DE3034103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Federungszylinder mit federnd wirkenden Gasvolumina, die durch eine Ventileinrichtung verbunden oder getrennt werden.

Ein derartiger Federungszylinder ist bereits aus der US-PS 31 68 302 bekannt, wo nach Art einer Zweistufenfeder zwei Gaskammern vorgesehen sind, die durch eine Querwand unterteilt sind, wobei die Querwand eine Öffnung aufweist, die normalerweise über Verschlußmittel geschlossen ist, wobei die Verschlußmittel durch die relative Stellung zwischen Außenzylinder und Innenzylinder, d. h. abhängig vom Innendruck, derart gesteuert werden, daß sich die Öffnung bei einem bestimmten auf das Federelement wirkenden erhöhten Druck öffnet.

Mit dem bekannten Federungszylinder, der allerdings eine hydropneuma­ tische Steuerung der Öffnungsmittel vorsieht, läßt sich in bezug auf die Federungseigenschaften eine vorteilhafte Kennlinie erreichen, derart, daß bei einer bestimmten auf die Feder einwirkenden Last ein Teilvolumen zugeschaltet wird, so daß sich vorteilhaft bei weiterer Erhöhung der Last die Auslenkung des Federungszylinders ebenfalls erhöht, so daß sich insbesondere bei erhöhter Last eine relativ weich wirkende Aufhängung ergibt.

Ein derartiger Federungszylinder, wo unter Verwendung eines Ventils nach einem bestimmten Federweg ein Teilvolumina geschaltet wird, ist aus der FR-PS 5 54 454 bekannt. Dort wird unter Verwendung eines Ventils nach einem bestimmten Federweg ein Teilvolumina abgeschaltet, um bei weiterer Einfederung hier in umgekehrter Wirkung die Federrate entsprechend stark zu erhöhen und eine Art Anschlageffekt zu erreichen. Bei dieser bekannten Anordnung muß jedoch für den Federungszylinder in Verbindung mit der Ventileinrichtung ein relativ langer Aufbau in Kauf genommen werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem Federungszylinder der vorgehend benannten Art unter Änderung der Funktion einen gedrängten Aufbau des Federungszylinders mit der Ventileinrichtung zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Federungszylinder mit federnd wirkenden Gasvolumina, die durch eine Ventileinrichtung verbunden oder getrennt werden, vorgesehen, wobei der Federungszylinder folgende Merkmale hat:

• - der im Zylinder gleitende Kolben ist hohl ausgebildet,
• - im Kolben ist ein Einsatz festgelegt,
• - der Einsatz weist eine radiale Querwand auf, in der ein Ventilsitz ausgebildet ist
• - und umfaßt weiter eine rohrförmige Führung, die in Richtung des Bodens des Zylinders weist,
• und die Ventileinrichtung die weiteren Merkmale aufweist:
• - ein Ventilstößel trägt an einem Ende ein Tellerventil, das mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, und erstreckt sich durch die rohrförmige Führung,
• - bei geschlossenem Ventil ragt der Ventilstößel über das Ende des Kolbens hinaus,
• - so daß bei einem durch die Länge des Ventilstößels gegebenen Ver­ schiebeweg des Kolbens der Ventilstößel am Boden des Zylinders anschlägt, das Ventil öffnet und die Gasvolumina verbindet.

Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß lediglich unter Einwirkung der Schwerkraft mit Hilfe eines Ventilstößels das zusätzliche Teilvolumen zugeschaltet wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die rohrförmige Führung und die Querwand einstückig sind. Hierdurch ergibt sich auch bei erhöhter Beanspruchung ein störungsfreier Betrieb.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Kolben eine Ringfläche aufweist, die dichtend im Zylinder geführt ist, und daß in der Ringfläche Drosseleinrichtungen und/oder ein Ventil angeordnet sind. Hierdurch kann bei betriebssicherer Anordnung zusätzlich in Verbindung mit den Drosseleinrichtungen die Kennlinie des Federungszylinders beeinflußt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Federkennlinie einer herkömmlichen, mit mechani­ schem Federungselement ausgestatteten Aufhängung bestimmt;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Federkennlinie einer herkömmlichen hydropneumatischen Aufhängung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Federkennlinie Verhaltens der erfindungsgemäßen hydropneuma­ tischen Aufhängung;

Fig. 4 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße hydropneumatische Aufhängung in einer ersten Arbeitsstellung, und

Fig. 5 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße hydropneumatische Aufhängung in einer zweiten Arbeitsstellung.

Die graphische Darstellung gemäß Fig. 1 veranschaulicht das Verhältnis zwischen der aufgebrachten Last P und der Einfederung f bei einer herkömmlichen, mit mechanischem Federungselement wie einer Blatt- oder Schraubenfeder ausgestatteten Aufhängung. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Einfederung in dem gesamten Bereich der möglichen Abfederung der Last proportional.

Fig. 2 veranschaulicht das Federverhalten einer herkömmlichen hydropneumatischen Aufhängung, bei der das Federungselement aus einem komprimierten Gas besteht. Wie aus Fig. 2 er­ sichtlich ist, kann für gefordertes lineares An­ sprechen der Aufhängung im gesamten Bereich aufgebrachter Lasten nur der erste lineare Teil der dargestellten charakteristischen Arbeitskurve zu verwendet werden, da die Federung der Aufhängung bei höheren Belastungen praktisch aufgehoben ist.

Eine hydropneumatische Aufhängung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben.

Diese Aufhängung hat einen Außenzylinder 10 mit einem offenen oberen Ende und einem geschlossenen unteren Ende, an dem ein Ösenstück 12 zur gelenkigen Verbindung mit der nicht dargestellten Rad­ achse vorgesehen ist, und einen Innenzylinder 14 mit einem offenen unteren Ende und einem geschlossenen oberen Ende, an dem ein Ösenstück 16 zur gelenkigen Verbindung mit dem Fahrgestell vorgesehen ist, wobei der Innenzylinder 14 in dem Außenzylinder 10 in Längs­ richtung verschiebbar gelagert ist.

Am oberen Ende des Außenzylinders 10 ist ein Flanschring 20 mit Schraubbolzen 18 befestigt. Der Flanschring 20 dient zur Führung des Innenzylinders 14 während dessen Verschiebebewegung und ist mit einem Öldichtungsring 22 sowie einem Gleitlager 24 versehen, in dem der Innenzylinder 14 gleitet. Der Flanschring 20 ist in bekannter Weise mit Öldurchflußöffnungen 26 versehen, über die das Hydrauliköl ins Innere der Aufhängung zurückfließt.

Am unteren offenen Ende des Innenzylinders 14 ist ein Flanschring 30 mit Schraubbolzen 28 befestigt und mit einem Gleitlager 32 versehen, auf dem der Außenzylinder 10 mit seiner Innenwandung gleitet. Der Flanschring 30 ist ebenfalls in bekannter Weise mit Öldurchfluß­ öffnungen 34 als Drosseleinrichtung versehen, die eine Einschnürung aufweisen, an der ein Rückschlagventil 36 vorgesehen ist, um den freien Rückfluß des Hydrauliköls während der Einzieh­ bewegung der Aufhängung und einen begrenzten Öldurch­ fluß während der Ausschubbewegung der Aufhängung zu ermöglichen, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird.

Die gleichen Schraubbolzen 28 dienen auch zur Befestigung eines rohrförmigen Führungsstücks 38 in dem Innenzylinder 14. Das rohrförmige Führungsstück 38 läuft an seinem oberen Ende in eine Zwischenwand 40 aus, die sich dichtend an die Innenwandung des Innenzylinders 14 anlegt und mit einer mittigen Öffnung als Ventilsitz 42 versehen ist, die koaxial zum rohrförmigen Führungsstück 38 verläuft. In dem rohrförmigen Führungsstück 38 ist der Ventilschaft 44 eines Tellerventils 46 verschiebbar geführt, durch das der Ventilsitz 42 in der Zwischenwand 40 verschließbar ist. Der Ventilstößel 44 ist mit Führungsringen 48, 50 versehen, die an der Innenwandung des rohrförmigen Führungsstücks 38 gleitend geführt sind. Der Ventilstößel 44 ragt über das offene Ende des Innenzylinders 14 um eine vorbestimmte Länge hinaus, die durch Kriterien bestimmt wird, die aus der nachstehenden Beschreibung hervor­ gehen, und bildet an diesem vorstehenden Ende einen Stößel 52.

Die durch den Innen- und Außenzylinder 10 bzw. 14 gebildete Arbeitskammer enthält nicht dargestelltes Hydrauliköl in einer vorbestimmten Menge, die so ge­ wählt wird, daß in der Stellung der Aufhängung, in der der Innenzylinder teilweise oder ganz gegeüber dem Außenzylinder ausgefahren ist, in dem Innenzylinder oberhalb und unterhalb der Zwischenwand 40 eine bestimmte Menge Druckluft verbleibt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Länge des Ventilstößels 44 so bemessen, daß der Stößel 52 nicht an das untere geschlossene Ende des Außenzylinders 10 anstößt, wenn die Auf­ hängung unter Minimalbelastung, d. h. im unbeladenen Zustand des Kraftfahrzeugs, im wesentlichen vollständig ausgefahren ist.

Der Druck der unterhalb der Zwischenwand 40 vorhandenen Druckluft wird so bemessen, daß die besten Arbeitsbedingungen bei Minimalbelastung der Aufhängung erzielt werden. Dagegen wird die oberhalb der Zwischenwand 40 gelegene und durch das geschlossene Teller­ ventil 46 vollständig von dem übrigen Teil der Auf­ hängung getrennte Kammer 54, wie in der nachstehenden Beschreibung erläutert ist, mit einem Gas bis zu einem beträchtlichen Druck gefüllt.

Bei der Arbeitsweise der Aufhängung unter Minimalbelastung liegt der Stößel 52 nicht am unteren Ende des Außenzy­ linders 10 an und die Aufhängung arbeitet daher in der gleichen Weise wie eine herkömmliche hydropneumatische Aufhängung der gleichen Größe.

Wenn das Fahrzeug jedoch beispielsweise voll beladen ist, so verschiebt sich der Innenzylinder 14 gegenüber dem Außenzylinder 10 und der Stößel 52 legt sich an das untere Ende des Außenzy­ linders 10 an, wodurch sich das Tellerventil 46 gegen den in der Kammer 54 herrschenden Druck öffnet und eine einzige Arbeitskammer geschaffen wird, die aus den ober­ halb und unterhalb der Zwischenwand 40 liegenden Zylinderteilen besteht und unter Druck stehendes Gas enthält. Der Druck des Gases in der Kammer 54 wird so bemessen, daß sich das Tellerventil 46 öffnet, wenn der Druck des unter­ halb der Zwischenwand 40 komprimierten Gases dem vorbestimmten Druck in der Kammer 54 entspricht.

Da sich auf diese Weise die Menge des in der Aufhängung komprimierten Gases geändert hat, ändert sich auch das Gesetz, das das Nachgeben der Aufhängung unter der ent­ sprechenden Belastung bestimmt, und durch geeignete Bemessung und Konstruktion der Aufhängung ist somit ein zusätzlicher Verstellbereich der Steifheit der Aufhängung erzielbar.

Die allgemeine Wirkungsweise der vorstehend be­ schriebenen Aufhängung wird durch die graphische Dar­ stellung in Fig. 3 verdeutlicht. In Fig. 3 versinnbild­ licht die Kurve a das Verhalten der Aufhängung bei ge­ schlossenem Tellerventil 46, der Punkt Q bezeichnet den Zeitpunkt des Öffnens des Ventils, und die Kurve b ver­ anschaulicht das Verhalten der Aufhängung nach dem Öffnen des Ventils. Die gestrichelte Linie c be­ zeichnet die Wirkungsweise der Aufhängung, wenn sie nach dem Stand der Technik, d. h. ohne die obere Kammer 54 und das Tellerventil 46, ausgebildet wäre.

Sobald die auf die Aufhängung einwirkende Belastung nachläßt, kehrt diese in eine Stellung zurück, in der sich das Tellerventil 46 schließen kann, die Kammer 54 wieder vom übrigen Teil der Aufhängung getrennt ist und der Druck in dieser Kammer wieder den vorbestimmten Wert einnimmt, da das Schließen des Ventils wie das Öffnen an der in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 3 mit Q bezeichneten Stelle erfolgt.

In diesem Zusammenhang ist noch zu bemerken, daß einer der wesentlichsten Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aufhängung eben darin besteht, daß sich diese nach jedem Öffnen und nach­ folgenden Schließen des Tellerventils 46 automatisch wieder auf den ursprünglich eingestellten Ansprechwert einstellt, da der Augenblick des Schließens des Ventils lediglich von der Länge des Ventilstößels 44 abhängt. Daher ist es nicht erforderlich, den Druck in der Kammer 54 von Zeit zu Zeit nachzuregulieren, und die vorliegende Aufhängung kann in der gleichen Weise wie eine herkömm­ liche hydropneumatische Aufhängung benutzt und behandelt werden.

Auch ist es nicht einmal erforderlich, den Druck in der Kammer 54 getrennt einzustellen, da nach dem Ein­ lassen einer bestimmten Gesamtmenge von unter Druck ste­ hendem Gas in die Aufhängung dieses Gas sich beim erst­ maligen Öffnen und nachfolgenden Schließen des Teller­ ventils 46 von selbst verteilt und in den oberhalb bzw. unterhalb der Zwischenwand 40 liegenden Kammern verschiedene Druckwerte annimmt.

Das somit anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels erläuterte Prinzip des Aufbaus einer hydropneumatischen Aufhängung kann natürlich noch weiter entwickelt werden, indem beispielsweise über der Kammer 54 noch eine weitere größere Druckkammer angeordnet wird, der ein entsprechen­ des, bei einer vorbestimmten Einzugsbewegung der Auf­ hängung öffnendes Ventil zugeordnet ist. Auf diese Weise wird eine charakteristische Kurve der Veränderung der Federkraft in Abhängigkeit von der aufgebrachten Belastung erzielt, wobei diese Kurve statt der in Fig. 3 dargestellten zwei Kurvenstücke dann aus drei solchen Kurvenstücken besteht. Theoretisch wäre es möglich, eine beliebige Zahl von solchen zusätzlichen Kammern für jeweils höhere Drücke vorzusehen.

Selbstverständlich kann die beschriebene Aufhängung auch in Verbindung mit einer äußeren Überdruckkammer verwendet werden, die wie aus dem Stand der Technik bekannt außerhalb der Aufhängung angeordnet ist. Auch auf diese Weise könnte eine aus drei oder mehr Kurvenstücken bestehende charakteristische Arbeitskurve erzielt werden.

Ferner ist das beschriebene Arbeitsprinzip auch auf voll­ ständig pneumatisch betriebene Aufhängungen anwendbar. Schließlich ist die beschriebene Aufhängung nicht nur für schwere Kraftfahrzeuge sondern auch für feststehende Arbeitsmaschinen anwendbar, bei denen eine differenzierte Arbeits­ weise der Aufhängung erwünscht ist.

Claims (3)

1. Federungszylinder mit federnd wirkenden Gasvolumina (54, 55), die durch eine Ventileinrichtung (42, 46) verbunden oder getrennt werden, wobei der Federungszylinder (10. 14) folgende Merkmale hat:

• - der im Zylinder (10) gleitende Kolben (14) ist hohl ausgebildet,
• - im Kolben (14) ist ein Einsatz (38, 40) festgelegt,
• - der Einsatz (38, 40) weist eine radiale Zwischenwand (40) auf, in der ein Ventilsitz (42) ausgebildet ist,
• - und umfaßt weiter eine rohrförmige Führung (38), die in Richtung des Bodens des Zylinders (10) weist,
• und die Ventileinrichtung (42, 46) die weiteren Merkmale aufweist:
• - ein Ventilstößel (44) trägt an einem Ende ein Tellerventil (46), das mit dem Ventilsitz (42) zusammenwirkt, und erstreckt sich durch die rohrförmige Führung (38),
• - bei geschlossenem Ventil (42, 46) ragt der Ventilstößel (44) über das Ende des Kolbens (14) hinaus,
• - so daß bei einem durch die Länge des Ventilstößels (44) gegebenen Verschiebeweg des Kolbens (14) der Ventilstößel (44) am Boden des Zylinders (10) anschlägt, das Ventil (42, 46) öffnet und die Gasvolumina (54, 55) verbindet.

2. Federungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Führung (38) und die Zwischenwand (40) einstückig sind.

3. Federungszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) eine Ringfläche aufweist, die dichtend im Zylinder (10) geführt ist und daß in der Ringfläche Drosseleinrichtungen (34) und/oder Ventile (36) angeordnet sind.