DE1190812B - Mit einem hydraulischen Stossdaempfer vereinigte Luftfederung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

JtJ 6Zd

Deutsche Kl.: 63 c-41

Nummer: 1190 812

Aktenzeichen: L 3947011/63 c

Anmeldetag: 7. Juli 1961

Auslegetag: 8. April 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einem hydraulischen Stoßdämpfer vereinigte Luftfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Außenzylinder, der getrennt ein komprimiertes Gas und Flüssigkeit aufnimmt, und mit einem Innenzylinder kleineren Querschnitts, der in den Außenzylinder dicht eingeführt ist und einen an der Innenwandung des Außenzylinders gleitenden Kolben besitzt, wobei im Innenzylinder und im Ringraum zwischen Innenwandung des Außenzylinders und Außenwandung des Innenzylinders Flüssigkeit vorhanden und der Kolben mit Drosselöffnungen zum Durchtritt der Flüssigkeit von dem Raum unterhalb des Kolbens in den Ringraum oberhalb des Kolbens und umgekehrt versehen ist und bei der im oberen Teil des Innenzylinders ein mit einem gasförmigen Druckfluidum gefüllter, von der Dämpfungsflüssigkeit durch einen Schwimmkolben abgegrenzter Federungsraum vorgesehen ist.

Die Luftfederung erhält durch eine derartige Ausgestaltung außer einer Stoßdämpfung zwei pneumatische Federungsstufen, die durch die beiden von der Flüssigkeit getrennten verdichteten Gaspolster gebildet werden.

Bei einer bekannten Luftfederung dieser Art besteht das untere Gaspolster aus einer mit Druckgas gefüllten elastischen Blase, die im unteren Teil des Außenzylinders angeordnet ist. Der mit den Drosselkanälen versehene Kolben gelangt bei hoher Belastung des Fahrzeuges und den bei starken Stößen auftretenden größeren Schwingungsamplituden zur Anlage an der elastischen Blase, wodurch diese beschädigt werden kann.

Bei hydraulischen Stoßdämpfern ist es ferner bekannt, in dem Druckraum des Stoßdämpfers als Zusatzfederung eine Federdose einzufügen, die aus zwei über eine Abwälzdichtung miteinander verbundenen unverformbaren Gehäuseteilen besteht, zwischen denen eine Schraubendruckfeder eingespannt ist, wobei am oberen äußeren Rand der Federdose noch eine mit der Dämpferflüssigkeit zusammenwirkende Drosseleinrichtung angeordnet ist. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß beim Aufstoß des Kolbens auf die Federdose im unteren Federungsbereich ein harter Aufschlag erfolgt und die Flüssigkeitssäule zerreißt, so daß starke Klopfgeräusche entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer mit einem hydraulischen Stoßdämpfer vereinigten Luftfederung der eingangs erwähnten Art die Nachteile der bekannten Bauart zu vermeiden und bei einfacher und betriebssicherer Ausgestal-Mit einem hydraulischen Stoßdämpfer
vereinigte Luftfederung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Wilhelm Ley, Niederlahnstein, Markstraße

Als Erfinder benannt:
Wilhelm Ley, Niederlahnstein

tung auch bei Höchstbelastungen des Fahrzeugs eine

³"> vollkommene Federung und Stoßdämpfung zu erreichen.

Gemäß der Erfindung trägt bei Luftfederungen der eingangs geschilderten Art der als Verdrängerkolben wirkende Innenzylinder an seinem inneren Ende einen mit einem Durchlaß versehenen elastischen Puffer, der bei Höchstbelastungen dichtend in eine zylindrische Ausnehmung eines im Außenzylinder geführten und dessen Gaspolster gegen den Flüssigkeitsraum abdichtenden Ausgleichskolbens eindringt und diesen zusätzlich zum Verdrängerkolben macht. Hierdurch wird ein bei Höchstbelastungen des Fahrzeugs zur Wirkung kommender steilerer Teil der Federkennlinie des Stoßdämpfers erhalten, bei dem durch den in die Ausnehmung des Ausgleichskolbens eindringenden elastischen Puffer eine zusätzliche Dämpfung wirksam wird. Auf diese Weise werden die Fahreigenschaften wesentlich verbessert, da das System stets seine federnde und stoßdämpfende Wirkung behält. In dem steileren Teil der Federkennlinie der Federung ist der gesamte Querschnitt des Außenzylinders sowie dessen Gaspolster wirksam.

Bei Flüssigkeitsstoßdämpfern ist es zwar an sich bekannt, einen Trenn- oder Schwimmkolben an einer jeweils möglichen Axialseite mit einer zylindrischen Ausnehmung zu versehen, jedoch ist diese Ausnehmung nur aus baulichen Gründen vorgesehen und

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nicht zur Aufnahme eines elastischen Puffers bestimmt.

Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung hat der von dem Innenzylinder getragene Dämpferkolben einen solchen Abstand von dem elastischen, aus einem gegen die Dämpfungsflüssigkeit beständigen Werkstoff, wie Gummi oder ölfestem Kunststoff, bestehenden Puffer, daß dieser bei Höchstbelastungen vollständig in die Ausnehmung des Ausgleichskolbens eindringt und dessen Boden belastet. Der Puffer dämpft dadurch die bei Höchstbelastungen auftretenden Stöße ab.

Es empfiehlt sich, den Puffer an seinem über den Innenzylinder ragenden Teil kegelförmig auszubilden, damit beim Eindringen des Innenzylinders in die Ausnehmung des Ausgleichskolbens die hierin befindliche Flüssigkeit durch einen sich allmählich verengenden Ringspalt verdrängt wird, wodurch zusätzlich eine progressive Drosselung erhalten wird. Außerdem erleichtert die Kegelform des Puffers das Eindringen des Innenzylinders in die Ausnehmung des Ausgleichskolbens und gibt ihm einen elastischen Auflauf.

Um eine einwandfreie Arbeitsweise der Federung und der Stoßdämpfung zu erhalten, muß dafür Sorge getragen werden, daß die Flüssigkeitsräume des Außen- und Innenzylinders und insbesondere der zwischen beiden Zylindern gebildete, von dem Dämpferkolben abgegrenzte Raum stets mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt bleiben und ein Abreißen der Flüssigkeitssäulen bei größeren Bewegungen der beiden Zylinder und des Ausgleichskolbens verhindert wird.

Dies wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß der Flüssigkeitsraum des Innenzylinders durch ein unter Federspannung stehendes Ventil mit dem Ringraum in Verbindung steht. Dieses Ventil bestimmt in Verbindung mit dem Gaspolster des Innenzylinders sowie dem Ausgleichskolben des Außenzylinders die zweite Federungsstufe und ist zweckmäßig innerhalb des Dämpferkolbens angeordnet.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt einer mit einem hydraulischen Stoßdämpfer vereinigten erfindungsgemäßen Luftfederung und

F i g. 2 eine Einzelheit im Längsschnitt.

Die als Luftfederbein ausgebildete Federung besteht aus einem geschlossenen Außenzylinder 1 und einem hierin teleskopartig geführten, an einem Ende ebenfalls geschlossenen Innenzylinder 2 von kleinerem Querschnitt. Der Außenzylinder 1 ist beispielsweise mit den Radachsen und der Innenzylinder 2 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, zu welchem Zweck die Böden der beiden Zylinder mit Befestigungsösen od. dgl. versehen sind. Der Innenzylinder 2 bildet mit dem Außenzylinder 1 einen Ringraum 3, der nach außen durch den mit einem Dichtungsring 15 versehenen Zylinderdeckel 16 abgeschlossen ist, in dem der Innenzylinder 2 gleitend geführt ist. In dem Außenzylinder 1 ist ein Ausgleichskolben 4 gleitend geführt, der gegen die Innenwandung des Außenzylinders 1 durch einen Dichtungsring 17 aus elastischem Werkstoff abgedichtet ist und im unteren Teil des Außenzylinders 1 eine mit verdichtetem Gas, Druckluft oder einem anderen kompressiblen Medium gefüllte Kammer 5 begrenzt. In dem Innenzylinder 2 ist ein Schwimmkolben 6 geführt, der im oberen Teil des Innenzylinders 2 eine ebenfalls mit verdichtetem Gas oder Druckluft ge-S füllte Kammer 7 begrenzt. Der Innenzylinder 2 trägt einen fest mit diesem verbundenen ringförmigen Kolben 8, der an der Innenwandung des Außenzylinders 1 gleitend anliegt und von Drosselkanälen 9 durchsetzt ist. Diese sind durch nicht

ίο gezeichnete Ventile, z.B. Plattenventile, beherrscht, so daß der Kolben 8 als Stoßdämpferkolben arbeitet.

Der über dem Ausgleichskolben 4 befindliche Teil des Außenzylinders 1, der Teil des Innenzylinders 2 unterhalb des Schwimmkolbens 6 sowie der Ringraum 3 sind mit einer Dämpfungsflüssigkeit, z. B. Öl, gefüllt.

Der Ausgleichskolben 4 ist an seiner Oberseite mit einer zylindrischen Ausnehmung 10 versehen. In das untere Ende des Innenzylinders 2 ist ein aus elastischem Werkstoff, wie Gummi oder ölfestem Kunststoff, bestehender Puffer 11 eingesetzt, der in der Achsmitte einen Durchlaß 13 aufweist und an seinem über das Ende des Innenzylinders 2 ragenden Teil kegelförmig ausgebildet ist. Unterhalb des Dämpferkolbens 8 ist im Innenzylinder 2 eine Bohrung 12 angebracht, die durch eine unter dem Druck einer Feder 18 stehende Ventilkugel 19 verschlossen ist. Am Boden des Außenzylinders 1 befindet sich ein Rückschlagventil 14 zum Einfüllen von Druckgas oder Druckluft in die Kammer 5.

Um das Federbein betriebsfertig zu machen, wird der Innenzylinder 2 bis zum Anliegen des Ringkolbens 8 an dem Zylinderdeckel 16 aus dem Außenzylinder 1 gezogen, wobei sich der Schwimmkolben 6 in seiner untersten Stellung befindet und am Puffer 11 anliegt.

Hierauf wird durch eine nicht gezeichnete Einfüllöffnung des Außenzylinders 1 Dämpfungsflüssigkeit, z. B. öl, in der vorgeschriebenen Menge eingefüllt. Nach Beendigung der Flüssigkeitsfüllung wird durch das Einfüllventil 14 Druckgas oder Druckluft von dem erforderlichen Überdruck in die Kammer 5 eingepreßt. Hierdurch wird der Ausgleichskolben 4 nach oben verschoben und belastet die Flüssigkeitssäule, die durch den Kanal 13 des Puffers 11 ihren Weg zum Schwimmkolben 6 findet, der nach oben gleitet und die über ihm im Innenzylinder 2 befindliche Luft 7 auf den gleichen Druck verdichtet wie in der Luftkammer 5.

Die Arbeitsweise des betriebsfertigen Federbeins ist folgende:

In der Zeichnung ist das Federbein in der Stellung gezeigt, in der es beim Stillstand des Fahrzeugs die Belastung des Fahrzeugaufbaus trägt, und zwar durch Eindringen des Innenzylinders 2 in den Außenzylinder 1, wodurch die Luftpolster in den Räumen 5 und 7 vorbelastet werden. Bei zunehmender Belastung, entweder durch Vergrößerung der Nutzlast oder bei Schwingungen durch Unebenheiten der Fahrbahn, wird der Innenzylinder 2 tiefer in den Außenzylinder 1 verschoben, wobei der Ausgleichskolben 4 und der Schwimmkolben 6 der Flüssigkeitssäule nachgeben und die Luftpolster 5, 7 höher belasten. Da der Ausgleichskolben 4 einen größeren Querschnitt hat als der Schwimmkolben 6, führt er einen kürzeren Weg nach unten aus, so daß der Innenzylinder 2 mit seinem unteren Ende in die Aus-

nehmung 10 des Ausgleichskolbens eindringt. Wegen der Kegelform des Puffers 11 erhält der Innenzylinder bei seinem Eindringen in die Ausnehmung 10 eine gute Führung, und es wird ein Teil der Flüssigkeit aus der Ausnehmung 10 durch den sich allmählich verengenden Ringspalt zwischen dem Puffer 11 und der Innenwandung des Ausgleichskolbens 4 allmählich verdrängt, wodurch ein weiches Eindringen des Innenzylinders 2 in die Ausnehmung 10 erreicht wird. Bei weiterem Eindringen des Innenzylinders 2 wird durch die Verdichtung der Ausnehmung 10 die Flüssigkeit vom Ringraum 3 getrennt und kann nur durch den Kanal 13 über das Ventil 19 unter Drosselung in den Ringraum 3 gelangen. Die Drosselung des Ventils 19 infolge der Federspannung 18 erhöht die Tragfähigkeit des Federbeins und kann entsprechend gewählt werden. Der gedrosselte Abfluß der Flüssigkeit aus der Ausnehmung 10 hält den sich vergrößernden Ringraum 3 bei dieser Federungsstufe in ständiger Füllung, so daß ein Abreißen der Flüssigkeitssäule nicht eintreten kann.

Bei Höchstbelastung hat der Innenzylinder 2 das Bestreben, sich noch weiter nach unten zu bewegen, wobei der Puffer 11 zur Anlage an dem Boden des Ausgleichskolbens 4 gelangt. Dieser belastet mit seinem ganzen Querschnitt das Luftpolster im Raum S und wird durch die auf den Innenzylinder 2 wirkende Belastung nach unten gedrückt, wodurch das Luftpolster im Raum 5 weiter verdichtet und so die höchste Leistungsstufe für das Luftfederbein erreicht wird. Da das obere Luftpolster 7 den gleichen Druck hat wie das untere Luftpolster 5, wird die durch den Durchlaß 13 nach dem Flüssigkeitsraum im Innenzylinder 2 eingedrungene Flüssigkeit durch die Bohrung 12 des Ventils 19 nach dem Raum 3 abströmen. Hierdurch wird der Volumenmangel der Flüssigkeit im Außenzylinder 1 ausgeglichen, und dieser bleibt stets, und zwar auch bei Höchstbelastung, dauernd mit Flüssigkeit gefüllt. Ein Abreißen der Flüssigkeitssäule wird infolgedessen mit Sicherheit vermieden. Die unteren Endlagen des Ausgleichskolbens 4 und des Innenzylinders 2 entsprechen der höchsten Leistungsstufe der Federung.

Bei Entlastung bewegen sich Innenzylinder 2 und Ausgleichskolben nach oben, und es verringert sich infolgedessen das Volumen der Flüssigkeitsmenge im Außenzylinder 1. Der Ausgleichskolben 4 und der Schwimmkolben 6 gelangen infolge Entspannung der Luftpolster 5 und 7 wieder in die Ausgangslage. _

Bei Belastungszunahme bewirkt der Innenzylinder eine zweimalige Verdrängung der Flüssigkeit, wobei eine Stoßdämpferwirkung durch die Drosselkanäle 9 des Ringkolbens 8 entsteht.

Damit das Ventil 19 das Eindringen des Innen-Zylinders 2 in die Ausnehmung 10 des Ausgleichskolbens auch bei Höchstbelastung nicht hindert, wird es zweckmäßig innerhalb des Ringkolbens 8 vorgesehen, wie beispielsweise in F i g. 2 dargestellt ist. Hierbei ist der Ringkolben 8 mit einer radialen Bohrung 20 versehen, die gleichachsig zu der Bohrung 12 der Wandung des Innenzylinders 2 angebracht ist und zur Aufnahme der Ventilfeder 18 dient, während die Ventilkugel 19 die Bohrung 12 beherrscht.

Die nach der Lehre der Erfindung ausgebildete, mit einem hydraulischen Stoßdämpfer vereinigte, mit drei Federungseinheiten ausgerüstete Luftfederung hat trotzdem eine einfache Ausgestaltung, die eine wirtschaftliche Fertigung als Massenerzeugnis ermöglicht und praktisch keinem Verschleiß ausgesetzt ist. Außerdem wird eine verhältnismäßig geringe Baulänge erreicht. Von besonderem Vorteil ist es, daß der als Arbeitskolben der Federung dienende Innenzylinder 2 über seine ganze Länge gleichen Durchmesser hat und dabei zwei bei normaler Beanspruchung wirksame betriebsmäßige Federungseinheiten sowie eine weitere Federungseinheit bildet, welche nur bei einer Höchstbelastung in Funktion ist. Ferner kann durch die Vorspannung der Ventilfeder 18 die betriebsmäßige Sollbelastung in einfacher Weise eingestellt werden, so daß für eine Änderung der Federwirkung keine Änderungen in den Einzelteilen des Luftfederbeins erforderlich sind. Es können daher der gleiche Außen- und Innenzylinder 1, 2 mit dem gleichen Ausgleichskolben 4, Schwimmkolben 6 und Stoßdämpferkolben 8 für verschieden starke Federungen verwendet werden, was die Fertigung des Luftfederbeins weiter wesentlich vereinfacht.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit einem hydraulischen Stoßdämpfer vereinigte Luftfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Außenzylinder, der getrenntein komprimiertes Gas und Flüssigkeit aufnimmt, und mit einem Innenzylinder kleineren Querschnitts, der in den Außenzylinder dicht eingeführt ist und einen an der Innenwandung des Außenzylinders gleitenden Kolben besitzt, wobei im Innenzylinder und im Ringraum zwischen Innenwandung des Außenzylinders und Außenwandung des Innenzylinders Flüssigkeit vorhanden und der Kolben mit Drosselöffnungen zum Durchtritt der Flüssigkeit von dem Raum unterhalb des Kolbens in den Ringraum oberhalb des Kolbens und umgekehrt versehen ist und bei der im oberen Teil des Innenzylinders ein mit einem gasförmigen Druckfluidum gefüllter, von der Dämpfungsflüssigkeit durch einen Schwimmkolben abgegrenzter Federungsraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der als Verdrängerkolben wirkende Innenzylinder (2) an seinem inneren Ende einen mit einem Durchlaß (13) versehenen elastischen Puffer (11) trägt, der bei Höchstbelastungen dichtend in eine zylindrische Ausnehmung (10) eines im Außenzylinder (1) geführten und dessen Gaspolster (5) gegen den Flüssigkeitsraum abdichtenden Ausgleichskolbens (4) eindringt und diesen zusätzlich zum Verdrängerkolben macht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Innenzylinder (2) getragene Dämpferkolben (8) einen solchen Abstand von dem Puffer (11) hat, daß dieser bei Höchstbelastungen vollständig in die Ausnehmung (10) des Ausgleichskolbens (4) eindringt und dessen Boden belastet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (11) kegelförmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Wandung des Innenzylinders (2) vorgesehener, mit dem Flüssigkeitsraum des Außenzylinders (1) in Verbindung

stehender Durchlaß (12) von einem durch eine Feder (18) belasteten Ventil (19) beherrscht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Ventil (19) innerhalb des Dämpferkolbens (8) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1049 720; deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1773 319, 534;
französische Patentschrift Nr. 1083 751.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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