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Hydropneumatische Abfederungsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Abfederungsvorrichtung, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, mit einem mit den ungefederten Fahrzeugmassen, z. B. der Radachse,
über eine hohle Kolbenstange verbundenen Arbeitskolben, wobei die hohle Kolbenstange
als Vorratsbehälter für die Flüssigkeit ausgebildet ist, und der an den abgefederten
Teilen, z. B. dem Fahrzeugrahmen, befestigte Zy-
linder ebenfalls mit Flüssigkeit
gefüllt ist, die über eine elastische Trennwand unter Einwirkung eines gasförmigen
Druckmittels steht, das zum Ausgleich von Höhenänderungen des Fahrzeugrahmens infolge
Beladungsänderungen die Flüssigkeitsmenge im Zylinder verändert.
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Eine bekannte Ausgestaltung einer derartigen hy-
dropneumatischen
Abfederungsvorrichtung hat einen als Differentialkolben ausgebildeten Arbeitskolben,
der im wesentlichen aus einem unten abgeschlossenen Rohr und einem hierin fest angeordneten
Stangenkolben von gleicher Länge besteht. Als Vorratsbehälter für die Flüssigkeit
dient eine Ringkammer, die den Arbeitszylinder umgibt, über besondere Kanäle mit
dem Arbeitsraum oberhalb des Stangenkolbens verbunden ist und außerdem die Leckflüssigkeit
des Arbeitskolbens aufnimmt, dessen Mittellage durch eine im Zylinderdeckel untergebrachte
Pumpe aufrechterhalten wird.
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Bei einer anderen hydropneumatischen Radauffiängung der eingangs geschilderten
Art ist es bekannt, die rohrförinige Kolbenstange des Arbeitszylinders als Vorratsbehälter
für die Flüssigkeit zu verwenden, der über am oberen Ende der Kolbenstange angebrachte
Durchlässe mit dem Raum unterhalb des Arbeitskolbens in ständig offener Verbindung
steht. Der pneumatische Ausgleich wird durch eine unter Gasdruck stehende Kammer
bewirkt, die eine den Arbeitszylinder auf seiner ganzen Länge umgebende ringförmige
Flüssigkeitskammer umschließt und von dieser durch eine dehnbare, rohrfönnige Wand
aus elastomerem Werkstoff getrennt ist.
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Diese bekannten hydropneumatischen Abfederungsvorrichtungen sind wegen
ihrer verwickelten Ausgestaltung in der Herstellung kostspielig und können nur relativ
schwierig in die Fahrzeuge eingebaut werden. Außerdem sind sie leicht Störungen
unterworfen und Reparaturen schlecht zugänglich. Ihre Betriebssicherheit ist infolgedessen
nicht unbedingt ausreichend. Durch die Erfindung soll unter Venneidung der Nachteile
der bisher bekannten hy-
dropneumatischen Abfederungsvorrichtungen bei einfacher,
robuster Bauweise und leichter Zugänglichkeit eine hohe Betriebssicherheit erhalten
werden. Gemäß der Erfindung umschließt bei Abfederungsvorrichtungen der eingangs
geschilderten Art die den Vorratsbehälter für die Flüssigkeit bildende rohrförmige
Kolbenstange des Arbeitskolbens eine von einer Faltenmembran begrenzte, mit der
Außenluft über eine öffnung im unteren Kolbenstangenboden in Verbindung stehende
Ausgleichskammer in ihrem Innern und kommuniziert über durch einen federbelasteten
Ringschieber am oberen äußeren Umfang der Kolbenstange beherrschte Durchlässe in
derselben mit einem die Kolbenstange umgebenden ringfönnigen Flüssigkeitsraum, und
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben mit einem festen Teil des oberen
Bodens seines Zylinders eine Flüssigkeitspumpe bildet, die bei stärkeren Beladungen
des Fahrzeugs wirksam ist, und die aus dem Vorratsbehälter in den Raum des Pumpenzylinders
über das Bodenventil desselben gelangte Flüssigkeit in den oberen Flüssigkeitsraum
des Arbeitszylinders sowie in den durch eine Faltenmembran begrenzten Flüssigkeitsausgleichsraum
oberhalb des oberen Zylinderbodens fördert.
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Durch die Erfindung wird eine besonders einfache Ausgestaltung der
hydropneumatischen Abfederungsvorrichtung ermöglicht, die infolge Anordnung der
von einer Faltenmembran begrenzten Ausgleichskammer innerhalb des Flüssigkeitsvorratsbehälters
in der hohlen Kolbenstange bei guter Abdichtung der Ausgleichskammer eine überaus
gedrängte Bauweise sowie eine gute Wärineabführung ermöglicht, da der Arbeitszylinder
auf dem größten Teil seiner Länge frei liegt.
Nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung ist am Arbeitskolben ein in den Vorratsbehälter ragender Pumpenzylinder
angeordnet, der mit einem am oberen Boden des Arbeitszylinders befestigten, nach
unten ragenden Tauchkolben zusammenwirkt. Die Pumpe kommt dadurch in der
Mittellage des Federungselements zu liegen. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung
besteht darin, daß mit dem am Boden des Pumpenzylinders angeordneten Ventil, das
als Auslaßventil des Vorratsbehälters und als Saugventil der Pumpe dient, ein im
Boden des hohl ausgebildeten Tauchkolbens untergebrachtes Druckventil vorgesehen
ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trägt der Boden des ringförmigen
Flüssigkeitsraums ein Federelement, das bei Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens einen
Anschlag für den unter Wirkung einer schwächeren Feder stehenden Ringschieber bildet
und diesen aus seiner dieDurchlässe verschließenden Normallage in eine sie freigebende
Lage verschiebt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung
im Längsschnitt veranschaulicht. Die Abfederungsvorrichtung besteht aus einem zylindrischen
Außengehäuse 1, dessen geschlossener Deckel mit einem Ansatz 2 zur Befestigung
am Fahrzeugrahmen versehen und dessen unteres eingezogenes Ende 3 fest, z.
B. durch Verschweißen, mit einem Zylinder 4 verbunden ist. Der Zylinder 4 ragt mit
seinem oberen Teil in das Außengehäuse 1 und ist durch eine Platte
5 verschlossen, die mittels einer Sicke 6 dicht mit dem Zylinder 4
verbunden und mit von nicht gezeichneten Drosselventilen beherrschten Durchgangskanälen
7, 8 versehen ist. Zwischen der Platte 5 und dem Ende des Zylinders
4 ist eine elastische Faltemnembran 9 eingespannt, die zwischen sich und
dem Außengehäuse 1 einen mit hochgespanntem Gas gefüllten Raum
10 einschließt. Die Falterunembran 9 begrenzt einen Ölraum
11, der über die beiden in der Platte 5 vorgesehenen Drosselkanäle
7, 8 in Verbindung mit einem von dem oberen Teil des Zylinders 4 gebildeten
Ölraum 12 steht.
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Die Platte 5 ist mit einer zentrischen Bohrung 13
versehen,
in die ein in den Ölraum 12 ragendes zylindrisches Rohr 14 eingesetzt ist, in dessen
Boden ein Ventil 15 angeordnet ist.
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In dem Zylinder 4 ist ein Arbeitskolben 16 gleitend geführt,
der an seinem Umfang Durchlässe 17
aufweist und an einem zylindrischen Rohr
18 befestigt ist. Das Rohr 18 ragt mit seinem unteren Ende aus dem
Zylinder 4 und ist gegen diesen durch eine Ringscheibe 19 abgedichtet. Der
Boden 20 des Rohres 18 ist mit einem Ansatz 21 zur Verbindung mit der Radachse
des Fahrzeugs versehen. In dem Boden 20 ist ein Faltenbalg 22 befestigt, der eine
mit niedergespanntem Gas, z. B. Luft, gefüllte Kammer 23 begrenzt und durch
eine im Boden 20 vorgesehene Ausgleichsöffnung 24 mit der Außenluft in Verbindung
steht.
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Das den ArbeitskoIben 16 tragende Rohr 18 ist mit
Öl 25 gefällt, das auch den zwischen der Faltenmembran 22 und den unteren
Teil des Rohres 18
bildenden Ringraum anfällt. Ebenso ist der Ringraum
26 zwischen der Innenwandung des Zylinders 4 und dem Rohr 18 mit
Öl gefällt. In diesem Ringraum ist eine Schraubenfeder 27 angeordnet,
die auf der Ringscheibe 19 ruht.
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In eine zentrische Bohrung 28 des Arbeitskolbens
16 ist ein in den ölraum 25 ragender Tauchzylinder 29 eingesetzt,
an dessen Boden ein Ventil 30 angeordnet ist. Der Innendurchmesser des Tauchzylinders
29 ist gleich dem Außendurchmesser des an der Platte 5 befestigten
Rohres 14.
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Das den Arbeitskolben 16 tragende Rohr 18 weist in seinem
oberen Teil öffnungen 31 und 32 auf, die von einem unter der Wirkung
einer schwachen Schraubenfeder 33 stehenden Ringschieber 34 beherrscht sind.
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Zum Einfüllen von Druckgas in die Kammer 10
ist in dem Außengehäuse
1 ein mit einem Absperrorgan versehener Stutzen 35 angeordnet, durch
den das gasförmige Druckmittel, z. B. Preßluft, eingefüllt und ergänzt werden kann.
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Die Abfederungsvorrichtung hat folgende Wirkungsweise: Das Druckgas
im Raum 10 dient als federndes Mittel und wirkt über die Faltenmembran
9 sowie das in den Räumen 11 und 12 befindliche Öl auf den
Arbeitskolben 16. Die bei der Fahrt auftretenden Stöße werden in bekannter
Weise durch die Drosselkanäle 7, 8 der Platte 5 gedämpft. Die Schwingbewegungen
der Radachse werden auf den Arbeitskolben 16 übertragen.
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Bei einer mittleren Beladung des Fahrzeugs hat der Arbeitskolben
16 die in der Zeichnung dargestellte Lage, in welcher das Rohr 14 nicht in
Berührung mit dem Tauchzylinder 29 gelangt.
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Wird das Fahrzeug stärker beladen, so muß die Ölmenge in den Räumen
11, 12 und 26 vergrößert werden. Zunächst wird das Gaspolster im Raum
10
stärker verdichtet, der Arbeitskolben 16 erhält dadurch eine höhere
Mittellage für seine Schwingbewegungen. Hierdurch gelangt der Rohrkolben 14 in den
Tauchzylinder 29, und die in diesem befindliche öhnenge wird von dem ölraum
12 getrennt. Bewegt sich der Arbeitskolben 16 infolge der Schwingungen der
Radachse nach oben, so wird das im Tauchzylinder 29 befindliche
Öl durch Ventil 5 in den Raum 11 gedrückt. Bei einer Abwärtsbewegung
des Arbeitskolbens 16 entsteht in dem Tauchzylinder 29 ein Unterdruck,
durch den Öl aus dem Raum 25 über Ventil 30 in den Tauchzylinder
29 gesaugt wird. Bei Umkehr der Bewegung des Arbeitskolbens 16
wird
dieses Öl über Ventil 15 in den Raum 11 gedrückt. Dieser Vorgang
wiederholt sich so lange, bis der Arbeitskolben 16 wieder seine normale Mittellage
erreicht hat. Die aus dem Tauchzylinder 29 entnommene Öhnenge ergänzt sich
infolgedessen beim Abwärtsgang des Arbeitskolbens 16 über Ventil
30
aus dem ölvorrat 25, der durch das Luftpolster 23
des Faltenbalges
22 ausgeglichen wird. Der Arbeitskolben 16 kann daher bei seinem nächsten
Stoß nicht mehr zu weit in den Arbeitszylinder 4 eindringen und schwingt wieder
um seine ursprüngliche Mittellage.
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Wird die Beladung des Fahrzeugs verringert, so muß die ölmenge in
den Räumen 11, 12 und 26 verringert werden. Zunächst dehnt sich das
Druckgas im Raum 10 aus, und die Mittellage der Schwingbewegung des Arbeitskolbens
16 wird tiefer gelegt. Bei den nächstfolgenden Stößen legt sich der Ringschieber
34 gegen die oberste Windung der Schraubenfeder 27 und wird dadurch nach
oben geschoben, so daß er die Kanäle 31 und 32 öffnet, die in der
Normallage durch den unter Wirkung der Feder 33 stehenden Ringschieber 34
verschlossen sind, wodurch die Verbindung zwischen den Ölräumen 25 und
26 unterbrochen ist. Werden aber die
Kanäle 10 und
11 geöffnet, so strömt unter der Wirkung des höheren Drucks der öhnenge
26 gegenüber dem durch das Luftpolster des Faltenbalges 22 bestimmten, im
Raum 25 herrschenden Gegendruck eine gewisse ölmenge in den Raum
25 zurück. Demzufolge bewegt sich der Arbeitskolben 16 nach oben,
damit hebt sich auch der Ringschieber 34 von der Feder 27 ab und wird durch
die Feder 33 wieder in seine die Kanäle 10 und 11 schließende
Ausgangslage gebracht. Der Arbeitskolben 16 nimmt somit wieder seine ursprüngliche
Mittellage ein.
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Der freie Durchtritt von der ölmenge 12 zu der ölmenge 26 wird
durch die am Umfang des Arbeitskolbens 16 vorgesehenen Durchlässe
17 gewährleistet. Auf diese Weise kann der Arbeitskolben 16 den gleichen
Durchmesser wie der Innendurchmesser des Arbeitszylinders 4 haben und wird in diesem
zuverlässig geführt. Außerdem bildet sein Rand auch eine ausreichende Auflagefläche
für die Feder 33 des Ringschiebers 34.
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Wie aus der Beschreibung hervorgeht, dient das Ventil 30 gleichzeitig
als Auslaßventil des ölspeichers 25 und als Saugventil der von dem Tauchzylinder
29
und dem Rohrkolben 14 gebildeten Flüssigkeitspumpe.
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Alle Teile des Federungselements sind aus preiswertem Rohnnaterial
hergestellt oder sind einfache Drehteile. Infolgedessen läßt die erfindungsgemäße
Ausführung eine billige, einfache Herstellung bei verhältnismäßig geringen Toleranzen
zu, was besonders für die Massenfertigung der in Kraftfahrzeugen eingebauten Federungselemente
von Bedeutung ist.