DE1092781B - Mit einem Fluid arbeitende Federung mit Stabilisierungseinrichtung und Hoehenregulierung des Aufbaus, insbesondere von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einem Fluid arbeitende Federung mit Stabilisierungseinrichtung und Höhenregulierung des Aufbaus, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei der sich die Radkräfte zweier Räder, vorzugsweise der beiden gegenüberliegenden Räder einer Achse, gegen je einen doppeltwirkenden Stufenkolben abstützen, wobei der Ringraum des einen Stufenkolbens mit dem zylindrischen Arbeitsraum des anderen Stufenkolbens verbunden ist und umgekehrt.

Bei einer bekannten Federung dieser Art werden die Radkräfte der beiden gegenüberliegenden Räder einer Achse mechanisch auf die kleine Kreisfläche je eines Stufenkolbens übertragen, dessen große Kreisfläche durch ein federndes Luftpolster belastet ist. Durch diese Anordnung ist die Federung bei gleichsinnigen Bewegungen der Räder gegenüber dem Aufbau weich und bei Pendelbewegungen härter, womit eine Stabilisierung in der Kurve verbunden ist. Eine weiche Federung, d. h. geringe Federkraftänderungen, wird dadurch erreicht, daß bei gleichsinnigen Bewegungen der beiden Räder nur die kleine Kreisfläche der Stufenkolben als wirksame Kolbenfläche für die Volumenänderungen der Gaspolster in Erscheinung tritt, während eine harte Federung dadurch erzielt wird, daß bei ungleichsinnigen Bewegungen die große Kreisfläche des einen Stufenkolbens zusammen mit der Ringfläche des anderen Stufenkolbens die Volumenänderungen des Gaspolsters hervorruft. Bei der bekannten Federung besteht der Nachteil, daß als Fluid für die Federung nur Luft verwendet wird, deren Abdichtung bei hohen Drücken insbesondere in den erforderlichen Regulierungseinrichtungen Schwierigkeiten macht. Außerdem ist für die mechanische Übertragung der Radkräfte eine aufwendige Hebelanordnung nötig.

Die Erfindung löst die Aufgabe, die bekannte Federung mit Stabilisierungseinrichtung durch Gestaltung als an sich bekannte hydropneumatische Federung betriebssicher zu machen und die Höhenregulierung so vorzusehen, daß die Störungsanfälligkeit der Anlage auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Die Federung gemäß der Erfindung ist bei Einrichtungen der eingangs geschilderten Art dadurch gekennzeichnet, daß bei hydraulischer Kraftübertragung der Radkräfte auf die Stufenkolben die ölmenge in den Verbindungsräumen zwischen Verdrängungselement und Stufenkolben durch einen von der Fahrzeugachse betätigten Höhenregler bekannter Art so geregelt wird, daß mittels Zufuhr von öl eine durch den Höhenregler festgelegte Höhenlage des Fahrzeugaufbaus bei Erhöhung oder Erniedrigung der Fahrzeuglast beibehalten bleibt. Mit dieser Federung, bei der zweckmäßig auch die beiden Arbeitsräume der Stufenkolben mit öl gefüllt sind und das Luftpolster durch eine bewegliche Wand vom öl getrennt ist, ist Mit einem Fluid arbeitende Federung

mit Stabilisierungsemrichtung

und Höhenregulierung des Aufbaus,

insbesondere von Kraftfahrzeugen

ίο Anmelder:

Böge G. m. b. H., Eitorf/Sieg, Bogestr. 40

Dipl.-Ing. Franz Tuczek, Weyerhof bei Eitorf/Sieg,
ist als Erfinder genannt worden

der Vorteil verbunden, daß die zwischen Verdrängungselement und Stufenkolben arbeitende ölmenge, deren Volumen Änderungen durch Temperatur-Schwankungen und auch durch geringe Ölverluste infolge Undichtheit unterliegt, stets so reguliert wird, daß ein gewollter Abstand zwischen Achse und Aufbau eingehalten bleibt.

Hierbei nimmt der Stufenkolben jeweils eine statisehe Lage ein, die durch das Volumen der konstant vorausgesetzten federnden Luftmenge, deren Druck und Volumen sich statisch auf die jeweilige Belastung einstellt, bedingt ist, wobei außerdem Änderungen der statischen Lage des Stufenkolbens infolge Temperaturänderungen des Öls und der Luft sowie auch infolge von Ölverlusten bei inneren Undichtheiten möglich sind. Von der statischen Lage aus muß der Stufenkolben nach beiden Seiten eine Bewegungsfreiheit haben, die den dynamischen Federwegen der Räder infolge der Straßenunebenheiten entspricht. Um die erforderliche Bewegungsfreiheit des Stufenkolbens in Grenzen zu halten, besteht ein weiteres Kennzeichen der Erfindung darin, daß die Stufenkolben bei Verschiebungen aus einer festgelegten Lage, z. B. der Mittellage, in diese selbsttätig zurückgeführt werden, indem die Betätigung eines als Verzögerungsorgan ausgebildeten Steuerkolbens mittels gegengespannter Federn erfolgt, deren eine sich am Stufenkolben und deren andere sich am Gehäuse abstützt. Hierbei kann die Spannung der einen Feder, deren Steuerkraft in einer Bewegungsrichtung des Stufenkolbens durch einen Anschlag ausgeschaltet wird, in bereits vorgeschlagener Weise die Spannung der anderen Feder überwiegen.

009 647/284

Bei einer derartigen Rückführung der Stufenkolben kann die Übertragung der Radkräfte auf die Stufenkolben auch in an sich bekannter Weise mechanisch erfolgen, womit auch eine Höhenregulierung verbunden ist.

Der Arbeitsraum der großen Kreisfläche des Stufenkolbens steht normalerweise nicht mit dem Ringraum desselben Stufenkolbens in Verbindung. Wenn jedoch ein Druckausgleich in den Arbeitsräumen angestrebt wird, z. B. um die Belastung auf beide Fahrzeugräder gleichmäßig zu verteilen, kann eine enge Leitung mit großem Strömungswiderstand zwischen den beiden Arbeitsräumen des Stufenkolbens vorgesehen werden, wobei in der Kurve die Stabilisierungswirkung erhalten bleibt. Die Leitung kann auch zur Ausschaltung der Stabililsierungswirkung mit großem Querschnitt und geringem Widerstand ausgeführt werden. Wenn hierbei zugleich die Verbindung der beiden Stufenkolben gesperrt wird, so wird die Kopplung der Räder aufgehoben, und man erhält eine unabhängige Einzelradfederung, bei der die kleine Kreisfläche des Stufenkolbens die wirksame Kolbenfläche ist. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß die Verhärtung der Einzelradfederung vermieden wird, die zwangläufig eintritt. wenn die Stabilisierungseinrichtung wirksam ist. Durch von der Fliehkraft abhängige Mittel bekannter Art kann bei Kurvenfahrt die Verbindung der beiden Stufenkolben wiederhergestellt und die Verbindung der beiden Arbeitsräume desselben Stufenkolbens gesperrt werden, wodurch sich die Stabilisierungswirkung wieder einstellt.

Die Zeichnung zeigt vier Ausführungsbeispiele einer Federung gemäß der Erfindung, und zwar zeigt

Abb. 1 eine Federung mit hydraulischer Übertragung der Radkräfte und einer Regulierung der ölmenge zwischen dem Verdrängungselement am Rad und dem Stufenkolben,

Abb. 2 eine die Stufenkolben und die Gaspolster umschließende Federungs-Gehäuseeinheit mit selbsttätiger Rückführung der Stufenkolben in die Mittellage,

Abb. 3 eine Federung mit mechanischer Übertragung der Radkräfte,

Abb. 4 die Federungs-Gehäuseeinheit der Abb. 3 mit vom Kolbenmantel gesteuerter Rückführung der Stufenkolben in die Mittellage und einer Ausschaltmöglichkeit der Stabilisierungswirkung.

Von der das Rad tragenden und auf den Kolben 54 wirkenden Schwingachse 55 findet eine hydraulische Übertragung der Radkräfte auf die am Wagenkasten befestigte, die Stufenkolben 59, 67 und die Luftpolster 50, 50' in einem Gehäuse vereinigende Federungseinheit 53 statt, indem eine Verbindungsleitung 60 zwischen dem Arbeitszylinder 56 des Kolbens 54 und dem Arbeitsraum 57 der kleinen Kreisfläche 58 des Stufenkolbens 59 besteht. Die in bekannter Weise von der Belastung abhängige Höhenregulierung findet durch den von der Stange 66 betätigten Höhenregler 61 statt, indem bei Annäherung der Achse 55 an den Wagenkasten öl aus der Leitung 62 über den Höhenregler 61 und die Leitung 63 in den Arbeitsraum 57 gedruckt wird. In umgekehrter Weise wird bei Entfernung der Achse vom Wagenkasten öl aus dem Arbeitsraum 57 durch die Leitung 63, den Höhenregler 61 und die Leitung 64 abgelassen. Die in der Beschreibung bisher aufgezählten Teile beziehen sich auf das linke Rad der Abb. 1 und sind sinngemäß symmetrisch auch für das rechte Rad vorhanden.

Die Füllungsdifferenzen in den Räumen 56, 60 und 57 sind durch die sich in Abhängigkeit von der Belastung ändernde Stellung des Stufenkolbens bedingt. Volumendifferenzen können auch durch die Wärmeausdehnung des Öls und Füllungsdifferenzen durch Undichtheiten des Kolbens 54 oder anderer Bauteile entstehen, die durch den Höhenregler 61 ebenfalls ausgeglichen werden. Für die Dämpfung können an beliebigen Stellen Drosselventile vorgesehen werden, z. B. ist in der Zeichnung ein mit Drosselventilen bekannter Art ausgerüsteter Zwischenboden 65 in den Strömungsfluß der Räume 56, 60 und 57 eingebaut.

In Abb. 2 sind die Stufenkolben 71, 95 durch die Luftpolster 108, 109, 110 belastet, wobei die Luftpolster an ganz verschiedenen Stellen der Arbeitsräume der Stufenkolben gezeichnet sind, um die Freizügigkeit in der Anordnung der Luftpolster anzudeuten.

In Abb. 2 ist ein zum Arbeitsraum 88 der großen Kreisfläche des Stufenkolbens 71 offener zylindrischer Topf 78, in dem ein durch gegengespannte Federn 81, 91 belasteter und mit einer Steuerstange 104 das Steuerventil (Kolbenschieber 105) betätigender Kolben 76 mit engem Drosselquerschnitt 77 arbeitet, innerhalb des ölvolumens 75 angeordnet. Die Feder 81 stützt sich am Stufenkolben 71 ab, die Feder 91 an der Gehäusewand 107. Bei Bewegung des Stufenkolbens 71 nach rechts wird die Spannung der Feder 81 erhöht, die dadurch den Verzögerungskolben 76 langsam nach rechts drückt und den Kanal 92 des Steuerkolbens 105 mit dem Drucköl-Einlaßstutzen 83 in Verbindung bringt. Durch den Hohlraum 85 und die öffnung 86 gelangt Drucköl in den Arbeitsraum 88, wodurch der Stufenkolben 71 in die Mittellage zurückgeführt wird. In ähnlicher Weise wird bei Bewegung des Stufenkolbens 71 aus der Mittellage nach links durch Ablassen von öl die Rückführung bewirkt, indem die Spannung der Feder 91 den Verzögerungskolben 76 nach links drückt und die Verbindung des Kanals 92 mit dem ölablaßstutzen 93 herstellt. In Abb. 2 oben ist die Spannung der Feder 81, die sich an der Stirnfläche 106 der Hülse 80 abstützt, in der gezeichneten Mittelstellung etwa doppelt so groß wie die Spannung der Feder 91. Bei Bewegungen des Stufenkolbens 71 aus der gezeichneten Mittellage nach rechts, wobei die Hülse 80 mittels der Schulter 79 mitgenommen wird, steht sofort die Differenz der Federspannungen 81, 91 als Steuerkraft zur Verfügung. Bei Bewegung des Stufenkolbens 71 nach links bleibt die Hülse 80 an dem mit dem Verzögerungskolben 76 verbundenen Anschlag 103 hängen, und die Federkraft der Feder 91 steht in voller Höhe als Steuerkraft zur Verfügung. In der Abb. 2 unten ist der Kolben 95 mit der entsprechend nach rechts gerichteten Verschiebung aus der Mittellage gezeichnet und zu erkennen, daß der Anschlag 97 die Hülse 98 festhält, die Kraft der Feder 99 wirkungslos wird und die Feder 100 voll zur Wirkung kommt. Der Kanal 101 hat die Verbindung mit dem Auslaßstutzen 102 freigegeben.

An Hand der Abb. 3 wird die bekannte Stabilisierungswirkung der Federung beschrieben: Die durch Schwingarme 1 geführten Räder 2, 3 betätigen über Schubstangen 4, Winkelhebel 5 und Druckstangen 6, 7 die Stufenkolben 8, 9 der Federungseinheit 10. Die Gaspolster 11, 12 belasten die großen Kreisflächen 13, 14 der durch Ringdichtungen 24, 25 an ihrem Mantel abgedichteten Stufenkolben 8, 9 und erzeugen positive Federkräfte. Die ringförmigen Arbeitsräume 15, 16 der Stufenkolben stehen durch die Verbindungskanäle 18, 17 mit den Gaspolstern 12, 11 in Verbindung und erzeugen negative Federkräfte. In der gezeichneten Stellung herrscht in den Luftpolstern 11 und 12 der

gleiche Druck, wenn die Belastung der beiden Räder 2 und 3 gleich ist. Hierbei ist die wirksame Kolbenfläche die große Kreisfläche 13 vermindert um die Kreisringfläche 22 des ringförmigen Arbeitsraumes 15, also gleich der kleinen Kreisfläche 19. Bei gleichsinnigen Bewegungen der Räder 2, 3 wird der Druck in den Gaspolstern 11, 12 um den gleichen Betrag erhöht oder gesenkt, so daß auch der Druck gleichbleibt. Demzufolge bleiben auch die kleinen Kreisflächen 19, 20 die wirksamen Kolbenflächen für die Federung. Bei ungleichsinnigen Federungen, beispielsweise des Rades 2 nach oben und des Rades 3 nach unten, wird das Luftpolster 11 sowohl durch die Verdrängung der großen Kreisfläche 13 wie auch durch die der Kreisringfläche 23· verdichtet und das Luftpolster 12 durch den Hub der großen Kreisfläche 14 wie den der Kreisringfläche 22 entspannt. Hierbei steigt der Druck im Luftpolster 11 und fällt im Luftpolster 12 mehr als bei gleichsinnigen Federungen gleicher Größe. Die bei ungleichsinnigen Bewegungen wirksamen Federkräfte setzen sich aus den positiven Kräften auf die Kreisflächen 13, 14 abzüglich der negativen Kräfte auf die Ringflächen 22, 23 zusammen, wobei sich ein starker Anstieg der Federkräfte des Rades 2 sowie ein starker Abfall der Federkraft des Rades 3 ergibt. Hiermit wird bei Kurvenfahrt die gewollte Stabilisierung bewirkt.

Um den Druck in den Luftpolstern 11', 12' auf Abb. 4 den Belastungen anzugleichen und die Stufenkolben 8', 9' in die gezeichnete Mittellage zurückzuführen, wird durch die Anschlüsse 31, 32, die mit einem Hochdruckbehälter in Verbindung stehen, sowie die Anschlüsse 33, 34, die mit einem Niederdruckbehälter in Verbindung stehen, eine Regulierung der Federungseinheit vorgenommen. Bei zunehmender Belastung (Bewegung des Stufenkolbens 8' nach rechts) wird der Anschluß 31 mit dem Steuerkanal 35 in Verbindung gebracht, über den Durchlaß 36 Fluid in den Arbeitsraum 11' zusätzlich eingelassen und so der Stufenkolben in die Mittellage zurückgeführt. Bei Entlastung (Bewegung nach links) wird umgekehrt der Anschluß 33 durch die Steuerkante 37 freigegeben, Fluid aus dem Arbeitsraum 11' abgelassen und so der Stufenkolben 8' in die Mittellage zurückgeführt. Für den Arbeitsraum 12' findet dieselbe Regulierung durch den Kanal 38 und die Steuerkante 39 statt.

In den Abb. 3 und 4 können die Arbeitsräume 11, 12 mit hochgespannter Luft bzw. Gas oder aber zum Teil mit öl und zum Teil mit hochgespanntem Gas gefüllt sein. Für die Dämpfung sind an beliebiger Stelle des Strömungsflusses Drosselventile bekannter Art vorgesehen, z. B. die Drosselventile 40, 41, 42, 43.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere sind Kombinationen der Abb. 1 bis 4 möglich. Die Rückführung der Stufenkolben in die Mittellage in Abb. 2 und 4 kann mit der Höhenregulierung durch den Höhenregler 61 in Abb. 1 kombiniert werden. In dieser Weise wird eine Luftfederung geschaffen, die alle ■durch Belastungsänderungen, Temperaturänderungen und Undichtigkeitsverluste hervorgerufenen Abweichungen der Räder und der Stufenkolben aus der Mittellage wieder ausgleicht.

Besonders zu erwähnen ist, daß die Dämpfung in einfacher Weise von außen einstellbar gestaltet werden kann, wenn z. B. in der Leitung 60 verstellbare Ventile bekannter Art eingebaut werden. Außerdem ist es möglich, die Leitungen 60 oder auch die Federungseinheit selbst mit Kühlrippen 70 oder einem Kühlmantel zu versehen, um die durch die Dämpfungsarbeit erzeugte Wärme abzuführen. Derartige wärmeaustauschende Flächen können auch zur Anwärmung bei niedriger Außentemperatur oder zur Erhöhung der Betriebstemperatur benutzt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit einem Fluid arbeitende Federung mit Stabilisierungseinrichtung und Höhenregulierung des Aufbaus, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei der sich die Radkräfte zweier Räder, vorzugsweise der beiden gegenüberliegenden Räder einer Achse, gegen je einen doppeltwirkenden Stufenkolben abstützen, wobei der Ringraum des einen Stufenkolbens mit dem zylindrischen Arbeitsraum des anderen Stufenkolbens verbunden ist und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß bei hydraulischer Kraftübertragung die ölmenge in den Verbindungsräumen (56, 60, 57) zwischen Verdrängungselement (Federbein 54,56) und Stufenkolben (59) durch einen von der Fahrzeugachse (55) betätigten Höhenregler (61) bekannter Art so geregelt wird, daß mittels Zufuhr oder Abfuhr von öl eine durch den Höhenregler festgelegte Höhenlage des Fahrzeugaufbaus bei Erhöhung oder Erniedrigung der Fahrzeuglast beibehalten bleibt.

2. Luftfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenkolben (71, 95) bei Verschiebungen aus einer festgelegten Lage, z. B. der Mittellage, in diese selbsttätig zurückgeführt werden, indem die Betätigung eines als Verzögerungsorgan ausgebildeten Steuerkolbens (76, 105) mittels gegengespannter Federn erfolgt, deren eine (81) sich am Stufenkolben (71) und deren andere (91) sich am Gehäuse (Gehäusewand 107) abstützt.

3. Luftfederung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der einen Feder (81), deren Steuerkraft in einer Bewegungsrichtung des Stufenkolbens (71) durch einen Anschlag (103) ausgeschaltet wird, in bereits vorgeschlagener Weise die Spannung der anderen Feder (91) überwiegt.

4. Mit einem Fluid arbeitende Federung mit Stabilisierungseinrichtung und Höhenregulierung des Aufbaus, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei der sich die Radkräfte zweier Räder, vorzugsweise der beiden gegenüberliegenden Räder einer Achse gegen je einen doppeltwirkenden Stufenkolben abstützen, wobei der Ringraum des einen Stufenkolbens mit dem zylindrischen Arbeitsraum des anderen Stufenkolbens verbunden ist und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rückführung der Stufenkolben (71, 95) in der in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichneten Weise die Übertragung der Radkräfte auf die Stufenkolben in an sich bekannter Weise mechanisch erfolgt.

5. Mit einem Fluid arbeitende Federung mit Stabilisierungseinrichtung und Höhenregulierung des Aufbaus, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei der sich die Radkräfte zweier Räder, vorzugsweise der beiden gegenüberliegenden Räder einer Achse gegen je einen doppeltwirkenden Stufenkolben abstützen, wobei der Ringraum des einen Stufenkolbens mit dem zylindrischen Arbeitsraum des anderen Stufenkolbens verbunden ist und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringraum (15' bzw. 16') und dem zylindrischen Arbeitsraum (H' bzw. 12') eines Stufenkolbens (8' bzw. 9') eine Verbindung (45) besteht,

die ständig oder zeitweise, solange ein in bekannter Weise zu betätigendes Ventil (46) geöffnet ist, einen Druckausgleich der Arbeitsräume (15', 11') ermöglicht, wobei zugleich die Verbindung (17') des zylindrischen Arbeitsraumes (H') des einen Stufenkolbens (8') zu dem Ringraum (16') des an-

deren Stufenkolbens (9') durch bekannte Mittel (Drosselklappe 47) unterbrochen sein kann.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 447 445; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 049 718.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen