DE3406032C2

DE3406032C2 -

Info

Publication number: DE3406032C2
Application number: DE3406032A
Authority: DE
Inventors: Heinz Knecht; Hubert 5208 Eitorf De Beck
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Boge GmbH
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1987-08-13
Also published as: IT8519482A0; GB2155584B; FR2559716A1; GB2155584A; DE3406032A1; IT1183334B; GB8430444D0; FR2559716B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung mit lastabhängiger Dämpfungssteuerung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens zwei im Bereich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse angeordneten Teleskop-Federzylindern, wobei die Teleskop-Federzylinder mit einem Druckspeicher ver bunden sind und ein Drosselelement für die Zug- und Druck dämpfung konstante, mit Ventilen bestückte Durchlässe für das Druckmittel aufweist und mindestens eine Feder das Ventil beaufschlagt und über ein Element an einem Steuer schieber abgestützt ist, wobei der Steuerschieber axial verschiebbar und mit einer Stirnseite durch das Druckmittel und mit der entgegengesetzten Stirnseite durch den Atmosphärendruck beaufschlagt ist.

Es sind Dämpfungsvorrichtungen für hydropneumatische Federn von Kraftfahrzeugen bekannt (z. B. DE-AS 15 75 191), bei denen zur Beeinflussung der Dämpfungskraft mindestens ein von einer Ventilfeder belastetes Ventil vorgesehen ist. Die an einem Steuerkolben abgestützte Ventilfeder wird vom lastabhängigen Druck so beeinflußt, daß mit zunehmender Last die Federkraft der Ventilfeder erhöht wird, so daß lediglich der Öffnungspunkt des Ventiles durch den System innendruck verändert wird. Dabei sind bestimmte Grenzen durch die Charakteristik der jeweiligen Feder vorgegeben.

Darüber hinaus ist eine Einrichtung zur Veränderung der Dämpfungskraft bekannt (z. B. DE-OS 31 11 410), bei der durch die Druckmittelpumpe Dämpfungsflüssigkeit über die Leitungen in die Federzylinder eingespeist sind, so daß über den sich aufbauenden Druck die Kolbenstange des Stoßdämpfers ausgeschoben und somit das Fahrzeugheck ange hoben wird. Diese Vorrichtung gestaltet die Möglichkeit, daß das Fahrzeug trotz unterschiedlichem Belastungszustand das Sollniveau erreicht. Nachteilig ist hierbei, daß der Steuerschieber relativ lang baut und dem Druckspeicher derart vorgeschaltet ist, daß ein direkter winkeliger Abgang, wie er oft aus Platzgründen benötigt wird, nicht möglich ist. Andererseits ist bei dieser Konstruktion zu befürchten, daß die in diesem Fall auch weggebende Membrane instabile Formen annimmt und die erforderliche Steuerweggenauigkeit beeinträchtigt. Zudem wird der Drosselquerschnitt nur vom Systemdruck gesteuert, wobei Druck- und Zugstufendämpfung nicht unabhängig beeinflußbar sind. Hinzu kommt, daß der Steuerstößel bei Erzeugung von Dämpfungskraft unerwünschte Reaktionskräfte an der Trennmembrane erzeugt.

Ebenfalls sind Federzylinder mit integriertem, lastabhängig wirkenden Dämpfungsventil bekannt (z. B. DE-PS 16 55 094), die sich auf ein geschlossenes System beziehen. Dieses System beeinflußt durch einen federbelasteten Ventilschieber die Federung des Fahrzeuges. Die Fahrzeugdämpfung wird hier bei nicht beeinflußt. Eine hydropneumatische Federung dieser Art schaltet entsprechend der Fahrzeugbelastung kaskadenartig zwei oder mehrere druckunterschiedliche Gasdruckspeicher hintereinander, um somit günstigere Federkennlinien zu er halten.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine hydropneumatische Federung so zu gestalten, daß zur Verbesserung des Fahrkomforts eine selbsttätige Erhöhung der Fahrzeugdämpfung bei Zuladung und eine Verringerung der Fahrzeugdämpfung bei Entladung des Fahrzeuges gewähr leistet ist, wobei zur variablen Gestaltung von Dämpfungs kraft-Kennlinien nicht nur verschiedene Federn sondern zu sätzlich noch Querschnittsveränderungen der Durchlässe herangezogen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Steuerschieber selbst oder mit dem den Steuer schieber aufnehmenden Zylinder gemeinsam einen axial ver laufenden, einseitig verschlossenen Durchlaß aufweist, welcher zusammen mit einer Ausnehmung des Steuerschiebers und einer Ausnehmung des Zylinders einen Bypaß mit veränder barem Drosselquerschnitt bilden. Dabei ist die Ausnehmung mit Vorteil als Bohrung, Kanal oder in Verbindung mit einem Konus ausge bildet.

Vorteilhaft ist bei einer derartigen Ausführungsform, daß die Fahrzeugdämpfung mittels des Drosselelementes selbst tätig geregelt wird, und zwar wird bei Zuladung, also bei Druckerhöhung der Drosselquerschnitt verengt und bei Entladung vergrößert, ohne auf Dämpfungsdruckbeeinflussungen reagieren zu müssen. Durch die Dämpfungserhöhung bei Zula dung des Fahrzeuges lassen sich die großen Fahrzeugmassen während des Fahrbetriebes leichter beruhigen, so daß eine wesentliche Verbesserung des Fahrverhaltens eintritt. Außerdem werden z. B. übermäßige Wankbewegungen des Fahr zeugaufbaus schneller abgebaut.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß das Drosselelement im Arbeitszylinder des Teleskop-Federzylinders angeordnet und in Form eines Dämpfungskolbens mit der Kolbenstange verbunden ist, wobei der Bypaß den oberen und unteren Arbeitsraum zu beiden Seiten des Drosselelementes mit einander verbindet.

Hierbei ist von Vorteil, daß eine einfache und günstige Integration des Drosselelementes im Innenraum des Teleskop-Federzylinders geschaffen wird. Es läßt sich dabei eine besonders kompakte Einheit erreichen, die hinsichtlich der axialen Baulänge des Aggregates keinen nennenswert größeren Bauraum benötigt.

Zur weiteren günstigen Ausnutzung des Raumangebotes läßt sich die Geometrie des Teleskop-Federzylinders und der Kolbenstange günstig ausnutzen. Dabei ist nach einer vor teilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß der Steuer schieber axial verschiebbar im Hohlraum der zur Atmosphäre hin unverschlossenen Kolbenstange aufgenommen ist.

Eine weitere erfindungswesentliche Ausführungsform sieht vor, daß das Drosselelement als separates Bauteil dem Teleskop-Federzylinder in der Druckmittelleitung vorge schaltet ist. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß das Drosselelement als selbständiger Baustein be liebig zwischen dem Teleskop-Federzylinder und der Druck mittelleitung angeordnet werden kann. Dabei bringt eine derartige Anordnung auch den Vorteil mit sich, daß das Drosselelement im Bedarfsfall schneller und kosten günstiger ausgetauscht werden kann, als dies im Vergleich zum gesamten Teleskop-Federzylinder der Fall sein dürfte.

Bei Verwendung eines separaten Drosselelementes, welches gleichzeitig als Dämpfungsbaustein verwendet werden kann, ist eine Vereinfachung des Teleskop-Federzylinders ohne weiteres möglich, indem in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, daß der Dämpfungskolben des Teleskop-Federzylinders ohne Durchlässe oder mit kon stanten Durchlässen oder mit Durchlässen und Ventilen versehen ist. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß der Teleskop-Federzylinder in seinem Durchmesser wesentlich kleiner gestaltet werden kann, denn der Dämpfungskolben oder die Kolbenstange muß lediglich für eine Ölbewegung im System sorgen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer voll- oder teiltragenden hydropneumatischen Federung mit Niveauregelung,

Fig. 2 einen Teleskop-Federzylinder im Schnitt mit einem Kolben, der wie üblich Zug- und Druckventile und dazu eine last- bzw. druckabhängig wirkende Selbst regelung beinhaltet,

Fig. 3 einen Teleskop-Federzylinder mit einem Führungs kolben im Schnitt, wobei die last- bzw. druckab hängige Dämpfungsregelung in dem nachgeschalteten, separaten Drosselelement erfolgt,

Fig. 4 das separate Drosselelement als Einzelteil im Schnitt,

Fig. 5 einen Teleskop-Federzylinder im Prinzip wie in Fig. 3 gezeigt, jedoch mit zusätzlichen Ventilen am Dämpfungskolben,

Fig. 6 einen Teleskop-Federzylinder im Schnitt im Prinzip wie in Fig. 3 bereits gezeigt, jedoch mit einem geschlossenen, d. h. ohne Durchlässe versehenen Führungs- bzw. Verdrängerkolben,

Fig. 7 einen Teleskop-Federzylinder im Prinzip wie in Fig. 2 bereits gezeigt, jedoch ist der Bypaß durch einen Konus und einen Kanal gebildet,

Fig. 8 ein separates Drosselelement wie in Fig. 4 mit einem Bypaß bestehend aus Konus und Kanal.

Die in Fig. 1 gezeigte schematische Darstellung einer voll- oder teiltragenden hydropneumatischen Federung mit Niveauregelung für Fahrzeuge besteht im wesentlichen aus der Druckmittelpumpe 1, den Druckmittelleitungen 2, dem Regelelement 3, den Druckspeichern 4 und den Teleskop- Federzylindern 5. Die Teleskop-Federzylinder 5 bestehen aus einem Gehäuse 6, dem oberen Arbeitsraum 7 und dem unteren Arbeitsraum 8, wobei die Kolbenstange 9 an einem nicht dargestellten Radführungsglied angelenkt und das Gehäuse 6 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Der obere Arbeitsraum 7 und der untere Arbeitsraum 8 sind durch einen an der Kolbenstange 9 befestigten Dämpfungskolben 10 voneinander getrennt. Für einen genügenden Vorrat an Druckmittel dient das Reservoir 11.

Fig. 2 zeigt einen Teleskop-Federzylinder 5, bei dem der obere Arbeitsraum 7 vom unteren Arbeitsraum 8 durch den Dämpfungskolben 10 getrennt wird. Die Grunddämpfung erfolgt über die Durchlässe 12 und 15 und die entsprechenden Dämpfungs ventile 13 und 16. Die lastabhängige Dämpfung wird durch den wirksamen Drosselquerschnitt zwischen der Ausnehmung 23 und der Ausnehmung 24 übernommen. Der Anschluß 26 ist dabei für eine Verbindung mit der Druckmittelleitung 2 vorgesehen.

Der Bypaß 14, 23, 24 besitzt einen Strömungsweg über den Durchlaß 14, die Ausnehmung 23 im Steuerschieber 20 und die Ausnehmung 24 der Kolbenstange 9 in den unteren Arbeitsraum 8. Dabei wird der wirksame Drosselquerschnitt durch den Druck im oberen Arbeitsraum 7 und den Atmosphärendruck, welcher im Hohlraum 19 der Kolbenstange 9 herrscht, beeinflußt. Das Wirksamwerden des Atmosphärendruckes auf den Steuerschie ber 20 gewährleistet die Bohrung 27, welche als Verbindung des Hohlraumes 19 der Kolbenstange 9 zur Atmosphäre dient.

Funktionsmäßig wird beim Einfahren der Kolbenstange 9 das Druckmittel vom oberen Arbeitsraum 7 über die Durchlässe 12 gegen das Ventil 13 in den unteren Arbeitsraum 8 ge drückt. Gleichzeitig strömt Druckmittel durch den Kanal 14. Beim Ausfahren der Kolbenstange 9 strömt Druckmittel durch die Durchlässe 15 gegen das Ventil 16 und entweicht in den oberen Arbeitsraum 7. Das Ventil 16 in Form eines Feder blattes wird über eine bis zu einem Anschlag verschiebbare Scheibe 17, auf der die Federkraft der Feder 18 ruht, be aufschlagt. Gleichzeitig durchströmt das Druckmittel in der Zugstufe wiederum den Durchlaß 14.

Wird das Kraftfahr zeug weiter beladen, so speist die Pumpe 1 zur Niveauregulierung entsprechend mehr Druckmittel in die Anlage ein. Die Einspeisung von Druck mittel erfolgt solange, bis das Sollniveau des Fahrzeuges erreicht ist. Der hierdurch zwangsläufig zustande gekommene höhere Druck beaufschlagt den zur Atmosphäre hin abgedich teten Steuerschieber 20, so daß der Steuerschieber 20 gegen die Federkraft der Federn 18 und 21 eine entsprechende Position einnimmt. Dabei verkleinert sich der Drosselquer schnitt an den Ausnehmungen 23 und 24, da die Ausnehmung 23 relativ zur Ausnehmung 24 axial verschoben worden ist, wobei gleichzeitig die Feder 18 eine höhere Vorspannung erhält.

Die Verkleinerung des Drosselquerschnittes und die höhere Vorspannung der Feder 18 ist für eine Dämpfungserhöhung ausschlaggebend, wobei die Zugdämpfung nicht ausschließlich über die Querschnittsverkleinerung der Drosselstelle, son dern zusätzlich noch durch eine entsprechend variable Fe dervorspannung der Feder 18 geregelt wird.

Bei hoher Belastung des Kraftfahrzeuges wird sich also die Drosselstelle zwischen der Ausnehmung 23 und der Ausnehmung 24 vollständig schließen, so daß das Druck mittel nur noch über die Durchlässe 12 und 15 sowie die entsprechenden Ventile 13 und 16 fließen kann. Durch die höhere Vorspannung der Feder 18 gegen das Zugventil 16 wird dieses noch zusätzlich schwerer durchströmbar gemacht. Die Feder 21 ist nicht zwingend notwendig, sie kann zur Variation des Dämpfungseinstellbereichs verwen det werden (Abstimmung von Ventilbeaufschlagung und konstantem Durchlaßverhalten!).

In Fig. 3 ist ein Teleskop-Federzylinder 5 gezeigt, der über die Druckmittelleitung 2 mit einem Drosselelement (Fig. 4), welches als separates Bauteil 25 ausgebildet ist, verbunden ist. Der Teleskop-Federzylinder 5 besteht aus dem Gehäuse 6, der Kolbenstange 9 sowie dem Dämpfungs kolben 10. Der Kolben 10 besitzt konstante Durchlässe 28 und trennt den Arbeitszylinder in den oberen Arbeitsraum 7 und den unteren Arbeitsraum 8. Bei Verwendung eines der artigen Teleskop-Federzylinders 5 wird die lastabhängige Dämpfung durch das in Fig. 4 dargestellte separate Bauteil 25 vorgenommen.

Fig. 4 zeigt das Drosselelement als separates Bauteil 25, welches in die Druckmittelleitung 2 eingeschaltet ist. Der Kolben 29 entspricht dem in Fig. 2 dargestellten Dämpfungskolben 10 sowohl im Aufbau als auch in der Funktionsweise. Das Drosselelement weist Durchlässe 12 und 15 sowie Ventile 16 und 13 auf. Der Steuerschieber 20 ist mit einem Durchlaß 14 versehen, wobei die Ausnehmung 23 des Steuerschiebers 20 zusammen mit der Öffnung 24 einen Drosselquerschnitt bildet. Dabei ist einerseits der Steuer schieber 20 über das Rohr 22 mit dem Druckmitteldruck über seine erste Stirnfläche 30 beaufschlagt, wobei andererseits die Stirnfläche 31 mit der Atmosphäre zusammenarbeitet. Hier zu ist der Hohlraum 32 mit einer Bohrung 33 versehen. Zur entsprechenden Strömungsverbindung ist der Durchlaß 14 an seinem der Drosselstelle entgegengesetzten Ende mit einer Verbindung 34 ausgerüstet, so daß über die Ausnehmung 24, die Ausnehmung 23, die Längsbohrung 14 und die Ver bindung 34 der Bypaß wirksam werden kann.

Eine separate Anordnung des Bauteils 25 bringt den Vorteil mit sich, daß dieses Bauteil 25 im Bedarfsfall schnell und kostengünstig ausgetauscht werden kann. Die gesamte Einheit kann beispielsweise auch in Form einer Patrone mit Schraubring oder Schnellverschluß verwendet werden, wobei dann beim Wechseln einer solchen Patrone automatisch ein Rückschlagventil den Systemdruck erhält und nach Einbau einer neuen Patrone ein selbsttätiges Öffnen des Rückschlagventiles gewährleistet ist, so daß der Durchfluß wieder hergestellt ist.

In Fig. 5 ist ein Teleskop-Federzylinder 5 gezeigt, der im Prinzip dem in Fig. 3 entspricht. Es sind lediglich für eine eventuell gewünschte Grunddämpfung des Systems zusätzliche Ventile 35 und 36 vorgesehen. Ansonsten ent spricht diese Ausführungsform in Aufbau und Wir kungsweise dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Prinzip. Der artige Ventile 35 und 36 sind bei Anwendungen mit kleinen Kolbenstangendurchmessern mitunter nötig, denn hier wird entsprechend weniger Öl über das Bauteil 25 verdrängt, so daß je nach Anwendungsfall der Dämpfungskolben 10 über die Ventile 35 und 36 eine Grunddämpfung erhalten kann.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel nach Fig. 3 ist in der Fig. 6 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der Te leskop-Federzylinder 5 mit einer Kolbenstange 9 versehen, die über den Kolben 10 den Arbeitszylinder in einen oberen 7 und unteren Arbeitsraum 8 unterteilt. Dabei ist der Kolben 10 geschlossen als Scheibe ausgebildet und mittels einer Dichtung 37 abgedichtet. Der untere Arbeitsraum 8 ist über ein Entlüftungsloch 38 zur At mosphäre hin entlüftet. Diese Ausführungsform wird für den Fall benötigt, wo z. B. der Federzylinder 5 besonders große Massen zu tragen hat und daher die gesamte Kolben fläche benötigt. Da die Durchflußmengen entsprechend hoch sind, kann auf eine Grunddämpfung im Teleskop-Federzylin der 5 verzichtet werden. Die Dämpfung wird dann aus schließlich im separaten Bauteil 25 erzeugt.

Der in Fig. 7 dargestellte Teleskop-Federzylinder ist im Prinzipp wie der in Fig. 2 bereits dagestellte aus geführt, jedoch mit dem Unterschied, daß der Bypaß nicht über eine Mittelbohrung im Steuerschieber 20 gebildet wird, sondern die Steuerung der Flüssigkeitskammer wird durch den Konus 41 geregelt, von dem aus das Druckmittel über den Kanal 40 in den unteren Arbeitsraum strömt.

Fig. 8 zeigt ein separates Drosselelement im Prinzip wie in Fig. 4 bereits dargestellt, wobei ebenfalls die Steuerung des Druckmittels über den Konus 41 erfolgt und der Kanal 40 als Verbindung zur Gewährleistung des Bypasses herangezogen wird. Der Kanal 40 ist als Nut oder Rille oder auch als Anschliff in der Außenfläche des Steuerschiebers 20 untergebracht. Der Kanal 40 er füllt damit die gleichen Voraussetzungen wie eine zen trische Mittelbohrung, wie sie in Fig. 2 oder auch 4 dargestellt ist.

Claims

1. Hydropneumatische Federung mit lastabhängiger Dämpfungs steuerung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei im Bereich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse angeordneten Teleskop-Feder zylindern, wobei die Teleskop-Federzylinder mit einem Druckspeicher verbunden sind und ein Drosselelement für die Zug- und Druckdämpfung konstante, mit Ventilen be stückte Durchlässe für das Druckmittel aufweist und mindestens eine Feder das Ventil beaufschlagt und über ein Element an einem Steuerschieber abgestützt ist, wobei der Steuerschieber axial verschiebbar und mit einer Stirnseite durch das Druckmittel und mit der entgegengesetzten Stirnseite durch den Atmosphärendruck beauf schlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (20) selbst oder mit dem den Steuerschieber (20) aufnehmenden Zylinder (z. B. Kolbenstange 9) gemeinsam einen axial verlaufenden, einseitig verschlossenen Durchlaß (14 bzw. 40) aufweist, welcher zusammen mit einer Ausnehmung (23) des Steuerschiebers (20) und einer Ausnehmung (24 ) des Zylinders einen Bypaß mit veränder barem Drosselquerschnitt bilden.

2. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (24) als Bohrung, Kanal oder konische Fläche (41 ) ausgebildet ist.

3. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement im Arbeitszylinder des Teleskop- Federzylinders (5) angeordnet und in Form eines Dämpfungs kolbens (10) mit der Kolbenstange (9) verbunden ist, wobei der Bypaß den oberen (7) und unteren Arbeitsraum (8) zu beiden Seiten des Dämpfungskolbens (10) miteinander verbindet.

4. Federung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (20) axial verschiebbar im Hohlraum (19) der zur Atmosphäre hin unverschlossenen Kolbenstange (9) aufgenommen ist.

5. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement als separates Bauteil (25) in der Druckmittelleitung (2) dem Teleskop-Federzylinder (5) vorgeschaltet ist.

6. Federung nch Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (10) des Teleskop-Federzylinders (5) ohne Durchlässe oder mit konstanten Durchlässen oder mit Durchlässen und Ventilen versehen ist.