DE1480170A1

DE1480170A1 - Selbstregelnde belastungsanpassende Federung-Stossdaempferkombination fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1480170A1
Application number: DE19651480170
Authority: DE
Inventors: Walter Schopf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-09-16
Filing date: 1965-09-16
Publication date: 1970-06-11

Description

Selbstregelnde belastungsanpassende Federung-Stoßdämpferkombination für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine in ihrer Härte veränderliche Feder- und Stoßdämpfereinrichtung für Kraftfahrzeuge, die sich der spezifischen Belastung der einzelnen Federung selbst ohne zusätzliche Servosinrichtung automatisch anpasst. Grundlegend ist die Federung im Kfz von maßgebendere Einfluß auf die Fahrsicherheit, denn sie soll dynamische Radlastschwankungen, die durch Unebenheiten der Fahrbahn hervorgerufen werden und den Kraftschlußbeiwert Fahrbahn-Fahrzeug vermindern, möglichst gering halten bzw. ausgleichen. Außerdem sollen Stöße auf den Fahrzeugaufbau nicht übertragen werden; zur Erzielung eines gewissen Fahrkomforts sind daher generell ungleichmäßige Beschleunigungen des Aufbaues zu vermeiden. Eine weiche Federung wird diesen Forderungen gerecht, wobei aber Schwingungen -erregt durch Fahrbahnunebenheiten und begünstigt durch Resonanz -auftreten, die die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort wieder verschlechtern. Hart wirkende Dämpfereinrichtungen garantieren Fahraicherheit, veruchlechtern aber wieder den Fahrkomfort. Das Abstimmen Federung - Dämpfung fordert daher in der Praxis immer einen Kompromiss. Die Praxis hat gezeigt, daß weiche Federungen durch die begrenzte Einbaulänge und den großen vorkommenden Lastbereich, der sich aus der statischen Grundlast (Leergewicht und Zuladung) und den dynamischen Lastschwankungen zusumensetzt, nicht realisierbar sind. Die herkömmlichen und gebräuchlichen Ausführungen der Federungen weisen daher eine progressive Charakteristik auf, die einen größen Belastungsbereich zu erfassen vermag, Diese Federauslegung weist den Nachteil auf, daß zwar trotz guten Fahr. komforts im unteren und mittleren Belastungsbereich der Kraftschluß Rad - F`uhrbahn im unteren Lastbereich bei schnellen dynamischen Radlastochwankungen nicht einwandfrei gewährleistet ist= ferner bei großer statischer Belastung zwar ausreichende hahreicherheit durch guten Kraft-

schluß der Fahrbahn - Rad vorliegt, jedoch bei größeren Fahrbahnuneben-

heiten Stöße über die dann harte Federung zu dem Fahrzeugaufbau durch-

kommen, also mäßigen Fahrkomfort garantieren.

Zur Ausschaltung der erwähnten Nachteile wurde die sogenannte Niveau-

regulierung entwickelt, die den vorhandenen Federweg dadurch besser

ausnutzt, indem eine Vorrichtung bei Belastungsänderungen die Vorspannung

der Feder entsprechend ändert. Diese Einrichtungen werden bevorzugt in

der Weise ausgeführt, daß ein Gaspolster als Federung mit verschiedenen

Drücken der Belastung angepasst wird, oder daß eine hydraulische Servo-

einrichtung die Vorapannung einer Feder ändert. Bei solchen bekannten

Ausführungen sind - sofern die Anpassung nicht manuell gesteuert werden

muß - relativ aufwendige Steuereinrichtungen, ferner die zum Teil

empfindlichmUbertragungsleitungea und kostspieligen Versorgungsein-

richtungen von Nachteil. Bei einfachen, zentral oder gruppenweise ge-

eteuert,:n Anla;,en dieser Art wird die einzelne erforderliche Feder-

korrektur bei ungleichmäßiger Delaztung (z. B. bei ungleichmäßiger Be-

ladung des Kfz oder schräger Fahrbahn) nicht gerecht; bei :;teuerein-

richtungen, die alle einzelnen Federungen erfassen, steigt der Aufwand

wesentlich zum Nachteil einer wirtschaftlich günstigen Gesamtkonzeption.

Die Erfindung stellt die Lösung einer belastungsgesteuerten oder reinen Niveauregelung dar, bei der die Baueinheiten Federung und Dämpfer ohne jegliche externe Steuer- oder Steileinrichtung zu einer Einheit zusammengefasst sind, deren Feder- und Dämpferhärte sich dem jeweiligen Belastungsfall anpasst und gegenüber bekannten Lösungen eine wesentliche Vereinfachung darstellt. Erfindungsgemäß wird die Veränderung und Anpassung der Federhärte an die vorliegenden Belastungsverhältnisse dadurch gelöst, indes ein expansionsfähiger Raum der mit einem Stoßdämpfer bekannter Bauweise und der Federung in einen einheitlichen Gehäuse untergebracht ist, dessen Volumen und Druckniveau mit der Verspannung der Federung in direktem Zusammenhang steht und von der vom Dämpfungskolben beim Federn und Dämpfen verdrängten Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagt bzw. gefüllt wird. Der der Feder proportionale Druck dieses expansionsfähigen Raumes wird durch ein Regelorgan

begrenzt bsw. dosiert, welches auf die geonetrisehe Zuordnung der federn-

den Seiten der gesamten Federung-Dempfungseinheit gedämpft anspricht.

Erfindungsgemäß bestehen 2 Möglichkeiten zur selbettäti#;en Steuerung der

Fiedel i@::rte:

1. 8elastuaRSwroyortiouale Regelung, der Federhärte

Den der Peäervorspannung proportionale Druckniveau wird durch ein

Regelorgan nach Art ines Überdruckventils bestimmt, dessen Vor-

sparuusng (die Einspannlängs der Vorspaunloder) von der geometrischen

Zuordnung der feders.:ien Seiten bestirnt wird,

2. Heine 11 iveau__#e__#iMx,

Diese Regelung unterscheidet sich von der nach 1) dadurch, daD

der der Federvorspaanung proportionale Druck im Expansionsraum

nicht durch ein vorgespanntes Überdruckventil gesteuert wird,

sondern von einem starren Steuerschieber, der z. B. nach erfolgter

Belastungszunahme und Zusaamendrückung der lbderung den Druckraum

so lange verschließt, bis der

eine entsprechende

Volumensumaäoe erfahren hat, daß die Vorapannung so weit ver-

gsößert wurde, um den nehrbelaateten Aufbau in das Ausgangs-

niveau surücksuheben, Diese Art der Regelung hat den Vorteil,

daß nahe--u der gesamte 1Nderweg bei nicht zu harter Ybderkenn-

linie für dynamische Belastungen zur Verfügung steht.

Je ein äuaführyassbeispiel ist in der Zeichnung Tig. j und 2 darb-ectellt

und wird folgend beschriebene

Beschreibung zu Fes. 1

Gehäuseteil (#) besteht aus Dämpfungskolben ƒa , Federgehäuse 1b ,

Zylindermantel (fie

. Gehäuseteil O2 besteht aus Stoßdämpferzylinder ® ,

Druckzylinderdichtungatrbger 2ƒ , Ölreservoirmentel ( und steuer-

und Dämpfungazylinderraum 2@c .Die Dämpfungswirkung des Kolbens la

im Dämpfungsraum 3) wird durch Drosselstellen @J , 5 und bestimmt,

wobei die beiden ersten als richtungsabhängige Ventile (Rückachlagventil)

ausgebildet sind. Die Dämpfungsquerechnitte sind so abgestimmt, daß beim

Stoß durch den Kolben 1ƒ ein Teil der verdrängten Dämpfungsflüssigkeit

durch die als Ventil ausgebildete Drosselstelle ® in den Druckraum O

gedrängt wird, wobei auf der Gegenseite des Kolbens ® ,entsprechend

der beim Hub nicht durch die Drosselstelle ƒ ausgeglichenen Dämpfunge-

flüssiBkeitsmenge. über das Ventil O durch den angrenzenden Kanal aus dem

Reservoir® nachgesaugt wird. Bei der Rückführung des Kolbens kommt die nun

geöffnete Drosselstelle C zur Wirkungo Das Volumen des Druckraumes O ,

das durch den Diehtkolbenring von dem Federraum O abgegrenzt wird,

bestimmt das Volumen und den herrschenden Druck dieses Tederraumes r -

welcher mit einer metallischen Feder (einem Gummielement, einem Gaspolster

oder mehrere zusammen) beatüekt sein kann - und damit auch die Verspannung

dieses gesamten federnden Elementes 12 . Das Druckniveau sowie die Aus-

dehnung des Druckraumes (D und damit die Verspannung des elastischen

Elementes 12 wird durch das an den Kanal. 1Ü folgende Ventil

gesteuert, dessen Schließ- bsw. Öffnungskraft durch die Vorspannteder 15

über dem Tellerbolzen 16 aufgebracht wird. Die Abstützung und geometrische

Zuordnung (Verspannung) der Feder l5 wird durch den in Raum ® stark ge-

dämpften Kolben 1y mit seiner Drosselstelle #C7a bestimmt, auf dessen

anderer Seite die\Ausgleichsfeder (1@ gegenwirkend zu Ü ßngeordnet ist.

Der Kolben e ist über die Kolbenstange eb zwischen den gegenwirkenden

Federn 19 mit dem Dämpfungs kolben g elastisch gekoppelt. Diese Federn

Bestatten schnelle Relativbewegungen des Gehäuseteiles O zum Gehäuseteil O ,

ohne daß der Kolben n1 jedem einzelnen Kraftimpuls folgt. Durch seine starke

Dämpfung gegenüber Gehäuseteil @@ und seiner elastischen Zuordnung zu

Gehäuseteil '1 wird die Vorspannfeder 1@ und damit der Öffnungsdruck

des Ventils (13 von einem Mittelwert der auf den Kolben 1ƒ wirkenden

Auslenkkraft beeinflusst bzw. gesteuert. Durch entsprechende Abstimmung

der Federn 19 zu den Federn 1T und 15 kann der Öffnungsdruck des

Ventils !14 und dadurch auch das Druckniveau im Druckraum O , somit auch

die Vorsp-rnung und die Federkennlinie der gesamten Federung selbsttätig

lastabh:.tiüiB den Erfordernissen angepasst werdeno Der Dichtring ® und die

Feder 1 schließen das in seiner Füllung veränderliche Reservoir a82 ab.

Fi m 2 zeit im Prinzip die gleiche Konzeption wie Fig. 1, jedoch derart

abgewandelt, daß entsprechend der Gesetzmäßigkeit einer Niveauregelung

beim Belasten und Zusammendrucken der Federung die Vorapannung der'Federung

so lange erhöht wird, bis das Ausgangsniveau der federnden Hasen wieder

erreicht wird: In Fig. 2 sind daher Position la bis 13 und 17 b bis 22

identisch mit diesen Positionen in Fig.1, wobei jedoch der Dämpfungskolben

17 gleichzeitig als Steuerschieber ausgebildet ist, der stellungsabhängig

steuerte Das Ventil Pos. 14 und der Tellerbolzen Pos. 16 sowie die Vor-

Spannfeder 15 aus Fig. 1 entfallen, dafür sind auf beiden ;leiten des

Dämpfungs- und Steuerkolbens leichtere Ausgleichsfedern nach Pos. 18

angebracht, damit evtl. auftretende Strömungskräfte die Steuergesetz-

mäßigkeiten nicht stören.

(siehe Figur 2, Blatt 7)

Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Gtoßdämpfer nach

bekannter Art mit einem Gaspolster in seiner Hirte ebenfalls von der

jeweiligen Grundlast der gesamten Federung-Stoßdämpfer-Kombination

beeinflusst wird. Dieser Effekt wird dadurch erreicht, indem der

Dämpfungsraum mit einem unter dem zur fderungsvorspannung proportio-

nalen Druckniveau besufschlagt wird, so,daß-das Gaspolster des Dämpfungs-

raumes grundlastproportional vorkomprimiert wird.

Gehüusoteil 1 besteht aus Dämpfungskolben la , Federgehäuse und'

Zylindermantel 1b . Gehäuseteil 2 besteht aus Stoßdämpferzylinder 2a,

Druckzylinderdichtungsträger 2b , Ölreeervoiruinntel 2c und Steuer-

und Dämj)tungssylinderraum :-'_d . @ie Dämpfungewirkung des Kolbens 1a

im Dämpfuri,3raum 3 wird durch Drosselstollen 4 , 5 bestimmt. Die

Dämpfunf,squerschnitte sind so abgestimmt, daß beim Stoß durch den

Lolben 1a ein Teil der verdrängten Dämpfungsflüssigkeit durch die

Drosselcitelle 5 in den Druckraum 6 gedrängt wird, wobei auf der

Gegenseite des Kolbens 1a , entsprechend der beim Hub nicht durch die

Drosselstelle q ausgeglichenen Dämpfungsflüssigkeitsmenge über das.

Ventil 7 durch den angrenzenden Kanal 8 aus dem Reservoir 9 nach-

gesaugt wird. Bei der Rückführung des Kolbens kommt wieder Drosselstelle 4

zur Wirkung. Das Volumen des Druckraumes 6 , das durch den Dichtkolbenring 10

von dem Federraum 11 abgegrenzt wird, bestimmt das Volumen oder den

herrschenden Druck dieses Federraumes 11 -welcher mit einer metallischen

Feder (einem Gummielement, einem Gaspolster oder mehrere zusammen) bestückt

sein kann - und damit auch die Vorepannung dieses gesamten federnden

Elementen 12 . Das Druckniveau des Druckraumes wird durch die Drossel-

stelle 4 und Ausgleichsventil 13 durch den hohlen Dämpfun4-skolben 1a

in den druckseitigen Dämpfungsraum 3 ,übertragen. Dadurch wird das durch

den Dichtkolben 14 abgeschlossene Luftpolster 15 grundlastproportional

vorkomprimierto Das Druckniveau des Druckraumes 6 und des damit bei

Beharrung identischen Drucknivesue des Dämpfungsraumes 3 wird durch den

Hohlkörper 16a mit dem Steuer- und Dämbfungskolben 16 verbunden.

Dieser Steuer- und Dtimpfungakolben 16 ,der sich im Raum C",d dämpfend

axial bewegt, stellt je nach seiner ax4ilen Stellung die Verbindung des

Druck- bzw. Dämpfungaraumes 6 bzw. 3 mit dem druckniveaulosen Ausfluß 17

her, die auf der oberen Kolbenseite wirkende Feder 18 versucht den

Steuer-Dämpfungskolben 16 zu schließen. Der Kolben 16 iLt über die

hohle Kolbenstange 16a zwischen den gegenwirkenden federn 19 mit dem

Dämpfungskolben 1a elastisch gekoppelt. Diese Federn gestatten schnelle

Relativbewegungen des Gehäuseteiles 1 zum Gehäuseteil 2 ,ohne daß der

Kolben 16 jedem einzelnen Kraftimpuls folgt. Durch seine starke Dämpfung

gegenüber Gehäuseteil 2 und seiner elastischen Zuordnung zu Gehäuse-

teil 1 wird der Steuerkolben 16 und damit der Üffbungspunkt des

Kolbens 16 von einem Mittelwert der auf der KQlbenntange 16a wirkenden

Auslenkkraft beeinflusst bzw, gesteuert. Durch entsprechende Abstimmung

der Federn 19 zu der Feder 18 und der Dämpfl,:ngeeinrichtung des Kolbens 16

kann dadurch das Druckniveau im Druckraum 6 , somit auch die Vorepannung

des Gaspolsters im Stoßdämpfer und die Federkennlinie der gesamten Federung

selbsttätig lastabhängig den Erfordernissen angepasst werden. Der Dicht-

ring 20 'und die Feder 21 schließen das in seiner Füllung veränderliche

Reservoir 9 ab.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung und kontruktionelle Zusammenfassung aller Elemente wird eine belastungsabhängige Kfz-Federung und -Dämpfung erzielt, die gegenüber bekannten Ausführungen einen geringen konstruktionellen baulichen Aufwand aufweist und dadurch wesentlich wirtschaftlicher ist. Ferner wird durch ihre geschlossene kompakte Ausführung gegenüber bekannten Lösungen (in Spitzenklasse Kfz) mit ihren zerklüftet angeordneten Steuerungs- und Versorgungsaggregaten,vor allem durch die hydraulische und pneumatische Unabhängigkeit dieser Federungs-Dämpfungseinheiten voneinander,eine größere. Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit erzielt. Neu ist die völlig individuelle Federhärteanpassung an die auftretende Belastung so wie das Anpassungsvermögen der Stoßdämpferhärte.

Claims

P-ttn@,pr---f@ch@ c

1.'Belsstungsanpassende Federuf-Stoßdämpfer-Kombination, wobei die Federung als Haupt- oder Zusatsfederung eingesetzt werden kann, die sich sowohl in der Feder- als auch Stoßdümpferhärte den jeweiligen Belastungen selbstgtig ohne externe Steuer- oder Servoeinrichtungen anpasst, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellarbeit zur Änderung der hsder. und Dämpfungshärte bzw. hedervorepannung durch die Vor- drängungsarbeit den Stoßdgmpferkolbens beim Federn und Dämpfen überacsssn wird, in der Weise, das verdrängtes Dämpfungsmedium in einda expansionsfähigen Raum geleitet wird, dessen Volumen arid Druckniveau mit der Vorapannung der Federung in Zusammenhang steht, wobei dieses federungsproportionale Druckniveau oder Volumen durch ein ibgelorgcw gesteuert wird, welchen durch die geometrische Zuordwung der federnden Seiten der gesamten Feder-Stoßdämpfer- kombination über ein gedämpftes Ubertragungsglied betätigt wird.

2. belastangaaapasaende Fbdercage-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruch 1, äaduroh gekennzeichnet, daß Federung, Stoßdtimpfer, federvorspannende Einrichtung und Steuereinrichtung sowie Dnickmittelreservoir und alle an Stellkraft- und Koomsndo beteiligten Hauteile zu einer Einheit susmsiengefaast sind und bevorzugt koasial um den Stoßdämpfer ange- ordnet sind.

3. Belastungeanpaesende Pederungs-Dämpfungs-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von Dämpfungemedium beaufschlagter, e:pansiarufähiger Druckraum direkt mit einer oder mehreren Seiten zur Abetiltsung des Federelementes dient, wobei das Federelement aus einer Stahlfeder, einem Gummielement, einem Gaspolster oder mehrerer dieser oder samtiges federnden Elemente bestehen kann.

Q. Belastungsanpassende Federunge-Dämpfungs-Kombination nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem reinen Gaspolster als Federelement die Vorapannung und Hirte durch Verkleinern des komprimierbaren Raumes erreicht wird, in der Weise, daß durch direktes Einfüllen von unkom- preseiblem Dtimpfungsmedium in den kotprimierbaren Federraum der kompri- aierfähige Raum verkleinert wird.

5. Belastungsanpassende Federungs-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das bekannte Stoßdämpfersysteme mit Gaspolstern im Kompressionsraum dadurch in ihrer Härte bzw. Wirksamkeit grundlastabhängig ausgeführt werden, indem das Gaspolster grundlastabhängig vorgespannt wird. 6. Belastungsanpassende Federungs-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruch 1, 2, 5, dadurch gekennzeichnet, das der Dämpfungsraum nach Fig. 3, Pos. 3 mit dem unter federungsvorspannungsproportionalem Druck stehenden Druckraum 7 in Verbindung steht, so, das dadurch das Gaspolster Pos. 15 am Ende des Dämpfungsraumes in Abhängigkeit der Grundlast vorkomprimiert wird. 7. Belastungsanpassende Federungs-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, das das für die Federvorspannung maßgebende Regelorgan über ein Dämpfungsglied betätigt wird, welches nur Kommandos an das Regelorgan weitergibt, die von einem Mittelwert der geometrischen Zuordnung beider federnden Seiten, oder einem Mittelwert der wirksamen Kräfte beider federnden Seiten abhängig sind, so, das dynamische Radlastschwankungen nicht erfasst werden. ß. Belastungsanpassende Federungs-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruch 2, 7, dadurch gekennzeichnet, das das Dämpfungsglied nur aus einem auf Basisseite 2 stark gedämpften Steuer-Dämpfungs-Kolben besteht, der mit der zu ihm in Relativbewegung befindlichen Basisseite 1 elastisch gekoppelt ist und die geometrische Zuordnung der Steuer-Dämpfungskolben zu Basisseite 2 das Vers zellkommando des kegelorganes bildet. 9. Belastungsanpassende Federungs-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruch 2, 8, dadurch gekennzeichnet, das das Dämpfungsglied mit der Federung und dem Stoßdämpfer eine gemeinsame Mittelachse aufweist und die elastische Koppelung der Basisseite 2 zum Steuerungs-Dämpfungskolben darin besteht, das ein zum Steuer-Dämpfungskolben starr oder elastisch verbundenes Übertragungselement mit 2 gegenwirkenden Federn nach Fig. 1 bis 3 gekoppelt ist. 10. Belastungsanpassende Federungs-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruchl, 2, 9, dadurch gekennzeichnet, das die elastische Kopplung zur Abtastung langhubiger bzw, relativ stark unterschiedlich zugeordneter federnder Basen und die Umsetzung relativ weit auseinanderliegender Bezugepunkte in kurze Steuerwege dermaßen erfolgt, daß die Federkennlinien der elastischen Kopplung eines Zwischengliedes zu den in Relativbewegung befindlichen beiden Basen sich wesentlich unteracheideng so daß z. H. bei einer großen Auslenkung beider Basen auf der einen Seite ,den Federkennlinien entsprechend eine große Auslenkung-und auf der anderen Seite eine geringere Auslenkung des Zwischengliedes zu den Basisseiten erfolgt. 11. Belastungsanpassende Federungs-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied zu der in härterer Verbindung und damit kurzwegiger Beziehung stehenden Basisseite gedämpft zugeordnet ist und ein auf dieser Beiseeite befindliches Regelorgan trüge steuert. 12. Belastungsanpassende Federungs-Stoßdämpfer-Kombination nach Anspruch 1, 2, 10, 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer praktischen Ausführung nach Fig. 1 die Feder Pos. 15, die nach Patentanspruch 10 und 11 eines der elastischen Kopplungsglieder darstellt, gleichzeitig als Vorspannfeder eines Druckregelorganes wirkt.