DE1117412B - Hydropneumatische Abfederung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit hydraulischer Kraftübertragung, Niveauregelung und Stoßdämpferwirkung, bei der sämtliche zusammenwirkenden Teile eine von außenliegenden Druckerzeugern unabhängige Einheit bilden.

Die Niveauregelung, welche die Aufgabe hat, den Abstand der Karosserie vom Boden unabhängig von der Belastung konstant zu halten, wurde in bekanntgewordenen Vorrichtungen auf zwei verschiedenen Wegen erreicht:

Im einen Fall wurde Fremdenergie benutzt, um dem Federelement Federmedium oder Kraftübertragungsmittel zuzuführen. Solche Anlagen umfassen einen oder mehrere Kompressoren, Vorratsbehälter, Regelventile und ein umfangreiches Leitungssystem. Damit sind diese Vorrichtungen aufwendig und entsprechend teuer.

Im anderen Fall wurde des öfteren eine in sich geschlossene Federungs- und Regeleinheit vorgeschlagen. Statt der Fremdenergie wird die Energie der Radbewegung zur Niveauregelung verwendet. Kennzeichnend für diese Anordnung ist, daß das Fahrzeug nach dem Absinken durch Belastung langsam hochgepumpt wird. Dies geschieht dadurch, daß aus einem Vorratsraum Flüssigkeit in den Arbeitsraum oder Federraum gepumpt wird. Damit erhöht sich der Druck im Federraum, und das Fahrzeug erreicht wieder seinen ursprünglichen Bodenabstand. Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt in der verhältnismäßig langen Zeitspanne des Hochregeins. Bei Zuladung dauert es einige Zeit, bis sich das Fahrzeug auf seinen normalen Arbeitsbereich einregelt. Erst dann kommen die Vorteile der hydropneumatischen Federung zur Geltung. Vor allem bei Kurvenfahrt ist diese Anordnung nicht geeignet, das Fahrzeug sofort aus seiner Neigung aufzurichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feder-, Dämpfungs- und Regeleinheit zu schaffen, deren Regelung unverzüglich und wirksam einsetzt. Mit dieser Ausführung, die unabhängig von Fremdenergie sowie Zu- und Ableitung ist, ist es möglich, im Gegensatz zu bekannten Vorschlägen dieser Art, die Fahrzeughöhe bei Belastungsänderung auch im Stand gleichzuhalten, Kurvenneigungen sofort auszugleichen und das Absinken bei scharfem Bremsen zu verhindern. Diese Aufgabe wird bei Abfederungen der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vom an sich bekannten Vorratsraum durch eine hierbei an sich bekannte Pumpe Flüssigkeit in einen Speicherraum gepumpt wird, wobei der Druck im Speicherraum größer ist als der

Hydropneumatische Abfederung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Fichtel & Sachs Aktiengesellschaft,
Schweinfurt

Dipl.-Ing. Felix Wößner, Schweinfurt,
ist als Erfinder genannt worden

maximale Druck im Arbeitsraum bzw. Federraum.

Beim Absinken des Fahrzeuges infolge Belastung oder bei einer bestimmten Neigung des Fahrzeuges wird eine Verbindung zwischen dem Arbeits- und dem Speicherraum hergestellt, wodurch das Fahrzeug in seine normale Lage gehoben bzw. die Neigung ausgeglichen wird.

Einzelheiten und weitere Ausgestaltung der Erfindung gehen, aus der Beschreibung und den Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele hervor, die Abfederungsvorrichtungen nach der Erfindung in axialen Längs- und Teilschnitten wiedergeben.

Gemäß Fig. 1 besteht die hydropneumatische Abfederung aus einem Arbeitszylinder 1, in welchem der Differentialkolben 2 verschiebbar ist. Der Vorratsraum 16 wird gegenüber dem Dampf ungsraum 15 mittels einer Hochdruckdichtung 3 abgedichtet, die durch eine Abschlußschraube 4 gehalten wird. Nach außen ist der Differentialkolben 2 durch einen Gummiring 5 abgedichtet. Der Federbalg 10, der den gasgefüllten Raum 6 von dem flüssigkeitsgefüllten Federraum 6' abteilt, wird einerseits vom Arbeitszylinder 1 und andererseits vom Pumpenkörper 7 gehalten. Die Einspannung des Federbalges 10 zwischen Behälter 12 und Arbeitszylinder 1 bzw. Pumpenkörper 7 sorgt für die Abdichtung des Federraumes 6'. Der Trennbalg 8, der den gasgefüllten Raum 9 von dem flüssigkeitsgefüllten Speicherraum 9' abteilt, ist ebenfalls zwischen Behälter 12 und Pumpenkörper 7 eingespannt. Damit ist auch der Speicherraum 9' abgedichtet. Der im Differentialkolben 2 gegen eine Feder 13 verschiebbare Pumpenkolben 14 wird an seinem anderen Ende verschiebbar im Pumpenkörper 7 geführt.

103 739/231

3 4

Im betriebsfertigen Zustand sind der Arbeitsraum angesaugt. Bei der Einwärtsbewegung des Pumpkol-18, der Dämpfungsraum 15, Federraum 6', der Spei- bens 14 wird die angesaugte Flüssigkeitsmenge über cherraum 9' vollständig und der Vorratsraum 16 teil- ein Rückschlagventil 25 in den Speicherraum 9' geweise mit geeigneter Flüssigkeit, z. B. Öl, angefüllt. schoben. Die Pumpwirkung findet ihr Ende, wenn der Der Raum 6 und der Raum 9 sind mit Druckgas ge- 5 Druck im Speicherraum 9' so weit gestiegen ist, daß füllt. Das Füllen des Raumes 6 und des Raumes 9 die Kraft der Feder 13 nicht mehr ausreicht, das mit Druckgas geschieht über die Rückschlagventile Rückschlagventil 25 zu öffnen. In diesem Fall hört 17 und 11. die Bewegung des Pumpkolbens 14 auf. Es wird nur

Die Wirkungsweise ist wie folgt: Es sei angenom- noch die Feder 13 gespannt und entspannt. Die men, daß die Abfederungseinrichtung zwischen Rad- io Pumpwirkung setzt sofort wieder ein, sobald aus dem achse und Fahrgestell angebracht ist. Wird durch Speicherraum 9' Flüssigkeit entnommen wird und der Überfahren eines Hindernisses auf den Differential- Druck unter einen bestimmten Wert sinkt,
kolben 2 ein Stoß übertragen, so wird der Differen- Im weiteren sind in Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 bei tialkolben2 in den Arbeitszylinder 1 hineingeschoben. grundsätzlich gleicher Federungs-, Regel- und Dämp-Dabei strömt Flüssigkeit vom Arbeitsraum 18 über 15 fungsart einige verschiedene Pumpanordnungen geeine oder mehrere Bohrungen 19 in den Federraum 6' zeigt, die eine bestimmte Druck- bzw. Mengenrege- und erzeugt in dem durch den Federbalg 10 abge- lung im Speicherraum 9' vorsehen. Bei den obenschlossenen druckgasgefüllten Raum 6 einen Druck- genannten Figuren fällt die Feder 13 der Fig. 1 weg. anstieg. Wird der Differentialkolben 2 entlastet, so Der Pumpenkolben 14 wird fest mit dem Differentialdrückt die hochgespannte elastische Gasfüllung des ao kolben 2 verbunden.

Raumes 6 Flüssigkeit in den Arbeitsraum 18 zurück, In Fig. 2 ist die Wirkungsweise wie folgt: Beim

wobei der Differentialkolben 2 nach außen verscho- Auswärtshub des Pumpenkolbens 14 wird über das

ben wird. Saugventil 27 und das Rohr 28 Flüssigkeit aus dem

Ein Teil der bei der Einwärtsbewegung des Diffe- Vorratsraum 16 angesaugt. Bei der Einwärtsbewegung rentialkolbens 2 verdrängten Flüssigkeit strömt über 25 wird die angesaugte Flüssigkeitsmenge über das mehrere Bohrungen 20 und 21 in den Raum 15 und Rückschlagventil 25 in den Speicherraum 9' geschodient der Dämpfung. Beim Auswärtshub des Differen- ben. Ab einem bestimmten Druck im Speicherraum 9' tialkolbens2 werden einige der Bohrungen 21 ge- wird nicht mehr das Rückschlagventil 25 geöffnet, schlossen; das hat zur Folge, daß die Flüssigkeit über sondern das Saugventil 27 gegen die Feder 29 geeinen verringerten Querschnitt in den Arbeitsraum 18 30 schoben, wobei die Bohrung 31 und die Nut 30 einen zurückströmen muß, was die Auswärtsbewegung des Rüekflußweg zum Vorratsbehälter 16 freigeben. Der Differentialkolbens 2 in gewünschter Weise dämpft. maximale Druck im Speicherraum 9' läßt sich also Wird infolge Zuladung oder einer anderen Belastung durch die Feder 29 einstellen,
der Differentialkolben 2 so weit in den Arbeitszylin- In Fig. 3 und 4 kommt zu den bekannten Teilen der geschoben, daß der Differentialkolben 2 über die 35 noch ein Überdruckventil 32 hinzu. Es ist auf einen Feder 22 und den Stift 23 auf das Regelventil 24 bestimmten Druck eingestellt und läßt bei Überschreidrückt, so wird eine Verbindung zwischen dem Spei- ten dieses Druckes Flüssigkeit aus dem Speichercherraum 9' und dem Arbeitsraum 18 hergestellt. Ein raum 9' austreten. In Fig. 3 kehrt die Flüssigkeit zum Teil der höhergespannten Flüssigkeit des Speicher- Vorratsraum 16 zurück; in Fig. 4 strömt sie in den raumes 9' strömt in den Arbeitsraum 18. Die Verbin- 40 Pumpenraum, was zur Folge hat, daß die Querdung bleibt so lange geöffnet, bis der Differentialkol- schnittsfläche des Pumpenkolbens 14 druckbeaufben durch den Druckanstieg im Arbeitsraum 18 und schlagt wird und somit die Auswärtsbewegung des Federraum 6' sich auswärts bewegt und sich von der Differentialkolbens 2 unterstützt.
Feder 22 abhebt. Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Mengenregelung für

Wird das Fahrzeug entlastet, so hebt der im Ar- 45 den Speicherraum 9'. An Stelle des bisherigen Trennbeitsraum 18 herrschende Druck den Differentialkol- balges 8 tritt ein im Behälter 12 verschiebbarer ben 2 über seine Mittelstellung hinaus an. Wenn die Trennkolben 8', an dem der Steuerkolben 33 beBohrung 21 dabei über die Hochdruckdichtung 3 ge- festigt ist. Der Pumpenkolben 14 fördert in der oben langt, ist eine direkte Verbindung zwischen dem beschriebenen Weise Flüssigkeit in den Speicherhochgespannten Raum 18 und dem ungespannten 50 raum 9', wodurch der Trennkolben 8' und der Steuer-Raum 16 hergestellt. Es strömt so lange Flüssigkeit kolben 33 nach unten gleiten. Ist die vorgesehene aus dem Raum 18, wobei der Arbeitsdruck sinkt, bis Menge im Speicherraum 9' erreicht, öffnet die Nut die Bohrung 21 wieder unter die Hochdruckdich- 34 einen Rückfluß. Fig. 6 unterscheidet sich von tung 3 gesunken ist. Jede größere Verschiebung des Fig. 5 dadurch, daß der Rückfluß im ersten Fall zum Differentialkolbens 2 aus seiner Mittellage wird also 55 Vorratsraum 16 erfolgt, im anderen Fall zum Pumdurch die beschriebenen Regelvorrichtungen unmittel- penraum, was bedeutet, daß der druckbelastete Querbar korrigiert. Dabei ist es gleichgültig, ob das Fahr- schnitt des Pumpenkolbens 14 die Ausfahrkraft verzeug in Bewegung ist oder steht. stärkt. Bei allen Pumpenanordnungen setzt selbst-

Dem Speicherraum 9', dem beim Öffnen des Regel- verständlich bei Unterschreiten des festgesetzten

ventils 24 Flüssigkeit entnommen wird, muß zur Auf- 60 Druckes bzw. Menge im Speicherraum die Förderung

rechterhaltung der Funktion auch Flüssigkeit züge- der Pumpe wieder ein.

führt werden. Dies besorgt die Pumpvorrichtung. Der Die Fig. 7, 8, 9, 10, 11 zeigen schematisch ver-Pumpkolben 14, der mit dem Differentialkolben 2 schiedene Anordnungen von Vorratsraum und Arüber eine Feder 13 gekoppelt ist, macht die hin-und beitsraum sowie Pumpenkörper und Pumpenhergehenden Bewegungen des Differentialkolbens 2 65 kolben.

mit. Bei einer Auswärtsbewegung des Pumpkolbens In Fig. 7 befindet sich der Vorratsraum im Diffe-

14 wird Flüssigkeit über ein Saugventil 27, eine Boh- rentialkolben 2. Der Pumpenkörper 14 ist dabei hohl

rung 26 und ein Rohr 28 aus dem Vorratsraum 16 ausgebildet und seine Bohrung 28 schafft über die

Ventile 25 und 27 eine Verbindung zum Speicherraum 9'.

Die Fig. 8 stellt eine Umkehrung dar. Der Vorratsraum 16 befindet sich im Behälterboden und der Speicherraum 9' und der Raum 9 im Differentialkolben2. Die Abregelung aus hochbelastetem Zustand erfolgt aus dem Arbeitsraum 18 über die beiden Bohrungen 21 und 21' in den Vorratsraum 16, sobald der Pumpenkolben 14 so weit ausgefahren ist, daß er die beiden Bohrungen 21 und 2Γ freigibt.

Fig. 9 verlegt den Pumpenkörper 7 in den Differentialkolben 2 und sieht eine doppeltwirkende Pumpe vor. Der Trennboden 36 trägt dabei den feststehenden Pumpenkolben 14. Die Pumpbewegung führt der Pumpenkörper 7 aus, der die Saugventile 27 und 27' für das Ansaugen von Flüssigkeit beim Auswärtsbzw. Einwärtshub trägt. Die Rückschlagventile 25 und 25' zum Fördern von Flüssigkeit in den Speicherraum 9' bei Einwärts- bzw. Auswärtshub sind im Pumpenkolben 14 eingeordnet. Die Abregelung, das ist der Rückfluß vom Arbeitsraum 18 zum Vorratsraum 16, erfolgt beim entsprechenden Stand des Differentialkolbens 2 über die Nut 21" und die Bohrung 21.

Fig. 10 enthält einen im Differentialkolben untergebrachten offenen Pumpenkörper 7 mit einer einseitig während der Auswärtsbewegung des Differentialkolbens fördernden Pumpe. Dabei unterstützt die Querschnittsfläche des Pumpenkolbens 14 die Pump- und Auswärtsbewegung des Differentialkolbens 2, und zwar um so mehr, je höher der Druck im Speicherraum 9' ist. Beim Einwärtshub kommt diese Fläche zur tragenden Ringfläche des Differentialkolbens 2 hinzu und erhöht somit die Tragkraft des gesamten Federelementes.

Die Abregelung erfolgt bei entsprechender Stellung des Differentialkolbens über die Bohrung 21,2Γ und die Nut 21". Die Hochregelung, das ist das Einbringen von Flüssigkeit aus dem Speicherraum 9' in den Arbeitsraum 18, tritt ein, wenn der Differentialkolben 2 so weit in den Arbeitszylinder 1 eindringt, daß der Pumpenkolben 14 aus dem Pumpenkörper 7 herausragt, die Nut 23" und die Nut 23 den Flüssigkeitsdurchtritt vom Speicherraum 9' zum Arbeitsraum 18 zulassen.

In Fig. 11 wird das veränderliche Volumen des Federraumes 6 zur Pumpbewegung des im Behälter 12 und im Pumpenkörper 7 verschiebbaren Trenn- und Pumpkolbens 10' benutzt. Beim Auswärtshub vergrößert sich das Volumen des Federraumes 6, und der Trennkolben 10' wird aufgehoben. Sein Schaft saugt über das Saugventil 27 Flüssigkeit aus dem Vorratsraum 16 an, der von dem Behälter 37 umschlossen wird. Beim Einwärtshub verkleinert sich das Federvolumen, und der Trennkolben 10' wird nach unten geschoben. Er verdrängt dadurch die angesaugte Flüssigkeit über das Rückschlagventil 24 in den Speicherraum 9'. Wird durch steigende Belastung der Differentialkolben 2 und damit auch der Trennkolben 10' sehr weit nach innen gedruckt, so öffnet der Differentialkolben 2 über dem Hochregelschaft das Rückschlagventil 24'. Beim Pumpen des Trennkolbens 10' Öffnet das Rückschlagventil 24.

In den schematischen Fig. 7, 8, 9, 10 und 11 wurden die verschiedenen Möglichkeiten der Druckbegrenzung im Speicherraum der Einfachheit wegen nicht angedeutet. Selbstverständlich lassen sie sich in allen Ausführungen anbringen.

Fig. 12. Im Pumpenkörper 7 befindet sich der Dämpfkolben 38, der mit dem Hochregelstift 23 versehen ist. Der Hochregelstift 23 ist mit einer Nut 39 versehen, die über die Bohrung 40 die Hochregelung steuert. Eine Verzögerung der Hochregelung wird erreicht durch einen Spalt 41, der die Flüssigkeitsverschiebung von der einen auf die andere Kolbenseite bremst. Ein Rückschlagventil 42 sorgt für die Rückbewegung des Dämpfkolbens 38. Die Verzögerung der Abregelung wird erreicht durch den Dämpf kolben 43, der gegen eine Feder 44 verschiebbar ist. Bei entsprechender Stellung der Bohrung 21 wird der Dämpfkolben 43 druckbeaufschlagt, wodurch die Flüssigkeit über eine kleine Bohrung 45 in den Vorratsraum gedrängt wird. Erst nach einem bestimmten Weg des Dämpf kolbens 43 wird die große Abregelbohrung zur Abregelung freigegeben. Zur Rückstellung des Dämpfkolbens 43 ist eine sehr kleine Bohrung 47 im Dämpfkolben vorgesehen, die nach Abschluß der Abregelbohrung das Restvolumen der Flüssigkeit langsam nach der entgegengesetzten Seite des Dämpfkolbens durchdringen läßt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hydropneumatische Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit hydraulischer Kraftübertragung, Niveauregelung und Stoßdämpferwirkung, bei der sämtliche zusammenwirkenden Teile eine von außenliegenden Druckerzeugern unabhängige Einheit bilden, dadurch gekennzeichnet, daß vom an sich bekannten Vorratsraum (16) durch eine hierbei an sich bekannte Pumpe (14) Flüssigkeit in einen Speicherraum (9') gepumpt wird, wobei der Druck im Speicherraum (9') größer ist als der maximale Druck im Arbeitsraum (18) bzw. Federraum (6').

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck oder die Flüssigkeitsmenge im Speicherraum (9') durch geeignete Mittel, wie z. B. einen abgefederten Pumpenkolben (13, 14), ein bewegliches Saug- und Steuerventil (27, 29, 30, 31), ein einstellbares Ablaßventil (32) oder durch einen Steuerkolben (33) begrenzt wird (Fig. 4, 5).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zeitweise Verbindung zwischen Speicherraum (9') und Arbeitsraum (18) bzw. Federraum (6') besteht, die von einem hubabhängigen Teil der Vorrichtung gesteuert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (9') im Behälterboden oder im Differentialkolben (2), der Vorratsraum (16) im Differentialkolben (2), im Behälterboden oder in einem den Behälter umschließenden Raum angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkörper (7) im Behälter oder im Differentialkolben (2) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe einfach oder doppelt wirkt, d. h. bei Ein- oder Auswärtsbewegung bzw. Ein- und Auswärtsbewegung des Differentialkolbens (2) Flüssigkeit fördert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Pumpenkörper (14), der eine Verbindung zwischen Vor-

ratsraum (16) und dem Pumpenraum herstellt, die Ventile (25, 25'), Steuerbohrungen (21, 21') und Regelauten (23) trägt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das veränderliche Volumen des dem Federraum zugeordneten gas-

gefüllten Raumes (6) zur Pumpbewegung des frei stehenden Trenn- und Pumpkolbens (10') benutzt wird (Fig. 11).

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1043 102.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen