DE1655029A1 - Hydraulisch-pneumatische Aufhaengung fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Patentanwalt

Garmisch-Partenkirchen j ^₈ _ _Hg

Rhtß 14

Rathausstraße 14

Garmisch-Partenkirchen, 5. Januar 1970

SOOISSS AuOdIME DB VEHIOUiES IEDÜSTRIELS EiE D'EQUIPEMEIiTS JIEOIiAIiIQUES S A V' I E M , 8 , quai Gallieni, SUSESiCBS (hauts de Seine) EHAIiICREIOM

Hydraulisch-pneumatische Aufhängung für Kraftfahrzeuge

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an hydraulisch-pneumatischen, z.B. ölpneumatisehen, Aufhängungen des mit konstanter Gasmasse arbeitenden Typs und betrifft insbesondere Aufhängungen für grossere Auslenkungen für auf beliebigem Gelände sich bewegende fahrzeuge.

Man sagt in der Tat, dass Aufhängungen dieses Typs Reaktionen zeigen, die sehr schnell mit ihrer Auslenkung ansteigen, und diese Eigentümlichkeit bevorzugt ihre Anwendung an Fahrzeugen im Stassenverkehr und solchen, die auf geringe Bodenungleichheiten stossen, weil sie massige Ausschläge ihrer Aufhängung verursachen.

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■ ^ Uι uoi luyci ι γ"π. / s ι Acs. Z i*r. ] Satz 3 dee AnclTungtQM. v. 4· Ϊ. 196*,

Di e Beziehung zwischen dem Druck ρ und dem variablen Volumen ν, in das eine gegebene Masse Gas eingeschlossen ist, ist durch die Formel

gegeben,,

Der Index "o" bezeichnet dabei die Ausgangsdrücke und -volumen, und η ist eine Wertkonstante, die von der Art abhängt, wie die Volumenänderung vollzogen wurde. Sie ist gleich 1 für eine isothermische und gleich 1,4 für eine adiabatische Umwandlung, falls es sich um luft oder ein zweiatomiges Gas handelt. In der Anwendung für Aufhängungen liegt η praktisch zwischen 1,3 und 1,55-

i-jun ist die Flexibilität, Geschmeidigkeit oder Anpassungsfähigkeit einer Aufhängung ausgedrückt durch das Verhältnis dl/dp, wobei dl die durch die lastvergrösserung bewirkte Auslenkung ist, die in eine Vergrösserung dp des Gasdruckes im Inneren des Behälters überführt wird. Im Falle eines zylindrischen Behälters mit vertikaler Achse ist die Volumenänderung dv proportional der Auslenkung bzw. dem Ausschlag dl, und die Flexibilität ist ausserdem durch die Proportion dv/dp gegeben, und wenn man die Beziehung zwischen ρ und ν berücksichtigt, so folgt daraus, dass die Flexibilität umgekehrt proportional dem Ausdruck ρ ⁺''ⁿ=p'^f'^ ist. Man kann sagen, dass die Steifheit, also die Umkehrung der

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Flexibilität, demnach proportional der Potenz 1,74 des Drudes im Inneren der G-asmasse ist. Dies bedeutet, dass es demgemäss illusorisch ist, von einer Aufhängung mit der richtigen Steifheit für die notwendigen Amplituden im Strassaiverkehr grosse Abweichungen in wechselndem Gelände zu erhoffen, da die Zunahme der Steifheit, die der Potenz 1,74 des Druckes folgt, tatsächlich eine "Hauer" für grosse Abweichungen erzeugt. Die !Flexibilität kann auch als funktion des komprimierten Gasvolumens ausgedrückt werden und ist

n+1 2 55 dann proportional dem Wert ν = ν ' , Dieses Volumen wird wesentlich kleiner durch die entsprechende Zunahme der Auslenkung unter der Wirkung der Belastung.

Zweck der vorliegenden Erfindng ist, im gewollten Augenblick zusätzliche Flexibilität zu erzeugen. Hierzu wird allgemein vorgeschlagen, eine zusätzliche Gasmasse des vorbestimmten Wertes m.. vorzusehen, die auf einen bestimmten Druckwert p.komprimiert ist und in einem zusätzlichen, aber vom Hauptbehälter durch eine deformierbare Membrane getrennten Behälter ein Volumen V₁ einnimmt. Wenn der Druck im Hauptbehälter unterhalb des Druckes P₁ bleibt, so behält die Membrane im Susatzbehälter ihre Ursprungsform und spricht nicht an. Von dem Moment an jedoch, in dem der Druck p,. überschritten wird, spielt sich alles so ab, als wenn die beiden Behälter nur einen einzigen mit dem Volumen V-+V- bilden würden, wobei v^der Wert des Volumens des unter dem Druck P₁ stehenden Gases im Hauptbehälter ist.

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In diesem Koment erfährt die Flexibilität einen

plötzlichen Anstieg. Während sie vorher ungefähr pro-

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portional dem Wert v. ' war, wird sie nun proportional

dem Wert Cv₁H-V₁) ²'^⁵.

Wenn dann der Druck über den Wert P₁ ansteigt, so folgt die Gesamtheit der beiden Gasvolumen demselben Kompressibilitätsgesetz, und die sie trennende Membrane wird folglich und ohne Änstrergmg deformiert.

Palis die Grosse der zu realisierenden Auslenkung dies rechtfertigt, können mehrere andere unter anderen vorgespannten Drücken eingeschlossene Gasmassen enthaltende behälter vorgesehen sein, deren deformierbare Kembranen diese von der Hauptgasmasse trennen.

Eine hydraulisch-pneumatische .aufhängung mit konstanter Gasmasse für Kraftfahrzeuge nach der Erfindung mit einem Hauptbehälter, in dessen zylindrischem Seil unter der Wirkung von Lastveränderungen ein auf eine Drucküber— tragungsflüssigkeit wirkender Kolben sich bewegt, ist gekennzeichnet durch die Verbindung des Hauptbehälters mit einem oder mehreren Hilfsbehältern, die zusätzliche Massen vorkomprimierten Gases enthalten, die verschiedene und über dem Normaldruck des Hauptbehälters liegende Drücke aufweisen, wobei jeder Hilfsbehälter vom Hauptbehälter und

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der auch als Dämpfung dienenden Flüssigkeit mittels einer deformierbaren Membrane getrennt ist.

Die Hilfsbehälter können in den Hauptbehälter entweder in dessen vom G-as eingenommenen, umschlossenen Raum oder in den die Übertragungsflüsigkeit aufnehmenden Seil einmünden, der durch Drosselung zur Dämpfung herangezogen werden kann.

Die Vorteile einer solchen Aufhängung sind augenscheinlich auch bei Fahrzeugen, bei denen die aufgehängte Hasse unter Belastung im Verhältnis zur aufgehängten Masse ohne Belastung sehr hoch ist, und die Steifheit bei Belastung der Aufhängung solcher Fahrzeuge, welche exzessiv werden könnte, wird dann durch das zusätzliche Element korrigiert, das bei Belastung infolge des geeignet gewählten Wertes seiner Vorkompression eine zusätzliche Elexibilität hervorruft.

Bin weiterer Vorteil ist die selbstkorrigierende Eigenschaft der Vorrichtung bei starken Schwankungen der Umgebungstemperatur.

In der !Tat verringert eine sehr niedrige Temperatur das statische Gasvolumen ν im Hauptbehälter, d.h. versteift die Aufhängung, aber der Druck p¹ der Masse m¹ des das

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Volumen ν¹ einnehmenden Zusatzgases verringert sich ebenfalls, und seine Wirkung macht sich also auch für sehr geringe Auslenkungen fühlbar. Die umgekehrte Wirkung einer zu grossen Auslenkung bei einer erhöhten Temperatur wird offensichtlich korrigiert, indem die Einschaltung der Zusatzmasse durch die entsprechende Vergrösserung des Druckes p^J besagter tä-asmasse hemmend wirkt.

Die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die anhand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele erläutert. Ss stellen dar:

E¹Ig. 1 eine Aufhängung nach der Erfindung in entspannter Position;

S¹Ig. 2 die Aufhängung nach !"ig. 1 mit angehobenem Kolben;

Fig. 3 eine mit zwei in Serie geschalteten Flüssigkeit sdämpfern ausgerüstete Aufhängung;

I"ig. 4 eine weitere Variante mit zwei parallel geschalteten Dämpfern;

Fig. 5 die Veränderung der Auslenkung einer Auf-

die

hängung als Funktion der belastung darstellendei Kurven.

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In !«'ig. 1 ist 1 ein um eine Achse 2 schwingender .arm, der das ΛβΛ 5 trägt, welches mit dem Boden 4 Kontakt hat. Dieser Arm betätigt über eine an ihm angelenkte Kolbenstange 5 den Kolben 6, der in dem Zylinder 7 des Hauptbehälters S der Aufhängung gleitet»

Der Behälter 8 und der Lagerbloclc 9 für die Achse sine am Rahmen oder Gestell 10 des Fahrzeuges befestigt.

Die auf das Had wirkende Belastung wird in Druck umgesetzt, den das hydraulische I-iedium, z.B. 01 11 auf die Ilasse m des Gases 13 überträgt, von dem es durch eine defortnierbare I-Ietabrane 12 getrennt ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet die .Liinsufügung eines Hilfsbehälter 14» der eine unter dem Druck p¹ stehende Gasmasse m¹ enthält. Solange der Druck im üeuälter 14 unterhalb des Druckes p' bleibt, wirkt eine in ihm angeordnete deformierbare Ilembrane 15 wie ein Ventil, indem sie die Yerbinduiigsöffnung 16 zwischen den beiden Behältern β und 14 versclülesst. Von dem Moment an, in dem die Zunahme der Auslenkung den Druck über den Wert p¹ ansteigen lässt, wird die "embrane 15 so deformiert, als wäre sie für die sich zu ihren beiden Seiten befindenden Hassen m und m' transparent (vgl. 3?ig. 2), und diese verhalten sich dann wie eine einzige Hasse (m+m¹), die,

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BAD ORiGiNAU

wie dies vorstehend gezeigt, eine grössere Flexibilität als die Hasse m aufweist.

Da die Entspannung der Aufhängung den Druck auf einen Wert unterhalb von p¹ absinken lässt, nimmt die Masse m¹ von neuem das gesamte Volumen v¹ des Behälters 14 ein, wodurch die Membrane 15 sich eng an die innere Wandung anlegt und so automatisch nach der Ausschaltung der G-asmasse m¹ die Flexibilität plötzlich abnimmt.

Andererseits wird die Dämpfung der Aufhängung mit Hilfe eines Drosselventils 17 in der Druckübertragungsflüssigkeit verwirklicht, das zwischen dem Boden des Zylinders und dem übiigen Eeil des Behälters liegt. Aber diese Einrichtung könnte ungenügend sein, um die Aufhängung aperiodisch oder bei "Vibrationen sehr niedriger Frequenz ansprechen zu lassen, und für diesen Fall können erfindungsgemäss v/eitere Drosselventile eingebaut werden, wenn man die relative Lage der beiden Behälter verändert.

Der Behälter 14 ist nach Fig. 3 über ein Rohr 19 mit der Unterseite des Hauptbehälters 8 verbunden und teilweise mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt. Ein Ventil am Eingang des Behälters 14 drosselt die in ihn ein-

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strömende Flüssigkeit, d.h. von dem Moment an, in dem der Druck p¹ überschritten wird, während das Ventil 17 die Gesamtheit der während der Bewegung des Korbens verdrängten Flüssigkeit drosselt.

- Hach Pig. 4 mündet das den Behälter 14 mit dem Behälter 8 verbindende Eohr 20 in den Bodenbereich des Zylinders 7 zwischen dem Kolben 6 und dem Ventil 17 ein. Auf diese Weise sind beide Ventile 17 und 18 parallel geschaltet und drosseln jedes einen Teil der verdrängten Flüssigkeit. Man kann also demgemäss mit Hilfe der Erfindung die Dämpfung einer Aufhängung im Hinblick auf die Besonderheiten und das jeweilige Verlangte verändern und anpassen.

Man kann anstelle eines einzigen mehrere Hilfsbehälter vorsehen und sie mit dem Hauptbehälter auf geeignete Weise verbinden. Wenn jeder Behälter ein gegebenes Volumen hat und eine bestimmte, unter einem gewählten Druck stehende G-asmasse enthält, so kann man durch Kombination dieser Parameter eine Aufhängung erhalten, die einem bestimmten Flexibilitätsgesetz mit gewünschter Annäherung gehorcht.

Die Kurven nach Fig. 5 sind aufgrund der folgenden

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Werte erstellt:

- aufgehängte Leermasse = 275 kg,

- aufgehängte Lastmasse = 400 kg,

- Polytropie-Exponent η = 1,35·

Auf der Ordinate sind die Belastungen in Kilogramm und auf den Abszissen die Radausschläge in Millimetern eingetragen, und zwar nach rechts für den sich anhebenden und nach links für den sich absenkenden Kolben. Die untere Skala trifft für den Pail eines leeren 2'ahrzeuges (Kurve 21) und die darüberliegende für den Fall eines belasteten Fahrzeuges (Kurve 22) zu.

Die Kurve 21 gibt die statischen Charakteristiken des leeren Fahrzeuges wieder, d.h. eine Flexibilität von 84$ am Punkt 23, dem eine eigene Periode von 0,96 Sekunden entspricht, welche Werte bei Benutzung auf einer Strasse und hoher Geschwindigkeit als maximal angesehen werden können. Auf dieser Kurve wird der dynamische Koeffizient 2 oder das Verhältnis der entsprechenden Lasten erhalten durch einen Ausschlag von 122 Millimetern, wobei die Flexibilität 25# und die Periode 0,74 Sekunden erreicht. Bei einem Ausschlag von 150 mm steigt der dynamische Koeffizient auf 2,47, und die Flexibilität

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fällt auf 17»5/S mit einer Periode von 0,69 Seirunden. Die Kurve 22 gilt für das belastete Fahrzeug.

In strichpunktierter Linie ist die Isothermie 25 eingetragen, die der Verschiebung des Punktes 23 auf der Kurve "ohne Belastung "bis zum Gleichgewichtspunkt 24 auf der Kurve "mit Belastung" entspricht, In diesem letzterwähnten Punkt beträgt die Flexibilität 41 fo und die Periode 0,81 Sekunden. Ilach 150 mm Ausschlag ist der dynamische Faktor auf 2,90 gestiegen, die Flexibilität und die Periode betragen dementsprechend 10$ und 0,68 Sekunden. Der zusätzliche Behälter ist dann in Aktion getreten, da die Belastung 660 kg(Punkt 26) erreicht hat, so dass die Kurve 21 praktisch über ihren gesamten Anwendungsbereich gültig bleibt.

Ohne den Hilfsbehälter 14 gemäss der Erfindung würde, vom Punkt 26 aus, die Kurve 22 der gestrichelten Linie 27 folgen, und für einen Ausschlag von 120 mm würde man einen dynamischen Koeffizienten 3 mit einer Flexibilität von 5,6$ und einer Periode von. 0,56 Sekunden erhalten haben, während für einen Ausschlag von 150 mm der dynamische Faktor 4,8 überschritten haben würde, was die "Verwendung einer derartigen

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Aufhängung bekannter Bauart illusorisch machen würde.

Obwohl die vorliegende Erfindung in gewissem ü-rade nur bestimmte Beispiele behandelt , ist ohne weiteres ersichtlich, dass sie sich mit zahlreichen Änderungen im Detail und Kombinationen und Anordnungen der verschiedenen Elemente verwirklichen lässt, ohne weder den Anwendungsbereich noch die Prinzipien der Erfindung zu verlassen, um die gefundenen Hegeln für die Flexibilität anzuwenden und die gewünschte Dämpfung zu erreichen.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   1„ Hydraulisch-pneumatische Aufhängung mit konstanter ü-asmasse für Kraftfahrzeuge mit einem Haupt-Behälter, in dessen zylindrischem !eil ein auf eine Druckübertragungsflüssigkeit wirkender Kolben arbeitet, gekennzeichnet durch die Verbindung des iiauptbehälters (8) mit einem oder mehreren Hilfsbehältern (14), die zusätzliche Massen vorkomprimierten Gases enthalten, die verschiedene und über dem Normaldruck des Hauptbehälters liegende Drücke aufweisen, wobei jeder Hilfsbehälter vom Hauptbehälter und der auch als Dämpfung dienenden Flüssigkeit mittels einer deformierbaren Membrane getrennt ist.
2. 2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsdämpfung am Eingang des Hauptbehälters liegt.
3. 3. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Flüssigkeitsdämpfung am Eingang eines jeden Behälters liegt.
4. 4. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch g e -

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   kennzeichnet , dass die Verbindung zwischen dem iiauptbehälter und den Ililfsbehältern im Verhältnis zur flüssigkeitsdämpfung des Hauptbehälters stromabwärts liegt.
5. 5. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Hauptbehälter und den liiilfsbehältern im Verhältnis zur Flüssigkeitsdämpfung des Hauptbehälters stromaufwärts liegt.
6. 6. Aufhängung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsdämpfungen aus Drosselventilen bestehen.

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