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Fahrzeug-Aufhängungseinheit mit Stoßdämpfung und Höhenregelung Die
Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeug-Aufhängungseinheit mit einer der Stoßdämpfung
dienenden hydraulischen Arbeits-Kolben-Zylinder-Anordnung sowie mit einer durch
die Schwingungen zwischen gefedertem und ungefedertem Fahrzeugteil angetriebenen,
der Höhenregelung zwischen diesen beiden Fahrzeugteilen dienenden Pumpeinrichtung
für das Hydraulikmittel zur Einwirkung über eine Hubzylinder-Kolben-Anordnung auf
eine das tragende Federelement darstellende Schraubenfeder, insbesondere mit progressiver
Federcharakteristik.
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Progressive Schraubenfedem haben als Federelemente zur Abfederung
von Kraftfahrzeugachsen neben dem Vorteil einer geringeren Eigenfrequenz und damit
Herabsetzung der Aufbaubeschleunigungen des Fahrgestells bei gleichem Federweg zwischen
normaler und maximaler Belastung im Vergleich zu einer Schraubenfeder mit linearer
Kennlinie den Nachteil, daß bei Änderungen der statischen Belastung infolge Be-
oder Entlastung der abzufedernden Achse größere Federwege auftreten als bei einer
normalen Schraubenfeder. Bei Gewichtserhöhung oder Gewichtsverminderung werden daher
insbesondere bei Abfederung von Kraftfahrzeug-Hinterachsen mit progressiven Schraubenfedern
größere Höhenänderungen des Abstandes zwischen Boden und Fahrgestell auftreten als
bei Verwendung von normalen Schraubenfedem mit linearer Kennlinie.
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Gerade bei Kraftfahrzeugen ist dieser Effekt aber durchaus unerwünscht.
Er führt nämlich unter anderem dazu, daß die Scheinwerfer entgegenkommende Fahrzeuge,
auch bei abgeblendetem Fernlicht, über Gebühr durch Blendung belästigen.
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Die bekannten pneumatischen oder hydropneumatischen Federn weisen
den gleichen Nachteil auf.
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Es sind Tahrzeug-Aufhängungseinheiten bekannt, die mit einer der Stoßdämpfung
dienenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung und/oder mit einer der Höhenregelung
zwischen den beiden gegeneinander abzufedernden Fahrzeugteilen dienenden Hubhydraulik
versehen sind. Bei einer bekannten Fahrzeug-Aufhängungseinheit mit hydraulischer
Dämpfung und Höhenregelung ist die hydraulische Dämpfungseinrichtung im Inneren
der die beiden Fahrzeugteile gegeneinander abfedemden Schraubenfeder angeordnet.
Der ölvorratsraum für das Hydrauliksystem liegt in axialer Verlängerung des Dämpfungszylinders
in einem Block, in dem seitlich des Vorratsraumes Zylinderbohrungen für den Pumpenkolben
und den Hubkolben der Hubhydraulik angeordnet sind. Die Kolbenstangen des genannten
Pumpenkolbens sowie des Hubkolbens ragen unten aus dem Block heraus, wobei die Kolbenstange
des Hubkolbens den Federteller der Schraubenfeder abstützt. Ein wesentlicher Nachteil
dieser bekannten Fahrzeug-Aufhängungseinheit ist in ihrer komplizierten und störungsanfälligen
Bauweise sowie insbesondere in ihrer großen Baulänge zu sehen, die bei Fahrzeugen
wegen des zumeist beschränkten Einbauraumes unerwünscht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeug-Auffiängungseinheit,
insbesondere eine solche mit progressiver Feder zu schaffen, die die genannten Nachteile
nicht aufweist und sich vor allem durch ihren vergleichsweise einfachen und robusten
Aufbau sowie durch ihre gedrungene Bauweise auszeichnet.
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Gemäß der Erfindung ist bei Aufhängungseinheiten der eingangs geschilderten
Art der mit dem einen der beiden Fahrzeugteile verbundene Pumpenkolben der Pumpeinrichtung
in einem mit dem anderen der beiden Fahrzeugteile verbundenen Zy-
linder hubbeweglich,
der durch den der Höhenregelung dienenden Hubkolben gebildet wird, welcher seinerseits
in einem Zylinder hubbeweglich ist, der mit dem Stoßdämpferkolben verbunden ist,
wobei der Stoßdämpferkolben, der Hubkolben und der Pumpenkolben koaxial zueinander
angeordnet sind.
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In baulich zweckmäßiger Ausführung weist der Pumpenkolben eine Längsbohrung
sowie Querbohrungen auf, von denen die eine durch ein Rückschlagventil mittelbar
verschließbar ist. Die beiden Querbohrungen sind dabei in einem Abstand voneinander
angeordnet-, der dem Abstand entspricht, in dem sich an dem Zylinder des Pumpenkolbens
angeordnete,
zum Vorratsraum für das Hydraulikmittel führende Bohrungen
vom Boden oder einer Ausnehmung am Boden des Hubkolbens befinden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind der Stoßdämpferkolben
und der Hubkolben auf dem Pumpenkolben geführt. Es empfiehlt sich, im Stoßdämpferkolben
mindestens zwei Einweg-Druckventile anzuordnen, von denen das eine dem Hydraulikmittel
bei Stoßbelastung unter geringerem Widerstand den Weg zum ölvorratsraum freigibt
das andere bei Entlastung gegen größeren Widerstand dem Hydraulikmittel den Weg
zurück zum Stoßdämpferraum öffnet.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufhängungseinheit
kann die sich an dem einen Fahrzeugteil abstützende Schraubenfeder so angeordnet
sein, daß sie sich mit ihrem anderen Ende an einem Federteller eines Außengehäuses
abstützt, welches dicht über dem Stoßdämpfergehäuse gleitet. Die Abstätzung des
Federtellerg gegen das andere Fahrzeugteil erfolgt dabei über einen Zapfen des Hubkolbens,
dessen Teller sich über Gummipuffer gegen die Außenseite des Federteffers abstützt.
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In dem Hubkolben der Hubhydraulik kann ein Zylindereinsatz eingesetzt
sein, der vorzugsweise an der Außenwand Kanäle und Bührungen enthält, wobei die
Kanäle über Querbohrungen im 11-ubkölben mit dem Vorratsraum in Verbindung stehen.
Der Zy-
lindereinsatz weist dabei die gleichen Innenabmessungen wie der Hubkolben.
auf.
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Im folgenden wird an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert. Es migt F i g. 1 eine Gegenüberstellung
der Kennlinie einer normalen Schraubenfeder und einer progressiven Schraubenfeder,
F i & 2 die erfindungsgemäße Aufhängungseinheit beim Normalbelastungszustand
in Ruhestellung, F i g. 3 die gleiche Darstellung wie F i g. 2, jedoch
im Vollbel-a-stungszustand in Auhestellung, F i g. 4 die gleiche Darstellung
wie 19 i g. 3, jedoch bei Einfederung durch einen Fahrbahnstoß aus dem Vollbelastungszustand,
F i g. 5 die Ausgleichsstellung nach mehreren Fahrbahnstößen für den
Vollbelastungszustand.
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In F i g. 1 ist mit 51 die lifieare Kennlinie einer
normalen Schraubenfeder bezeichnet; 52 stellt die Kennlinie einer progressiven Schraubenfeder
dar. Die maximale Belastung 58 und der maximale Federweg 57, bezogen
auf den Nenübelastungszustand 53, sind für beide Federn gleich. Bei einer
statischen Belastungsänderung 54 tritt bei der Feder mit der linearen Kennlinie
51 ein Federweg 55 und bei der Feder mit der progressiven Kennlinie
52 ein größerer Federweg 56 auf. Diesen Federweg gilt es zu kompensieren.
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In der Zeichnung ist der Stoßdämpferkolben mit 1
bezeichnet.
Der Stoßdämpferkolben 1 ist mit einem koaxialen Zylindersockel
33 versehen, der in einem Federteller 7 für die progressive Schraubenfeder
6
endet.
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Im Zylindersockel 33 des Stoßdämpferkolbens:t kann ein koaxialer
ringzylindrischer Hubkolben 2 gleiten, der zugleich den Zylinder 4 des Pumpenkolbens
3 der Hubhydraulik bildet und dessen durch den Federteller 7 hindurchgeführtes
Ende einen Teller 39 trägt, der mit einem Zapfen 38 versehen ist, welcher
beispielsweise durch eine Mutter 41 mit der Blechwand 15 des gefederten Fahrzeugteils
verbunden ist. Zwischen dem Toller 39 und der Oberseite des Federtellers
1 Sind Gummipuffer 13 angeordnet. Der Federteller 7 weist ein
zylindrisches Außengehäuse 37 auf, welches. den Zylindersockel j3 koaxial
mit Abstand umgibt. Das dein Federteller 7 gegenüberliegende Ende des Gehäuses
31 ist mittels einer Dichtung32 gegenüber dem Stoßdämpfergehäuse
5 gleitend abgedichtet.
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Der rohrförmige Pumpenkolben 3 ist durch eine zentrale Bohrung
des ringförmigen Stoßdämpferkolbens 1 dicht hindurchgeführt; er gleitet in
der zentralen Zylinderbohrung 4 des Hubkolbens 2. Das g ge genüberliegende Ende
des Pu#nipenkolbens 3 endet in einem Zapfen 42, welcher mit einer Mutter
43 an der Blechwand 16 des anderen Fahrzeugteils befestigt ist. Die Blechwand
16 weist eine Vertiefung zur Aufnahme der Feder 6 auf.
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Das Stoßdämpfergehäuse 5 und der Pumpenkolben 3 sind
aus einem Stück hergestellt oder fest miteinander verbunden. Der Pumpenkolben
3 weist eine zentrale Bohrung 28 auf, die durch ein Kugelventil
11 gegenüber Querbohrungen 29 verschließbar ist, die in den Stoßdämpferraum
17 münden.
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Im Oberteil des Pumpenkolbens 3 münden Ouerbohrungen 24 in
die, Längsbohrung 28.
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Im Stoßdämpferkolben 1 sind mindestens zwei Stoßdämpferventile
angeordnet, von denen das eine Ventil 8, wie durch die stärkere Darstellung
angedeutet, bei einem höheren Druck öffnet als das andere Ventil 9. Durch
das Stoßdämpferventil 8 wird daher die Rückfederung stärker gedämpft als
die Einfederung durch das Stoßdämpferventil 9.
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Im Oberteil des 14ubkolbens 2 ist ein Saugventil 10
angeordnet,
das öffnungen 40 verschließt, die den Pumpenzylinder 4, in dem der Pumpenkolben
3
arbeitet, über Bohrungen 31 und 27 mit einem Ölvorratsraum
21 verbinden, der von dem Federteller 7
und einem hiermit sowie mit dem Zapfen
38 verbundenen Faltenbalg 12 umschlossen wird.
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Von der Außenwand des Pumpenkolbens 3, dem Stoßdämpfergehäuse
5 und dem Stoßdämpferkolben 1 ist der Stoßdämpferraum 17 umschlossen,
während der Stoßdämpferringraum 18, der Über Ausnehmungen 22 mit den Stoßdämpferventilen
8
und 9 verbunden ist, vom Stoßdämpferkolben 1, dem Zylindersockel
33 und dem Stoßdämpfergehäuse 5
umschlossen wird und über Bohrungen
23 mit dem Stoßdämpfer-Ausweichraum 19 in Verbindung steht. Der Stoßdämpfer-Ausweichraum
19 seinerseits wird begrenzt vom Zylindersockel 33, Teilen des Federtellers
7, dem Außengebäuse 37 und der Dichtung 32.
Er ist über die
Bohrungen 30' und 30 mit dem ölvorratsraum 21 verbunden.
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Wie ersichtlich, sind die Teile 1 bis 6, 18 bis 20 und
23 und 37 koaxial zueinander angeordnet. In dem Oberteil des Hubkolbens
2 sind tohrungen 34 und Kanäle 26 -angeordnet, die den Pumpenzylinder 4 dauernd
über die öffnungen 31 und 27 mit dem ölvorratsraum 21 in Verbindung halten.
In besoliders einfacher Weise können die Kanäle 26 verwirklicht werden, wenn
in dem Hubkolben 2 ein Zylindereinsatz 36 vorgesehen ist, der an seiner Außenseite
die Kanäle 26 und die Bohrungen 34 in seinem Unterteil trägt.
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An der Unterseite des Ilubkolbens 2 sind Ausnehmungen 35 vorgesehen,
die im Ruhestand sich in Höhe der Querbohrungen 24 im Pumpenkolben 3 befinden.
Weiterhin
ist ein Hubzylinderraum 25 im Stoßdämpferkolben 1 ausgespart.
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Zwischen dem Zylindersockel 33 und dem Hubkolben 2 ist der
ölraum 20 eingeschlossen, der durch die Bohrungen 30' mit dem Stoßdämpferausweichraum
19 und durch die Bohrungen 30 mit dem Ölvorratsraum 21 in Verbindung
steht.
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Die erfindungsgemäße F.ahrzeug-Auffiängungseinheit arbeitet wie folgt:
Beim Einfedern wird das öl aus dem Stoßdämpferraum17 durch den Stoßdämpferkolben1
verdrängt und gelangt über das Venti19 und die Bohrung 22 in den Stoßdämpferringraum
18 und von hier durch die Bohrungen 23 in den Stoßdämpferausweichraum
19. Da sich die Stoßdämpferräume beim Einfedern verkleinern werden, strömt
das überschüssige öl über die Bohrungen 30', 30, 31 und
27
in den ölvorratsraum 21. Beim Rückfedern wird über die gleichen Bohrungen
wiederum öl aus dem ölvorratsraum 21 ab- und in die Stoßdämpferräume eingesaugt.
Dieser ölstrom wird jedoch durch das Stoßdämpferventil 8 stärker gedrosselt,
so daß die Rückwärtsbewegung stärker gedämpft ist.
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Andererseits tritt beim Einfedern die Hubhydraulik und damit die selbsttätige
Höhenregelung in Funktion. Der Pumpenkolben 3 schiebt beim Einfedern das
über ihm befindliche öl, da die öffnungen 40 durch das Saugventil
10 verschlossen sind, durch die Bohrungen 34 und die Kanäle 26 über
die öffnungen 31 und/oder 27, in den ölvorratsraum 21.
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Wenn die Oberkante des Pumpenkolbens 3 jedoch nach Vorbeigang
der Bohrungen 34 den Pumpenzylinder 4 verschlossen hat, kann kein weiteres
öl mehr in den ölvorratsraum 21 entweichen. Da, wie bereits gesagt, auch
das Saugventil 10 geschlossen ist, drückt beim weiteren Einfedern der Pumpenkolben
3 das öl
aus dem Pumpenzylinder 4 durch die Längsbohrung
28 bei öffnendem Kugelventil 11 in den Hubzylinderraum 25,
wobei die Querbohrungen 29 von der oberen inneren Kante des Stoßdämpferkolbens
1 freigegeben sind. Eine derartige Stellung zeigt F i g. 4.
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Durch diesen Vorgang tritt eine Relativbewegung zwischen dem Hubkolben
2 und dem Stoßdämpferkolben 1 auf, die das aus diesen beiden Teilen, welche
die Zapfen 38 und 42 tragen, bestehende Längsaggregat in seiner Länge verändert.
Nach mehreren Einfederungsstößen hat sich im Hubzylinderraum 25 ein ölpolster
aufgebaut, das die unerwünschte Absenkung kompensiert.
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Der Relativbewegung zwischen Hubkolben 2 und Stoßdämpferkolben
1 sind dadurch Grenzen gesetzt, daß schließlich die innere Kante des Hubkolbens
2 die Bohrung 24 freigibt (dieser Zustand ist in F i g. 5 nahezu erreicht).
Alles weitere in den Hubzylinderraum 25 geförderte öl fließt dann
nach erfolgtem Einfederungsstoß durch die Bohrungen 24 und den Pumpenzylinder 4
in den ölvorratsraum 21 zurück. Der Abstand zwischen den Blechwänden 15
und
16 wird hierdurch bei statischer Belastung konstant gehalten. Je nach statischer
Belastung der progressiven Schraubenfeder 6 erfolgt dynamische Belastung
über ein mehr oder weniger großes ölpolster im Hubzylinderraum 25. Die Darstellung
in F i g. 2 zeigt den Nennbelastungszustand, bei dem keine Höhenregelung
erfolgt.
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Mit Vorteil sind zwischen der Blechwand 16 und dem Stoßdämpfergehäuse
5 sowie der Mutter 43 Gummizwischenstücke angeordnet.