DE3047641C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Federbein für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem nach DE-OS 22 19 995 bekannten Federbein dieser Art wirkt beim Zusammenschieben des Federbeins wegen er­ höhter Belastung der Karosserie der hohe Öldruck in dem Dämpferzylinder direkt auf das ringförmige Federelement über die Längsbohrung in der Kolbenstange. Dadurch erfährt das Federelement eine relativ große Deformation, so daß es beschädigt werden kann und rasch altert. Obwohl die Höhe der Karosserie durch Veränderung der Ölmenge in dem Feder­ bein eingestellt werden kann, muß doch stets der innere Öldruck des Federbeins auf einen sehr hohen Wert gebracht werden, um eine relativ große Höhe der Karosserie zu er­ reichen, wodurch ein Ölaustritt aus dem Federbein hervor­ gerufen werden kann. Wegen des hohen inneren Öldrucks sind auch enge Toleranzen für den Kolben, den Dämpferzylinder usw. vorzugeben, was zu einer komplizierten Konstruktion und Fertigung führt.

Nach der DE-OS 20 21 895 ist es bekannt, zur Verminderung des erforderlichen Öldrucks im Federbein zwischen den Dämpferzylinder und den Kolben eine Schraubenfeder zu spannen.

Nach der DE-OS 16 55 430 ist es bekannt, am oberen Ende des Kolbens eine zu einer volumenveränderlichen Ölkammer füh­ rende Bodenventilanordnung vorzusehen, die den Öldurchtritt bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange stärker drosselt als bei einer Einfahrbewegung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Federbein nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, dessen ringförmiges Federelement auch bei erheblichen Höhenänderungen der Karosserie und starken Stößen verhältnismäßig geringen Deformationen ausgesetzt ist, und dessen innerer Öldruck verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Bei einem erfindungsgemäßen Federbein können der innere Öldruck und die auf das Federbein einwirkende statische Last durch Einstellung der Dämpfungseigenschaften des Feder­ beins und/oder der Belastungseigenschaften der Schrauben­ feder auf geeignete Werte gebracht werden, so daß dadurch eine Beschädigung oder rasche Alterung des ringförmigen Federelements, der Öldichtungen usw. verhindert wird. Eine Einstellung der Höhe der Karosserie ist durch verhältnis­ mäßig geringfügige Veränderungen des inneren Öldrucks bei ausreihend niedrigen Werten des Öldrucks möglich. Dadurch ergibt sich ein weiter Bereich einstellbarer Karosserie­ höhen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise längsgeschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Federbeins,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des Feder­ beins nach Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil des Kolbens des Federbeins nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Teil des Federbeins nach Fig. 1 während des Betriebs,

Fig. 5 eine teilweise längsgeschnittene Seitenansicht eines Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels des Federbeins,

Fig. 6 einen Längsschnitt eines Teils des Federbeins nach Fig. 5 in größerem Maßstab bei einer gegen­ über Fig. 5 anderen Karosseriehöhe.

Das Federbein nach Fig. 1 bis 4 weist einen hydraulischen Stoßdämpfer mit einem Dämpferzylinder 1 auf. Das untere Ende des Dämpferzylinders ist mit der Achse eines Vorderra­ des eines nicht dargestellten Fahrzeugs verbunden. In dem Dämpferzylinder 1 ist ein Kolben 2 verschiebbar. Falls er­ forderlich, kann ein weiterer Kolben (nicht dargestellt) zusätzlich vorgesehen sein, der in einem unteren Teil des Dämpferzylinders 1 frei verschiebbar ist. Unter dichtem Abschluß und hohem Druck befindet sich dann zwischen dem unteren Ende des zusätzlichen Kolbens und dem Dämpferzy­ linder 1 ein Gas.

Eine hohle, rohrförmige Kolbenstange 3 ist mit dem Kolben 2 verbunden. Die Kolbenstange 3 enthält eine Längsbohrung 4, die an beiden Enden offen ist und einen Ölkanal bildet. Das obere Ende 3 a der Kolbenstange 3 hat einen kleineren Durchmesser als die übrige Kolbenstan­ ge 3 und ist dort mit einem Gewindeabschnitt versehen. Ein zylindrisches Gehäuse 6 ist mit einer an ihm befindlichen Zwischenwand 6 a an dem oberen Ende 3 a und damit an der Kol­ benstange 3 mit einer Mutter 5 befestigt, die auf den Ge­ windeabschnitt aufgeschraubt ist. An der Unterseite der Zwischenwand 6 a ist über ein Kugellager 7 ein oberes Feder­ widerlager 8 abgestützt. Ein unteres Federwiderlager 9 ist an dem Dämpferzylinder 1 befestigt. Eine Schraubenfeder 10 ist zwischen die Federwiderlager 8 und 9 gespannt.

Ein ringförmiges elastomeres Federelement 11 ist an seiner inneren Umfangsfläche an der Umfangswand 6 b des Gehäuses 6 anvulkanisiert und mit der Innenseite einer zylindrischen Umfangswand 12 eines äußeren Gehäuses 12, 13 verbunden, das an der Fahrzeugkarosserie 34 befestigt ist. Eine Deckwand 13 ist an der Umfangswand 12 oben so befestigt, daß ihre Umfangskante nicht von der Umfangswand 12 abgehoben werden kann. Hierzu ist die Oberkante 12 a der Umfangswand 12 nach innen über die Umfangskante der Deckwand 13 gebogen. Die Deckwand 13 deckt das Gehäuse 6 unter Bildung einer Ölkam­ mer 14 ab, die zum Teil durch die Oberseite des Federele­ ments 11 begrenzt ist, so daß sich ihr Volumen bei Defor­ mation des Federelements 11 verändert.

Eine Bodenventilan­ ordnung 15 ist oben in das Gehäuse 6 eingesetzt und begrenzt zusammen mit der Innenseite des Gehäuses 6 und der Ober­ seite der Zwischenwand 6 a einen Ölraum 37. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, hat die Bodenventilanordnung 15 axiale Boh­ rungen 16 und ist mit einem Scheibenventil 18 versehen, dessen Bohrungen 17 über den Bohrungen 16 liegen. Das Schei­ benventil 18 wird gegen die Unterseite der Bodenventilan­ ordnung 15 mit einer Feder 19 gedrückt, die zwischen das Scheibenventil 18 und einen Flansch 15 b an einem mittleren, von der Bodenventilanordnung 15 aus nach unten ragenden Vorsprung 15 a gespannt ist. Ein Ventil 20, das durch eine dünne elastische Platte gebildet ist, befindet sich zwi­ schen der Unterseite der Bodenventilanordnung 15 und dem Scheibenventil 18 über den Bohrungen 17.

Die Deckwand 13 ist oben mit einer Öleintrittsöffnung 30 versehen. Ein Gewindestift 21 ist mittig von unten durch die Deckwand 13 geschraubt und umfaßt mit seinem unteren Ende das obere Ende eines Stiftes 23 über eine Kugelgelenk 22. Der untere Abschnitt des Stiftes 23 taucht lose in eine Öffnung 24 in der Mitte der Bodenventilanordnung 15. Der Stift 23 hat eine schräge Seitenfläche derart, daß sein Querschnitt zu seinem unteren Ende hin zunimmt. Öl wird durch die Öleintrittsöffnung 30 in der Deckwand 13 einge­ füllt, bis es den Ölraum 37 und die Ölkammer 14 ausfüllt, ohne einen Leerraum zu lassen. Danach wird die Öleintritts­ öffnung 30 mit einem Verschluß 31 flüssigkeitsdicht ver­ schlossen.

Der Kolben 2 ist - Fig. 3 - mit einer Mutter 36 gesichert an ein Ge­ windestück 35 geschraubt, das mit einer zentralen axialen Bohrung 35 a versehen ist und seinerseits in das untere Ende der Kolbenstange 3 geschraubt ist. Der Kolben 2 trägt einen Kolbenring 25 und ist mit axialen Bohrungen 26 ver­ sehen. Ein Scheibenventil 28 mit Öffnungen 27 liegt auf der Oberseite des Kolbens 2 und auf den Bohrungen 26 auf. Das Scheibenventil 28 wird gegen die Oberseite des Kol­ bens 2 mit einer Feder 29 gedrückt, die zwischen das Scheibenventil 28 und die untere Stirnfläche der Kolben­ stange 3 gespannt ist.

O-Ringe 32 sind zwischen dem Gewindestift 21 und der Deckwand 13, zwischen der Kolbenstange 3 und dem Gehäuse 6, zwischen der Mutter 5 und dem Gehäuse 6 und an anderen erforderlichen Stellen (nicht dargestellt) zur Abdichtung vorgesehen. Auf der Oberseite des Federelements 11 be­ findet sich ein flexibler Film 33, damit das Federelement 11 nicht durch das Öl angegriffen wird.

Wird das Gewicht der Karosserie, das auf das Federbein einwirkt, mit W, die Einstellbelastung der Schraubenfeder 10 mit F und der Querschnitt der Kolbenstange 3 mit S be­ zeichnet, so ist der Druck P im Dämpferzylinder 1

P = (W - F)/S

Deshalb ist es durch Einstellung der Belastung der Schrauben­ feder 10 auf einen geeigneten Wert möglich, ein übermäßiges Ansteigen des Drucks P und damit verbundene Schäden an den Öldichtungen usw. zu vermeiden und zu verhindern, daß die gesamte Last W allein auf das Federelement 11 einwirkt und dieses beeinträchtigt.

Wenn das Rad Stöße erfährt, so daß Stoßkräfte auf den Dämpferzylinder 1 und den Kolben 2 einwirken, die den Kol­ ben 2 relativ zum Dämpferzylinder 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach unten bewegen, wird das Scheibenventil 28 auf dem Kolben 2 geöffnet und ermöglicht ein leichtes Aus­ strömen des an der Unterseite des Kolbens 2 befindlichen Öls durch die Öffnungen 27 zur Oberseite des Kolbens 2.

Gleichzeitig wird eine Ölmenge, die demjenigen Volumen des Abschnitts der Kolbenstange 3 entspricht, um das die Kolbenstange 3 vom oberen Ende des Dämpferzylinders 1 zum unteren Ende des Dämpferzylinders 1 verschoben wurde, vom Inneren des Dämpferzylinders 1 unterhalb des Kolbens 2 in den Ölraum 37 durch die Längsbohrung 4 der Kolben­ stange 3 befördert. Das so in den Ölraum 37 überführte Öl strömt einerseits in die Ölkammer 14 variablen Volumens durch die Öffnung 24 in der Bodenventilanordnung 15, ande­ rerseits durch die Bohrungen 17 in die Ölkammer 14 unter Verbiegen des Ventils 20 nach oben. Da das Öl durch die Öffnung 24 und die Bohrungen 17 gedrosselt strömt, werden die auf das Rad einwirkenden Stöße bei der Übertragung auf die Karosserie gedämpft.

Bei Verschieben der Kolbenstange 3 in den Dämpferzylinder 1 wird das Federelement 11 deformiert, so daß sich die Öl­ kammer 14 ausdehnt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Gleich­ zeitig wird der Stift 23 aufwärts gehoben, so daß er die Öffnung 24 mit seinem weiter unten liegenden Abschnitt größeren Querschnitts stärker verschließt. Da der Querschnitt des Stiftes 23 zum unteren Ende hin zunimmt, wird somit der effektive Quer­ schnitt der Öffnung 24 allmählich bei Aufwärtsbewegung des Stifts 23 verkleinert. Somit wird der Dämpfungsgrad bei Stoßwirkungen und Vibrationen und beim Zusammenschieben des Federbeins größer. Deshalb wird das Federbein auch bei starken Vibrationen nicht bis auf seine zulässige Mindest­ länge zusammengeschoben, so daß mechanische Stöße durch das Aneinanderschlagen von Federbeinstellen vermieden werden.

Ferner ermöglicht die Kopplung des Stiftes 23 mit dem Gewindestift 21 über das Kugelgelenk 22 eine glatte Bewe­ gung des Stiftes 23 in der Öffnung 24. Die Position des Gewindestifts 21 kann von außen her eingestellt werden, so daß die Dämpfungscharakteristik des Federbeins bei Stößen und Vibrationen leicht verändert werden kann.

Das Federbein wird nach dem Zusammenschieben durch die Kraft der Schraubenfeder 10 wieder auseinandergedrückt. Dabei wird das Scheibenventil 18, das die Bohrungen 16 in der Bodenventilanordnung 15 verschließt, geöffnet, so daß Öl aus der Ölkammer 14 in den Raum unterhalb des Kol­ bens 2 im Dämpferzylinder 1 durch die Bohrungen 16, den Ölraum 37, die Längsbohrung 4 in der Kolbenstange 3 und die Bohrungen 35 a im Kolben 2 strömen kann. Da hierbei ein hoher Öldruck im Dämpferzylinder 1 oberhalb des Kol­ bens 2 herrscht, der das Scheibenventil 28 am Kolben 2 zu schließen sucht, strömt das Öl innerhalb des Dämpferzy­ linders 1 von der Oberseite des Kolbens 2 zur Unterseite des Kolbens 2 durch die Öffnungen 27 im Scheibenventil 28 mit verringerter Strömungsrate. Dadurch wird das Aus­ einanderdrücken des Federbeins verzögert und ein guter Dämpfungsgrad erreicht.

Ferner verhindert die Kopplung der Karosserie mit dem Rad über das Federelement 11 zusätzlich zu dem Dämpferzylinder 1 und dem Kolben 2 eine Übertragung hochfrequenter kleiner Schwingungen auf die Karosserie.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 ist ein Gehäuse 39 zur Einstellung der Höhe der Karosserie an das obere Ende 3 a der Kolbenstange 3 geschraubt. Das Gehäuse 39 ist in einem Zwischengehäuse 46 verschiebbar, das seiner­ seits relativ zur Kolbenstange 3 verschiebbar ist. Ein O- Ring 32 ist zwischen dem Außenumfang des Gehäuses 39 und der Umfangswand 46 a des Zwischengehäuses 46 vorgesehen. Das Zwischengehäuse 46 weist eine Deckwand 46 b auf, in der sich Öffnungen 40 befinden. Eine obere Schraubenfeder 41 ist zwischen die Unterseite der Deckwand 46 b und die Bodenfläche des Gehäuses 39 gespannt. Eine untere Schraubenfeder 43 ist zwischen ein Federwiderlager 42 am unteren Ende des Zwischen­ gehäuses 46 und die Unterseite des Gehäuses 39 gespannt. Sie drückt das Gehäuse 39 und das Zwischengehäuse 46 gegen die Wirkung der Feder 41 in zueinander entgegengesetzte Richtun­ gen.

Eine Bodenventilanordnung 44 ist in eine Aussparung 39 a im Boden des Gehäuses 39 geschraubt. Die Bodenventilanord­ nung 44 hat eine oben liegende Bodenwand 44 a, die als Trennwand dient und mit Bohrungen 16 (Fig. 6) versehen ist. Ein Scheibenventil 18 ist an der Bodenwand 44 a über den Bohrungen 16 angeordnet und wird gegen die untere Seite der Bodenwand 44 a durch eine Feder 19 gedrückt, die zwischen das Scheibenventil 18 und einen Flansch 44 c an einem zentralen, von der Bodenwand 44 a nach unten ragenden Vorsprung 44 b gespannt ist. Ein Ventil 20 aus einer dünnen elastischen Platte ist zwischen der Bodenwand 44 a und dem Scheibenventil 18 vorgesehen.

Eine Bohrung 45 ist in der Mitte der Deckwand 46 b des Zwi­ schengehäuses 46 vorgesehen. In der Bohrung 45 sitzt das obere Ende eines Stiftes 23, dessen unteres Ende in eine Öffnung 24 in der Bodenwand 44 a der Bodenventilanordnung 44 taucht. Dieser Stift 23 ist über seine Länge derart ko­ nisch ausgebildet, daß sein Querschnitt nach unten hin zunimmt.

Ein Ölkanal 4′, der mit dem Inneren der Bodenventilanord­ nung 44 einerseits und mit der Längsbohrung 4 in der Kol­ benstange 3 andererseits in Verbindung steht, ist in einem unteren Abschnitt des Gehäuses 39 vorgesehen.

Ein Verschluß 31, der in eine Öleintrittsöffnung 30 der Deckwand 13 eingeschraubt ist, ist von einer Leitung 47 durchsetzt, die mit einer Hochdruckölquelle (nicht darge­ stellt) verbunden ist. Die Leitung 47 wird üblicherweise mit einem Hahn o. ä. (nicht dargestellt) verschlossen.

Die anderen Teile dieses Ausführungsbeispiels entsprechen den Teilen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bis 4.

Bei dem in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird Öl unter hohem Druck von der Hochdruckölquelle über die Leitung 47 in die Ölkammer 14 eingefüllt, bis deren Innen­ druck P etwas erhöht ist. Das Öl wird unter diesem erhöhten Innendruck P zur Oberseite des Kolbens 2 innerhalb des Dämpferzylinders 1 über die Ölkammer 14, das Innere des Zwischengehäuses 46, den Ölkanal 4′ im Gehäuse 39, die Längsbohrung 4 in der Kolbenstange 3 sowie die Bohrungen 35 a und 26 im Kolben 2 befördert. Dadurch wird das Gehäuse 39 im Zwischengehäuse 46 nach unten verschoben und gleich­ zeitig die Ölkammer 14 durch Deformation des Federelements 11 gegenüber der in Fig. 5 gezeigten Stellung zu der in Fig. 6 durchgezogen gezeigten Stellung verformt, so daß sich eine größere Fahrzeughöhe ergibt. Umgekehrt wird das Gehäuse 39, wenn das Öl in der Ölkammer 14 usw. teilweise aus dem Federbein über die Leitung 47 abgeführt wird, auf­ wärts verschoben, und entsprechend wird die Ölkammer 14 verkleinert, so daß sich eine geringere Fahrzeughöhe ergibt.

Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht mit dem die Fahrzeug­ höhe einstellenden Gehäuse 39 im Zwischengehäuse 46 eine Veränderung der Höhe der Karosserie in einem großen Bereich bei relativ geringer Änderung des Öldrucks. Die beiden Federn 41 und 43 mit ihren entgegengesetzt gerichteten Kräften gestatten eine glatte Einstellung der Karosserie­ höhe weitgehend proportional zur Änderung des Innendrucks P. Außerdem ermöglicht der Stift 23 mit seinem über seine Länge veränderlichen Querschnitt eine automatische Zunahme der Dämpfung bei Schwingbewegungen des Federbeins, wenn das Fahrzeug bei hochstehender Karosserie schwer belastet wird. Auch wird ein übermäßiges Zusammenschieben des Federbeins bei starken Schwingungen der Karosserie verhindert, so daß mechanische Stoßwirkungen nicht auftreten.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Arbeitsweise des Federbeins beim Zusammenschieben und beim Auseinander­ ziehen praktisch identisch mit derjenigen des in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiels.

Claims (5)

1. Federbein für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem an der Achse eines Laufrades angebrachten, mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Dämpferzylinder (1), in dem ein von einer Kolbenstange (3) getragener Kolben (2) verschiebbar ist, der mit einer Dämpfungsventilanordnung (26, 27, 28, 29) versehen ist, die den Flüssigkeitsdurchtritt bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange (3) stärker als bei einer Einfahrbewegung drosselt, mit einem das äußere Ende der Kolbenstange (3) mit der Karosserie verbindenden, ringförmigen, elastomeren Federelement (11) und mit einer an der Karosserie abgestützten, volumenveränderlichen Flüssig­ keitskammer (14), deren bewegliche Begrenzungswand durch das ringförmige, elastomere Federelement (11) gebildet ist und die die Dämpfungsflüssigkeit, welche von dem in den Dämpfer­ zylinder (1) eintauchenden Kolbenstangenvolumen verdrängt wird, über eine Längsbohrung (4) der Kolbenstange (3) derart aufnimmt, daß bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange (3) in den Dämpferzylinder (1) das äußere Ende (3 a) der Kol­ benstange (3) durch die verdrängte Flüssigkeit gegen die Federkraft des elastomeren Federelements (11) zusätzlich in Einfahrrichtung verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß an das äußere Ende (3 a) der Kolbenstange (3) ein im Durchmesser größeres Gehäuse (6; 39) angesetzt ist, gegen das sich das karosserieseitige Ende einer in an sich bekannter Weise mit ihrem radseitigen Ende am Dämpferzylinder (1) abgestützten Schraubenfeder (10) abstützt, und daß die Längsbohrung (4) der Kolbenstange (3) in einem Innenraum (37; 50) dieses Gehäuses (6; 39 ) mündet, der über eine an sich bekannte, den Flüssigkeitsdurchtritt bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange (3) stärker als bei einer Ausfahrbewegung drosseln­ de Bodenventilanordnung (15; 44) mit der volumenveränderlichen Flüssigkeitskammer (14) in Verbindung steht.

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder an dem Gehäuse (6) durch ein Kugellager (7) abgestützt ist.

3. Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) eine mit dem ringförmigen, elastomeren Federelement (11) verbundene Umfangswand (6 b) aufweist.

4. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (39) in Längsrichtung der Kolben­ stange (3) verschiebbar in einem Zwischengehäuse (46) zwischen einer oberen Schraubenfeder (41) und einer unteren Schrauben­ feder (43) eingespannt ist und daß dieses Zwischengehäuse (46) eine mit dem ringförmigen, elastomeren Element (11) verbundene Umfangswand (46 a) und eine mit Öffnungen (40) versehene Deckwand (46 b) aufweist.

5. Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Bodenventilanordnung (15; 44) eine Öffnung (24) befindet, durch die ein an einer Deckwand (13) eines das ringförmige, elastomere Federelement (11) umfassenden und mit der Karosserie verbindenden äußeren Gehäuses (12, 13) bzw. an der Deckwand (46 b) des Zwischengehäuses (46) ange­ brachter, sich nach unten verdickender Stift (23) ragt.