DE3034103C2 - - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
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- F16F9/08—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid where gas is in a chamber with a flexible wall
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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.
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