AT229164B - - Google Patents

Description

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  Hydropneumatisches Federungselement 
Die Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Federungselement zum Abfedern von Kraftfahrzeugen. 



   Hydropneumatische Federungselemente werden zwischen den Rädern und dem Rahmen eines Kraftfahr- zeuges eingesetzt. Sie können neben ihrer Abfederungswirkung auch gleichzeitig eine Stossdämpferwirkung haben, können aber auch mit einem gesonderten Stossdämpfer zusammenarbeiten. 



   Bekannte hydropneumatische Federungselemente umfassen einen Arbeitskolben, einen den Arbeit- kolben aufnehmenden, mit Druckmitteln gefüllten Arbeitszylinder und einen von dem Druckmittel be- aufschlagten elastischen Kompressionsraum. Das Druckmittel hat also hier in erster Linie die Aufgabe, die von dem Kolben ausgeübten Kräfte auf den elastischen Kompressionsraum zu übertragen. 



   Die Federung eines Kraftfahrzeuges soll bekanntlich sehr weich sein. Eine weiche Federung erhält man beispielsweise dann, wenn man den elastischen Kompressionsraum als Gasvolumen ausgestaltet, wel- ches von dem Druckmittel beaufschlagt wird. Wenn ein Kraftfahrzeug mehr oder weniger stark belastet ist, so wird ein solches Gasvolumen mehr oder weniger stark zusammengepresst. Die Volumenschwankungen sind infolge der hohen Kompressibilität des Gases gross. Ausserdem will man erreichen, dass der Abstand des Kraftfahrzeugrahmens gegenüber den Rädern, unabhängig von der jeweiligen Belastung, stets annähernd gleich gross ist.

   Dies lässt sich dadurch erreichen, dass man bei grosser Belastung, also stark komprimiertem Gasvolumen, die durch die Kompression des Gases bedingte   Verkürzungn ines   Federungs- elementes durch Vergrösserung des Druckmittelvolumens in dem   Arbeitszylinder   kompensiert. 



   Es ist bereits bekannt, mit einem Federungselement eine Pumpe zu vereinigen, welche sich bei einer gewissen Relativlage zwischen Arbeitszylinder und Arbeitskolben selbsttätig einschaltet, durch die Schwingungen des Arbeitskolbens relativ zum Arbeitszylinder betätigt wird und Druckmittel aus einem Druckmittelvorratsraum in den Arbeitszylinder einpumpt. Es ist auch bereits bekannt, das Federungselement und die Pumpe unabhängig von jeder äusseren Druckmittelversorgung auszugestalten und schliesslich ist es auch bereits bekannt, die Pumpe innerhalb eines Gehäuses des Federungselementes unterzubringen. 



   Wenn die Belastung des Federungselementes unter den Normalwert sinkt, so dehnt sich ein zur Abfederung verwendetes Gasvolumen sehr stark aus und die Länge des Federungselementes übersteigt einen Sollwert, der dem Normalabstand zwischen den Rädern und dem Fahrzeugrahmen entspricht. Um auch diese Abweichungen vom Sollwert selbsttätig kompensieren zu können, hat man auch schon Rückströmverbindungen vorgesehen, durch welche das Druckmittel des Arbeitszylinders nach dem Vorratsraum zurückströmen kann. Auch'diese bekannten Rückströmverbindungen werden selbsttätig in Abhängigkeit von der relativen Lage vom Arbeitskolben und Arbeitszylinder aus-und eingeschaltet, derart, dass vergrössertes Gasvolumen durch verkleinertes Druckmittelvolumen im Arbeitszylinder kompensiert wird. 



   Die bekannten Federungselemente der hier behandelten Art sind in der Herstellung kompliziert und teuer und in ihrem Betriebsverhalten unbefriedigend. 



   Die Erfindung geht aus von einem   hydropneumatischen Federungselement, insbesondere   für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Arbeitskolben, einen'Arbeitszylinder mit Druckflüssigkeitsfüllung, einen von der 

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Druckflüssigkeitsfüllung beaufschlagten elastischen   Kompressionsraum.

   einen Druckflüssigkeitsvorratsraum,   sämtliche Räume teils konzentrisch, teils in Achsrichtung des Arbeitskolbens hintereinander angeordnet, ferner umfassend eine zwischen Druckflüssigkeitsvorratsraum und Arbeitszylinder, in Abhängigkeit vonder
Relativlage des Arbeitskolbens zum Arbeitszylinder, selbsttätig einschaltbare, durch die Relativschwin- gungen von Arbeitskolben und Arbeitszylinder betätigte Pumpe sowie einer, ebenfalls in Abhängigkeit von der Relativlage des Arbeitskolbens zum Arbeitszylinder einschaltbaren Rückströmverbindung vom Ar- beitszylinder zum Druckflüssigkeitsvorratsraum und besteht darin, dass an dem Arbeitskolben ausserhalb seines in den Arbeitszylinder eintauchenden Bereiches oder an einer mit dem Arbeitskolben vereinigten
Kolbenstange ein als Pumpkolben wirkender Ringabsatz angebracht ist,

   welcher mit einem über Rück- schlagventile an den Arbeitszylinder angeschlossenen, zu letzterem koaxial angeordneten Pumpzylinder zusammenwirkt, wenn der Arbeitskolben in den Arbeitszylinder weitgehend eingefahren ist, wobei die
Pumpe beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 1/3 des Gesamthubes des Arbeitskolbens wirksam ist. 



   Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rückströmverbindung zwischen Pump- zylinder und Arbeitszylinder von einem Kanal gebildet, welcher durch den Arbeitskolben verläuft und bei vollständig oder annähernd vollständig ausgefahrenem Arbeitskolben eine zwischen Pumpzylinder und Arbeitszylinder gelegene Dichtung überbrückt. 



   Im allgemeinen wird ein erfindungsgemässes Federungselement auch stossdämpfend wirken ; in diesem Fall kann in dem Strömungsweg der durch den   Arbeitskolben verdrängten   Druckflüssigkeit ein vorzugsweise in zwei Richtungen dämpfendes an sich bekanntes Drosselglied liegen. 



   Die beiliegenden Fig.   1 - 4   erläutern die Erfindung. Jede von ihnen zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Federungselementes. 



   Der Aufbau einer Federung entsprechend der Fig. 1 ist im einzelnen folgender :
Das Federungselement gemäss Fig. 1 besteht im wesentlichen aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen, einem Zylindergehäuse 1 und einer Kolbenstange 2 mit einem Arbeitskolben 2a. Diese Teile werden mittels Befestigungsaugen 24 zwischen Rad und Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges   montiert. Das Zy-   lindergehäuse 1 enthält in seinem oberen Teil einen äusseren Ringraum 11, in dem sich eine unter Druck stehende Gasfüllung befindet. Dieser äussere Ringraum 11 ist von einem inneren Ringraum 12 durch eine Rohrmembrane 10 getrennt. Der innere Ringraum 12 ist mit einer inkompressiblen Druckflüssigkeit gefüllt und dient als Vorratsraum für die Flüssigkeit.

   Der Vorratsraum 12 ist von der Kolbenstange 2 durchsetzt ; die Kolbenstange 2 ist durch ein Abdeckrohr 4 gegen den Vorratsraum 12 abgetrennt. In seinem oberen Teil weist das Abdeckrohr 4 Bohrungen 13 auf. An seinem unteren Teil ist das Abdeckrohr 4 als Pumpzylinder 5 ausgebildet und begrenzt zusammen mit einem als Ringansatz der Kolbenstange 2 ausgebildeten Pumpkolben 3 einen Pumpraum 6, sobald die Kolbenstange 2 ausreichend tief eintaucht. Im unterenTeil des Pumpraumes ist ein   Ansaugrückschlagventil   15 angeordnet, das im Ruhezustand Bohrungen 16 abschliesst, die eine Verbindung zwischen dem Vorratsraum 12 und dem Pumpraum 6 herstellen. Durch Bohrungen 17 und 18 in der Kolbenstange 2 sowie durch ein Ausstossrückschlagventil 19 am Ende dieser Kolbenstange ist der Pumpraum 6 mit einem Arbeitszylinder 9 im unteren Teil des Abdeckrohres 4 verbindbar.

   Eine Dichtung 20 dichtet am Kolbeneintritt in den Arbeitszylinder 9 diesen gegen den Pumpzylinder 5 ab. Im unteren Teil des Zylindergehäuses 1 befindet sich ein äusserer Ringraum 7, der mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist und der Abfederung dient. Dieser äussere Ringraum 7 ist von einem inneren Ringraum 26 durch eine Rohrmembran 8 getrennt. Der Ringraum 26 ist mit Druckflüssigkeit gefüllt und steht über Bohrungen 27 und Durchlassöffnungen 23 und 28   einer stossdämpfenden Absperrplatte   22 mit dem Arbeitszylinder 9 in Verbindung.

   In diesen Arbeitszylinder 9 taucht der Arbeitskolben 2a, der nächst seinem unteren Ende noch mit mindestens einer Nut 21 versehen ist ; diese Nut verbindet bei ausgefahrenem   KolbendenArbeitszylinder9überden PumpzylinderS   sowie   über den Raum   14 und die Bohrung 13 mit dem Vorratsraum 12. Der Kolbenstangendurchtritt ist nach aussen durch eine Dichtung 25 gegen den Vorratsraum abgedichtet. 



   Bei der Wirkungsweise der Federung kann man im wesentlichen drei verschiedene Arbeitsphasen unterscheiden, die durch das verschieden tiefe Eintauchen des Arbeitskolbens 2a in den Arbeitszylinder 9 herbeigeführt werden. 



   1. Bewegt sich der Arbeitskolben 2a in einem mittleren Bereich, so erfolgt eine reine Federung. Dabei taucht der Pumpenkolben 3 noch nicht in den Pumpzylinder 5 ein, sondern bewegt sich oberhalb dieses Pumpzylinders innerhalb des Raumes 14. Die Nut 21 befindet sich vollständig unterhalb der Dichtung 20 und damit ganz im Inneren des Arbeitszylinders 9. Bewegt sich der Arbeitskolben 2a innerhalb dieses Bereiches im Arbeitszylinder'9 hin und her, so verdrängt erin diesem eine seinem eintauchenden Volu- 

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 men entsprechende Flüssigkeitsmenge. Diese Flüssigkeitsmenge wird durch die Durchlassöffnung 28 der Ab- sperrplatte 22 und die Bohrungen   27in   den Ringraum 26 gedrückt und ruft über die Membrane eine Zusam- mendrückung der Gasfüllung im äusseren Ringraum 7 hervor.

   Dadurch wird die Bewegung der Arbeitskol- bens 2 gegenüber dem Arbeitszylinder 9 abgefedert. Fährt der Arbeitskolben 2a aus, so gelangt die vorher aus dem Arbeitszylinder 9 verdrängte Flüssigkeit aus dem Ringraum 26 über die Durchlassöffnungen 27 und das Ventil 23 wieder in den Arbeitszylinder 9. 



   2. Bewegt sich der Arbeitskolben   2a   innerhalb eines Bereiches, in dem der Pumpenkolben 3 in den
Pumpzylinder 5 eintaucht, so ergibt sich eine andere Arbeitsphase. Gegenüber der ersten Arbeitsphase taucht der Arbeitskolben 2a tiefer in den Arbeitszylinder 9 ein und die automatische Höhenregulierung spricht an, um die in der Arbeitsphase 1 bestehende Eintauchtiefe wieder herzustellen. Dies geschieht dadurch, dass durch den Pumpkolben 3 bei einer Auswärtsbewegung Flüssigkeit vom Vorratsraum 12 über die Bohrungen 16 und das Ansaugventil 15 in den Pumpraum 6 angesaugt wird. Bewegt sich die Kolben- stange 2 wieder nach innen, so wird das Ansaugventil 15 geschlossen und Flüssigkeit vom Pumpraum 6 über die Bohrungen 17 und 18 und das Rückschlagventil 19 in den Arbeitszylinder gefördert.

   Durch die
Förderung der Flüssigkeit in den Arbeitszylinder 9 wird die Kolbenstange 2 so weit angehoben, wie es der geförderten Flüssigkeitsmenge entspricht. Der Federungsvorgang findet natürlich bei jedem Pumpvorgang statt. Es wird sich jedoch in diesem Bereich eine steilere Federkennlinie ergeben, da die Pumpkraft sich zur normalen Federkraft addiert. Dieser Pumpvorgang spielt sich solange bei den auftretenden Federungs- bewegungen ab, bis der Pumpkolben 3 aus dem Pumpzylinder 5 austritt. 



   3. Wird die Federung entlastet, die Kolbenstange 2 ausgefahren und die Dichtung 20 durch die Nut
21 überbrückt, so beginnt die automatische Höhenregulierung in entgegengesetzter Richtung zu arbeiten, und es strömt Flüssigkeit vom Arbeitszylinder 9 über die Nut 21, den Pumpraum 6, den Raum 14 und die Bohrungen 13 in den Vorratsraum 12. Dies geschieht solange, bis durch den Flüssigkeitsverlust im Arbeits- zylinder 9 der Arbeitskolben 2a so weit absinkt, dass sich die Nut 21 vollständig innerhalb des Arbeitszylinders 9 befindet und die Dichtung 20 nicht mehr überbrückt. 



   Der Aufbau einer Federung nach der Fig. 2 ist im wesentlichen der gleiche, wie der der Federung nach der Fig. 1 ; lediglich ist statt zweier getrennter Rohrmembranen 8 und 10 eine gemeinsame Rohrmembran 29 zur Trennung zwischen Gasraum 7 und Ringraum 26 bzw. Gasraum 11 und Vorratsraum 12 verwendet. Die Wirkungsweise dieser Federung entspricht vollständig der nach   Fig. 1.   



   Die Federung nach der Fig. 3 entspricht ebenfalls im wesentlichen der Federung nach der   Fig. 1.   Bei dieser Ausführung ist im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäss Fig. l lediglich auf die Rohrmembran 10 zwischen Gasraum 11 und Vorratsraum 12 verzichtet und Gas und Flüssigkeit grenzen mit freier Oberfläche aneinander. Eine Bohrung 30 stellt hier die Verbindung zwischen dem Raum 14 und dem Vorratsraum 12 her und übernimmt damit die Funktion der Bohrung 13 nach Fig. 1. Die Wirkungsweise entspricht ebenfalls völlig der der Federung nach der Fig. 1. 



   Die Ausführungsform der Federung nach der Fig. 4 entspricht in ihrem Aufbau im wesentlichen der nach der Fig. 3. Die einzigen Unterschiede sind, dass die Flüssigkeit im Vorratsraum 12 nicht unter einem erhöhten, sondern unter atmosphärischem Druck steht ; eine Bohrung 32 im Gehäuse 1 gestattet den Zutritt der Aussenluft zum Vorratsraum 12. Ausserdem sind bei dieser Ausführung die Dichtung 20 und das Rückschlagventil 19, wie sie in der Ausführung nach der Fig. 3 vorhanden sind, zu einem Bauteil als Ventil- und Dichtungsplatte 31 zusammengefasst worden. In der Wirkungsweise ergibt sich gegenüber der Fig. 3 insofern ein Unterschied, als die aus dem Pumpkolben 3 und Pumpzylinder 5 bestehende Pumpe nicht durch das Innere der Kolbenstange 2Flüssigkeit in den Arbeitszylinder 9 fördert, sondern durch eine Bohrung 33 und das Ventil 31 nach dem Ringraum 26.

   Im übrigen ist die Wirkungsweise die gleiche wie bei einer Federung nach der Fig. 1. 



   Der Arbeitsraum kann auch ohne Trennwand an das die Federkräfte erzeugende Gaspolster grenzen. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Hydropneumatisches Federungselement, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Arbeitskolben, einen Arbeitszylinder mit Druckflüssigkeitsfüllung, einen von der Druckflüssigkeitsfüllung beaufschlagten elastischen KompressionsrauII1, einen Druckflüssigkeitsvorratsraum, sämtliche Räume teils konzentrisch, teils in Achsrichtung des Arbeitskolbens hintereinander angeordnet, ferner umfassend eine zwischen Druckflüssigkeitsvorratsraum und Arbeitszylinder, in Abhängigkeit von der Relativlage des Arbeitskolbens zum Arbeitszylinder, selbsttätig einschaltbare,

   durch die Relativschwingungen von Arbeitskolben und Arbeitszylinder betätigte Pumpe sowie einer ebenfalls in Abhängigkeit von dérRelativlage des Arbeitskolbens zum Arbeitszylinder einschaltbaren Rückströmverbindung vom Arbeitszylinder zum <Desc/Clms Page number 4> Druckflüssigkeitsvorratsraum, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Arbeitskolben (2a) ausserhalb seines in den Arbeitszylinder (9) eintauchenden Bereiches oder an einer mit dem Arbeitskolben (2a) vereinigten Kolbenstange (2) ein als Pumpkolben (3) wirkender Ringabsatz angebracht ist, welcher mit einem über Rückschlagventile (19,31) an den Arbeitszylinder (9) angeschlossenen, zu letzterem koaxial angeordneten Pumpzylinder (5) zusammenwirkt, wenn der Arbeitskolben (2a) in den Arbeitszylinder (9) weitgehend eingefahren ist, wobei die Pumpe (3, 5)

   beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 1/3 des Gesamthubes des Arbeitskolbens (2a) wirksam ist.

   2. Hydropneumatisches Federungselement nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückströmverbindung (21) von einem in dem Arbeitskolben (2a) verlaufenden Rückströmkanal gebildet ist, welcher bei weitgehend aus dem Arbeitszylinder (9) ausgefahrenen Arbeitskolben (2a) eineAbdichtung (20,31) zwischen Arbeitszylinder (9) und Pumpzylinder (5) überbrückt.

   3. Hydropneumatisches Federungselement nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das den Arbeitszylinder (9) bildende Rohr (4) innerhalb des Federelementgehäuses (1) und ausserhalb des Arbeitszylinders auf einem Teil s'einer Länge als Pumpzylinder (5) ausgebildet ist.

   4. Hydropneumatisches Federungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (4) im Bereiche des Arbeitszylinders (9) von einem konzentrischen Ringraum umgeben ist, welcher in an sich bekannter Weise durch eine Rohrmembran (8) in einen mit dem Arbeitszylinder (9) kommunizierenden inneren Druckflüssigkeitsraum (26) und einen äusseren Gasraum (7) unterteilt ist.

   5. Hydropneumatisches Federungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (4) im Bereich des Pumpzylinders (5) von einem konzentrischen Ringraum (11,12) umgeben ist, welcher mindestens einen Teil des Druckflüssigkeitsvorrates enthält und im übrigen mit Gas gefüllt ist.

   6. Hydropneumatisches Federungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckflüssigkeitsvorrat und die Gasfüllung in dem den Pumpzylinder (5) umgebenden Ringraum (11, 12) durch eine elastische Membran (10), vorzugsweise eine zum Rohr (4) konzentrische Rohrmembran (10) voneinander getrennt sind.

   7. Hydropneumatisches Federungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem den Pumpzylinder (5) umgebenden Ringraum (11) die Gasfüllung in an sich bekannter Weise ohne Trennung auf dem Druckflüssigkeitsvorrat lastet.

   8. Hydropneumatisches Federungselement nach den Ansprüchen 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden Ringräume (7, 26 ; 11, 12) unterteilenden Rohrmembranen (8, 10) von einem durchgehenden elastischen Rohr (29) gebildet sind.

   9. Hydropneumatisches Federupgselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem Pumpzylinder (5) und dem Arbeitszylinder (9) liegende Überdruckventil (19) in einem durch den Arbeitskolben (2a) und/oder die Kolbenstange (2) verlaufenden Kanal (17, 18) zweckmässig an dessen Ausgang zum Arbeitszylinder (9) liegt.

   10. Hydropneumatisches Federungselement nach einem der Ansprüche l bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Pumpzylinder (5) nach dem Arbeitszylinder (9) führende Rückschlagventil (33, 31) von einer Federplatte (31) gebildet ist, deren in einer Richtung frei beweglicher und durch den im Arbeitszylinder (9) herrschenden Druck beaufschlagter Rand auf dem Ausgang mindestens eines vom Pumpzylinder (5) herkommenden Kanals (33) aufliegt und dessen innerer Rand an dem Arbeitskolben (2a) anliegt und die Abdichtung zwischen Arbeitszylinder (9) und Pumpzylinder (5) besorgt.

   - 11. Hydropneumatisches Federungselement nach einem der Ansprüche l bis 10, dadurch gekennzeichnet. dass das den Druckflüssigkeitsvorratsraum (12) mit dem Pumpzylinder (5) verbindende Rückschlagventil (15. 16) von einem in einer ringförmigen Erweiterung des Pumpzylinders (5) gelegenen, vorzugsweise konischen, elastischen Ring (15) gebildet ist, welcher auf dem Ausgang mindestens eines vom Druckflüssigkeitsvorratsraum (12) herführenden Kanals (16) abhebbar aufliegt und durch den im Pumpzylinder (5) herrschenden Druck beaufschlagt ist.

   12. Hydropneumatisches Federungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungsweg der durch den Arbeitskolben (2a) verdrängten Druckflüssigkeit ein vorzugsweise in zwei Richtungen dämpfendes an sich bekanntes Drosselglied (22) liegt.