DE3632886A1

DE3632886A1 - Hydropneumatische federung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3632886A1
Application number: DE19863632886
Authority: DE
Inventors: Heinz Knecht; Norbert Dipl Ing Ackermann; Hubert Beck
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1986-09-27
Filing date: 1986-09-27
Publication date: 1988-04-07
Also published as: FR2604401A1; BR8704849A; DE3632886C2; GB8721208D0; GB2196092A; GB2196092B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung für Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei im Be reich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Rad achse angeordneten Teleskop-Federzylindern, wobei die Teleskop-Federzylinder über eine Druckmittelleitung mit einem Druckspeicher verbunden sind und ein an einer Kolbenstange befestigter Dämpfungskolben den Teleskop- Federzylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt.

Es sind Dämpfungsvorrichtungen für hydropneumatische Federungen von Kraftfahrzeugen bekannt (z. B. DE-AS 15 75 191, DE-OS 23 22 997, DE-OS 31 11 410), bei denen jeweils zwischen einem Federzylinder und einem Druck speicher ein Dämpfungselement in der Verbindungsleitung vorgesehen ist. Dieses Dämpfungselement dient der Be einflussung der Dämpfungskraft. Bei derartigen Systemen wird bei Einfahren der Kolbenstange (Druckstufe) Dämp fungsmittel zwangsweise über das in der Verbindungs leitung angeordnete Dämpfungselement in den Druckspeicher gepumpt. Bei Ausfahren der Kolbenstange (Zugstufe) fließt das Dämpfungsmittel, angetrieben durch das Druckgefälle zwischen dem Druckspeicher und dem Arbeitsraum des Teles kop-Federzylinder, über das Dämpfungselement in den Zylinder zurück. Überschreitet die Kolbenausfahr geschwindigkeit den Betrag, bei dem entsprechend der ein gestellten Kraft-Geschwindigkeits-Kennung des Dämpfungs elementes der Druckabfall am Dämpfungselement dem augen blicklichen Systemdruck im Druckspeicher entspricht, so verliert der Teleskop-Federzylinder seine Kraftschlüssig keit. Dies entsteht dadurch, daß im Arbeitsraum ein Unterdruck entsteht, bei dem als Folge Gas aus dem Dämp fungsmittel austritt. Die so im Arbeitszylinder ent standene Dampfblasenbildung führt zu erheblichen Funk tionsstörungen des Dämpfungssystems.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydropneumatische Federung, bei der die Teleskop-Federzylinder über eine Druckmittelleitung mit einem Druckspeicher in Verbindung stehen, so auszubilden, daß über die Druckmittelleitung eine zusätzliche Beeinflussung der Dämpfungskraft gewähr leistet ist, wobei unter allen Betriebsbedingungen eine Kraftschlüssigkeit aufrechterhalten bleibt, insbesondere bei schnellem Ausfahren der Kolbenstange (Zugstufe).

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Durchflußquerschnitt der Druckmittelleitung über ein Dämpfungselement beeinflußbar ist und in einem Bypass parallel zum Dämpfungselement ein Ventil angeordnet ist, welches einen Ventilsitz und ein axial verschiebbares, mit dem Ventilsitz zusammenarbeitenden Steuerelement aufweist, wobei das Steuerelement zur Steuerung Flächen aufweist, die bei Unterschreitung eines vorgegebenen Druckes in einem der beiden Arbeitsräume das Steuerelement axial verschieben, so daß der Bypass öffnet.

Bei dieser Ausbildung ist von Vorteil, daß die Kraft schlüssigkeit des Teleskop-Federzylinders unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet ist, da insbesondere beim schnellen Ausfahren der Kolbenstange die Strömung des Dämpfungsmittels nicht abreißt, denn in dieser Situation öffnet sich der Bypass zwischen Druckspeicher und Teleskop-Federzylinder, so daß ein Unterdruck im Arbeitsraum des Teleskop-Federzylinders verhindert wird.

Zur Erzielung einer weiteren mit den Dämpfungsventilen im Teleskop-Federzylinder in Reihe geschalteten Dämpfungs kraftsteuerung, ist nach einem weiteren wesentlichen Merkmal vorgesehen, daß als Dämpfungselement die Druckmittelleitung einen einer Drossel entsprechenden Querschnitt aufweist, oder daß als Dämpfungselement ein Ventil vorgesehen ist, welches federbelastete Drosselbohrungen vorsieht.

In Ausgestaltung der Erfindung ist nach einem bevorzugten Merkmal als Dämpfungselement eine variabel veränderbare Dämpfungseinrichtung vorgesehen.

Eine weitere erfindungswesentliche Ausführungsform sieht vor, daß das Steuerelement des Ventiles mindestens eine durch den Druck eines der Arbeitsräume beaufschlagte Fläche und mindestens eine durch den Druck des Druck speichers beaufschlagte Fläche aufweist. Günstig ist dabei, daß durch die Gestaltung der einzelnen Flächen zu einander über die Verhältnisse des jeweiligen Druckes auf die entsprechende Fläche ein vorgegebener Öffnungspunkt für den Bypass gewählt werden kann.

Als Unterstützung der durch den Druck des Druckspeichers und des Arbeitsraumes beaufschlagten Flächen ist in Aus gestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Steuer schieber eine durch die Atmosphäre beaufschlagte Fläche aufweist.

Des weiteren ist vorgesehen, daß das Steuerelement eine in Schließposition wirkende Feder aufweist.

Eine günstige Ausführung der Erfindung sieht vor, daß das Dämpfungselement und das Ventil in einem gemeinsamen Bauteil angeordnet ist.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer hydropneu matischen Federung, bei der in der Verbindungsleitung zwischen dem Teleskop-Federzylinder und dem Druckspeicher ein Bypass vorgesehen ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung im Prinzip wie in Fig. 1 bereits gezeigt, mit dem Unterschied, daß in der Verbindungsleitung zwischen Teleskop-Federzylinder und Druckspeicher ein Dämpfungselement und im Bypass ein Ventil vorgesehen ist,

Fig. 3 das im Bypass vorgesehene Ventil im Schnitt,

Fig. 4 eine weitere Variante eines im Bypass vorgesehenen Ventils,

Fig. 5 ebenfalls eine Variante des Ventils im Schnitt,

Fig. 6 ein verstellbares Dämpfungselement in der Verbindungsleitung zwischen Teleskop-Federzylinder und Druckspeicher und im zugehörigen Bypass ein Ventil, beide in einem gemeinsamen Bauteil angeordnet,

Fig. 7 das Ventil bei Anwendung in einer Niveauregelan lage in schematischer Darstellung.

Das in Fig. 1 dargestellte Schema zeigt im wesentlichen einen Teleskop-Federzylinder 1, einen Druckspeicher 7, die über die Druckmittelleitung 16 verbunden sind und in deren Druckmittelleitung 16 in einem Bypass ein Ventil 9 angeordnet ist. Über einen Höhenregler 19, eine Pumpe 20 und einen Vorratsbehälter 13 ist der Ausbau als Niveau regelungsanlage möglich. Der Teleskop-Federzylinder 1 ist als Einrohr-Stoßdämpfer ausgebildet, wobei die Kolben stange 2 einen Dämpfungskolben 3 trägt, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume 4 und 5 unterteilt, und wobei im Dämpfungskolben Durchtrittskanäle 6 vorgesehen sind, die über entsprechende Ventile eine Dämpfungskraft erzeugen.

Die Druckmittelleitung 16 zwischen dem Druckspeicher 7 und dem Teleskop-Federzylinder 1 besitzt einen Quer schnitt, der dem einer Drossel entspricht oder, wie in Fig. 1a gezeigt, ein Teilstück mit einem einer Drossel entsprechenden Querschnitt. Zu der Drosselmittelleitung 16 ist in einem Bypass ein Ventil 9 angeordnet und in den Fig. 3 bis 6 im einzelnen gezeigt und beschrieben.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches im Prinzip der Fig. 1 entspricht, mit dem Unterschied, daß in der Druckmittelleitung 16 ein Dämpfungselement 8 vorgesehen ist, die federbelastete Drosselbohrungen 18 zur Dämpfung des Dämpfungsmittels vorsieht. Ansonsten entspricht diese Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten hydropneumatischen Federung.

In Fig. 3 ist ein Ventil 9 im Schnitt dargestellt, welches in einem Bypass zu der zwischen Druckspeicher 7 und Teleskop-Federzylinder 1 verlaufenden Druckmittel leitung 16 angeordnet ist. Das Ventil 9 ist mit einem Steuerschieber 10 ausgestattet, der im Gehäuse 21 in einer Bohrung 22 axial verschiebbar aufgenommen ist. Die der Steuerung dienende Fläche A 1 wird vom Druck des Arbeitsraumes, die Fläche A 2 vom Druck des Druckspeichers 7 und die Fläche A 3 vom Atmosphärendruck beaufschlagt. Die so druckbeaufschlagten Flächen A 1, A 2, A 3 sind so bemessen, daß sich das Steuerelement 10 axial verschiebt, sobald sich der Druck im Zylinder 1 gegenüber dem Druck im Speicher 7 um ein bestimmtes Maß verringert, so daß die Bypassverbindung zwischen dem Druckspeicher 7 und dem Arbeitsraum 4 des Teleskop-Federzylinders 1 freigegeben wird.

Dabei ist der Öffnungsdruck definiert als:

P Zylinder = P Speicher × A 2/A 1
unter der Bedingung, daß A 2 = A 1 - A 3 ist.

Sobald der Druck im Arbeitsraum 4 gegenüber dem Druck im Druckspeicher 7 um den Faktor A 1/A 2 abnimmt, verschiebt sich das Steuerelement 10 wobei zwischen dem Kanal 23, dem Hohlraum 24, vorbei am Ventilsitz 15 dem Hohlraum 25 und dem Kanal 26 die Strömungsverbindung freigegeben ist. Das Dichtungselement 14 dient der Abdichtung des Steuerelements 10 gegenüber der Atmosphäre.

Das Flächenverhältnis A 1 zu A 2 ist so gewählt, daß ein Unterdruck im Arbeitsraum 4 des Teleskop-Federzylinders 1 auch unter Berücksichtigung der Reibung des Dichtungs elementes 14 vermieden wird.

In der Fig. 4 ist ein Ventil 9 dargestellt, wobei das Steuerelement 10 wiederum in einer Bohrung 22 axial ver schiebbar angeordnet ist, dabei wirken der Druck des Druckspeichers 7 und der Druck des Arbeitsraumes 4 des Teleskop-Federzylinders 1 aufeinander gegenüberliegenden Flächen. Die Fläche A 1 ist mit dem Druck des Arbeits raumes 4, die Fläche A 5 mit dem Druck des Druckspeichers 7 und die Fläche A 4 mit dem Druck der Atmosphäre beauf schlagt. Das Steuerelement 10 unterliegt dabei der Gesetzmäßigkeit, daß der Öffnungsdruck im Zylinder

P Zylinder = P Druckspeicher × A 5/A 1 ist, unter
der Bedingung, daß A 5 = A 1 - A 4 ist.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Variante des Ventiles 9, bei dem sich der Ventilsitz 15 des Ventiles 9 an einem über eine Feder 11 mit dem Steuerelement 10 verbundenen Schließkörper 12 befindet. Durch die konstruktionsgemäße Lage der druckbeaufschlagten Flächen A 2, A 3, A 5 liegt der Öffnungspunkt des Steuerelementes 10 des Ventiles 9 so, daß

P Zylinder = P Druckspeicher × (A 2 - A 5)/A 2 ist.

Dabei wird die Fläche A 2 durch den Druck des Druck speichers 7, die Fläche A 3 durch den Druck der Atmosphäre und die Fläche A 5 wiederum durch den Druck des Druck speichers beaufschlagt. Beim Öffnen des Schließkörpers 12 verläuft das Dämpfungsmittel über den Kanal 23, den Hohl raum 24 vorbei am Ventilsitz 15 in den Hohlraum 25 und durch den Kanal 26 zum Arbeitsraum 4 des Teleskop-Feder zylinders 1. Bei Inkaufnahme eines geringen Leckölstromes zwischen dem Steuerelement 10 und dem Schließkörper 12 ermöglicht diese Ausführungsform des Ventiles 9 Reibungs- und damit hysteresefreies Öffnungs- und Schließverhalten.

Fig. 6 zeigt die Integration eines Dämpfungselementes 8 zusammen mit einem Ventil 9 in einem gemeinsamen Bauteil 27. Dabei ist der Druckspeicher 7 mit dem Teleskop- Federzylinder 1 über die Druckmittelleitung 16 verbunden. Der Kanal 23 ist druckspeicherseitig und der Kanal 26 arbeitsraumseitig angeordnet. Bei geschlossenem Bypass 17 verläuft das Dämpfungsmittel zwischen den Kanälen 23 und 26 über die Ventile 29 und/oder Drosselbohrungen 18. Sinkt jedoch der Druck im Arbeitsraum 4 des Zylinders 1 unter den Wert

P zyl = P Speicher × A 2/A 1

ab, so verschiebt sich der Steuerschieber 10 axial und gibt die Verbindung zwischen den Kanälen 23 und 26 frei.

In Fig. 7 ist der schematische Aufbau einer hydropneu matischen Federung dargestellt, wobei der Teleskop-Feder zylinder 1 mit seinem Arbeitsraum 4 über die Druck mittelleitung 16 einerseits über das Dämpfungselement 8 mit dem Druckspeicher 7, und andererseits über das Ventil 9 mit dem Vorratsbehälter 13 verbunden ist. Bei Unterschreitung des Druckes im Arbeitsraum 4 gegenüber dem Druck im Druckspeicher 7 öffnet das Ventil 9 und, das entsprechend benötigte Dämpfungsmittel im Arbeitsraum 4 kann direkt aus dem Vorratsbehälter 13 nachfließen. Das Ventil 9 entspricht ansonsten im Prinzip (bis auf die speicherdruckbeaufschlagte Fläche) den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen.

Bezugszeichenliste 1 - Teleskop-Federzylinder
2 - Kolbenstange
3 - Dämpfungskolben
4 - Arbeitsraum
5 - Arbeitsraum
6 - Durchtrittskanal
7 - Druckspeicher
8 - Dämpfungselement
9 - Ventil
10 - Steuerelement
11 - Feder
12 - Schließkörper
13 - Vorratsbehälter
14 - Dichtungselement
15 - Ventilsitz
16 - Druckmittelleitung
17 - Bypass
18 - Drosselbohrungen der Drossel
19 - Höhenregler
20 - Pumpe
21 - Gehäuse
22 - Bohrung
23 - Kanal
24 - Hohlraum
25 - Hohlraum
26 - Kanal
27 - Bauteil
28 - 2-2 Wege-Ventil
A 1 mit dem Druck des Arbeitsraumes beaufschlagte Kreis fläche
A 2 mit dem Druck des Druckspeichers beaufschlagte Ring fläche
A 3 mit dem Druck der Atmosphäre beaufschlagte Kreisfläche
A 4 mit dem Druck der Atmosphäre beaufschlagte Ringfläche
A 5 mit dem Druck des Druckspeichers beaufschlagte Kreis fläche

Claims

1. Hydropneumatische Federung für Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei im Bereich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse angeordneten Teleskop- Federzylindern, wobei die Teleskop-Federzylinder über eine Druckmittelleitung mit einem Druckspeicher ver bunden sind und ein an einer Kolbenstange befestigter Dämpfungskolben den Teleskop-Federzylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt der Druckmittelleitung (16) über ein Dämpfungselement (8) beeinflußbar ist und in einem Bypass (17) parallel zum Dämpfungselement (8) ein Ventil (9) angeordnet ist, welches einen Ventilsitz (15) und ein axial verschiebbares, mit dem Ventilsitz (15) zusammenarbeitendes Steuerelement (10) aufweist, wobei das Steuerelement (10) zur Steuerung Flächen aufweist, die bei Unterschreitung eines vorgegebenen Druckes in einem der beiden Arbeitsräume (4, 5) das Steuerelement (10) axial verschieben, so daß der Bypass (17) öffnet.

2. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungselement (8) die Druckmittelleitung (16) einen einer Drossel entsprechenden Querschnitt aufweist.

3. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungselement (8) ein Ventil vorgesehen ist, welches federbelastete Drosselbohrungen (18) aufweist.

4. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungselement (8) eine variabel veränderbare Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist.

5. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (10) des Ventiles (9) minde stens eine durch den Druck eines der Arbeitsräume (4, 5) beaufschlagte Fläche (A 1) und mindestens eine durch den Druck des Druckspeichers (7) beaufschlagte Fläche (A 2, A 5) aufweist.

6. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (10) eine durch die Atmosphäre beaufschlagte Fläche (A 3, A 4) aufweist.

7. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (10) eine in Schließposition wirkende Feder (11) aufweist.

8. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (8) und das Ventil (9) in einem gemeinsamen Bauteil angeordnet sind.