DE2712428A1 - SPRING DEVICE, IN PARTICULAR FOR VEHICLE AXLES - Google Patents
SPRING DEVICE, IN PARTICULAR FOR VEHICLE AXLESInfo
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Description
Federvorrichtung, insbesondere für FahrzeugachsenSpring device, in particular for vehicle axles
Die Erfindung betrifft eine Federvorrichtung, insbesondere für Fahrzeugachsen, mit einem Gefäß, das eine von einer Füllung ausgefüllte Kammer veränderlichen Volumens aufweist, wobei die Füllung aus einem inkompressiblen, von einem Hydraulikmedium gebildeten Füllungsteil und einem kompressiblen, eine Federwirkung hervorrufenden Füllungsteil besteht, die gemeinsam das Kammervolumen einnehmen.The invention relates to a spring device, in particular for vehicle axles, with a vessel which is one of a filling has filled chamber of variable volume, the filling from an incompressible, from a hydraulic medium formed filling part and a compressible, a spring effect causing filling part, which together occupy the chamber volume.
Bei einer bekannten Federvorrichtung dieser Art ist das Gefäß, das eine von einer Füllung ausgefüllte Kammer veränderlichen Volumens aufweist, von einer Hohlkugel gebildet, die von einer inneren elastischen Membran in eine obere und eine untere Hälfte geteilt ist. Der kompressible, eine Federwirkung hervorrufende Füllungsteil der Kammer ist hierbei von einer Gasfüllung in deren oberer Hälfte gebildet, die durch die Membran von dem die untere Hälfte der Kammer einnehmenden Hydraulikmedium abgetrennt und hermetisch abgeschlossen ist. Die Federwirkung wird hierbei In a known spring device of this type, the vessel, which has a chamber of variable volume filled with a filling, is formed by a hollow sphere which is divided by an inner elastic membrane into an upper and a lower half. The compressible filling part of the chamber, causing a spring effect, is formed by a gas filling in its upper half, which is separated and hermetically sealed by the membrane from the hydraulic medium occupying the lower half of the chamber. The spring action is here
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dadurch erreicht, daß ein beispielsweise mit der Radaufhängung eines Fahrzeugs in Verbindung stehender Kolben beim Einfedern über das inkompressible Hydraulikmedium die Membran nach oben ^ückt, wodurch sich das Ga3-volumen verkleinert und der Druck solange ansteigt, bis auf beiden Seiten der Membran Druckausgleich herrscht womit der Vorgang des Einfederns beendet ist.achieved in that a piston which is connected, for example, to the wheel suspension of a vehicle The membrane moves upwards when it is compressed via the incompressible hydraulic medium, which increases the Ga3 volume and the pressure rises until there is pressure equalization on both sides of the membrane which ends the compression process.
Bei einer solchen, sogenannten hydropneumatischen Federvorrichtung ist der von der Gasfüllung gebildete'Füllungsteil der Kammer direkt von deren Volumen bzw. von der Hohlraumgröße des Gefäßes abhängig, so daß unterschiedliche, durch die Gasfüllung bewirkte Federsteifen nur durch unterschiedliche Kammerabmessungen zumindest für den von der Gasfüllung eingenommenen Teil des Kammervolumens, etwa durch entsprechende Festlegung der inneren Membran, erreicht werden können. Außerdem ist bei der bekannten Federvorrichtung die Membran im Betrieb hohen Beanspruchungen ausgesetzt, die geeignet sind, die hermetische Abdichtung der Gasfüllung gegenüber der Hydraulikfüllung zu beeinträchtigen, und zu Betriebsstörungen Anlaß geben.In such a so-called hydropneumatic spring device is the filling part formed by the gas filling the chamber depends directly on its volume or on the cavity size of the vessel, so that different, spring stiffness caused by the gas filling only through different chamber dimensions, at least for the part of the chamber volume occupied by the gas filling, for example by corresponding definition of the inner one Membrane, can be achieved. In addition, in the known spring device, the membrane is high in operation Exposed to stresses that are suitable for the hermetic sealing of the gas filling against the Impair the hydraulic filling and give rise to operational malfunctions.
Die Erfindung schafft hier Abhilfe und erreicht dies ausgehend von einer Federvorrichtung der eingangs angegebenen Art im wesentlichen dadurch, daß als kompressible Füllungsteil zumindest ein kompressibler Schwebekörper The invention provides a remedy here and, proceeding from a spring device of the type specified at the outset, achieves this essentially in that at least one compressible float is used as the compressible filling part
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im Hydraulikmedium in der Kammer freischwebend vorgesehen ist.is provided floating freely in the hydraulic medium in the chamber.
Bei dieser Ausgestaltung entfällt eine für ein gegebenes Gefäß ortsfeste bzw. unveränderliche Unterteilung des Kammervolumens in einen Teil mit kompressibler und einen Teil mit inkompressibler Füllung mit den damit verbundene Abdichtungsproblemen zwischen beiden Kammerbereichen. Es kann daher auch ohne weiteres eine unterschiedliche Anzahl kompressibler Schwebekörper zur Erzielung unterschiedlicher Federsteifen der Federvorrichtung innerhalb der auslegungsgemäßen Grenzen des Gefäßes in das Hydraulikmedium in der Kammer freischwebend angeordnet werden, ohne daß hierdurch das Gefäß irgendwelche Anpassungsänderungen erfahren muß. Somit kann nicht nur werkseitig durch Einbringen einer variablen Anzahl kompressibler Schwebekörper in das Hydraulikmedium der Kammer eine Federvorrichtung mit einer in einem weiten Größenbereich veränderlichen Federsteife hergestellt werden, sondern es kann auch ohne nennenswerten Aufwand die Federsteife vom Benutzer selbst durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Schwebekörpern noch nachträglich verändert werden.In this embodiment, there is no need for a fixed or unchangeable subdivision of the for a given vessel Chamber volume in a part with compressible and a Part with incompressible filling with the associated sealing problems between the two chamber areas. A different number of compressible floats can therefore easily be used in order to achieve different Spring stiffeners of the spring device within the design limits of the vessel in the Hydraulic medium arranged floating in the chamber without the vessel having to experience any adaptive changes as a result. So not only can at the factory by introducing a variable number of compressible floats into the hydraulic medium of the chamber a spring device with a spring stiffness which can be varied over a wide range of sizes The spring stiffness can also be adjusted by the user himself without any significant effort Adding or removing floats can still be changed afterwards.
Das Einfedern erfolgt bei der erfindungsgemäßen Federvorrichtung z.B. wie im Falle einer hydropneumatischen Feder über einen auf das inkompressible HydraulikmediumThe compression takes place in the spring device according to the invention, for example as in the case of a hydropneumatic Spring over one on the incompressible hydraulic medium
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wirkenden Kolben od. dgl. Druckglied, wodurch der freischwebend im Hydraulikmedium angeordnete kompressible Schwebekörper durch den nach dem Pascalschen Gesetz in jeder Richtung gleich großen Druck im Inneren des Hydraulikmediums allseits zusammengedrückt wird, so daß sich sein Volumen unter Herbeiführung der erwünschten Pederwirkung verkleinert. Das Einfedern ist bei Erreichen der Kompressibilitätsgrenze des Schwebekörpers oder der Schwebekörper beendet.acting piston od. Like. Pressure member, whereby the freely floating arranged in the hydraulic medium compressible Float due to the pressure inside the Hydraulic medium is compressed on all sides, so that its volume causing the desired peder effect reduced. The compression is when the compressibility limit of the is reached Float or the float terminated.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schwebekörper einen Vollquerschnitt aufweisen und von geschlossenporigem Schaumstoff aus gummielastischem Material gebildet sein. Als solche geschlossenporige Schaumstoffe die in der Regel eine dichte, geschlossenporige Oberflächenhaut aufweisen, kommen geeignete mikrozelluläre Kunstschäume, z.B. Polyurethanschäume, in Betracht, Bevorzugt kann der Schwebekörper jedoch auch aus Schaumgummi, insbesondere Moosgummi, bestehen.In a further embodiment of the invention, the float can have a full cross-section and be closed-pore Foam be formed from rubber-elastic material. As such, closed-cell foams which usually have a dense, closed-pore surface skin, are suitable microcellular ones Artificial foams, e.g. polyurethane foams, are possible, but the float can preferably also consist of Foam rubber, especially sponge rubber, exist.
In Abhängigkeit von dem Druckbereich des Hydraulikmediumi kann es ferner zweckmäßig sein, den Schwebekörper aus einem Außenmantel aus flüssigkeitsundurchlässigem, elastisch verformbarem Material und einem von diesem umschlossenen Kern aufzubauen. Ein solcher Außenmantel aus gegenüber dem Kern, wie einem Schaumstoffkern, feste rem, flüssigkeitsundurchlässigem Material verhindertDepending on the pressure range of the hydraulic medium it may also be useful to make the float from an outer jacket made of liquid-impermeable, to build up elastically deformable material and a core enclosed by this. Such an outer jacket of solid, liquid-impermeable material compared to the core, such as a foam core
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auch bei hohen Arbeitsdrücken des Hydraulikmediums, z.B. im Bereich von 10 bis 30 atü, daß Hydraulikmedium in den Kern eindringt, wodurch die Federeigenschaften des Schwebekörpers beeinträchtigt würden. Der Außenmantel kann hierbei aus Gummi oder einem gummielastischem Kunststoff bestehen und ggf.,z.B. nach Art von Bremsleitungsschläuchen für Kraftfahrzeuge oder Druckschläuchen, gewebeverstärkt sein.Even at high working pressures of the hydraulic medium, e.g. in the range of 10 to 30 atmospheres, that the hydraulic medium is in the Core penetrates, which would impair the spring properties of the float. The outer jacket can consist of rubber or a rubber-elastic plastic and possibly, e.g. like brake line hoses for motor vehicles or pressure hoses, be fabric-reinforced.
Es ist ferner möglich, den Schwebekörper von einem Hohlkörper mit einer Luft- oder Gasfüllung als Kern anstelle eines Schaumstoffkerns zu bilden. Der Hohlkörper kann hierbei aus den gleichen Werkstoffen wie der Außenmantel des Schwebekörpers mit Schaumstoffkern bestehen, um ein Diffundieren der Luft oder des Gases bei hohen Drücken zu verhindern.It is also possible to replace the float from a hollow body with an air or gas filling as the core to form a foam core. The hollow body can consist of the same materials as the outer shell of the float with a foam core in order to achieve a Prevent diffusion of the air or gas at high pressures.
Eine geeignete Form für den Schwebekörper ist die eines flexiblen:Stabes. Von diesem können einer oder mehrere von der gewünschten Federsteife der Federvorrichtung entsprechender Länge in das Gefäß eingegeben werden, das sodann bzw. nach seiner Montage am Fahrzeug mit dem Hydraulikmedium gefüllt wird. In den Fällen, in denen ein solcher stabförmiger Schwebekörper mit einem Außenmantel umgeben bzw. von einem luft- oder gasgefüllten Hohlkörper gebildet ist, wird der Außenmantel bzw. Hohlkörper nach Zuschneiden auf seine gewünschteA suitable shape for the float is that of a flexible: rod. From this one or more of the desired spring stiffness of the spring device of the corresponding length can be entered into the vessel, which is then filled with the hydraulic medium or after it has been mounted on the vehicle. In those cases in which such a rod-shaped floating body is surrounded by an outer jacket or is formed by an air or gas-filled hollow body, the outer jacket or hollow body is cut to its desired size
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Länge stirnseitig, z.B. durch Vulkanisieren oder Schweißen, dicht verschlossen.Length at the front, e.g. by vulcanizing or welding, tightly closed.
Es ist ferner möglich, den Schwebekörper in der Form eines geschlossenen Ringes auszubilden. Von diesen könner einerbder mehrere Ringe, ggf. unterschiedlichen Querschnitts und unterschiedlichen Durchmessers, zur Erzielung der gewünschten Federsteife in das Gefäß eingebracht werden.It is also possible to design the float in the form of a closed ring. Of these abilities one or more rings, possibly with different cross-sections and different diameters, to achieve this the desired spring stiffness can be introduced into the vessel.
Schließlich kann der Schwebekörper die Form einer Kugel, eines Sphäroids od. dgl. Rotationskörpers besitzen. Insbesondere dabei sieht eine vorteilhafte Ausführung vor, daß der kompressible Füllungsteil von einer Vielzahl von kleinen Schwebekörpern gebildet ist.Finally, the float can be in the form of a ball, a spheroid or a similar body of revolution. In particular An advantageous embodiment provides that the compressible filling part of a plurality of small floats is formed.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung schematisch veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:Further features and advantages of the invention emerge from the claims and the description below in conjunction with the drawing, in which two embodiments of the subject invention are illustrated schematically are. In the drawing show:
Fig. 1 je ein Ausführungsbeispiel einer Federvor- und 21 each shows an exemplary embodiment of a spring front and 2
richtung in einem Axialschnitt, wobei diedirection in an axial section, the
Federvorrichtung jeweils in der rechten Hälfte der Figur im unbelasteten und in der linken Hälfte der Figur im belasteten bzw. eingefederten Zustand dargestellt ist.Spring device in each case in the right Half of the figure in the unencumbered and in the left half of the figure in the loaded or sprung state is shown.
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Es sei angenommen, daß die in der Zeichnung schematisch dargestellte Federvorrichtung bei Fahrzeugachsen, insbesondere von Lastkraftwagen oder gezogenen oder aufgesattelten Anhängern, Anwendung findet, wobei die Aufhängung der jeweiligen Achse in an sich bekannter Weise von Blatt- bzw. Parabelfedern gebildet sein kann, die an ihrem in den Fig. 1 und 2 linken Ende in einem Lagerbock des Fahrgestells gleitend abgestützt oder auch an eine fahrgestellseitige Konsole angelenkt und an ihrem anderen Ende an einer Tragplatte 1 der als Ganzes mit 2 bezeichneten Federvorrichtung befestigt sind.It is assumed that the spring device shown schematically in the drawing in vehicle axles, in particular from trucks or towed or semi-mounted Trailers, is used, the suspension of the respective axis in a known per se Way can be formed by leaf or parabolic springs, which at its left end in FIGS. 1 and 2 in one Bearing block of the chassis slidably supported or articulated to a chassis-side console and on her the other end are attached to a support plate 1 of the spring device designated as a whole by 2.
Die Federvorrichtung 2 umfaßt ein von einem elastisch verformbaren Balg 3 gebildetes Gefäß, das mit Hydraulikmedium in Form eines Gemisches aus Wasser und Frostschutzmittel gefüllt ist. Der Balg 3 ist an seinem unteren stirnseitigen Ende an einem Haltering 1J der Tragplatte 1 und an seinem oberen Ende an einem Haltering 5 befestigt, der einen Teil eines allgemein mit 6 bezeichneten Fahrgestellrahmens bilden kann. In seinem mittleren Bereich ist der Balg 3 außerdem von einem mittleren Haltering 7 umgriffen. Der Balg 3 bildet eine Kammer 8 veränderlichen Volumens aus, die in an sich bekannter Weise an eine zu einer gleichen Federvorrichtung 2 führende Verbindungs- bzw. Ausgleichsleitung 9 angeschlossen sein kann, Die weitere Federvorrichtung 2 kann einer weiteren Fahrzeugachse zugeordnet und beide Federvorrichtungen 2 können z.B. an riprsplhpn F^hrzpugapi te The spring device 2 comprises a vessel formed by an elastically deformable bellows 3 which is filled with hydraulic medium in the form of a mixture of water and antifreeze. The bellows 3 is fastened at its lower front end to a retaining ring 1 J of the support plate 1 and at its upper end to a retaining ring 5 which can form part of a chassis frame, generally designated 6. In its central area, the bellows 3 is also encompassed by a central retaining ring 7. The bellows 3 forms a chamber 8 of variable volume, which can be connected in a manner known per se to a connecting or compensating line 9 leading to the same spring device 2 e.g. at riprs plhpn F ^ hrzpugapi te
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angeordnet sein. Wie ebenfalls an sich bekannt, können in diesem Fall zwei weitere Federvorrichtungen 2 den beiden Achsen auf der anderen Fahrzeugseite zugeordnet sein.be arranged. As is also known per se, in this case two further spring devices 2 can add to the two Be assigned to axles on the other side of the vehicle.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind in der Kammer 8 eine Vielzahl kleiner kompressibler Schwebekörper freischwebend enthalten, die gemeinsam mit dem Hydraulikmediun das Kammervolumen einnehmen. Gemäß der Darstellung in Fig. rechte Hälfte, besitzen die Schwebekörper 10 die Form von Sphäroiden, die zum Zwecke der Veranschaulichung im oberen Drittel der Kammer 8 in Ansicht, im unteren Drittel im Querschnitt und im mittleren Drittel mit verringerter Größe dargestellt sind. Die Schwebekörper 10 sind hiernach von einem Hohlkörper bzw. Außenmantel 11 mit einer Luftfüllung 12 als Kern gebildet. Die Schwebekörper 10 weisen einen größten Durchmesser auf, der kleiner als der kleinst Querschnitt der Verbindungsleitung 9 ist, so daß die Schwebekörper 10 bei Druckbelastung bzw. beim Einfedern durch die Ausgleichsleitung 9 hindurchwandern und in die anderenends angeschlossene weitere Federvorrichtung 2 eintreten können. Durch die Anzahl der Schwebekörper 10, deren Größe und deren Kompressibilitätsgrad kann die Feder steife der Federvorrichtung 2 variiert werden. Die linke iälfte der Fig. 1 zeigt die Schwebekörper in zusammengedrücktem Zustand.In the embodiment according to FIG. 1, the chamber 8 contains a large number of small, compressible floating bodies in a freely floating manner, which together with the hydraulic medium occupy the chamber volume. According to the illustration in Fig. Right half, the floats 10 have the shape of spheroids, which are shown for the purpose of illustration in the upper third of the chamber 8 in view, in the lower third in cross section and in the middle third with reduced size. The floating bodies 10 are then formed by a hollow body or outer jacket 11 with an air filling 12 as the core. The floats 10 have a largest diameter, which is smaller than the smallest cross section of the connecting line 9, so that the floats 10 migrate through the compensation line 9 under pressure or during compression and can enter the other spring device 2 connected to the other end. The number of floats 10, their size and their degree of compressibility, the stiff spring of the spring device 2 can be varied. The left half of Fig. 1 shows the float in the compressed state.
Jei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind im Unter-Jei the embodiment of Fig. 2 are in the lower
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schied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 Schwebekörper 13 in Form eines geschlossenen Ringes vorgesehen, von denen zwei mit unterschiedlichem Querschnitt und unterschiedlichem Durchmesser zu Veranschaulichungszwecken dargestellt sind. Der im unteren Endbereich der Kammer 8 dargestellte Schwebekörper 13 kleineren Querschnitts und kleineren Durchmessers umfaßt einen Hohlkörper bzw. Außenmantel 1*4 aus Gummi oder gummielastischem Kunststoff und eine Luft- oder Gasfüllung 15 als Kern. Der in Fig. 2 im oberen Drittel der Kammer ί dargestellte Schwebekörper 13 größeren Querschnitts und größeren Durchmessers umfaßt einen gewebeverstärkten Außenmantel 16 und einen Kern 17 aus Schaumgummi, insbesondere Moosgummi. Durch unterschiedliche Querschnitte und Durchmesser sowie durch unterschiedlichen Aufbau sowie ferner unterschiedliche Kompressibilität und Anzahl der Schwebekörper 13 kann auch bei .der Federvorrichtung 21 wie im Falle der Federvorrichtung nach Fig. 1 die Federsteife in einem weiten Größenbereich verändert werden.differed from the exemplary embodiment according to FIG. 1, float 13 is provided in the form of a closed ring, two of which are shown with different cross-sections and different diameters for purposes of illustration. The floating body 13 shown in the lower end area of the chamber 8 of smaller cross-section and smaller diameter comprises a hollow body or outer jacket 1 * 4 made of rubber or rubber-elastic plastic and an air or gas filling 15 as the core. The floating body 13 shown in Fig. 2 in the upper third of the chamber ί of larger cross-section and larger diameter comprises a fabric-reinforced outer jacket 16 and a core 17 made of foam rubber, in particular sponge rubber. Due to different cross-sections and diameters as well as different structures and also different compressibility and number of floating bodies 13, the spring stiffness can also be changed in a wide range of sizes in the spring device 2 1 as in the case of the spring device according to FIG.
Hierzu wird einfach der Balg 3 mit den entsprechenden Schwebekörpern 10 bzw. 13 in der vorgesehenen Anzahl gefüllt, woraufhin der Balg an den Halteringen 4 und befestigt und seine Kammer 8 mit dem Hydraulikmedium gefüllt wird. Auch eine nachträgliche Veränderung der Federsteife durch den Benutzer durch Wegnahme oder Hinzu-For this purpose, the bellows 3 with the corresponding floats 10 or 13 in the intended number is simply inserted filled, whereupon the bellows attached to the retaining rings 4 and and its chamber 8 with the hydraulic medium is filled. A subsequent change in the spring stiffness by the user by removing or adding
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fügen von Schwebekörpern ist ohne weiteres nach Ablassen des Hydraulikraediums und ein ohne nennenswerten Montageaufwand durchführbares Abnehmen des Balges 3 jederzeit möglich.Adding floats is straightforward after draining the hydraulic fluid and without any significant installation effort feasible removal of the bellows 3 is possible at any time.
In den Fig. 1 und 2 ist durch den Pfeil 18 die über die Tragplatte 1 auf das Hydraulikmedium wirkende Druckkraft beim Einfedern versinnbildlicht. In der linken Hälfte der Fig. 1 und 2 sind die Schwebekörper 10 bzw. 13 im vollkomprimierten Zustand dargestellt, so daß eine weitere Einfederung nicht möglich ist und über das in der Kammer 8 enthaltene inkompressible Hydraulikmedium lediglich noch eine Kraft- bzw. Druckübertragung stattfindet und nur noch die durch die Blattfedern gegebene Federwirkung vorhanden ist, wie es z.B. unter Vollastbedingungen der Fall ist. Unter solchen Bedingungen wird eine linear ansteigende Federkennlinie durch die Blattfedern erreicht, während unter Leerlastbedingungen bzw. im unteren Lastbereich des Fahrzeugs, z.B. Lastkraftwagenanhängers, durch die Kompressibilität der Schwebekörper eine erwünschte progressive Federkennlinie erreicht ist.In FIGS. 1 and 2, the arrow 18 shows the pressure force acting on the hydraulic medium via the support plate 1 symbolized during compression. In the left half of FIGS. 1 and 2, the floats 10 and 13 shown in the fully compressed state, so that further compression is not possible and over the incompressible hydraulic medium contained in the chamber 8 merely transmits force or pressure takes place and only the spring action given by the leaf springs is present, as e.g. under Full load conditions is the case. Under such conditions, a linearly increasing spring characteristic is achieved reaches the leaf springs while under no load conditions or in the lower load range of the vehicle, e.g. truck trailer, the compressibility of the floats creates a desired progressive spring characteristic is reached.
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e r s e ι t ee r s e ι t e
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