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Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eint selbstpumpendes
hydropneunatischeg Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für, Fahrzeuge,
das einen Zylinder und eine drin eintauchende Kolbenstange mint Kolben umfaßt und
bei demn eine Pumpe zwischen gen durch die Federbewegungen relativ zueinander bewegten
Teilen vorgesehen ist, die über Rückschlagventile mit einem vom Kolben beaufschlagten
Federraum und einem Vorrats oder Speicherraum verbunden ist, Zweck derartiger hydropneumatischer
Federbeine ist es, außer der Abfederung der Karosserie gegenüber den Fahrzeugrädern
eineng konstanten Abstand der Karosserie zur Fahrbahn, und zwar unabhängig von der
Beladung des Fahrzeuges zu halten. Durch die Anordnung der Regelpumpe im Innern
des zwischen der- Radachse und dem Wagenaufbau eingebauten Federelementes wird die
Energie der Relativbewegung zwischen Rad und Wagenaufbau zur Niveauregelung verwendet.
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Durch die deutsche Patentschrift 1043102 und die USA.-Patentschrift
2 802 664 sind hydropneumatische Federungen mit innerer Niveauregelung bekannt,
wobei der Pumpenkolben und der Pumpenzylinder fegt mit den durch die Abfederungsbewegungen
relativ zueinander bewegten Teilen der Feder verbunden sind. Auf Grund dieses konstruktiven
Aufbaues findet ein ständiges Gleiten des Pumpenkolbens im Pumpen ,zylinder statt,
da die Pumpe ständig die Federungsbewegungen mitmacht, auch wenn dadurch keine Niveauänderung
des Fahrzeuges bewirkt wird.
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Die bekannte hydropneumatische Abfedetung nach der deutschen Patentschrift
1117412 zeigt einen Pumßpenkolben einer Regelpumpe, der federnd -in einer Führung
im Differentialkolben ungeordnet ist. Die Pumpbewegung der Regelpumpe findet bei
dieser Konstruktion so lange statt, bis der-Druck im Speicherraum so weit gestiegen
ist, daß der auf den Pumpenkolben ausgeübte Federdruck nicht mehr ausxeieht, das
Rückschlagventil im Speicherraum zu ,öffnen. Durch diesen federnd im Differentialkolben
angeordneten Pumpenkolben der Regelpumpe wird durch die Druckbegrenzung für den
Speicherraum lediglich ein Überlastungsschutz des Federbeines erzielt, .- Weiter-
ist durch die deutsche- Auslegeschrift 1 198 220 eine hydropneumatische Abfederungsvorrichtung
bekannt,bei welcher der Pumpenkolben der Regelpumpe sich in der Normallage des Fahrzeugaufbaues
außerhalb des Pumpenzylinders befindet und erst beim Absinken des Wagenkastens fn
den Zylinder eintaucht. Eine solche Konstruktion erfordert eine sehr genaue Zentrierung
von Pumpenkolben und Pumpenzylinder, ebenso eine äußerst exakte Führung der gegeneinander
bewegbaren Teile des Federaggregates.Ebenso zeigt die- deutsche Patentschtift 1183801
eine hydropneumatische Federung mit Dämpfung und selbsttätiger Höhenregel für Kraftfahrzeuge,
wobei die Puipe für die Niveauregelung als Tauchkolbenpumpe ausgebildet ist.
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Bekannt ist ferner eine hydropneumatische Federung mit Dämpfurig und
selbsttätiger Hö enfegelung nach der deutschen Patentschrift 1137325, bei der die
Kolbenstange einen den Pumpenkolben darstellenden Ansatz aufweist, der ab- einem
bestimmten Hub in einten Zylinder eintaucht, Auch bei dieser Konstruktion fst eine
sehr genaue Bearbeitung des Pumpenkolbens und des Pumpenzylinders sowie eine äußerst
exakte Zentrierung von Pumpenzylinder zu Pumpenkolben erforderlich.
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- Eine Pumpeinrichtung für Federbeine von Krßftfahrzeugen wurde durch
die deutsche Patenschrift 1202656 bekannt.Bei dieser Pümpeinrichtung weist der Pumpenkolben
einen Außenflansch auf, der durch eine Feder gegen einen im Behälter angebrachten
Anschlag gedrückt wird. Dabei wird der Weg des Außenflansches -durch den Anschlag
und defi Zylinder -begrenzt; wobei kleiner ist :als die Amplitude, mit der--die
Räder eines Fahrzeuges-auch -auf einer guten Straße mit der Frequenz ihrer - Eigenschwingufigen
-ständig - auf und-- abschwingen. Der .Zweck diesen` Konstruktion ist dabei; daß
die Pumpeinrichtunlgen sämtlicher Federbeine des Fahrzeuges, ungeachtet- - der Straßenbeschaffenheit;
gleichviel fördern.
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- -Die -Aufgabe -der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches;
selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung zu schaffen,
das
einen einfachen Aufbau aufweist und dessen Betriebssicherheit über einen langen
Zeitraum gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen einem
durch die Federbewegungen bewegten Teil und den damit in Verbindung stehenden Pumpenteil
Verbindungsmittel mit einem bestimmten Axialspiel vorgesehen sind, wobei dieses
Axialspiel dem Federweg entspricht, der ohne Pumpeinsatz bleiben soll. - Ein Verschleiß
an der Regelpumpe kann bei der erfindungsgemäßen Konstruktion bei normaler Höhenlage
des Wagenkastens über der Fahrbahn nicht auftreten, da infolge des Axialspiels,
welches durch die Verbindungsmittel hervorgerufen wird, keine Relativbewegung von
Pumpenkolben und Pumpenzlyinder im Bereich des Federwagens stattfindet. Dadurch
ist eine einwandfreie Funktion der Regelpumpe und damit des gesamten hydropneumatischen
Federaggregates über eine sehr lange Betriebszeit gewährleistet. Auch ist eine sehr
genaue Zentrierung und Führung des Pumpenkolbens bzw. des Pumpenzylinders nicht
erforderlich, da der Pumpenkolben sich ständig im Pumpenzylinder befindet und nicht
aus diesem ausfährt.
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Wie die Erfindung zeigt; bestehen die Verbindungsmittel aus einem
ein Zwischenstück bzw. eine Pumpenkolbenstange umfassenden Führungszylinder, der
mit einer dem Kolbenstangenaustritt gegenüberliegenden Behälterstirnwand verbunden
ist, wobei zwischen dem Boden des Führungszylinders und dem Ende der Pumpenkolbenstange
bzw. des Zwischenstückes das Axialspiel vorgesehen ist. Die Anordnung eines Zwischenstückes
in dem Führungszylinder ist nicht unbedingt erforderlich, es kann ohne weiteres
auch die Pumpenkolbenstange selbst vom Führungszylinder umfaßt werden. Die Gleitflächen
der Pumpenkolbenstange des Zwischenstückes und .des Führungszylinders erfordern
dabei nicht die exakte Bearbeitung wie dies für den Pumpenkolben und den Pumpenzylinder
notwendig ist, da auftretende Lockverluste zwischen den Verbindungsmitteln und der
Pumpenkolbenstange ohne Bedeutung sind. Auch eine Änderung der Lockverluste während
des Betriebes hat keinen Einfluß auf die Funktion des Federbeines. Dies ist ein
sehr wesentlicher Vorteil,da eine Niveauregelung nur bei Änderung der Belastung
des Kraftfahrzeuges vorgenommen werden muß und diese Niveauänderung innerhalb einer
relativ kurzen Fahrstrecke bewirkt wird. Bei der weitaus größten Fahrzeit ist demnach
eine Niveauregelung berhaupt nicht erforderlich, und es findet nur die übliche Federbewegung
statt. Da während dieser Federbewegung lediglich eine Relativbewegung zwischen der
Pumpenkolbenstange und dem Führungszylinder bzw. zwischen der Pumpenkolbenstange
und dem Zwischenstück besteht, der Pumpenkolben jedoch im Pumpenzylinder keine Bewegung
ausführt, ist ein Verschleiß an Pumpenkolben und Pumpenzylinder in diesem Fahrzustand
nicht möglich.
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Einen besonders einfachen Aufbau des Federbeins erhält man gemäß der
Erfindung dadurch, daß der Pumpenzylinder in an sich bekannter Weise durch eine
Kolbenstangenbohrung gebildet wird und ein darin eintauchender Pumpenkolben eine
Pumpenkolbenstange aufweist, die an ihrem Ende als Kolben ausgebildet ist, der in
dem Zwischenstück bzw. dem Führungszylinder gleitet. Nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung ist das Zwischenstück als Kolben ausgebildet, der in dem Führungszylinder
gleitet und dessen freies Ende fest mit einem elastischen Balg verbunden ist, der
die Druckgasfüllung im Federraum von dem flüssigen Übertragungsmedium im Arbeitsraum
trennt. Die Befestigung des elastischen Balges an dem Zwischenstück gewährleistet
eine einwandfreie Abdichtung zwischen Federraum und Arbeitsraum, denn das Zwischenstück
bildet zusammen mit dem elastischen Balg einen in sich gsechlossenen Hohlraum, wobei
keine gleitende Abdichtung zwischen dem Federraum und dem Arbeitsraum vorhanden
ist.
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Entsprechend der Erfindung weist die als Kolben ausgebildete Pumpenkolbenstange
in einem Bereich mindestens eine Längsnut auf, und das als Zylinder für die Pumpenkolbenstange
ausgebildete Zwischenstück bildet im unteren Teil einen Raum mit größerem Durchmesser,
so daß zwischen dem Ende der Pumpenkolbenstange und der. Raumwand ein Ringraum entsteht.
Dadurch wird auf sehr einfache Weise das Axialspiel der Pumpenkolbenstange begrenzt.
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Eine sehr einfache Verbindung des Zwischenstückes mit dem, elastischen
Balg wird erfindungsgemäß dadurch erzielt,daß der elastische Balg zur Befestigung
mit dem Zwischenstück in an sich bekannter Weise eine Ringwulst aufweist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
Die dargestellte Figur zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Federbein.
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Das zwischen der Fahrzeugachse und dem Wagenaufbau angeordnete Federbein
weist einen Behälter 1 auf, mit einem koaxial in seinem- Innern angeordneten und
durch einen Abschlußdeckel 3 im Behälter 1 befestigten Zylinder 2. Eine Kolbenstange
4 ist fest mit einem Kolben 5 verbunden und durchsetzt den Abschlußdeckel 3. In
einer als Pumpenzylinder ausgebildeten Kolbenstangenbohrung 30 ist ein Pumpenkolben
6 einer Regelpumpe angeordnet, wobei die Verlängerung des Pumpenkolbens 6 als Pumpenkolbenstange
7 ausgebildet ist, die eine Längsnut 20 aufweist und in der Bohrung eines Zwischenstückes
11- gleitet. Zwischen einer Behälterstirnwand 8 und dem Behälter 1 ist ein elastischer
Balg 12 der zur Verbindung mit dem Zwischenstück-11 einen Ringwulst 13 aufweist.
Ein mit der Behälterstirnwand 8 fest verbundener Führungszylinder 9 weist im unteren
Teil Durchtrittsöffnungen 10 auf, welche .den von der Bohrung des Führungszylinders
9 und' dem Zwischenstück 11- gebildeten Hohlraum mit einem reit einer Druckgasfüllung
versehenen Federraum 14 vorbinden. Unterhalb des Kolbens 5 befindet sich in. mit
flüssigem Übertragungsmedium gefüllter Arbeitsraum 15, während ein ebenfalls flüssigkeitsgefüllter
Arbeitsraum 16 oberhalb -des Kolbens über Drossel-Bohrungen 21 mit einem Vorratsraum
17 in Verbindung steht. Zwischen dem Vorratsraum 17 und einem Gaspolster 19 befindet
sich ein abdichtender Trennkolben 18, der in --dem vom Zylinder 2 und -dein Behälter
1 gebildeten Ringraum axial beweglich ist. Ein im Pumpenkolben-6 der Regelpumpe
befindlicher Kanal 24, ein Kanal 23 in der Kolbenstange 4 unkt im
Kolben 5 sowie ein Rückschlagventil 22 stellen-die Verbindungsleitung für das flüssige
übertragungsmedium vom Arbeitsraum 16 zu der als Pumpenzylinder ausgebildeten Kolbenstangenbohrung
30 hier. Der Arbeitsraum 15 wird über eine zentrale Längsbohreng
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und ein Rückschlagventil 25 im Pumpenkolben mit der Kolbenstangenbohrung 30 und
über eine Bohrung 28 in axialer Richtung und eine Steuerput 27 im Pumpenkolben sowie
eine Radialbohrung 29 in der Kolbenstange 4 mit dem Arbeitsraum 16 verbunden.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Federbeines ist folgende:
Das zwischen der Radachse und dem Wagenaufbau eingebaute Federbein führt bei normaler
Niveauhöhe Federungsbewegungen aus, wobei die Kolbenstange 4 und damit auch der
Kolben in den Zylinder 2 ein-und ausfahren. Durch die unterhalb des Kolbens im Arbeitsraum
15 befindliche Übertragungsflüssigkeit wird die im Federraum 14 befindliche Druckgasfüllung
entsprechend der Federungsbewegung komprimiert oder entspannt, wobei der das gasförmige
Medium vom flüssigen Medium trennende elastische Balg 12 dem Zwischenstück 11 eine
axiale Bewegung indem Führungszylinder 9 erteilt. Da sich die Pumpenkolbenstange
7 in der Bohrung des Zwischenstückes 11 ebenfalls in axialer Richtung bewegen kann,
macht der Pumpenkolben 6 jede Federungsbewegung mit der Kolbenstange 4 mit, ohne
daß er sich in der Kolbenstangenbohrung 30, die den Pumpenzylinder darstellt, verschiebt.
Die Stellung des Pumpenkolbens 6 in der Kolbenstangenbohrung 30 ist dabei in dieser
Normallage derart, daß dieser den Kanal 23 zum Arbeitsraum 16 und die Radialbohrung
29 in der Kolbenstange 4 verschließt, wodurch weder flüssiges Übertragungsmedium
in die Kolbenstangenbohrung 30, noch über die im Pumpenkolben 6 angeordnete axiale
Bohrung 28 in den Arbeitsraum 15 fließen kann.
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Beim Beladen des Fahrzeuges taucht die Kolbenstange 4 und damit auch
der Kolben 5 in den Zylinder 2 ein, wobei die Pumpenkolbenstange 7 in das Zwischenstück
11 einfährt und, bedingt durch Verkleinerung des Federraumes 14 infolge der Kompression
der Druckgasfüllung, sich das Zwischenstück 11 im Führungszylinder 9 nach unten
verschiebt. Ist die Belastung so groß, daß die Pumpenkolbenstange 7 im Zwischenstück
11 unten aufsteht und ebenfalls das Zwischenstück 11 im Führungszylinder 9, dann
verschiebt sich der Pumpenkolben 6 in der Kolbenstangenbohrung 30 und drückt das
in der Kolbenstangenbohrung 30 befindliche flüssige Übertragungsmedium über das
Rückschlagventi1 25 und die zentrale Längsbohrung 26 in den Arbeitsraum 15. Durch
die beim Fahren auftretende Relativbewegung der Radachse zu dem Wagenaufbau wird
durch die hin-und hergehende Bewegung der Kolbenstange 4 beim Ausfedern ständig
flüssiges Übertragungsmedium aus dem Arbeitsraum 16 über das im Kolben 5 befindliche
Rückschlagventil 22 und die Kanäle 23 und 24 in die Kolbenstangenbohrung 30 gesaugt,
während beim Einfedern die in der Kolbenstangenbohrung 30 befindliche Flüssigkeit
über das Rückschlagventil 25 und die zentrale Längsbohrung 26 in den Arbeitsraum
15 gepumpt wird. Dieser Pumpvorgang dauert so lange, bis das Federbein die normale
Niveauhöhe erreicht hat und die Pumpenkolbenstange 7 im Zwischenstück 11 und dieses
im Führungszylinder 9 die Bewegungsfreiheit erhält, deren Länge der Durchfederung
des Federbeines entspricht.
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Beim Entladen des Fahrzeuges fährt die Kolbenstange 4 aus dem Zylinder
2 aus. Dabei macht der Pumpenkolben 6 der Regelpumpe diese Bewegung so lange mit,
bis die Längsnut 20 in der Pumpenkolbenstange 7 die Verbindung vom Arbeitsraum 15
zu dem im unteren Teil des Zwischenstückes 11 angeordneten Raum unterbricht und
so die Pumpenkolbenstange 7 gegenüber dem Zwischenstück 11 hydraulisch blockiert.
Nun fährt der Pumpenkolben 6 aus der Kolbenstangenbohrung 30 aus, und die Radialbohrung
29 in der Kolbenstange 4 kommt in den Bereich der Steuernut 27 des Pumpenkolbens
6 und gibt die Verbindungsleitung vom Arbeitsraum 15 zum Arbeitsraum 16. frei, wobei
das unter höherem Druck stehende flüssige- übextragungsmedium im Arbeitsraum 15
-durch die im Pumpenkolben 6 angeordnete in axialer Richtung verlaufende Bohrung
28 über die Steuernut 27 und die Radialbohrung 29 in den Arbeitsraum 16, der ein
geringeres Druckniveau aufweist, abfließen kann. Dieses Rückströmen des flüs--sigen
übertragungsmediums vom Arbeitsraum 15 in den Arbeitsraum 16 dauert so lange, bis
die Radialbohrung 29 durch den in die Kolbenstangenbohrung 30 -einfahrenden Pumpenkolben
6 wieder verschlossen wird und dadurch die normale Niveauhöhe des Fahrzeugaufbaues
wieder hergestellt ist.
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Durch die vorliegende Erfindung wird ein hydropneumatisches Federbein
mit selbsttätiger Niveauregelung geschaffen, das äußerst betriebssicher ist, da
die Regelpumpe selbst bei normaler Niveauhöhe im Bereich des Federweges keine gleitende
Bewegung des Pumpenkolbens in dem Pumpenzylinder ausführt, wodurch praktisch kein
Verschleiß auftreten kann, denn bei etwa 90% der Fahrzeit findet nur eine Federungsbewegung,
nicht aber eine Niveauregelung statt. .