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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Gehäuse 8 kann direkt den unteren oder oberen Abschlußkopf eines
Federbeines bilden und mit entsprechenden Befestigungseinrichtungen versehen sein.