DE4206230A1 - Hydropneumatisches federungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Federungs­ system, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem zur zumindest teilweisen Abstützung der Last bzw. des Fahrzeugaufbaus dienenden hydropneumatischen Federaggregat und einem hydraulischen Druckspeicher, aus dem hydraulisches Medium mittels Pumpe in das Federaggregat einführbar bzw. in den hydraulisches Medium aus dem Federaggregat einführbar ist.

Ein entsprechendes Federungssystem ist Gegenstand der DE-A 20 50 831. Danach hat der Druck im Druckspeicher einen Wert, welcher zwischen dem minimalen und dem maximalen Betriebsdruck des Federaggregates liegt. Um unter allen Umständen gewährleisten zu können, daß bei Bedarf hydrauli­ sches Medium aus dem Federaggregat in den Druckspeicher bzw. aus dem Druckspeicher in das Federaggregat überführt werden kann, ist die Pumpe so ausgebildet bzw. angeordnet, daß der Austausch von Hydraulikmedium zwischen Federaggregat und Druckspeicher immer über die Pumpe erfolgt. Auf diese Weise wird zwar der Energiebedarf für den Antrieb der Pumpe sehr gering gehalten. Jedoch ist der Installationsaufwand zumindest dann sehr hoch, wenn bei Anordnung mehrerer Feder­ aggregate die Möglichkeit gegeben sein soll, in ein Feder­ aggregat aus dem Druckspeicher Hydraulikmedium einzuführen und aus einem anderen Federaggregat hydraulisches Medium in den Druckspeicher abzuführen. Dazu wären zumindest zwei Pumpen notwendig.

Aus der DE-A 38 25 279 ist ein hydropneumatisches Federungs­ system bekannt, bei dem mittels einer Pumpe aus einem drucklosen Hydraulikreservoir Hydraulikmedium zu den Feder­ aggregaten gefördert werden kann, wenn ein Steuerventil eine Verbindung zwischen der Druckseite der Pumpe und dem jeweiligen Federaggregat öffnet. Andererseits läßt sich das Steuerventil auch in eine das jeweilige Federaggregat gegenüber der Druckseite der Pumpe absperrende Lage bringen, in der das Federaggregat mit einer zum Hydraulikreservoir führenden Rückleitung verbunden ist, in der ein Druckregel­ ventil angeordnet ist, welches erst nach Überschreitung eines Druckschwellwertes öffnet. Damit wird gewährleistet, daß im Federaggregat immer ein dem Druckschwellwert ent­ sprechender Mindestdruck aufrechterhalten wird und das Federaggregat eine Mindesttragkraft erzeugt. Im übrigen kann das Steuerventil auch in eine neutrale Lage gebracht werden, in der das jeweilige Federaggregat sowohl gegenüber der Rückführleitung als auch gegenüber der Druckseite der Pumpe abgesperrt ist.

Ein ähnliches Federungssystem wird in der DE-A 23 47 793 dargestellt. Dieses System unterscheidet sich von dem System der DE-A 23 47 793 prinzipiell im wesentlichen nur dadurch, daß eine Verbindung der Federaggregate mit der Rückführleitung, in der wiederum ein Druckregelventil zur Aufrechterhaltung eines Mindestdruckes angeordnet ist, nur dann erfolgen kann, wenn der Verdränger des Federaggre­ gates eine relativ weit ausgeschobene Lage einnimmt, in der das Volumen des Verdrängerarbeitsraumes groß ist.

Bei den in der DE-A 23 47 793 sowie der DE-A 38 25 279 dargestellten Federungssystemen muß also die Pumpe bei Zulieferung von Hydraulikmedium aus dem Reservoir zu den Federaggregaten jeweils den vollen Betriebsdruck der Federaggregate überwinden, so daß beim Pumpbetrieb ein hoher Energiebedarf besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein hydropneumatisches Federungssystem der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches sich einerseits durch konstruktive Einfachheit und andererseits durch geringen Energiebedarf der Pumpe auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckspeicher ständig einen Druck hat, welcher geringfügig unter dem geringsten Betriebsdruck des Federaggregates liegt, und das hydraulische Medium aus dem Federaggregat allein unter Ausnutzung des Druckgefälles zwischen Federaggregat und Druckspeicher über einen durch Ventil steuerbaren Leitungsweg in den Druckspeicher einführ­ bar ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Druck­ differenz zwischen dem Druck im Federaggregat und dem Druck im Druckspeicher auf ein Mindestmaß zu beschränken, derart, daß noch ein ausreichendes Druckgefälle besteht, um Hydraulik­ medium aus dem Federaggregat in den Druckspeicher ableiten zu können, und andererseits die Pumpe bei Zuführung von Hydraulikmedium aus dem Druckspeicher in das Federaggregat nur einen vergleichsweise geringen Druckunterschied überwinden muß.

Aufgrund dieser Auslegung des erfindungsgemäßen hydro­ pneumatischen Federungssystems kann bei Anordnung mehrerer hydropneumatischer Federaggregate ohne größeren konstruktiven Aufwand ermöglicht werden, gleichzeitig einerseits mittels der Pumpe einen Teil der Federaggregate mit Hydraulikmedium zu beliefern und aus einem anderen Teil der Federaggregate Hydraulikmedium in den Druck­ speicher abzuführen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das Hydraulikmedium auch auf der Saugseite der Pumpe immer unter Druck steht und dementsprechend saugseitig der Pumpe keinerlei Blasenbildung bzw. Kavitation auftreten kann, und zwar auch dann nicht, wenn der Druckspeicher in größerer Entfernung von der Pumpe angeordnet und mit deren Sauganschluß über eine längere Leitung verbunden ist.

Im übrigen kann durch Anordnung eines Druckspeichers, bei dem der das Hydraulikmedium aufnehmende Raum gas- bzw. luftfrei und nach außen hermetisch abgeschlossen ist, gewährleistet werden, daß die Pumpe auch bei stärkeren Beschleunigungen bzw. Verzögerungen des Druckspeichers bzw. des mit dem erfindungsgemäßen Federungssystem ausgerüsteten Fahrzeuges saugseitig immer mit Hydraulik­ medium beliefert wird.

Durch die Druckbeaufschlagung des saugseitigen Hydraulik­ mediums kann darüber hinaus die hydraulische Kapazität des Druckspeichers vermindert werden, weil auch stärkere Beschleunigungen oder Erschütterungen keine den Zufluß des Hydraulikmediums zur Saugseite der Pumpe nachhaltig behindernde Schwallbewegungen des Hydraulikmediums verursachen können.

Durch die Möglichkeit, die hydraulische Kapazität des Druckspeichers im Vergleich zu einem drucklosen Hydraulik­ reservoir relativ klein zu bemessen, treten gegenüber der Anordnung eines drucklosen Reservoirs nur vergleichsweise geringe Zusatzkosten auf.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung vorteilhafter Ausführungsformen verwiesen, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein als Hinterachs-Niveauregulierung eines Kraftfahrzeuges eingesetztes erfindungsgemäßes Federungssystem,

Fig. 2 eine entsprechende Rundum-Niveauregulierung eines Kraftfahrzeuges und

Fig. 3 ein aktives hydropneumatisches Federungssystem mit schneller Niveauregulierung für Kraftfahrzeuge.

In Fig. 1 sind den Hinterrädern R_h bzw. der Hinterachse eines Kraftfahrzeuges einerseits herkömmliche Schrauben­ druckfedern F und andererseits hydropneumatische Abstütz­ aggregate A zugeordnet. Letztere bestehen in grundsätzlich bekannter Weise aus Hydraulikzylindern Z, die jeweils von einem Kolben K mit einseitig angeordneter Kolbenstange in zwei Kammern unterteilt werden, welche miteinander über nicht dargestellte, beispielsweise im Kolben K angeordnete Drosselkanäle miteinander verbunden sind. Im übrigen ist der Innenraum jedes Zylinders Z mit einem hydropneumatischen Druckspeicher S verbunden.

Beim Einfederhub des Kolbens K wird über die genannten Drosselkanäle Hydraulikmedium zwischen den Kammern des jeweiligen Zylinders Z ausgetauscht, wobei der Drossel­ widerstand der Drosselkanäle eine entsprechende Dämpfung bewirkt. Gleichzeitig wird von der Kolbenstange verdrängtes hydraulisches Medium in den Druckspeicher S geschoben. Beim Ausfederhub strömt aus dem Druckspeicher S hydraulisches Medium in den Zylinder, und gleichzeitig wird zwischen den Kammern des Zylinders über die Drosselkanäle wiederum hydraulisches Medium unter Dämpfung der Hubbewegung des Kolbens ausgetauscht.

Die Abstützaggregate A bzw. deren hydropneumatische Speicher S können mittels einer Pumpe 2, die saugseitig mit einem Druck­ speicher 1 für hydraulisches Medium verbunden ist, mit zusätz­ lichem Hydraulikmedium versorgt werden, um die Kolben K in den Zylindern Z in Ausschieberichtung zu bewegen und dadurch den Bodenabstand des Fahrzeuges zu erhöhen.

Da der Druck im Druckspeicher 1 etwas geringer als ein vorgegebener minimaler Betriebsdruck in den Abstützaggregaten A ist, ist es umgekehrt möglich, durch Öffnen eines gedrossel­ ten Entlastungsventiles 3 bei stillstehender Pumpe 2 Hydrau­ likmedium aus den Abstützaggregaten A in den Druckspeicher 1 zurückzuleiten, so daß sich die Kolben K in den Zylindern Z in Einfederrichtung bewegen und der Bodenabstand des Fahr­ zeuges entsprechend abgesenkt wird.

Ein druckseitig der Pumpe 2 angeordnetes Überdruckventil 4 hat lediglich Sicherheitsfunktion und ist normalerweise dauernd geschlossen. Es dient dazu, den Druck, mit dem die Pumpe hydraulisches Medium zu den Aggregaten A zu fördern vermag, unterhalb eines zulässigen Maximalwertes zu halten. Sollte dieser gleichwohl überschritten werden, öffnet das Ventil 4, und von der Pumpe gefördertes Hydraulikmedium fließt direkt in den Druckspeicher 1 zurück.

Ein Überdruckventil 5 schützt den Druckspeicher 1 vor hohen Drücken. Auch dieses Überdruckventil 5 ist normalerweise geschlossen.

Ein Absperrhahn 6 dient zum Ablassen von Hydraulikmedium in der Werkstatt bei Reparaturen u. dgl. bzw. zur Befüllung des Systems.

Durch ein druckseitig der Pumpe 2 angeordnetes Rückschlag­ ventil 7 kann unabhängig von der Konstruktion der Pumpe 2 - auch bei Pumpen, bei denen im Stillstand Saug- und Druck­ anschluß miteinander kommunizieren - gewährleistet werden, daß von den Abstützaggregaten A kein Hydraulikmedium direkt über die Pumpe 2 zum Druckspeicher 1 zurückfließen kann.

Die in Fig. 2 dargestellte Rundum-Niveauregulierung besitzt sowohl an den Vorderrädern R_v als auch an den Hinterrädern R_h hydropneumatische Abstützaggregate A, wie sie zuvor anhand der Fig. 1 erläutert wurden. Die den Hinterrädern R_h zuge­ ordneten Abstützaggregate A können mittels eines Absperr­ ventiles 8′ gegenüber der Pumpe 2 bzw. dem Entlastungsventil 3 abgeschlossen werden. In gleicher Weise erfolgt Entsprechendes mittels eines Absperrventiles 8′′ bei den Abstützaggregaten A der Vorderräder R_v.

Solange weder den Abstützaggregaten A an den Vorderrädern R_v noch den Abstützaggregaten A an den Hinterrädern R_h Hydraulik­ medium zugeführt werden soll, sind die Absperrventile 8′ und 8′′ geschlossen, während gleichzeitig das Entlastungsventil 3 geöffnet ist, so daß von der Pumpe gegebenenfalls noch gefördertes Medium direkt zum Druckspeicher 1 zurückfließt. Soll den Abstützaggregaten A an den Vorderrädern R_v und/oder den Hinterrädern R_h Hydraulikmedium zugeführt werden, wird das Entlastungsventil 3 geschlossen, gleichzeitig wird eines der Absperrventile 8′ oder 8′′ geöffnet.

Eine Ableitung von Hydraulikmedium aus den Abstützaggre­ gaten A zum Druckspeicher 1 erfolgt, indem eines der Absperrventile 8′ oder 8′′ sowie das Entlastungsventil 3 geöffnet werden.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten aktiven hydropneumatischen Federungssystem sind die Abstützaggregate A so bemessen, daß sie das Fahrzeug allein - ohne zusätzliche parallel angeordnete Federn F - abzustützen vermögen.

Hier fördert eine bevorzugt als Verstellpumpe ausgebildete Pumpe 2 Hydraulikmedium aus dem Druckspeicher 1 über Rück­ schlagventile 7′ und 7′′ in Achsspeicher 9′ und 9′′, die auf einem weitgehend gleichbleibenden hohen Druckniveau gehalten werden, welches etwas oberhalb des maximalen Betriebsdruckes in den Abstützaggregaten A liegt. Über separat steuerbare Steuerventile 10 lassen sich die Abstützaggregate A einer­ seits mit dem jeweiligen Achsspeicher 9′ und 9′′ und anderer­ seits mit einer mit dem Druckspeicher 1 ständig kommunizie­ renden Leitung 11 verbinden. Die genannten Steuerventile 10 sind als Proportionalventile ausgebildet, derart, daß eine steuerbare Drosselung der Verbindung der Abstützaggregate A mit dem Achsspeicher 9′ und 9′′ bzw. der Verbindung der Achsspeicher A mit der Leitung 11 möglich ist und die Abstützaggregate A gegebenenfalls auch in einer Neutral­ stellung der Steuerventile 10 sowohl gegenüber den Achs­ speichern 9′ und 9′′ als auch gegenüber der Leitung 11 abgeschlossen sind.

Dementsprechend läßt sich Hydraulikmedium mit steuerbarer Geschwindigkeit separat den Abstützaggregaten A zuführen bzw. aus den Abstützaggregaten A abführen, wobei gleich­ zeitig eine Zufuhr von Hydraulikmedium zu einem Abstütz­ aggregat und eine Abfuhr von Hydraulikmedium aus einem anderen Abstützaggregat A möglich sind.

Die Steuerung der Steuerventile 10 erfolgt mittels einer nicht dargestellten Regelvorrichtung in Abhängigkeit von vorgebbaren Parametern, wie z. B. Bodenabstand, Fahrgeschwin­ digkeit, Beschleunigung u. dgl., die mittels entsprechender Sensoren ermittelt werden, deren Signale von der Regelvor­ richtung ausgewertet werden.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen braucht die Pumpe 2 nur gegen eine vergleichsweise geringe Druck­ differenz zu arbeiten, weil durch den Druckspeicher 1 saugseitig der Pumpe 2 immer annähernd der Mindestbetriebs­ druck der Abstützaggregate A aufrechterhalten wird.

Dabei kann der Druckspeicher 1 so bemessen sein, daß sich sein Druck bei Entnahme oder Zuführung von Hydraulikmedium nur wenig ändert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Druck im Druckspeicher 1 mittels eines im Vergleich zur hydraulischen Kapazität großvolumigen Druckgaspolsters erzeugt wird. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß der Druck im Druckspeicher 1 unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Systems dem Mindest­ betriebsdruck der Abstützaggregate A nahekommt.

Claims (6)

1. Hydropneumatisches Federungssystem, insbesondere für Fahrzeuge, mit

• - einem zur zumindest teilweisen Abstützung der Last dienenden hydropneumatischen Federaggregat und
• - einem hydraulischen Druckspeicher, aus dem hydraulisches Medium mittels Pumpe in das Federaggregat einführbar bzw. in den hydraulisches Medium aus dem Federaggregat einführ­ bar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (1) ständig einen Druck hat, welcher geringfügig unter dem geringsten Betriebsdruck des Feder­ aggregates (A) liegt, und das hydraulische Medium aus dem Federaggregat (A) allein unter Ausnutzung des Druckgefälles zwischen Federaggregat (A) und Druckspeicher (1) über einen durch Ventil (3, 10) steuerbaren Leitungsweg in den Druck­ speicher (1) einführbar ist.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2) hermetisch dicht ist.

3. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckspeicher (1) annähernd konstant ist.

4. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2) druckseitig mit dem Federaggregat (A) über eine durch Ventil (10) steuerbare Zuführleitung verbunden ist, die parallel zu den vom Federaggregat (A) zum Druckspeicher (1) führenden Leitungsweg (11) angeordnet ist.

5. Federungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2) druckseitig über ein Rückschlagventil (7′, 7′′) mit einem weiteren Druckspeicher (9′, 9′′) verbunden ist, welcher von der Pumpe (2) auf einem oberhalb des maximalen Betriebsdruckes des Federaggregates (A) liegenden Druck gehalten wird.