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Hydro-pneumatisches Federbein für Fahrzeuge,
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insbesondere Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein hydro-pneumatisches
Federbein für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem Zylinder, mit einem
darin geführten, eine Kolbenstange aufweisenden Kolben, mit einem am Zylinderraum
angeschlossenen Speicher, der ein Gaspolster und in dem durch eine Membran von diesem
getrennten Restvolumen ein zugleich den Zylinderraum füllendes Hydraulikmedium enthält
und mit einer federwegabhängig arbeitenden Puffervorrichtung, die ein kompressibles
Medium sowie ein in der Endphase einer maximalen Einfederung dieses beaufschlagendes
Verdichtungsglied aufweist.
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13ei den bekannten hydro-pneumatischen Federbeinen der vorstehend
beschriebenen Art erfüllt die Puffervorrichtung die Aufgabe, im Falle einer maximalen
Einfederung die Hochkraft in ihrer Endstärke abzufangen. Hierzu bedarf es in der
Endphase einer solchen Einfederung einer durch das Medium der Puffervorrichtung
zu veranlassenden stark progressiven Veränderung der Kennung des Federbeins.
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Es ist nun üblich, als Medium der Puffervorrichtung einen außen, z.B.
am einen Ende des Zylinders oder an der Kolben-
stange angebauten
rotationssymmetrischen Gummikörper einzusetzen, der in der Endphase eines maximalen
Kolbenhubes an einem diesen verdichtenden Anschlag anfährt (siehe Fahrwerktechnik
1, von J.Reimpll, Seite 56).
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Der Einsatz einer solchen Gummifeder schafft Probleme.
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Werden derartige Federbeine beispielsweise zur Einzelaufhängung von
Kraftfahrzeug-Vorderrädern eingesetzt, müssen Vorkehrungen getroffen werden, daß
Gummifeder und Anschlag beim Radeinschlag ihre relative Lage zueinander beibehalten
können, obgleich sich dabei Zylinder und Kolbenstange relativ zueinander verdrehen.
Die hierzu erforderliche Lageranordnung bedingt eine entsprechende Vergrößerung
der Federbeineinbaulänge.
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Ein weiterer gravierender Nachteil einer solchen Puffervorrichtung
ist, daß Gummikörper zur Aufnahme hoher Achslasten, beispielsweise einer dreifachen
Achslast, eine solche Dimensionierung erhalten müßten, daß sie sich nicht mehr am
Federbein unterbringen ließen. Solche Achslasten entstehen aber beim Einfedern schwerer
Fahrzeuge, beispielsweise Kettenfahrzeuge.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydro-pneumatisches
Federbein der eingangs erläuterten Art anzugeben, bei dem die Puffervorrichtung
nicht mehr im Bereich zwischen dem Zylinder und einer abzufedernden Masse angeordnet
und demgemäß dort kein entsprechender Einbauraum vorzusehen ist. Sie soll außerdem
in der Lage sein, die Achslast mit Faktor drei oder größer abzufangen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Puffervorrichtung
als Medium eine in einem mindestens
teilweise im unteren Teil des
Federbeines untergebrachten Druckraum enthaltene, schwack kompressible Flüssig keit
und zu deren Verdichtung einen oberhalb des Druckraumes angeordneten und in diesen
dichtend eindringenden Tauchkolben aufweist.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion sind damit die funktionswesentlichen
Komponenten der Puffervorrichtung innerhalb des Federbeines untergebracht, wobei
das erfindungsgemäß zur Anwendung kommende flüssige Medium besondere Vorkehrungen
bei lenkbaren, die Kolbenstange oder den Zylinder verdrehenden Rädern überflüssig
werden läßt.
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Die Erfindung basiert hierbei auf der Erkenntnis, daß ausgewählte
Flüssigkeiten, wie Mineralöle oder Silicon-Öl unter hohen Driicken entsprechend
kompressibel und damit zur Erzielung der bei Federbeinen geforderten stark progressiven
Kennung in der Endphase einer maximalen Einfederung mit besonderem Vorteil geeignet
sind. Eine solche Flüssigkeitsfeder läßt sich, bezogen auf den Durchmesser eines
Federbeines, in diesem besonders günstig unterbringen.
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Der Druckraum der Puffervorrichtung kann beispielsweise in einem im
Zylinder des Federbeines angeordneten Innenzylinder untergebracht sein. In diesem
Falle ist der Tauchkoben am Kolben des Federbeins vorzusehen, so daß er sidh mit
diesem konform bewegt.
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Um hierbei die axiale Lange des den Tauchkolben aufnehmenden innenzylinders
verhältnismäßig klein wählen zu
können, ist es vorteilhaft, an den
Zylinder des Federbeins ein geschlossenes Druckgefäß anzubauen, das mit dem Innenzylinder
in Verbindung steht. In diesem Falle bilden die Räume des Innenzylinders und des
Druckgefäßes zusammen den Druckraum der Puffervorrichtung.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der
Druckraum ausschließlich in der Kolbenstange untergebracht und über die innerhalb
des Kolbens zentral angeordnete Öffnung zugänglich, zu welcher der Tauchkolben im
Zylinder des Federbeins koaxial angeordnet ist.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in der sich anschließenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Federbeines
und/oder in den Unteransprüchen erläutert: In der Zeichnung zeigen: Figur 1 einen
Längsschnitt des Federbeines Figur 2 einen Aussehnitt der Figur 1 in vergrößertem
Maßstab.
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I Figur 1 ist ein Zylinder des Federbeines als Ganzes mit 10, ein
im Zylinder geführter Kolben als Ganzes mit 12 und eine vom Kolben wegführende,
aus dem unteren Ende des Zylinders herausragende Kolbenstange mit 14 bezeichnet.
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Ein auf das obere offene Ende des Zylinders aufgesetztes Verschlußstück
16 besitzt an seiner Außenseite im zentralen Bereich eine kalottenförmige Vertiefung
18, die zusammen mit einem auf das Verschlußstück aufgeschraubten Ringstück 20 eine
Lagerpfanne für eine am Aufbau 22 eines Kraftfahrzeuges gehaltene Lagerkugel 24
bildet.
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An einem seitlichen Anschlußstutzen 26 des Verschlußstückes 16 ist
ein nicht dargestellter Druckspeicher angeschlossen, der über einen Verbindungskanal
28 mit dem Zylinderraum 30 des Zylinders 10 in Verbindung steht.
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Der Druckspeicher ist in bekannter Weise durch eine Membran in zwei
Räume aufgeteilt, wobei im einen Speicherraum ein Gaspolster und im anderen Speicherraum
ein flüssiges Medium, insbesondere Hydrauliköl,enthalten ist, das zugleich den Zylinderraum
30 ausfüllt.
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Zwischen dem Zylinderraum30 und dem Druckspeicher ist in bekannter
Weise ein Dämpfer 31 zwischengeschaltet, der vorzugsweise in dem Verbindungsstück
zwischen Druckspeicher und Zylinder untergebracht ist.
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Die Kolbenstange 14 ist am unteren Ende des Zylinders 10 in einer
dichtenden Kolbenstangenführung 32 geführt, wobei
zwischen Kolbenstange
14 und Zylinder 10 ein Ringraum 34 vorhanden ist, der über einen am Zylinder 10
angeschlossenen Anschlußnippel 36 an dem Hydrauliköl enthaltenden Druckraum eines
Druckspeichers angeschlossen ist.
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Am unteren Ende der Kolbenstange ist auf dieser ein als Ganzes mit
38 bezeichneter Radträger fest angeordnet, an dem beispielsweise mittels eines Lagerschaftes
40 eiii Lenker einer Einzelradaufhängung angelenkt sein kann.
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Die vorbeschriebenen Merkmale des Federbeins sind an sich bekannt
und bilden keinen Teil der Erfindung.
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In das Federbein ist eine Puffervorrichtung integriert, mit deren
Hilfe in der Endphase einer durch die abzufedernden Massen bewirkten maximalen Eintauchbewegung
der Kolbenstange 14 die Kennung des Federbeins eine stark progressive Veränderung
erfährt, um in der Schlußphase einer maximalen Einfederung die wirksamen Endkräfte
aufzufangen.
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Diese Puffervorrichtung umfaßt einen Druckraum 42 sowie einen Tauchkdben
44 und arbeitet dergestalt federwegabhängig, daß der Tauchkolben 44 erst nach einem
vorbestimmten axialen Verstellweg der Kolbenstange 14 in Einfeder richtung dichtend
in den mit einer schwachkompressiblen Flüssigkeit angefülltem Druckraum 42 eintaucht,
wobei die Flüssigkeit komprimiert und dadurch die stark progressive Federkennung
erzielt wird. Als Flüssigkeit ist vorzugsweise Hydrauliköl vorgesehen.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Druckraum 42 durch
eine sich von der Seite des Kolbens 12 koaxial in die Kolbenstange hineinerstreckende
Sacklochbohrung 46 gebildet, welcher der Tauchkolben 44 koaxial zugeordnet ist,
der mit seinem Hinterende an einem Ansatzstück 17 des Verschlußstückes 16 befestigt
oder angeformt ist, das sich in den Zylinderraum 30 hineinerstreckt.
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Wie Figur 2 zeigt, befindet sich das Vorderende des Tauchkolbens 44
in der Konstruktionslage des Kolbens 12 vor einer zu diesem koaxialen zylindrischen
Eintauchöffnung 48 des Druckraumes 42, die sich in einem vorbestimmten axialen Abstand
vom Kolben 12 innerhalb der Kolbenstange 14 befindet.
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Der Innendurchmesser der Eintauchöffnung 48 ist zum Außendurchmesser
des Tauchkolbens 44 derart abgestimmt, daß letzterer mit solcher Passungsqualität
in der Eintauchöffnung 48 verschiebbar ist, daß beim Zusammendrücken des sich im
Druckraum befindenden Hydrauliköls praktisch kein Ölverlust eintreten kann.
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Die Eintauchöffnung 48 ist innerhalb einer Buchse 50 angeordnet, welche
mit ihrem Buchsenschaft 52 in die den Druckraum 42 definierende Sacklochbohrung
46 mit hoher Passungsqualität eingesetzt ist. Die Buchse stützt sich hierbei mit
einem Außenbund 54 auf einer Innenringschulter 56 der Kolbenstange ab und ist mit
Hilfe einer in den Kolben und die Kolbenstange eingeschraubten Flanschbuchse 58
in der Kolbenstange axial gesichert. Die Flanschbuchse ihrerseits sichert mit ihrem
Buchsenflansch 60 einen Dichtring 62
des Kolbens 12. Der Tauchkolben
44 ragt in der Konstruktionslage des Kolbens 12 mit seinem Vorderende in die Flanschbuchse
58 hinein, wobei er erfindungsgemäß eine beispielsweise zylindrische Vertiefung
der Flanschbuchse 58 durchdringt. Das den Tauchkolben 44 tragende, konisch gestaltete
Ansatzstück 17 ist hinsichtlich seiner Abmessungen zur Vertiefung 59 so abgestimmt,
daß beim Eintauchen in diese durch die damit verbundene Verdrängung des Hydrauliköls
eine progressive Einfederungsdämpfung erzielt wird.
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Die die Eintauchöffnung 48 enthaltende Buchse 50 ist mit ihrem Buchsenschaft
52 in der Kolbenstangenbohrung selbstdichtend gehalten. Hierzu weist der Buchsenschaft
52 eine größere Länge als die Eintauchbohrung 48 auf. Dieses überstehende, sich
in den Druckraum hineinerstreckende Schaftteilstück 52' erweitert sich ausgehend
von der Eintauchöffnung, sukzessive bis zu seinem Stirnende derart, daß dieses Schaftteilstück
im Längsschnitt gesehen sich keilförmig verjüngende, dünnwandige Wandteile 52' besitzt.
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Diese werden durch den bei Zusammendrücken des Hydrauliköls im Druckraum
entstehende Druck in radialer Richtung nach außen gedrückt und mit der Außenumfangsfläche
an die Innenumfangsfläche der Kolbenstangenbohrung unter hohem Druck angepreßt.
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Um zu vermeiden, daß dennoch bei den entstehenden hohen Drücken im
Druckraum 42 zwischen dem Buchsenschaft 52 und der diesen aufnehmenden Bohrung 53
der Kolbenstange hindurchkriechendes Hydrauliköl nicht die Innenringschulter 36
passieren und auf die Flanschbuchse 58 wirken und diese aus dem sie haltenden Kolbenstangeninnengewinde
herausdrücken
kann, ist die Ringschulter 56 zur Bildung eines Ringraumes 64 stufenförmig abgesetzt,
wobei dieser Ringraum über die Buchse 50 im Bereich ihres Außenbundes 54 quer durchdringende
Verbindungskanäle 66 mit dem vor der Eintauchöffnung 48 liegenden zentralen Durchgang
des Außenbundes 54 verbunden ist. Sofern aus dem Druckraum verdrängtes Hydrauliköl
in den Ringraum 64 einströmen sollte, wird dieses dort entspannt und kann durch
den Außenbund 54 und die Flanschbuchse 58 in den Zylinderraum abfließen, so daß
im Bereich der die Flanschbuchse 50 abstützenden Innenringschulter 56 eine.Druckentlastung
gewährleistet ist.
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Auch die Führung des Tauchkolbens 44 in der Eintauchöffnung 48 der
Buchse 50 ist selbstdichtend ausgeführt, wozu in deren Umfangsfläche beispielsweise
zwei im Achsabstand voneinander vorgesehene Ringnuten 68, 70 eingearbeitet sind,
die im Innern des Buchsenschaftes 52 bzw, im Radialabstand zur Umfangs fläche der
Eintauchöffnung 48. einen sich in Achsrichtung der Buchse erweiternden Nutabschnitt
68' bzw. 70' aufweisen. Diese Nutabschnitte bilden Dichttaschen, in welchen sich
durch das zwischen Tauchkolben 44 und Eintauchöffnung 48 einsickernde Hydrauliköl
ein Druck ausbilden kann, der die Wandung der Eintauchöffnung 48 im Bereich der
Drucktaschen unter hohem Druck an den Umfang des Tauchkolbens 44 anzupressen vermag.
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Wie Figur 1 zeigt, ist der zwischen Zylinder 10 und Kolbenstange 14
vorhandene Ringraum 34 durch eine im
Durchmesser vergrößerte Ausbildung
des Kolbens 12 in dessen Bereich verengt, wobei eine den Kolben 12 in der Länge
begrenzende Stirnringfläche 13 beim Zusammenwirken mit der unteren Kolbenstangenführung
32 einen Anfederungsanschlag bildet.
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Das sich im Ringraum 34 befindende und beim Einfedern über den Anschlußnippel
36 zur Verdrängung kommende Hydrauliköl bewirkt erfindungsgemäß eine sich verstärkende
Ausfederungsdämpfung, sobald die Umfangskante der Stirnringfläche 13 des Kolbens
12 sich am Anschlußnippel 36 vorbeibewegt und mit diesem dann lediglich noch der
im Querschnitt verengte Abschnitt des Ringraumes in Verbindung steht.