DE3612006A1 - Hydropneumatische federung mit lastabhaengig wirkender daempfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydropneumatische Federung mit last­ abhängig wirkender Dämpfung entsprechend dem Oberbegriff von An­ spruch 1.

Eine derartige hydropneumatische Federung ist beispielsweise durch die DE-OS 34 06 032 bekannt. Zur lastabhängigen Veränderung der Dämpfkraft eines Dämpfventiles ist ein Steuerkolben vorgese­ hen, der einerseits vom Innendruck der Federung und andererseits vom Atmosphärendruck beaufschlagt ist und dadurch die Vorspannung einer Ventilfeder verändert und einen zu einem Dämpfkolben paral­ lelgeschalteten Bypaß vergrößert oder verkleinert. Mit einer sol­ chen Konstruktion kann lediglich die Vorspannung nur eines Dämpf­ ventiles geändert werden, während die Verstellung eines den Dämpfkolben überbrückenden Durchlaßquerschnittes recht problema­ tisch ist, da ein solcher Bypaß meist nur einen kleinen Durch­ flußquerschnitt aufweist, der über einen großen Druckbereich, z. B. zwischen 30 und 90 bar, mit hinreichender Genauigkeit zu verstellen ist. Dementsprechend ist eine feinfühlige, druckabhän­ gige Dämpfkraftänderung mit einer solchen Anordnung nicht bzw. nur mit einem sehr hohen Bauaufwand zu erreichen, da die für die Bypaßquerschnittssteuerung erforderlichen Bauteile mit höchster Präzision hergestellt und äußerst genau eingestellt werden müs­ sen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lastabhängig wirkende Dämpfungseinrichtung für eine hydropneumatische Federung zu schaffen, welche im Aufbau einfach ist und eine problemlose Anpassung an geforderte Dämpfkräfte ermöglicht. Die Dämpfungsein­ richtung soll weiterhin eine feinfühlige, lastabhängige Dämpfung für die Zug- und Druckrichtung bei einfacher Montage und ohne aufwendige Einstellarbeit ermöglichen.

Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, daß der Dämpfkolben zwischen mindestens zwei vorgespannten Stützfe­ dern axial beweglich abdichtend auf einer zylindrischen Wand ei­ nes Gehäuses gehalten ist und sich die Stützfedern andererseits auf gegenüberliegenden, mit dem Steuerkolben in Wirkverbindung stehenden, relativ zueinander beweglichen Anschlagscheiben ab­ stützen, während die auf den Dämpfventilen des Dämpfkolbens abge­ stützten Ventilfedern ebenfalls auf den Anschlagscheiben oder auf mit den Anschlagscheiben in Verbindung stehenden Teilen anliegend angeordnet sind und der Steuerkolben und ggf. eine fest mit dem Steuerkolben verbundene Steuerstange die Anschlagscheiben, die Stützfedern, die Ventilfedern und den Dämpfkolben zentral durch­ setzen. Dabei wird der Dämpfkolben durch die Stütz- und Ventilfe­ dern im Gleichgewicht gehalten, wobei die Vorspannung der Federn vom Steuerkolben und den damit in Wirkverbindung stehenden An­ schlagscheiben druckabhängig verändert wird. Zur Vorspannungsän­ derung sind somit die Stützfedern in Reihe geschaltet, so daß sich bei gleichen Stützfedern die Federsteifigkeit halbiert und dementsprechend eine wirksame Vorspannungsänderung auch der Ven­ tilfedern durch die vom Steuerkolben ausgeübte Kraft erzielt wird. Andererseits ist zur Auslenkung des Dämpfkolbens aus seiner Gleichgewichtslage eine wesentlich höhere Kraft erforderlich, denn die vorgespannten Stützfedern und die Ventilfedern wirken parallelgeschaltet, da bei Auslenkung des Dämpfkolbens die eine Feder weiter vorgespannt wird, während die andere Feder entspannt wird. Bei gleichen Abstützfedern wird dadurch der Kolben entgegen der Verschieberichtung durch die doppelte Federkraft abgestützt. Somit wird durch einfache Bauteile eine in Zug- und Druckrichtung lastabhängig wirkende Dämpfeinrichtung geschaffen, die im Aufbau einfach ist und durch entsprechende Bemessung der Ventilfedern eine problemlose Anpassung an geforderte Dämpfkraftwerte ermög­ licht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt eine Anschlagschei­ be auf einer im Gehäuse angeordneten Abstützfläche an, während die andere Anschlagscheibe mit einem am Ende der Steuerstange an­ geordneten Anschlag und einer gehäusefesten Anschlagfläche zusam­ menwirkt. Der Aufbau der Dämpfeinrichtung und deren Montage wer­ den somit wesentlich vereinfacht.

Entsprechend einer Ausführungsform ist eine Anschlagscheibe ab­ dichtend im Gehäuse gehalten und bildet die Führung und Abdich­ tung des Steuerkolbens. Als zusätzliche Funktion stellt diese An­ schlagscheibe die Trennwand zwischen Druckraum im Innern des Ge­ häuses und Atmosphäre dar.

Eine weitere Vereinfachung bezüglich der Montage wird erfindungs­ gemäß dadurch erhalten, daß der Steuerkolben, die Steuerstange, die Abstützfedern, die Ventilfedern, die Anschlagscheiben und der mit den Dämpfventilen versehene Dämpfkolben eine Baueinheit bil­ den.

Eine große Freizügigkeit bezüglich der Anordnung der lastabhängig wirkenden Dämpfeinrichtung im Federungssystem ist gegeben, denn erfin­ dungsgemäß kann das die Baueinheit aufnehmende Gehäuse durch eine hohle Kolbenstange gebildet oder die Dämpfeinrichtung kann in ei­ nem gesonderten Gehäuse, welches über Anschlußleitungen mit dem Verstellzylinder und dem Federspeicher in Verbindung steht, un­ tergebracht werden. Auch eine Kombination mit einer zusätzlichen Dämpfeinrichtung ist ohne weiteres möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Abstütz­ federn mit gleicher Federsteifigkeit ausgebildet. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, Stützfedern mit unterschiedlicher Feder­ steifigkeit zu verwenden, falls eine gewünschte Dämpfkraftabstim­ mung dies erfordert. Dabei kann merkmalsgemäß auch die dem Dämpf­ ventil zugeordnete Ventilfeder eine zur Ventilfeder des Zugventi­ les unterschiedliche Dämpfkraft aufweisen. Dadurch ist ohne wei­ teres ersichtlich, daß diese Konstruktion eine weitgehende Frei­ zügigkeit bezüglich der Abstimmung auf geforderte Dämpfkraftwerte ermöglicht.

Eine einfache Zentrierung der Ventilfeder und eine Anpassung an eine bestimmte gewünschte Federlänge kann auf einfache Weise da­ durch geschaffen werden, daß für die Ventilfeder eine sich auf der Anschlagscheibe abstützende und durch die Steuerstange ge­ führte Zentrierhülse angeordnet ist.

Wie ein weiteres Merkmal der Erfindung zeigt, weist der Dämpfkol­ ben eine von Kunststoffscheiben gebildete, zwischen den Ventil­ scheiben der Zug- und Druckdämpfventile angeordnete Abdichtung bezüglich der Kolbenstange auf. Hierdurch wird eine sehr einfache Abdichtung zwischen Dämpfkolben und Steuerstange geschaffen.

Um zu erreichen, daß auch bei sehr hohen auf den Dämpfkolben ein­ wirkenden Verstellkräften lediglich eine geringe Axialverschie­ bung des Dämpfkolbens auftritt und die Stützfedern in Parallel­ schaltung wirken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Stütz­ federn eine Vorspannkraft aufweisen, die größer als die infolge Druckdifferenz auf den Dämpfkolben einwirkende Kraft ist.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße hydropneuma­ tische Federung in schematisierter Darstellung;

Fig. 2 eine Ausführungsform, wobei der mit der Kolbenstange ver­ bundene Führungskolben zusätzlich mit Dämpfeinrichtungen versehen ist;

Fig. 3 eine Ausführungsform der lastabhängig wirkenden Dämpfein­ richtung, die in einem gesonderten Gehäuse angeordnet ist und über entsprechende Anschlüsse mit dem Verstellzylinder und dem Federspeicher in Verbindung steht;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform für die lastabhängig wirkende Dämpfeinrichtung.

Die hydropneumatische Federung gem. Fig. 1 besteht aus einem Ver­ stellzylinder 1, dessen Innenraum mit hydraulischem Medium ge­ füllt ist und flüssigkeitsleitend mit einem Federspeicher 2 in Verbindung steht. Im Federspeicher 2 ist das hydraulische Medium durch eine elastische Trennwand von einem unter Druck stehenden Gaspolster getrennt. Der Verstellzylinder 1 ist beispielsweise mit einer nicht eingezeichneten Radachse und eine Kolbenstange 13 mit einem ebenfalls nicht eingezeichneten Fahrzeugaufbau verbun­ den. Zur fahrzeuglastabhängigen Einstellung auf eine vorgegebene Niveaulage ist beispielsweise der Federspeicher 2 mit einer nicht eingezeichneten, üblichen Niveauregeleinrichtung verbunden, wel­ che - wie allgemein bekannt - durch Zufuhr oder Ablassen von hy­ draulischem Medium den Fahrzeugaufbau bei Änderung der Fahrzeug­ last auf die gewünschte Niveaulage bringt. Für eine solche hydro­ pneumatische Federung soll die Dämpfung der vertikalen Radbewe­ gung zum Fahrzeugaufbau druckabhängig verändert werden, d. h., bei Zuladung und damit erhöhtem Druck des hydraulischen Mediums soll die Dämpfung vergrößert und bei Entladung und dementspre­ chend abnehmendem Druck die Dämpfung verringert werden. Hierzu ist im Hohlraum der Kolbenstange 13 eine lastabhängig wirkende Dämpfeinrichtung 3 vorgesehen, welche einen Dämpfkolben 4 aufweist, dessen Druckventil 5 von der Ventilfeder 7 und dem Zugventil 6 von einer Ventilfeder 8 beaufschlagt ist. Auf den Dämpfkolben 4 wirkt einerseits eine Stützfeder 9 und andererseits eine Stützfe­ der 10, wobei sich die Stützfeder 9 auf der Anschlagscheibe 11 und die Stützfeder 10 auf einer Anschlagscheibe 12 abstützt. Die Anschlagscheibe 11 trennt den mit hydraulischem Medium gefüllten Innenraum des Verstellzylinders 1 vom Hohlraum der Kolbenstange 13, welcher über eine Bohrung mit der Atmosphäre verbunden ist. Gleich­ zeitig dient diese Anschlagscheibe 11 der Führung und Dichtung ei­ nes Steuerkolbens 16, welcher fest mit einer Steuerstange 17 ver­ bunden ist, die an ihrem unteren Ende einen Anschlag 18 für die Anschlagscheibe 12 trägt. Zur Begrenzung der Axialbewegung der Anschlagscheibe 12 ist eine Anschlagfläche 19 in der einen Füh­ rungskolben 20 tragenden Kolbenstange 13 vorgesehen. Zur Zentrie­ rung der Ventilfeder 8 und deren Abstützung auf der Anschlag­ scheibe 12 ist eine Zentrierhülse 27 vorgesehen. Der vom Kolben 20 und dem Dämpfkolben 4 getrennte untere Arbeitsraum steht mit ei­ nem ringförmigen Arbeitsraum zwischen der Innenwand des Verstell­ zylinders 1 und der Außenfläche der Kolbenstange 13 über eine Bohrung in der Kolbenstange 13 in Verbindung.

Eine höhere Beladung des Fahrzeuges bewirkt einen Druckanstieg des hydraulischen Mediums im Verstellzylinder 1. Dieser Druck wirkt auf den Steuerkolben 16, welcher eine dem Druck mal der Querschnittsfläche entsprechende Kraft über die Steuerstange 17 und den Anschlag 18 auf die Anschlagscheibe 20 überträgt, da die andere Seite des Steuerkolbens mit dem Atmosphärendruck beauf­ schlagt ist. Durch diese vom Steuerkolben 16 ausgeübte Kraft wer­ den die Stützfedern 9 und 10 sowie die Ventilfedern 7 und 8 vor­ gespannt. Bei der Vorspannung der Federn wirken diese als in Rei­ he geschaltet, so daß die vom Steuerkolben 16 ausgeübte Verstell­ kraft eine gute Anpassung für die lastabhängig wirkende Dämpfung der Zug- und Druckstufe ergibt. Bedingt durch die Bewegung der Kolbenstange 13 zum Verstellzylinder 1 entsteht eine Druckdiffe­ renz zwischen den vom Kolben 4 getrennten, mit hydraulischem Me­ dium gefüllten Arbeitsräumen. Infolge dieser Druckdifferenz wird der bisher von den Federn im Gleichgewicht gehaltene Kolben L axial verschoben, wobei eine Vorspannungserhöhung des auf der ei­ nen Kolbenseite angeordneten Federsystems eine Vorspannungsver­ ringerung auf der anderen Kolbenseite bewirkt. Dementsprechend wirken bei Verschiebung des Kolbens 4 die Stützfedern 9 und 10 und die Ventilfedern 7 und 8 als parallelgeschaltet, so daß auch höhere auf den Kolben wirkende Kräfte nur eine geringfügige Längs­ bewegung des Dämpfkolbens ergeben.

Zur Anpassung der lastabhängigen Dämpfung an vorgegebene Dämpf­ werte können die Federn ohne weiteres entsprechend ausgebildet werden, wobei in jedem Falle davon auszugehen ist, daß die Stütz­ federn 9 und 10 im wesentlichen zur Schaffung der Gleichgewichts­ lage des Kolbens dienen, während die schwächer ausgebildeten Ven­ tilfedern 7 und 8 zur Veränderung der Anpreßkräfte für die Ven­ tilscheiben des Druckdämpfventiles 5 bzw. des Zugdämpfventiles 6 dienen.

Die Ausführungsform gem. Fig. 2 unterscheidet sich von der gem. Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der mit der Kolbenstange 13 verbundene Führungskolben 20 mit zusätzlichen Dämpfeinrichtungen versehen ist. Diese Dämpfeinrichtungen des Führungskolbens 20 sind parallelgeschaltet zur lastabhängig wirkenden Dämpfeinrich­ tung 3. Anstelle einer solchen Parallelschaltung kann auch ohne weiteres eine Reihenschaltung vorgesehen werden.

Eine weitere Ausführungsform der lastabhängig wirkenden Dämpfung ist in Fig. 3 gezeigt. In einem separat von einem Verstellzylin­ der angeordneten oder mit einem Verstellzylinder direkt verbunde­ nen Gehäuse 21 ist hierbei die lastabhängig wirkende Dämpfeinrich­ tung 3 angeordnet. Über einen Anschlußstutzen 22 wird beispiels­ weise der Verstellzylinder und über einen Anschlußstutzen 23 der Federspeicher angeschlossen. Durch Relativbewegung der Fahrzeug­ räder zum Fahrzeugaufbau wird im Verstellzylinder hydraulisches Medium verdrängt bzw. angesaugt, welches über die lastabhängig wirkende Dämpfeinrichtung 3 zum Federspeicher 2 fließt bzw. aus dem Federspeicher 2 zurückgeführt wird. Auch bei dieser Ausführungs­ form besteht die lastabhängig wirkende Dämpfeinrichtung 3 aus dem Dämpfkolben 4, welcher aus Ventilscheiben gebildete Dämpfventile, nämlich das Druckdämpfventil 5 und das Zugdämpfventil 6, trägt. Die aus dem Steuerkolben 16, der Steuerstange 17, den Anschlag­ scheiben 11 und 12, den Stützfedern 9 und 10, den Ventilfedern 7 und 8 mit den Zentrierhülsen 27, dem Kolben 4 mit den Dämpfventi­ len 5 und 6 gebildete Baueinheit kann separat montiert werden und wird dann von oben in das Gehäuse 21 eingeführt, anschließend wird der als Federspeicheranschluß 23 ausgeführte Schraubring eingeschraubt. Der Steuerkolben 16 durchsetzt dabei die Steuer­ kolbenführung 26, die im Gehäuse 21 abdichtend gelagert ist und die dynamische Dichtung für den Steuerkolben 16 trägt. Zur Ab­ dichtung des Dämpfkolbens 4 gegenüber der Steuerstange 17 sind zwischen den Ventilplatten, welche das Druckdämpfventil 5 und das Zugdämpfventil 6 bilden, Kunststoffscheiben 24 bzw. 25 angeordnet, während die auf die Dämpfventile 5 und 6 wirkenden Ventilfedern 7 und 8 an Zentrierhülsen 27 aufliegen und diese sich auf den An­ schlagscheiben 11 und 12 abstützen. Die Wirkungsweise dieser last­ abhängig wirkenden Dämpfeinrichtung entspricht der gem. Fig. 1.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere, im Aufbau vereinfachte, lastabhän­ gig wirkende Dämpfeinrichtung 3, die als Baueinheit die Steuer­ kolbenführung 26 mit umfaßt. Die Anschlagscheibe 11, auf welcher sich die Stützfeder 10 abstützt, ist topfförmig ausgebildet und bildet einerseits einen Teil der Dichtungsnut für die mit dem Steuerkolben 16 zusammenwirkende Dichtung. Andererseits liegt auf dem Bodenteil die Ventilfeder 8 auf, die von der Steuerstange 17 geführt wird. Die Montage der lastabhängig wirkenden Dämpfeinrich­ tung 3 gestaltet sich hier besonders einfach, da alle im Gehäuse 21 befindlichen Teile außerhalb montiert werden können und durch Einführen von unten und anschließendes Anschrauben der Steuerkol­ benführung 26 montiert werden. In der Wirkungsweise entspricht auch diese lastabhängig wirkende Dämpfeinrichtung der nach Fig. 1.

Claims (11)

1. Hydropneumatische Federung mit lastabhängig wirkender Dämp­ fung und vorzugsweise mit Niveauregelung für Fahrzeuge, wobei zwischen einem Fahrzeugaufbau und den Fahrzeugrädern mit hy­ draulischem Medium gefüllte Verstellzylinder angeordnet sind, die mit einem Federspeicher und einer lastabhängigen Dämpfein­ richtung in Wirkverbindung stehen und die Dämpfeinrichtung ei­ nen Dämpfkolben mit federbelasteten Dämpfventilen für die Zug- und Druckdämpfung aufweist, während ein die Vorspannung der Ventilfeder druckabhängig veränderbarer Steuerkolben einer­ seits vom hydraulischen Medium und andererseits vom Atmosphä­ rendruck beaufschlagt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dämpfkolben (4) zwischen minde­ stens zwei vorgespannten Stützfedern (9, 10) axial beweglich abdichtend auf einer zylindrischen Wand eines Gehäuses (15, 21) gehalten ist und sich die Stützfedern ( 9, 10) andererseits auf gegenüberliegenden, mit dem Steuerkolben (16) in Wirkver­ bindung stehenden, relativ zueinander beweglichen Anschlag­ scheiben (11, 12) abstützen, während die auf den Dämpfventilen (5, 6) des Dämpfkolbens (4) abgestützten Ventilfedern (7, 8) ebenfalls auf den Anschlagscheiben (11, 12) oder auf mit den Anschlagscheiben (11, 12) in Verbindung stehenden Teilen (Zen­ trierhülsen 27) anliegend angeordnet sind und der Steuerkolben (16) und ggf. eine fest mit dem Steuerkolben (16) verbundene Steuerstange (17) die Anschlagscheiben (11, 12), die Stützfe­ dern (9, 10), die Ventilfedern (7, 8) und den Dämpfkolben (4) zentral durchsetzen.

2. Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Anschlagscheibe (11) auf einer im Gehäuse (15, 21) angeordneten Abstützfläche (14) anliegt, während die andere Anschlagscheibe (12) mit einem am Ende der Steuerstange (17) angeordneten Anschlag (18) und einer gehäusefesten An­ schlagfläche (19) zusammenwirkt.

3. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Anschlagscheibe (11) abdichtend im Gehäuse (15, 21) gehalten ist und die Führung und Abdich­ tung des Steuerkolbens (16) bildet.

4. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (16), die Steuer­ stange (17), die Stützfedern (9, 10), die Ventilfedern (7, 8), die Anschlagscheiben (11, 12) und der mit den Dämpfventilen (5, 6) versehene Dämpfkolben (4) eine Baueinheit bilden.

5. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das die Baueinheit (lastabhängig wirkende Dämpfeinrichtung (3) aufnehmende Gehäuse (15) durch ei­ ne hohle Kolbenstange (13) gebildet ist.

6. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Stützfedern (9, 10) mit gleicher Federsteifigkeit ausgebildet sind.

7. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (13) einen mit zu­ sätzlichen Dämpfeinrichtungen versehenen Führungskolben (20) trägt.

8. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die dem Druckventil (5) zugeordnete Ventilfeder (7) eine zur Ventilfeder (8) des Zugventiles (6) unterschiedliche Federkraft aufweist.

9. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Zentrierung der Ventilfeder (7, 8) eine sich auf der Anschlagscheibe (11, 12) abstützende und durch die Steuerstange (17) geführte Zentrierhülse (27) ange­ ordnet ist.

10. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dämpfkolben (4) eine von Kunst­ stoffscheiben gebildete, zwischen den Ventilscheiben der Zug- und Druckdämpfventile (5, 6) angeordnete Abdichtung bezüglich der Kolbenstange aufweist.

11. Hydropneumatische Federung nach den Ansprüchen 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stützfedern (9, 10) eine Vor­ spannkraft aufweisen, die größer als die infolge Druckdiffe­ renz auf den Dämpfkolben (4) einwirkende Kraft ist.