DE2255348C2 - Hydropneumatisches Federungsaggregat fur gelandegängige Fahrzeuge, insbesonde re Gleiskettenfahrzeuge - Google Patents

Description

ein von einer Steuervorrichtung schaltbares Sperrventil aufweist, welches eine freie Druckmittelverbindung zwischen einem ständig vom Druck in einem hydraulischen Stellglied des Federungsaggregats beaufschlagten, als Feder wirkenden Hauptgaspolster und einem zu dem Hauptgaspolster in Reihe schaltbaren, gleichfalls als Feder wirkenden Speichergaspolster sperrt und freigibt, .dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein druckempfindliches Organ (Steuerkolben 13) aufweist, welches das Sperrventil (7) betätigt und auf seiner einen Seite vom Gasdruck im Hauptgaspolster (2) unmittelbar und auf seiner anderen Seite ebenso unmittelbar vom Gasdruck in einer Steuerkammer (16) beaufschlagt ist, die mit dem Hauptgaspolster (2) über eine Drosselstelle (Überströmschlitz 17 undoder einstellbare Drosel 18) in Strömungsverbindung steht.

2. Federungsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (7) zwei federbelastete Ventilkörper (8 und 9) enthält, die jeweils einen Strömungsweg vom Speichergaspolster (4) zum Hauptgaspolster (2) bzw. vom Hauptgaspolster (2) zum Speichergaspolster (4) steuern und zusätzlich über eine Betätigungsstange (12) von dem als Steuerkolben (13) ausgebildeten druckempfindlichen Organ derart belastet werden, daß der Strömungsweg vom Speichergaspolster (4) zum Hauptgaspolster (2) beim Ausfedern und der Strömungsweg vom Hauptgaspolster (2) zum Speichergaspolster (4) beim Einfedern gesperrt sind.

3. Federungsaggregat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle zwischen Hauptgaspolster (2) und Steuerkammer (16) durch einen Überströmschlitz (17) zwischen dem Steuerkolben (13) und der ihn umgebenden Wandung gebildet wird.

4. Federungsaggregat nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hauptgaspolster (2) und Steuerkammer (16) eine einstellbare Drossel (18) vorgesehen ist.

5. Federungsaggregat nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (18) von außen einstellbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydropneumatisches Federungsaggregat für geländegängige Fahrzeuge, insbesondere Gleiskettenfahrzeuge, mit Einrichtungen zum Abbau von Aufbauschwingungen, durch welche einem <ias Federungsaggregat enthaltenden Feder-Masse-System beim eingefederten Schwingungstotpunkt Schwingungsenergie entzogen

S und beim ausgefederten Schwingungstotpunkt wieder zugeführt wird, wobei das Federungsaggregat hierzu ein von einer Steuervorrichtung schaltbares Sperrventil aufweist, welches eine freie Druckmittelverbindung zwischen einem ständig vom Druck in einem

ίο hydraulischen Stellglied des Federungsaggregates ,beaufschlagten, als Feder wirkenden Hauptgaspolster -Tind einem zu dem Hauptgaspolster in Reihe schaltbaren, gleichfalls als Feder wirkenden Speichergaspolster sperrt und freigibt.

Ein solches Federungsaggregat ist aus der deutschen Off enlegungsschrift 1 480 197 bekannt. Es wird an Stelle von üblichen Stoßdämpfern überall dort eingesetzt, wo erhebliche Stoß- bzw. Schwingungsenergien zu vernichten sind. Dies erfolgt hier nicht durch Umformung in Wärmeenergie, sondern durch Energieumlagerung.

Bei dieser Methode wird beim Ende des Einfederungsvegvs mindestens ein Teil der von der Feder aufgenommenen Schwingungsenergie gespeichert und beim Ende des Ausfederungsweges der Feder wieder zugeführt. Das Hin- und HerströmeR der Energie wird dabei durch ein Sperrventil bewirkt, welches in einem hydraulischen Gestänge zwischen Feder und Speicher angeordnet ist. Im Hinblick auf die bekannten Gesetze der Schwingungsmechanik ist offensichtlich, daß sich durch die geschilderte Energieumlagerung eine Schwingung nicht oder nur in vernachlässigbarem Maße aufschaukeln kann, obwohl prinzipiell ein Dämpfungsglied fehlt.

Eine ganz ähnliche Anordnung unter Verwendung hydropneumatischer Federn ist in der Offenlegungsschrift 2 043 512 beschrieben. Auch hier wird das Hin- und Herströmen der Energie durch ein Sperrventil bewirkt, welches in einem hydraulischen Gestange zwischen den Flüssigkeitsräumen beider Federn angeordnet ist, von denen eine als Speicher wirkt. Das genannte Ventil wird bei beiden Konstruktionen von einer Steuervorrichtung betätigt, die einen Sensor enthält, der die abzufedernde Masse abfühlt, beispielsweise die Schwingbewegunger. der Fahrzeugwanne eines Geländewagens od. dgl.

Sowohl die Anordnung des Sperrventils in einem hydraulischen T stange zwischen Feder und Speicher des Fedfi'if-'saggregates als auch die Steuerung

so dieses Vr:i,, .'■ .s. die Fahrzeugmasse (Fahrzeugwanne) sir i π teblichen Nachteilen verbunden. Damit das ' .»m in der beabsichtigten Weise funktioniert, muß der Energietransport zwischen Feder und Speicher in sehr kurzer Zeit erfolgen. Für

das flüssige Medium sind daher große zu steuernde Querschnitte erforderlich. Diese sind erheblich raumzehrend, schwer und damit teuer. Ferner ist die Massenträgheit des flüssigen Mediums durch besondere Ausbildung der Steuervorrichtung zu berücksichtigen.

όο Die Steuervorrichtung mit Sensor an der Fahrzeugmasse und Verbindungsgliedern zu dem Sperrventil bedeutet einen nicht unbeträchtlichen Aufwand. Vor allem sind damit in das System Störungsquellen eingeführt, die gerade bei geländegängigen Gleiskettenfahrzeugen, die rauhen Einsatzbedingungen unterworfen und in der Regel von technisch nicht besonders geschultem Personal bedient werden, von Nachteil sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydropneumatisches Federungsaggregat der eingangs genannten Art anzugeben, welches auf Grund des Aufbaus der Steuervorrichtung und Lage des Sperrventils die geschilderten Nachteile aicht aufweist und sieh dabei aus einigen wenigen Teilen zu einer einzigen kompakten und in sich abgeschlossenen Baueinheit ausbilden läßt.

Das erfindungsgemäße Federungsaggregat ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein druckempfindliches Organ (Steuerkolben) aufweist, welches das Sperrventil betätigt und auf seiner einen Seite vom Gasdruck im Hauptgaspolster unmittelbar und auf seiner anderen Seite ebenso unmittelbar vom Gasdruck in einer Steuerkammer beaufschlagt ist, die mit dem Hauptgaspolster über eine Drosselstelle (Überströmschlitz und/oder einstellbare Drossel) in Strömungsverbindung steht.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung steuert die beim Einfedern in den pneumatischen Teil der hydropneumatischen Feder ansteigende Druckenergie unter Einschaltung eines Verzögerungsgliedes — hier der Steuerkammer — das Sperrventil selbst. Eine besondere Steuervorrichtung mit Sensor usw. ist daher entbehrlich. Dadurch, daß bei der Erfindung nur pneumatische Energie umgelagert wird, kann die Umlagerung ohne nennenswerte Trägheit erfolgen, und es sind nur relativ kleine Leitungsquerschnitte zwischen Federteil und Speicherteil des Aggregates erforderlich. Pneumatische und hydropneumatische Federungsaggregate mit zwei unmittelbar hintereinander geschalteten Gasräumen sind an sich nicht neu.

Aus der USA.-Patentschrift 3 033 552 ist ein hydropneumatisches Federungsaggregat bekannt, bei dem ein Feder-Gasraum und ein Speicher-Gasraum durch eine Drosselbohrung verbunden sind. Deren Aufgabe besteht darin, eine automatische Anpassung der einzelnen Elemente des i^Tederungsaggregates an durch ölzufuhr oder ölabfuhr bewirkte Niveauregelvorgänge dadurch zu bewirken, daß die Drosselbohrung infolge ihres kleinen Querschnittes nur bei langsamem Überströmen wirksam ist, normale Federungsvorgänge jedoch nicht von dem Feder-Gasraum auf den Speicher-Gasraum überträgt. Eine mit der erfindungsgemäßen Aufgabe und Lösung vergleichbare Anordnung ist aus der genannten Patentschrift daher nicht entnehmbar.

Aus der USA.-Patentschrift 2 981 354 ist eine abgeschlossene Luftfeder bekannt mit zwei durch ein elektromagnetisch betätigbares Schließventil getrennten Feder-Gasräumen. Das Schließ· entil wird durch eine separate Steuereinrichtung betätigt, die neben der notwendigen Stromversorgung einen separaten Sensor umfaßt, welcher zwischen Fahrzeugrahmen und Fahrwerk angebracht ist und aus einem elektrischen Kontaktsatz besteht. Bei Normalfahrt ist das Ventil geöffnet, so daß beide Federräume in Funktion sind. Bei extremen Auslenkungen des Fahrwerkes in bezug auf den Fahrzeugrahmen wird durch Erregung des Schließventils die Verbindung zwischen beiden Feder-Gasräumen geschlossen und somit der Auslenkung durch Federversteifung begegnet. Aufgabenstellung und Lösung der vorliegenden Erfindung klingen auch dort nicht an.

Schließlich ist aus der Offenlegungsschrift 1 555 ein hydropneumatisches Federungsaggregat mit Feder-Gasraum und Speicher-Gasraum bekannt, bei dem die genannten Räume durch ein Schließventil abtrennbar sind, welches unmittelbar durch Druckdifferenz zwischen beiden Räumen gesteuert wird. Dieses Ventil schließt immer dann, wenn langsame, aber über den normalen Fahrbetrieb hinausgehende Druckdifferenzen zwischen beiden Räumen entstehen, beispielsweise bei KurvenfahrL Damit soll erreicht werden, daß auch dann die Federhärte gewahrt bleibt Auch diese Literaturstelle bezieht sich nicht auf ein der Erfindung zugrunde liegendes hydropneumatisches Federungsaggregat mit Schwingungsdämpfung durch Energieumlagerung. Daher konnte diese Literaturstelle, genauso wie die beiden vorhergenannten, ebenfalls nichts am Zustandekommen der Erfindung beitragen; ganz abgesehen davon, daß bei der Erfindung ein normalerweise geschlossenes Ventil vorhanden ist, welches beim Hubende öffnet, wohingegen bei der Offenlegungsschrift 1 555 237 das Ventil schließt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachao stehend an Hand der Zeichnung erläutert.

Ein Stellglied des hydropneumatischen Federungsaggregates bildet mit einem Hauptgaspolster 2, einem zusätzlichen Speichergaspolster 4 und einem zwischengeschalteten Sperrventil 7 eine Baueinheit. Das Stellglied des hydropneumatischen Federungsaggregates besteht aus einem Stellkolben 5, der einen Flüssigkeitsraum 1 belastet, welcher in bekannter Weise durch eine Membran 3 vom Hauptgaspolster 2 abgetrennt ist. Zur Ankopplung des Stellkolbens 5 an das abzufedernde Rad dient eine Kolbenstange 6. Das Sperrventil 7 zwischen dem Hauptgaspolster 2 und dem Speichergaspolster 4 enthält plattenförmige Ventilkörper 8 und 9, die jeweils unter dem Druck einer Ventilfeder 10 bzw. 11 stehen. Die Ventilkörper 8 und 9 stehen zusätzlich unter der Wirkung einer Betätigungsstange 12, auf der ein scheibenförmiger Steuerkolben 13 sitzt.

Zwischen dem Speichergaspolster 4 und dem Hauptgaspolster 2 besteht eine vom Ventilkörper 9 gesteuerte Strömungsverbindung über einen Kanal 14 sowie über eine vom Ventilkörper 8 gesteuerte Strömutigsverbindung über einen Kanal 15. Über den Kanal 15 wird — wie aus der Zeichnung ersichtlich — auch der scheibenförmige Steuerkolben 13 auf seiner einen Seite vom Druck des Hauptgaspolsters 2 beaufschlagt. Der Steuerkolben Ϊ3 schließt eine Steuerkammer 16 ab. Sein Durchmesser ist etwas kleiner gewählt als der Innendurchmesser des ihn umgebenden Raumes. Dadurch wird ein als Drossel wirkender enger Überströmschlitz 17 gebildet. An Stelle dieses Uberströmschlitzes könnte auch der Steuerkolben 13 mit einer oder mehreren Drosselbohrungen versehen sein. Mit 18 ist eine von außen einstellbare Drossel zwischen dem Kanal 15 und der Steuerkammer 16 bezeichnet. Diese Drossel kann wahlweise vorgesehen werden.

Das gezeichnete hydropneumatische Federungsaggregat arbeitet wie folgt:

Es sei angenommen, daß in der Zeichnung der 60 Stellkolben 5 eine Stellung innehat, die der statischen Normallage des Fahrzeuges entspricht. Bei einem Einfederungsvorgang bewegt sich der Stellkolben nach oben. Dadurch wird das Gasvolumen im Hauptgaspolster 2 komprimiert. Dieser Druckanstieg setzt 65 sich über den Kanal 15 bis in den Raum über dem Steuerkolben 13 fort. Infolge des engen Überströmschlitzes 17 behält die Steuerkammer 16 jedoch zunächst ihren vorherigen niedrigeren Druck bei. Durch

diese Druckdifferenz zu beiden Seiten des Steuerkolbens 13 wird dieser nach unten gedrückt und hält über die Betätigungsstange 12 den Ventilkörper 9 geschlossen. Erst beim Ende des Einfederungsvorganges ist bei richtiger Wahl des Drosselquerschnitts der Druck in der Steuerkammer 16 — gespeist über den Überströmschlitz 17 — soweit angestiegen, daß zu beiden Seiten des Steuerkolbens 13 nahezu Druckgleichheit herrscht. Dadurch fällt auch die zusätzliche Schließkraft durch die Betätigungsstange 12 weg, und der im Hauptgaspolster 2 anstehende Druck kann den Ventilkörper 9 von seinem Sitz abheben. Damit ist über den genannten Ventilkörper 9 und den Kanal 14 ein Überströmweg für das Gas aus dem Hauptgaspolster 2 in das Speichergaspolster 4 freigegeben. Es kann somit in der beabsichtigten Weise ein Teil der Einfederungsenergie in das Speichergaspolster 4 strömen und dort gespeichert werden.

Beim Ausfedern wird in umgekehrter Weise der Ventilkörper 8 durch den Steuerkolben 13 am öffnen gehindert, so daß die im Speichergaspolster 4 gespeicherte Federungsenergie zunächst dort verbleibt. Das geschieht auf folgende Weise: Beim Ausfedern nimmt der Druck im Hauptgaspolster 2 schnell ab. Diese Druckverminderung erfolgt auch im Raum oberhalb des Steuerkolbens 13, nicht aber — bedingt durch den engen Überströmschlitz 17 — in der Steuerkammer 16. Dadurch herrscht jetzt eine Druckdifferenz zu beiden Seiten des Steuerkolbens 13, jetzt aber in umgekehrter Weise wie beim vorher beschriebenen Einfederungsvorgang. Demzufolge hindert die Betätigungsstange 12 den Ventilkörper 8 am öffnen, und die Energie im Speichergaspolster 4 bleibt zunächst gespeichert. Erst wenn sich der Druck in der Steuerkammer 16 über den Überströmschlitz 17 ebenfalls abgebaut hat — das ist bei richtiger Wahl des Drosselquerschnitts beim Ende des Ausfederungsvorganges der Fall —, läßt die von der Betätigungsstange 12 ausgeübte Schließkraft nach. Damit kann der Druck im Speichergaspolster 4 den Ventilkörper 8 aufdrücken und somit die im Speichergaspolster 4 gespeicherte Energie wieder in das Hauptgaspolster 2 des hydropneumatischen Federungsaggregates einströmen und wird diesem in der beabsichtigten Weise wieder zugeführt.

Aus Vorstehendem ist das Grundprinzip der Erfin-

s dung leicht einsehbar: Die beim Einfedern in dem Hauptgaspolster des hydropneumatischen Federungsaggregates ansteigende Druckenergie steuert unter Einschaltung eines Verzögerungsgliedes — hier der Steuerkammer 16 und des Überströmschlitzes 17 —

ίο das Sperrventil 7 selbst, welches die Umlagerung der Energie im Bereich der Totpunkte freigibt.

Durch die einstellbare Drossel 18 können die Zeitpunkte, an denen jeweils die Energieumlagerung erfolgt, in relativ weiten Bereichen gewählt werden.

Damit ist insbesondere eine Anpassung an überwiegend auftretende Fahrbedingungen möglich. Hierzu könnte die Drossel 18 auch mit richtungsabhängig unterschiedlichen Strömungswiderständen ausgebildet werden. Der optimale Frequenz- und Amplitudenbereich für die geschilderte Energieumlagerung des neuen hydropneumatischen Federungsaggregates ist — bei einem bestimmten eingestellten Drosselquerschnitt zwischen Kanal 15 und Steuerkammer 16 — sehr breit. Dies liegt daran, daß bei starkem Druckanstieg im Raum 2 auch das Überströmen in den HilfsSpeicher 16 entsprechend schnell erfolgt.

Es ist offensichtlich, daß dadurch, daß bei der Erfindung pneumatische Energie umgelagert wird, die Umladung ohne nennenswerte Massenträgheit erfolgt.

Das Sperrventil 7 mit der Steuereinrichtung kann leicht als auswechselbare Einschraubeinheit od. dgl. ausgebildet werden und hat den Vorteil, aus nur wenigen, leicht herstellbaren Einzelteilen zu bestehen.

Im Ausführungsbeispiel ist das hydropneumatische Federungsaggregat als einzige kompakte Baueinheit ausgebildet. Flüssigkeitsraum 1, Hauptgaspolstcr 2 und Speichergaspolster 4 können jedoch aus einsatztechnischen Gründen auch jeweils als getrennte Einheiten ausgebildet und zwischen ihnen in einem Leitungszug das ebenfalls als getrennte Baueinheit ausgebildete Sperrventil 7 eingeschaltet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Hydropneumatischös Federungsaggregat für geländegängige Fahrzeuge, insbesondere Gleiskettenfahrzeuge, mit Einrichtungen zum Abbau von Aufbauschwingungen, durch welche einem das Federungsaggregat enthaltenden Feder-Masse-System beim eingefederten Schwingungstotpunkt Schwingungsenergie entzogen und beim