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Hydropneumatisches federndes Element
Strassen-, Schienenfahrzeuge, u. dgl. werden allgemein durch Stahlfedern, u. zw. entweder durch Blattfedern, Schraubenfedern oder Stabfedern bzw. durch Kombination dieser Arten abgefedert. Die durch diese Abfederung gegebene Schwingungsbewegung der Karosserie wird dann meistens durch hydraulische Dämpfer, seltener durch Reibungsdämpfer, gedämpft. Durch diese Lagerung der Karosserie werden Stösse aufgefangen und gedämpft, die von der Fahrbahn her übertragen werden und störenden Einfluss sowohl auf die mechanischen Teile des Fahrzeuges als auch auf den Organismus der Fahrzeugbesatzung ausüben können.
Nachteilig bei dieser Art der Abfederung ist die Frequenzbeeinflussung, bedingt durch die Änderung des auf der Feder gelagerten Gewichtes bzw. der Masse. Sie tritt besonders bei grösserer Belastung des Fahrzeuges auf, u. zw. durch Herabsetzung der Frequenz, was sich durch grosses Ausschwenken bemerkbar macht, wogegen bei einer Entlastung dann ein unangenehmes Schütteln mit hoher Frequenz eintritt. Ein weiterer Nachteil bei Gewichtsänderung ist ferner die statische Federbewegung, welche bei einem grösseren Gewicht steigt, wobei die Karosserie gegenüber der Fahrbahn sinkt und die wirksame Federbahn verkürzt wird, was sich sehr ungünstig auswirkt, u. zw. durch Anschlagen der Karosserie auf die Aufhängung der Räder.
Die Beseitigung dieser Nachteile von Metallfedern wurde durch Benutzung eines hydropneumatischen Systems ermöglicht, bei welchem eine Flüssigkeit einen elastischen, mit Druckluft aufgefüllten Balg zusammendrückt. Dabei steigt der Druck innerhalb des Balges und somit auch der hydraulische Druck ausserhalb desselben, welcher dann in der Verbindung zwischen der Radachse und dem Fahrzeugrahmen zur Wirkung kommt.
Die Luft als elastisches Element hat noch die besondere Eigenschaft, dass beim Zusammendrücken die Kraft nach einer Polytrope, d. h. progressiv, ansteigt, wogegen die Kraft bei einer Metallfeder linear, also langsamer, zunimmt. Das luftelastische Element kann somit die beim Aufstoss auftretende Energie
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grosse Bedeutung für die Fahrzeugkonstruktion.
Eine bekannte, in der franz. Patentschrift Nr. 1.113. 867 beschriebene öl-pneumatische Vorrichtung zur Federung von Kraftwagen und Dämpfung der dabei entstehenden Schwingungsbewegung besteht aus einem mit der Radachse verbundenen und mit Öl gefüllten Hohlzylinder. in dem sich ein mit demFahrzeugrahmen verbundener Hohlkolben bewegt, dessen Boden mit Löchern versehen ist und welcher in seinem Innenraum einen mit Druckgas gefüllten elastischen, sackförmigen Balg trägt, dessen Öffnung an dem Kolben befestigt und mit einem Deckel verschlossen ist und welcher sonst in dem mit Öl gefüllten Kolbeninnenraum frei beweglich ist.
Diese Vorrichtung kann jedoch den erstrebten Zweck nicht erfüllen und die geforderte Federung und Dämpfung von Schwingungen nach einer vorausgesetzten Charakteristik nicht sichern, weil der elastische Balg unter dem äusseren Druck seine Form beim Zusammendrücken unregelmässig ändert, u. zw. eher in axialer als in radialer Richtung, wobei sich an ihm unerwünschte Falten bilden, die seine Lebensdauer bedenklich einschränken.
Aus den angeführten Schwierigkeiten, welche der praktischen Anwendung der beschriebenen Vorrichtung im Wege stehen, ergibt sich die technische Aufgabe, eine faltenlose Formänderung des elastischen Hohlkörpers unter dem äusseren Druck zu sichern und einen regelmässigen, im voraus festgelegten Druckverlauf in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung zu erwirken.
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Das erfindungsgemäss ausgestattete hydropneumatische, federnde Element, das in nachfolgender Be- schreibung und der anliegenden Zeichnung klargelegt ist, löst diese Aufgabe. Es besteht aus einem mit Öl gefüllten Hohlzylinder, in dem sich ein Hohlkolben bewegt, wobei das Öl aus dem Zylinder in den
Kolben und umgekehrt bei der Änderung ihrer gegenseitigen Lage durch die Öffnungen im Kolbenboden überströmen kann. Im Hohlraum des Kolbens ist ein elastischer, mit Druckgas gefüllter und in ein zylin- drisches Gefäss mit perforierter Wand eingesetzter Balg aufgehängt, wobei der Kolbenraum samt dem elastischen Balg durch einen Deckel dicht verschlossen ist, der auch ein Zwischenglied in der Verbindung des Kolbens mit dem Fahrzeugrahmen bilden kann.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der elastische, mit Druckgas gefüllte und in dem Kolben aufgehängte Balg in hyperboloidähnlicher Form gestaltet und durch den vollen Boden des zylindrischen
Gefässes gleicher Länge abgeschlossen ist. Diese Anordnung ermöglicht, dass der Balg unter dem Öldruck von aussen oder dem Gasdruck von innen seine Gestalt nur in radialer Richtung ändern kann, ohne jegliche
Falten zu bilden.
Ein Beispiel praktischer Ausführung des erfindungsgemässen, hydropneumatischen, federnden Elementes ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt.
In dem Hohlzylinder 1 bewegt sich der Hohlkolben 2, dessen Boden 8 mit Öffnungen versehen ist und mit einer Gummi-oder Silonmanschettendichtung gegen die Zylinderwand abgedichtet wird. Im Kolben- boden ist das Ventil 13 des hydraulischen Stossdämpfers normaler Ausführung angeordnet. Im Hohlkolben
2 ist ein zylindrisches Gefäss 3 mit vollem Boden und durchlöcherter Zylinderwand aufgehängt, und in demselben ist der elastische, hyperboloidähnliche Balg 4 gleicher Höhe eingesetzt. Die Flanschen des
Gefässes und des elastischen Balges sind zwischen den Flanschen des Zylinders 1 und des Deckels 6 einge-
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Innenraum D des Balges ein Druckgas, z. B. Luft, aufgespeichert ist.
Im Deckel 6 ist eine mit Gewinde versehene Öffnung 7 vorgesehen, in welche bei leichteren Typen ein Ventilkegel eingesetzt ist, bei grö- sseren Typen ein Druckschlauch für den Anschluss des hydropneumatischen Elementes an eine automatische Druckregelung. Durch die Füllschraube 9 im Boden des Zylinders 1 wird das Element mit Öl gefüllt.
Der Balg 4 wird durch ein metallisches Schutzgitter 5 gegen Beschädigung durch das Ventil geschützt. Die Vorrichtung ist gegen Eindringen von Schmutz durch die Gummimanschette 10 abgedichtet. Mittels der Öse 11 auf dem Boden des Zylinders 1 ist das ganze hydropneumatische Element mit der Radachse, mittels der Öse 12 auf dem Deckel 6 mit dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden.
Beim Auflaufen des Fahrzeugrades auf eine Bodenerhöhung wird der Kolben 2 in den Zylinder 1 tiefer eingeschoben, wodurch der Raum A verringert wird. Aus diesem Raum wird das Öl durch den vollen Ventilquerschnitt 13 in den Raum B gedrückt und von hier aus durch die Öffnungen in der zylindrischen Wand des Gefässes 3 in den Raum C weitergetrieben. Unter dem Öldruck verringert sich auch der Umfang des Balges und der Gasdruck innerhalb desselben nimmt zu. In gleichem Masse steigt der Öldruck, u. zw. so lange, bis die gesamte, auf den Kolben 2 wirkende Kraft die Belastung seitens des Fahrzeugrahmens ein- schliesslich seiner Beharrungskraft überwindet.
Beim Sinken des Rades sinkt, auch der Zylinder 1 und der Kolben 2 verschiebt sich relativ nach oben.
Der Raum A wächst an und wird mit dem Öl aus den Räumen B und C nachgefüllt. Das aus dem Raum C abfliessende Öl macht Platz frei für die Ausbreitung des Balges. Der Gasdruck innerhalb desselben sowie der Öldruck nehmen ab, bis der steigende Unterschied zwischen der Belastung des Elementes und dem Öldruck auf den Kolben das Nachsinken des Fahrzeugrahmens erwirkt.
Vor der Inbetriebsetzung des Elementes wird der Balg 4 auf einen bestimmten Gasdruck aufgepumpt, wobei er den gesamten Innenraum des Gefässes 3 ausfüllt. Hierauf wird der Kolben 2 aus dem Zylinder 1 herausgeschoben, so dass die maximale Entfernung der Ösen 11 und 12 erreicht wird und die Räume A und B werden mit Öl oder einer anderen Bremsflüssigkeit aufgefüllt ; der Raum C ist dabei vollständig durch den aufgeblasenen Balg eingenommen.
Das beschriebene hydropneumatische Element kann In dieser Ausführung inFahrzeuge aller Typen von den leichtesten bis zu den schwersten eingebaut werden. Es eignet sich auch für die Verwendung im all- gemeinenMaschinenbau überall dort, wo das auf der Feder gelagerte Gewicht (Masse) bedeutend geändert wird, oder wo eine progressive Wirkung verlangt wird.