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Kombinierte Stoßdämpfer- und blnidfeder-Elnrichtungt insbesondere
für Fahrzeuge.
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Die Erfindung betrifft kombinierte Einrichtungen eines Stoßdämpfers
und einer Pluidfederung, und zwar Einrichtungen dieser Art, die sich besonders als
Hilfsvorrichtungen anstelle vorhandener herkömmlicher Stoßdämpfer installieren lassen
und, wenn sie eingebaut sind, dazu dienen, das Fahrzeug im Betrieb innerhalb eines
breiten Bereiches statischer Beladung auf einer praktisch konstanten mittleren Höhe
über Boden zu halten0 Die üblichen Stahlfederaufhängungen, die in den meisten Personenkraftwagen
verwendet werden, liefern in den meisten Fällen ganz befriedigende'Fahreigenschaften.
Wenn jedoch solche Personenkraftwagen überlastet werden, beispielsweise, wenn der
hintere Gepäckraum mit schweren Gegenständen geS füllt wird, oder wenn an der hinteren
Stoßstange Anhänger gezogen werden, besteht, wie seit langem bekannt, die Gefahr,
daß das Hinterende des Fahrzeugs zu niedrig fährt, was ein starkes Aufsitzen der
Aufhängung zur Folge hat. Außerdem bewirken solche starken Überlastungen, daß das
Fahrzeug eine schiefe Fahrlage einnimmt, was zu Unfällen führen kann, besonders
nachts, wenn die Scheinwerfer dadurch nach oben in die Augen entgegenkommender Fahrer
gerichtet sind0
Diese Situation beruht auf den für herkömmliche
Stahifederaufhängungen charakteristischen Eigenschaften. Die meisten Stahlfederaufhängungen
üblicher Art liefern einen Gesamtspielraum der relativen Bewegung zwischen der gefederten
und der ungefederten Masse von etwa 25 ci (10 Zoll). Die relative Lage der gefederten
Masse zur ungefederten Nase kann zweckmäßig in Bezug auf diesen Gesamtbewegungsspielraum
mit zwei Zahlen ausgedrückt werden; die erste davon gibt das Maß an Relativbewegung
an, die innerhalb des Gesamtspielraum in der Annäherungsrichtung der beiden Nassen
stattfinden kann die zweite gibt das Maß an Bewegung an, die innerhalb des Gesamtspielraums
in der Richtung statto finden kann, die die Massen voneinander entfernt. Ein Charakteristikum
für herkömmliche Stahlfederaufhängungen iet, daß bei einer vorgegebenen Stellung
das Aufhängesystei die gefederte Masse mit einer vorgegebenen Federkraft hält, die
zunimmt, wenn die Stellung von 10-0 auf 0-10 geändert wird. Der Wert für diese minderung
der Federkraft über den Bewegungsbereioh muß unter zwei Gesichtspunkten gewählt
werden. Erstens bezüglich der Stellung, in der die gefederte Nasse bei Veränderungen
der statischen Belastung gehalten werden soll; und zweitens bezüglich des Bewegungsbereiches,
der für eine gegebene statische Belastung im dynamischen Betrieb erfolgt.
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Allgemein gilt, daß eine optimale dynamische Funktion über den gesamten
Bereich der in Frage kommenden statischen Belastungen einfach nicht erreicht werden
kann, weil herkdmmliZ che Stahlfederaufhängungen eine vorgegebene Veränderung der
Federkraft liefern. Der Wert der Federkraftänderungwird so gewählt, daß sich eine
optimale dynamische Funktion innerhalb eines Bereichs statischer Belastungen ergibt,
die am häufigsten vorkommen. Diese statischen Belastungen umfassen eine minimale
Beladung, wenn beispielsweise nur ein Fahrer und eine Tankfüllung befördert werden,
und eine schwere Beladung,
die unter dem Maximum liegt und eine
normale Fahrgastbeladung und/oder eine normale Kofferraumbeladung einschließt. Die
Änderung der Stellung der gefederten Masse bei statischer Belastung liegt in einem
typischen Fall von einer 6-4 Position bei minimaler Belastung auf eine 4-6 Position
bei schwerer Belastung. Besonders schwere Belastungen, etwa Belastungen der Stoßstange
durch Verbindung von Anhängern o. dglo kann die gefederte Masse des Fahrzeugs deutlich
zu einer Position unter 4-6 bringen, wo die erwähnte Gefahr des Auf sitzens und
nach oben gerichteter Scheinwerfer eintritte Um diese Schwierigkeiten zu meistern,
die'bei den im allgemeinen nicht allzu häufigen übermäßigen Belastungen auftreten,
sind im Handel Einrichtungen zum Belastungsausgleich erhältlich. Solche Hilfseinrichtungen
weisen beispielsweise eine Schraubenfeder, kombiniert mit einem üblichen Stoß" dämpfer
aus, deren Dämpfungscharakteristik derart modifiziert ist, daß sie die kombinierte
variable Federkraft des tblichen Aufhängungssysteis plus der Schraubenfeder der
Hilfeeinrichtung aufnehmen Diese Hilfseinrichtungen sind in dem Fahrzeug an der
Stelle der herkömmlichen hinteren Stoßdämpfer installiert0 Bei übermäßigen statischen
Belastungen dient die Hilfseinrichtung dazu, die gefederte Masse in einer Position
über der von dem herkömmlichen System vorgesehenen (also etwa über einer 4-6 Position)
zu halten, so daß ein Aufsitzen und naoh oben gerichtete Scheinwerfer auch unter
diesen extremen Bedingungen vermieden werden0 Andererseits verwenden die mehr sten
verfügbaren Hilfseinrichtungen mit Schraubenfeder dieser Art eine Sohraubenfeder,
die gespannt ist, wenn die Einrichtung maximal ausgefahrenist, so daß unter- einer
minimalen Beladung, die Ja wahrscheinlich häufiger auftritt
als
die übermäßige Belastung, die gefederte Masse in einer Stellung über derJenigen
der herkömmlichen AuShEngung (also etwa bei 6,75 - 3,25) gehalten wird. Demnach
mildern solche Hilfseinrichtungen mit Schraubenfeder zwar die Schweiz rigkeiten
bei übermäßiger Belastung, das Verhalten des Fahrzeugs bei minimaler Belastung wird
jedoch ungtinstig beeinflußt.
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Außer solchen Hilfseinrichtungen mit Schraubenfeder sind auch Hilfseinrichtungen
mit Druckluftfederung ii Handel erhältlich und haben ziemlichen Anklang gefunden.
Diese Einv richtungen weisen einen herkömmlichen StoßdEmpfer mit modifizierter Dämpfungsoharakteristik
und eine Luftfeder auf die von einer gefalteten rollenden Dichtung zwischen dem
äußeren Rohr des Stoßdämpfers und einem rohrförmigen Teil, der auf dem äußeren Ende
der Kolbenstange angebracht ist, gebildet wird. Der Vorteil solcher Hilfseinrichtungen
mit Luftfeder besteht darin, daß die Federkraft in Jeder Stellung der Einrichtung
variiert werden kann, indem man den Luftdruck in der Luftfeder verändert. Unter
dbergroBen Belastungen kann die Luftfeder-Hilfseinrichtung so eingestellt werden,
daß sie die gefederte Masse in einer Position hält, die beträohtlioh über der von
einem üblichenAufhängesystem vorgesehenen liegt (also beispielsweise in der Position
5-5). Diese Fähigkeit ist besonders nützlich, wenn der Fahrzeughalter mit häufigen
Uberlastungen rechnet, etwa wenn das Fahrzeug dazu benützt werden soll, einen Bootsanhänger
oder einen anderen Anhänger am Wochenende zu ziehen. In diesem Fall kann die Luftfeder
während des Wochenendes so aufgeladen werden, daß das Fahrzeug mit einer sehr günstigen
Bodenfreiheit fährt. Wenn die besonders große Belastung weggenommen wird, wird die
gefederte Masse auf eine ziemlich hohe Position gebracht. Indem man jedoch etwas
Druck aus der Luftfeder abläßt, kann eine niedrigere Fahrlage unter einer minimalen
statischen Beladung erzielt werden.
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Alle bekannten und verfügbaren Luftfede-Hilfseinrichtungen haben jedoch
ein Betriebsverhalten, das die Aufrechterhaltung eines Luftdruckminimums in der
Feder zu jeder Zeit erfordert, auch dann wenn die Einrichtung maximal ausgefahren
ist. Dieses Betriebsverhalten, wie auch die vergleichbaren Betriebseigenschaften
von Schraubenfeder-Hilfseinri ohtungen, bedeutet, daß das Fahrzeug bei minimaler
Beladung auf einer Höhe über der des üblichen Aufhängesystemsgehalten werden muß
(also beispielsweise auf einer 6,75-3,25 Position)0 In dieser Hinsicht haben also
die Luftfeder-Hilfseinrichtungen die gleichen Mängel wie die Schraubenfeder-Hilfseinrichtungen0
Außerdem kann der Vorzug der veränderbaren Federkraft gegenüber den Schraubenfeder-Hilfseinrichtungen
beizen Luftfeder-Hilfseinriohtungennur unter Inkaufnahme einer gewissen Unbequemlichkeit
erreicht werden. Wegen der Lage der Einrichtungen im Fahrzeug kann der Luftdruck
nicht bequem durch eine direkte Betätigung geändert werdeno Es müssen vielmehr Luftleitungen
vorgesehen sein, die von den Einrichtungen zu-einer bequemer erreichbaren Stelle
am Fahrzeug führen, und die Installation solcher Luftleitungen bringt Probleme mit
sicho Seit langem weiß man, daß diese Mängel eines kombinierten Stoßdämpfers und
einer Luftfeder-Hilfseinrichtung dadurch überwunden werden können, daß man einen
Stoßdämpfer mit einer Fluidfeder-Hilfseinrichtungkombiniert,die in sich die Sähigkeit
hat, die Federkraft automatisch entsprechend den Ende rungen der statischen Belastung
einzustellen. In sich geschlossene, kombinierte Stoßdämpfer- und Fluidfeder-Vorrichtungen
mit selbsttätiger Niveauregelung sind in der Patentliteratur seit über 50 Jahren
vorgeschlagen worden. In den letzten zwUlf Jahren sind über vierzig Patente erteilt
worden, in denen Vorrichtungen dieser Art vorgeschlagen werden.
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Obwohl ein Markt für eine derartige Vorrichtung, die- sich als Hilfseinrichtung
verwenden läßt, vorhanden ist, ist derzeit keine solche Hilfseinrichtung koerziellverfügbare
Vorrichtungen
dieser Art, die auf den Markt gekommen sind, und auch die meisten in der Patentliteratur
vorgeschlagenen Vorrichtungen eignen sich als Hauptaufhängevorrichtungen, sind Jedoch
aufgrund der speziellen Größenanforderungen und Betriebebedingungen für Hilfseinrichtungen
ungeeignet. Was die Größenanforderungen betrifft, so ist klarl daß dort, wo die
Vorrichtung als eine Hauptaufhängevorriohtungdient, sie in dem Raum montiert werden
kann, der normalerweise von der Feder und dem Stoßdämpfer zusammen eingenommen wird;
wenn dagegen die Vorrichtung als Hilfeeinrichtungverwendet werden soll, ersetzt
sie lediglich den Stoßdämpfer und muß daher viel kompakter sein, um eine Störung
mit den üblichen Federn des Fahrzeugs und deren Halterung zu vermeiden0 Was die
Betriebsbedingungen betrifft, so existiert ein grundlegender Unterschied, insofern
als eine Hauptaufhängevorrichtung dazu bestimmt ist, ihren proportionalen Anteil
der gefederten Masse plus einer etwa dazugefügten statischen Belastung abzustützen,
wogegen eine Hilfseinrichtung hauptsächlich dafür gebaut ist, lediglich die zusätzliche
statische Belastung zu tragen, da die gefederte Nasse von dem herkömmlichen Aufhängesystem
getragen wird. Die besondere Bedeutung dieses Unterschieds für Einrichtungen mit
selbsttätiger Niveauregelung wird offenbar, wenn man die Verwendung einer speziellen
Einrichtung zuerst im Betriebemodus als Hauptaufhängung und dann als Hilfseinriohtung
betrachtet. Nur als Beispiel sei angenommen, daß die Einriohtung so eingestellt
ist, daß sie eine 5-5 Position her" stellt; dies bedeutet: Wenn immer die statische
Ladung dahingehend geändert wird, daß eie einen Betrieb über der Höhe 5-5 zur Folge
hat, wird die Einrichtung tätig und bewirkt einen ueberschuß an abfließendem Fluid
aus der Federkammer; wenn dagegen ein Betrieb unter 5-5 stattfinden würde, bewirkt
die Einrichtung einen Zuflußgewinn von Fluid in die Federkammer. Unter der Arbeitsweise
als Hauptaufhängung
verändert diese Fluidströmung in die und aus
der Federkammer den darin herrschenden Druck zwischen einem Minimum, das gleich
dem' zur Abstützung des proportionalen Anteils der gefederten Masse notwendigen
Druck ist, und einem Maximum, das gleich dem zur Abstützung des proportionalen Anteils
der gefederten Masse plus der maximalen zusätzlichen statischen Belastung notwendigen
Druck ist. Da die Einriöhtung bei ihrer Verwendung als Haupt aufhängung ständig
mit der gefederten Masse belastet ist, auch ohne eine zusätzliohe statische Belastung,
bleibt die Federkammer ständig unter Druck und die Differenz zwischen dem maximalen
und minimalen Druck ist verhältnismäßig klein im Vergleich zum Druckminimum.
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Wenn die gleiche Einrichtung als Hilfseinrichtung verwendet wird,
ändert das übliche vorhandene Aufhängungssystem die von der Einrichtung abgestützte
Belastung beträchtlich und damit auch den lastausgleichenden Druck der Feder in
der Einrichtung. Diese Änderungen haben eine Auswirkung auf die Niveaueinstellung
der Einrichtung0 Wenn also das übliche Aufhängungssystem normalerweise die gefederte
Masse plus einem statischen Lastmjnimum bei einer 6-4 Position halten würde, mußte
die Einrichtung auf einen Ausgleich in einer 5-5 Position eingestellt werden, um
die gefederte Masse gegen die Kraft der üblichen Aufhängung nach unten zu ziehen
Eine solche Tätigkeit würde erfordern, daß in der lastausgleichenden Federkammer
ein negativer Druck hergestellt wird. Alternativen für ein solches Vorgehen sind,
die Höheneinstellung der Einrichtung über die Position zu legen, in der die gefederte
Masse bei einem statischen Belastungsminimum abgestützt wird (z.3. 6,75 - 3,25),
so daß die Einrichtung ständig belastet ist und damit ständig unter Druck steht,
oder auch die Einrichtung praktisch unwirksam zu machen, bis eine ausreichende statische
Belastung dazugefügt wird, um die gefederte Masse auf die 5-5 Höhe zu senken.
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Die erste Alternative verhindert eine Niveauregulierung auf
der
zweckmäßigsten Höhe und die zweite Alternative erfordert einen Betrieb bei Drücken,
die wenigstens dem atmoephärisohen Druck entsprechend oder sogar negativ indt Damit
also eine Einrichtung mit selbstätigerHöheneinstellung bei Verwendung als Hilfseinrichtung
eine optimale Höhe einstellt, muß sie in der Lage sein, mit Atmosphärendruokund
vorzugeweise mit Unterdruck in der Federkammer zu arbeitens Viele bekannte Einrichtungen,
die als Hauptaufhängung konstruiert sind, haben diese Fähigkeit nicht und sind daher
als Hilfe vorrichtungen nicht voll geeignet.
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Die Erfindung will eine in sich geschlossene, kombinierte StoßdZmpfer-
und Fluidfeder-Hilfseinrichtung mit selbsttätiger Niveauregelung schaffen, die den
erwähnten AnforderunZ gen an die Grdße entspricht und dbereinen großen Bereich der
statischen Belastungen von einem Minimum bis zu einer Uberlastung befriedigend arbeitet,
wozu auch ein Betrieb im druckfreien Zustand bei einem Minimum an statischer Beladung
gehört. Gemäß der Erfindung wird dies durch Verwendung eines herkömmlichen Stoßdämpfers
mit einer hydraulischen Flüssigkeit als Federmittel und einem Element, das kleiner
ist als die Kolbenstange der Einrichtung und von dieser gesondert, als Verdrängerelement
für die lastausgleichende Federkammer erreicht0 Weiter will die Erfindung eine Einrichtung
der beschriebenen Art schaffen, die die Dämpfungsfunktion dbernimmt, die normalerweise
von dem ersetzten Stoßdämpfer ausgeübt wird, und zwar unabhängig von den Druckbedingungen
in der laetausgleichenden Federkammer der Einrichtung.
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Da Niveauregelsystem in den bekannten Einrichtungen mit selbsttätiger
Niveauregelung besteht gewöhnlich aus einer Verdrängerpumpe und einem Luftablaßsystem,
die beide durch die teleskopartigen Bewegungen der Einrichtung betätigt werden,
Der
Fluiddruckin der Federkammer bestimmt die Federkraft für jede vorgegebene Stellung
des Bewegungsspielraums.
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-Die Federkraft wird-auf die gefederte Masse des Fahrzeugs durch eine
Hubfläche übertragen, die an einem Verdränger element vorgesehen ist, welches dazu
dierit,~ das Volumen der Federkammer und damit den darin herrschenden Druck entsprechend
einem Ausfahren oder Zusammenziehen der TeleskopbewegungNen der Einrichtung zu vergrößern
oder zu verkleinernO Die'Federkraft wird mit Hilfe des Pumpenmechanismus verändert,
der Druckfluid in die Federkammer hineinpumpt, und mit Hilfe des Suftablaßsystems,
das Druckfluid aus der Federkammer während der Teleskopbewegungen der Einrichtung
in die Versorgungskammer entläßt0 In den meisten Fällen ist der Pumpenmechanismus
und auch das Luftablaßsystem stellungsabhängigo Ein solcher stellungsabhängiger
Pumpenmechanismus arbeitet nur während einer Hälfte des Hubs und sein Betriebsverhalten
ist daher ziemlich ungünstig. Da der Pumpenmechanismus Fluid unter einem Speisedruck
aufnehmen muß, der sich gewöhnlich vom Belastungsdruck unterscheidet, und dieses
Fluid in die>Federkammer unter dem Belasttmgsdruck hineindrücken muß9 werden
die Elemente des Pumpenmechanismus während der Zeit, in der in der Pumpe der Belastungsdruck
herrscht, lastaufnehmende Elemente, die selbst eine Hubfläche haben. Da die von
den Pumpenelementen gebildete Hubfläche einem Druck ausgesetzt ist, der gegenüber
dem auf die Hubfläche des Verdrängerelementes der Federkammer wirkenden variabel
ist, ändert sich die Pederkraft der Einrichtung entsprechend der Druckänderung in
den PumpenelementenO Wenn die Pumpenelemente lageabhängig gemacht sind und diese
Druckänderung an ihrer Hubfläche während des Mittelteils des Hubes erfolgt, tritt
eine plötzliche Änderung der Federkraft ein, und demzufolge kommt es zu einer ungleichmäßigen
Federkraft gerade am günstigsten Betriebsniveau des Fahrzeugs
Bei
den bisher bekannten Einrichtungen ist es üblich, zum Ableiten des Fluids aus der
Federkammer ein lageabhängiges Ablaßsystem zu verwenden, Eine typische Anordnung
dafür sieht einen Auslaß von der Federkammer vor, der während der Kontraktionsbewegung
der Einrichtung über die Mittellage hinaus geschlossen ist und während der Ausfahrbewegungen
jenseits der Mittelstellung zur Vorratskammer hin öffnet.
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Eine Anordnung dieser Art hat bestimmte Nachteile im Betrieb.
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Wenn beispielsweise das Fahrzeug durch eine ausgedehnte Kurve, etwa
durch die Kurve eines "Eleeblatts" o.dgl. fährt, werden die innenliegenden Einrichtungen
von der Zentrifugalkraft ziemlich lange in einer ausgestreckten Stellung gehalten,
während der es zu einer übermäßigen Ableitung von Fluid kommen kann. Wenn das Fahrzeug
dann aus dem Kleeblatt herausfährt, steht ea schräg, da die Einrichtung auf der
Innenseite eine niedrigere Position hat0 Es sind bereits verschiedene Anordnungen
vorgeschlagen worden, dieses Problem bei herkömmlichen Ablaßsystemen zu mildern
Im allgemeinen enthalten diese Vorschläge die Anbringung irgendeines Verzögerungsmechanismus,
der das Ablaß system unter statischen Bedingungen, die längere Zeit anhalten, wirksam
macht, um das Fahrzeug zu senken, beispielsweise wenn ein Fahrgast aussteigt und
das Fahrzeug steht, der aber das Ablaßsystem im Fahrbetrieb während kurzer Zeitspannen
unwirksam macht.
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Derartige Anordnungen mildern zwar die oben erwähnten Mängel im Betrieb
der üblichen Ablaßsysteme, haben dafür aber andere Nachteile, so z.B. daß die Pendelschwingungen
der Einrichtungen verstärkt werden0 Die US-PS 3 380 247 vom 300401968 von Colmerauer
beschreibt eine hydraulische Anordnung mit einer Kolbenpumpe mit einstellbarem und
rebersiblem Ausstoß, die gemäß Figo4 in einer Aufhängung mit selbsttätiger Niveauregelung
enthalten ist0 Die hydraulische Anordnung gemäß der Patentschrift sorgt dafür, daß
Fluid von einer Versorgungskammer in die Federkammer während der Bewegungen der
Einrichtung
in Kontraktionsrichtung über die Mittellage hinaus
gepumpt wird und das hydraulische Fluid während der Bewegungen der Einrichtung in
Ausfahrrichtung über die Mittelstellung hinaus aus der Federkammer in die Versorgungskammer
gepumpt wird. Dabei ist eine solche Anordnung getroffen, daß die gleichen Pumpenelemente
und Kammern für beide Pumpvorgänge verwendet werden, so daß während eines vollständigen
Zyklus der Teleskopbewegung die gleiche Menge an hydraulischem Fluid in die Federkammer
gepumpt und aus dieser herausgeS pumpt wird.
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Die betriebsmäßigen Mängel der herkömmlichen Ablaß systeme kann man
beseitigen, ohne dafür die Nachteile eines verstärkten Pendelsohwingungsverhaltens
der Einrichtung in Kauf nehmen zu müssen, wenn man eine hydraulische Anordnung vorsieht,
in der die hydraulische Flüssigkeit aus der Federkammer mit Hilfe einer Verdrängerpumpe
entfernt wird0 Die Druckänderungen in der einzigen Pumpenkammer der Vorrichtung
nach Colmerauer wirken auf deren eigene Hubfläche unter extremer statischer Belastung
ein, so daß eine plötzliche Änderung der Federkraft stattfindet, wenn die Einrichtung
dadurch die Mittelstellung geht, Die Erfindung zielt deshalb weiter darauf ab, eine
kombinierte Stoßdämpfer-> und Fluidfeder-Einrichtung, mit verbessertem Niveauregelsystem
zu schaffen, die sowohl als Hauptaufhän gung als auch als Hilfseinrichtung brauchbar
ist0 Sie sieht dazu eine positive Verdrängerpumpe vor, die ein hydraulisches Fluid
aus einer Versorgungsquelle in die belastungstragende Federkammer pumpt, und zwar
entweder beim Zusammenziehen oder beim Ausfahren der Einrichtung oder bei beiden
Bewegungen und praktisch über den ganzen Bewegungsbereich, so daß plötzliche Änderungen
der Federkraft während des DurohlauZ fens der Mittelstellung nichtmehr auftreten
können, und dazu eine zweite Verdrängerpumpe, die die stellungsabhängiZ ge Bewegung
des Fluids aus der Federkammer bewirkt0 Die beiden
Pumpen haben
unterschiedliche Arbeitshübe und Rubräume, die derart aufeinander abgestimmt sind,
daß die Flüssigkeitsmenge, die während eines vollständigen Zyklus der Teleskopbewegung
in die Federkammer hinein und aus dieser herausgeleitet wird, praktisch gleich ißt.
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Die stellungsabhängige, für das Auspumpen der Flüssigkeit aus der
Federkammer verantwortliche Pumpe ist mit einem vom Belastungsdruok gesteuerten
Auslaßventil versehen, das dazu dient, plötzliohe Änderungen der Federkraft beim
Durohlaufen der Mittelstellung möglichst auazuaohalten.
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Der zum Einleiten den hydraulisohen Fluids in die Pederkammer dienende
Pumpenmechanismus hat ein verbesserten Rückschlagventil, das ein elastisches Element
aufweist, welches einen Buchsenteil hat, der an der äußeren Zylinderwand eines starren
rohrförmigen Endwandteils anliegt. ueber eine ausgedehnte Fläche und einen von dem
Buchsenteil nach innen radialwärte stehenden angeformten Dichtungsteil steht die
Außenseite des elastischen Elementes in ständiger Verbindung mit der in der Federkammer
unter.hohem Druck stehenden hydraulischen Flüssigkeit und das Innere des elastisohen
Elementes wird gegen ein Heraustreiben durch die Verbindung mit dem hohen Druck
von einem starren Druckechutzteil abgestützt, das bei Errichtung eines über dem
Belastungsdruck liegenden Pumpendruckes sich derart verschiebt, daß Fluid von der
Pumpenkammer in die Federkammer zwischen dem Buohsenteil und der von diesem erfaßten
Zylinderfläche fließen kann, das dagegen durch diesen Kontakt infolge seiner aus
gedehnten Fläche eine Strömung in umgekehrter Richtung dazwischen verhindert, selbst
wenn Fremdteilchen wischen den Kontaktflächen eingeklemmt werden sollten. Der Dichtung
teil des elastischen Elementes und das Druckschutsteil bilden eine Abdichtung mit
dem Außenumfang einer Pumpenstange.
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Die Erfindung schafft somit eine Einrichtung, die einfach
in
der Konstruktion, leistungsfähig im Betrieb und. rationell in der Fertigung ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden genauen
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen hervor,
Es zeigen: Figol einen Vertikalschnitt einer in sich geschlossenen, kombinierten
StoßdämpferZ und Fluidfeder-Hilfseinrichtung mit selbsttätiger Niveauregelung gemäß
der Erfindung, wobei die Teile in einer voll zusammengeschobenen Stellung ihrer
Teleskopbewegung gezeigt sind; Fig.2 einen vergrößerten fragmentarischen Vertikalsohnitt,
der die Teile in der fast voll ausgefahrenen Stellung der Teleskopbewegung veranschaulicht;
Fig.3 einen Schnitt nach der Linie oder Pgo2; Fig04 einen Schnitt nach der Linie
4-4 der Figo2.
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In Fig.1 ist eine erfindungsgemäße kombinierte Stoßdämpfer- und Fluidfeder-Hilfseinrichtung
mit selbsttätiger Niveauregelung gezeigt, die insgesamt mit 10. bezeichnet ist.
Die Einrichtung 10 weist ein oberes und ein unteres etwa rohrförmiges Teil 12 und
l4 auf und die beiden Teile sind gegeneinander teleskopartig ausfahrbar und zusammenschiebbare
In dem gezeigten Beispiel sohließt das untere rohrförmige Teil 14 ein zylindrisches
Teil 16 ein, in dessen unterem Ende ein Bodenventil 18 fest montiert ist. Das Bodenventil
18 ist in einer unteren Abschlußkappe 20 festgelegt, die das äußere Ende des unteren
rohrförmigen Teils bildet0 Um das untere Ende des unteren rohrförmigen Teils an
der ungegefederten Masse des Fahrzeugs zu befestigen, sind entsprechende Befestigungsmittelyorgesehen,
die in dem dargew
stellten Beispiel die Form eines Anschlußringes
22 he, aber auch andere gebräuchliche Verbindungsglieder 4ein können, wie Zapfen
oder dergleichen.
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Am oberen Umfang der Abschlußkappe 20 ist das untere Ende eines äußeren
Rohres 24 festgeschweißt oder sonstwie befestigt. Die oberen Enden des zylindrischen
Teils 16 und des Rohres 24 sind miteinander über eine ringförmige Dichtung 26 verbunden.
Das obere rohrförmige Teil 12 schließt ein langgestrecktes Rohr 28 ein, dessen zylindrische
Außenfl*-che an der ringförmigen Dichtung 26 im Gleitkontakt anliegt.
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Das obere Ende des Rohres 28 wird von einem Kappnteil 30 verschlossen,
der in einem Stück mit dem Rohr 28 ausgebildst ist. Der Kappenteil 30 bildet das
äußere Ende des obee ren rohrförmigen Teils 12 und ist mit passenden Ritzeln zum
Anschluß an die gefederte Masse eines Fahrzeugs ausgerüstet.
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In dem gezeigten Beispiel sind diese Mittel ein üblicher AnZ sohlußring
32, doch können auch andere Befestigungsmittel, wie Zapfen o.dglO verwendet werden.
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Mit dem unteren Ende des Rohres 28 ist ein Kolben 34 starr verbunden,
der in dem zylindrischen Teil 16 den unteren rohrförmigen Teils gleitend aufgenommen
ist. Die zylindrische Innenfläche des Teils 16 begrenzt einen Zylinderraum, der
von dem Kolben 34 in eine untere Kammer 36 und eine obere Kammer 38 unterteilt wird.
Die untere Kammer 36 wird an ihrem unteren Ende von dem Bodenventil 18 begrenzt.
Die obere Kammer 38 ist innen von der zylindrischen Außenfläche des Rohres 28 begrenzt,
das eine hohle Kolbenstange darstellt, und an ihrem oberen Ende von der Dichtung
26.
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Die Kammern 36 und 38 sind mit einem hydraulischen Fluid üblicher
Art gefüllt und werden während der Teleokophewegungen der Rohrstruktur in dem Füllungezuetand
gehalten indem hydraulisches Fluid in eine und aus einer Renervoirkammer
40
strömt, die von der Außenwand des zylindrischen Teils~16, der Innenwand des Rohres
24, der Dichtung 26, der Abschlußkappe 20 und dem Bodenventil 18 gebildet isto Die
drei Kammern 36, 38 und 40 stellen Dämpferkammern dar, zwischen welchen hydraulisches
Fluid während der Teleskopbewegungen der Rohrstruktur fließt.
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Während der zusammensohiebenden Bewegung des eleakopgefüges, die dem
Xompressionshub der Einrichtung entspricht, nimmt das Volumen der unteren Kammer
36 ab, während das Volumen der oberen Kammer zunimmt, Jedoch mit einer unterschiedlichen
Geschwindigkeit. Demzufolge wird während des Kompressionshubes das hydraulische
Fluid aus der unteren Kammer 36, die eine Kompressionsdämpferkammer darstellt, in
die beiden anderen Kammern, die obere Kammer 38 und die Reservoirkammer 40 getrieben.
Um eine Dämpfung der Kompression zu erreichen, ist zur Strömungsdrosselung und -ateueruxg
ein Kompressionsventil 42 vorgesehen, das Teil des Bodenventils 18 ist, sowie ein
ringförmiges Ventilelement 44, das an dem Kolben 34 sitzt. Während der Relativbewegung
der Teleskoprohre, beim Ausziehen, welche dem Rückhub der Ein richtung entspricht,
nimmt das Volumen der oberen Kammer 38 ab, während das Volumen der unteren Kammer
mit größerer Geschwindigkeit zunimmt. Während dieses Rückhub wird also hydraulisches
Fluid aus der oberen Kammer 38, die eine Rückschlagdämpferkammer darstellt, in die
untere Kammer 36 getriebes, Ein Ventilelement 46, das an dem Kolben 34 sitzt, dient
zur Drosselung und Steuerung der Strömung. Außerdem fließt während des Rückhubes
hydraulisches Fluid aus der Reservoirkammer 40 in die untere Kammer 36, um diese
gefüllt zu halten; und diese Strömung wird von einem Auffüllventil 48 gesteuert,
das Teil des Bodenventils 18 ist.
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Die Strömungsregelventile 42 und 48 in dem Bodenventil können von
passender Art sein, etwa solche, die in herkömmlichen
Stoßdämpfern
eingebaut sind0 In dem gezeigten AusfUhrungsbeispiel hat das Kompressionsventil
42 die Form einer ringförmigen Scheibe, die oben an zwei konzentris¢hen, nach unten
gerichteten ringförmigen Ventilsitzen 50 anliegt, die in einem inneren Ring eines
Grundkörpers 52 gebildet sind. Der innere Ring weist eine nach unten gerichtete
Nut auf, deren unteres Ende zwischen die'ringförmigen Ventilsitze 50 hineinreicht.
Das obere Ende der ringförmigen Nut steht mit der unteren Kammer 36 etwa über eine
radiale Öffnung 54 in Verbindung. Der ringförmige Sitz kann, wie bei herkömmlichen
Stoßdämpfern, mit Nuten versehen sein.
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Bei dem dargestellten Beispiel sind keine solchen Nuten vorhanden
und das Kompressionsventil 42 wird federnd gegen die ringförmigen Sitze gepreßt.
Hierzu ist eine Sohraubenfeder 56 vorgesehen, deren oberes Ende an der Unterseite
des Eompressionsventils anliegt und deren unteres Ende sich gegen die Oberseite
einer mit einer Mittenöffnung versehenen Scheibe 58 abstützt, die in dem unteren
Ende des Grundkörpers 52 auf geeignete Weise, etwa mittels Stauchen o.dgl., befeatigt
werden kann.
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Das Auffüllventil 48 kommt an zwei nach oben gerichteten konzentrischen
ringförmigen Ventilsitzen 60 zur Anlage, die in einem äußeren Teil des Grundkörpers
52 ausgebildet sind.
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Diese Ventilsitze stehen mit dem oberen Ende einer ringförmigen Nut
in Verbindung, deren unteres Ende in einen radialen Durchlaß 62 mündet, der in dem
angrenzenden Teil des Grundkörpers 52 gebildet ist, Das Auffüllventil wird von einer
Sohraubenfeder 64 federnd gegen die Ventilsitze 60 gepreßt.
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Das untere Ende der Feder liegt an der Oberseite des Ventils 48 an
und das obere Ende ist an dem inneren Umgang dos Grundkörpers 52 geeignet festgelegt.
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Die in der Kolbenanordnung eingebauten Strömungeregelventile können
von irgendeiner geeigneten Form sein, wie sie auch in üblichen Stoßdämpfern verwendet
wird. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel hat das Ventilelement
44, wie am besten aus Fig0 2 ersIchtlich, die Form eines geteilten Ringes mit rechteckigem
Querschnitt, dessen obere, innere Ecke abgeschnitten ist bis nahe an seine obere
äußere Ecke heran.
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Der geteilte Ring dient dazu, die Strömung um den Umfang des Kolbens
zu steuern. Zu diesem Zweck hat die Kolbenanordnung einen eigentlichen Kolben 66,
auf dessen äußerem Umfang mehrere in Umfangsrichtung beabstandete, axial laufende
Nuten 68 vorgesehen sind. Das obere Ende des Kolbens liegt an dem unteren Ende des
Rohres 28 an, das die Kolbenstange darstellt. Die untere Innenfläche des Rohres
28 ist mit einem Innengewinde versehen, das zusammen mit einer entsprechenden Bohrung
in dem Kolben einen mit Außengewinde versehenen Stöpsel 70 aufnimmt, der den Zweck
hat, den Kolben starr mit der Kolbenstange 28 zu verbinden. Vorsugsweise ist zwischen
dem oberen Außenumfang des Stöpsels 70 und der angrenzenden Innenwand der Kolbenstange
ein Dichtungsring 72 vorgesehen0 Das strömungsregelnde Ventilelement 44 ist in einer
ringförmigen Ausnehmung 74 -am Außenumfang des Kolbens aufgenommen, deren vertikale
Abmessung größer ist als diejenige des Ventilelements 44. Während des Kompressionshubes
bewegt sich das Ventilelement 44 in der Aiisnehmung- 74nach oben und gestattet damit
eine gesteuerte, gedrosselte Strömung vom'unteren Teil der axialen Nuten 68 in radialer
Richtung in die ringförmige Ausnehmung 74 und dann vorbei an den abgeschnittenen
oberen inneren Ecken des Ventilelementes 44 radial nach außen und durch den oberen
Teil der axialen Nuten 68 in die obere Kammer 38. Während des Rückhubes bewegt sich
das Ventilelement 44 in der ringförmigen Ausnehmung 74 nach unten, bis seine untere,
nach unten gekehrte ebene Fläche auf der nach oben gerichteten ebenen Fläche dér~ringförmigen
Ausnehmung 74 aufsitzt, so daß rund um den Umfang des Kolbens eine strömungsblockierende
Abdichtung hergestellt
ist. Das Ventilelement 44 sorgt also dafür,
daß diese Strömung von dem Rückschlagdämpferventil 46 gedrosselt und gesteuert wird.
Bei dem Ausführungsbeisiel kommt ein Strömungsweg von der oberen Kammer 38 zur unteren
Kammer 36 durch einen radialen Durchlaß 76 zustande, der sich vom Aussenumfang des
Kolbens zu dessen oberer Gewindebohrung nach innen erstreckt. Die Gewindebohrung
steht auch noch mit einer Bohrung 78 in Verbindung, deren Achse gegen die Wachse
des Kolbens 66 radial nach außen versetzt ist. Das untere Ende der Bohrung 78 ist
bei 80 eingesenkt, so daß ein nach unten gerichteter ringförmiger Sitz 82 gebildet
ist, gegen den sich das Ventilelement 46 zur Rückschlagdämpfung anlegt.
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Auch hier kann der Ventilsitz entsprechend der üblichen Praxis mit
Nuten versehen sein, doch sind in dem gezeigten Beispiel keine Nuten vorhanden.
Das Ventilelement 46 hat die Form einer kompakten Scheibe, deren Umfang mit Abflachungen
versehen ist, um eine Strömung zu gestatten. Zweekmäßigerweise wird das Ventilelement
von einer Schraubenfeder 84 federnd gegen den Ventilsitz 82 gepreßt. Das obere Ende
der Feder liegt am Ventilelement an und das untere Ende stützt sich an einer Unterlagscheibe
86 ab, die in dem unteren Ende der Einsenkung 80 geeignet befestigt ist0 Die Dichtung
26 kann von irgendeiner geeigneten Konstruktion sein, etwa wie sie auch in herkömmlichen
Stoßdämpfern verwendet wird. Bei dem in Fig.2 gezeigten Beispiel weist die Dichtung
einen ringförmigen Stöpsel 88 auf, der vorzugßweise aus einem porösen Material,
etwa aus gesintertem Metall, besteht. Der ringförmige Stöpsel 88 hat einen inneren
Ringteil, der in das obere Ende des oberen Rohrteils 16 eingeführt und darin befestigt
ist. Der Innenumfang des inneren Ringteils des Stöpsels sitzt verßchieblich auf
dem Außenuifang der Kolbenstange 28 und ist an seiner Oberseite mit einer Ringnut
90 versehen, in die ein Dichtring 92 eingelegt ist.
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Die Ringnut ist gegen eine Beilagaoheibe 94 abgedichtet,
die
in einer Ringnut an der Oberseite des Stöpsels 88 eingelegt ist. Über der Beilagscheibe
94 ist eine ringförmige Wischerdichtung 96 angebracht, deren äußerer, konischer
Umfang an einem ringförmigen Kappenteil 98 anliegt-. Der ringförmige Kappenteil
weist einen radial nach außen stehenden Flansch auf, der auf der Oberseite des Stöpsels
aufliegt und über den das- obere Ende des äußeren Rohres 24 umgebogen ist, wie dies
in der Praxis üblich ist. Mit ihrem unteren äußeren konischen Rand liegt die ringförmige
Wischerdichtung 96 auf einer Sicherungsscheibe 100 auf, die von einer Bellville
Pederscheibe 102, die auf der Beilagscheibe 94 aufsitzt, gegen die Wischerdichtung
gedrückt wird.
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Am Außenumfang der Beilagscheibe 94 und am angrenzenden Teil des Stöpsels
88 ist ein Rücklaufkanal 104 ausgebildet, durch den hydraulisches Fluid auf der
Außenseite der Kolbenstange, das durch die Dichtung 92 gelangt ist und von der Wischerdichtung
96 verdrängt worden ist, in die Reservoirkammer 40 zurückströmen kann. Um in der
Reservoirkåmmer eine Mischung von Luft mit dem hydraulischen Fluid möglichst zu
vermeiden, ist in der Kammer 40 ein schraubenförmiges Leitblech 106 üblicher Konstruktion
vorgesehen.
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Nach der Lehre der Erfindung ist die Einrichtung 10 mit einer lastaufnehmenden
Fluidfederkammer 108 versehen, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Inneren
des- Rohres 28 ausgebildet ist, das die Kolbenstange darstellt. In dem Beispiel
ist die Federkammer mit dem gleichen hydraulischen Fluid gefüllt, das auch in den'Dämprerkammern
verwendet wird. Das Volumen der lastaufnehmenden Fluidfederkammer 108 wird durch
die Relativbewegungen zwischen den Teleskoprohren beim Zusammenschieben und Ausziehen
mit Hilfe eines Verdrängerelementes 110 verkleinert bzw. vergrößer-t;, das an dem
unteren Rohrteil gehaltert ist. In dem zweckmäßigen Ausfüh->
rungsbeispiel,
das den Fig. zugrundeliegt, hat das Verdrängerelement 110 die Form eines langen
hohlen Rohres, dessen unteres Ende in Längsrichtung an dem Grundkörper 52 derart
fixiert ist, daß keine Biegebeanspruchungen auf das Verdrängerelement 110 übertragen
werden. Diese Befestigung hat die Form eines rohrförmigen Anschlußstüokes 112, das
in das untere Ende des Verdrängerelementes 110 eingeschraubt ist.
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Das untere Ende des rohrförmigen Anschlußstüokes liegt an der nach
oben gerichteten Mittenfläche der Abschlußkappe 20 an und ist mit radialen Schlitzen
114 versehen, die dazu dienen, die Reservoirkammer 40 mit dem Inneren des Anschlußstückes
zu verbinden. Das Ansohlußstück tritt durch die Mittenöffnung in der Scheibe 58
und durch eine nach oben zu sich verengende Mittenöffnung im Grundkörper 52. Das
untere Ende des Anschluß stückes ist von einer Beliville Federscheibe 116 in federnder
Anlage an der Abschlußkappe 20 gehalten. Der obere äußere Rand der Federscheibe
hat Kontakt mit der Soheibe 58 und der untere innere Rand mit einem Sprengring 118,
der in einer äußeren Umfangsnut am unteren Teil des rohrförmigen Anschlußstückes
112 liegt. Am oberen Ende des rohrförmigen Anschlußstückes 112 ist ein Dichtring
120 mit dem Innenumfang des Verdrängerelementes 110 in Kontakt, der einen ringförmigen
Ventilsitz für ein Einlaß-Rückschlagventil 122 bildet, das in dem Verdrängerelement
110 mittels eines üblichen Sicherungsringes o.dgl. gegeaklne übertriebene Bewegung
nach oben gesichert ist.
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Das rohrförmige Element 110 dient nicht nur als Verdrängerelement,
eondern auch als ein Pumpenelement des Niveaureguliersysteme. Zu diesemfZweck erstreckt
sich das rohrförmige Element 110 durch eine Mittenöffnung in dem Kolben 66 und eine
Dichtung 124 aus einem geeigneten Dichtungsiaterial, die sich dichtend gegen die
zylindrische Außenfläche des rohrförmigen Elementes 110 anlegt, liegt zwisohen dem
Kolben 66 und dem Stöpsel 70. Die Dichtung 124 wird von einem Sicherungselement
125 in ihrer wirksamen Stellung gehalten,
das in dem unteren Mittelteil
des Stöpsels fixiert ist und hat in ihrem oberen Teil eine Schutzscheibe gegen Herauspressen.
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An dem oberen Ende des rohrförmigen Elementes 110- ist ein als Pumpendichtung
und Rückschlagventil dienendes Element 126 gehaltert. Wie am besten aus Fig02 ersichtlich,
weist das Element 126, das vorzugsweise aus einem geeigneten diohtenden Material
geformt ist-, etwa aus Polyurethan o.dgl., eine Ventilbuchse auf, die über das obere
Ende des rohrförmigen Elementes 110 geschoben und an ihrem unteren Ende daran fixiert
ist. Dies kann mit einem geeigneten Mittel geschehen, etwa mit einem Riffeiring
127, der sich gegen das untere Ende der Ventilbuchse anlegt und diese in einer passenden
ringförmigen Einsenkung am Umfang des rohrförmigen Elementes 110 hält. Zu dem Element
126 gehört auch noch ein Dichtungsringteil, der sich vom oberen Ende der Ventilbuchse
nach innen erstreckt und von dem Ende des rohrförmigen Elementes 110 mit Hilfe einer
Schutzscheibe 128 gegen ein Herauspressenin einem Abstand gehalten wird. Der Dichtung
ringteil des Elementes 126 und die zugehörige Schutzscheibe 128 haben einen dichtenden
gleitenden Kontakt mit dem.Außenumfang eines Pumpenelementes in Form einer Pumpenstange
130, die mit dem rohrförmigen Element 11.0 zusammenwirkt. Das obere Ende der Pumpenstange
ist in dem Kappenteil 30 mittels einer Kugellagerung 131 befestigt, die in Längsrichtung
die beiden Teile gegeneinander fixiert, jedoch eine begrenzte Verschwenkung gegeneinander
gestattet. Die Pumpenstange 130 ragt durch den Dichtungsringteil des Elementes 126
und durch die Schutzscheibe 128 in das rohrförmige Element 110 hinein, wobei der
Innenraum zwischen dem Einlaß-Rückschlagventil 122 und der Schutzscheibe 128 eine
Pumpenkammer 152 bildet, deren Volumen bei der Relativbewegung des Teleskoprohres
beim Zusammenschieben und Ausziehen sich verkleinert bzw.
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vergrößert0
Die Pumpenstange 130 hat fast auf ihrer
ganzen Länge einen konstanten Außendurchmesser; nur an ihrem unteren Ende hat sie
ein verhältnismäßig kurzes Stück 134 mit einem kleineren Außendurchmesser. Aufgabe
dieses schmäleren Stückes 134 ist es, sicherzustellen, daß die Pumpenkammer 132
anfänglioh mit hydraulischem Fluid aufgefüllt werden kann unter Ausschluß von Luft.
Wenn die Einrichtung so weit wie möglioh auegezogen iat, liegt dae echmälere Stück
134 innerhalb des als Pumpendichtung und Rückschlagyentil dienenden Elementes 126
und der Schutzscheibe 128, so daß etwa in die Pumpenkammer gelangte Luft entfernt
werden kann, die sonst dort eingeschlossen bliebe.
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Beim Rückhub der Einrichtung läuft die Pumpenstange 130 aus der Pumpenkammer
132 heraus und vergrößert damit deren Volumen. Das hydraulische Fluid zum Auffüllen
des zunehmenden Volumens kommt von der Reservoirkammer 40 durch da. Ansohlußstück
112 und vorbei am Einlaß-Rückschlagventil 122.
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Während des Kompressionshubes läuft die Pumpenstange 130 in die Pumpenkammer
132 hinein und verkleinert deren Volumen, so daß die darin befindliche hydraulische
Flüssigkeit unter Druck gesetzt wird. Das unter Druck stehende Fluid wird durch
radiale Auslässe 136, die in der Ventilbuchse des Elementes 126 etwas oberhalb des
Riffelringea 127 ausgebildet sind, in die belastungsaufnehmende Fluidfederkammer
108 eingeleitext. Wie ersichtlich, ist in dem benaohbarten Umfang des rohrförmigen
Elementes 110 eine Ringnut 138 ausgebildet, die eine Strömung von hydraulischem
Fluid durch die Auslässe 136 erleichtert. Zu beachten ist, daß das hydraulische
Fluid aus der Pumpenkammer 132 zunächst in Achsrichtung aus dem Ende des rohrförmigen
Elementes 110 austritt, dann radialwärts zwischen der Schutzsoheibe 128 und dem
Ende des rohrförmigen Elementes 110 nach außen strömt -und schließlich in Achsrichtung
zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Elementes 110 und der Innenfläche des
Ventilbuchsentejls
des Elementes 126 weiterströmt, bis es die Ringnut
138 erreicht. Der Ventilbuohsenteil des Elementes 126 arbeitet also als ein wirksames
Rückschlagventil, das eine Strömung von hydraulischer Flüssigkeit in der umgekehrten
Richtung von der Fluidfederkammer 108 in die Pumpenkammer 132 sperrt.
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Das rohrförmige Element 11-0 hat nicht nur die Aufgabe, die Pumpenkammer
des Pumpenmechanismus zu bilden, der zum Einführen von Druckfluid in die Fluidfederkammer
108 dient, sondern weist außerdem ein Pumpenelement in der Form einer ringförmigen
Dichtung 142 auf, die in einer äußeren Nut an dem rohrförmigen Element 110 unterhalb
des Riffelringes 127 angebracht ist und einen Bestandteil des Pumpenmechanismus
zum Verdrängen von hydraulischer Flüssigkeit aus der Fluidfederkammer bildet. Die
Außenfläche des Pumpenelementes 142 arbeitet mit einem Pumpenrohr 144 zusammen,
dessen unteres Ende in einer Mittenöffnung des Stößels 70 fixiert ist und dessen
oberes Ende in einem knappen Abstand unter dem Kappenteil 30 liegt. Im unteren Teil
hat das Pumpenrohr 144 einen solchen Innendurchmesser; daß es im Gleitsitz an der
Dichtung 142 anliegt; im oberen Teil ist der Innendurohmesser des Pumpenrohres größer.
Der obere und der untere Teil sind miteinander durch einen bei 146 angedeuteten
mittleren konischen Teil verbunden. Der-untere wirksame Teil des Pumpenrohres 144
hat eine solche Länge, daß das Pumpenelement 142 mit dem konischen Teil 146 in Kontakt
ist, wenn die Teleskoprohre eine gewünschte Mittelstellung einnehmen, in der die
gefederte Masse des Fahrzeugsxgehalten werden soll (bei spielsweise eine 5-5 Position).
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In diesem Fall kommt es offensichtlich zu keinem Zusammenwirken und
also zu keiner Pumpaktion, wenn sich die Ueleokoprohre über die Mittelstellung in
Richtung des Zusammenschiebens, d.i0 des Kompressionshubes bewegen. Dagegen wirkt
das Pumpenelement 142 mit dem Pumpenrohr 144 zusammen, wenn
sich
die Teleskoprohre aus der Mittelstellung in Auseiiehrichtung, d.i. im Rückhub bewegen0
Gemäß der Erfindung ist ein vom Ladedruck gesteuerter Ventilmechanismus vorgesehen,
der insgesamt mit 148 bezeichnet ist und den Pumpvorgang ermöglicht. Während des
Zusammenwirkens des Pumpenelementes 142 mit dem Pumpenrohr 144 ist eine langgestreckte
Ringkammer 150 gebildet, die von dem Innenumfang des Pumpenrohres, dem Außenumfang
des rohrförmigen Elementes 110, dem Pumpenelement 142, der ringförmigen Dichtung
124 und dem Ventilmechanismus 148 begrenzt ist.
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Der Ventilmechanismus 148 weist ein Ventilelement 152 von rohrförmiger
Gestalt auf, das in einem in Längsrichtungsioh erstreckenden durchgehenden Kanal
154 in dem Stöpsel 70 auasermittig angeordnet ist. Das Ventilelement 152 weisteinen
oberen Kolbenteil auf mit einem Dichtring 156, der in einer Ringnut am Außenumfang
des oberen Teils des Kanal 154 liegt.
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In dem unteren Ende des Ventilelementes 152 ist eine Ventilkugel 158
festgelegt, die das Ventilelement verechließt und mit einem Ventilsitz 160 zusammenwirkt.
Der Ventilsitzteil 160 hat in'dem gezeigten Beispiel die Form eines Einsatzes, der
in einem verschmälerten Teil des Kanals 154 angebracht und von einem engen Durchlaß
durchzogen iet,der einen Auslaß aus der Pumpenkammer 150 darstellt,weloher geöffnet
und geschlossen wird, wenn die Ventilkugel auf dem Ventilsitz aufsitzt bzw. davon
abhebt. Vorzugsweiseist das Ventilelement 152 federnd in eine solche Richtung vorbelaetet,
daß die Ventilkuegel 158 auf dem Ventilsits 160 aufsitzt, wie dies in der Zeichnung
dargestellt ist. Die Federkraft wird von einer Schraubenfeder 162 aufgebraoht,die
in dem oberen Ende des Kanals 154 montiert ist und mit ihrem unteren Ende an dem
Ventilelement 152 und mit ihrem oberen Ende an einem mittigen Flansch anliegt, der
an einem rohrförmigen Einsatz 164 geformt ist, welcher in dem oberen
Ende
des Kanals 154 in geeigneter Weise festgelegt ist.
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Das Ventilelement 152'sieht auch noch einen Einlaß für die Pumpenkammer
vor, der in der Darstellung die Form mehrerer radialer Durchlässe hat, die in dem
Mittelteil des Ventilelement es unter dessen oberem Kolbenteil angeordnet sind0
Dieser Einlaß wird von einem Rückschlagventil gesteuert, das gemäß der Darstellung
die Form eines Dichtungsringes 166 aus einem elastisohem Material hat, der auf der
Außenfläche des Ventilelementes 152 in einer den Einlaß versperrenden Lage angebracht
ist.
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Wie man sieht, wirkt auf die Oberseite des Ventilelementes 152 ständig
der Ladedruck des in der Pluidfederkammer 108 enthaltenen hydraulischen Fluids.
Der gedrosselte Auslaß in dem Ventilsitzteil 160 hat einen verhältnismäßig kleinen
Querschnitt im Vergleich zu der nach oben gekehrte Fläche des Ventilelementes 152,
so daß nur eine leicht Drucksteigerung über den Ladedruck des hydraulischen Fluids
in der Pumpenkammer 150, der auf das Ventilelement 152 nach oben wirkt, notwendig
ist, um die vereinigte Kraft des Ladedruckes und des verhältnismäßig leichten Druckes
der Feder 162 zu überwinden. Auf diese Weise wird das hydraulische Fluid, das durch
den Auslaß in dem Ventilsitzteil 160 ausgestoßen wird, auf einem Wert gehalten,
der stets etwas grösser ist als der Ladedruck. Ein solcher Ausstoß tritt während
des Rückhubes der Einrichtung über die Mittelstellung hinaus auf, wenn sich das
Pumpenelement 142 in dem Pumpenrohr 144 nach unten bewegt und das Volumen in der
Pumpenkammer 150 abnimmt. Während des Kompressionshubes über die Mittelstellung
hinaus bewegt sich das Pumpenelement 142 nach oben und vergrößert das Volumen der
Pumpenkammer 150, so daß sich der Druck des Fluids in der Kammer reduziert0 Dies
bewirkt, daß sich das Ventilelement 152 nach unten in eine Lage bec wegt, in der
die Ventilkugel 158 den Auslaß in dem Ventilsitzteil
160 unter
der vereinigten Wirkung des Ladedruokes und des Druckes der Feder 162 verschließt.
Wenn bei dieser Bewegung der Druck in der Pumpenkammer auf einen Wert unter dem
Ladedruck abgefallen ist, findet eine Strömung des Fluids durch das als Dichtring
ausgebildete Rückschlagventil 166 statt, mit der die Pumpenkammer 150 wieder gefüllt
wird.
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Zweckmäßigerweise ist die Einrichtung 10 mit einem Druckentlastungsventil
versehen, das insgesamt mit 168 bezeichnet ist. Es hat die Aufgabe, den Maximaldruck
zu begrenzen, der in der Fluidfederkammer 108 erzeugt werden kann. Das Druckentlastungsventil
168 stellt einen Sicherheitsfaktor dar und ist im Normalbetrieb der Einrichtung
unwirksam. Das Ventil kann von geeigneter Konstruktion sein. In dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel
ist das Druckentlastungsventil in dem Stöpsel 70 der Kolbenanordnung 34 angebracht.
Hierzu ist der Stöpsel mit einer zu seiner Achse versetzten Längsbohrung 170 versehen.
In dem oberen Ende der Längsbohrung 170 ist ein rohrförmiges Ventilelement 172 angebracht,
dessen unteres Ende einen Ventilsitz für eine Ventilkugel 174 bildet. Die Ventilkugel
174 wird mit irgendeinem geeigneten Mittel federnd gegen den Ventilsitz gedruckt,
um abgehoben zu werden, wenn in der Fluidfederkammer 108 ein bestimmter Maximaldruck
erreicht wird. Ein solches Mittel kann eine Sohraubenfeder 176 sein, die in der
Längsbohrung 170 liegt und mit ihrem oberen Ende über eine Zwischenlagseheibe mit
der Ventilkugel 174 verbunden ist, während ihr unteres Ende an dem Stöpsel mit Hilfe
einer gelochten Scheibe 178 verankert ist, die im unteren Ende der Längsbohrung
fixiert ist.
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Um die Einrichtung im Betrieb zu schützen, ist über das obere rohrförmige
Teil eine äußere Staubschutzkappe 182 gestülpt, die das äußere Rohr 24 des unteren
rohrförmigen Teils bündig umschließt. Das obere Ende der Staubsohutzkappe ist nach
innen gebogen und am Umfang des Kappenteils in geeigneter Weise befestigt, etwa
mit Hilfe eines Sprengringes
184 o.dgl..
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Betriebsweise Die erfindungsgemäße Einrichtung wird in üblicher Weise
zusammengebaut und mit einer Menge einer üblichen hydraulischen Flüssigkeit gefüllt,
so daß diese Vorgänge nicht eigens beschrieben werden müssen. Die zusammengebaute
Einrichtung mit einer Füllung mit hydraulischem Fluid ist zwischen die gefederte
und ungefederte Masse eines Fahrzeugs, das eine herkömmliche Aufhängung hat, anstelle
des üblichen Stoßdämpfers des Aufhängesystems einfügbar. Es werden somit zwei solche
Einrichtungen normalerweise anstelle der beiden hinteren Stoßdämpfer des Fahrzeugs
eingebaute Die Funktion der Einrichtung 10 und ihre'Vorzüge im Betrieb werden am
besten verständlich, wenn man die Federungsfunktion, die Dämpfungsfunktion und die
Nivellierungsfunktion gesondert betrachtet.
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Was die Federung betrifft, so liefert die erfindungsgemäße Einrichtung
eine Federungsfunktion durch die Kompression des hydraulischen Fluids in der lastaufnehmenden
Fluidfederkammer 108 aufgrund der Veränderung des Kammervolumens durch das Verdrängerelement
1100 Diese Anordnung ist deshalb vorteilhaft, weil eine hohe Federenergie innerhalb
eines verhältnismäßig kleinen Raumes verfügbar ist und RaumeinsparunZ gen in einer
Hilfseinrichtung besonders wichtig sind. Damit eine Hilfseinrichtung für möglichst
viele existierende Aufhängesysteme verwendbar ist, darf die Hilfseinrichtung im
allgemeinen etwa 7,5 cm (3 Zoll) im Durchmesser nicht überschreiten und muß einen
Hub von annähernd 25 cm (10 Zoll) liefern, wobei die tote Länge nicht mehr als etwa
7§5 cm (3 Zoll) betragen soll. Die Betriebsbedingungen einer Hilfseinrichtung setzen
weitere Einschränkungen bezüglich des Bereiches der zusätzlichen statischen' Belastung
am Fahrzeug, die von der Einrichtung bewältigt werden kann. Um diese
Betriebsbedingungen
zu erfüllen, beträgt der Bereich der zusätzlichen statischen Belastung von 0 bis
etwa 500 Pfund pro Einrichtung.
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Berucksichtigt man diese Betriebsanforderungen zusammen mit den Größenvorschriften,
so verbietet sich die Verwendung von Luft als Fluidfedermedium, die in früheren
Vorschlägen der Patentliteratur vorgeschlagen wurde. Der Betrag der Volumenänderung
in der Fluidfederkammer, der notwendig ist, um den vollen Belastungsbereioh zu erreichen,
macht eß notwendig, daß die lastaufnehmende Federkammer ein Volumen und ein Verdrängerelement
mit ausreichender Hubfläche hat, die einfach die Grö ßenbe s ohrankungen überschreitet.
Das größtmögliche Volumen mit Luft als Fluidfedermedium fällt auf das latfreie Ende
des Belastungsbereiches. Um diesen belastungsfreien Zustand und damit die Fähigkeit
eines unbelesteten Druckes zu erreichen, wenn die Luft'eine Grenifläche mit dem
hydraulischen Fluid hat, muß ein zu großes Volumen vorgesehen werden. Wenn die Luft
in der lastaufnehmenden Fluidfederkammer gegen das darin befindliche hydraulische
Fluid abgedichtet ist, existiert die gleiche Situation, weil das Element, das die
Luft einschließt, voll ausfahren muß, während es mit dem hydraulischen Fluid in
Kontakt steht, bis die Luft Atmosphärendruck erreicht. Es besteht die Ndgliehkeit,
daß Luft innerhalb der Raumanforderungen verwendet werden kann, wenn Mittel vorgesehen
werden, um die Expansion des luftdichtenden Elementes zu beschränken, wenn die Luft
einen vorgegebenen niedrigen Druck erreicht, der merklich über dem Atmosphärendruck
liegt. Anordnungen solcher Art sind zwar möglich und kommen für die Erfindung in
Frage, sind Jedoch nicht vorzuziehen, weil Betriebeprobleme auftreten, zu denen
die Schwierigkeit des Abdichtens der Luft unter den sehr hohen Drucken gehört, die
am oberen Ende des Belastungsbereiches vorgesehen werden0 Eine diesbezügliche Nöglichkeit
besteht z.B. darin, in der Kammer 108 eine ringförmige Luftkammer vorzusehen, die
von der I,nneflfläche der
Kolbenstange und einer Hülse begrenzt
wird, die aus einem Material mit hoher Elastizität besteht, z0B. aus Kupfer o.dgl.
Obwohl also eine Flüssigkeitsfederung vorzuziehen ist, umfaßt die Erfindung auch
eine kombinierte Flüssigkeits-und Buft-Pederanordnung der oben beschriebenen Art,
die sich von den bisher vorgeschl;agenen hydropneumatischen Einriohtungen grundlegend
unterscheidet. Mehrere bisher vorgeschlagene Einrichtungen ziehen ein hydraulisches
Fluid als einziges Federmedium in Betracht. Die Art und Weise, wie gemäß der vorliegenden
Erfindung die Federwirkung erzielt wird, stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber
diesen bekannten Anordnungen dar, von denen Beispiele in den nachfol-' gend aufgezählten
US-Patenten enthalten sind: Ord, 2 987 310 vom 6.601961; Lush u.aO, 3 074 708 vom
221.1963; Bittel, 3 076 643 vom 5.2.1963; Jewell u.a., 3 480 269 vom 25.11.1969.
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Bei allen diesen bekannten Anordnungen ist das Verdrängerelement für
die Kammer der Ylüssigkeitsfederung die Kolbenstange der Einrichtung. Wenn die Kolbenstange
als Verdrängerelement verwendet wird, beschränken die Anforderungen an die Festigkeit
die kleinstmögliche Hubfläche, die von dem Verdrängerelement gebildet werden kanno
Dabei ist zu beachten, daß die für die Haltbarkeit der Kolbenstange erforderliche
Festigkeit weniger von den Kompressionskräften als vielmehr von den Dreh- oder Biegekräften
-diktiert wird. Herkömmliche Stoßdämpfer sind zwischen der gefederten und der ungefederten
Masse des Fahrzeugs in einer schiefen Lage zur Vertikalen montiert, die manchmal
in der Technik als sea-leg (etwa Seemannsgang) bezeichnet wird0 Diese Befestigungsart
bringt eine Schwenkbewegungskomponente herein, die wiederum Zentrifugalkräfte einführt,
welZ che auf die Einrichtung Biegemomente übertragen. Infolge des zusätzlichen Gewichtes
derartiger Einrichtungen werden
diese Zentrifugalkräfte zu einem
begrenzenden Faktor, derin gebräuchlichen Stoßdämpfern nicht vorhanden ist. Demsufolge
muß die Kolbenstange einen Durchmesser haben, der grdsser ist als der Durchmesser
der üblichen Stoßdämpfer. Mit einem solchen vorgegebenen Minimum für den Durchmesser
der Kolbenstange und mit der Funktionsweiset daß die Kolbenstangenfläche die Verdrängung
bestimmt, wird es notwendig, das Volumen der lastaufnehmenden Federkammer zu vergrößern,
wenn man hydraulische Fluide mit verhältnismäßig hohem Elastizitätsmodul verwendet
(etwa die gebräuchlichen hydraulischen Fluide), so daß der zulässige Raumbedarf
als'Hilfseinrichtung überschrittenwird0 Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung iet
das Verdrkgerelew ment von der Kolbenstange getrennt. Die Kolbenstange der vorliegenden
Konstruktion kann ziemlich groß gemacht werden und eine solche Größe ist tatsächlich
für den Betrieb erwiinßchtO Außerdem kann die Kolbenstange eine verhältnismäßig
große Wandstärke haben. Die Kolbenstange und die von ihr mitgeführte Kolbenanordnung,
der Zylinder, in dem der Kolben sich hin-und herbewegt, und die Dichtung 26, die
auf der Kolbenstange gleitend anliegt, dienen dazu, den während des Betriebs auf
die Einrichtung einwirkenden Biegekräften Widerstand zu leisten. Die Größe dieser
Bestandteile, die von den Feetigkeitseigenschaften diktiert wird, ist unabhängig
von den Anforderungen der Verdrängung, die von einem eigenen Element geliefert wirdo
Das Verdrängerelement braucht lediglich eine Säulenfestigkeit zu haben; es ist auch
tatsäahlich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel derart in der Einrichtung montiert,
daß keine Biegekräfte darauf übertragen werden könw nen. Durch dieses gesonderte
Verdrängerelement kann die Verdrängung und die Hubfläche klein gehalten werden,
sa daß man im Größenbereich für eine Hilfseinrichtung eine Fluid aigkeitsfederung
mit üblichen hydraulischen Pluiden erzielen kann und man keine speziellen Fluide
mit niedrigerem
Elastizitätsmodul verwenden muß oder Anordnungen
mit 1Gufttaschen der oben beschriebenen Art vorsehen muß. Bei dem gezeigten Beispiel
ist das Verdrängerelement bezüglich der Kolbenstange teleskopartig angeordnet; jedoch
können im Rahmen der Erfindung auch ein gesondertes Verdrängerelement oder Verdrängerelemente
in Längsrichtung in gleicher Erstreckung mit der Kolbenstange angeordnet sein, die
einen kleineren Durchmesser oder Querschnitt haben als die Kolbenstange.
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Die Verwendung einer Flüssigkeitsfederung mit einer verhältnismäßig
kleinen Verdrängung und Hubfläche hat auch noch Vorsüge bezüglich des belastungsfreien
Zastandes einer Hilfseinrichtung. Hierzu muß man die unterschiedlichen Bedingungen
einer Niveauregulierungseinrichtung für den Zustand minimaler Belastung und einer
Hauptaùfhängevorrichtung im Zustand der minimalen Belastung kennen. Wenn die Einrichtung
als Hauptaufhängung verwendet wird, trägt sie ihren proportionalen Anteil des Belastungsminimums
und die Lage, bei der derHiveawausgleich stattfindet, kann bei der günstigsten Höhe
gewählt werden, also beispielsweise bei der 5-5 Position. Da die Einrichtung die
einzige Federkraft unter Minimallast liefern muß, hat die lastaufnehmende Federkammer
einen Ladedruck, wenn die Einrichtung auf einer gewtinschten Höhe gehalten wird,
und sogar bei vollem Auszug sinkt der Druck nicht unter den Atmosphärendruck abo
Wenn dagegen die Einrichtung als Hilfseinrichtung verwendet wird, liefern die Federn
der üblichenAufhängung die Federkraft zum Abstützen der Minimallast in einer bestimmten
Position, die üblicherweise iiber der günstigsten Mittel stellung liegt, beispielsweise
bei einer 64 Position. Wenn also eine Hilfseinrichtung unter Minimallast eine Federkraft
liefern soll, muß die Einrichtung die Abstützung eines Teils der Last auf sich nehmen
und dies kann nur dadurch
geschehen, daß die gefederte Masse bei
einer höheren Position gehalten wird als mit der üblichen Federung, also etwa bei
einer 6,57 - 3,25 Position. Diese Stellung wäre also dann'die Position, auf die
sich die Einrichtung selbsttätig einstellt, wenn zusätzliche statische Belastungen
hinzukommen. Eine Einrichtung mit diesem Betriebsverhalten würde in sich die Mängel
der Schraubenfeder- undLuftfeder-Hilfseinrichtungen bei Minimallast über den ganzen
Belastungsbereich enthalten und lediglich den Vorteil haben, daß die mit dem Einleiten
und Auslassen von Luft zur Luftkammer verbundene Unbequemlichkeit wegfällt. Selbstverständlich
wird es von manohen bereits als ein erwünschtes Resultat angesehen, daß das Hinterende
eines Fahrzeugs auf einem verhältnismäßig hohen Betriebsniveau gehalten wird. Wo
dies Jedoch nicht erwünscht ist, muß eine Hilfseinrichtung die Fähigkeit haben,
unter lastfreien Bedingungen zu arbeiten.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Stellung, bei der die
selbsttätige Niveauregelung erfolgt, auf den gUnstigen Wert von 5-5 gelegt. Da die
meisten gebräuohliohen Aufhängungen bei Minimallast in einer Stellung über diesem
Wert gehalten werden, beginnt die Hilfseinrichtung erst, einen Teil der Last zu
übernehmen, wenn eine ausreichende statische Beladung dazugegeben wird, um das gebräuchliche
System auf die 5-5 Position zu strecken. In diesem sehr kleinen Anteil des Geeamtberefohes
trägt die erfindungsgemilßeEinrichtung keine Last bei statischer Einstellung. Ein
belastungsfreier Zustand in der lastaufnehmenden Pederkamier bedeutet hauptsächlich,
daß der Druck in der Ka mer nicht über dem Atmosphärendruck liegt. Die erfindungageiäße
VorZ richtung arbeitet Jedoch, wie noch genauer erklärt wird, vorzugsweise mit negativen
Druckern in der Federkammer. Der in Frage kommende Bereich negativer Druoke überschreitet
Jedoch den Dampfdruck der Flüssigkeit nicht0 Ubersetst man solche begrenzten negativen
Drucke in negative Federkräfte,
die in der Einrichtung erzeugt
werden, so liegen diese meistens bei etwa 6,8 kg (15 engl. Pfund) und können daher
in der Praxis, was die Federfunktionanbelangt, vernachlässigt werden0 Was die Dämpfungseigenschaften
anlangt, so hat die Charakteristik für den lastfreien Zustand, der zu negativen
Drucken in der Federkammer führt, wenn die Einrichtung als Hilfseinrichtung verwendet
wirkt, einen kritischen Einfluß auf das Dämpfungsverhalten. Die Dämpfung wird bei
den bisher vorgeschlagenen Einrichtungen, einschließlich allen bekannten Einrichtungen
mit Flüssigkeitsfederung, durch Strömungsregler in der lastaufnehmenden Federkammer
erzielt. Dabei erfolgt die Strömung durch das Dämpfungsventil mindestens während
eines Hubes, des Xompressionshubes oder des Rtakhubes,durch den Druck des Fluids,
so daß, wenn im lastfreien Zustand der Druck des hydraulischen Fluids auf Atmosphärendruck
oder darunter absinkt, die Dämpfungswirkung während dieses Hubes einfach verlorengeht.
Der Verlust der Dämpfungsfunktionkann ein ernster Nachteil sein, auch wenn er nur
in einem kleinen Anteil des gesamten Arbeitsbereiches vorhanden ist, bes.onders
weil der Zustand der Minimallast sehr häufig anzutreffen ist. Das Problem wird -noch
verstärkt, wenndie Heinrich~ tung eine Hilfseinrichtung ist, die die Dämpfungsfunktion
des gebräuchlichen Stoßdämpfers ersetzen muß0 Die Erfindung vermeidet diese Mängel,
indem sie die Dämpfungsfunktion von der lastaufnehmenden Federkammer trennt.
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Bei der vorliegenden Einrichtung wird die Dämpfungsfunktion unabhängig
von dem Druck in der lastaufnehmenden Federkammer ersielttund selbst wenn in dieser
Kammer das hydraulische Fluid ausfallen sollte, würde die Einrichtung weiter noch
die Dämpfungliefern, die durch das Herausnehmen des gebräuchlichen Stoßdämpfers
wegfällt. Die Aufbietung einer positiven Dämpfungsfunktionsowohl im Kompressionshub
wie
auch im Rückhub und unabhängig von dem Druck in der lastaufnehmenden
Federkammer ist ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung0 Vorzugsweise
wird dieses charakteristische Verhalten dadurch erzielt, daß man die Dämpfungsfunktion
unabhängig von der Federkammer erzeugt; Jedoch ist in der Erfindung miteingeschlossen,
dieses wichtige Charakteristikum ohne eine solche Trennung zu erreichen, indem man
die Dämpfung durch einen zwangsweise gesteuerten, gedrosselten Fluid fluß erzeugt,
der in starren, teleskopartig angeordneten Wänden eingeschlossen ist, so daß er
nicht vom Druck des Fluids abhängt.
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Die Vorteile der Niveauregulierung gemäß der Erfindung sind sowohl
auf Hilfseirwrichtungen als auch auf Hauptaufhängesysteme anwendbar. Diese Vorteile
können in gleicher Weise bei Einrichtungen erzielt werden, in denen die Federung
durch eine Flüssigkeit allein bewirkt wird, und auch in Einrichtungen, die mit einer
Kombination von Flüssigkeit und Luft arbeiten, wie dies übliche Praxis ist. Die
Niveauregulierung der erfindungsgemäßen Einrichtung bietet zwei besonders erstrebenswerte
Vorzüge0 Erstens vermeidet das System abrupte Änderungen der Federkraft beim Durchgang
der Einrichtung durch die Mittelstellung sowohl im Kompressionshub als auch im Rückhub.
Zweitens arbeitet das Niveaureuli.r"' system mit einer zwangs läufigen Verdrängung
von hydraulischem Fluid aus der lastaufnehmenden Federkammer und auch mit einer
zwangsläufigen Verdrängung von hydraulisohem Fluid in die Federkammer. Sowohl die
Einleitung als auch der Aus" stoß von hydraulischem Fluid wird genau gesteuert,
wobei die den Ablaß systemen eigenen Mängel beseitigt sind und die Pendelschwingungseigenschaften
der Einrichtung im Vergleich zu den Fluid systemen mit eingebauten Verögerungsmechanismen
minimal sind.
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Diese Ergebnisse werden dadurch erreicht, daß ein Hochpumpmechanismus
vorgesehen ist, desrsn Preßhub praktisch engt"
weder mit dem Kompressionshub
od-er mit dem Rückhub oder mit beiden der Einrichtung zusammenstimmt. In dem kusführungsz
beispiel findet der Preßhub des Hochpumpmechanismus während des Kompressionshubes
der Einrichtung statt. Da das hydraulische Fluid in der Pumpenkammer 32 des Hochpumpmechanismus
während des Preßhubes in die Federkammer gedrückt wird, ist der Druck in der Pumpenkammer
gleich dem Ladedruck und die Pumpenelemente verstärken also die Federkraft, die
von dem Verdrängerelement und der lastaufnehmenden Federkammer erzeugt wird. Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt das in der Pumpenkammer 132 unter Ladedruck
stehende hydraulische Fluid während des Kompressionshubes auf die von der Pumpenstange
130 gebildete Hubfläche, nämlich auf: die Querschnittsfläche der Pumpenstange ein;
während des Rückhubes Jedoch, wenn der Druck in der Pumpenkammer sich auf den Druck
der Versorgungskammer oder den AtmosphärenZ d-ru-ck einstellt, ist die verstärkte
Federkraft nicht mehr auf die Hubfläche der'Pumpenstange wirksame Man sieht Je doch,
daß diese Änderung der Hubkraft infolge der Änderung des Druckes in der'Pumpenkammer
während der Richtungsänderung der Teleskopbewegung der Einrichtung stattfindet;
demzufolge wird die plötzliche Änderung der Hubkraft von den Fahrzeug.
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benützern nicht so leicht wahrgenommen. Ein Hochpumpmechanismus, der
nur während-der zasammenschiebenden Bewegung der Einrichtung über die Mittelstellung
hinaus tätig wird, wie dies in vielen bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen der Fall
ist, muß notwendigerweise zu einer abrupten Änderung der Federkraft führen, wenn
sich die Einrichtung durch die Mittel stellung bewegt, und iwar entweder im Kompressionshub
oder im Rückhub oder vielleicht sogar bei beiden0 Wenn diese Äns derung der Federkraft
vom Pahrzeugbentitzer bemwerkt werden kann, stellt sie ein höchst unerwünschtes
Pahrverhalten dar0 Den erfindungsgemäßen Hochpumpmechanistnus kann man im Kompressionshub
arbeiten lassen, weil ein eigener Niederpumpmechanismus vorgesehen ist, der nur
während der Ausziehbewegung
der Einrichtung über die Mittelstellung
hinaus arbeitet und daher lagegesteuert isto Der vom Ladedruck gesteuerte Ventilmechanismus
148 des Niederpumpmechanismus dient dazu, abrupte Änderungen des Federdruckes beim
Durchlaufen der Mittelstellung zu beseitigen.
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Dadurch daß der Auslaßdruck der Kammer des Niederpumpmechanismus etwa
auf dem Ladedruck gehalten wird, erzeugt der auf die Pumpenelemente des Niederpumpmechanismus
einwirkende Druckzustand keine verstärkte Federkraft mit plötzlichen Änderungen
während des Kompreesionshubes oder des Rückhubes und vor allem während des Durchgangs
durch die Mittellage, wo die Pumpenelemente tätig werden.
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Mit der Anordnung gesonderter Pumpmechanismen mit unter schiedlichem
Hub und unterschiedlicher Verdrängiog läßt sich die Niveauregulierung gut erreichens
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Verdrängung' des Hochpumpmechanismus
annähernd die Hälfte der Verdrängung des Niederpumpmechanismus; der Hub des Hochpumpmechanismus
ist Jedoch etwa doppelt so groß wie derjenige des Niederpumpmechanismus. Wenn also
die Einrichtung einen vollen Betriebszyklus durchläuft (doi. beginnend in der Mittelstellung
durch einen Kompressionshub, dann durch einen Rückhubüber die Mittel~ stellung hinaus
bis zu einer dem Kompressionshub entspreohenden Ausziehung und wieder in einem Kompressionshub
zur rück bis zur Mittelstellung) wird praktisch die gleiche Menge an hydraulischem
Fluid in die Federkammer eingeleitet und aus dieser entlassen0 Wenn also die von
der gefederten Masse des Fahrzeugs getragene statische Beladung tatteoh abgestützt
wird, wobei die Einrichtung die Niteaustellung einnimmt, für die sie konstruiert
ist (z.B. eine 5-5 Position), dann wird im dynamischen Betrieb die gefeidilrte Maste
und die statische Beladung auf der 5-5 Position als einer mittleren Fahrhöhe gehalten.
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Wenn die, statische Belastung zunimmt, arbeitet die Einrichtung in
dem Sinn, daß sie die geänderte statische Beladung im statischen Zustand auf einer
Position-unter der 5-5 Position (z.B0 4-6) abstützt, was der anfänglichen mittleren
Fahrhöhe entspricht, wenn das yahrzeug zu fahren beginnt. Ein Betriebszyklus, der
bei einer Höhe unter der 5-5 Position beginnt und endigt, führt zu einem Zuflußgewinn
von hydraulischem-Pluid in die lastaufnehmende Federkammer, da der Arbeitshub des
Niederpumpmechanismus weniger als die Hälfte des Arbeitshubes des Hochpumpmechanismus
beträgt. In einem Zyklus, der von 4-6 zu 3-7 zu 5-5 zu 4-6 geht, pumpt der Hochpumpmechanismus
Fluid in die Federkammer während des Kompressionshubes von 4-6- zu 3-7,und während
des Kompressionshubes von 5-5 zu 4-6; aber es findet kein Herauspumpen statt, da
der Niederpumpmechanismus nur ober~ halb der 5-5 Position tätig wird. Da Jeder Betriebszyklus
einen Zuflußgewinn von hydraulischem Fluid in die lastaufnehmende Federkammer ergibt,
erreicht die mittlere Fahrhöhe nach einer kurzen Zeitspanne des dynamischen Betriebs
das angestrebte Niveau (z.B. die 5-5 Position).
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Wenn die statische Belastung abnimmt, dient die Einrichtung, angenommen
daß sie als Hauptaufhängung arbeitet, nunmehr dazu, die gefederte Masse im statischen
Zustand bei einem Niveau über der 5-5 Position (z0B. bei 6-4) abzustützen, was dem
anfänglichen mittleren Fahrniveau entspricht, wenn der dynamische Betrieb beginnt.
Ein Betriebszyklus, der auf einem Niveau oberhalb der 5-5 Position beginnt und endigt,-führt
zu einem Ausflußüberschuß von hydraulischem Fluid aus der lastauSnehmenden Sederkammer,
da der Arbeitshub des Niederpumpmechanismus nun mehr als die Hälfte des Arbeitshubes
des Hochpumpmechanismus beträgt. So pumpt beispielsweise, in einem Zyklus, der von
6-4 zu 5-5 zu 7-3 zu 6-4 verläuft, dr Hochpinnpmechanismus Fluid in die Kammer während
des Kompressionshubes von 6-4 zu 5-5 und von 7-3 zu 6-4; während des gesamten Rückhubes
von 5-5 -zu 7-3 findet
dagegen ein Herauspumpen von Fluid aus der
Kammer statt.
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Das bedeutet, daß zweimal so viel Fluid herausgepumpt wie hineingepumpt
wird, da der Niederpumpmechanismus die doppelte Verdrängung hat. Da Jeder solche
Betriebszyklus einen Überschuß an ausgestoßenem Fluid aus der Federkammer ergibt,
stellt sich nach einer kurzen Dauer im dynamischen Betrieb die mittlere Fahrhöhe
auf das gewtinschte Niveau ein (z.B.
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auf die 5-5 Position)0 Dabei ist zu beachten, daß die Differenz im
Niederpumpvorgang der Einrichtung, wenn diese als Hilfseinrichtung bei einer bestimmten
Höhe unter dem Niveau benützt wird, auf dem die gefederte Masse des Fahrzeugs normalerweise
von einem gebräuchlichen Aufhängesystem gehalten wird, und die Abnahme der statischen
Belastung die statische Last auf einen Wert bringt, der die gefederte Masse im statischen
Zustand nicht in das gewünschte Niveau der Einrichtung bringt.
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Grundsätzlich arbeitet das gebräuchliche Aufhängesystem in diesem
Fall so, daß es der Bewegung der gefederten Masse in eine 5-5 Position, welche die
Einrichtung im Betrieb einzunehmen trachtet, Widerstand leistet. Nimmt man an, daß
das gebräuchliche Aufhängesystem normalerweise die neue, verminderte statische Belastung
auf dem neuen Niveau von 6-4 abstützt, in das sich die Einrichtung als Folge der
terkleiw nerten statischen Ladung bewegt hat, so führt, wie oben schon erwähnt,
der Beginn des dynamischen Betriebs xu einem tyberschuß an aus der Federkammer herausgedrücktem
Fluido Da jedoch das herkömmliche Aufhängesystem die gefederte Nasse bei der 6-4
Position abstützt, hat das Herausfließen des Fluids aus der Kammer kein Senken der
mittleren Fahrhöhe zur Folge, wie dies im Betriebsmodus als Hauptaufhängung der
Fall ist. Vielmehr bleibt die mittlere Fahrhöhe praktisch in der 6-4 Position und
der Druck in der lastaufnehmsnden Federkammer vermindert sich allmählich, bis er
einen negativen Wert erreicht, der gleich dem Dampfdruck des hydraulischen
Fluids
ist. Wenn dieser Druck erreicht ist, tritt keine weitere Senkung des-Drucks ein,
bis die Kammer praktisch leer ist.
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Gemäß der Erfindung ist der Niederpumpniechanlsmus derart konstruiert,
daß er das Ausmaß, bis zu welchem die Kammer 108 unter solchen Umständen; von hydraulischem
Fluid geleert werden kann, begrenzte Durch eine solche Beschränkungder Fluidmenge,
die aus der Kammer 108 abgezogen werden kann, erreicht man ein viel rascheres A-nsprechen
auf eine Zunahme der statischen Belastung0 Dieser betriebliche Vorteil kann an einer
typischen Verwendung als Hilfseinrichtung veransohaulicht-werden, bei der das Fahrzeug
während der Werktage zum Transport einer einzigen Person zu und von dem Arbeitsplatz
dient, während des Wochenendes dagegen die ganze Familie mit einem Anhänger zu und
von einem Wochenendplatz befördern muß. Nimmt man an, daß bei diesem Beispiel die
statische Belastung am Werktag normalerweise mittels eines gebräuchlichen Aufhängesystems
eine Position der gefederten Masse von 6-4 erzeugt und die Wochenendbenutsung eine
solche von 3-7, dann sei die erfindungsgemäße Hilfseinrichtung, wenn sie installiert
ist, derart eingestellt, daß sie das Niveau des speziellen Fahrzeugs auf einer 5-5
Position einregelt, Für die Beschreibung eines solchen Betriebszyklus wird' das
Ende des Wochenendes gewählt, wo der Anhänger abgehängt und die statische Belastung
wegg,enommen wird0 Beim Wegfall der statischen Wochenendbelastung bewegt das unter
Druck stehende hydraulische Fluid in der Kammer 108 die gefederte Masse des Fahrzeugs
nach oben, bis es einen-ausreichenden proportionalen Anteil der Last der gen federten
Masse annimmt, um eineStellung im statischen Gleichgewicht-zu erreichen (z.B. 6,75-3,25),.
Wenn dann das werktägliche Fahren beginnt, wird das hydraulische Fluid allmählich
aus der Kammer 108 herausgepumpt, wodurch sich
der Kammerdruck
erniedrigt und die statische Gleiohgewiohtslage allmählich gesenkt wird, bis der
hydraulische Druck bei der Stellung 6-4 der statischen Belastung gleich dem Atmosphärendruck
ist. An dieser Stelle übernimmt das herkömmliche Aufhängesystem die Gesamtlast der
gefederten Masse in der 6-4 Position und die Einrichtung befindet sich im unbelasteten
Zustand. Wenn sich die gefederte Masse im Fahren nach unten bewegt, übernimmt die
Einrichtung eine Last und in der Federkammer stellt sich ein Überdruck ein; wenn
sich dagegen die gefederte Masse dynamisch nach oben bewegt über die 6-4 Position
hinaus, kommt es in der Einrichtung zu einem negativen Druck0 Wenn der dynamische
Betrieb weitergeht, nimmt der Bereich der Druckzustände in der Kammer 108 weiter
ab, ohne daß dabei die mittlere Fahrhöhe sinkt, wie oben schon ausgeführt wurde.
Dieser erniedrigte Druckbereich achließt rasch einen Minimaldruok ein, der gleich
dem Dampf* druck des hydraulischen Fluids ist. Wenn dieses Druokminimum einmal erreioht
ist, führt ein weiteres Abführen von hydrau lisohem Fluid dazu, daß in der Kammer
eine größere Menge von Fluid verdampft und/oder Luft eingesaugt wird, ohne daß der
Druck weiter absinkt. Wenn der Druck des hydraulischen Fluids in der Kammer 108
gleich dem Dampfdruck des Fluids ist, kommt es während des Saughubes des Niederpumpinechanismus
(d.i.
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dem Kompressionshub der Einrichtung über die Mittelstellung) zu keiner
Strömung des Fluids von der Kammer 108 durch das Ventil 166 in die Pumpenkammer
150, bevor nicht in der Pumpenkammer ein niedrigerer Druck erzeugt wird. Solange
Jedoch in der Pumpenkammer genug hydraulisches Fluid zum Verdampfen vorhanden ist,
wenn das Volumen der Pumpenkammer 150 größer wird, bleibt der Pumpenkammerdruck
der gleiche wie der Dampfdruck und der Saughub liefert eine Dampftasche in dem Pumpenrohr
144 unter der Pumpendichtung 142.
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Nimmt man einen dynamischen Betrieb an, ihrem die Einrohr
tung
mit einer vernünftigen Frequenz über die 5-5 Position hinaus komprimiert wird, dann
kommt die in dem Pumpenrohr 144 erzeugte Dampft'asche mit der Flüssigkeit in dem
Pumpenrohr 144 oberhalb der Dichtung 142 in Verbindung, sobald die Dichtung den
Gebil 146 erreicht, und diese Flüssigkeit schiebt die Dampftasche durch das Pumpenrohr
144 nach oben, wodurch sich die Pumpenkammer 150 neu füllt, so daß beim Pumphub
Fluid ausgepumpt wird0 Dieser Vorgang kann weiter stattfinden, bis der Flüssigkeitsspiegel
in dem Pumpenrohr 144 um eine solche-Strecke unter dem Teil 146 liegt, daß die herausgepumpte
Flüssigkeitsmenge (nachdem sich die Dampftasche in Flüssigkeit umgewandelt hat)
gleich der hineingepumpten Menge ist und damit kein Überschuß an ausströmendem Fluid
aus der Kammer 108 mehr vorhanden ist. Nach einer kurzen Anlaufperiode im dynamischen
Werktagsbetrieb ist die erfindungsgemäße Einrichtung zu einem fortgesetzten Betrieb
im Niederpumpmodus fähig mit einer beträchtlichen konstanten Federkraft im lastfreien
Zustand (die Dämpfung funktion wird dabei nicht beeinträchtigt) und mit einer endgültigen.Beschränkung
der sluidmenge, die aus der Federkammer 108 herausgeleitet werden kann. Wenn nun
die Wochenendbelastung dazugegeben wird, bewegt sich die gefederte Masse nach unten
in ihre statische 3-7 Position, so daß bei Beginn des Fahrens in wenigen Betriebszyklen
(ungefähr sieben) genügend Fluid in die Kammer 108 gepumpt wird, um die verhältnismäßig
kleine Dampftasohe in dem Pumpenrohr 144 und der Kammer 108 aufzufüllen und darin
eine Federkraft zu erzeugen, die rasch zunimmt, bis das gewünschte 5-5 Niveau erreicht
isto Aus vorstehender Beschreibung wird offenbar, daß die Ziele der Erfindung voll
und ganz erreicht wurden Gegenüber dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel
sind im Rahmen der Erfindung Abänderungen möglich0