DE1064355B

DE1064355B - Pneumatische Federung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1064355B
Application number: DEB42838A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Franz Tuczek
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Boge GmbH
Priority date: 1956-12-15
Filing date: 1956-12-15
Publication date: 1959-08-27

Description

Pneumatische Federung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine pneumatische Federung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der das hochgespannte Gaspolster eines pneumatischen Federelementes, z. B. eines ringförmigen Federbalges oder Federelementes der Kolbenbauart, in zwei gemeinsam und gleichsinnig die Federkräfte erzeugende Gasvolumina aufgeteilt ist.
Bei den bekannten Ausführungen einer solchen Kolbenbauart handelt es sich z. B. um mit Öl gefüllte Zylinder, in denen der Kolben arbeitet und die durch Gaspolster belastet sind. Es ist bei derartigen hydropneumatischen Federungen, die zugleich Dämpfungskräfte erzeugen, bekannt, zwei Gaspolster vorzusehen, von denen das eine mit der Unterseite und das andere mit der Oberseite eines Kolbens zusammenarbeitet, wobei entgegengesetzt gerichtete Federkräfte erzeugt werden.
Die pneumatischen Federungen können vorteilhafterweise mit einer sehr weichen Kennlinie ausgeführt werden. Die Kraftzunahme der Federung beim Einfedern bzw. die Kraftabnahme beim Ausfedern ist dann sehr gering, und demgemäß werden auch nur geringe dynamische Kräfte auf das Fahrzeug übertragen, wodurch sich der Fahrkomfort erhöht. Mit dieser weichen Kennlinie ist bei den bekannten Federungen der Nachteil verbunden, daß bei Seitenkräften, insbesondere durch Fliehkräfte beim Durchfahren von Kurven, eine starke Neigung des Fahrzeugaufbaues entsteht,- da das Moment, das den Fliehkräften das Gleichgewicht hält, durch die Zunahme der Federkraft auf der Kurvenaußenseite und die Abnahme auf der Kurveninnenseite hervorgebracht werden muß.
Die pneumatische Federung gemäß der Erfindung besitzt zwei gemeinsam und gleichsinnig die Federkräfte erzeugende Gasvolumina. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmöglichkeit einer nachgiebigen Trennwand, z. B. Membran, zwischen den beiden Gasvolumina nach einer oder nach beiden Richtungen durch Begrenzungswände begrenzt ist und das dem Federelement näher liegende Gasvolumen die Federkräfte allein erzeugt, sobald die Verbindung der beiden Gasvolumina in an sich bekannter Weise durch das Anliegen der Membran an einer der Begrenzungswände unterbrochen wird. Auf diese Weise wird das dem Federelement näher liegende Gasvolumen allein für die Federung wirksam, sobald die Membran die Verbindung mit dem zweiten Gasvolumen schließt.
Dieser Zustand kann sowohl bei zunehmender als auch bei abnehmender Federkraft eintreten, und die Federkennlinie, die in gewünschter Weise sehr flach ist, solange das Zusatzgasvolumen an der Federung teilnimmt, wird bei zunehmender Einfederung des Federelementes progressiv, bei zunehmender Ausfederung degressiv. Mit dieser Kennlinie ist der Vorteil verbunden, daß die Neigung des Fahrzeuges in der Kurve gering gehalten werden kann. Außerdem wird bei sehr großen Unebenheiten der Fahrbahn das Durchschlagen des Federelementes verhindert. Wenn der Druck im Zusatzgasvolumen z. B. infolge einer Beschädigung verlorengeht, kann das Federelement allein auch weiterhin die Funktion der Federung übernehmen, ohne daß das Fahrzeug fahruntüchtig wird.
Als Ausführungsbeispiele einer pneumatischen Federung ist ein hydropneumatisches Federbein an sich bekannter Bauart gewählt, dessen erfindungsgemäße Ausbildung und Wirkungsweise in fünf Abbildungen dargestellt sind. Es zeigt Abb. 1 die Membran in der Mittelstellung zwischen zwei Begrenzungswänden, Abb.2 das Anliegen der Membran an der einen Begrenzungswand, Abb. 3 das Anliegen der Membran an der anderen Begrenzungswand, Abb. 4 eine besondere Ausbildung der Membran -und Abb. 5 ein schematisches Beispiel für die Kennlinie der Federung.
Im Inneren des Federbeines 1 befindet sich in bekannter Weise der Arbeitsraum des Kolbens mit dem Ölvolumen 2 und dem hochgespannten Gasvolumen 3, das aus den Räumen 3 a und 3 b besteht, zwischen denen die eine Begrenzungswand 4 angeordnet ist. Der Flüssigkeitsspiegel 2a bewegt sich infolge der Verdrängungswirkung des nicht gezeichneten Kolbens beim Einfedern des Federelementes nach oben, wodurch der Druck im Gasvolumen 3 steigt; beim Ausfedern nach unten, wodurch der Druck fällt. Das Gasvolumen 3 ist durch die Membran 5 von dem Zusatzgasvolumen 6 getrennt, das aus den Räumen 6 a und 6 b besteht, zwischen denen die andere Begrenzungswand 7 angeordnet ist. Die Räume 3 a und 3 b stehen mittels des Durchbruches 4a in der Begrenzungswand 4 und die Räume 6 a und 6 b mittels des Durchbruches 7a in der Begrenzungswand 7 miteinander in Verbindung. Die oben beschriebenen Teile 3 bis 7 bilden zusammen das Gehäuse 8, an dem sich noch ein Rohranschluß 9 befindet; durch den der Gasdruck in bekannter Weise reguliert werden kann, indem Gas zugepumpt bzw. abgelassen wird. Der Gasdruck in den Räumen 3 und 6 ist nahezu gleich, soweit nicht durch die Eigenspannung der Membran Unterschiede bestehen, wenn diese zum Erzeugen von Federkräften herangezogen wird. Solange die Membran 5 sich zwischen den Begrenzungswänden 4 und 7 frei bewegen kann, wie Abb. 1 zeigt, ist für die Kennlinie der Federung die Summe der Gasvolumina 3 und 6 maßgebend. Die in Abb. 5 dargestellte Federkennlinie entspricht dann dem Kurvenzug 21, der die Kompressionslinie des Gasvolumens darstellt. Mit zunehmendem Einfedern des Federbeines kommt nach Abb.2 die Membran 5' an der Begrenzungswand 7 zum Anliegen und verschließt dadurch den Durchbruch 7a. Bei weiterem Einfedern ist für die Federung nur noch das Gasvolumen 3' maßgebend und das Volumen 6' abgeschaltet. Von diesem Punkt 22 in Abb.5 steigt die Federkennlinie steiler an und entspricht dem Kurvenzug 23. In umgekehrter Weise kommt in Abb. 3 bei zunehmendem Ausfedern des Federbeines die Membran 5" an der Begrenzungswand 4 zum Anliegen und verschließt den Durchbruch 4a. Bei weiterem Ausfedern ist für die Federung nur noch das Volumen 3" maßgebend und das Volumen 6" abgeschaltet. Von diesem Punkt 24 in Abb. 5 fällt die Federkennlinie stärker ab und entspricht dem Kurvenzug 25.
In Abb. 4 ist eine besondere Ausbildung der Membran 10 dargestellt mit einer Ringwulst 11 und einem Kern 12, der verhindert, daß die Membran beim Anliegen an den Begrenzungswänden in die Durchbrüche 4a bzw. 7a hineinbeult. Der Kern 12 besitzt die Führungsstifte 13 und 14, die in die Durchbrüche 4a bzw. 7a hineinragen können.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel beschränkt, insbesondere kann zwischen dem Olvolumen 2 des hydropneumatischen Federelementes und dem Gasvolumen 3 eine freie Oberfläche bestehen oder können bekannte Maßnahmen zur Trennung zwischen ÖI und Gas getroffen werden. Auch ist denkbar. daß das Gasvolumen 3 sich mit dem Ölvolumen mischt und zwischen beiden keine trennende Oberfläche besteht. Die statische Gleichgewichtslage der Membran hängt von der jeweiligen Belastung ab. Wird die Belastung größer, so ist die Membran beim statischen Gleichgewicht nach oben durchgewölbt, bei geringerer Belastung nach unten. Hierdurch verschieben sich entsprechend die Grenzpunkte 22 und 24 der Abb.5. Um zu erreichen, daß die Stellung der Membran beim statischen Gleichgewicht unabhängig von der Belastung ist, kann der Raum 3 ebenfalls an die Druckregulierung angeschlossen werden, wie es für den Raum 6 mittels des Rohranschlusses 9 selbst der Fall ist. Eine dauernde Verbindung zwischen den Räumen 3 und 6 darf jedoch nicht bestehen, da dann kein Abschalten des Zusatzvolumens 6 mehr erfolgen würde. Die Rohrleitungen zur Druckregulierung müssen vielmehr getrennt von dem betreffenden Steuerorgan zu den Räumen 3 und 6 geführt werden, oder zwischen den Räumen 3 und 6 muß eine Verbindung bestehen, die nur mit großer Verzögerung einen Druckausgleich in diesen Räumen herbeiführt. Das Gasvolumen 3 kann an beliebiger Stelle an den hydraulischen Arbeitsraum des Federelementes angeschlossen werden, z. B. auch an eine hohle Kolbenstange. Der Raum 3 kann auch ganz mit Öl gefüllt sein und das entsprechende Gasvolumen an beliebiger anderer Stelle in bekannter Weise mit dem hydraulischen Arbeitsraum in Verbindung stehen.
Das Gehäuse 8 kann direkt den unteren oder oberen Abschlußkopf eines Federbeines bilden und mit entsprechenden Befestigungseinrichtungen versehen sein.

Claims

PATENTANSPRC?CHE-1. Pneumatische Federung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der das hochgespannte Gaspolster eines pneumatischen Federelementes, z. B. ringförmigen Federbalges oder Federelementes der Kolbenbauart, in zwei gemeinsam und gleichsinnig die Federkräfte erzeugende Gasvolumina aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmöglichkeit einer nachgiebigen Trennwand, z. B. Membran (5), zwischen den beiden Gasvolumina (3 und 6) nach einer oder nach beiden Richtungen durch Begrenzungswände (4 und 7) begrenzt ist und das dem Federelement näher liegende Gasvolumen (3) die Federkräfte allein erzeugt, sobald die Verbindung der beiden Gasvolumina in an sich bekannter Weise durch das Anliegen der Membran an einer der Begrenzungswände unterbrochen wird.
2. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Rohranschlüsse der Druck in dem Gasvolumen 3 eines Federelementes und oder dem Zusatzvolumen (6) in an sich bekannter Weise regelbar ist.
3. Federung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gasvolumina (3 und 6) nur während des Regelvorganges eine Verbindung besteht oder eine stark drosselnde Verbindung, durch die ein Druckausgleich zwischen den beiden Gasvolumina nur mit großer Verzögerung möglich ist.
4. Federung nach Anspruch 1 bis 3, bei der das innere Gasvolumen zu einer hydropneumatischen Federung, z. B. einem hydropneumatischen Federbein der Kolbenbauart, gehört, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren Gasvolumen (3) und dem Ölvolumen (2) eine freie Oberfläche besteht.
5. Federung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gasvolumen (3) und Ölvolumen (2) Maßnahmen bekannter Art zur Trennung von Gas und öl, z. B. in Form von beweglichen Trennwänden, getroffen sind.
6. Federung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen (3) mit dem Ölvolumen (2) in an sich bekannter Weise zu einer Emulsion vermischt ist.
7. Federung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen (3) im Federelement nicht vorhanden oder nur gering gegenüber dem Zusatzgasvolumen (6) ist. B. Federung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) den Abschlußkopf eines pneumatischen Federbeines bildet. In Betracht gezogene Druckschriften: US A.-Patentschrift Nr. 2 620182.