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Gegenstand : Hydropneumatische Federung für Fahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung für
Fahrzeuge mit verschiedenen Fahrzeugseiten zugeordneten, teiltragenden oder volltragenden
Stellgliedern zwischen den gefederten und ungefederten Fahrzeugmassen, einer Verbindungsleitung
zwischen den Stellgliedern, einem an die Verbindungsleitung angeschlossenen Druckspeicher
und einem in die Verbindungsleitung eingebauten Dämnfungsventil, welches in Abhängigkeit
von Druckunterschieden den Strjmungsquerschnitt verändert.
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Es ist bekannt, daß Fahrzeuge mit hydraulisch verbundenen Stellgliedern
z.B. an den beiden Seiten der IIinterachse zum Rollen neigen. Da diese Erscheinung
insbesondere in Kurven bzw. beim Wechsel der Fahrtrichtung nach einer Kurve auftritt,
hat man nach Mitteln gesucht, um diese Rollneigung zu unterdrücken. Neben durch
Fliehgewichte betätigten Drosselventilen sind auch differenzdruckabhängig wirkende
Dämpfungsventile bekannt geworden. Ein solches Dämpfungsventil ist in der franzosischen
Patentschrift 1.110.721 dargestellt. Es besitzt in einem Gehäuse zwei gegensinnig
bewegbare, federbelastete Kolbenschieber, die stirnseitig jeweils von den Drücken
in den Stellgliedern beaufschlagt werden. Bei auftretenden Druckdifferenzen, wie
sie zum Beispiel bei gegenläufigen Bewegungen der Stellglieder entstehen, wird jeweils
einer der Kolbenschieber gegen die Kraft der ihn belastenden Feder verschoben und
drosselt dabei den Stromungsweg,
so daß das Überströmen von Druckmittel
von einem Stellglied in das andere erschwert wird bzw. das Druckmittel mehr oder
weniger in den Druckspeicher strömen muss.
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Dieses Dämnfungsventil besitzt einen komnlizierten Aufbau und ist
daher teuer und aufwendig. Neben diesen Nachteilen besteht ein weiterer Nachteil
darin, daß der Strjmungsquerschnitt zum Drucksneicher nicht veränderbar ist. Es
sind zwar Drosselstellen vorgesehen, jedoch haben diese einen konstanten Querschnitt.
Es ist daher bei dieser Anordnung zu erwarten, daß zwar eine gewisse Querabsperrung
eintritt, jedoch die Federung für ein einzelnes Stellglied weicher wird als bei
Parallelfederung beider Stellglieder. In der Praxis sollte jedoch die Federung bei
Parallelfederung weich sein und einen gewissen Komfort gewährleisten, während beim
Einfedern eines einzelnen Stellgliedes während einer Kurvenfahrt die Federung eher
härter sein soll. Da der DrucksPeicher in diesem Fall nur durch ein Stellglied beaufschlagt
wird, kann man bei konstanten Drosselquerschnitten die gewünschte Härte nicht erzielen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannten Dampfungsventile
bezüglich der Anzahl der Einzelteile und des umbauten Raums zu vereinfachen und
zu verkleinern und darüber hinaus diese DämDfungsventile so auszugestalten, daß
neben einer differenzdruckabhängigen Drosselung der Verbindungsleitung auch eine
variable Drosselung des Strömungsweges zwischen Stellglied und Druckspeicher bei
Einzelfederung des Stellgliedes für mindestens einen Teilstrom erreicht wird. Auch
diese Drosselung soll mit einem Minimum an Aufwand erfolgen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch,
daß
in einem Gehäuse ein federzentrierter einzelner Steuerkolben mit von den Drücken
in den Stellgliedern gegensinnig beaufschlagten Wirkflächen und mindestens zwei
Steuerkanten vorgesehen ist, von welchen Steuerkanten die eine einen Strömungsquerschnitt
zwischen dem ersten Stellglied und dem Druckspeicher zunehmend drosselt, wenn der
Druck in dem ersten Stellglied den Druck im zweiten Stellglied um ein bestimmtes
Maß übersteigt, und den Strsmungsquerschnitt voll öffnet, wenn die Druckdifferenz
das bestimmte Maß unterschreitet oder sich umkehrt, während die zweite Steuerkante
einen Stromungsquerschnitt zwischen dem zweiten Stellglied und dem Druckseeicher
zunehmend drosselt, wenn der Druck im zweiten Stellglied den Druck im ersten Stellglied
um ein bestimmtes Maß übersteigt und den Strömungsquerschnitt voll öffnet, wenn
die Druckdifferenz das bestimmte Maß unterschreitet oder sich umkehrt, wobei von
jedem Stellglied eine mit einer Drossel versehene Umgehungsleitung zum Druckspeicher
führt. In günstiger Ausführung der Erfindung besitzt der Steuerkolben zwei durch
eine Taille getrennte Schultern mit jeweils einer der Taille zugewandten Steuerkante,
wobei in den durch die Taille bedingten Ringraum bezogen auf die Neutralstellung
des Steuerkolbens etwa mittig ein Anschluß zum Drucksneicher einmündet, während
Anschlüsse zu den Stellgliedern den Steuerkanten benachbart in den Ringraum münden.
Der Steuerkolben kann federzentriert sein, wobei zweckmäßigerweise in an sich bekannter
Weise eine einzelne Feder zwischen zwei auf dem Steuerkolben beweglichen Widerlagern
vorgespannt ist, die in Neutralstellung gleichzeitig an Anschlägen am Steuerkolben
und Anschlägen am Gehäuse zur Anlage kommen, wobei die Widerlager wechselweise nach
Überwindung der Vorspannung der Feder von den Anschlägen abhebbar sind.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeisnieles
beschrieben.
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In der Abbildung ist schematisch und mit Hilfe von Hydrauliksymbolen
die hydro-nneumatische Ab federung einer Fahrzeugachse dargestellt.
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Es sei angenommen, daß Räder 1 und 2 einer Fahrzeugachse mit Hilfe
von Stellgliedern 3 und 4 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 5 abgestützt sind. Die Stellglieder
3 und 4 bestehen 7?rinziniell aus zylindrischen Gehäusen 6 und 7, in denen Kolben
8 und 9 gleitbar angeordnet und mit Kolbenstangen 1o und 11 verbunden sind, die
abgedichtet aus den gehäusen 6 und 7 herausgeführt werden und mit ihren Enden an
der Achse befestigt sind. Die Gehäuse 6 und 7 sind arn Fahrzeugrahmen 5 befestigt
und besitzen kolbenseitige Druckräume 12 und 13 sowie kolbenstangenseitige Druckräume
14 und 15, die mit den Druckräumen 12 und 13 durch in den Kolben 8 und 9 angeordnete
Drosselventile 16 und 17 verbunden sind. Die Drosselventile 16 und 17 sind stark
vereinfacht symbolisch dargestellt. Praktische Ausführungen in Form von Federscheiben-Drosselventilen
sind hinreichend bekannt, wobei auch die Drosselwirkung je nach Durchflußrichtung
unterschiedlich sein kann. An die Druckräume 12 und 13 ist eine Verbindungsleitung
angeschlossen, in die ein Dämpfungsventil 18 eingebaut ist. Die dadurch entstehenden
Leitungsabschnitte der Verbindungsleitung sind mit 19 und 20 bezeichnet. Der Leitungszweig
19 ist an den Druckraum 12 angeschlossen, während der Leitungszweig 20 in den Druckraum
13 mündet. Das Dämpfungsventil 18 besitzt ein Gehäuse 21, in dem sich eine zzl-ndrische
Bohrung 22 befindet. In der Bohrung 22 ist gleitbar ein Steuerkolben 23 angeordnet,
der zwei durch eine Taille 24 getrennte Schultern 25 und 26 besitzt. Die Taille
24
ist von einem Ringraum 27 umgeben. Die der Taille 24 zugewandten Kanten der Schultern
25 und 26 werden als Steuerkanten 28 und 29 bezeichnet. An die Schulter 23 schließt
sich ein zanfenartiger Ansatz 30 geringeren Durchmessers an, der in der Nähe seines
Endes einen Anschlag 31 besitzt.
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Ein weiterer Anschlag 32 wird durch einen Absatz zwischen der Schulter
23 und dem Ansatz 30 gebildet. In der dargestellten Neutralstellung des Steuerkolbens
23 liegen an den Anschlägen 31 und 32 Widerlager 33 und 34 an, zwischen denen eine
Feder 35 vorgespannt ist. Die Widerlager 33 und 34 liegen weiterhin an Anschlägen
36 und 37 im Gehäuse 21 an, die durch eine Bohrungserweiterung 38 hervorgerufen
werden. Die stirnseitig an den Steuerkolben 23 angrenzenden Räume werden als Steuerräume
39 und 40 bezeichnet, die Wirkflächen 41 und 42 gleicher Große besitzen. Der Steuerraum
39 ist über eine Steuerleitung 43 mit dem Leitungszweig 19 verbunden, während eine
von dem Leitungszweig20 ausgehende Steuerleitung 44 in den Steuerraum 40 mündet.
Der Leitungszweig 19 endet der Steuerkante 28 benachbart in den Ringraum 27. Die
Mündung ist mit A bezeichnet. In entsnrechender Weise endet der Leitungszweig 20
in der Nähe der Steuerkante 29 in den Ringraum 27. Die Mündung ist mit B bezeichnet.
Etwa mittig mündet in den Ringraum 27 ein Anschluß C, von dem eine Leitung 45 zu
einem Druckspeicher 46 führt. Umgehungsleitungen 47 und 48 mit eingebauten Drosseln
49 und So verbinden die Leitungszweige 19 und 20 mit der Leitung 45. Zur Erläuterung
der Funktion sei zunächst der Fall angenommen, daß beide Stellglieder 3 und 4 gemeinsam
in der gleichen Weise einfedern. Dabei verkleinern sich die .olbenseitigen Druckräume
12 und 13. Druckmittel wird verdrängt. Ein Teil des Druckmittels gelangt über die
Drosselventile 16 und 17 in die sich vergrößernden Druckräume 14 und 15. Ein weiterer
Teil strömt über die Leitungszweige 19 und 20 sowie die mit den Drosseln 49 und
So
versehenen Umgehungsleitungen 47 und 48 in die Leitung 45 und von dort in den Druckspeicher
46. Der restliche Teil des Druckmittels gelangt über die Leitungszweige 19 und 20
zu den offenen Mündungen A und B, strömt durch den Ringraum 27 zum Anschluß C und
von dort über die Leitung 45 zum Druckspeicher 46. Der Druckspeicher 46 besitzt
in seinem Innern ein vorgespanntes Gaspolster, das als nrogressive Feder wirkt.
Volumen und Gasvors-annung des Druckspeichers 46 müssen zusammen mit den Drosseln
49 und 50 und den übrigen Ouerschnitten und Drosselstellen so abgestimmt sein, daß
sich bei gemeinsamer Einfederung der Stellglieder 3 und 4 ein bestimmtes komfortables
Fahrverhalten ergibt. Da bei gemeinsamer Ein federung die Drücke in den Steuerräumen
39 und 40 im wesentlichen gleich sind.
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hat der Steuerkolben 23 keine Veranlassung, seine der Darstellung
entsprechende Neutralstellung zu verändern. Sofern die Feder 35 als vorgespannt
angenommen wird, würden selbst geringe Druckunterschiede den Steuerkolben 23 nicht
bewegen können. Das bedeutet, daß bei diesen Betriebsverhältnissen die Mündungen
A und B und damit die Strömungsquerschnitte zum Druckspeicher 46 maximal geöffnet
sind.
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Wenn man nun annimmt, daß der Steuerkolben 23 auch bei der Einfederung
nur eines Stellgliedes, z.B. des Stellgliedes 4, unbeweglich wäre, könnte das Druckmittel
wesentlich leichter in den Druckspeicher 46 strömen als vorher. Dies käme in erster
Linie dadurch zustande, daß der Druckspeicher 46 nur mit etwa der halben Druckmittelmenge
beaufschlagt würde verglichen mit einer gemeinsamen Einfederung. Der Füllvorgang
endete daher bei gleichem Hub des Stellgliedes 4 bei einem geringeren Druckniveau
oder anders ausgedrückt, die Federung würde in unerwünschter Weise weicher. Dies
wird jedoch dadurch verhindert, daß beim Druchströmen des Leitungszweiges 20 und
der Mündungen A und B ein gewisser Staudruck entsteht, dessen
Hohe
von der Einfedergeschwindigkeit des Stellgliedes 4 abhängt. Dieser Staudruck wirkt
auch über die Steuerleitung 44 in den Steuerraum 40 hinein und beaufschlagt dort
die wirksame Fläche des Steuerkolbens 23. Sobald der Druckanstieg im Zusammenwirken
mit der wirksamen Fläche eine die Vorspannung der Feder 35 überwindende Kraft bewirkt,
hebt das Widerlager 33 vom Anschlag 37 ab, un der Steuerkolben 23 bewegt sich nach
links. Dabei wird der Querschnitt der Mündung B verringert, so daß das Druckmittel
auf diesem Wege nicht mehr ungedrosselt in den Druckspeicher 46 gelangen kann. Die
Federung wird durch die zusätzliche Dämsfung härter. Beim Einfedern des Stellgliedes
3 entstehen die gleichen Wirkungsweisen durch einen Staudruck in dem Leitungszweig
19. Der Staudruck wirkt auch im Steuerraum 39 auf die wirksame Fläche 41 ein und
bewegt den Steuerkolben 23 nach rechts, sofern die Vorspannung der Feder 35 überwunden
wird. Dabei verringert die Steuerkante 28 den Durchflußquerschnitt der Mündung A,
so daß auch hier das Druckmittel nur unter erschwerten Bedingungen durchströmen
kann. Das bedeutet, daß die Federung härter wird.
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Beim gleichzeitigen Einfedern beider Stellglieder mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten wird ebenfalls die Verbindung zwischen dem schneller bewegten
Stellglied und dem Druckspeicher zusätzlich gedrosselt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Es ist möglich, die einzelnen Elemente durch Rohrleitungen zu verbinden. Es ist
jedoch auch möglich, das Dämpfungsventil 18 und die Drosseln 49 und 50 in einem
Gehäuse zu integrieren, die Rohrleitungen durch Bohrungen zu ersetzen und den Druckspeicher
ein zuschrauben oder anzuflanschen. Weitere Variationen sind bezüglich des Steuerkolbens
möglich. So ist z.B. denkbar, die beiden notwendigen Steuerkanten an einer Schulter
anzubringen, der zwei Taillen benachbart sind.
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L e e r s e i t e