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Pneumatische Federung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Gegenstand
der Hauptpatentanmeldung B 42838 II / 63 c ist eine pneumatische Federung, bei der
das hochgespannte Gaspolster eines pneumatischen Federelements, z, B. ringförmigen
Federbalges oder Federelements der Kolbenbauart, in zwei gemeinsamen und gleichsinnig
die Federkräfte erzeugende Gasvolumina aufgeteilt ist, bei der 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. Bei dieser Anordnung
besteht der Nachteil, daß das unmittelbare Luftvolumen, das nach dem Anliegen der
Membran an einer der Begrenzungswände allein die Federkräfte erzeugt, zwangläufig
beim Ausfedern der Membran aus der Mittellage größer ist als beim Einfedern und
dadurch die Steigung der Federkennlinie beim Aus- und Einfedern in den durch die
Begrenzungswände bestimmten Grenzpunkten verschieden ist.
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Beträgt beispielsweise das unmittelbare Luftvolumen A (Abb. 1) in
der statischen Gleichgewichtslage 100 0/o, das Zusatz-Luftvolumen B 200% und das
Luftvolumen C bzw, D zwischen der Membran in dieser Mittellage und der ersten bzw.
zweiten Begrenzungswand je 400/o, so arbeiten in der Mittellage 100% Luftvolumen
gemeinsam mit 200% Zusatz-Luftvolumen. Wenn beim Ausfedern die Membran an der ersten
Begrenzungswand anliegt, werden 200+40 2400/o Zusatz-Luftvolumen abgeschaltet, und
das unmittelbare Luftvolumen, das auch im Verhältnis von 240 zu 200% expandiert
ist und allein weiterarbeitet, beträgt 240/200 - 100=120 0/0. Wenn beim Einfedern
die Membran an der zweiten Begrenzungswand anleigt, werden 200 - 40 = 160 0/o Zusatz-Volumen
abgeschaltet, und das unmittelbare Luftvolumen, das ebenfalls im Verhältnis von
160 zu 200 0/o komprimiert ist und allein weiterarbeitet, beträgt 160/200 # 100
=80%. Die Federkennlinie ist beim Ausfedern für 120% Luftvolumen flacher als beim
Einfedern für 80 0/o Luftvolumen. Damit ,ist bei der Fahrt durch eine Kurve, falls
die Stabilisierung nicht durch eine zusätzlche Stabilisierungseinrichtung, sondern
durch das Federelement selbst und ohne Betätigen einer Füllungsregelung des Luftpolsters
bei lastabhängigen Federungen erfolgt, der Nachteil verbunden, daß das Rad auf der
entlasteten Kurveninnenseite wesentlich mehr Federweg macht als das auf der belasteten
Kurvenaußenseite, so daß der Aufbau des Fahrzeuges eine unangenehm starke Schräglage
einnehmen kann. Diese Mängel zu beseitigen, ist die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe.
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Die Erfindung besteht darin, daß der zwischen zwei Luftvolumina angeordnete
Trennkörper in seinem Innern ein drittes Luftvolumen enthält, dessen Verbindungsquerschnitt
mit dem dem Verdrängungskörper des Federelements zugewandten Luftvolumen beim Einfedern
stets offen ist, jedoch beim Ausfedern durch das Anliegen an der Begrenzung geschlossen
wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise, sobald der Trennkörper beim Ausfedern
an der Begrenzung anliegt, das allein weiterarbeitende Luftvolumen verkleinert,
die Federkennlinie steiler und in der Kurve die Schräglage vermindert.
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Im obigen Beispiel betrage ,das zu dem unmittelbaren Luftvolumen hinzuzurechnende
Luftvolumen des Trennkörpers 400/o. Diese werden beim Ausfedern von den oben errechneten
1200% abgeschaltet, so daß 120 - 40 = 80 0/o allein weiterarbeiten. Das ist dasselbe
Volumen, das auch beim Einfedern allein weiterarbeitet, sobald der Trennkörper an
der Begrenzung anliegt. Dadurch ist die Steigung der Federkennlinie in den Grenzpunkten
für das Ausfedern und Einfedern gleich groß.
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Erfindungsgemäß besteht der Trennkörper aus einer Membran .mit einem
Hohlraum, der durch elastische oder feste Wände gebildet wird, oder er ist als .ein
in einem Zylinder gleitender Hohlkolben ausgebildet. Die Bewegungsmöglichkeit des
Trennkörpers wird durch Begrenzungswände oder durch vorspringende Absätze des Zylinders
begrenzt. Vorteilhafterweise wird zwischen .dem Hohlkolben und dem Zylinder ein
kleiner Spalt oder ein kleiner Querschnitt in den Wänden des Trennkörpers offengelassen,
durch den sich der Druck der Luftvolumina vor und hinter .dem Trennkörper
langsam
ausgleichen kann, so daß der Trennkörper z. B. durch entsprechende Federbelastungen
stets in seine gewollte Mittellage zurückgeführt werden kann. Wenn bei lastabhängigen
-Federungen die Füllungsregelung anspricht und der Druck in den Lufträumen sich
ändert, so daß der Trennkörper zunächst aus der Mittellage verschoben wird, kann
auf diese Weise die Federung bei jeder Belastung mit der vorzugsweisen weichen Kennlinie
der Mittellage arbeiten. Auch ist es möglich, daß das Fahrzeug bei langsamem Fahren
durch die Kurve immer im Bereich der Kennlinie in der Mittellage bleibt, wenn die
Füllungsregelung entsprechend schnell anspricht;- während beim schnellen Fahren
die steileren Kennlinien nach dem Erreichen der Grenzpunkte zur Wirkung kommen,
wenn die Füllungsregelung nicht anspricht, und auch in diesem Fall ein sicheres
Fahren ohne eine unangenehme Schräglage des Fahrzeuges möglich ist.
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Die Zeichnungen zeigen in Abb. 1 ein Schema der elastischen Membran
nach der Hauptpatentanmeldung B 42838 II /63c, Abb.2 ein Ausführungsbeispiel des
Trennkörpers gemäß der Erfindung als mit einem Hohlraum versehene Membran in der
Mittellage, Abb. 3 den beim Ausfedern an der Begrenzung anliegenden Trennkörper
der Abb. 2, Abb. 4 den beim Einfedern an der Begrenzung anliegenden Trennkörper
der Abb. 2 und Abb.5 ein Ausführungsbeispiel des Trennkörpers als Hohlkolben in
der Mittellage.
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Die elastische Membran 1 des bereits gemachten Vorschlages ist zwischen
den Lufträumen A und B
angeordnet. Beim Ausfedern wird die Bewegungsmöglichkeit
der Membran 1 von der ersten Begrenzungswand 4 und beim Einfedern von der zweiten
Begrenzungswand 5 begrenzt. Das unmittelbare Luftvolumen A setzt sich aus dem Luftvolumen
6, dessen Druck auf dem Ölspiegel? eines beispielsweise hydropneumatischen Federelements
lastet, und dem Volumen C zwischen Membran 1 und Begrenzungswand 4 zusammen, das
Zusatzvolumen B aus den Volumen 8 und dem Volumen D zwischen Membran 1 und Begrenzungswand
5.
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In Abb. 2 bis 4 sind die Bezeichnungen der Abb. 1 mit einem Strich
versehen. Hinzu kommen der von den Wänden 9 und 10 umschlossene Hohlraum 11, der
zusammen mit der Membran 1' den Trennkörper gemäß der Erfindung bildet. Die Verbindungsquerschnitte
12 des Hohlraumes 11 mit dem unmittelbaren Luftvolumen A werden in Abb. 3 beim Ausfedern
durch das Anliegen des Trennkörpers 9, 10, 11 an der Begrenzungswand 4' geschlossen
und bleiben in Abb.4 beim Einfedern auch nach dem Anliegen des Trennkörpers 9, 10,
11 an der Begrenzungswand 5' offen. In der Abb. 2 sind noch Anschlüsse 13 und/oder
14 für das Einfüllen oder Ablassen von Luft sowie ein kleiner Querschnitt 15 angedeutet,
durch den sich der Druck in den Luftvolumina A und B
ausgleichen kann,
wobei die Rückstellkräfte der Membran 1' den Trennkörper in die Mittellage zurückführen.
In Ergänzung des oben angeführten Zahlenbeispiels befindet sich das unmittelbare
Luftvolumen A = 1000/o auf Abt. 2 in den Räumen 11=40%; C = 40 0/o und' 6'=20%;
auf Abb. 3 A = 800/o in dem Raum 6' = 800/o; auf Abb. 4: A = 800/o in den Räumren
11= 400/o und C=40%. Das Zusatz-Luftvolumen B = 2000/o befindet: sich auf Abb. 2
in den Räumen 8' = 1600/o und D = 400/o; auf Abb. 3 : B = 2400/o in den Räumen 8'
= 1600/o und D = 800/o und auf Abb. 4: B = 1600/o in Raum 8' = 160%. Auf Abb. 5
ist zwischen dem unmittelbaren Luftvolumen 16 und dem Zusatz-Luftvolumen 17 der
in den Zylinder 18 geführte Kolben 19 angeordnet, dessen Hohlraum 20 mittels der
Verbindungsquerschnitte 21 mit dem Luftvolumen 16 in Verbindung steht.
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Die Feder 22 hat das Bestreben, den Kolben 19 in die gezeichnete Mittellage
zurückzuführen. Die Bewegungsmöglichkeit des Kolbens nach oben bzw. nach unten ist
durch die vorspringenden Absätze 23 bzw. 24 des Zylinders 18 begrenzt, an denen
die Stirnflächen 25 bzw. 26 des Kolbens 19 zum Anliegen kommen. Beim Anliegen der
Stirnfläche 26 am Absatz 24 werden zugleich die in der Stirnfläche 26 angeordneten
Verbindungsquerschnitte 21 geschlossen.
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Solange die Federung im statischen Gleichgewichtszustand ist, befindet
sich der Trennkörper, d. h. der Kolben 19, in der gezeichneten Mittellage. Wenn
die Bewegung eines mit dem unmittelbaren Luftvolumen zusammenarbeitenden Verdrängungskörpers,
beispielsweise eines pneumatischen oder hydropneumatischen Kolbens, Faltenbalges,
Rollbalges od. dgl., einsetzt, erfährt das Luftvolumen 16 eine Kompression bzw.
Expansion. Der im Luftvolumen 16 gegenüber dem Luftvolumen 17 entstehende Druckunterschied
verursacht unmittelbar eine entsprechende Bewegung des Kolbens 19. Die Spannung
der Feder 22 ist vorzugsweise klein und von geringem Einfluß, so daß die Federeigenschaften
der pneumatischen Federung dieselben sind, als ob der Kolben 19 nicht vorhanden
wäre, sondern nur ein federndes Luftpolster von der Größe aller drei Luftvolumina
16.17 und 20 zusammengenommen. Sobald beim Einfedern der Kolben 19 am Absatz
23 anliegt, federn die Luftvolumina 16 und 20 gemeinsam weiter, während das Luftvolumen
17 abgeschaltet ist. Sobald beim Ausfedern der Kolben 19 am Absatz 24 anliegt, federt
das Luftvolumen 16 allein weiter, während die Luftvolumina 17 und 20 abgeschaltet
sind. Der Druck der Luftvolumina 16 und 17 kann sich durch das Lagerspiel
27 zwischen Kolben 19 und Zylinder 18 und/oder die vorzugsweisen kleinen
Querschnitte 28 und 29 ausgleichen.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele
beschränkt, insbesondere können auch zwischen den einzelnen Luftvolumina in bekannterWeiseDrosselquerschnitte
oder -ventile vorgesehen werden, durch die eine Dämpfung der Federung und auch eine
Dämpfung des Trennkörpers selbst möglich ist. In den gezeichneten Beispielen können
die Querschnitte 15, 28 und 29 und/oder der Querschnitt des Lagerspiels 27 bzw.
auch die gleitende Reibung des Kolbens diesen Zweck erfüllen. Die Wände des Hohlraumes
können, wie schon gesagt, elastisch sein, so daB das Volumen des Hohlraumes nicht
in allen Betriebszuständen gleich sein muß.