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Hydropneumatische Federung mit lastabhängiger Dämpfung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung mit
lastabhängiger Dämpfung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem
ein im Bereich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse angeordneter
Teleskop-Federzylinder mit einem Dämpfungskolben versehen ist, wobei der Dämpfungskolben
für die Zug- und Druckdämpfung konstante, mit Ventilen bestückte Durchlässe für
das Druckmittel aufweist und daß das der Zugdämpfung dienende Ventil direkt oder
indirekt durch den im Teleskop-Federzylinder herrschenden Druck beaufschlagt ist.
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Es sind hydropneumatische Federbeine vz.B. DE-AS 15 o5 608) bekannt,
bei denen der Arbeitskolben Ventiifederplatten aufweist, an denen zur stufenlosen
Steuerung des Dämpfungsgrades ein verschiebbar geführter Steuerkolben mit veränderbarer
Anpreßkraft angreift. Dabei wird die eine Seite des Steuerkolbens über eine Längsbohrung
in der hohlen Kolbenstange vom Atmosphärendruck beaufschlagt. Bei einer derartigen
Ausführungsform wirkt der jeweilige Systeminnendruck ständig auf den Steuerkolben
und bildet zur Atmosphäre einen Differenzdruck. Da der atmosphärische Druck ständig
gleich
bleibt, kann die Anpreßkraft lediglich abhängig vom Systeminnendruck beaufschlagt
werden, so daß eine Variabilität im Hinblick auf gewünschte Dämpfungskraftkennlinien
nicht gegeben ist.
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Weiterhin sind Dämpfungsvorrichtungen für hydropneumatische Federn
von Kraftfahrzeugen bekannt (z.B. DE-AS 15 75 191), bei der 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 Uffnungspunkt des Ventiles durch den Systeminnendruck verändert
wird. Dabei sind bestimmte Grenzen durch die Charakteristik der jeweiligen Feder
vorgegeben.
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Darüber hinaus sind Einrichtungen 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 wird, so daß über den sich aufbauenden
Druck die Kolbenstange des Stoßdämpfers ausgeschoben und somit das Fahrzeugheck
angehoben wird. Diese Vorrichtung gestaltet die Möglichkeit, daß das Fahrzeug trotz
unterschiedlichem Belastungszustand das Sollniveau erreicht. Nachteilig ist hierbei,
daß der Steuerschieber relativ langbaut und dem Druckspeicher derart vorgeschaltet
ist, daß ein direkter winkeliger Abgang, wie er oft aus Platzgründen benötigt wird,
nicht möglich ist.
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Andererseits ist bei dieser Konstruktion zu befürchten, daß die in
diesem Fall auch weggebende -Membrane instabile Formen annimmt, die die erforderliche
Steuerweggenauigkeit beeinträchtigt. Zudem wird der Drosselquerschnitt nur vom System
druck gesteuert, wobei Druck- und Zugstufendämpfung nicht
unabhängig
beeinflußbar sind. Hinzu kommt, daß der Steuerstößel bei Erzeugung von Dämpfungskraft
unerwünschte Reaktionskräfte an der Trennmembrane erzeugt.
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Ebenfalls sind Federzylinder mit integriertem, lastabhängig wirkenden
Dämpfungsventil bekannt (z.B. DE-PS 16 55 o94), die sich auf ein geschlossenes System
beziehen.
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Dieses System beeinflußt durch einen federbelasteten Ventilschieber
die Federung des Fahrzeuges. Die Fahrzeugdämpfung wird hierbei nicht beeinflußt.
Eine hydropneumatische Federung dieser Art schaltet entsprechend der Fahrzeugbelastung
kaskadenartig zwei oder mehrere druckunterschiedliche Gasdruckspeicher hintereinander,
um somit günstigere Federkennlinien zu erhalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, 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 gewährleistet ist, wobei der auf das Zugventil wirkende Innendruck
des Systems zur Erzeugung von gewünschten Dämpfungskennlinien beeinflußbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein
in einem abgeschlossenen Raum der Kolbenstange angeordnetes Gaspolster im Zusammenspiel
mit dem im Teleskop-Federzylinder herrschenden Druck das Ventil steuert.
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Vorteilhaft ist bei einer derartigen Ausführungsform, daß die Fahrzeugdämpfung
mittels des Dämpfungskolbens in der Zugstufe selbsttätig geregelt wird, und zwar
bei Zuladung also auch bei Druckerhöhung wird das Ventil
höher vorgespannt
und bei Entladung verringert sich die Vorspannung des Zugstufenventils. Durch die
Dämpfungserhöhung bei Zuladung 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
Fahrzeugaufbaus schneller abgebaut.
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Dabei wirkt dem Systeminnendruck ständig der im abgeschlossenen Raum
herrschende Druck entgegen, so daß eine Variabilität von Dämpfungskraftkennlinien
erzeugt werden kann. Der Druck im abgeschlossenen Raum kann dabei sowohl negativ
wie auch positiv sein, so daß sich im einen Falle dieser Druck zum Systeminnendruck
addiert und im anderen Fall dieser Druck dem Systeminnendruck entgegenwirkt.
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Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß als abgeschlossener
Raum ein Membranbalg aus Metall vorgesehen ist. Dieser Membranbalg kann im Bereich
des Kolbenstangenendes angeordnet werden, so daß der jeweils herrschende Systemdruck
die im Membranbalg eingekapselte Gasmenge beaufschlagt und somit direkt oder indirekt
die Ulpassage des Zugdämpfungsventiles entsprechend erleichtert oder behindert.
Der Membranbalg besitzt dabei die Eigenschaft eines Tellerfederpaketes und wirkt
zusammen mit dem Systeminnendruck auf das Zugdämpfungsventil.
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Eine weitere erfindungswesentliche Ausführungsform sieht vor, daß
der abgeschlossene Raum in einem rohrförmigen Körper in der hohl ausgebildeten Kolbenstange
aufgenommen ist und einen axial beweglichen Schieber aufweist. Hierbei ist von Vorteil,
daß eine einfache und günstige Integration des Gaspolsters in der Kolbenstange selbst
geschaffen wird, so daß der vorhandene Bauraum entsprechend ausgenutzt werden kann.
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Nach einer weiteren wesentlichen Ausführungsform ist vorgesehen, daß
das Gas polster in einem den Endbereich der Kolbenstange umgebendes topfförmiges
Bauteil aufgenommen ist. Vorteilhaft ist bei dieser Ausbildung, daß das Zugdämpfungsventil
durch das Gaspolster indirekt beaufschlagt wird. In diesen Fällen ist eine günstige
Raumausnutzung möglich, indem das Zugdämpfungsventil und das Gaspolster axial hintereinander
angeordnet oder sogar parallel zueinander angeordnet werden können. Die indirekte
Verbindung über ein zusätzliches Bauteil ermöglicht eine entsprechende Beaufschlagung
des Zugdämpfungsventiles.
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Aus fertigungstechnischen und montagefreundlichen Gründen ist bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Membranbalg mit dem topfförmigen Bauteil
fest verbunden.
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Zur Erzielung einer einwandfreien Verspannungskette ist in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Schieber mit dem topfförmigen Bauteil
fest verbunden ist.
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Eine zusätzliche Variabilität der Zugstufendämpfung wird dadurch erreicht,
daß der Schieber sich über eine Druckfeder abstützt. Vorteilhaft ist bei einer solchen
Ausführungsform, daß nicht nur das Gaspolster die Dämpfung beeinflußt, sondern zusätzlich
über eine entsprechende Schraubenfeder eine weitere resultierende Kraft dem Systeminnendruck
entgegenwirkt und indirekt auf das Ventil aufgebracht wird.
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Zusätzlich kann diese Variabilität noch weiter erhöht werden, indem
der Schieber sich über eine Feder gegenüber dem Gaspolster abstützt. Eine solche
Anordnung einer weiteren Feder erhöht bei entsprechender Auslegung ebenfalls die
bereits bestehenden Möglichkeiten der Auslegung in der Zugstufe eines solchen Federungssystemes.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung einer voll- oder teiltragenden
hydropneumatischen Federung mit Ni veauregel ung Figur 2 eine Kolbenstange mit einem
Dämpfungskolben und einem abgeschlossenen Gaspolster im Schnitt Figur 3 eine weitere
Ausführungsform der Kolbenstange mit integriertem Gaspolster im Schnitt Figur 4
eine Ausführungsform, bei der der Schieber über eine Feder das Zugdämpfungsventil
beaufschlagt im Schnitt Figur 5 eine Variante des in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiels
mit der Anordnung einer zusätzlichen Feder ebenfalls im Schnitt
Figur
6 eine hohle Kolbenstange mit einem über eine Feder im Innenraum der Kolbenstange
abgestützten Schieber im Schnitt Die in Figur 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
Teleskopfederzylinder 5 bestehen aus einem Gehäuse 6, dem oberen Arbeitsraum 7 und
dem unteren Arbeitsraum 8, wobei die Kolbenstange 9 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden
wird und das Gehäuse 6 an einem nicht dargestellten Radführungsglied angelenkt ist.
Der obere Arbeitsraum 7 und der untere Arbeitsraum 8 wird durch den an der Kolbenstange
9 befestigten Dämpfungskolben lo voneinander getrennt. Für einen genügenden Vorrat
an Druckmitteln dient das Reservoir 11. Die Einspeisung des Druckmittels erfolgt
über die Druckmittelleitungen 2 in die Kolbenstange 9 und von dort aus in den oberen
7 bzw. unteren Arbeitsraum 8.
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In Figur 2 ist ein Teleskop-Federzylinder 5 dargestellt, bei dem der
obere Arbeitsraum 7 vom unteren Arbeitsraum 8 durch den Dämpfungskolben lo getrennt
wird. Die Dämpfung erfolgt über die Durchlässe 12, 15 und die entsprechenden Dämpfungsventile
13, 16. Das der Zugdämpfung dienende Ventil 16 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel
aus einem Federblatt. Die Einspeisung der Flüssigkeit und des Speicherdrucks von
der Druckmittelleitung 2 erfolgt im oberen Bereich der Kolbenstange 9 über die Bohrung
14. Vom Hohlraum 25 der Kolbenstange 9 strömt das Dämpfungsmittel über die Ausnehmungen
26 und die Bohrungen 27 des topfförmigen Bauteil es 21 in den unteren Arbeitsraum
8.
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Im Endbereich der Kolbenstange 9 befindet sich über die Dichtung 28
entsprechend abgedichtet der abgeschlossene Raum 17. Dieser abgeschlossene Raum
17 ist in Form des Membranbalges 18 gebildet und beinhaltet das Gaspolster 24. Das
Gaspolster 24 kann dabei in Form von Stickstoff oder ähnlichen eingebracht werden
und mit annäherndem Atmosphärendruck oder auch Oberdruck eingekapselt werden.
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Durch das Gaspolster 24 wird der Membranbalg 18 entsprechend axial
ausgelenkt, so daß über das topfförmige Bauteil 21 das Ventil 16 stärker oder geringer
vorgespannt wird. Hierdurch wird die Dämpfungskraft in der Zugstufe lastabhängig
selbsttätig geregelt.
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Figur 3 zeigt eine weitere Variante, bei der in der Kolbenstange 9
ein rohrförmiger Körper 20 eingebracht ist. Dieser rohrförmige Körper 20 gestattet
über seinen ringförmigen Kanal 29 eine Einspeisung des Dämpfungsmittels wiederum
über die Bohrung 14, wobei der rohrförmige Körper 20 im Endbereich über einen Verschlußstopfen
30 hermetisch abgedichtet ist und im Bereich des Dämpfungskolbens einen axial verschiebbaren
Schieber 19 vorsieht. Dieser Schieber 19 wird je nach Innendruck des Gaspolsters
24 mehr oder weniger axial verschoben, so daß über das topfförmige Bauteil 21 eine
Vorspannung auf das Ventil 16 aufgebracht wird. Sowohl der Verschlußstopfen 30 wie
auch der Schieber 19 sind über Dichtungen 31 und 32 abgedichtet. Der Schieber 19
wird über die Sicherungsscheibe 33 mit dem topfförmigen Bauteil 21 verbunden. Das
Dämpfungsmittel, welches über die Bohrung 14 in den ringförmigen Kanal 29 gelangt,
kann am rohrförmigen Körper 20 vorbei über die in der Kolbenstange angeordneten
Ausnehmungen 26 und den Bohrungen 27 des topfförmigen Bauteiles 21 in den unteren
Arbeitsraum 8 gelangen.
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Figur 4 bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, welches im Prinzip
dem in Figur 3 entspricht, wobei lediglich das topfförmige Bauteil 21 durch eine
eine größere Variabilität aufweisende Druckfeder 22 ersetzt wird. Das Gaspolster
24 beaufschlagt den Schieber 19, welcher über einen Teller 34 auf die Druckfeder
22 wirkt. Die Druckfeder 22 beaufschlagt das Ventil 16, wobei ein zusätzlicher Hubbegrenzungsteller
35 die Auslenkung des Ventiles 16 in axialer Richtung begrenzt. Auch bei dieser
Ausführungsform wird das Druckmittel über die Bohrung 14 über den ringförmigen Kanal
29 und die Ausnehmungen 26 in den unteren Arbeitsraum 8 gefördert.
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Die in Figur 5 dargestellte Variante ist im Prinzip mit der in Figur
4 bereits dargestellten vergleichbar, mit dem Unterschied, daß der Schieber 19 über
eine Feder 23 gegenüber dem Gaspolster 24 abgestützt ist. Durch diese zusätzliche
Abstützung des Schiebers 19 ist eine weitere Variabilität der Zugdämpfung möglich.
Durch die Anwendung von verschiedenen Federcharakteristiken ist die jeweils gewünschte
Kennlinie des Ventiles 16 beeinflußbar.
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In Figur 6 ist eine Ausführung gezeigt, bei der die Druckfeder 22
über einen Anschlag 36 im Hohlraum 25 der Kolbenstange 9 abgestützt ist. Die Feder
22 ist mit der entsprechenden Feder der Figur 4 vergleichbar und wirkt auch in die
gleiche Richtung, nämlich über das topfförmige Bauteil 21 auf das Ventil 16.
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Bezugszeichenliste 1 - Druckmittelpumpe 2 - Druckmittelleitungen 3
- Regel element 4 - Druckspeicher 5 - Teleskop-Federzylinder 6 - Gehäuse 7 - oberer
Arbeitsraum 8 - unterer Arbeitsraum 9 - Kolbenstange lo - Dämpfungskolben 11 - Reservoir
12 - Durchlaß 13 - Ventil 14 - Bohrung 15 - Durchlaß 16 - Ventil 17 - abgeschlossener
Raum 18 - Membranbalg 19 - Schieber 20 - rohrförmiger Körper 21 - topfförmiges Bauteil
22 - Druckfeder 23 - Feder 24 - Gaspolster 25 - Hohlraum der Kolbenstange 26 - Ausnehmungen-27
- Bohrungen 28 - Dichtung 29 - ringförmiger Kanla 30 - Verschlußstopfen 31 - Dichtung
32 - Dichtung
33 - Sicherungsscheibe 34 - Teller 35 - Hubbegrenzungsteller
36 - Anschlag