DE19731139C2 - Kolben-Zylinder-Aggregat, das zwischen einem Aufbau und einem Radführungsteil eines Fahrzeugs eingebaut ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinder-Aggregat, das zwischen einem Aufbau und einem Radführungsteil eines Fahrzeugs eingebaut ist, entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und 2.

Ein Kolben-Zylinder-Aggregat, das vorzugsweise als Schwingungsdämpfer aus­ gebildet ist, ist durch die EP 0 501 115 A1 bekannt, die ein regelbares Fede­ rungssystem für Radaufhängungen an Kraftfahrzeugen zeigt, das aus einer ersten Feder und einem dazu parallel arbeitenden hydraulischen Schwingungsdämpfer sowie einer zweiten Feder besteht, die ebenfalls parallel zur ersten Feder arbeitet. Bei einer Ausführungsform umgibt die erste Feder den Schwingungsdämpfer über die gesamte Einbaulänge, während die zweite Feder mit einem Hydraulikkolben eines schaltbaren Hydrauliksystems verbunden ist und das Schaltventil bei Stromausfall automatisch schließt, so daß die zweite harte Feder zugeschaltet wird, was zu einer harten Federung und damit zu einem sicheren Fahrverhalten führt. Ferner ist es bekannt, bei Fahrzeugfederungen die Feder in ihrer Vorspan­ nung zu verändern oder bei Schwingungsdämpfern einen nicht einstellbaren An­ schlagpuffer anzuordnen, der mit dem Zylinder verbunden ist und die Kolben­ stange umgibt.

Die bekannten hydropneumatischen Federungs- und Dämpfungssysteme mit vom Federzylinder getrenntem hydropneumatischem Speicher sind üblicherweise so ausgelegt, daß die Eigenfrequenz der Federung in den verschiedenen zulässigen Beladungszuständen ca. 1 Hz beträgt. Außerdem wird für den Speicher das Spei­ chervolumen und die Gasvorspannung so bemessen, damit in keinem Betriebszu­ stand die den Gasraum vom Flüssigkeitsraum trennende Membrane weder an der gasseitigen noch an der flüssigkeitsseitigen Innenwand zur Anlage kommen kann.

Die gattungsbildende DE 32 23 195 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Verstel­ len der Höhenlage der Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit zumindest einem Hy­ draulikzylinder, dessen mit Druck beaufschlagbarer Kolben zumindest eine Trag­ feder abstützt, wobei das Kraftfahrzeug eine hydraulische Einrichtung mit einer motorbetriebenen Pumpe aufweist. Zur Schaffung einer einfachen, komfortablen Höhenverstellung ist der Hydraulikzylinder über ein willkürlich steuerbares Wege­ ventil mit der Pumpe verbunden.

Die DE 44 20 134 C1 beschreibt einen Schwingungsdämpfer mit einer Zugan­ schlagfeder, die ortsfest innerhalb eines Zylinders, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich geführt ist, angeordnet ist. Ab einer definierten Hublage in Ausfahrrichtung der Kolbenstange wird die Zuganschlagfeder zwi­ schen dem Kolben und einer Kolbenstangenführung vorgespannt und stellt damit einen Anschlag dar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vorhandenes, aus einem Kol­ ben-Zylinder-Aggregat und einem Speicher bestehendes hydropneumatisches Sy­ stem ohne oder ohne wesentliche Änderung der Speichervolumina und der Gas­ vorspannung mit einer Einrichtung zur Niveauänderung des Wagenaufbaus zu versehen, die einen einfachen und kostengünstigen Gesamtaufbau gewährleistet.

Diese Aufgabe wird in einer ersten Variante durch den Patentanspruch 1 und in einer zweiten Variante durch den Patentanspruch 2 gelöst.

Dadurch ist es möglich, die Wirkung der als Zusatzfeder an dem Kolben-Zylinder- Aggregat angeordneten Feder bei vorgegebenen Stellungsbereichen des Kolbens einsetzen zu lassen, wodurch sich verstellbare federnde Anschläge realisieren lassen, ebenso ist es ohne weiteres möglich anstelle der Feder einen Anschlag­ puffer aus Kunststoff oder Metall vorzusehen. Zum Höherstellen des Fahrzeug­ aufbaus, wie dies oftmals zum Befahren von Rampen oder Parkhäuser erwünscht ist, wird lediglich die Feder durch die Verstelleinrichtung in die ausgefahrene Stellung gebracht, wodurch die Feder bei einem wesentlich geringeren Einfahr- bzw. Ausfahrweg der Kolbenstange an dem zweiten Abstützteil zur Anlage kommt und somit eine Niveauanhebung bzw. Niveauabsenkung des Fahrzeugauf­ baus ermöglicht wird. Der Systemdruck überschreitet oder unterschreitet in kei­ nem Fall die für eine einwandfreie Funktion der Membrane und der Dichtungen erforderlichen Werte. Somit kann die übliche Speicherauslegung für diese Ni­ veaueinstellungen beibehalten werden, was zu einem einfachen und kostengün­ stigen Gesamtaufbau führt.

Für eine bei der Einfahrbewegung der Kolbenstange in den Zylinder einsetzende alternative Ausführung einer Zusatzfeder gemäß Anspruch 2 ist es erfindungs­ gemäß sehr vorteilhaft, wenn die mit einem Abstützteil versehene Verstelleinrich­ tung außen auf dem Zylinder angeordnet ist und das andere Abstützteil am Ende der Kolbenstange im Bereich des Anschlußgelenks mit der Kolbenstange verbun­ den ist.

Die Ausbildung der Verstelleinrichtung für den Druckanschlag ist einfach, da die­ se ein im Durchmesser abgesetztes und auf dem Zylinder angeordnetes, die Kol­ benstange teilweise überlappendes Innenteil aufweist, welches die Laufflächen für ein axial verschiebbares und mittels Dichtungen gegenüber den Laufflächen abgedichtetes Außenteil besitzt und dieses Außenteil den Hydraulikanschluß trägt und das Abstützteil bildet, während das andere Abstützteil am Ende der Kolben­ stange im Bereich des Anschlußgelenks angeordnet ist. Eine solche Verstellein­ richtung ermöglicht eine einfache und Bauraum sparende Anordnung auf dem Zylinder dadurch, daß die mit kleinerem Durchmesser versehene Lauffläche die Kolbenstange umgibt, während der Übergang vom kleineren Durchmesser zum größeren Durchmesser die axiale Abstützfläche des Innenteils auf der Stirnfläche des Zylinders bildet. Somit ist eine einfache axiale Fixierung der Verstelleinrich­ tung auf dem Zylinder möglich, wobei das Innenteil mit dem größeren Durchmes­ ser auf den Zylinder aufgepreßt ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, ist im Außenteil ein mit dem Übergang in Achsrichtung wirkender elastischer Anschlag angeordnet, wäh­ rend zur Begrenzung der Ausfahrbewegung des Außenteils ein Anschlagring am Ende der Lauffläche mit kleinem Durchmesser in einer Ringnut befestigt ist. Auf diese Weise wird einerseits in axialer Richtung ein metallisches Anschlagen des Außenteils auf das Innenteil verhindert und andererseits eine eindeutige Begren­ zung für die größte Ausschublänge der Verstelleinrichtung geschaffen.

Für die ab einer bestimmten Eintauchtiefe der Kolbenstange in den Federzylinder einsetzende zusätzliche Feder, deren Federkraft in Reihe zu der des Federzylin­ ders wirkt, wird eine Geräuschbildung insbesondere im abgehobenen Zustand vermieden, wenn diese als Elastomerfeder ausgebildet ist und das mit der Kol­ benstange verbundene Abstützteil mit einem zur Elastomerfeder hin geöffneten Aufnahmetopf verbunden ist.

Um eine einwandfreie Befestigung des Innenteils auf dem Zylinder ohne Durch­ messeränderung der mit größerem Durchmesser versehenen Lauffläche des In­ nenteils zu gewährleisten wird zum Toleranzausgleich zwischen der Außenwand des Zylinders und der Innenwand des mit größerem Durchmesser versehenen In­ nenteils ein Zwischenrohr aus deformierbarem Kunststoff angeordnet.

Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer hydropneumatischen Federung und Dämpfung;

Fig. 2 einen Federzylinder mit einem axial verstellbaren Druckanschlag im Längs­ schnitt;

Fig. 3 den Bereich der dem Druckanschlag zugeordneten Verstelleinrichtung mit Zusatzfeder entsprechend Fig. 1 im Längsschnitt und in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4 einen Federzylinder mit einem axial verstellbaren Zuganschlag im Längs­ schnitt;

Fig. 5 die dem Zuganschlag nach Fig. 4 zugeordnete Verstelleinrichtung in ver­ größerter Darstellung.

Die schematische Darstellung der hydropneumatischen Federung einer Fahr­ zeugachse nach Fig. 1 zeigt einen jedem Fahrzeugrad zugeordneten Federzylinder 1, der einerseits am Fahrzeugaufbau und andererseits an einem Radführungsteil gelenkig gelagert ist und der Zylinder 4 eine Verstelleinrichtung 11 trägt, die eine ab einem vorbestimmten Einfahrweg der Kolbenstange 2 in den Zylinder 4 wir­ kende Feder 20 aufweist. Jedem Federzylinder 1 ist ein hydropeumatischer Spei­ cher 25 zugeordnet, der beispielsweise einerseits über ein Niveauregelventil 26, eine Druckleitung 28, eine Pumpe 27 und andererseits über eine Rücklaufleitung 29 mit einem Vorratsbehälter 30 hydraulisch verbindbar ist, wobei in der Druck­ leitung 28 auch ein Druckregler vorgesehen sein kann. Jede Verstelleinrichtung 11 ist über wenigstens eine Leitung und ein Verstellventil 31 mit der Drucklei­ tung 28 und der zum Vorratsbehälter 30 führenden Rücklaufleitung 29 verbun­ den.

Jeder hydropneumatische Speicher 25 besitzt eine durch eine Membrane von der Flüssigkeitsfüllung getrennte Gasfüllung und ist hinsichtlich Größe und Gasvor­ spannung derart ausgelegt, daß im normalen Fahrbetrieb und im Bereich der zu­ lässigen Beladung des Fahrzeugs eine Eigenfrequenz der Federung von ca. 1 Hz ermöglicht ist, wobei zur Vermeidung von unzulässig hohen Druckstößen im Sy­ stem sichergestellt sein muß, daß die Membrane weder an der gas- noch an der flüssigkeitsseitigen Wand des Speichers 25 anschlagen kann. Wird für eine sol­ che hydropneumatische Federung ein Fahrbetrieb mit Niveauanhebung und/oder mit Niveausenkung gefordert, so lassen sich bei den bekannten hydropneumati­ schen Federungen die verschiedenen Ziele, beispielsweise geforderte Eigenfre­ quenz der Federung, maximal zulässige Beanspruchung, kleinstmögliche Baugrö­ ße, kostengünstiger Leichtbau des Speichers, nicht ohne weiteres vereinbaren. Die Abhilfe besteht darin, daß bei Niveauanhebung nicht voll eingefedert wird und bei Niveausenkung nicht voll ausgefedert wird. Dies wird durch einen ver­ stellbaren Druckanschlag und/oder einen verstellbaren Zuganschlag erreicht. Für die Niveauanhebung wird die Feder 20 durch die Verstelleinrichtung 11 axial aus­ gefahren und schlägt ab einem bestimmten Einfahrweg der Kolbenstange 2 in den Zylinder 4 auf einem Abstützteil auf, wodurch dann die Feder 20 bei einer geringeren Einfederung des Federzylinders 1 als Anschlagfeder wirksam ist und einer vollen Einfederung entgegenwirkt. Dementsprechend kann der Systemdruck kleiner gehalten werden und der übliche hydropneumatische Speicher 25 ist auch für eine Niveauanhebung ausreichend dimensioniert. Eine Niveauabsenkung wird durch eine in der Figur nicht dargestellte Verstelleinrichtung für eine Zugan­ schlagfeder geschaffen. Beim Ausfahren dieser Feder die Ausfederbewegung der Kolbenstange vermindert und dadurch der Fahrzeugaufbau abgesenkt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die konstruktive Ausgestaltung der zur Niveauanhe­ bung verwendeten Verstelleinrichtung 11 für die Feder 20, die als Elastomerfeder ausgebildet ist. Der Federzylinder 1 ist an seinem oberen Ende mittels eines Stift­ gelenks 6 im Fahrzeugaufbau befestigt, während ein im Zylinder 4 gleitender und mit Dämpfventilen versehener Kolben 3 auf einer Kolbenstange 2 sitzt, die in ei­ ner Kolbenstangenführung 5 geführt und nach außen abgedichtet ist. Das am äußeren Ende der Kolbenstange 2 vorhandene Kugelgelenk 7 dient zur Verbin­ dung mit einem nicht eingezeichneten Radführungsteil. Links der Mittellinie ist die auf dem Zylinder 4 des Federzylinders 1 angeordnete Verstelleinrichtung 11 in eingefahrener Position dargestellt, wobei die Feder 20 als reine Anschlagfeder in der normalen Einstellung des Federungs- und Dämpfungssystems wirkt. Das In­ nenteil 12 der Verstelleinrichtung 11 bildet mit dem größeren Durchmesser eine Lauffläche 14 und ist mittels eines aus deformierbarem Kunststoff bestehenden Zwischenrohrs 23 auf dem Zylinder 4 befestigt, während ein Abschnitt des In­ nenteils 12 mit kleinerem Durchmesser die Kolbenstange 2 umgibt und eine Lauffläche 13 bildet. Der Übergang 15 vom kleineren zum größeren Durchmesser stellt die axiale Abstützfläche auf der Stirnseite des Zylinders 4 dar. Ein Außenteil 16 trägt in einer Ringnut die Dichtung 17 für die Lauffläche 14 und eine Dichtung 18 für die Lauffläche 13, wobei zur Begrenzung der Hubbewegung des Außen­ teils 16 auf dem Innenteil 12 ein Anschlagring 19 befestigt ist. Um ein metalli­ sches Anschlagen zwischen dem Innenteil 12 und dem Außenteil 16 zu vermei­ den, ist ein mit dem Übergang 15 zusammenwirkender elastischer Anschlag 22 im Außenteil 16 vorgesehen.

Bei Druckbeaufschlagung über den im Außenteil 16 befestigten Hydraulikan­ schluß 24 wird das Außenteil 16 in die ausgefahrene Position gefahren, wie dies auf der rechten Seite der Figuren gezeigt ist. Dementsprechend wird auch die mit dem Außenteil 16 verbundene und auf dem Abstützteil 8 aufliegende Feder 20 in Richtung auf das am Ende der Kolbenstange 2 befindliche Abstützteil 9 verscho­ ben und wirkt nun bei geringerer Einfederung des Federzylinders 1 als Zusatzfe­ der, sobald sie mit dem am unteren Ende des Aufnahmetopfs 21 angeordneten Abstützteil 9 in Wirkverbindung kommt. Auf diese Weise ist eine Niveauanhe­ bung ohne unzulässige Druckerhöhung im Speicher und über den Hydraulikan­ schluß 10 auch im Federzylinder 1 möglich, da die ausgefahrene Feder 20 einem stärkeren Einfedern entgegenwirkt.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsform eines verstellbaren Zugan­ schlags dargestellt, bei der die Verstelleinrichtung 11' innerhalb des Zylinders 4 im Federzylinder 1 zwischen dem mit den Dämpfventilen versehenen Kolben 3 und der Kolbenstangenführung 5 angeordnet ist. Zusammen mit dem Kolben 3 ist ein Abstützteil 9' für die Feder 20' auf der Kolbenstange 2 befestigt, während das andere Abstützteil 8' vom Innenteil 12' der Verstelleinrichtung 11' gebildet ist. Dieses Innenteil 12' ist als Stufenkolben ausgebildet, der mit dem größeren Durchmesser abgedichtet auf der Innenwand des Zylinders 4 geführt ist und mit dem kleineren Durchmesser in ein von der Kolbenstangenführung 5 gebildetes zylinderförmiges Außenteil 16' abdichtend eingreift. Der zwischen den beiden Dichtungen gebildete Ringraum steht mit dem im Zylinder 4 befestigten Hydrauli­ kanschluß 24 in Verbindung, wobei eine Druckerhöhung in dem Ringraum eine Ausfahrbewegung des Innenteils 12' aus dem Außenteil 16' bewirkt und damit die als Schraubenfeder ausgebildete Feder 20' in Richtung auf das Anschlagteil 9' verschoben wird. Die in der "eingefahrenen" Position der Verstelleinrichtung 11' den Zuganschlag bildende Feder 20' wirkt in der "ausgefahrenen" Position der Verstelleinrichtung 11' als Zusatzfeder sobald sie auf dem Abstützteil 9' auf­ liegt. Auf diese Weise entsteht eine Ausschubbegrenzung für die Kolbenstange 2, wodurch in einer abgesenkten Stellung des Fahrzeugaufbaus, was insbesondere bei schneller Fahrt wünschenswert sein kann, die Federkraft der Feder 20' einem Anheben des Fahrzeugaufbaus über einen vorbestimmten Weg entgegenwirkt. Dadurch kann in der abgesenkten Stellung der Druck im Federungs- und Dämp­ fungssystem nicht durch eine unzulässige Ausschubbewegung der Kolbenstange 2 unter einen kritischen, den erforderlichen Anpreßdruck der Dichtung unter­ schreitenden Wert absinken, bzw. es wird vermieden, daß die Membrane an der flüssigkeitsseitigen Wand des hydropneumatischen Speichers zur Anlage kommt.

Mit den vorbeschriebenen Verstelleinrichtungen lassen sich nur die Stellungen "eingefahren" und "ausgefahren" für den Einsatzpunkt der Feder verwirklichen. Es ist jedoch ohne weiteres möglich mit Hilfe eines zwischen dem Zylinder und der Verstelleinrichtung wirksamen Wegsensors Zwischenstellungen zwischen "ein- und ausgefahren" anzusteuern oder mit dem Wegsensor und einer Rege­ leinrichtung das Fahrverhalten zu beeinflussen, beispielsweise durch eine Nei­ gungsstabilisierung. Ferner ist es möglich, daß die Feder mit hoher Steifigkeit ausgeführt ist und dann einen nahezu unelastischen Anschlag bildet. Dies ist dann von Vorteil, wenn mit der Verstelleinrichtung ein Blockieren der Federbewe­ gung erreicht werden soll, wie dies für Wohnmobile oder Rettungswagen im Stand oftmals gewünscht ist. Ebenso ist es möglich die Federbewegung des Fahrzeugaufbaus mittels einer hydraulischen Blockierung des Federungs- und Dämpfungssystems auszuschalten.

Claims (6)

1. Kolben-Zylinder-Aggregat, das zwischen einem Aufbau und einem Radfüh­ rungsteil eines Fahrzeugs eingebaut ist, dessen Kolben Dämpfventile aufweist und fest mit einer Kolbenstange verbunden ist, die am kolbenstange­ naustrittsseitigen Ende des mit einer Flüssigkeitsfüllung versehenen Zylinders in einer Kolbenstangenführung axial geführt und mittels einer Kolbenstan­ gendichtung nach außen abgedichtet wird, während eine die Kolbenstange umgebende Feder einerseits mit einem am Zylinder und andererseits mit ei­ nem an der Kolbenstange oder einem fahrzeugfesten Teil befestigten Ab­ stützteil in Wirkverbindung steht, wobei eines der Abstützteile mittels einer Verstelleinrichtung axial verstellbar und der mit dem axial verstellbaren Ab­ stützteil zusammenwirkende Fußpunkt der Feder durch das Abstützteil ver­ schiebbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangenführung (5) das im Zylinder (4) befestigte Außenteil (16') der Verstelleinrichtung (11') bildet, während das Innenteil (12') das Ab­ stützteil (8') für die Feder (20') trägt und als Stufenkolben ausgebildet ist, wobei der Stufenkolben an seinem einen Ende abdichtend im Außenteil (16') und an seinem anderen Ende abdichtend auf der Innenwand des Zylinders (4) axial beweglich geführt ist mit einem Ringraum zwischen den beiden Abdich­ tungen, der mit dem der Verstelleinrichtung (11') zu­ geordneten Hydraulikanschluß (24) verbunden ist, um den Einsatzpunkt der Feder (20') mit beiden Abstützteilen (8' und 9') in einem vorbestimmten Stellungsbereich des Kol­ bens (3) im Zylinder (4) zu verändern.

2. Kolben-Zylinder-Aggregat, das zwischen einem Aufbau und einem Radfüh­ rungsteil eines Fahrzeugs eingebaut ist, dessen Kolben Dämpfventile aufweist und fest mit einer Kolbenstange verbunden ist, die am kolbenstange­ naustrittsseitigen Ende des mit einer Flüssigkeitsfüllung versehenen Zylinders in einer Kolbenstangenführung axial geführt und mittels einer Kolbenstan­ gendichtung nach außen abgedichtet wird, während eine die Kolbenstange umgebende Feder einerseits mit einem am Zylinder und andererseits mit ei­ nem an der Kolbenstange oder einem fahrzeugfesten Teil befestigten Ab­ stützteil in Wirkverbindung steht, wobei eines der Abstützteile mittels einer Verstelleinrichtung axial verstellbar und der mit dem axial verstellbaren Ab­ stützteil zusammenwirkende Fußpunkt der Feder durch das Abstützteil ver­ schiebbar ausgebildet ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Abstützteil (8) versehene Verstelleinrichtung (11) außen auf dem Zylinder (4) angeordnet und das andere Abstützteil (9) im Bereich des Anschlußgelenks (7) mit der Kolbenstange (2) verbunden ist, wobei die Ver­ stelleinrichtung (11) ein im Durchmesser abgesetztes und auf dem Zylinder (4) angeordnetes, die Kolbenstange (2) teilweise überlappendes Innenteil (12) aufweist, welches die Laufflächen (13 und 14) für ein axial verschiebbares und mittels Dich­ tungen (17 und 18) gegenüber den Laufflächen (13 und 14) abgedichtetes Außenteil (16) besitzt und dieses Außenteil (16) den Hydraulikanschluß (24) trägt und das Abstützteil (8) bildet, um den Einsatzpunkt der Feder (20) mit beiden Abstütz­ teilen (8 und 9) in einem vorbestimmten Stellungsbereich des Kolbens (3) im Zylinder (4) zu verändern.

3. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit kleinerem Durchmesser versehene Lauffläche (13) die Kolben­ stange (2) umgibt, während der Übergang (15) vom kleineren Durchmesser zum größeren Durchmesser die axiale Abstützfläche des Innenteils (12) auf der Stirnfläche des Zylinders (4) bildet.

4. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenteil (16) ein mit dem Übergang (15) in Achsrichtung wirkender elastischer Anschlag (22) angeordnet ist, während zur Begrenzung der Hub­ bewegung des Außenteils (16) ein Anschlagring (19) am Ende der Lauffläche mit dem kleineren Durchmesser (13) in einer Ringnut befestigt ist.

5. Kolben-Zylinder-Aggregat nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (20) als Elastomerfeder ausgebildet ist und das mit der Kolben­ stange (2) verbundene Abstützteil (9) mit einem zur Feder (20) hin geöffne­ ten Aufnahmetopf (21) verbunden ist.

6. Kolben-Zylinder-Aggregat nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenwand des Zylinders (4) und der Innenwand des mit größerem Durchmesser versehenen Innenteils (12) ein Zwischenrohr (23) aus deformierbarem Kunststoff angeordnet ist.