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Hydropneumatisches Federbein mit Niveauregelung Die Erfindung bezieht
sich auf ein hydropneumatisches Federbein mit Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
das einen in einem Zylinder gleitenden Kolben, mindestens einen mit flüssigem übertragungsmedium
gefüllten Arbeitsraum, einen durch eine bewegliche Trennwand vom Arbeitsraum getrennten
gasgefüllten Federraum und eine Niveauregeleinrichtung aufweist, die den Zufluß
von Druckmittel aus einem Druckerzeuger oder Druckspeicher zum Federbein sowie dessen
Abfluß in Abhängigkeit von der Stellung der beweglichen Trennwand steuert.
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Der Zweck des erfindungsgemäßen hydropneumatischen Federbeines, welches
einen vom Federelement getrennten Druckerzeuger oder Druckspeicher aufweist, ist
es, außer der Abfederung der Karosserie gegenüber den Fahrzeugrädern unabhängig
von der Fahrzeugbeladung die Einhaltung einer konstanten Wagenhöhe zu ermöglichen,
wobei der Aufbau des hydropneumatischen Federbeines einfach und äußerst betriebssicher
ist.
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Durch die deutsche Auslegeschrift 1089 282 und die USA.-Patentschrift
2 620 182 sind hydropneumatische Federungen bekannt, die ein Federelement
und einen davon getrennt angeordneten Druckerzeuger oder Druckspeicher aufweisen.
Bei diesen Konstruktionen ist das Niveauregelventil außerhalb des Federelementes
angeordnet. Auch das Betätigungsorgan für das Regelventil, welches mit einem die
Radbewegungen mitmachenden Fahrzeugteil verbunden ist, liegt ebenfalls außerhalb
des Federelementes.
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Weiter ist durch die deutsche Auslegeschrift 1061635 eine hydropneumatische
Abfederung gezeigt, deren Federraum vom Arbeitsraum durch einen axial beweglichen
Trennkolben getrennt ist. Dieser Trennkolben ist mit Kanälen versehen, die bei entsprechender
Stellung des Trennkolbens die Zufuhr von Druckflüssigkeit in den Arbeitsraum bzw.
das Abfließen von Druckflüssigkeit aus dem Arbeitsraum ermöglichen. Der Trennkolben
sorgt bei dieser Konstruktion dafür, daß bei einer Volumenvergrößerung der Dämpfungsflüssigkeit
im Fall größerer Erwärmung eine entsprechende Flüssigkeitsmenge nach außen abgeführt
wird, während im entgegengesetzten Fall, also bei Eintreten einer Volumenverringerung
durch entsprechende Abkühlung, die zur Beibehaltung der ursprünglichen Federungscharakteristik
erforderliche Flüssigkeitsmenge dem Arbeitszylinder von außen wieder zugeführt wird.
Um diese Niveauabweichungen durch Volumenänderungen der Flüssigkeit infolge Erwärmung
und Abkühlung auszugleichen, sind die Federbeine mit Anschlüssen für die Zu- und
Ableitung der Flüssigkeit versehen.
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Ferner ist eine niveauregelnde federnde und dämpfende hydropneumatische
Fahrzeugradaufhängung durch die deutsche Auslegeschrift 1163 167 bekannt,
bei der das Sollniveau des Fahrzeuges durch Zu- oder Abführen von Flüssigkeit über
vom Stoßdämpferkolben gesteuerte Ventile selbsttätig konstant gehalten wird. Auch
bei dieser Konstruktion sind Anschlußleitungen für das Zuführen und Abführen der
Flüssigkeit erforderlich, wobei die Ventileinrichtungen für die Niveauregelung durch
Schrägflächen am Kolben betätigt werden, wodurch die Zu- oder Abflußleitung über
Kanäle mit den Arbeitsräumen verbindbar sind.
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Die französische Patentschrift 1307 946 zeigt eine pneumatische
Feder mit Niveauregelung, wobei in der Behälterwand angeordnete Ventile durch einen
Kolben oder eine Büchse, die axial gleitend in diesem Behälter angeordnet ist, betätigt
werden und dadurch der Zu- oder Abfluß von Druckgas in Abhängigkeit von der Stellung
des Kolbens oder der Büchse geregelt wird.
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Bekannt ist durch die französische Patentschrift 1391329 eine
außerhalb des Federelementes angeordnete Niveauregeleinrichtung, die mit einem die
Radbewegungen mitmachenden Fahrzeugteil verbunden ist. Bei dieser Niveauregeleinrichtung
wird als Betätigungsorgan ein Kolbenschieber verwendet, der in einer Führungsbüchse
gleitet und je einen Anschlag zur Betätigung des Einlaßventils und des Auslaßventils
aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches hydropneumatisches
Federbein mit Niveauregelung und vom Federelement getrennt angeordnetem Druckspeicher
oder Druckerzeuger zu schaffen, das sehr betriebssicher und gegen äußere Einflüsse
unempfindlich ist und gleichzeitig einen sehr einfachen Gesamtaufbau aufweist.
Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Niveauregeleinrichtung in dem dem Kolbenstangenaustritt
gegenüberliegenden Abschlußdeckel des Federbeines angeordnet ist und aus zwei federbelasteten
Ventilen besteht, die durch ein mit der beweglichen Trennwand fest verbundenes Betätigungsorgan
betätigt werden und den Zu- und Abfluß von Druckgas zum Federraum steuern. Durch
die Anordnung der Niveauregeleinrichtung in dem dem Kolbenstangenaustritt gegenüberliegenden
Abschlußdeckel des Federbeines erhält man einen sehr einfachen Aufbau und eine raumsparende
Bauweise des erfindungsgemäßen Federbeines. Außerdem erhält man eine sehr hohe Betriebssicherheit
des Federbeines, da die der Niveauregelung dienenden beweglichen Teile innerhalb
des Federbeines angeordnet sind und daher keiner Verschmutzung oder einer äußeren
mechanischen Beschädigung ausgesetzt sind. Die Verbindung des Betätigungsorgans
der Niveauregeleinrichtung mit der beweglichen Trennwand ermöglicht auf einfache
Weise, das Volumen des Federraumes für jeden Beladungszustand gleich zu halten,
wobei sich nur der Druck der Gasfüllung ändert. Damit ist die Kolbenstellung in
der gewünschten Höhe festgelegt, denn das im Arbeitsraum zwischen dem Kolben und
der Trennwand befindliche flüssige übertragungsmedium ist praktisch inkompressibel.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das mit der beweglichen
Trennwand fest verbundene Betätigungsorgan in an sich bekannter Weise ein Kolbenschieber,
der in einer mit dem Abschlußdeckel verbundenen Führungsbüchse gleitet und je einen
Anschlag zur Betätigung des Ein- und Auslaßventils aufweist. Dadurch wird eine einwandfreie
Führung des Kolbenschiebers gewährleistet, und gleichzeitig wird eine einfache Betätigung
der Ventile durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbenschiebers erzielt.
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Wie die Erfindung zeigt, ist die zwischen dem Arbeitsraum und dem
Federraum angeordnete bewegliche Trennwand in an sich bekannter Weise ein elastischer
Balg, der zur Befestigung des Kolbenschiebers einen Ringwulst aufweist. Durch diese
Befestigung des Kolbenschiebers mit dem elastischen Balg ist eine einwandfreie Abdichtung
zwischen Federraum und Arbeitsraum gewährleistet, denn es ist keine Abdichtung eines
gleitenden Teiles zwischen diesen beiden Räumen erforderlich.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein besonders raumsparendes
und mit großer Betriebssicherheit arbeitendes Federbein mit Niveauregeleinrichtung
dadurch geschaffen, daß das den Zufluß des Druckmittels absperrende Ventil in an
sich bekannter Weise ein federbelastetes Einlaßkegelventil ist, welches in einem
außen am Federbein angeordneten und mit dem Abschlußdeckel fest verbundenen rohrförmigen
Ansatz, der gleichzeitig der Befestigung des Federbeines am Fahrzeug dient, angeordnet
ist, während das den Abfluß des Druckmittels absperrende Ventil ein ringförn-dg
ausgebildetes federbelastetes Auslaßkegelventil ist, dessen Stirnseite mit dem Anschlag
des Kolbenschiebers zusammenwirkt.
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Zur einfachen Verbindung des Federraumes mit der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung
weisen der Kolbenschieber und die Führungsbüchse Kanäle auf, die bei der entsprechenden
Stellung des Kolbenschiebers die Einlaßöffnung oder die Auslaßöffnung mit dem Federraum
verbinden.
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In der Zeichnung ist als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch das Federbein, wobei der an
dieses Federbein anzuschließende Druckerzeuger oder Druckspeicher sowie die Verbindungsleitung
zum Federbein nicht eingezeichnet sind.
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Das dargestellte Federbein wird zwischen der Fahrzeugachse und dem
Wagenaufbau eingebaut. Dieses Federbein besteht aus einem Behälter 1 mit
einem koaxial in seinem Innern angeordneten und durch einen Deckel 3 darin
befestigten Zylinder 2. Eine Kolbenstange 4 durchsetzt den Deckel 3 und ist
fest mit einem Kolben 5 verbunden. Unterhalb des Kolbens 5 befindet
sich ein mit flüssigem übertragungsmedium gefüllter Arbeitsraum 6, während
ein ebenfalls flüssigkeitsgefüllter Arbeitsraum 7 oberhalb des Kolbens durch
Drosselbohrungen 8 mit einem Ausgleichsraum 10 in Verbindung steht.
Zwischen dem Ausgleichsraum 10 und einem Gaspolster 11 befindet sich ein
dichter Trennkolben 12, der in dem vom Zylinder 2 und dem Behälter 1 gebildeten
Ringraum axial beweglich ist. Um eine verschieden starke Drosselung des flüssigen
übertragungsmediums beim übergang vom Arbeitsraum 7 zum Ausgleichsraum
10, und umgekehrt, zu erzielen, kann ein Teil der Drosselbohrungen
8 durch Rückschlagventile 9 für eine Durchflußrichtung abgesperrt
werden. Ein gasgefüllter Federraum 18 ist gegenüber dem Arbeitsraum
6 durch einen elastischen Balg 13 getrennt, wobei dieser elastische
Balg 13 zwischen einem Abschlußdeckel 14 und dem Behälter 1 eingespannt
ist und einen Ringwulst 19 zur Befestigung eines Kolbenschiebers 20 aufweist.
In einer mit dem Abschlußdeckel 14 fest verbundenen zylinderförmigen Aufnahme
16 ist eine Führungsbüchse 17 angeordnet, welche eine durch mindestens
einen Verbindungskanal 32 mit dem Federraum 18 verbundene zylinderförmige
Aussparung aufweist. Ebenfalls mit dem Abschlußdeckel 14 ist ein Ansatz
23 fest verbunden, in dessen Hohlraum der Ventilsitz für ein federbelastetes
Einlaßkegelventil 22 angeordnet ist. Das nicht eingespannte Ende des Kolbenschiebers
20 ist mit einem Anschlag 24 zur Betätigung des Einlaßkegelventils 22 versehen.
Unmittelbar nach dem Einlaßkegelventil ist in dem Ansatz 23 ein Ringraum
vorgesehen, dessen Durchmesser größer ist als die Führung für das freie Ende des
Kolbenschiebers 20. Zur Verbindung der Aussparung in der Führungsbüchse
17 mit dem Ein- bzw. Auslaß weist der Kolbenschieber 20 eine Querbohrung
31, eine Längsbohrung 30 sowie in radialer Richtung verlaufende Abflußkanäle
28 und Zuflußkanäle 27 auf. Ein federbelastetes und ringförmig ausgebildetes
Auslaßkegelventil 21 verschließt Abflußöffnungen 26 und wird durch einen
Anschlag 25 am Kolbenschieber 20 betätigt. In den von dem Ansatz
23 und einem Befestigungsflansch 15 gebildeten Ringspalt münden die
Abflußöffnungen 26. Die Verbindung des nicht eingezeichneten Druckgasspeichers
oder Druckgaserzeugers erfolgt über eine ebenfalls nicht eingezeichnete Druckgasleitung,
die am Ende des Ansatzes 23,
beispielsweise über ein Anschlußgewinde
33, befestigt wird.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen hydropneumatischen Federbeines
wird nachfolgend beschrieben. Dabei sei angenommen, daß die Kolbenstange
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mit dem Fahrgestell verbunden ist, während der Behälter 1 mit dem Ansatz
23 an der Radachse befestigt sei.
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Bei normaler Niveauhöhe des Fahrgestells über der Fahrbahn bewirken
die Abfederungsbewegungen während der Fahrt, die ein Ein- und Ausfahren des Kolbens
5 im Zylinder 2 hervorrufen, ein Komprimieren bzw. Entspannen der Gasfüllung
im Federraum 18, d. h., durch das flüssige übertragungsmedium im Arbeitsraum
6 werden die Bewegungen des Kolbens 5 über den elastischen Balg
13 auf den Federraum 18 übertragen. Der Kolbenschieber 20 macht dabei
die Bewegungen des elastischen Balges 13 mit, wobei der tote Weg der Anschläge
24 und 25
am Kolbenschieber 20 so groß gewählt ist, daß in der normalen Niveaulage
weder das Auslaßkegelventil 21 noch das Einlaßkegelventil 22 durch die Abfederungsbewegungen
betätigt wird. Es findet dementsprechend in der normalen Niveaulage durch die Abfederungsbewegungen
weder ein Zuströmen von Druckgas aus dem Druckerzeuger oder Druckspeicher in den
Federraum 18 noch ein Ausströmen aus dem Federraum 18 statt.
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Beim Beladen des Fahrzeuges fährt der mit der Kolbenstange 4 verbundene
Kolben 5 in den Zylinder 2 ein und überträgt die höhere Belastung über das
flüssige übertragungsmedium im Arbeitsraum 6
und den elastischen Balg
13 auf den Federraum 18.
Durch die Drucksteigerung im Federraum
18 wird das,darin befindliche Druckgas komprimiert, und der elastische Balg
13 und damit auch der Kolbenschieber 20 führen eine Bewegung nach unten aus.
Wenn der in der normalen Niveaulage vorhandene tote Weg zwischen dem Anschlag 24
und dem Einlaßkegelventil 22 überbrückt ist, drückt dieser auf das Einlaßkegelventil
22, wodurch der Zufluß von Druckgas aus dem Druckspeicher oder Druckerzeuger in
den Ringraum im Ansatz 23 freigegeben wird. Gleichzeitig überfährt bei der
Abwärtsbewegung des Kolbenschiebers 20 der Zuflußkanal 27 die von dem Ringraum
gebildete obere Steuerkante. Das Druckgas kann somit aus dem Ringraum durch den
Zuflußkanal 27, die Längsbohrung 30 und die Querbohrung
31 in die Aussparung der Führungsbuchse 17 strömen und von dort durch
den Verbindungskanal 32 in den Federraum 18. Dieses Zuströmen dauert
so lange, bis durch die Volumenvergrößerung des Federraumes 18 der Kolbenschieber
20 so weit nach oben gleitet, daß dessen Anschlag 24 vom Einlaßkegelventil 22 abgehoben
wird. Diese Volumenvergrößerung des Federraumes 18 bewirkt aber gleichzeitig
ein Verdrängen des flüssigen übertragungsmediums im unteren Bereich des Arbeitsraumes
6, wodurch der Kolben 5 und damit auch die Kolbenstange 4 aus dem
Zylinder 2 ausfahren und damit die gewünschte Niveauhöhe des Fahrgestells wieder
erreicht wird. Im Fahrbetrieb wird, bedingt durch die Federungsbewegungen, das Einlaßkegelventil
22 durch den Anschlag 24 des Kolbenschiebers noch so lange kurzzeitig betätigt und
damit eine weitere Füllung des Federraumes 18 bewirkt, bis der Abstand zwischen
dem Anschlag 24 und dem Einlaßkegelventil 22 wieder so groß geworden ist, daß bei
normalen Federungsbewegungen das Einlaßkegelventil 22 nicht mehr durch den Anschlag
24 betätigt wird. Eine Dämpfung der Abfederungsbewegungen wird dabei durch die Drosselbohrungen
8
erzielt, welche die Verbindung des Arbeitsraumes 7
oberhalb des Kolbens
mit dem Ausgleichsraum 10
herstellen. Dabei kann eine verschieden starke Dämpfung
ohne weiteres für den Druck- oder Zughub erzielt werden, indem ein Teil dieser Drosselbohrungen
8 mit Rückschlagventilen 9 versehen ist.
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Wird das Fahrzeug entladen, so dehnt sich infolge der niederen Belastung
die Druckgasfüllung im Federraum 18 aus, und bedingt durch die Auswärtsbewegung
des elastischen Balges 13 überträgt die Flüssigkeitsfüllung im Arbeitsraum
6 diese Bewegung auf den Kolben 5, so daß die Kolbenstange 4 aus dem
Federaggregat ausfährt. Der Kolbenschieber 20 macht hierbei die Bewegung des elastischen
Balges 13 mit, und der Anschlag 25 kommt an dem ringförmig ausgebildeten
Auslaßkegelventil 21 zur Anlage und hebt dieses von seinem Sitz ab. Diese Bewegung
des Kolbenschiebers 20 gibt gleichzeitig die öffnung des Abflußkanals
28 frei, so daß so lange Gas aus dem Federraum 18 über den Verbindungskanal
32 in die Aussparung der Führungsbüchse 17
und von dort durch die Querbohrung
31, die Längsbohrung 30, den Abflußkanal 28, die Abflußöffnung
26 in den vom Befestigungsflansch 15 und dem Ansatz 23 gebildeten
Ringspalt abfließen kann, bis durch Verkleinerung des Volumens des Federraumes
18 der Kolbenschieber so weit nach unten gleitet, daß der Anschlag
25 sich von dem Auslaßkegelventil 21 abhebt und die Abflußöffnung
26 verschließt. Durch diesen Vorgang, der ein Einfahren der Kolbenstange
4 in den Zylinder 2 zur Folge hat, wird wiederum die normale Niveauhöhe des Fahrgestells
erreicht. Der von dem Befestigungsflansch 15 und dem Ansatz 23 gebildete
Ringspalt mündet bei der dargestellten Ausführungsfonn ins Freie. Durch eine entsprechende
Ausbildung dieser Ausströrnöffnungen kann jedoch das abströmende Druckgas ohne weiteres
über einen Anschluß wieder dem Druckerzeuger zugeführt werden.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein hydropneumatisches Federbein
mit außenliegendem Druckerzeuger oder Druckspeicher geschaffen, das einfach in seinem
Aufbau und gegen äußere mechanische Beschädigung sowie Verschmutzung geschützt ist,
da keine der Niveauregelung dienenden beweglichen Teile außerhalb des Federbeines
angeordnet sind.