DE4441812A1 - Regelventil zur Regelung der Federkennlinie einer hydropneumatischen Federung insbesondere von Kraftfahrzeugen sowie Verwendung eines derartigen Regelventils in einem derartigen Federungssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelventil zur Regelung der Federkennlinie einer hydropneumatischen Fede­ rung insbesondere von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Gehäuse mit je einem Anschluß an einen Federzylinder und an einen Druckspeicher sowie aus einem ersten und einem zwei­ ten, jeweils getrennt wirkenden Sitzventil im Strömungspfad des hydraulischen Mediums zwischen den beiden Anschlüssen von Federzylinder und Druckspeicher, wobei das erste Sitz­ ventil aus einem als Stufenkolben ausgebildeten Steuerkol­ ben mit endseitiger Steuerscheibe besteht,wobei der Stufen­ kolben mit drei voneinander getrennten Steuerdruckräumen zusammenwirkt, in die Steueranschlüsse münden.

Ein derartiges Regelventil ist aus der deutschen Patentan­ meldung P 41 17 455 bekannt.

Bei bekannten Feder-Dämpfungssystem wird die Dämpferkraft unabhängig von der Lage des Rades nur durch die Ausfede­ rungsgeschwindigkeit beeinflußt, was zur Folge hat, daß oberhalb einer statischen Lage in Einfederungsrichtung eine höhere Dämpfung vorliegt als unterhalb einer statischen Lage in Ausfederungsrichtung. Dies ist dadurch bedingt, daß die Feder oberhalb der statischen Lage höher vorgespannt ist als unterhalb und somit für das Rad eine starke An­ triebskraft und damit höhere Geschwindigkeit vorliegt. Des­ halb wird bei der bekannten hydropneumatischen Federung eine starke Dämpfung oberhalb der statischen Lage ange­ strebt, wobei der Druckspeicher wie eine mechanische Feder stark vorgespannt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einzelradfederung oberhalb der statischen Lage mög­ lichst wenig Kraftabsenkung, jedoch unterhalb der stati­ schen Lage eine relativ hohe Kraftabsenkung zu erreichen, und zwar mittels eines Regelventils, indem die wirksame Federkraft in Abhängigkeit der Federungsrichtung und ent­ sprechend der Art der Federung beeinflußt wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das zweite Sitzventil einen als Stufenkolben ausgebildeten Regelkolben aufweist, der mit drei voneinander getrennten Steuerdruck­ räumen zusammenwirkt und endseitig mit einer Steuerscheibe zusammenarbeitet, deren Schließrichtung zu der Schließrich­ tung der Steuerscheibe des ersten Sitzventils entgegenge­ setzt ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, daß die beiden Sitzventile sich gegenseitig in ihrem Regelverhalten beeinflussen können und somit die in einem Fahrzeug gewünschte Regelcharakteristik erreicht werden kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem jedes der Sitzventile unabhängig arbeitet und lediglich die Öldrücke im Zylinder und Druckspeicher registrieren und diese Abhängigkeit regeln, wird erfindungsgemäß eine gegen­ seitige Beeinflussung ermöglicht. Bei dieser Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Regelventils ist es zweckmäßig, wenn das zweite Sitzventil derart ausgebildet ist, daß seine Regelscheibe und der zugehörige Regelkolben aus zwei voneinander getrennten Teilen gebildet werden, wobei die Regelscheibe und der Regelkolben voneinander weitgehend un­ abhängige Hubbewegungen durchführen können.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Steuerscheibe des ersten Sitzventils mit dem zugehörigen Steuerkolben in axialer Richtung fest, dabei aber vorzugsweise derart ge­ lenkig verbunden ist, daß Toleranzprobleme vermieden werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran­ sprüchen 5 und 6 enthalten.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein hydropneumati­ sches Federsystem unter Verwendung des erfindungsgemäßen Regelventils. Hierbei ist vorzugsweise das erste Sitzventil in dem Ausfederungspfad des Hydraulikmediums und das zweite Sitzventil im Einfederungspfad des Hydraulikmediums wirk­ sam. Erfindungsgemäß steht in einer statischen Federungs­ lage der Steuerkolben des ersten Sitzventils im Ausfede­ rungspfad in einer hintersten Stellung, in der die zuge­ hörige Steuerscheibe keinen Kontakt zu der ihr gegenüber­ liegenden Dichtfläche des ersten Sitzventils aufweist, so daß ein freier Durchfluß des Hydraulikmediums vom Feder­ zylinder zum Druckspeicher vorhanden ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteran­ sprüchen 10 bis 14 enthalten. Bei dem erfindungsgemäßen Federungssystem ist ein kleiner Wankwinkel ohne harte Stabilisierung vorhanden. Diese Eigenschaft wird bewußt in Kauf genommen, um im übrigen den Fahrkomfort zu verbessern.

Für Spezialfälle kann die Abstimmung derart gewählt werden, daß die Stabilisierung ohne Verzug extrem hart einsetzt. Dies wird z. B. bei Fahrzeugen an der Hinterachse reali­ siert, die einen sehr hohen Beladungsschwerpunkt haben oder durch das transportierte Gut zum Wanken angeregt werden, wie dies z. B. bei Tanklastzügen der Fall ist. Im Falle einer harten Einstellung ist zwar das Anfedern bei einer Federbewegung härter, jedoch wird dies aufgrund der ge­ wünschten extrem harten Seitenstabilisierung bewußt in Kauf genommen, und zwar entgegen der üblichen Forderung nach weichem Ausfederungsverhalten. Das erfindungsgemäße Regel­ ventil ist so ausgelegt, daß praktisch in der harten Ein­ stellung um die statische Lage ein sprunghafter Kraftan­ stieg und auf der Ausfederungsseite ein sprunghafter Kraft­ abfall beim Wanken entsteht. Dies steht im Gegensatz zu bekannten Stabilisierungsarten, bei denen der Kraftanstieg und der Kraftabfall vom Beginn der Wankbewegung proportio­ nal mit dem Wankwinkel wachsen.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Regel­ ventil,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen hydropneumatischen Federungssystems unter Ver­ wendung des Regelventils gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild ähnlich Fig. 2, jedoch in einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Fede­ rungssystem, und

Fig. 4 eine weitere Variante zu Fig. 2 und 3.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besitzt ein erfindungsgemäßes Regelventil in einem Gehäuse 1 zwei Sitzventile 2, 3, und zwar ein erstes Sitzventil 2 und ein zweites Sitzventil 3. Das erste Sitzventil 2 besteht aus einem Steuerkolben 4 und einer Steuerscheibe 5, die miteinander vorzugsweise gelen­ kig verbunden sind. Das zweite Sitzventil 3 besteht aus einem Regelkolben 6 und einer Regelscheibe 7. Der Regel­ kolben 6 und die Regelscheibe 7 sind voneinander getrennt ausgebildet, so daß zwischen ihnen keine feste Verbindung vorhanden ist. Der Regelkolben 6 kann sich in seiner Längs­ achse gesehen kraftfrei zur Regelscheibe 7 bewegen, jedoch sitzt der Regelkolben mit seinem Ende in einer Sacklochboh­ rung der Regelscheibe 7. Somit wird die Regelscheibe 7 seitlich zum Regelkolben 6 geführt, so daß die Regelscheibe 7 und der Regelkolben 6 sich auf einer gemeinsamen Mantel­ linie zueinander verschieben können. Sowohl der Steuerkol­ ben 4 als auch der Regelkolben 6 sitzen in einer derartigen stufenförmigen Bohrung 8 des Gehäuses 1, daß vier Flächen jeweils an den beiden Kolben 4, 6 mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden können, und zwar derart, daß jeweils zwei gegenüberliegende Druckpaare geschaltet werden können. Der Steuerscheibe 5 und der Regelscheibe 7 sind im Gehäuse 1 jeweils Sitzflächen 9, 10 so zugeordnet, daß die Scheiben 5, 7 einen Strom des Hydraulikmediums durch Bildung eines Spaltes zwischen der Scheibe und der zugeordneten Sitzfläche zulassen können oder diesen absperren.

Das erfindungsgemäße Regelventil ist nun - wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist - schaltungsgemäß derartig in einem erfindungsgemäßen Federungssystem angeordnet, daß das erste Sitzventil 2 im Ausfederungspfad des Hydrau­ likmediums und das zweite Sitzventil 3 im Einfederungspfad des Hydraulikmediums wirksam ist. Ein erfindungsgemäßes Federungssystem besteht aus zwei Federzylindern 12, 13 und zwei Druckspeichern 14, 15. Hierbei ist der Federzylinder 12 und der Druckspeicher 14 einander zugeordnet sowie der Federzylinder 13 und der Druckspeicher 15. Zwischen dem Federzylinder 12 und dem Druckspeicher 14 ist ein Regelven­ til 16 gemäß der Erfindung angeordnet und zwischen dem Federzylinder 13 und dem Druckspeicher 15 ein Regelventil 17 gemäß der Erfindung. Bei den Regelventilen 16, 17 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugsziffern versehen. Wie insbesondere aus Fig. 1 zu erkennen ist, sind in den stufenförmigen Bohrungen 8 des Gehäuses 1 in Ver­ bindung mit den als Stufenkolben ausgebildeten Kolben 4, 6 Steuerdruckräume ausgebildet, und zwar die Steuerdruckräume 18, 19, 20, in denen Steueranschlüsse 21, 22, 23 münden. Weiterhin weist das Gehäuse einen Anschluß 24 zum Anschlie­ ßen des zugehörigen Federzylinders 12, 13 und einen An­ schluß 25 zum Anschließen des zugehörigen Druckspeichers 14, 15 auf. Die beiden Sitzventile 2, 3 befinden sich im Strömungspfad zwischen dem Anschluß 24 für den Federzylin­ der und dem Anschluß 25 für den Druckspeicher. Jeder der als Stufenkolben ausgebildeten Kolben 4, 6 besitzt vier druckbeaufschlagbare Flächen, und zwar eine endseitige Stirnfläche 27, eine erste innere an einem Ringbund 26 ausgebildete Ringfläche 28, eine dieser am Ringbund 26 gegenüberliegende zweite innere Ringfläche 29 und eine weitere innere Stirnringfläche 30. Die beiden inneren Ringflächen 28, 29 sind gleich groß und die Stirnringfläche 30 ist kleiner als die Stirnfläche 27. Die Steuerdruck­ räume 19, 20 sind gegenseitig und nach außen mittels Dichtungen 31, 32 druckdicht abgedichtet.

Die Sitzventile 2, 3 sind derart im Strömungspfad zwischen dem Anschluß 24 und dem Anschluß 25 angeordnet, daß die Schließrichtung des Sitzventils 2 entgegengesetzt ist zur Schließrichtung des Sitzventils 3. Hierbei ist das erste Sitzventil 2 im Ausfederungspfad der jeweiligen zugehörigen Federzylinder 12, 13 angeordnet (siehe Pfeil X) und das zweite Sitzventil 3 ist im jeweiligen Einfederungspfad des Hydraulikmediums des zugehörigen Federzylinders 12, 13 wirksam (siehe Pfeil Y).

Ein erfindungsgemäßes Regelventil ist zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß in einer statischen Federungslage der Steu­ erkolben 2 in seiner hintersten Stellung steht, d. h. daß seine zugehörige Steuerscheibe 5 keinen Kontakt zur gegen­ überliegenden Sitzfläche 9 besitzt, so daß ein freier Durchgang zwischen dem angeschlossenen Federzylinder 12 und dem zugehörigen Druckspeicher 14 bzw. dem Federzylinder 13 und dem zugehörigen Druckspeicher 15 besteht.

Den Regelscheiben 7 sind Flächen im Ventilgehäuse so zu­ geordnet, daß die Regelscheiben einen Ölstrom durch Bildung eines Spaltes zwischen Scheibe und Fläche zulassen können oder diesen versperren.

Die Stirn- bzw. Ringflächen 27, 28, 29, 30 an den Stufen­ kolben 4, 6 sind als Druckflächen in einer ersten Schaltung gemäß der Erfindung, Fig. 2, in folgender Art mit den Drücken beaufschlagt:

Steuerkolben 4

• - endseitige Stirnfläche 27: mit dem dynamischen Druck des Federzylinders 12, 13, der dem jeweils anderen, gegenüberliegenden Regelventil zugeordnet ist,
• - erste innere Ringfläche 28: kein Druck (Umgebungs­ druck)
• - zweite innere Ringfläche 29: mit dem statischen Druck es Federzylinders 12, 13, der dem jeweils anderen Regelventil zugeordnet ist,
• - zweite innere Stirnringfläche 30: mit dem dynamischen Zylinderdruck des zugehörigen Federzylinders,
• - Kegelfläche 33 der Steuerscheibe 5: mit dem dynami­ schen Druck des Federzylinders 12, 13 der gleichen Seite,
• - gegenüberliegende Anlagefläche (34) der Steuerscheibe 5: mit dem Druck des zugehörigen Speichers 14, 15 oder bei einer Strömung mit einem entsprechend der Strö­ mungsgeschwindigkeit niedrigeren Druck.

Regelkolben 6

• - endseitige Stirnfläche 27: mit dem dynamischen Zylin­ derdruck des zugehörigen Federzylinders 12, 13,
• - erste innere Ringfläche 28: Umgebungsdruck (Luft),
• - zweite innere Ringfläche 29: dynamischer Zylinderdruck des Federzylinders 12, 13 des dem jeweils anderen Regelventil zugeordneten Federzylinders.

Regelscheibe 7

• - Die dem Stufenkolben 4, 6 zugewandte Kegelfläche 33: mit dem Speicherdruck des zugeordneten Druckspeichers 14, 15,
• - Anlagefläche 34: mit dem Druck des Federzylinders 12, 13 des zugeordneten Federzylinders oder beim Strömen eines Ölstromes mit einem entsprechend niedrigeren Druck.

Bei einer zweiten Schaltungsmöglichkeit (harte Stabilisie­ rung) ist der Druck in dem Druckraum 20 (zweite innere Ringfläche 29) des Steuerkolbens 4 der Druck des Druck­ speichers, der dem jeweils anderen Regelventil zugeordnet ist.

Drei grundsätzliche Regelalgorithmen sind mit dem System gemäß Fig. 2 möglich:

A. Einzelradfederung

Bei einer Einzelradfederung bewegt sich nur ein Federzylin­ der 12, 13 einer Achse. Somit ist auch nur in diesem Öl­ kreislauf eine Öldruckänderung. Wie die Schaltung zeigt, bedeutet dies keine Druckänderung in den Steuerdruckräumen 18, 19, 20 am Steuerkolben 4 durch die andere Seite. In der ersten Schaltung steht der Steuerkolben 4 so, daß die Steuerscheibe 5 keinen Kontakt zur Sitzfläche 9 hat. Das Hydraulikmedium kann durch den vorhandenen Spalt vom Feder­ zylinder 12, 13 zum Druckspeicher 14, 15 fließen. Dies be­ deutet wiederum eine weiche Anfederung.

Wird die Ölgeschwindigkeit höher, so fällt der Druck im Spalt entsprechend stark ab. Die Steuerscheibe 5 wird auf die Sitzfläche 9 gesaugt, und somit ist der Spalt geschlos­ sen. Dies geschieht abhängig von der Spalthöhe ab einer gewissen Einfederungsgeschwindigkeit.

Bei geschlossenem Spalt erhöht sich nun der Zylinderdruck gegenüber dem Speicherdruck. Der Zylinderdruck wirkt gegen die Anlagefläche 34 der Regelscheibe 7 und stößt diese ab einer gewissen Druckdifferenz zwischen Zylinderdruck und Speicherdruck gegen die Kolbenkraft des Regelkolbens 6 auf.

Das Öl fließt jetzt durch den entstehenden Spalt vom Feder­ zylinder zum Druckspeicher. Die Regelscheibe 7 wird jedoch nicht unkontrolliert aufgedrückt, da auf der Gegenseite der Regelkolben 6 vom Zylinderdruck beaufschlagt ist.

Durch das Größenverhältnis der endseitigen Regelkolben- Stirnfläche 27 zur Anlagefläche 34 der Regelscheibe 7 kann zum einen das Öffnungsverhalten der Regelscheibe 7 beein­ flußt werden und zum anderen eine Druckdifferenz bei einer Einfederbewegung zwischen Federzylinder und Druckspeicher erzwungen werden. Da die beiden Flächen in einem Verhältnis stehen, steht die Druckdifferenz zwischen Federzylinder und Druckspeicher, bedingt durch diesen Regeleinfluß, im glei­ chen Verhältnis. Dies bedeutet bei kleinem Druck wenig Druckdifferenz und bei hohem Druck hohe Druckdifferenz.

Bei diesem Regelvorgang ist noch ein von der Einfederungs­ geschwindigkeit abhängiger Einfluß vorhanden. Auch bei der Regelscheibe 7 wird strömungsbedingt diese zur Sitzfläche 10 hin angesaugt. Die Regelscheibe 7 schließt kurz, wird jedoch durch den gegenüber dem Druckspeicher steigenden Zylinderdruck wieder aufgestoßen. Der Vorgang läuft erneut ab. Dies geschieht mit relativ hoher Frequenz. Die Frequenz wird jedoch durch den Gegensteuerdruck gedämpft.

Wie jedoch schon oben beschrieben, steht bis zu einer gewissen Einfederungsgeschwindigkeit der Strömungspfad un­ terhalb der Steuerscheibe 5 offen. Die Einzelradfederung ist also normalerweise eine weiche Federung, und erst ab einer überhöhten Federungsgeschwindigkeit wird die Einzel­ radfederung härter. Dies verhindert, daß das Rad bei sehr hoher Einfederungsgeschwindigkeit ungebremst in den mecha­ nischen Anschlag fährt. Aber auch bei sehr schnellem An­ federn des Rades ist die Feder im ersten Moment weich, da ja ein freier Strömungsquerschnitt unterhalb der Steuer­ scheibe 5 zum Druckspeicher hin vorhanden ist.

Bei Ausfederung des Rades fließt das Hydraulikmedium (Öl) vom Druckspeicher zum Federzylinder. Die Regelscheibe 7 schließt sofort, da sie durch die Strömung auf die Sitz­ fläche 10 gesaugt wird. Es bleibt nur noch der Weg unter­ halb der Steuerscheibe 5. Da jetzt nur noch ein Strömungs­ weg frei ist, herrscht zwischen der Steuerscheibe 5 und der zugehörigen Sitzfläche 9 eine relativ hohe Strömungsge­ schwindigkeit. Weiterhin entsteht nach Überfahren der statischen Lage eine Kraft des Steuerkolbens 4 in Schließ­ richtung, da der Zylinderdruck kleiner wird als der stati­ sche Druck.

Der dynamische Zylinderdruck der anderen Seite, d. h. des dem anderen Regelventil zugeordneten Federzylinders, (bei Einzelradfederung gleich dem statischen Druck) kann den Steuerkolben 4 in Schließrichtung schieben, da ja die Gegenkraft auf der Unterseite des Steuerkolbens 4 durch den Zylinderdruck der gleichen Seite kleiner wird.

Gestartet wird jedoch dieser Regelvorgang ebenfalls durch das Ansaugen der Steuerscheibe 5 zur Sitzfläche 9 hin. Bei langsamer Ausfederung ist praktisch keine wesentliche Beeinflussung durch das Regelventil gegeben.

Auch auf dem Ausfederungsweg entsteht durch das Ansaugver­ halten der Steuerscheibe 5 eine relativ hohe Öffnungs- und Schließfrequenz der Steuerscheibe, die jedoch durch den Zylinderdruck der anderen Seite gedämpft wird. Das Dämpf­ verhalten wird, je weiter das jeweilige Rad die statische Lage in Ausfederungsrichtung überfahren hat, immer größer. Je nach Abstimmung der einzelnen Druckflächen in diesem Regelpfad kann erreicht werden, daß ab statischer Lage in Ausfederungsrichtung eine Kraftabsenkung der Federzylinder­ kraft auch schon bei relativ kleinen Ausfederungsgeschwin­ digkeiten erreicht wird. Jedoch oberhalb der statischen Lage (eingefedert bis statisch) sind schon erheblich hohe Ausfederungsgeschwindigkeiten erforderlich, um eine Beein­ flussung des Regelventils zu registrieren.

Bei der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, bei einer Einzelradfederung oberhalb der statischen Lage möglichst wenig Kraftabsenkung zu haben, jedoch unterhalb der stati­ schen Lage eine relativ hohe Kraftabsenkung zu erreichen. Dies wird nach Überlegung des Erfinders zu einem komfor­ tablen Fahrverhalten führen, da das Rad - bedingt durch die doch wesentlich höheren Antriebskräfte nach unten - einer positiven Bodenwelle wesentlich besser mit Radkontakt fol­ gen kann, jedoch in eine negative Bodenwelle (Loch) nicht so stark hineingetrieben wird.

B. Parallelfederung

Bei einer Parallelfederung ist die Beeinflussung der Zylin­ derkraft wesentlich stärker als bei Einzelradfederung. Man kann gegenüber der Einzelradfederung von einer "harten" Parallelfederung sprechen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine "härtere" Parallelfederung den Fahrkomfort steigern muß. Dieser Erkenntnis liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Bei einer "weichen" Parallelfederung taucht das Fahrzeug - z. B. bei einem Bremsvorgang - relativ ein. Der Mensch macht diese Bewegung auf dem Sitz mit. Im Umkehrpunkt der Bewegung befindet sich der Mensch in Bewegungsrichtung zum Boden hin, das Fahrzeug macht jedoch kurz nach der Umkehr eine relativ schnelle Bewegung nach oben, da die Dämpfer noch keinen so großen Einfluß haben. Genau dies verspürt der Mensch als Stoß, da er in den Sitz hineingepreßt wird, bis er die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, also nach oben, wieder angenommen hat.

Ähnliches Verhalten entsteht beim Überfahren einer Boden­ welle. Auch hier wird durch die Schaukelbewegung des Fahr­ zeugs der Menschen entweder in den Sitz hineingepreßt oder von diesem abgehoben, in den er anschließend wieder hinein­ fällt.

Durch das erfindungsgemäße Regelventil wird die Federkenn­ linie so beeinflußt, daß ein weiches Anfedern vorliegt, jedoch eine, im Federkurvenverlauf höhere als die normale Speicherfederkurve entsteht, die dann mit zunehmender Ein­ federung überproportional (auch gegenüber dem schon über­ proportionalen Anstieg der Speicherfederkurve) verläuft. Im Umkehrpunkt der Bewegung wird im ersten Moment die Federkraft soweit abgesenkt, wie es der normalen Kraft der Federspeicherkurve entsprechen würde. Ab diesem Punkt setzt eine weitere Druck- und somit Federzylinderkraft­ absenkung ein, die wiederum von der Lage des Federzylin­ ders, bezogen auf seine statische Lage, geregelt wird.

Der Regelvorgang läuft bei Parallelfederung wie folgt ab:

Beide Federzylinder 12, 13 einer Achse eines Fahrzeugs federn ein. Wie oben beim Einzelrad schon beschrieben, ist der Weg unter der Steuerscheibe 5 zum Druckspeicher 14, 15 hin offen. Im ersten Moment kann also das Öl ohne großen Druckanstieg vom Federzylinder 12, 13 zum zugehörigen Druckspeicher 14, 15 fließen. Die Anfederung ist also ohne "Stoß".

Mit wachsender Einfederung steigt der Druck in beiden Federzylindern 12, 13 an. Zusätzlich sinkt der Druck durch die Strömung zwischen der Steuerscheibe 5 und der zugehöri­ gen Sitzfläche 9 ab. Der Steuerkolben 4 mit fest verbunde­ ner Steuerscheibe 5 schließt gegen den Druck des Druck­ speichers 14, 15. Jetzt kann das Öl nur noch unter der Regelscheibe 7 hindurch zum Druckspeicher 14, 15 fließen. Ist die Stirnfläche 27 des Regelkolbens 6 größer als die zweite druckbeaufschlagte Ringfläche 29, so wächst mit steigendem Zylinderdruck die Zuhaltekraft des Regelkolbens 6, der hierdurch auf die Regelscheibe 7 drückt.

Liegt die Regelscheibe 7 auf ihrer zugehörigen Sitzfläche 10 an (dies ist bereits in der statischen Lage des Fahr­ zeugs der Fall), so ist die druckbeaufschlagte Fläche auf der Speicherseite größer als die zur Federzylinderseite hin.

Auch ohne Berücksichtigung des Regelkolbeneinflusses muß der Zylinderdruck um den Faktor der Flächendifferenz steigen, um die Regelscheibe 7 von ihrem Dichtsitz abzu­ heben.

Bedingt durch das Schließverhalten des Steuerkolbens 4 - und als wesentlicher Effekt wird zusätzlich die Reibung der Dichtung 32 am Steuerkolben 4 so eingesetzt, daß diese bewußt hoch eingestellt wird - entsteht durch das verzö­ gerte Schließverhalten des Steuerkolbens 4 ein überpropor­ tionaler, jedoch kein sprunghafter Druckanstieg im Feder­ zylinder 12, 13 gegenüber dem Druckspeicher 14, 15. Hier­ durch wird erreicht, daß der Wechsel der Ölströmung von der Steuerscheibe 5 zur Regelscheibe 7 praktisch im "sanften" Übergang erfolgt. Ab dem Punkt des Schließens der Steuer­ scheibe 5 übernimmt der Regelkreis (Regelkolben 6 mit Regelscheibe 7) die Regelung der Druckdifferenz vom Feder­ zylinder gegenüber dem zugehörigen Druckspeicher und somit dem Kraftanstieg des Federzylinders.

Der Druckspeicher 14, 15 hat vorrangig nicht mehr die Funktion, das Fahrzeug abzustützen, sondern gibt für den Regelkreis praktisch das Signal des Einfederungsweges. Dies ist möglich, da das in den Druckspeicher verdrängte Öl pro­ portional dem Federweg ist und abhängig von dem im Speicher befindlichen Öl sich der Druck einstellt.

Am Regelkolben 6 wirkt eine Differenzkraftverstärkung. Es steigt zwar der Druck in dem mittleren Druckraum 20 ebenso wie auf der Stirnfläche 27 des Regelkolbens 6, jedoch ist die obere Stirnfläche 27 größer als die druckbeaufschlagte innere Ringfläche 28 ("dynamischer Druck vom Federzylinder der anderen Seite"). Zusätzlich wird die Druckdifferenz von der Stirnfläche 27 des Regelkolbens 6 zu seiner Unterseite größer. Dies führt dazu, daß bei einer Parallelfederung mit zunehmendem Einfederungsweg die Druckdifferenz zwischen Federzylinder und zugehörigem Druckspeicher immer größer wird. Die Auswirkung ist ein überproportionaler Kraftan­ stieg des Federzylinders, d. h. die Fahrzeugfeder wird über­ proportional härter.

Der Auslöser des Regelvorgangs ist im wesentlichen, wie die Beschreibung zeigt, die Strömungsgeschwindigkeit unterhalb der Steuerscheibe 5 des Steuerkolbens 4.

Bei sehr langsamer Parallelfederung setzt der Regelvorgang erst nach einem entsprechend großen Einfederungsweg ein. Dies ist ebenfalls gewollt, da bei langsamer Parallelfeder­ bewegung das Fahrzeug eine sanfte Hubschwingung machen kann, ohne daß der Mensch dies als unangenehm empfindet.

In Richtung Ausfederung, nach der Einfederbewegung, kann das Öl nur unter der Steuerscheibe 5 vom Druckspeicher 14, 15 zum Federzylinder 12, 13 fließen, da sich die Regelschei­ be 7, selbst wenn sie offenstehen würde, sofort auf ihre Sitzfläche 10 legt. Im ersten Moment der Ausfederung (gese­ hen, wenn das Rad ganz eingefedert ist) fällt der Feder­ zylinderdruck extrem ab, und zwar bis auf etwa das Druck­ niveau des zugehörigen Druckspeichers. Somit fällt auch der Druck auf der Rückseite des Steuerkolbens 4 auf dieses Druckniveau ab.

Die Steuerscheibe öffnet, und es ist die Strömungsverbin­ dung Druckspeicher zum Federzylinder hergestellt. Durch das Ausfedern des Rades saugt der Federzylinder das Öl unter der Steuerscheibe 5 hindurch aus dem Druckspeicher. Strö­ mungsbedingt fällt der Druck im Spalt zwischen der Steuer­ scheibe 5 und der zugehörigen Sitzfläche 9 entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit ab.

Die Steuerscheibe 5 versucht, sich auf die Sitzfläche 9 wieder anzulegen. Da aber durch die Bewegung des Feder­ zylinders der Öldruck weiter abfällt, öffnet die Steuer­ scheibe 5 wieder. Es stellt sich, abhängig von der Ausfede­ rungsgeschwindigkeit des Rades, ein Spalt ein und somit eine entsprechende Druckdifferenz zwischen Federzylinder und Druckspeicher. Bei normaler Fahrweise ist diese Druck­ differenz klein, ca. 3 bis 5 bar, und man kann sagen, das Rad federt bis ca. zur statischen Lage auf der Federkurve des Druckspeichers wieder aus.

Ab der statischen Lage setzt jedoch eine nach unten hin stärker zunehmende Druckabsenkung im Federzylinder ein. Dies hängt mit zwei Erscheinungen zusammen, und zwar wird die Ausfederungsgeschwindigkeit des Rades geringer und bedingt hierdurch, ist der Druckabfall pro Zeiteinheit im Federzylinder geringer. Zum anderen wird der Einfluß der Dichtungsreibung nun geringer, da die Dichtungen 32 nicht mehr so gegen die Wandungen gedrückt werden. Die Steuer­ scheibe 5 kann - bedingt durch die Strömungsgeschwindigkeit - leichter auf ihre Sitzfläche 9 angesaugt werden. Der Öl­ fluß vom Druckspeicher zum Federzylinder wird kurzzeitig unterbrochen, was eine stärkere Druckabsenkung im Feder­ zylinder zur Folge hat.

Öffnet die Steuerscheibe 5 einen kleinen Spalt, so entsteht sofort eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit in diesem Spalt, da ja die Druckdifferenz Federzylinder-Druckspeicher relativ hoch ist, was wiederum eine starke Ansaugung der Steuerscheibe 5 zur Folge hat. Im Mittel ist die Hubbewegung der Steuerscheibe 5 also geringer, da sie sofort wieder an­ gesaugt wird.

Da die Öffnungs- und Schließfrequenz ab der statischen Lage zur Ausfederungsrichtung hin immer kleiner wird, wird die Zeitspanne, in der die Steuerscheibe 5 auf ihrem Dichtungs­ sitz aufliegt, relativ immer größer. Zusätzlich wird die Wirkung der Ansaugung durch die Druckdifferenz Federzylin­ der-Druckspeicher immer größer.

Trotz wesentlich langsamerer Ausfederungsgeschwindigkeit ab der statischen Lage in Ausfederungsrichtung ist die Druck­ differenz zwischen Federzylinder und Druckspeicher um ein Mehrfaches höher als auf dem Ausfederungsweg von ganz ein­ gefedert bis zur statischen Lage.

Wie aus der obigen Beschreibung erkennbar, braucht das Regelventil eine gewisse Strömungsgeschwindigkeit, um den Regelvorgang zu starten, jedoch nach Start des Regelvor­ ganges ist die Regelung praktisch von der Lage des Feder­ zylinders relativ zur statischen Lage abhängig.

Auf dem Einfederungsweg von ganz ausgefedert bis zur sta­ tischen Lage hin strömt das Öl vom Federzylinder zum Druckspeicher. Mit Umkehr der Strömung schließt die Steuer­ scheibe 5, und der Druck im Federzylinder steigt auf kurzem Wege auf das Druckniveau des Druckspeichers an, da die Scheiben 5, 7 geschlossen sind. Die Steuerscheibe 5 schließt durch folgenden Ablauf.

Steht die Steuerscheibe 5 im Umkehrpunkt offen, so strömt im ersten Moment der Aufwärtsbewegung des Federzylinders das Öl unter der Steuerscheibe 5 hindurch zum Druckspeicher und es entsteht an der Steuerscheibe 5 die schon mehrfach beschriebene Saugwirkung zum Dichtsitz hin. Die Steuer­ scheibe 5 kann leicht schließen, da zum einen der Druck auf der Rückseite des Steuerkolbens 4 ansteigt und zum anderen der steigende Druck im Federzylinder diese Schließbewegung unterstützt. Abhängig von dem Verhältnis des Federzylinder­ druckes zum Speicherdruck öffnet nun die Regelscheibe 7. Sobald die Regelscheibe 7 geöffnet hat, setzt sofort die Saugwirkung an der Regelscheibe 7 wieder ein, und sie wird in Schließrichtung gezogen.

Wie aus dieser Beschreibung erkennbar ist, läuft der Feder­ zylinder auf einem höheren Druckniveau als dem Druckspei­ cherniveau in Richtung statische Lage. In der Nähe der statischen Lage wird die Einfederungsgeschwindigkeit kleiner. Bedingt hierdurch wird auch die Saugwirkung un­ terhalb der Steuerscheibe 4 kleiner, so daß diese offen stehenbleiben kann und praktisch ein freier Durchfluß vom Federzylinder zum Druckspeicher vorhanden ist. In der statischen Lage herrscht also kein Druckunterschied zwi­ schen Federzylinder und Druckspeicher.

C. Wankbewegung

Bei einer Wankbewegung des Fahrzeuges federt ein Feder­ zylinder ein und der andere Federzylinder der gleichen Achse aus. Dies bedeutet, auf einer Seite steigt der Druck im Federzylinder an und auf der anderen Seite fällt er im anderen Federzylinder ab.

Für das Regelventil der Ausfederungsseite bedeutet dies, daß Öl vom Druckspeicher zum Federzylinder fließt. Die Regelscheibe 7 schließt (Ansaugung) und das Öl kann nur noch unter der Steuerscheibe 5 zum Federzylinder fließen. Da auf der anderen Seite der Achse der Zylinderdruck an­ steigt (federt ein), schiebt der auf die Rückseite des Steuerkolbens 4 wirkende Druck den Steuerkolben 4 mit der Steuerscheibe 5 gegen den Druck des Druckspeichers zu.

Dies wird durch die Saugwirkung unterstützt. Sobald die Steuerscheibe 5 auf der Sitzfläche 9 aufliegt, ist eine größere Druckdifferenz Federzylinder/Speicher zum Anheben der Steuerscheibe 5 erforderlich. Der Federzylinderdruck fällt also auch durch diesen Vorgang relativ zum Speicher­ druck weiter ab. Zusätzlich bewirkt der ansteigende Druck der anderen Seite (wirkt auf die Stirnseite 27 des Steuer­ kolbens 4) eine weitere Druckabsenkung im Verhältnis zum Druckspeicher. Die Tragkraft des Federzylinders fällt also stark ab und unterstützt somit nicht das Drehen des Fahr­ zeugs.

Für das Regelventil der Einfederungsseite bedeutet dies,daß die Drücke am Steuerkolben 5 auf die hintere Stirnfläche 27 und die Ringfläche 29 abfallen. Der Druck auf der Ring­ fläche (Steuerscheiben-Anlagefläche 34 ./. Stirnfläche 27) wird größer. Der Einfluß dieser Ringfläche wird also im Verhältnis zu den Druckflächen 27 bis 30 größer. Bedingt durch die schon mehrfach beschriebene Saugwirkung auf die Steuerscheibe 5 kann diese relativ leicht schließen. Sobald die Steuerscheibe 5 geschlossen hat, wirkt der Speicher­ druck auf eine kleinere Fläche an der Steuerscheibe 5. Der weiter ansteigende Zylinderdruck hält die Scheibe zu. Je nach Auslegung der einzelnen Flächen zueinander reicht schon eine Druckdifferenz (Federzylinder zum Druckspeicher) von wenigen bar aus, z. B. 3 bar, um die Steuerscheibe 5 zu­ zuhalten.

Diese kleine Druckdifferenz reicht deshalb aus, da der Ein­ fluß des mittleren Druckraumes 20 und der Stirnfläche 27 am Steuerkolben 4 immer geringer wird. Das Öl kann also nur unter der Regelscheibe 7 zum Druckspeicher fließen. Durch den ansteigenden Zylinderdruck, der auf die Stirnfläche 27 des Regelkolbens 6 wirkt, und den abfallenden Zylinderdruck der anderen Seite, der auf die zweite Ringfläche 29 dieses Regelkolbens 6 wirkt, entsteht eine erhöhte Zuhaltekraft des Regelkolbens 6. Die Folge ist eine steigende Druckdif­ ferenz zwischen Federzylinder und Druckspeicher. Die Trag­ kraft des Federzylinders wird mit Neigung des Fahrzeugs wesentlich größer als sie ist, wenn der Federzylinder auf das steigende Druckniveau des Druckspeichers ansteigen würde. Die Abstützkraft dieses Federzylinders wird wesent­ lich größer als bei Einzelrad- und auch Parallelfederung. Für das Wanken hat dies zwei positive Auswirkungen, und zwar macht das Fahrzeug durch die starke Druckabsenkung des Federzylinders der Ausfederungsseite praktisch auf der Aus­ federungsseite nur einen sehr geringen Ausfederungsweg von nur wenigen Millimetern. Auf der Einfederungsseite wird durch den sehr stark ansteigenden Zylinderdruck die Ein­ federung erschwert. Da durch die auf das Fahrzeug wirkende Fliehkraft praktisch der Schwerpunkt des Fahrzeugs seitlich verlagert wird, führt dies zu einer Verstärkung der Nei­ gungsbewegung. Wird jedoch das Neigen des Fahrzeugs früh­ zeitig verhindert, so kann dieser Effekt die Drehbewegung des Fahrzeugs nicht so stark beeinflussen. Genau dies wird durch die sich gegenseitig regelnden Ventile erreicht, wo­ bei das Verhindern der Ausfederung der einen Seite den größeren Einfluß hat.

In Fig. 3 ist nun eine Schaltungsvariante zu Fig. 2 darge­ stellt. Dabei ist jeweils der Steueranschluß 23 des ersten Sitzventils 2 direkt mit einem zusätzlichen Druckspeicher 40 verbunden, in dem jeweils der statische Druck des ande­ ren, gegenüberliegenden Federzylinders 12, 13 gespeichert wird. Hierzu ist jeweils zwischen dem Druckspeicher 40 und dem Federzylinder 12 bzw. 13 ein Schaltventil 41 angeord­ net, über das durch kurzzeitiges Durchschalten und Wieder­ sperren der statische, nur von der jeweiligen Last bestimm­ te Druck des Federzylinders auf den Druckspeicher 40 ge­ schaltet und dort gekammert werden kann. Diese vorteilhafte Maßnahme dient dazu, jedes erste Sitzventil 2 insbesondere auch dann offen zu halten, wenn in den beiden Federzylin­ dern 12, 13 z. B. durch ungleiche Lastverteilung einmal unterschiedliche statische Drücke herrschen sollten. Zudem kann hierdurch auch eine weitere positive Einstellung des Federverhaltens vorgenommen werden.

Die weitere Variante nach Fig. 4 unterscheidet sich von der Fig. 2 hauptsächlich dadurch, daß in den Druckspeichern 40 über die Schaltventile 41 jeweils der statische Druck des zugehörigen Federzylinders 12, 13 gekammert und mit diesem Druck dann der Steuer-Anschluß 23 bzw. der Druckraum 20 be­ aufschlagt wird. Ferner ist noch beispielhaft eine Nivel­ lierventil-Anordnung mit Schaltventilen 42, 43 veranschau­ licht, über die zur Niveau-Einstellung wahlweise Hydraulik­ medium aus einer Druckleitung P dem Federzylinder 12/13 zu­ geführt oder aus dem Federzylinder 12/13 in Richtung einer Tankleitung T entzogen werden kann.

Wie aus der Gesamtbeschreibung zu entnehmen ist, beein­ flussen sich die beiden einem Regelkreis zugeordneten Sitz­ ventile 2, 3 gegenseitig, da ein Regeln der einen Seite sofort ein Regeln der anderen Seite bewirkt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs- und Schaltungsvarianten beschränkt, sondern umfaßt auch alle anderen im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Maßnah­ men. So können die vorhandenen Steuer-Druckräume nahezu beliebig in einer der zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten miteinander und mit den übrigen Systemkomponenten verschal­ tet werden. Die über die Sitzventile zusammenwirkenden Federzylinder 12, 13 können dabei auf verschiedenen Fahr­ zeugseiten (links/rechts) und dabei an der gleichen Achse oder aber auf der gleichen Seite an verschiedenen Achsen, z. B. an einer Doppelachse oder an Vorder- und Hinterachse, angeordnet sein. Ferner können die Steuer-Anschlüsse 22 der Steuer-Druckräume 19 - anstelle von Atmosphärendruck - auch jeweils mit einem speziellen Steuerdruck beaufschlagt wer­ den. Als Steuerdruck kann auch ein "externer", d. h. vom eigentlichen Federungssystem unabhängiger Druck herangezogen werden, beispielsweise der Bremsdruck eines Fahrzeugs, wo­ durch dann vorteilhafterweise eine Stabilisierung gegen bremsbedingte Kipp- bzw. Neigungsbewegungen erreicht werden kann.

Claims (13)

1. Regelventil zur Regelung der Federkennlinie einer hydropneumatischen Federung insbesondere von Kraft­ fahrzeugen, bestehend aus einem Gehäuse mit je einem Anschluß an einen Federzylinder und an einen Druck­ speicher sowie mit einem ersten und einem zweiten, jeweils getrennt wirkenden Sitzventil im Strömungspfad des hydraulischen Mediums zwischen den beiden An­ schlüssen von Federzylinder und Druckspeicher, wobei das erste Sitzventil aus einem als Stufenkolben aus­ gebildeten Steuerkolben mit endseitiger Steuerscheibe besteht, wobei der Stufenkolben mit mehreren vonein­ ander getrennten Steuerdruckräumen zusammenwirkt, in die Steueranschlüsse münden, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Sitzventil (3) einen als Stufenkolben ausgebil­ deten Regelkolben (6) aufweist, der mit drei vonein­ ander getrennten Steuerdruckräumen (18, 19, 20) zusam­ menwirkt, dessen Schließrichtung zu der Schließrich­ tung der Steuerscheibe (5) des ersten Sitzventils (2) entgegengesetzt ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Sitzventil (3) eine Regelscheibe (7) und einen Regelkolben (6) aufweist, die aus zwei voneinander getrennten Teilen gebildet sind.

3. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkolben (6) und die Regelscheibe (7) voneinander unabhängig Hubbewegungen durchführen können.

4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (5) und der Steuerkolben (4) des ersten Sitzventils (2) fest, insbesondere gelenkig mitein­ ander verbunden sind.

5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (4) und der Regelkolben (6) jeweils in einer derartigen stufenförmigen Bohrung (8) sitzen, daß vier Druckflächen (27 bis 30) der Kolben (4, 6) mit unterschiedlichen Drücken derart beaufschlagt werden können, daß jeweils zwei gegenüberliegende Druckpaare geschaltet werden können.

6. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelscheibe (7) eine Sacklochbohrung aufweist, in der der Regelkolben (6) kraftfrei bewegbar ist.

7. Hydropneumatisches Federungssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus mindestens zwei Feder­ zylindern und zwei Druckspeichern sowie einem zwischen diesen geschalteten Regelventil zur Regelung der Federkennlinie, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Regelventils nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 6.

8. Federungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Sitzventil (2) im Ausfederungspfad (X) des Hydraulikmediums und das zweite Sitzventil (3) im Ein­ federungspfad (Y) des Hydraulikmediums wirksam ist.

9. Hydropneumatisches Federungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer statischen Federungslage der Steuerkolben (4) im Ausfederungspfad (X) in seiner hintersten Stellung steht, in der die zugehörige Steuerscheibe (5) keinen Kontakt zu der ihr gegenüberliegenden Sitzfläche (9) des ersten Sitzventils (2) aufweist, so daß ein freier Durchfluß des Hydraulikmediums vom Federzylinder (12, 13) zum Druckspeicher (14, 15) vorhanden ist.

10. Federungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (4) des einen Regelventils an seiner von der Steuerscheibe (5) abgewandten Stirnfläche (27) mit dem dynamischen Druck des dem anderen Regelventil zu­ geordneten Federzylinders (12, 13) beaufschlagt ist so­ wie eine erste innere Ringfläche (28) des Steuerkol­ bens (4) mit Umgebungsdruck beaufschlagt ist sowie eine zweite innere Ringfläche (29), die der ersten gegenüberliegt, mit dem statischen Druck des dem an­ deren Regelventil zugeordneten Federzylinders beauf­ schlagt ist sowie eine zweite innere Stirnringfläche (30), die der zweiten inneren Ringfläche (29) in Rich­ tung auf die Steuerscheibe (5) folgt, vom dynamischen Zylinderdruck des zugehörigen Federzylinder beauf­ schlagt ist, der auch die Steuerscheibe (5) des Steuerkolbens (4) an ihrer Steuerkolben (5) zugewand­ ten Kegelfläche (23) beaufschlagt.

11. Federungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (5) an ihrer von dem Steuerkolben (4) abgewandten Anlagefläche (34) mit dem Druck des dem Regelventil zugehörigen Druckspeichers (14, 15) beauf­ schlagt wird bzw. im Strömungsfall des Hydraulik­ mediums mit einem entsprechend der Strömungsgeschwin­ digkeit erniedrigten Druck.

12. Federungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkolben (6) des zweiten Sitzventils (3) an seiner endseitigen Stirnfläche (27) von dem dynamischen Zylinderdruck des zugehörigen Federzylinders beauf­ schlagt ist und seine hierauf nach innen folgende erste innere Ringfläche (28) vom Umgebungsdruck beauf­ schlagt ist sowie seine zweite innere Ringfläche (29), die der ersten gegenüberliegt, von dem dynamischen Zylinderdruck des dem anderen Regelventil zugeordneten Federzylinders beaufschlagt ist.

13. Federungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Regelkolben (6) zugekehrte Kegelfläche (23) der Regelscheibe (7) mit dem Speicherdruck des zugeord­ neten Druckspeichers (14, 15) beaufschlagt ist sowie dieser gegenüberliegende Anlagefläche (34) der Regel­ scheibe (7) mit dem Druck des zugehörigen Federzylin­ ders beaufschlagt wird bzw. bei einer Strömung des Hydraulikmediums mit einem entsprechend der Strömungs­ geschwindigkeit erniedrigten Druck.