis ein Ventil zugeordnet. Durch eine derartige Zuordnung ist eine große Variabilität zu erzielen. Beispielsweise bei einem Motorrad, bei dem die Vorderrad- und Hinter­ radbremse voneinander unabhängig arbeiten, läßt sich ein solches System problemlos anwenden.

Darüber hinaus läßt sich die Erfindung in der Weise ausgestalten, daß jeder Druckspeicher einen Anschluß zur Nach- und Befüllung von Druckgas aufweist, wobei mit Vorteil der Anschluß dem für Fahrzeugreifen üblichen Normanschluß entspricht. Es lassen sich durch diese Maß­ nahme individuelle Federkennlinien und Dämpfungswerte er­ zielen, so daß auch beispielsweise auf die Beladung eines Fahrzeuges Rücksicht genommen werden kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen hydropneumatischen Stoßdämpfer mit zusätz­ licher Schaltungsmöglichkeit zur Dämpfungsveränderung im Schnitt,

Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Ventil als Einzelteil im Schnitt,

Fig. 3 einen Stoßdämpfer im Prinzip wie in Fig. 1 ge­ zeigt mit dem Unterschied, daß die Druckspeicher mit Anschlüssen zur Be- und Nachfüllung versehen sind.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Teleskopgabel (nicht dargestellt) für die Vorderradaufhängung eines Motorrades. Sie besteht im wesentlichen aus den Gasdruckdämpfern 18, die im unteren Bereich die Radachse zur Führung eines Rades auf­ nehmen. Die Gasdruckdämpfer 18 sind über eine Brücke (nicht dargestellt) miteinander verbunden.

Der Gasdruckdämpfer selbst besteht aus dem Arbeits­ zylinder 13, dessen zylindrischem Innenraum der Arbeits­ kolben 1 an der Kolbenstange 15 befestigt ist. Der Arbeitskolben 1 teilt den Arbeitszylinder 13 in den oberen Arbeitsraum 2 und den unteren Arbeitsraum 3 auf, wobei über Bohrungen 14 eine Verbindung in den Ringkanal 9 erfolgt. Der Ringkanal 9 ist dabei gleichzeitig als Ausgleichsraum für beide Arbeitsräume 2, 3 vorgesehen, da der obere Arbeitsraum 2 über die Ventilvorrichtung 16 ebenfalls mit dem Ringkanal 9 verbunden ist. Die Druck­ speicher 7 und 6 sind dabei mit dem unteren Arbeitsraum 3 und dem oberen Arbeitsraum 2 über den Ringkanal 12 ver­ bunden.

Im Kanal 9 befindet sich das über den Bremsdruck ange­ steuerte Ventil 8, wobei das Ventil in Form eines axial verschiebbaren Kolbens ausgebildet ist. Bei geöffnetem Ventil 8, also bei Nichtbetätigung der Bremse, übernehmen die Druckspeicher 6, 7 den Volumenausgleich der Kolben­ stange 15. Da durch die ein- und ausfahrende Kolbenstange 15 relativ wenig Dämpfungsflüssigkeit bewegt wird, wird die Federwirkung auch entsprechend weich und komfortabel. Das Federungsverhalten des Rades bestimmen also haupt­ sächlich die Stahlfedern.

Der Arbeitskolben 1 bewegt die Dämpfungsflüssigkeit durch die Ventileinrichtung 16 und zwar unabhängig von der Stellung des Ventils 8. Wird die Bremse betätigt, so schließt das Ventil 8 den Kanal 9 und es entsteht ein sogenanntes 2-Kammer-Verhalten. Die volle Fläche des Arbeitskolbens 1 federt nun gegen das Gaspolster des Druckspeichers 6, was eine wesentlich straffere Feder­ kennung bewirkt. Gleichzeitig expandiert das Gaspolster des Druckspeichers 7, da dieser nun mit der Kolben­ ringfläche in Verbindung steht. Nach Beendigung des Bremsvorganges sinkt der Bremsdruck ab, das Ventil 8 wird durch den im System herrschenden Druck zurückbewegt und gibt den Kanal 9 wieder frei.

Nun sind die Bedingungen für das Einkammer-Verhalten wieder gegeben, denn die Druckspeicher 6, 7 stehen wieder miteinander in Verbindung.

Bei dem Gasdruckdämpfer ist aufgrund des zusätzlichen By­ passes 38 nur eine Ventilvorrichtung 16 notwendig. Sowohl in der Zug- wie auch in der Druckstufe erfolgt der Volumenausgleich der Kolbenstange über das Ventil in den Ausgleichsraum 4, der über den Trennkolben 26 vom Druck­ speicher 6 abgetrennt ist. Das Ventil 8 ist in Fig. 1 in der Normalstellung, d. h. in der unstabilisierten Fassung des Fahrzeuges. Fig. 2 zeigt das Ventil in der Ver­ schließstellung, das bedeutet, daß nun die Stabilisierung ausgeführt wird, da nämlich in der Druckstufe das gesamte vom Arbeitskolben 1 verdrängte Flüssigkeitsvolumen vom oberen Arbeitsraum 2 über die Ventilvorrichtung 16 nur noch in den Ausgleichsraum 4 gegen das im Druckspeicher 6 befindliche Gaspolster geschoben werden kann und in der Zugstufe erfolgt der Flüssigkeitsaustausch über den Bypass 38 am Ventil vorbei in den Ausgleichsraum 5 und stützt sich dabei gegenüber dem Druckspeicher 7 ab. Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltstellung des Ventiles 8 wird also stärker gefedert und gedämpft.

In der Fig. 3 ist im Gegensatz zu Fig. 1 sowohl für den Druckspeicher 6 wie auch für den Druckspeicher 7 jeweils ein Druckgasanschluß 17 vorgesehen, so daß nicht nur ein vorgegebener Druck vorhanden ist, sondern je nach Bedarfsfall die Drücke in den einzelnen Druckspeichern 6, 7 individuell gefüllt werden können. Ansonsten entspricht diese Ausführungsform der in Fig. 1 bereits gezeigten Version.

Claims (11)

1. Federvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraft­ fahrzeuge, mit mindestens einem im Bereich des Fahr­ zeugrades zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse ange­ ordneten Teleskop-Federzylinder, der durch einen an einer Kolbenstange befestigten Arbeitskolben einen Arbeitszylinder in einen oberen und einem unteren Arbeitsraum teilt, wobei der Arbeitskolben dämpfungs­ ventillos ausgebildet ist und der obere und der untere Arbeitsraum je einen Ausgleichsraum aufweisen, die durch jeweils einen Druckspeicher beaufschlagt werden, und der Federzylinder eine für die Zug- und Druckstufe wirksame Dämpfungsventilvorrichtung in einem Aus­ gleichsraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein ansteuerbares Ventil (8) in einer ersten Schaltstellung die beiden Arbeitsräume (2; 3) des Teleskop-Federzylinders (18) über mindestens einen Kanal (38) miteinander verbunden sind, wobei die Federvorrichtung mit den verbundenen Arbeitsräumen (2; 3) allein auf den Ausgleichsraum (4) mit der Dämp­ fungsventilvorrichtung (16) arbeitet, so daß nur das verdrängte Kolbenstangenvolumen die Dämpfungsventil­ vorrichtung (16) durchströmt, während in einer zweiten Schaltstellung des Ventiles (8) der Kanal (38) die Arbeitsräume (2; 3) allein mit ihren zugehörigen Aus­ gleichsräumen (4, 5) verbindet, so daß das gesamte verdrängte Volumen die Dämpfungsventilvorrichtung beaufschlagt.

2. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckspeicher (6; 7) im Federzylinder (18) integriert angeordnet ist.

3. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für zwei einer Radachse zugeordneten Feder­ zylindern (18) jeweils für den oberen (2) und unteren Arbeitszylinder (3) ein gemeinsamer Druckspeicher (6, 7) vorgesehen ist.

4. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (9) als Ringkanal und gleichzeitig als Teil des Ausgleichsraums (4; 5) für beide Arbeitsräume (2; 3) auf dem Außenumfang des Arbeitszylinders (13) angeordnet ist, wobei auf jeder Seite des Endbereiches des Arbeitszylinders (13) Bohrungen (14) zwischen dem Arbeitszylinder (13) und dem Ringkanal angeordnet sind.

5. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (9) im Arbeitskolben (1) angeordnet ist und das Ventil (8) über eine innerhalb der Kolbenstange (15) verlaufende Zuleitung angesteuert wird.

6. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ventile (8) die Verbindung zwischen den Arbeitsräumen (2; 3) beaufschlagen.

7. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (8) elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch ansteuerbar ist.

8. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des Ventiles (8) der Bremsdruck vorgesehen ist.

9. Federvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei unabhängig voneinander ansteuerbaren Bremsen jedem Druckkreis ein Ventil (8) zugeordnet wird.

10. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Druckspeicher (6; 7) einen Anschluß (17) zur Nach- und Befüllung von Druckgas aufweist.

11. Federvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (17) dem für Fahrzeugreifen üblichen Normanschluß entspricht.