DE2251356C3 - Hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung zum Anschluß an eine außenliegende Druckquelle für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydropneumatisches Federbein gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist ein solches Federbein bekannt (FPL-PS 62 181), bei dem das Einlaßsteuerventil unter dem Druck der Druckquelle und das Auslaßsteuerventil gegen den Druck des Gaspolsters unmittelbar vom Verzögerungskolben zu öffnen ist, was zu einer gewissen Ansprechtragheit führt, da nur über eine ausreichende Stauchung der den Verzögerungskolben im Gleichgewicht haltenden Federn die Schließkraft überwunden werden kann, wozu unter Umständen eine nicht unerhebliche relative Verschiebung zwischen Arbeitskolben und Verzögerungskolben erforderlich ist, so daß ein Ansprechen nur auf relativ große Belastungsänderungen erfolgt

Aufgabe der Erfindung ist es, die vom Verzögerungskolben aufzubringenden Steuerkräfte auf ein Minimum zu reduzieren, damit die Niveauregulierung auch auf geringe Belastungsänderungen anspricht.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Durch die Ausbildung des Einlaß- und des Auslaßsteuerventils als Vorsteuerventil können diese selbst so gestaltet werden, daß für ihre Betätigung eine außerordentlich kleine Kraft genügt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Maßnahmen gemäß Patentanspruch 2 getroffen werden, da auf diese Weise Einlaßventil und Auslaßventil lediglich durch Anschluß an den Druck in der Zylinderkammer geöffnet werden können.

Durch die Maßnahmen nach Patentanspruch 2 kann das Federbein besonders kompakt gestaltet werden.

Es ist ein Federbein mit innerer Niveauregelung bekannt, dessen Auslaßventil durch die Bewegung eines schwimmenden Kolbens betätigbar ist, an dem in entgegengesetzter Richtung wirkende Druckfedern angreifen, wobei das Auslaßventil als Hubventil ausgebildet ist (DE-OS 19 36 858).

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Teillängsschnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Federbein,

Fi g. 2 ist eine der Fi g. 1 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform.

Das erfindungsgemäße Federbein nach Fig. 1 hat einen Arbeitszylinder 10 mit einer Zylinderkammer 11. Die Zylinderkammer 11 ist an ihrem oberen Ende durch einen Zylinderkopf 12 geschlossen, der an einen Fahrzeugkörper 12' angeschlossen ist. in der Zylinderkammer 11 sitzt axial verschiebbar ein Arbeitskolben, dessen Vorder- und Rückseite durch Drosselbohrungen im Kolben miteinander verbunden sind, und der von einer Kolbenstange getragen ist, die ihrerseits z. B. mit der Radaufhängung des Fahrzeuges verbunden ist Im oberen Abschnitt der Zylinderkammer 11 befindet sich axial gleitend verschiebbar ein Verzögerungskolben 18, der einen oder mehrere Kanäle 19 hat, die seine beiden Seiten untereinander verbinden, sowie eine Ausnehmung 20, deren Rand von einem Ringflansch 21 übergriffen ist. Es werden auf diese Weise in der Zylinderkammer 11 drei Abteile gebildet, und zwar ein erstes Abteil 11a zwischen einer unteren Stirnfläche des Zylinderkopfes 12 und der Oberseite des Verzögerungskolbens 18, ein zweites Abteil 116 zwischen der Unterseite des Verzögerungskolbens 18 und der Oberseite des Arbeitskolbens, und schließlich ein drittes Abteil zwischen der Unterseite des Arbeitskolbens und der unteren Stirnfläche des Arbeitszylinders 10. Die drei Abteile sind mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt.

Der Verzögerungskolben 18 wird mit Hilfe zweier vorgespannter Steuerfedern 23 und 24 in Gleichgewichtslage gehalten. Die obere Steuerfeder 23 befindet sich im ersten Abteil 11a der Zylinderkammer und stützt sich an einem Ende an der unteren Stirnfläche des

Zylinderkopfs und am anderen Ende an der Oberseite des Verzögerungskolbens 18 ab. Die untere Steuerfeder 24 sitzt im zweiten Abteil 116 der Zylinderkammer 11 zwischen der Unterseite des Verzögerungskolbens 18 und der Oberseite des Arbeitskolbens.

Der Zylinderkopf 12 besitzt eine Zuleitung 25 und eine Ableitung 26. Die Zuleitung 25 verbindet eine Druckquelle für Hydraulikfluid mit dem ersten Abteil 11a der Zylinderkammer 11, während die Ableitung 26 eine Verbindung zwischen diesem ersten Abteil lla^nd einem drucklosen Vorratsbehälter herstellt.

Der Arbeitszylinder 10 ist an ein als Feder wirkendes Gaspolster 32 angeschlossen, das Stöße dampft, indem ein Anteil der Dämpfungsflüssigkeit, die durch Einführen des Arbeitskolbens in das zweite Abteil 11£> verdrängt wird, aufgenommen wird. Das Gaspolster 32 besitzt ein Gehäuse 33, das im Inneren durch eine flexible Trennwand 34 in zwei getrennte Kammern 35 und 36 unterteilt ist. Die Kammer 35 ist vollständig von dem Gehäuse 33 und der flexiblen Trennwand 34 umschlossen und mit einem kompressiblen Gas wie beispielsweise Stickstoff unter Druck gefüllt. Die andere Kammer 36 steht mit dem zweiten Abteil 116 der Zylinderkammer 11 durch eine Drosselstelle 38a in dem Rohr 37 in Verbindung. Die Zuleitung 25 und die Ableitung 26 sind durch ein Einlaßventil 53 bzw. ein Auslaßventil 58 verschließbar, die ihrerseits durch ein Einlaßsteuerventil 56 bzw. ein Auslaßsteuerventil 61 betätigbar sind. Hierzu sind Zuleitung 25 und Ableitung 26 jeweils zu zwei im Axialabstand liegende Ventilkammern 43 und 46 bzw. 50 und 51 erweitert, von denen die obere Ventilkammer 45 bzw. 50 mit der Druckquelle bzw. dem Vorratsbehälter und die untere Ventilkammer 46 bzw. 51 an ihrem Boden mit dem ersten Abteil 11a der Zylinderkammer 11 verbunden sind. Ferner sind zwei Ziisatzkanäle 47 und 52 vorgesehen, die über eine Drosselstelle 48 bzw. 48' die Ableitung mit dem ersten Abteil 11a der Zylinderkammer 11 verbinden. Zwischen der Drosselstelle 48 und der Zylinderkammer 11 ist in dem Zusatzkanal 47 eine weitere Ventilkammer 49 ausgebildet.

In den beiden Ventilkammern 45 und 46 sitzt das Einlaßventil 53, das aus einem Ventilkorper 53a in der oberen Ventilkammer 45 und einem Ventilbetätigungskolben 536 besteht, der mit einem Schaft in der Verbindung beider Kammern und mit seinem Kopf in der unteren Ventilkammer 46 abgedichtet geführt ist, so daß zwischen beiden Ventilkammern 45 und 46 keine Strömungsverbindung besteht und auch Vorder- und Rückseite des Kopfes des Ventilbetätigungskolbens voneinander getrennt sind. Die Rückseite des Kopfes ist mit der Ventilkammer 49 verbunden und wird im übrigen durch eine Feder 55 belastet, während seine Vorderseite unter dem Druck der Zylinderkammer 11 steht. Der Ventilbetätigungskolben 53b ist von einem Kanal 54 durchsetzt, der eine Verbindung zwischen der oberen Ventilkammer 45 und der Kolbenrückseite in der unteren Ventilkammer 46 herstellt. Die Feder 55 beansprucht den Ventilbetätigungskolben 536 stets in Richtung auf das öffnen des Ventilkörpers 53a. Das Auslaßventil 58 ist entsprechend ausgebildet und besitzt den Ventilkorper 58a zum Verschließen der Ableitung 26, sowie den Ventilbetätigungskolben 586, der wie beim Einlaßventil 53 geführt, auf der Rückseite von einer Feder 60 belastet und im übrigen von einem Kanal 59 durchsetzt ist, der eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 50 und der Vorderseite des Ventilbetätieuneskolbens herstellt, dessen Rückseite mit dem Zusatzkanal 52 verbunden ist.

In der Ventilkammer 49 befindet sich das Einlaßsteuerventil 56, das als Hubventil mit einem Ventilkorper 56a und einem Hubstoßel 566 ausgebildet ist, der vom Ventilkorper 56a in das erste Abteil 11a der Zylinderkammer 11 vorsteht Das Einlaßsteuerventil 56 steht in der Ventilkammer 49 unter der Spannung einer Druckfeder 57, die es stets in Richtung auf das Schließen des Zusatzkanals 47 beansprucht Der Hubstoßel 566 hat eine vorbestimmte Länge, so daß ein bestimmter Abstand zwischen dem Vorderende des Hubstößels 566 und der Oberseite des Verzögerungskolbens 18 eingehalten werden kann, wenn das Einlaßsteuerventil 56 geschlossen ist und sich der Verzögerungskolben 18 in der Gleichgewichtslage befindet Die Feder 55 des Einlaßventils 53 und die Querschnittsfläche des Kopfes des Ventilbetätigungskolbens 536 sind so gewählt, daß dann, wenn das Einlaßsteuerventil 56 geschlossen ist und die Verbindung zwischen der Zylinderkammer 11 und der Rückseite des Ventilbetätigungskolbens in der Ventilkammer 46 sperrt die Gesamtkraft, welche durch den auf die Vorderseite des Kopfes des Ventilbetätigungskolbens 536 einwirkenden Druck verursacht wird, die Gesamtkraft der Feder 55 des Einlaßventils 53 übersteigt und der Ventilbetätigungskolben 536 nach oben bewegt wird, wodurch das Einlaßventil 53, d. h. die Zuleitung 25 geschlossen wird; wird hingegen das Einlaßsteuerventil 56 geöffnet, so daß eine Verbindung zwischen der Zylinderkammer 11 und der Rückseite des Ventilbetätigungskolbens 536 hergestellt wird, so übersteigt die Kraft aus dem Druck der Dämpfungsflüssigkeit und die Kraft der Feder 55 die Gesamtkraft, wie sie durch den auf die Vorderseite des Ventilbetätigungskolbens 536 ausgeübten Druck verursacht wird, wobei sich der Ventilbetätigungskolben 536 nach unten bewegt und dadurch das Einlaßventil 53, d. h. die Zuleitung 25 öffnet. Zur Steuerung des Auslaßventils 58 ist das Auslaßsleuerventil 61 vorgesehen; dieses ist ebenfalls als Hubventil ausgebildet und besitzt den Ventilkorper 61a und einen Hubstoßel 616, der mit einem Anschlagbund 61c an seinem dem Ventilkörper abgewendeten Ende versehen ist. Der Ventilkorper 61a schließt normalerweise den Zusatzkanal 52 unter der Wirkung einer Druckfeder 62 und wird durch den Verzögerungskolben betätigt, in dessen Ausnehmung 20 der Anschlagbund 61c geführt ist, der durch den Ringflansch 21 mitnehmbar ist. Die Gesamtlänge des Auslaßsteuerventils 61 wird so gewählt, daß ein bestimmter Abstand zwischen dem Ringflansch 21 und dem Anschlagbund 61c eingehalten wird, wenn der Verzögerungskolben 18 sich in der Gleichgewichtslage befindet und das Auslaßsteuerventil 61 geschlossen ist. Die Feder 60 des Auslaßventils 58 und die Querschnittsfläche des Kopfs des Ventilbetätigungskolbens 586 sind so gewählt, daß dann, wenn das Auslaßsteuerventil 61 geschlossen ist und die Verbindung zwischen dem ersten Abteil 11a der Zylinderkammer 11 und der Rückseite des Ventilbetätigungskolbens in der Ventilkammer 51 sperrt, die Kraft, die durch den auf die Vorderseite des Ventilbetätigungskolbens 586 ausgeübten Druck verursacht wird, die Kraft der Feder 60 des Auslaßventils 58 übersteigt, so daß der Ventilbetätigungskolben 586 nach oben bewegt und das Auslaßventil 58, d. h. die Ableitung 26 geschlossen wird, während dann, wenn das Auslaßsteuerventil 61 geöffnet ist und eine Verbindung zwischen dem ersten Abteil Hader Zylinderkammer 11 und der Rückseite des Ventilbetätigungskolbens 51 herstellt, dieser unter der Wirkung der Feder 60 nach

unten bewegt und dadurch das Auslaßventil 58, d. h. die Ableitung 26 geöffnet wird.

Wird beim Einsatz das Federbein, das sich im Gleichgewichtszustand gemäß Darstellung befindet, bei Fahrzeugfahrt auf einer unebenen Straße Stoßen ausgesetzt, so werden diese Stöße vom Arbeitskolben auf die Dämpfungsflüssigkeit im zweiten Abteil 116 der Zylinderkammer 11 übertragen. Diese Stöße bewirken einen Flüssigkeitsstrom zwischen dem Abteil 116 und der Kammer 36 durch das Rohr 37 hindurch, so daß die Kammer 36 das fluktuierende Flüssigkeitsvolumen federnd aufnimmt und wieder abgibt. Die oszillierende Bewegung der Trennwand 34 wird ihrerseits durch den Flüssigkeitsstrom zwischen dem Abteil 116 und dem dritten Abtei! durch die D.-osselbohrur.gen des Arbeitskolbens gedämpft. Unter diesen Bedingungen bleibt der Verzögerungskolben 18 im wesentlichen stationär, da das Flüssigkeitsvolumen im Abteil 11a im wesentlichen konstant bleibt. Es bleiben daher das Einlaß- und Auslaßsteuerventil geschlossen. Die dynamischen Kennwerte des Verzögerungskolbens 18 können durch Variieren der Vorspannung und der Federkonstante der Steuerfeder 23 und des wirksamen Querschnitts des Kanals 19 vorgewählt werden.

Trägt ein Fahrzeug eine erhöhte Last, verkürzt sich das Federbein in Axialrichtung, indem sich der Arbeitszylinder 10 nach unten, d. h. sich der Arbeitskolben gegenüber dem Arbeitszylinder 10 nach oben bewegt. Diese Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens wird durch die Steuerfeder 24 auf den Verzögerungskolben 18 übertragen, so daß sich dieser nach oben bewegt und bei Erreichen seiner Grenzstellung den Hubstößel 566 des Einlaßsteuerventils berührt und dieses öffnet. Hierdurch wird eine Verbindung zwischen dem ersten Abteil 11a der Zylinderkammer 11 und der Rückseite des Ventilbetätigungskolbens 536 hergestellt, so daß dieser nach unten bewegt und dadurch das Einlaßventil 53 geöffnet wird. Durch dieses strömt aus der Druckquelle Dämpfungsflüssigkeit über den Kanal 54 in das erste Abteil 11a der Zylinderkammer 11, so daß der Druck in diesem Abtei! 11a erhöht wird. Dies führt dazu, daß sich der Verzögerungskolben 18 nach unten bewegt. Diese Abwärtsbewegung wird über die Steuerfeder 24 und die Dämpfungsflüssigkeit im zweiten Abteil Wb auf den Arbeitskolben übertragen, so daß sich dieser relativ zum Arbeitszylinder 10 nach unten bewegt, bis der Verzcgerungskolben 18 vom Hubstößel 56b freikommt und sich das Einlaßsteuerventil 56 schließt. Der Verzögerungskolben 18 befindet sich dann wieder in seiner ursprünglichen Gleichgewichtsstellung, so daß das Federbein wieder seine ursprüngliche Gesamtlänge annimmt und das Niveau des Fahrzeugkörpers 12' in die Ursprungslage wieder zurückbringt. Das vergrößerte Flüssigkeitsvolumen gleicht dabei die Zusammendrükkung des Gaspolsters 32 aus. Beim Schließen des Einlaßsteuerventils 56 strömt Dämpfungsflüssigkeit aus der Ventilkammer 46 über die Drosselstelle 48 im Zusatzkanal 47 in die Ableitung, so daß der Druck auf der Rückseite des Ventilbetätigungskolbens 536 aufgehoben wird und nunmehr dieser gehoben und das Einlaßventil 53 geschlossen werden kann.

Trägt das Fahrzeug eine geringere Last, bewegt sich der Arbeitszylinder 10 gegenüber dem Arbeitskolben nach oben, d. h. dieser gegenüber dem Arbeitszylinder 10 nach unten, so daß die Gesamtlänge des Federbeins vergrößert wird. Diese Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens wird durch die zweite Steuerfeder 24 auf den Verzögerungskolben 18 übertragen, der sich dadurch in der Zylinderkammer 11 nach unten bewegt und in seiner Grenzstellung mit Hilfe des Ringflansches 21 das Auslaßsteuerventil 61 öffnet. Hierdurch wirkt der Druck der Zylinderkammer 11 auf der Rückseite des Ventilbetätigungskolbens 5Sb, der sich dadurch abwärts

!5 bewegt und das Auslaßventil 58 öffnet. Es fließ! Dämpfungsflüssigkeit aus der Zylinderkammer 11 ab, so daß sich der Druck im ersten Abteil 11a vermindert und sich der Verzögerungskolben 18 nach oben bewegt. Diese Aufwärtsbewegung wird durch die Steuerfeder 24 und die Dämpfungsflüssigkeit in der Zylinderkammer 11 auf den Arbeitskolben übertragen, so daß sich dieser gegenüber dem Arbeitszylinder 10 nach oben bewegt. Auf diese Weise wird die Gesamtlänge des Federbeins verkürzt. Kommt der Verzögerungskolben 18 vom Auslaßsteuerventil 61 frei, wird dies geschlossen, so daß die Dämpfungsflüssigkeit der Ventilkammer 51 auf der Rückseite des Betätigungskolbens in die Ableitung abströmt, und zwar über die Drosselstelle 48' im Zusatzkanal 52, womit diese Rückseite entlastet wird und das Auslaßventil schließt.

Bei dieser Ventilausgestaltung können das Einlaß- und das Auslaßsleuerventil 56 und 61 durch eine außerordentlich kleine Kraft gesteuert werden, da die Druckaufnahmefläche bei beiden auf ein Minimum reduziert werden kann. Sie können daher auf eine geringe Belastungsänderung ansprechen und die Einlaß- und Auslaßventile 53 und 58 steuern, so daß relativ große Mengen an Dämpfungsflüssigkeit schnell zugeführt oder abgeführt werden können.

Die F i g. 2 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1.

Bei dieser Abwandlung steht der Zusatzkanal 52 mit dem zweiten Abteil 116 der Zylinderkammer 11 in Verbindung. Am Ende des Zusatzkanais 52 befindet sich eine Kammer 63 für die Aufnahme des Auslaßsteuerventils 61, das aus einem Ventilkörper 61a und einem Hubstößel 616 besteht, der vom Ventilkörper 61a nach oben in das zweite Abteil 116 der Zylinderkammer 11 vorsteht. Das Auslaßsteuerventil 61 schließt normalerweise den Zusatzkanal 52 unter der Wirkung der Druckfeder 62. Übersteigt die Abwärtsbewegung des Verzögerungskolbens 18 einen bestimmten Grenzwert, erfaßt er den Hubstößel und öffnet den Zusatzkanal 52. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß Einlaß- und Auslaßsteuerventile 56 und 61 gleich gestaltet werden können. Die Ventilkörper 56a und 61a dieser Abwandlung sind Kugeln, die ohne Schwierigkeit hergestellt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung zum Anschluß an eine außenliegende Druckquelle für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Arbeitszylinder, dessen Zylinderkammer mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist, welche unter dem Druck eines als Feder wirkenden Gasposters steht, aus einem im Arbeitszylinder verschiebbar gelagerten Arbeitskolben, der von einer Kolbenstange getragen wird, aus einem Einlaßsteuerventil, das die Verbindung zwischen der Zylinderkammer des Arbeitszylinders und einer von der Druckquelle kommenden Zuleitung steuert, aus einem Auslaßsteuerventil, das die Verbindung zwischen der Zylinderkammer und einer zu einem drucklosen Vorratsbehälter führenden Ableitung Steuer.', und aus einem in einem Zylinderkopf des Arbeitszylinders verschiebbar gelagerten, gleichzeitig als Verzögerungskolben wirkenden Steuerorgan, das durch zwei Steuerfedern der statischen Bewegung der Arbeitskolben nachgeführt wird und das bei einer Unterschreitung eines vorgegebenen Sollniveaus das Einlaßsteuerventil und bei einer Überschreitung des Sollniveaus das Auslaßsteuerventil öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Emlaßsteuerventil (56) und das Auslaßsteuerventil (61) als Vorsteuerventile zur hydraulischen Betätigung eines die Zuleitung (25) mit der Zylinderkammer (11) verbindenden Einlaßventils (53) bzw. eines die Ableitung (26) mit der Zylinderkammer (11) verbindenden Auslaßventils (58) dienen.

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßvsntil (53) und das Auslaßventil (58) durch einen Ventilbetätigungskolben (53b bzw. 58b)geschlossen gehalten werden, der auf seiner Vorderseite vom Druck in der Zylinderkammer (11) und auf seiner Rückseite von einer Feder (55 bzw. 60) sowie im Schließzustand vom Druck in der Ableitung (26) und im Öffnumgszuisjtand vom Druck in der Zylinderkammer (11) beaufschlagt ist.

3. Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ventilbetätigungskolben (53ö bzw. 58b) auf seiner Rückseite über eine Drosselstcl-Ie (48 bzw. 48') mit der Ableitung (26) ständig verbunden ist und durch das Einlaßsteuerventil (56) bzw. das Auslaßsteuerventil (61) zusätzlich mit der Zylinderkammer (11) in ungedrosselle Verbindung gebracht werden kann.

4. Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßsteuerventil (56) und das Auslaßsleuerventil (61) als Hubventile und ihr Steuerorgan als zwischen den Steuerfedern (23 und 24) frei schwimmender Verzögerungskolben (18) ausgebildet sind.