DE3826301A1 - Federungs- und daempfungsvorrichtung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lastabhängige Federungs- und Dämpfungs­ vorrichtung für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 genannten Art, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 34 42 497, Fig. 2 bekannt ist.

Die bekannte Federungs- und Dämpfungsvorrichtung weist einen hydraulischen Teleskop-Stoßdämpfer und eine die Stoßdämpfer-Kolben­ stange umgebende Gasfeder mit zwei Federräumen auf, die durch eine Drosseleinrichtung miteinander verbunden sind, wobei einer der beiden Federräume einen auf dem Dämpferrohr abrollenden Rollbalg enthält.

Bei dieser bekannten Federungs- und Dämpfungsvorrichtung, bei der die Gasfeder auch eine nur teiltragende Funktion besitzen kann, wirkt also zusätzlich und gleichzeitig zur hydraulischen Dämpfung eine Gasdämpfung, welche mittels einer auf die Gasfeder einwirkenden externen Niveauregeleinrichtung stufenlos lastabhängig veränderbar ist und im wesentlichen der Eigenfrequenz des Fahr­ zeugaufbaus zugeordnet ist. Durch die externe Niveauregeleinrich­ tung wird über einen im Federraum konstanten Volumens mündenden Leitungsanschluß der Druck in der Gasfeder (mit Hilfe eines üblichen Gasdruckspeichers) dem jeweiligen Beladungszustand des Fahrzeugs angepaßt, so daß eine vorgegebene Niveaulage des Fahrzeugaufbaus zur Fahrbahn gewährleistet ist. Dem Beladungs­ zustand entsprechend ändert sich somit der Druck in den Feder­ räumen, wobei die Gasdämpfungsarbeit mit zunehmendem Druck zunimmt und die dynamische Federrate mit steigendem Druck, größerem Hub und höherer Frequenz härter wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine lastabhängige Federungs- und Dämpfungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art unter Beibehaltung ihrer funk­ tionellen Vorteile so auzubilden und zu verbessern, daß der niveauregelungstechnische Aufwand reduziert wird und sich im übrigen auch die Möglichkeit ergibt, als Federungs- und Dämpfungs­ vorrichtungen eingesetzte lastunabhängige konventionelle Feder- oder Dämpferbeine eines Fahrzeuges ohne besondere Schwierigkeiten im Rahmen einer Nachrüstlösung zu ersetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß werden also der Teleskop-Stoßdämpfer und die Gasfeder zu einer das Fahrzeugniveau regulierenden selbstpumen­ den Baueinheit zusammengefaßt, wobei ein die Stoßdämpfer-Kolben­ stange am Fahrzeugaufbau anlenkendes spezielles Gummimetallager Teil einer beim Ein- und Ausfedern Gas (Luft) in einen der Federräume der Gasfeder pumpenden Pumpeinrichtung ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Fahrzeugniveau regulierende selbstpumpende Federbein-Bauein­ heiten sind zwar bereits bekannt, bei diesen besteht jedoch die Schwierigkeit, die Aufbaueigenfrequenz des Fahrzeuges unab­ hängig von der jeweiligen Fahrzeugbeladung konstant zu halten.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in zum Teil geschnittener Form

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Hinterradaufhängung in Fahrzeug­ längsrichtung gesehen mit der erfindungsgemäßen lastabhän­ gigen Federungs- und Dämpfungs­ vorrichtung,

Fig. 2 eine erste Detailansicht dieser Federungs- und Dämpfungsvorrich­ tung und

Fig. 3 eine zweite Detailansicht dieser Vorrichtung.

Die dargestellte erfindungsgemäße lastabhängige Federungs- und Dämpfungsvorrichtung ist als selbstpumpendes Federbein ausgebildet, welches im wesentlichen einen hydraulischen Teleskop- Stoßdämpfer 1, eine die Stoßdämpfer-Kolbenstange 12 umgebende Gasfeder 2 sowie eine dieser parallel geschaltete mechanische Schraubenfeder 15 enthält und in üblicher Weise mit dem unteren Ende seines Dämpferrohrs 11 am Achsschenkel oder Radführungsglied (z. B. Längslenker) des zugeordneten Hinterrades 9 und mit seinem anderen Ende über ein Gummimetallager 4 am Fahrzeugaufbau 3 angelenkt ist.

Die Gasfeder 2 enthält einen ersten Federraum 21 variablen Volumens, welcher u. a. durch einen auf dem Dämpferohr 11 ab­ rollenden Rollbalg 23 begrenzt wird, und einen durch eine starre Trennwand 25 vom ersten Federraum abgetrennten zweiten Federraum 22, der mit dem ersten Federraum über mindestens einen Drossel­ durchlaß 24 in Verbindung steht. Beim Ein- und Ausfedern findet somit ein gedrosselter Gas(Luft)-Austausch zwischen den beiden Federräumen statt, so daß zusätzlich und gleichzeitig zur hy­ draulischen Dämpfung des Teleskop-Stoßdämpfers eine Gasdämpfung wirksam ist. Die Gasdämpfung wird dabei mittels einer den Druck in der Gasfeder 2 lastabhängig ändernden integrierten Niveauregel­ einrichtung lastabhängig stufenlos verändert.

Die Niveauregeleinrichtung besteht im wesentlichen aus einer beim Ein- und Ausfedern Gas (Luft) in einen der beiden Federräume pumpenden Pumpeneinrichtung sowie einer Ventileinrichtung 26/27 (Fig. 3), durch welche Druck abgelassen wird, sobald das Fahrzeug über das vorgesehene Niveau hochgepumpt wurde.

Einen wesentlichen Bestandteil dieser Pumpeneinrichtung bildet das die Stoßdämpfer-Kolbenstange 12 am Fahrzeugaufbau 3 anlenkende Gummimetallager 4, welches einen im wesentlichen auf Schub beanspruchten und somit in axialer Richtung auslenkbaren ring­ förmigen gummielastischen Lagerkörper 41 enthält, der über eine anvulkanisierte kegelige Innenhülse 44 mit der Stoßdämpfer- Kolbenstange 12 und über eine anvulkanisierte Außenhülse 45 mit dem Fahrzeugaufbau 3 verbunden ist.

Durch den gummielastischen Lagerkörper 41 wird eine volumenver­ änderliche erste Pumpenkammer 53 der Pumpeneinrichtung, die über ein erstes Rückschlagventil 61 mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht, von einer volumenveränderlichen zweiten Pumpenkammer 54 getrennt, welche über ein zweites Rückschlagventil 62 und eine erste Verbindungsleitung 81 mit der ersten Pumpen­ kammer 53 sowie über ein drittes Rückschlagventil 63 und eine zweite Verbindungsleitung 83 sowie eine Axialbohrung und eine Radialbohrung 13 bzw. 14 in der Stoßdämpfer-Kolbenstange mit dem ersten Federraum 21 der Gasfeder 2 in Verbindung steht.

Die beiden Pumpenkammern 53 und 54 sind mittels rollbalgähnlicher Manschetten 51 und 52 gebildet, die mit ihrem einen Ende jeweils gemeinsam gedichtet mit dem Außenumfang des Gummimetallagers 4, und zwar einerseits mit einem oberen zylindrischen Fortsatz 42 und andererseits mit einem unteren zylindrischen Fortsatz 43 desselben, und mit ihrem anderen Ende jeweils gedichtet mit dem Außenumfang von beiderseits des Gummimetallagers auf der Stoßdämpfer-Kolbenstange 12 befestigten teller- oder schirm­ förmigen Flanschteilen 71, 72 verbunden sind, wobei der die erste Pumpenkammer 53 begrenzende erste Flanschteil 71 durch einen auf der Stoßdämpfer-Kolbenstange befestigten starren Wandteil des ersten Federraums 21 der Gasfeder gebildet wird.

Der gummielastische Lagerkörper 41 mit seinen axialen zylin­ drischen Fortsätzen 42 und 43 sowie die beiden rollbalgähn­ lichen Manschetten 51 und 52 sind dabei derart ausgebildet und angeordnet, daß das Kammervolumen der dämpferrohrseitig ausgebildeten und letztlich durch die dämpferrohrseitige Lagerkörperstirnfläche begrenzten ersten Pumpenkammer 53 beim Einfedern des Teleskop-Stoßdämpfers verkleinert und das Kammervolumen der gegenüberliegenden und von der anderen Lagerkörperstirnfläche begrenzten zweiten Pumpenkammer 54 vergrößert wird.

Durch das Einfedern beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten wird somit die in der ersten Pumpenkammer 53 befindliche Luft etwas komprimiert und über das zweite Rückschlagventil 62 und die erste Verbindungsleitung 81 in die sich in ihrem Volumen vergrößernde zweite Pumpenkammer 54 gedrückt.

Beim anschließenden Ausfedern des Stoßdämpfers ist am gummi­ elastischen Lagerkörper eine nach unten gerichtete Kraft wirksam, durch welche einerseits das Kammervolumen der zweiten Pumpenkammer 54 verkleinert und gleichzeitig das Kammer­ volumen der ersten Pumpenkammer 53 vergrößert wird. Dadurch wird die in der zweiten Pumpenkammer 54 befindliche vorkom­ primierte Luft durch das dritte Rückschlagventil 63 und die zweite Verbindungsleitung 83 sowie die Bohrungen 13 und 14 der Stoßdämpfer-Kolbenstange in den ersten Federraum 21 gefördert. Da die in der Gasfeder 2 befindliche Luft beim Ausfedern expandiert und somit der Gasfederdruck abnimmt, wird die aus der zweiten Pumpenkammer 54 einströmende Luft praktisch in den Federraum hineingesaugt.

Die erste Pumpenkammer 53 bildet bei diesem Ablauf quasi eine erste Druckstufe niedrigen Drucks und die zweite Pumpen­ kammer 54 eine daran anschließende zweite Druckstufe höheren Drucks. Wenn mit jeder Druckstufe eine Verdichtung von etwa 1 : 2,5 erreicht wird, kann so im ersten Federraum 21 ein Druck von über 6 bar erzielt werden. Bei einem teiltragenden Gasfedersystem reicht dieser Druck aus, um ein übliches Personenkraftfahrzeug nach dem Beladen - durch Überfahren von Fahrbahnunebenheiten - wieder in die gewünschte ursprüng­ liche Niveaulage zu bringen.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Verlaufe der von der ersten Pumpenkammer 53 zur zweiten Pumpenkammer 54 führen­ den ersten Verbindungsleitung 81 eine Kühlschlange 82 ange­ ordnet, so daß die Luft zwischengekühlt wird und dadurch die Temperaturbeanspruchung insbesondere des gummielastischen Lagerkörpers 41 gesenkt wird; beiderseits der Kühlschlange 82 sind dabei Rückschlagventile 62 und 64 angeordnet, so daß das zwischen diesen eingeschlossene Volumen der vor­ komprimierten Luft in der Verbindungsleitung 81 und der Kühlschlange 82 einerseits für die Kompressionsphase der zweiten Pumpenkammer 54 beim Ausfedern ohne Einfluß bleibt, andererseits aber beim Einfedern des Stoßdämpfers das Über­ strömen der Luft in die zweite Pumpenkammer 54 unterstützt.

Sobald das Fahrzeug nach Beladung wieder auf das vorgesehene Fahrzeugniveau hochgepumpt worden ist, wird die bei weiteren Pumpvorgängen in den ersten Federraum 21 gepumpte überschüssige Luft durch eine geeignete Ventilvorrichtung abgelassen, und so der erreichte Gasfederdruck aufrechterhalten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Ventilvorrichtung, wie in Fig. 3 prinzipienhaft dargestellt, durch ein in der Kammerwandung des ersten Federraums 21 angeordnetes Drossel­ ventil 26 gebildet, welches aus einer durch einen kugel­ förmigen Ventilkörper 27 verschließbaren Drosselbohrung besteht; solange der Fahrzeugaufbau unter dem vorgesehenen Fahrzeugniveau liegt und damit der Rollbalg 23 vergleichsweise tief auf dem Dämpferrohr abgerollt ist, wird der Ventil­ körper 27 fest in die Drosselbohrung gepreßt und die Ventil­ einrichtung somit versperrt. Wenn das Fahrzeug auf das vor­ gesehene Fahrzeugniveau hochgepumpt ist, nimmt der Rollbalg 23 gerade eine Position relativ zum Dämpferrohr 11 ein, in der der Ventilkörper 27 die Drosselbohrung des Drosselven­ tils 26 freigibt. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich statt des dargestellten Drosselventils eine andere Ventilein­ richtung, beispielsweise ein elektrisches oder pneumatisches Schaltventil einzusetzen, was jedoch entsprechende Steuer­ leitungen erfordert.

Das im Rahmen der erfindungsgemäßen lastabhängigen Federungs- und Dämpfungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge eingesetzte Gummimetallager ist nicht auf den Einsatz im Rahmen des dargestellten Ausführungsbeispieles beschränkt. Es kann mit Vorteil auch bei anderen Federungs- und Dämpfungssystemen für Kraftfahrzeuge zur Anwendung kommen.

Claims (9)

1. Lastabhängige Federungs- und Dämpfungsvorrichtung für Kraft­ fahrzeuge, enthaltend

• a) einen hydraulischen Teleskop-Stoßdämpfer,
• b) eine die Stoßdämpfer-Kolbenstange umgebende Gasfeder mit zwei über Drosseldurchlässe miteinander in Verbindung stehenden Federräumen und
• c) eine Niveauregeleinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß Teleskop-Stoßdämpfer (1) und Gasfeder (2) eine das Fahrzeugniveau regulierende selbst­ pumpende Baueinheit bilden, in welcher ein die Stoßdämpfer- Kolbenstange (12) am Fahrzeugaufbau (3) anlenkendes Gummime­ tallager (4) Teil einer beim Ein- und Ausfedern Gas (Luft) in einen der Federräume (21) pumpenden Pumpeneinrichtung ist.

2. Federungs- und Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gummimetallager (4) einen im wesentlichen auf Schub beanspruchten und in axialer Richtung auslenkbaren ringförmigen gummielastischen Lagerkörper (41) enthält, welcher eine über ein erstes Rückschlagventil (61) mit der Außenatmosphäre in Verbindung stehende volumenveränder­ liche erste Pumpenkammer (53) von einer über ein zweites Rückschlagventil (62) mit der ersten Pumpenkammer (53) sowie über ein drittes Rückschlagventil (63) mit einem der Feder­ räume (21) der Gasfeder (2) in Verbindung stehenden volumen­ veränderlichen zweiten Pumpenkammer (54) trennt.

3. Federungs- und Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpenkammern (53, 54) mittels rollbalgähnlicher Manschetten (51, 52) gebildet sind, die mit ihrem einen Ende jeweils gemeinsam dicht mit dem Außenumfang des Gummimetallagers (4) und mit ihrem anderen Ende jeweils dicht mit dem Außenumfang von an der Stoßdämpfer- Kolbenstange (12) befestigten teller- oder schirmförmigen ersten und zweiten Flanschteilen (71, 72) verbunden sind, wobei die beim Einfedern ihr Volumen verkleinernde erste Pumpenkammer (53) von der dämpferrohrseitigen Lagerkörperstirn­ fläche und die beim Einfedern ihr Volumen vergrößernde zweite Pumpenkammer (54) von der gegenüberliegenden Lagerkörperstirn­ fläche begrenzt wird.

4. Federungs- und Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die erste Pumpenkammer (53) begrenzende erste Flanschteil (71) durch einen auf der Stoß­ dämpfer-Kolbenstange (12) befestigten starren Wandteil der Gasfeder (2) gebildet ist.

5. Federungs- und Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Pumpen­ kammer (53, 54) miteinander durch eine Leitung (81) verbunden sind, die eine Kühlschlange (82) enthält, wobei beiderseits der Kühlschlange (82) Rückschlagventile (62, 64) angeordnet sind.

6. Gummimetallageranordnung für die Anlenkung eines Federungs­ und/oder Dämpfungselements, insbesondere eines Feder- oder Dämpferbeins, am Fahrzeugaufbau oder am Radführungsglied (Lenker) eines Kraftfahrzeugs mit einem zwischen einer Innen­ hülse und einer Außenhülse vulkanisierten, im wesentlichen auf Schub beanspruchten und in axialer Richtung auslenkbaren ringförmigen gummielastischen Lagerkörper, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr zwei Pumpenräume 53, 54 einer luftfördernden Pumpeneinrichtung integriert sind, die - auf den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Lagerkörpers (41) angeordnet - in axialer Richtung einerseits durch die axial auslenkbare Lagerkörper-Stirnfläche und andererseits jeweils durch einen starr an der Innenhülse (44) anliegenden teller- oder schirmförmigen starren Flansch­ teil (71, 72) abgeschlossen sind und die im übrigen jeweils durch eine rollbalgähnliche Manschette (51, 52) begrenzt sind, welche mit ihrem einen Ende gemeinsam dicht mit dem Außenumfang des Gummimetallagers (4) und mit ihrem anderen Ende jeweils dicht mit dem Außenumfang des teller- oder schirmförmigen starren Flanschteils (71, 72) verbunden sind.

7. Gummimetallageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gummielastische Lagerkörper (41) an jeder Stirnseite einen axialen hohlzylindrischen Fortsatz (42, 43) aufweist, an dessen Außenumfang jeweils die zugeordnete rollbalgähnliche Manschette (51, 52) befestigt ist.

8. Gummimetallageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach außen führender Durchlaß der Pumpenkammern (52, 54) jeweils im hohlzylindrischen Fortsatz (42, 43) des Lagerkörpers (41) angeordnet ist.