-
Öl-Luft-Federbein mit Stoßdämpfer-Einrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein öl-Luft-Federbem mit Stoßdämpfer-Einrichtung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem als Stufenkolben ausgebildeten Arbeitskolben
in einem Hydraulik-Arbeitszylinder, der durch eine den Durchfluß drosselnde Einrichtung
mit einer Kammer eines Druckspeichers (Federspeicher) verbunden ist und über ein
vom Arbeitskolben beeinflußtes Hydraulik Steuergerät von einer Pumpe und einem an
dieser angeschlossenen zweiten Druckspeicher (Regelspeicher) mit Druckmittel versorgt
wird.
-
Es ist bekannt, den Arbeitszylinder durch eine abhängio, von der Durchfederung
gesteuerte Öffnung mit einem neben ihm liegenden Druckspeicher zu verbinden, dem
Flüssigkeit von einem außerhalb der Einrichtung liegenden Behälter über eine Leitung
mit Hilfe einer Pumpe zugeführt wird, die seitlich des Arbeitszylinders liegt und
bei starken Federungsbewegungen von sich nähernden Teilen der Einrichtuno, betätigt
wird. Diese Einrichtung hat einen verhältnismäßig umständlichen Aufbau, so daß sie
sich nur schwer in ein Fahrzeug einfügen läßt, und ist insbesondere deshalb sperrig,
weil zwischen Arbeitszylinder und Druckspeicher ein Dämpfungszylinder für das Steuerglied
untergebracht ist.
-
Der Anschluß des getrennt zu befestigenden Behälters ist umständlich
und störanfällig.
-
Es ist auch bekannt, die Kolbenstange als Pumpenraum zu verwenden
und den Vorratsbehälter um sie herum anzuordnen, das Steuerventil, den Haupt- und
Hilfsspeicher aber getrennt vom Arbeitszylinder zu befestigen. Das erlaubt zwar,
Arbeitszylinder und Behälter nach Art eines Federbeins auszubilden und anzubringen,
doch müssen für die anderen Elemente der Einrichtung gesonderte Befestigungsstellen
und Befestigungsmittel vorgesehen werden. Diese Teile nehmen verhältnismäßig viel
Platz weg, und die Verbindungsleitungen sind störanfällig. Soweit sie lang sind,
führen sie dazu, daß die Einrichtung raschen Belastungsänderungen nur langsam folgen
kann.
-
Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß im
Federbein sowohl der Regelspeicher als auch in an sich bekannter Weise mit dem Arbeitskolben
verbunden die Pumpe und das Steuergerät untergebracht sind, und daß der Federspeicher
und der Regelspeicher auf ihrer Gasseite ständig voneinander getrennt, auf der Flüssigkeitsseite
über das Steuergerät miteinander verbindbar sind.
-
Diese Merkmale ergeben ein als selbständiges Element auf einfache
Weise einbaubares und zu benutzendes Federbein, das Laständerungen augenblicklich
aus dem Regelspeicher ausgleicht, weder auf eine außerhalb liegende Kraftquelle
noch auf einen getrennten Vorratsraum oder besondere Befestigungsmittel anaewiesen
ist und nur wenig Platz in Anspruch nimmt, aber einfach gelagert und gehandhabt
werden kann.
-
Dabei ist es besonders vorteilhaft, eine Dämpfungseinrichtung zwischen
den Arbeitskolben und das Steuergerät einzuschalten und auch letzteres mit zwei
Schließgliedern zu versehen, die wahlweise betätigt werden. Der Regelspeicher, der
auf das Fassungsvermögen des Arbeitszylinders abgestimmt ist, benötigt nur sehr
wenig Raum, wenn er in besonders vorteilhafter Weise ringförmig um den Arbeitszylinder
herum angeordnet ist.
-
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen dargestellt. Es zeigt Fig.
1 einen Längsschnitt nach Linie IJ in Fig. 2, Fig. 2 einen Längsschnitt nach
Linie II-II in F!-. 1
und Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie 111-III
in Fig. 1.
An einem hülsenförmigen Teil 1 mit Boden 2 ist eine mit
einem kegelförmigen Abschnitt 3 versehene Büchse 4 mit ihrem umgebördelten
Ende und ein einen haubenförnügen Abschnitt 6 mit Durchtrittsöffnungen
7 aufweisender Arbeitszylinder 8 mit Hilfe einer Mutter
9 befestigt. Die Büchse 4 trägt an ihrem freien Ende einen Zylinderkörper
10, der eine mit einem Dichtungsring 11 ausgelegte Nut aufweist, in
die das stirnseitige Ende des Arbeitszylinders 8 hineinragt und der in einer
kalottenförmigen Ausnehmung eine halbkugelige Schale 14 aufnimmt. Zwischen
dem
hülsenförmigen Teil 1 einerseits sowie der Büchse 4 und der Schale 14 andererseits
ist eine sackförmige und nachgiebige Blase 15 derart eingelegt, daß ihr Boden
zwischen der Schale 14 und dem Boden 2 des hülsenfönnigen Teiles 1 und ihr
zylindrischer Ab-
schnitt zwischen der Büchse 4 und dem hülsenförniigen Teil
1 liegt. Die Blase 15 hat einen verstärkten Rand, mit dem sie zwischen
dem umgebördelten Ende und einem daran anschließenden zylindrischen Ab-
schnitt
der Büchse 4 bzw. ihres Abschnitts 3 und einer am freien Ende des hülsenförmigen
Teils 1 liegenden Ausbauchung eingespannt ist. Der zylindrische
Ab-
schnitt des hülsenförmigen Teils 1 hat einen Anschlußstutzen 21,
dessen Bohrung durch eine Schraube 22 verschlossen ist und an seinem Boden 2 einen
Stutzen 25, dessen Bohrung durch eine Schraube 26 verschlossen ist.
-
Der Arbeitszylinder 8 hat an seinem haubenförmigen Abschnitt
6 einen Lagerabschnitt 28, in dem eine hohle Kolbenstange
29 für einen mit Längsnuten 30
verschenen und im zylindrischen Abschnitt
des Dämpfungszylinders 8 geführten Arbeitskolben 31 verschiebbar gelagert
ist. Das freie Ende der hohlen Kolbenstange 29 ist durch einen Schraubstöpsel
34 verschlossen, der zur Befestigung eines Bügels 35 an der Kolbenstange
29 dient und einen kugelig ausgebildeten Endabschnitt 36 hat. Dieser
wird von einer mit einem Gewindezapfen 38 versehenen Kugelpfanne
39 umschlossen. Ein aus gummiartigem und ölbeständigem Werkstoff bestehender
nachgiebiger Balg 40 ist mit Hilfe von Halteringen 41 an der Kugelpfanne
39 und an der den hülsenförrnigen Teil 1, die Büchse 4, den Arbeitszylinder
8 und die Blase 15 zusammenhaltenden Mutter 9 befestigt. Durch
den Balg 40 wird ein von dem haubenförinigen Abschnitt 6 des Arbeitszylinders
8 und der hohlen Kolbenstange 29 begrenzter Vorratsraum 44 für hydraulisches
Druckmittel nach außen abgeschlossen, der über die Bohrungen 7
mit einem zwischen
dem Arbeitszylinder 8 und der Büchse 4 liegenden Vorratsraum 45 verbunden
ist.
-
Der zwischen der Schale 14 und dem Boden 2 des hülsenförnügen Teiles
1 eingeschlossene Raum wird durch den Boden 17 der Blase in zwei Räume
47 und 48 geteilt, von denen der Raum 47 über die Bohrung im Stutzen 25 von
außen mit einem pneumatischen Druckmittel gefüllt werden kann, das unter einem bestimmten
Druck steht und durch seine Nachgiebigkeit als Feder wirkt. Der Raum 48 ist mit
einem hydraulischen Druckmittel gefüllt und steht über Dämpfungsbohrungen 54, die
von einer federnd auf einer Unterlagplatte 49 aufsitzenden und durch einen Niet
50 mit der Schale 14 verbundenen Platte 53 überdeckt sind, mit dem
Innenraum 55 des Zylinderkörpers 10 und dem daran angeschlossenen
Innenraum 56 des Arbeitszylinders 8 in Verbindung.
-
Der zwischen dem hülsenfönnigen Teil 1 und der Büchse 4 eingeschlossene
Raum wird durch den zylindrischen Abschnitt der Blase 15 in zwei Räume
57
und 58 geteilt, von denen der Raum 57 über die im Stutzen
21 befindliche Bohrung mit pneumatischem Druckmittel gefüllt werden kann. Der Raum
58 ist mit Hydraulik-Druckmittel gefüllt, dessen Druck während des Betriebes
der Vorrichtung bestimmt ist durch den öffnungsdruck eines im Zylinderkörper
10 und eines in dem den Raum 58 mit dem Raum 45 verbindenden Kanal
59 (Fig. 2) untergebrachten überströmventils nüt einer Kugel 60, die
sich in einer Erweiterung dieses Kanals befindet. Eine Feder 61 ist zwischeu
eine durchbohrte Halteschraube 64 und die Kugel 60 gespann und ist bestrebt,
diese auf ihren kegelförmigen Sitz zu drücken.
-
In dem Lagerabschnitt 28 im Arbeitszylinder 8 und in
dem Zylinderkörper 10 ist ein Rohr 65 befestigt, das den Raum 45 durchquert,
und dessen im Zylinderkörper 10 steckender Abschnitt in diesen dicht eingepreßt
ist. Das Rohr 65 weist in seinem Mittelabschnitt in unterschiedlicher Höhe
angeordnete Zulaufbohrungen 67 auf. Im Innem des Rohres 65 ist ein
Kolben 68 verschiebbar gelagert, der an dem mit der Kolbenstange
29 gekuppelten Bügel 35 befestigt ist. Die Bohrung im Rohr
65 ist im Zylinderkörper 10
durch eine sich erweiternde und über eine
Querbohrung mit dem Raum 58 in Verbindung stehende Bohrung 69 weitergeführt.
In einer Erweiterung dieser Bohrung liegt auf einem kegeligen Abschnitt eine als
Rückschlagventil wirkende Kugel 70.
-
Der Zylinderkörper 10 nimmt Teile eines Steuergerätes
73 auf. Der Innenraum 55 des Zylinderkörpers, 10 wird an seinem
dem Arbeitszylinder 8 benachbarten Abschnitt von einem Quersteg 74 durchquert,
an dem ein Zapfen 75 befestigt ist. In Nähe der Schale 14 geht eine eine
Erweiterung 77 aufweisende Querbohrung 78 quer durch den Zylinderkörper
10 hindurch und verbindet den Raum 55 und den daran angeschlossenen
Raum 56 mit dem Raum 58. In dieser Querbohrung 78 ist ein Schließglied
79 verschiebbar gelagert, dessen Teller an dem durch die Erweiterung
77 gebildeten Absatz seinen Sitz hat. Zwischen das Schließglied
79 und einen eine Bohrung 80 aufweisenden Wandabschnitt der Büchse
4 ist eine Feder 81
gespannt, die bestrebt ist, das Schließglied, auf seinen
Sitz zu drücken. Das andere Ende des im anderen Ab-
schnitt der Querbohrung
78 gelagerten Schließgliedes weist eine Nut für einen Dichtungsring
82 auf. Im mittleren Abschnitt des beweglichen Ventilgliedes 79
liegt
eine Ausnehmung 84, in die eine sich mit ihrem breiten Ende an der Wand des Hohlraums
55 und ihrem schmalen Ende am Schheßglied 79 sich abstützende Blattfeder
85 eingreift. Eine Abflachung 86 in Nähe des Ventiltellers am Schließglied
79 läßt Raum für den Durchtritt von Druckmittel durch die Bohrung
78.
-
Eine dem Quersteg 74 benachbarte und einen verengten Abschnitt
88 aufweisende Querbohrung 89 ist als Sackbohrung ausgebildet, deren
Grund von einer ebenfalls als Sackbohrung ausgebildeten Längsbohrung 90 angeschnitten
wird. über die Querbohrung 89,
den Abschnitt 88 und die Längsbohrung
90 ist der Hohlraum 55 bzw. der Raum 56 mit den Vorratsräumen
45 und 44 verbunden. In der Querbohrung 89
ist ein Schließglied
93 längsverschiebbar gelagert, dessen kegelige Spitze bei geschlossenem Ventil
auf dem durch den verengten Abschnitt gebildeten und als Ventilsitz dienenden Absatz
aufsitzt. Das andere abgesetzte Ende des beweglichen Schließgliedes 93 ist
von einer Feder 94 umschlossen, die zwischen das Schließglied und einen Führungsring
95 eingespannt und bestrebt ist, das spitze Ende des Schließgliedes auf seinen
Ventilsitz zu drücken. In eine im Mittelabschnitt des Schheßgliedes 93 liegende
Ausnehmung 97 greift eine mit ihrem breiten Ende an der Wand des Hohlraums
55 und ihrem schmalen Ende am Schließglied 93 sich abstützenden Blattfeder
98 ein. Eine Ausnehmung 99 in Nähe der kegehgen Spitze des Ventflgliedes
93 läßt Raum für den Durchtritt von Dämpfungsmittel frei.
Zwischen
den beiden Blattfedern 85 und 98 fiegt ein Steuerglied 102, das an
einer auf dem Zapfen 75
gleitend gelagerten und den Quersteg 74 seitlich umgreifenden
Büchse 103 befestigt ist. Die Büchse 103
ist ihrerseits an einem Bolzen
104 befestigt, dessen freies Ende durch eine in der Kolbenstange 29 geführte
durchlöcherte Scheibe 105 hindurchtritt und über eine längs der Kolbenstange
29 sich erstreckenden Kette 106 mit einem lose auf dem Schraubstöpsel
34 sitzenden Federteller 107 verbunden ist. Zwischen diesem Federteller und
der Scheibe 105 ist eine die Kette 106 umschließende Feder
108 eingespannt, die bestrebt ist, die Kette 106 gespannt zu halten.
In dem zwischen dem Bolzen 104 und dem Zapfen 75 liegenden Abschnitt der
Büchse 103 sind Dämpfungslöcher 109 angebracht, die den Raum
56 mit einem von der Büchse 103, dem Zapfen 75 und dem Bolzen
104 begrenzten Raum 110 verbinden.
-
Die Vorrichtung wird derart in ein FahrzeuC eingebaut, daß der hülsenförmige
Teil 1 mit dem nicht dargestellten Fahrgestell und das ebenfalls nicht dargestellte
Rad bzw. dessen Aufhängung mit der Kugelpfanne 39 mit Hilfe der Schraube
38 verbunden sind.
-
Wird z. B. durch einen Stoß die Kolbenstange 29
mit dem Kolben
31 in den Arbeitszylinder 8 gedlückt, so schiebt der Kolben
31 das nicht durch seine Längsnuten 30 hindurchtretende Druckmittel
vor sich her. Ein Teil dieses Druckmittels gelangt durch die Drosselbohrungen 54
und die Scheibe 53 gedämpft in den Raum 48, wo es den Boden 17 der
Blase 15 entgegen dem Druck des im Raum 47 befindlichen pneumatischen Druckmittels
von der Schale 14 entfernt. Gleichzeitig wird die Bewegung der Kolbenstange
29 über die vorgespannte Feder 108 auf den Bolzen 104 und damit auf
die Büchse 103 übertragen, deren Eigenbewegung durch das im Raum
110 vorhandene Druckmittel, von dem ein Teil durch die Drosselbohrungen jL09
austritt, stark gedämpft wird. Hat das auf der Büchse 103 befestigte Steuerghed
102 den zwischen sich und der Feder 85 liegenden Zwischenraum zurückgelegt,
so beginnt es auf die Feder 85 zu drücken. Wird dieser Druck so stark, daß
das Schließglied 79
entgegen der Kraft der Feder 81 von seinem Sitz
abgehoben wird, so kann durch die Bohrung 80, die Erweiterung 77 und
die Querbohrun- 78 an der Ausnehmung 86 im Schließglied
79 ein Teil des unter dem höheren Druck des im Raum 57 eingeschlossenen
pneumatischen Druckmittels stehenden hydraulischen Druckmittels im Raum
58 von diesem in den Innenraum 55 und den Raum 56 fließen.
-
Das unter höherem Druck stehende Druckmittel wirkt so lange auf den
Kolben 31 und dringt auch in den Raum 48 ein, bis das Schließglied
79 unter der Kraft der Feder 81 die Bohrung 78 wieder schließt.
C
Mindestens ein Teil des im Raum 48 befindlichen hydraulischen Diuckmittels
wird beim Zurückgehen des Kolbens durch die Wirkung des im Raum 47 befindlichen
pneumatischen Druckmittels durch die Drosselbohrungen 54 in den Innenraum
55 bzw. in den Raum 56 gedrückt, wobei durch die über den Drosselbohrungen
54 angeordnete Scheibe 53 eine Drosseluno, auftritt.
-
Im allgemeinen verhindert die Dämpfung der Büchse 103 bei den
im Betrieb auftretenden raschen Schwingungen des Kolbens 30 um seine Mittenlage
ein dauerndes Abheben des Schließgliedes 79 von seinem Sitz und auch, wie
unten näher beschrieben wird, des Schließgliedes 93 von seinem Sitz. Vielmehr
ist dies nur bei größeren Schwingungsausschlägen des Kolbens 31 der Fall.
-
Wird die Vorrichtung im Vorlauf einer Schwingungsbewegung entlastet,
so entfernt sich der Kolben 31 von seiner Mittenlage. Ein Teil des zwischen
dem Kolben 31 und dem Lagerabschnitt 28 imDämpfungszylinder 8 befmdlichen
Druckmittels tritt infolge des höheren Druckes durch die Längsschlitze
30 im Kolben 31 hindurch, wodurch die Bewegung des Kolbens
31 auch in dieser Richtung gedämpft wird.
-
Die Abwärtsbewegung des Kolbens 31 bzw. der Kolbenstange
29 wird über die Lochscheibe 105, die Feder 108, den Federteller
107 und über die Kette 106 auf den Bolzen 104 und die daran befestigte
Hülse 103 übertragen. Infolge des sich im Raume 110
ausbildenden Unterdruckes
und des zum öffnen des Ventils mit dem Schließglied 93 zu überwindenden Widerstandes
macht insbesondere bei größeren Kolbenwegen die Hülse 103 die Bewegungen
des Kolbens 31 nicht mit, so daß der Federteller 107 vom Schraubstöpsel
34 abgehoben wird und sich der Bolzen 104 von der Scheibe 105 entfernt. Nach
Zurücklegen des zwischen dem Steuerghed 102 und der Feder 98 vorhandenen
Zwischenraums drückt das Steuerglied 102 auf die Feder 98. Sobald die Vorspannung
der Feder 94 des Schließgliedes 93 überwunden ist, öffnet das Ventil, wodurch
im Raum 56, im Innenraum 55 und gegebenenfalls auch im Raum 48 befindliches
Druckmittel über die Querbohrung 89, die Ausnehmung 99 im beweglichen
Ventilglied 91, die Bohrung 88 und die Längsbohrung 90
in die
unter Außendruck stehenden Räume 45 bzw. 44 entweichen kann. Infolge des damit verbundenen
Druckabfalls im Raum 56 wird der Kolben 31 unter der auf ihn wirkenden
Last des Fahrgestells wieder in seine Mittenlage gebracht. Nach Zurücklegen eines
bestimmten Weges schließt das Ventil mit dem Ventilglied 93 und das gegebenenfalls
noch vor dem Kolben 31 hergeschob.-ne hydraulische Druckmittel gelangt zum
Teil unter Zusammendrücken des pneumatischen Druckmittels im Raum 47 in den Raum
48.
-
Der Kolben 68 der Förderpumpe macht die Bewegungen der Kolbenstange
29 bzw. des Arbeitskolbens 31 mit. Gibt der Kolben 68 die öffnungen
67 im Rohr 65 frei, so wird dieses mit Druckmittel angefüllt. Wenn
der Kolben nach oben geht, schließt er die öff-nungen 67 und drückt das Druckmittel
im Rohr 65 über die Bohrung 69, an der sich von ihrem Sitz abhebenden
Kuael 70 vorbei in den Raum 58, der unter dem Druck des im Raum
57 befindlichen pneumatischen Druckmittels steht. Bei der Gegenbewegung des
Kolbens 68 sitzt die Kugel 70 auf ihrem Sitz auf, so daß kein Druckmittel
zurückströmen kann. Sobald die Bohrungen 67 vom Kolben 68 freigegeben
sind, strömt infolge des dort herrschenden Unterdrucks wieder Druckmittel in das
Rohr 65 ein.
-
Zum Vermeiden von schädlichen Drücken im Raum 58 dient das
in der Bohrung 59 untergebrachte Rückschlagventil 60, 61, über das
Druckmittel in die Räume 45 und 44 zurückfließen kann.
-
Sollte eine Förderpumpe für eine Vorrichtung nicht ausreichen, so
können auch mehrere Pumpen innerhalb einer Vorrichtung angeordnet werden, wobei
die Bohrungen für den Eintritt des Dämpfungsmittels in das Rohr zweckmäßig in unterschiedlicher
Höhe angeordnet sind, und zwar liegen bei der zweiten Pumpe die Bohrungen für den
Eintritt näher beim Zylinderkörper 10, so daß auch bei Schwingungen oberhalb
der
Mittenlage des Kolbens 31 Dämpfungsmittel von den Räumen 44 und 45 zu dem
Raum 58 gefördert werden kann.