DE3221850A1

DE3221850A1 - Federbein fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3221850A1
Application number: DE19823221850
Authority: DE
Inventors: Lawrence George Acocks Green Girmingham Nicholls
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1983-01-05
Also published as: BR8203372A; JPS58408A; YU125782A; GB2101706B; FR2507725A1; NL8202274A; GB2101706A

Description

PATENTANWÄLTE; - --"",.."

WUESTHOFF -v. PECHMANN - BEHRENS"-GÖETZ"

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

IyC-! NG. f RANZ VL¹IS riIOFF <»IH PH 1 L. F REDA TULSTHOFF (1927-1956) D1PL.-1NG. GERHARD PULS (1952-1571) DIPU-CHEM. DR.E. FXElHEKR VON PECHM DR.-ING.DJETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT C

1A-56 132 D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEJGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 51
telegramm: protectpatent

TELEX: 524070

9, Juni 1982

Patentanmeldung

Anmelder:

LUCAS INDUSTRIES public limited company Great King Street
Birmingham 19, West Midlands
- England -

Titel:

Federbein für Fahrzeuge

Patentanwälte-

G. FRANZ VUESTHOFF

WUESTHOFF-v. PECHMANN -BEHRENS"GOETZ*' -·*»"«■■"">* ™_Est„off (,927-19$«)

DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-I971)

EUROPEANPATENTATTORNEYS

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN • DR.-ING. DIETER BEHRENS

DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

tflefon: (089) 66 20 Ji

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

Telex: J24070

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Lucas Industries

Federbein für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft Fahrzeugfederbeine mit einer Feder zum Abstützen der Last auf ein Rad oder eine Achse des Fahrzeuges in Kombination mit einem Dämpfer zum Dämpfen von Schwingungen der Feder bei einer Relativbewegung zwischen dem Rad oder der Achse und dem Rahmen oder Fahrgestell des Fahrzeuges, mit denen in bezug aufeinander bewegliche Bauteile des Federbeins verbindbar sind.

Bei einigen bekannten Federbeinen dieser Art weist die Feder eine Schraubendruckfeder auf und der Dämpfer hat einen Kolben, der in einem Zylinder gegen ein eingeschlossenes Volumen hydraulischen Fluides arbeitet. Der Kolben ist von einer Kolbenstange getragen, die eine Gleitdichtung in einem Verschluß für ein Ende des Zylinders durchdringt, und der Zylinder enthält ein Volumen Luft oder eines anderen Gases zur Aufnahme des Volumens der ausgefahrenen Kolbenstange.

Bei einem solchen bekannten Federbein muß die Dichtung so ausgelegt sein, daß sie gegen den Fluiddruck im Dämpfer dicht ist.

Die Erfindung schafft ein Federbein mit einer Feder und einem

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mit ihr kombinierten Dämpfer, bei dem die Feder von einem Volumen unter Druck stehender Luft oder eines anderen Gases in einer Druckkammer gebildet ist und der Dämpfer einen Zylinder hat, einen Kolben, der im Zylinder gegen ein darin enthaltenes hydraulisches Fluid arbeitet und mit wenigstens einem Ventil oder einer Drossel stelle versehen ist, das bzw. die eine begrenzte Strömung von hydraulischem Fluid am Kolben vorbei in wenigstens einer Richtung ermöglicht, und eine den Kolben tragende Kolbenstange, die Druckkammer eine starre Gehäuseschale aufweist, die am oberen Ende des Federbeins angeordnet und mit dem Rahmen oder Fahrgestell des Fahrzeuges verbindbar, an ihrem oberen Ende' geschlossen und an ihrem unteren Ende offen ist, und eine flexible Membrane von kreisringförmiger Gestalt an ihrem äußeren Rand abdichtend mit dem unteren Ende der Gehäuseschale und an ihrem inneren Rand mit dem zugehörigen offenen oberen Ende des Zylinders verbunden ist, wobei der Zylinder an seinem unteren Ende geschlossen und mit einem Rad oder einer Achse des Fahrzeuges verbindbar ist und die Kolbenstange das offene obere Ende des Zylinders durchdringt und mit dem oberen Ende der Gehäuseschale starr verbunden ist, wobei das Volumen Luft oder eines anderen Gases in der Druckkammer in direkter Berührung mit dem Dämpferfluid ist.

Somit schafft die Erfindung ein einfaches, billiges, in sich geschlossenes Federbein, das die Verwendung einer Gleitdichtung für die Kolbenstange entbehrlich macht. Die Membrane kann einer beträchtlich geringeren Abnutzung unterliegen als eine Gleitdichtung, woraus sich eine verlängerte Betriebslebensdauer ergibt. Nahezu das gesamte Volumen der Luft oder des Gases ist in der Druckkammer enthalten, und nahezu das gesamte Volumen des hydraulischen Fluides ist im Zylinder enthalten. Es kann jedoch ein größeres Volumen hydraulisches Fluid vorgesehen werden, damit hydraulisches Fluid in die Druckhammer überlaufen und die Innenfläche der Membrane

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wenigstens zum Teil bedecken kann. Dies hat den Vorteil, daß die Membrane geschmiert wird und ihre Durchlässigkeit für Luft oder Gas aus der Druckkammer verringert wird.

Das offene obere Ende des Zylinders ist vorzugsweise mit einer nach oben konisch zulaufenden kreisringförmigen Nase starr verbunden, deren oberes Ende mit dem inneren Rand der Membrane verbunden ist. Die Nase kann gerundet sein, um zu gewährleisten, daß die Membrane an ihr abrollen kann, und zwar im wesentlichen ohne Knitter- und Faltenbildung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine besondere Ausführungsform eines Fahrzeugfederbeins, Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des oberen Endes

des Federbeins für ein lenkbares Rad und Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines Federbeins.

Das in Fig. 1 dargestellte Federbein hat eine als Luftfeder oder eine andere Gasfeder ausgebildete Feder 1, die am oberen Ende des Federbeins angeordnet und mit einem hydraulischen Dämpfer 2 in Einrohrausführung kombiniert ist.

Die Feder 1 hat eine Gehäuseschale 3 von umgedrehter ungefährer Topfform, deren geschlossenes oberes Ende mit dem Fahrgestell oder Rahmen eines Fahrzeuges starr verbindbar ist. Das offene untere Ende der Gehäuseschale 3 ist durch eine elastische, beim.gezeigten Beispiel als Rollmembrane ausgebildete Membrane 4 von kreisringförmiger Gestalt verschlossen. Die Gehäuseschale 3 und die Membrane 4 bilden eine Druckkammer, die ein Volumen Luft oder eines anderen Gases unter einem Druck hält, der im allgemeinen 20 bar nicht übersteigt, wenngleich dieses Druckniveau je nach den für das Fahrzeug geforderten Federungseigenschaften veränderbar ist.

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Der Dämpfer 2 hat einen Zylinder 5 in Gestalt eines einzigen Rohres, der an seinem unteren, mit einem Rad oder einer Achse des Fahrzeuges verbindbaren Ende geschlossen ist und an seinem oberen Ende eine radiale Nase 6 von nach oben konisch zulaufender äußerer Gestalt trägt. In cer Bohrung des Zylinders '5 arbeitet gegen hydraulisches Fluid ein Kolben 7, der vom unteren Ende einer Kolbenstange 8 getragen ist, deren oberes Ende mit dem geschlossenen oberen Ende der Gehäuseschale 3 starr und abdichtend verbunden ist. Die Kolbenstange 8 hat einen Abschnitt von verkleinertem Durchmesser, der durch eine Klemmvorrichtung 9 hindurch aus der Gehäuseschale 3 herausragt. Zusammengehörende Flächen der Klemmvorrichtung 9 sind an gegenüberliegende Flächen eines Bauteils 10 des Fahrgestells oder Rahmens mit einer Mutter 11 angepreßt, die auf das freie Ende der Kolbenstange 8 aufgeschraubt ist und eine Schulter am Durchmesserübergang der Kolbenstange 8 an die Gehäuseschale 3 anpreßt. Die Kolbenstange 8 durchdringt auch eine Führung 12 am oberen Ende des Zylinders 5, die mit einem reibungsarmen Lager 12a ausgekleidet ist. Die Führung 12 ist von Durchlässen 13 so durchsetzt, daß die Luft oder das Gas in der Druckkammer in direkter Verbindung mit dem hydraulischen Fluid im Zylinder 5 steht.

Die Membrane 4 weist an ihrem Außenumfangsrand einen Wulst oder eine Verdickung 14 auf, die unter Abdichtung in einer Nut 15 in der Innenfläche der Gehäuseschale 3 angeordnet ist, und an ihrem Innenumfangsrand einen Wulst oder eine Verdickung 16, welche unter Abdichtung in einer Nut 17 am oberen Ende von kleinerem Durchmesser der Nase 6 aufgenommen ist.

Die Arbeitsweise ist folgende: Die Feder 1 nimmt die Last auf das Rad öder die Achse des Fahrzeuges auf und der Dämpfer 2 dämpft die Schwingungen der Feder 1 bei einer Relativbewegung zwischen dem Rad oder der Achse und dem Fahrgestell oder eic.η Rahmen. Die Dämpfung wird vom Kolben 7 vorgenommen,

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der gegen das hydraulische Fluid im Zylinder 5 arbeitet, wobei das Fluid in beiden Richtungen durch gegensinnig wirkende Ventile oder Drosselstellen im Kolben 7 hindurchströmt.

Die Luft oder das andere Gas kann vollständig in der Druckkammer zurückgehalten sein, wobei das hydraulische Fluid den Zylinder 5 bis zur Oberkante der Nase 6 füllt. Es kann jedoch ein größeres Volumen hydraulischen Fluides vorgesehen sein, damit die Innenfläche der Membrane 4 zu Schmierzwecken benetzt wird. Das in die Druckkammer überlaufende Fluidvolumen kann dazu benutzt werden, in Übereinstimmung mit der Verstellung der Kolbenstange 8 das Gaskammervolumen und somit die Federungskurven des Federbeins zu verändern.

Die Nase 6 ist so gestaltet, daß sich die Membrane 4 an ihr abrollen kann, und zwar ohne wesentliche Knitter- und Faltenbildung.

Die Federungsleistung des Federbeins esgibt sich aus zwei Faktoren, nämlich aus der Geschwindigkeitscharakteristik der Luftoder Gasmasse und aus dem vom Kegelwinkel der Nase abhängigen Widerstand, den die Nase 6 beim Eindringen in die Gehäuseschale 3 zu überwinden hat.

Die Kolbenstange 8 trägt eine radiale Schulter 18, die an die Führung 12 anzustoßen vermag und als Springanschlag wirkt und die Vergrößerung des Federbeins begrenzt.

Das vorstehend beschriebene Federbein ist nur bei einem nicht lenkbaren Rad eines Fahrzeuges, z.B. eines leichten Personenkraftwagens oder eines Motorrades, verwendbar, weil die Gehäuseschale 3 mit dem Bauteil 10 des Fahrgestells oder Rahmens starr verbunden ist und eine Drehung des Zylinders 5 in bezug auf die Gehäuseschale 3 eine unerwünschte Verdrehung der Membrane 4 hervorrufen würde, aus der sich die Gefahr eines frühen Versagens der Membrane 4 ergeben würde.

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Wenn das Federbein bei einem lenkbaren Rad eingesetzt werden soll, kann die Klemmvorrichtung 9 durch ein Axial- oder Drucklager gemäß Fig. 2 ersetzt werden. Mit der Gehäuseschale 3 ist ein unteres Druckstück 21 starr verbunden, und die Gehäuseschale 3, die Kolbenstange 8 und das Druckstück sind in bezug auf ein oberes Druckstück 22 drehbar, das am Bauteil 10 des Fahrgestells oder Rahmens befestigt ist, damit das Federbein als Ganzes um seine Achse schwenken kann, welche die Lenkachse für das Rad bildet. Zwischen den zusammengehörenden Flächen der Druckstücke 21 und 22 ist eine reibungsmindernde Vorrichtung, z.B. Kugeln, Rollen oder Beläge 23 aus reibungsarmem Werkstoff, angeordnet. Die Druckstücke 21 und 22 enthalten je eine Abstandshülse 24 bzw. 25, die eine Zusammendrückung der Druckstücke 21 und 22 beim Anziehen der Mutter 11 begrenzen.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann das Federbein für selbsttätige Niveauregulierung ausgebildet sein. Hierzu kann -die Kolbenstange 8 hohl ausgeführt sein, so daß durch sie hindurch das Volumen des hydraulischen Fluides im Zylinder 5 mittels eines Regelventils der selbsttätigen Niveauregulierung eingestellt werden kann, wodurch das Gasvolumen in der Gehäuseschale 3 verändert wird.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Einrohr-Dämpfer 2 durch einen Zweirohrdämpfer ersetzt. Bauteile, die im wesentlichen denen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Beim gezeigten Beispiel arbeitet der Kolben 7 in einem Innenzylinder 26, dessen unteres Ende eine nicht dargestellte Entlastungsöffnung aufweist, die veränderbar sein kann. Durch die Entlastungsöffnung hindurch kann hydraulisches Fluid aus dem Innern des Innenzylinders 26 in einen kreisringförmigen Raum 27 zwischen dem Innenzylinder 26 und dem Zylinder 5 strömen, und umgekehrt. Eine solche Fluid-

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bewegung während des Arbeitens des Kolbens 7 erzeugt zusammen mit einer Fluidbewegung durch das Ventil oder die Drosselstelle des Kolbens 7 hindurch am Kolben 7 vorbei die notwendige Dämpfungswirkung. Der Durchlaß 13 stellt die Verbindung zwischen dem Raum 27 und der Druckkammer her, so daß auch in diesem Beispiel die Luft oder das Gas in direkter Verbindung mit dem Dämpfungsfluid steht.

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Claims

Patentansprüche :

1. /Federbein für Fahrzeuge mit einer Feder (1) und einem ni'fc ihr kombinierten Dämpfer (2), bei dem der Dämpfer (2) einen Zylinder (5) hat, einen Kolben (7), der im Zylinder (5) gegen darin enthaltenes hydraulisches Fluid arbeitet und mit wenigstens einem Ventil oder einer Drosselstelle versehen ist, das bzw. die eine begrenzte Strömung von hydraulischem Fluid am Kolben (7) vorbei in wenigstens einer Richtung ermöglicht, und eine, den Kolben (7) tragende Kolbenstange (8), wobei der Zylinder (5) an seinem oberen Ende offen, an seinem unteren Ende geschlossen und mit einem Rad oder einer Achse des Fahrzeuges verbindbar ist und die Kolbenstange (8) das offene obere Ende des Zylinders (5) durchdringt, dadurch gekennzeichnet , daß die Feder (l) von einem Volumen unter Druck stehender Luft oder eines anderen Gases in einer Druckkammer gebildet ist, die eine starre Gehäuseschale (3) aufweist, welche am oberen Ende des Federbeins angeordnet, mit dem Rahmen oder Fahrgestell des Fahrzeuges verbindbar, an ihrem oberen Ende geschlossen und an ihrem unteren Ende offen ist, eine flexible Membrane (4) von kreisringförmiger Gestalt an ihrem äußeren Rand abdichtend mit dem unteren Ende der Gehäuseschale (3) und an ihrem inneren Rand mit dem zugehörigen offenen oberen Ende des Zylinders (5) verbunden ist, die Kolbenstange (8) mit dem oberen Ende der Gehäuseschale (3) starr verbunden ist und ein Durchlaß (13) aus der Druckkammer ins Innere des Zylinders (5) führt und dadurch das Volumen Luft oder eines anderen Gases in der

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Druckkammer in direkte Berührung mit dem hydraulischen Dämpferfluid bringt.

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η
zeichnet , daß das offene obere Ende des Zylinders
(5) mit einer nach oben konisch zulaufenden kreisringförmigen Nase (6) starr verbunden ist, deren oberes Ende mit dem inneren Rand der Membrane (4) verbunden ist.