-
-
Beschreibung
-
Für Rad- und Kettenfahrzeuge sind Drehstabfederungen und hydropneumatische
Federungen bekannt. Dabei ist im Fahrzeugrahmen ein das Rad tragender Schwingarm
drehbar gelagert, mit dem sich verhältnismäßig große Federwege beim Ein- und Ausfedern
erzielen lassen. Bei hydropneumatischen Federelementen ist der Schwingarm mit einem
Leitarm versehen, an dem der Kolben eines Zylinders angelenkt ist, der einen Trennkolben
zwischen der öl- und Gasseite aufweist. Dabei werden das Fahrzeuqgewicht und alle
auf den Schwingarm wirkenden Kraftänderunaen von asm komprimierten Gaspolster abgestützt.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Federelement
zu schaffen, das einen vergleichsweise großen Federweg aufweist, das bei kleinstmöglichem
Platzbedarf eine große Energieaufnahme besitzt und das ein gutes Federverhalten
aufweist.
-
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist ein hydromechanisches
Federelement vorgesehen, wobei das kombinierte Federverhalten dadurch erreicht wird,
daß die statische Grundlast des Fahrzeuges, also das Fahrzeuggewicht, das anteilig
auf den Schwingarm wirkt, vom hydraulischen Druck abgestützt ist, während die durch
Kraftänderungen hervorgerufenen Bewegungen des Schwingarmes entgegen der Kraft von
Federn erfolgen.Diese Federn werden also erst wirksam, wenn am Schwingarm Kraftänderulzgen
auftreten, die zu einem Ein- und Aus federn führen. Das hydromechanische Federelement
weist einen geringen Platzbedarf auf und ist zum Abstützen und Abfedern hoher Fahrzeuggewichte
besonders geeignet.
-
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der der hydraulischen
Abstützung des anteiligen Fahrzeugqewichts
dienende Druckraum an
einen hydraulischen Speicher angeschlossen, in den die beim Einfedern aus dem Druckraum
verdrängte hydraulische Flüssigkeit einströrrt und aus dem beim Aus federn die Flüssigkeit
wieder in den Druckraum nachfließt. Erfindungsgemäß sind ferner die Druckräume aller
Federelemente eines Fahrzeuges miteinander verbunden und an einen gemeinsamen hydraulischen
Speicher angeschlossen. Dies hat den Vorteil, daß der hydraulische Speicher sehr
klein sein kann, da beim Befahren von Bodenunebenheiten die einzelnen Räder teilweise
einfedern und teilweise ausfedern. Es kann somit die von den einfedernden Elementen
verdrängte Flüssigkeit in die Druckräume der aus federnden Federelemente übertreten
und der hydraulische Speicher hat nur das sich allenfalls ergebende Differenzvolumen
der verdrängten Flüssigkeit auf zunehmen. Im Idealfall hätte der Speicher Nullvolumen
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weisen die den Kolben abstützenden Federn
eine Vorspannung auf. Bei vergleichsweise geringen Kraftänderungen, die am Schwingarm
auf treten, bleibt das Federelement steif und kann der Schwingarm nicht verschwenken.
Eine solche Federkennlinie ist erwünscht, weil das Ein- und Ausfedern des Schwingarms
erst bei Überschreiten einer vorbestimmten Kraft änderungsgröße erfolgen soll, wenn
also die Federvorspannung überwunden wird. Damit wird ein stabiles Federungsverhalten
erzielt.
-
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, die Ausgangslage des Kolbens,
die er beim Abstützen des reinen Fahrzeuggewichtes einnimmt F zu verndern, indem
ein Anschlag oder beide Anschläge, auf denen sich der Kolben über die Federn abstützt,
hydraulisch einstellbar sind. Damit ist die Bodenfreiheit des Bodenfahrzeuges regulierbar.
Der Schwingarm kann angehoben oder abgesenkt werden. Die Verstellung kann stetig
oder stufenweise über geeignete Ventile vorgenommen werden, welche die Druckräume
der als
Kolben ausgebildeten Anschläge mit dem Drucknetz verbinden.
-
Erfindungsgemäß läßt sich auch der Zylinderraum auf der dem zur Abstützung
des Fahrzeuggewichtes dienenden Druckraum gegenüberliegenden Seite mit hydraulischem
Druck beaufschlagen. Auch mit dieser Maßnahme läßt sich die Ausgangsstellung des
Schwingarms verändern. Außerdem kann damit auch die Federvorspannung hydraulisch
verändert werden. In vorteilhafter Weise läßt sich somit die Federkennlinie anpassen.
-
Insgesamt läßt sich eine weiche Federkennung bei sehr großen Hüben
des Schwingarms erzielen, wobei aber im Nennlastbereich, also im mittleren Teil
der Federkennlinie die Abfederung unempfindlich ist. Erst oberhalb der Vorspannung
setzt der Federbereich ein.
-
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung
eines Federelements, teilweise im Schnitt; Fig. 2 eine Darstellung der Kennlinie
des Federelements nach Anspruch 1; Fig. 3 ein Federelement mit verstellbarem Anschlag
und Fig. 4 ein Federelement mit zwei verstellbaren Anschlägen In Fig. 1 ist ein
Schwingarm 10 bei 11 in einem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen schwenkbar gelagert.
Am freien Ende des Schwingarms ist ein ebenfalls nicht dargestelltes Rad eines Fahrzeuges
drehbar gelagert. Mit dem Schwingarm 10 ist ein Leitarm 12 fest verbunden, der
mit
einem Gleitzapfen 13 in einem Mitnehmer 14 geführt ist, der an einem Kolben 16 eines
hydraulischen Zylinders 18 befestigt ist. Dabei weist das Gehäuse 19 des hydraulischen
Zylinders eine seitliche öffnung 20 auf.
-
Das Gehäuse 19 des Zylinders ist beidseitig mit Stirnwänden 21 und
22 verschlossen, in welche als Anschläge dienende Bolzen 23 und 24 eingeschraubt
sind.
-
Der Kolben 16 ist ein Hohlkolben, der aus einer Kolbenhülse 26 und
stirnseitigen Böden 27 und 28 besteht, die in der Kolbenhülse durch Ringe 29 gehalten
sind. Innerhalb der Kolbenhülse 26 sind zwei Federn 30 und 31 angeordnet, deren
Enden sich an Federtellern 32, 33 abstützen. In Bohrungen der Kolbenböden 27 und
28 sind Zapfen 34, 35 verschiebbar, die einerseits in Anlage mit je einem Federteller
und andererseits in Anlage mit einem der verstellbaren Anschläge 23, 24 sind.
-
Die Abstützung des anteiligen Fahrzeuggewichtes über ein am Schwingarm
10 befestigtes Rad am Boden liefert eine KraftFelche den Leitarm 13 um die Bohrung
11 im Uhrzeigersinn zu schwenken sucht. Zur Abstützung dieser statischen Last wird
der Druckraum 40 des Zylinders an ein im einzelnen nicht dargestelltes Drucknetz
41 angeschlossen, das beispielsweise einen Druck von 200 bar liefert. In der zum
Drucknetz 41 führenden Leitung 42 ist außerdem eine einstellbare Dämpfungsdrossel
43 und ein hydraulischer Speicher 44 vorgesehen. Der dem Druckraum 40 gegenüberliegende
Zylinderraum 46 ist über eine Leitung 47 an den Tank angeschlossen, ist also druckentlastet.
-
In Fig. 2 ist die sich mit dem Federelement gemäß Fig.1 ergebende
Federkennlinie mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. In der dargestellten Ausgangslage,
die einer mittleren Höhe des Schwingarmes 10 entspricht, ist der
Druck
im Druckraum 40 so hoch, daß das auf den Schwingarm 10 wirkende Fahrzeuggewicht
hydraulisch abgestützt ist. Die dabei auf den Schwingarm wirkende Kraft ist mit
Fo bezeichnet. Treten nun am Schwingarm Kraftänderungen auf, die den Schwingarm
zu schwenken suchen, so wird eine Ein- bzw. Ausfederbewegung des Kolbens .16 erst
erfolgen, wenn die Vorspannkraft der mit Vorspannung in den Kolben eingebauten Federn
30 und 31 überwunden ist.
-
Solange die Kraftänderungen unterhalb des Vorspannwertes der Federn
bleiben, kann sich der Schwingarm nicht verschwenken. Dieser Abschnitt der Federkennlinie
ist in Fig. 2 mit 51 bezeichnet. Die Höhe des Abschnitts 51 entspricht dem Vorspannwert
der Federn 30, 31.
-
Erst nach Überschreiten der Federvorspannung kann sich der Kolben
verschieben und werden dabei die Federn 30 und 31 zusammengedrückt. Beim Ausfedern,
wenn sich der Schwingarm 10 im Gegenuhrzeigersinn schwenkt, werden die Federn 30,
31 bei einer Verschiebung des Kolbens 16 nach links zusammengedrückt, wobei der
linke Federteller 32 über den Zapfen 34 am Anschlag 23 gehalten ist. Beim Einfedern
und der damit verbundenen Bewegung des Kolbens 16 nach rechts werden die Federn
vom Kolbenboden 27 gegen den über den Zapfen 35 am Anschlag 24 gehaltenen Federteller
33 gedrückt.
-
Gleichzeitig wird beim Einfedern hydraulische Flüssigkeit aus dem
Druckraum 40 in den Speicher 44 verdrängt, während beim Aus federn die Flüssigkeit
aus dem Speicher 44 wieder in den Druckraum 40 nachfließt. Es ergibt sich somit
die in Fig.2 dargestellte Federkennlinie mit einem unempfindlichen Mittelbereich,
an den sich beidseits ein Federbereich mit weichem Verhalten anschließt.
-
Der Kolbenhub bzw. der Weg des Schwingarms ist mit s be-In Fig. 3
ist eine abgeänderte elementes dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen,
nur mit einer vorgestellen 1 versehenen Bezugs-
zeichen versehen
sind.
-
In Fig. 3 ist der linke Anschlag für den Kolben als Anschlagkolben
160 ausgebildet, der in einer Bohrung des Zylinderdeckels 121 verschiebbar ist und
einen Druckraum 161 aufweist der über ein einstellbares Druckreduzierventil 162
mit dem Drucknetz 141 verbunden ist. Solange der Druck im Drucknetz 141 größer als
der Druck im Raum 161 ist, ist das Druckreduzierventil 162 geöffnet. Erreicht der
Druck in der Kammer 161 den am Ventil eingestellten Wert, so schließt das Ventil.
Dieser eingestellte Druck in der Kammer 161 wird konstant gehalten. Steigt nämlich
der Druck durch Krafteinwirkung auf den Anschlagkolben 160, so öffnet das Ventil
und Flüssigkeit fließt in das Drucknetz zurück. In der Verbindungsleitung 163 kann
eine Dämpfungsdrossel 164 vorgesehen sein.
-
Das Druckreduzierventil 162 ist zum Anheben des in Fig.3 nicht dargestellten
Schwingarms vorgesehen. Durch Druckentlastung des Raums 161 kann der Anschlagkolben
160 ausgehend von der in Fig. 3 dargestellten Mittellage nach links verschoben werden.
Durch den Druck im Druckraum 140 folgt der Kolben 116 nach und wird in der durch
den Anschlagkolben 160 vorgegebenen Stellung erhalten, die bei dem in Fig. 1 dargestellten
Schwingarm 10 einer angehobenen Lage des Fahrzeugs entspricht. Auf diese Weise kann
das Fahrzeug angehoben werden und damit eine oröberge Bodenfreiheit erhalten. In
Fig. 2 ist diese Verschiebung der Kennlinie mit 52 bezeichnet. Ist der Schwingarm
in der maximalen gehobenen Lage, so ist naturgemäß die Schwingbewegung beim Ausfedern
begrenzt.
-
Aus Fig. 3 ist weiter ersichtlich, daß auch der Druckraum 146, welcher
dem Druckraum 140 gegenüberliegt, über eine Leitung 169 und ein Druckreduzierventil
170
an das Drucknetz 141 angeschlossen ist. Wird über das Ventil
170 die Zylinderkammer 146 mit Druck beaufschlagt, so wird der Kolben 116 nach rechts
verschoben und gelangt damit das Fahrzeug. über den Schwingarm in eine abgesenkte
Stellung, für welche die in Fig. 2 bezeichnete Kennlinie 54 gilt. Bei der. rechts
gerichteten Bewegung des Kolbens 116 werden auch die Federn 130, 131 zusammengedrückt,
so daß sich eine erhöhte Vorspannung der Federn ergibt. Im Fahrbetrieb simuliert
das Absenken des Kolbens 116 aus der Mittelstellung ein erhöhtes Fahrzeuggewicht,
das durch einen erhöhten Druck im Druckraum 140 abgestützt werden muß. Bei diesem
erhöhten Gewicht ist es sinn voll, wenn der unempfindliche Bereich der Federkennlinie
durch Erhöhung der Federvorspannung vergrößert wird Dies ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen
55 angedeutet.
-
Die in der Leitung 163 vorgesehene Drossel 164 ist im Vorlauf und
auch im Rücklauf wirksam, sodaß sich bei Krafteinwirkung auf den Anschlagkolben
160 eine Anschlagsdämpfung ergibt. Mit der in der Rücklaufleitung 165 vorgesehenen
Drossel 166 läßt sich eine zusätzliche Dämpfung des Anschlagkolbens 160 erzielen,
wenn bei Übersteigen des Drucks in der Kammer 161 Flüssigkeit in das Drucknetz 141
zurückfließt.
-
In dem in Fig. 4 dargestellten abgeänderten Ausführungsbeispiel, bei
dem gleiche Bauteile mit gleichen, jedoch mit einer vorgestellten 2 versehenen Bezugszeichen
bezeichnet sind, ist auch der rechte, an den Druckraum 240 angrenzende Anschlag
hydraulisch verstellbar. Der Anschlag ist als Stufenkolben 280 ausgebildet und teilt
einen Druckraum 281 ab, der über eine Leitung 282 und ein Rückschlagventil 283 mit
dem Drucknetz 241 sowie über ein elektrisch ansteuerbares Druckbegrenzungsventil
284 ebenfalls mit dem Drucknetz 241 verbunden ist. Über das Rückschlagventil 283
ist die Kammer 281 mit dem im Drucknetz herrschenden Druck beaufschlagt. Über ein
Mehrwege-
ventil 290 ist die Druckkammer 261 des Anschlagkolbens
260 mit dem Drucknetz 241 verbindbar. Ist das Mehrwegeventil 290 in der dargestellten
Stellung, die der Normalstellung entspricht, so ist auch der Anschlagkolben 260
mit dem im Drucknetz herrschenden Druck beaufschlagt. Die Differenzfläche des Stufenkolbens
280 ist geringer als die Querschnittsfläche des Anschlagkolbens 260, sodaß die von
dem Anschlagkolben 260 und dem Stufenkolben 280 ausgeübten Kräfte den Kolben 216
in der dargestellten Normallage, also in mittlerer Höhe des nicht dargestellten
Schwingarms halten. Soll der Kolben nach links verschoben und damit das Fahrzeug
angehoben werden, so wird über das Mehrwegeventil 290 die Kammer 261 mit Tank verbunden.
-
Soll dagegen der Kolben 216 nach rechts verschoben und das Fahrzeug
abgesenkt werden, so bleibt das Mehrwegeventil 290 in der dargestellten Normalstellung
und wird das Mehrwegeventil 292 umgeschaltet, so daß die Verbindung des Druckraums
246 mit Tank abgesperrt und der Druckraum 246 mit dem Drucknetz 241 verbunden wird.
Da die auf den Kolben im Zylinderraum 246 durch den Druck ausgeübte Kraft größer
ist als die auf den Stufenkolben 280 wirkende Gegenkraft durch den Druck im Raum
281,wird der Kolben 216 nach rechts verschoben, ohne daß die Federn 230, 231 zusammengedrückt
werden, ohne daß also die Vorspannung vergrößert wird.
-
Bei starkem Ein- oder Ausfedern kann der Kolben 216 an den Anschlagkolben
260 oder den Stufenkolben 280 anschlagen. Um zu vermeiden, daß der Anschlagkolben
260 bzw. der Stufenkolben 280 durchschlägt und in Berührung mit dem Zylinderdeckel
gerät, ist je ein Druckbegrenzungsventil 284 bzw. 294 vorgesehen, das auf einen
entsprechend hohen Druckwert eingestellt wird, sodaß sich der Druck in der Kammer
261 bzw. 281 stark erhöhen kann und damit dem Kolben 216 ein erhöhter Widerstand
entgegengesetzt wird Die
Einstellung der Druckbegrenzungsventile
284 bzw. 294 erfolgt durch Ansteuerung von im Zylinder eingebauten Wegsensoren 295
und 296, welche die jeweilige Endstellung des Kolbens 216 erfassen.
-
Solange die Wegsensoren 295, 296 nicht ansprechen, sind die Druckbegrenzungsventile
284,294 auf einen geringeren Wert eingestellt, sodaß sich eine normale Dämpfung
für den Anschlagkolben 260 bzw. den Stufenkolben 280 ergibt.