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Regelung für hydraulisch-pneumatische Federungen, insbesondere von
Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung für
hydraulisch-pneumatische
Federungen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei denen das ölvolumen in einer Leitung
zwischen einem die Radlast tragenden hydraulischen Element, z. B. hydraulischem
Federbein, und einem federnden Widerlager des Fahrzeugaufbaus, z. B. einem Luftpolster,
durch Zu- oder Ablassen von öl veränderlich ist.
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Bei bekannten Regelungen dieser Art wird der Ab-
stand zwischen
einem Rad und dem Aufbau durch einen Niveauregler konstant gehalten. Dabei werden
für zweiachsige Fahrzeuge nicht alle vier Räder mit je einem Niveauregler
ausgestattet, da dann der nicht erwünschte Fall eintreten kann, daß diagonal zwei
Räder die volle Fahrzeuglast tragen und zwei Räder vollkommen entlastet sind. Man
rüstet meist zwei Räder einer Achse, wobei im folgenden als Beispiel die Vorderachse
gewählt ist, mit zwei unabhängigen Niveaureglern links und rechts aus, während die
Räder der anderen Achse, also in dem gewählten Beispiel derHinterachse, einen gemeinsamenNiveauregler
besitzen, der den Abstand zwischen dem Aufbau und einem der beiden Hinterräder oder
zwischen dem Aufbau und einem anderen Punkt der Hinterräder, z. B. dem Mittelpunkt
einer die beiden Hinterräder verbindenden Achse, konstant hält, indem in den Verbindungsräumen
zwischen den hydraulischen Elementen beiderRäder undderen elastischenWiderlagern
gemeinsam und gleichzeitig öl zu- oder abgelassen wird. Hiermit ist der Nachteil
verbunden, daß bei Kurvenfahrt ein länger einwirkendes Fliehkraftmoment allein von
der Vorderachse übernommen wird, da der Wagenaufbau durch die vorderen Niveauregler
aufgerichtet wird, wobei das Kurvenaußenrad zusätzlich belastet und das Innenrad
entlastet wird, während der Niveauregler der Hinterachse insbesondere, wenn er in
der Mitte der Achse angelenkt ist, nicht anspricht und dadurch die Hinterachse kein
Fliehkraftmoment aufnimmt. Dies sei an einem Beispiel mit 4000 kg Fahrzeuggewicht
deutlich gemacht, das gleichmäßig auf vier Räder mit je
1000kg verteilt sei.
Die Spur der Vorderräder und der Hinterräder betrage je 1,50 in. Ein auftretendes
Fliehkraftmoment von 1200 mkg wird zunächst unter entsprechender Neigung des Aufbaus
von den Vorderrädem und den Hinterrädern. gemeinsam mit je
60Omkg aufgenommen,
wodurch eine Änderung der Radlast um je 400 kg bedingt ist, da diese
400 kg
bei 1,50 m Hebelarm 600 mkg Moment ergeben. Die Kurvenaußenräder
sind dann vom und hinten mit je
1000 + 400 = 1400
kg und die Kurveninnenräder vorn und hinten mit je 1000 - 400
= 600 kg belastet, wobei die Außenräder entsprechend einfedern und die Innenräder
entsprechend ausfedern. Alle Radlasten zusammen ergeben das Gesamtgewicht von 4000
kg. Sobald die beiden Niveauregler der Vorderräder ansprechen, wird der als
verwindungssteif betrachtete Aufbau von vorn her aufgerichtet, wobei im Endzustand
das gesamte Fliehkraftmoment von 1200 mkg von den Vorderrädem aufgenommen wird,
indem das Kurvenaußenrad mit 1000 -#- 800
= 1800 kg und das
Innenrad mit 1000-800=200kg belastet ist. Die Last der Hinterräder beträgt, da deren
Füllungsregler nicht anspricht und der Einfederungszustand der Geradeausfahrt wieder
erreicht wird, für jedes Rad wieder je 1000 kg. Es liegt auf der Hand, daß
diese Lastverteilung die Fahrsicherheit beeinträchtigt. Man versucht, diesen Nachteil
durch eine mechanische Stabilisierung, z. B. durch den Einbau von Stabilisatordrehstäben,
zu vermeiden bzw. abzumildern, um dadurch bei Kurvenfahrt die Federwege der Räder
und damit die Schräglage des Aufbaus kleiner zu halten. Auch hydraulische Stabilisatoren
sind bekannt, die jedoch verhältnismäßig kompliziert sind.
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Die Regelung gemäß der Erfindung löst die Aufgabe, das Fliehkraftmoment
von allen Achsen auch nachdemAnsprechen derNiveauregler aufzunehmen, und ist dadurch
gekennzeichnet, daß der zwischen Rad und Aufbau vorgesehene Niveauregler auf das
primäre ölvolumen zwischen dem Federbein und der einen Seite einer beweglichen Trennwand,
z. B. Membran oder Trennkolben, durch Zu- oder Ab-
lassen von öl und
ein mit der Trennwand verbundener Füllungsregler auf ein sekundäres Ölvolumen zwischen
der Trennwand und dem fedemden Widerlager
durch Zu- oder Ablassen
von Öl einwirken. Nunmehr kann der Abstand zwischen Rad und Aufbau
bzw. die Höhenlage des Aufbaus auf zwei Arten, einmal durch Änderung des primären
ölvolumens und außerdem durch Änderung des sekundären Ölvolumens, beeinflußt werden.
Hierdurch ergeben sich insbesondere für eine hydraulische Kurvenstabilisierung entscheidende
Vorteile.
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Im obigen Beispiel mit zwei Niveaureglem für die Vorderachse und einem
gemeinsamen Niveauregler für die Hinterachse haben alle vier Räder je eine
bewegliche Trennwand, z. B. einen Trennkolben und je vier unabhängige Füllungsregler,
die jeden Trennkolben immer wieder in eine Lage, beispielsweise die Mittellage,
zurückführen, indem das sekundäre ölvolumen durch Zu- oder Ablassen von
Öl verändert wird. Man kann die Niveauregler durch bekannte Mittel mit so
großer zeitlicher Verzögerung, beispielsweise mit mehr als 3 Sekunden, ausführen,
daß sie in dieser Zeit bei Kurvenfahrt überhaupt nicht ansprechen. Solange bleibt
auch das primäre ölvolumen konstant und stellt praktisch eine konstante Verbindungslänge
zwischen Federelement und Trennkolben dar. Die Füllungsregler des sekundären ölvolumens
werden zweckmäßig mit geringerer zeitlicher Verzögerung ausgeführt, beispielsweise
1 bis 2 Sekunden, so daß sie bei Kurvenfahrt schneller ansprechen und die
Rückführung des Trennkolbens in die Mittellage unter Aufrichtung des Aufbaus bewirken.
Da die Rückführung des Trennkolbens und damit auch des Federbeines in die Mittellage
für alle vier Räder unabhängig erfolgt, wird das Fliehkraftmoment auch von allen
vier Rädern gleichmäßig übernommen. In dem eingangs aufgestellten Zahlenbeispiel
bleiben die Belastungen des vorderen und des hinteren Kurvenaußenrades mit
je 1400 kg und der Innenräder mit je 600 kg auch nach dem Einsetzen
der Regelung bestehen. Nachdem die Aufrichtung des Aufbaus durch Änderung des sekundären
ölvolumens vollzogen ist, sind die Niveauregler automatisch in der Ausgangslage.
Sie haben also keine Veranlassung, anzusprechen. Es genügt für den obigen geschilderten
Regelvorgang bei Kurvenfahrt, daß die zeitliche Verzögerung der Viveauregler für
das primäre ölvolumen größer ist als die der Füllungsregler für das sekundäre ölvolumen.
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Bei der Kurvenfahrt kann die durch den gemeinsamen Niveauregler geschaffene
Verbindung der hinteren Federelemente unterbrochen sein, um das überströmen von
Öl vom rechten zum linken Federelement infolge des höheren Druckes in dem
Federelement des kurvenbelasteten Außenrades zu verhindern. Dies kann in bekannter
Weise durch Anordnung von Rückschlagventilen geschehen, die eine direkte Verbindung
der Federbeine nicht, aber eine solche zwischen Niveauregler und Federbeinen zulassen.
Auch können zwei getrennte, aber von einem gemeinsamen Punkt gesteuerte Niveauregler
mit getrennten Leitungen zu den Federbeinen vorgesehen werden. Schließlich ist eg
möglich, in die Leitungen von den Niveaureglern zu den hinteren primären Ölvolumen
ein fliehkraftgesteuertes Ventil einzubauen, das bei Kurvenfahrt die erwünschte
Unterbrechung vollzieht.
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Die durch den gemeinsamen Niveauregler geschaffene Verbindung der
hinteren Federbeine kann auch so stark gedrosselt sein, daß die von der einen zur
anderen Seite überströmende geringe ölmenge sich für die zeitlich immer begrenzte
Kurvenfahrt nicht auswirkt.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Regelung zur Blockierung der Federung
benutzt werden. Eine derartige Eigenschaft wird von der Federung verlangt, wenn
der Fahrzeugaufbau Arbeitsgeräte, beispielsweise einen Kran oder eine Feuerleiter,
trägt und in der Betriebsstellung dieser Arbeitsgeräte eine Verlagerung des Fahrzeugaufbaus
nicht zulässig ist. Die Blockierung ist dadurch möglich, daß die bewegliche Trennwand
in ihrer Lage, beispielsweise in einer der Endlagen, blockiert wird, die die Bewegungsmöglichkeit
der beweglichen Trennwand begrenzen. Die Trennwand kann durch entsprechende Verstellung
der Füllungsregler oder aber, indem durch eine besondere Leitung Öl des sekundären
ölvolumens abgelassen wird, in die dem Luftpolster zugewandte Endlage gebracht werden.
Durch den öldruck des Federbeines wird die Trennwand dabei in die Endlage gedrückt.
Die dadurch bedingte Verschiebung der Höhenlage des Fahrzeugs wird durch die Niveauregler
wieder ausgeglichen. Es ist ebenso denkbar, daß der Trennkolben durch Einlassen
von 01 in das sekundäre Ölvolumen in die entgegengesetzte Endlage gedrückt
und dadurch in dieser Endlage festgehalten wird, daß der Druck des sekundären ölvolumens
größer ist, als der Last des Federbeines entspricht bzw. als der des primären ölvolumens.
Mit dieser letzteren Möglichkeit der Blockierung ist der Vorteil verbunden, daß
bei starken Stößen ein Nachgeben der Trennwand gegen das Luftpolster noch möglich
ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer Regelung gemäß der
Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 die Regelung eines Rades mit
hydraulischem Federbein, wobei das Sekundärvolumen durch ein das Fahrzeug tragendes
Luftpolster belastet ist, Abb. 2 das Schema der Regelung eines vierrädrigen Fahrzeugs,
Abb. 3 die Blockierung der Federung, wenn die Trennwand in der einen Endlage
ist, Abb. 4 die Blockierung in der anderen Endlage. Das hydraulische Federelement
1, bestehend aus dem Zylinder la und dem Kolben 2, sitzt mit seinen Befestigungsenden
1 b und 1 c zwischen dem Aufbau 3
und der Schwingachse 4 des
Rades 5. Die als Trennkolben 6 ausgebildete bewegliche Trennwand trennt
das primäre Ölvolumen in den Hohlräumen des Zy-
linders la, des Kolbens 2,
der Verbindungsleitung 7
und in dem unteren Arbeitsraum 8 des den Trennkolben
6 aufnehmenden Zylinders 9 von dem sekundären ölvolumen
10 in dem oberen Arbeitsraum zwischen Trennkolben 6 und dem das Federwiderlager
darstellenden, durch eine elastische Haut 11 a
vom Öl getrennten
Luftpolster 11. Der von der Schwingachse 4 mittels der Hebel 12 betätigte
Niveauregler 13 bekannter Art hält den Abstand zwischen Rad und Aufbau konstant,
indem durch die Leitung 14 Öl in die Verbindungsleitung
7 zu- oder abgelassen wird. Der Niveauregler 13 wird durch die Druckleitung
15 aus dem Behälter 16 mittels der Pumpe 17
und des Druckspeichers
18 mit Drucköl versorgt bzw. ist durch die Rücklaufleitung 19 mit
dem ölbehälter 16 verbunden. Die Niveaureglung erfolgt in bekannter Weise,
indem die Leitung 14 mit der Druckleitung 15 oder der Rücklaufleitung
19 in Verbindung gebracht wird. Der Trennkolben 6 steht über die nach
außen
geführte Kolbenstange 20 mit dem Füllungsregler 21 in Verbindung, der in ähnlicher
Weise aus der Druckleitung 15 a in die Verbindungsleitung 22
zwischen Füllungsregler 21 und sekundärem Ölvolumen 10 Öl zuläßt oder in
die Rücklaufleitung 19a Öl abläßt. Der Füllungsregler 21 besitzt in bekannter
Weise eine Verzögerungseinrichtung, so daß eine Änderung des sekundären ölvolumens
nur bei Bewegungen des Trennkolbens erfolgt, die langsamer sind, als der Aufbauschwingung
entspricht. Bei langsamer Bewegung des Trennkolbens nach oben wird Öl durch
die Leitung 22 eingelassen und der Trennkolben 6 in die gezeichnete Mittellage
zurückgeführt. Ebenso wird bei langsamer Abwärtsbewegung des Kolbens 6, die
z. B. durch eine Entlastung des Federelementes 1 hervorgerufen wird,
Öl aus der Leitung 22 abgelassen und der Trennkolben 6 ebenfalls in
die gezeichnete Mittellage zurückgeführt. Zur Erzeugung von Dämpfungskräften sind
an beliebigen Stellen 2 a,
7 a, 10 a der primären oder
se kundären ölströmungen Drosselquerschnitte oder -ventile bekannter Art vorgesehen.
Die aus dem ölbehälter 16, der Pumpe 17
und dem Druckspeicher
18 bestehende öldruckanlage dient in der gleichen Weise zur Speisung der
anderen mit der erfindungsgemäßen Regelung ausgestatteten Räder.
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In dem Schema der Abb. 2 sind die öldruckanlage und deren ölleitungen
der übersicht halber nicht eingezeichnet. Dargestellt sind die zu den Rädern
105,
205, 305, 405 gehörenden Federelemente
111, 211, 311, 411, die den Trennkolben 106 aufnehmenden Gehäuse
109, 209, 309, 409 und die zu den Trennkolben gehörenden Füllungsregler 121,
221, 321,
421. Die Niveauregulierung der Vorderräder 105,
205
erfolgt durch die Niveauregler 113, 213 und die der Hinterräder
305, 405 durch den gemeinsamen Niveauregler 313, der
von einem Punkt 30 der Hinterachse 31 aus betätigt wird und durch
die Leitungen 314, 414 mit beiden Federelementen 311, 411 in Verbindung steht.
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In Abb. 3 ist der Trennkolben 6' in der oberen Endlage
gezeichnet. Das primäre ölvolumen in dem Federbein l', der Verbindungsleitung
7' und dem Zy-
linderraum 8' des Gehäuses 9' hat keine
Ausdehnungsmöglichkeit, so daß die Federung blockiert ist. Hierbei ist der Trennkolben
6' in seine obere Stellung dadurch gelangt, daß aus einem besonderen Ventil
32 Öl aus dem Sekundärvolumen 10' abgelassen ist.
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In Abb. 4 befindet sich der Trennkolben 6" in der unteren Endlage,
in die er durch entsprechenden überdruck aus der Leitung 22" verschoben ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele
beschränkt, insbesondere kann das Luftpolster 11 durch ein anderes federndes
Widerlager ersetzt werden. Der Trennkolben muß nicht als scheibenförmiger Kolben
ausgebildet sein, sondern er kann als abgestufter Kolben ausgeführt werden, um dadurch
eine Druckübersetzung oder andere Wirkung zu erreichen, oder er kann in einfacher
Form als Membran ausgebildet sein. Die die Trennwand aufnehmenden Gehäuse
9 können für mehrere oder für alle Räder zu einem einheitlichen Gehäuse zusammengefaßt
sein, in das auch die Füllungsregler 21 einbezogen sein können, ohne daß die Trennwand
ein nach außen dringendes Teil besitzt. Die Erfindung kann sinngemäß auf Fahrzeuge
mit mehr als zwei Achsen oder mehr als vier Rädern übertragen werden. Die Regler
müssen nicht mit einer Verzögerung der Ansprechzeit ausgerüstet sein. Es können
auch einfache Regler mit sehr stark gedrosseltem ölstrom Anwendung finden. Dies
gilt besonders für die Niveauregler. In ihnen kann der Öl-
strom so stark
gedrosselt sein, daß die Änderung des primären ölvolumens nur sehr langsam, beispielsweise
in mehreren Sekunden für 1 cm Hub des Federbeines erfolgt. Die Anpassung
an die Belastung wird im wesentlichen nur durch Zu- oder Ablassen von
Öl in das sekundäre ölvolumen und die damit verbundene Rückführung des Trennkolbens
in die Mittellage bewirkt. Diese Rückführung ist auch dadurch möglich, daß Luft
in das Luftpolster zu- oder abgelassen wird.