DE4107402A1 - Hydropneumatisches federungssystem insbesondere fuer kleine lastverhaeltnisse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Federungssystem mit mindestens einer über ein Hydraulik­ medium gegen mindestens einen ein kompressibles Medium ent­ haltenden Federspeicher wirkenden Kolbenzylindereinheit, die einen in einem Zylinder beweglich geführten und mit einer nach außen geführten Kolbenstange verbundenen Kolben auf­ weist, der innerhalb des Zylinders einen ersten Druckraum von einem zweiten Druckraum trennt.

Derartige Federungssysteme sind in zahlreichen Veröffentli­ chungen beschrieben; es seien hier lediglich beispielsweise die DE-OS 34 27 843, DE-OS 28 53 589 und DE-OS 36 13 677 ge­ nannt. Bei allen diesen Systemen werden bei Bewegungen einer zu federnden Masse, beispielsweise eines Fahrzeugrades, ein Kolben und ein Zylinder einer Kolbenzylindereinheit relativ zueinander bewegt, wodurch ein hydraulisches Medium in Strö­ mung versetzt wird, welches auf einen eine "Kompressions­ feder" bildenden Federspeicher wirkt. Der Federspeicher besteht üblicherweise aus einem Speicherraum zur Aufnahme des verdrängten Hydraulikmediums sowie einer mit einem kom­ pressiblen Medium, insbesondere Gas, gefüllten Federkammer, die über ein Trennelement, z. B. über einen schwimmend ge­ führten Trennkolben, von dem Speicherraum getrennt ist. Beim Einfedern strömt ein bestimmtes Volumen des Hydraulikmediums in den Speicherraum, wodurch sich das Volumen der Federkam­ mer verringert. Durch diese Komprimierung wird ein Anstieg des Druckes des kompressiblen Mediums und damit eine Feder­ wirkung in der Federkammer hervorgerufen, wobei dieser er­ höhte Druck über das Hydraulikmedium wieder zum Ausfedern auf die Kolbenzylindereinheit wirkt.

Systeme, bei denen eine Kolbenzylindereinheit gegen nur einen Federspeicher wirkt, besitzen eine Reihe von Nachtei­ len. So ist die Federkraft über den Hub der Kolbenzylinder­ einheit hinweg nicht konstant, sondern nimmt beim Einfedern zu und beim Ausfedern ab. Es wäre jedoch zumeist eine mög­ lichst flache Federkennlinie erwünscht, um die Federungs­ eigenschaften hinsichtlich eines guten Komforts zu optimie­ ren. Hierdurch besitzen diese Systeme aber ferner für be­ stimmte Anwendungen ein ungünstiges Schwingungsverhalten.

Aus der DE-OS 20 20 292 ist ein weiteres Federungssystem bekannt, bei dem jeder der beiden Druckräume der Kolbenzy­ lindereinheit mit einem separaten, externen Federspeicher verbunden ist, wobei diese Federspeicher gegenläufig wirken. Hierdurch läßt sich zwar das Schwingungsverhalten beein­ flussen, jedoch ist dieses System aufgrund der zwei separa­ ten Federspeicher und deren Verbindungen mit der Kolbenzy­ lindereinheit konstruktiv ziemlich aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus­ gehend von dem beschriebenen Stand der Technik ein hydro­ pneumatisches Federungssystem zu schaffen, welches sich durch konstruktiv einfache und kompakte Bauform seiner Kom­ ponenten sowie durch optimale Federungseigenschaften aus­ zeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der erste Druckraum der Kolbenzylindereinheit mit dem Hydraulikmedium gefüllt und hydraulisch mit einem ersten Federspeicher ver­ bunden ist, und daß der zweite Druckraum zur Bildung eines zweiten Federspeichers ein kompressibles Medium enthält. Somit ist vorteilhafterweise ein zweiter Federspeicher in der Kolbenzylindereinheit integriert angeordnet, was zu der angestrebten, konstruktiv einfachen Ausgestaltung führt, da für diesen zweiten Federspeicher ein gesondertes Bauteil gänzlich eingespart werden kann. Erfindungsgemäß ist es möglich, durch geeignete Wahl der Höhe der pneumatischen Vorspanndrücke der kompressiblen Medien in den beiden Feder­ speichern den Kolben der Kolbenzylindereinheit auf seinen beiden gegenüberliegenden Druckflächen mit praktisch belie­ bigen, vorzugsweise unterschiedlichen Drücken zu beaufschla­ gen, und zwar auf der Seite des ersten Druckraums mit einem im wesentlichen von dem ersten Federspeicher bewirkten, hy­ draulischen Druck und auf der Seite des zweiten Druckraums mit dem pneumatischen Vorspanndruck des hier enthaltenen kompressiblen Mediums. Hierbei entstehen zwei gegensinnige Kolbenkräfte F₁ und F₂ jeweils aus dem Produkt des entspre­ chenden Druckes mal von diesem beaufschlagte Druckfläche des Kolbens. Erfindungsgemäß ergibt sich somit die Tragkraft F der Kolbenzylindereinheit aus der Differenz dieser beiden gegensinnigen Kolbenkräfte; es gilt die Gleichung F = F₁-F₂.

Da nun die beiden Druckräume der Kolbenzylindereinheit bei den Federungsbewegungen gegensinnig volumenveränderlich sind, wirken auch die beiden Federspeicher gegenläufig, d. h. wenn in dem ersten Federspeicher das kompressible Medium komprimiert wird (pneumatischer Vorspanndruck steigt), wird in dem zweiten Federspeicher bzw. in dem zweiten Druckraum der Kolbenzylindereinheit das kompressible Medium entspannt (pneumatischer Vorspanndruck sinkt), und umgekehrt wird in dem zweiten Federspeicher das kompressible Medium kompri­ miert (Druck steigt), wenn in dem ersten Federspeicher das kompressible Medium entspannt wird (Druck sinkt). Hierdurch läßt sich vorteilhafterweise für den dynamischen Federungs­ betrieb eine Federkennlinie derart einstellen, daß einer­ seits zwar ein hoher Federungskomfort erreicht werden kann, andererseits aber auch ein günstiges Schwingungsverhalten realisiert werden kann. Dies liegt daran, daß sich die beiden Kolbenkräfte F₁ und F₂ jeweils derart ändern, daß der Kolben praktisch automatisch vor Erreichen seiner Endlagen "abgebremst" wird. Es kann sich daher bei den meisten Anwen­ dungsfällen sogar eine Dämpfung der Hydraulikströmung er­ übrigen.

Zudem ist von weiterem Vorteil, daß durch die gegenläufig wirkenden Federspeicher das erfindungsgemäße System außer­ ordentlich temperaturunempfindlich ist, da sich bei Tempe­ raturänderungen in den beiden Federspeichern der pneumati­ sche Vorspanndruck im zumindest annähernd gleichen Verhält­ nis ändert, so daß sich diese Änderungen praktisch von selbst kompensieren.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung werden die Druck- sowie Druckflächenverhältnisse inner­ halb des erfindungsgemäßen Federungssystems derart ausge­ legt, daß innerhalb des in dem ersten Druckraum der Kolben­ zylindereinheit angeordneten Hydraulikmediums ein hydrauli­ scher Druck herrscht, der in jeder Federungslage bzw. Hub­ stellung der Kolbenzylindereinheit zumindest geringfügig größer als der in dem zweiten Druckraum herrschende, pneu­ matische Vorspanndruck des zweiten, internen Federspeichers ist. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung wird erreicht, daß der Kolben lediglich mit einer einfachen und preiswerten Flüssigkeitsdichtung anstatt mit einer aus mindestens drei bis fünf Einzeldichtungen bestehenden "Gasdichtung" ausge­ stattet zu werden braucht, da dem pneumatischen Druck der stets höhere hydraulische Druck entgegenwirkt, was im Bereich der Kolbendichtung praktisch zu einer zusätzlichen "hydraulischen Abdichtung" des kompressiblen Mediums bzw. des dieses enthaltenden, zweiten Druckraums führt, denn das kompressible Medium - zweckmäßigerweise ein Gas - kann auf­ grund seines niedrigeren Druckes keinesfalls an der Kolben­ dichtung vorbei in den ersten Druckraum entweichen, da hier ja der höhere hydraulische Druck herrscht. Dabei braucht die Kolbendichtung vorteilhafterweise auch nur für den Dif­ ferenzdruck zwischen dem pneumatischen und dem hydraulischen Druck ausgelegt zu sein. Diese erfindungsgemäße Druckdiffe­ renz trägt somit zu einer einfachen und preiswerten Kon­ struktion bei, wobei zudem der Kolben der Kolbenzylinderein­ heit auch sehr kompakt, d. h. insbesondere mit geringer Bau­ länge ausgebildet werden kann, da die Flüssigkeitsdichtung eine geringere Baulänge erfordert als eine aus mehreren, axial hintereinanderliegenden Dichtringen bestehende "Gas­ dichtung".

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der erste Druckraum als die Kolbenstange umschließender Ringraum und der zweite Druckraum als der Kolbenstange abgekehrter Zylinderraum ausgebildet. Dabei beträgt das Kolbenflächen­ verhältnis zwischen der dem Ringraum zugekehrten, ersten, ringförmigen Druckfläche des Kolbens und der gegenüberlie­ genden, dem Zylinderraum zugekehrten, stirnseitigen, zweiten Druckfläche etwa 1 : 5 bis 1 : 10. Da somit erfindungsgemäß die zweite Druckfläche größer, und zwar insbesondere wesent­ lich größer, als die erste Druckfläche ist, reicht vorteil­ hafterweise ein geringer pneumatischer Vorspanndruck in dem zweiten Druckraum aus, um eine hohe Tragkraft F zu erzeugen. Die kleinere, ringförmige, erste Druckfläche des Kolbens wird zwar mit dem höheren hydraulischen Druck beaufschlagt, jedoch entsteht hierdurch dennoch nur eine Kolbenkraft F₂, die kleiner ist, als die entgegengesetzte, durch Beaufschla­ gung der zweiten Druckfläche mit dem geringeren pneumati­ schen Vorspanndruck erzeugte Kolbenkraft F₁. Erfindungsgemäß kann somit die sich aus der Gleichung F = F₁-F₂ ergebende Tragkraft für den statischen Belastungsfall ausreichend groß ausgelegt werden, wobei dennoch gewährleistet werden kann, daß der pneumatische Vorspanndruck stets geringer bleibt als der hydraulische Druck.

Das erfindungsgemäße Federungssystem eignet sich besonders für Anwendungsfälle, in denen geringe Lastverhältnisse zwischen Leerlast und Vollast vorhanden ist, da hierbei der beschriebene Druckunterschied zwischen dem hydraulischen Druck und dem pneumatischen Vorspanndruck in dem zweiten Druckraum, d. h. in dem internen, zweiten Federspeicher, besonders leicht realisiert werden kann. Mögliche Anwen­ dungen sind beispielsweise PKW-Federungen, Federungen von LKW-Fahrerhäusern oder auch Federungen von LKW, die eine konstante Last (Lastverhältnis 1 : 1) besitzen, wie z. B. Militär-LKW oder Zugmaschinen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Die hiermit erreich­ ten Vorteile und Wirkungen sind in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels soll die Erfindung nun näher erläutert werden. Dabei zeigt die einzige Zeichnungsfigur eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Federungssystems mit im Längsschnitt dargestellten Komponenten.

Ein erfindungsgemäßes Federungssystem besteht zumindest aus einer Kolbenzylindereinheit 2 und einem mit dieser zusammen­ wirkenden, ersten pneumatischen Federspeicher 4, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als gesondertes Bauelement unabhängig, d. h. räumlich getrennt von der Kolbenzylinder­ einheit 2 angeordnet und über eine hydraulische Leitungsver­ bindung 6 angeschlossen ist. Dabei trägt die Kolbenzylin­ dereinheit 2 als "Federbein" eine nicht dargestellte Last.

Die Kolbenzylindereinheit 2 besteht aus einem Zylinder 8, in dem ein Kolben 10 axialbeweglich geführt ist. Der Kolben 10 ist mechanisch mit einer Kolbenstange 12 verbunden, die gegen den Zylinder 8 über eine Umfangsdichtung 14 abgedich­ tet nach außen geführt ist. Ein zwischen dem Kolben 10 und der Innenwandung des Zylinders 8 vorhandener Ringspalt ist über eine Kolbendichtung 16 abgedichtet, so daß der Kolben 10 innerhalb des Zylinders 8 einen ersten Druckraum 18 von einem zweiten Druckraum 20 trennt.

Erfindungsgemäß ist nun der erste Druckraum 18 mit Hydrau­ likmedium gefüllt und hydraulisch mit dem ersten Federspei­ cher 4 verbunden. In der dargestellten, bevorzugten Aus­ führungsform besitzt die Kolbenzylindereinheit 2 hierzu einen im freien, nach außen geführten Endbereich der Kolben­ stange 12 angeordneten Hydraulikanschluß 22, der über einen sich durch die Kolbenstange 12 hindurch erstreckenden Kanal 24 in den ersten Druckraum 18 mündet. Ferner ist der Hydraulikanschluß 22 über die Leitungsverbindung 6 mit einem Hy­ draulikanschluß 26 des ersten Federspeichers 4 verbunden. Erfindungsgemäß ist nun weiterhin vorgesehen, daß der zweite Druckraum 20 der Kolbenzylindereinheit 2 zur Bildung eines zweiten Federspeichers 28 ein kompressibles Medium enthält, was in der Zeichnung durch eine Punktierung angedeutet wird. Somit wirkt erfindungsgemäß die Kolbenzylindereinheit 2 mit zwei Federspeichern 4, 28 zusammen, wobei diese Federspei­ cher gegensinnig wirken und der zweite Federspeicher 28 vor­ teilhafterweise in der Kolbenzylindereinheit 2 integriert angeordnet ist.

Aufgrund der oben beschriebenen Ausgestaltung der Kolbenzy­ lindereinheit 2 teilt der Kolben 10 einen die Kolbenstange 12 umschließenden Ringraum 30 von einem der Kolbenstange 12 abgekehrten Zylinderraum 32 ab. Hierbei ist nun in der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federungs­ systems der Ringraum 30 identisch mit dem ersten Druckraum 18 und der Zylinderraum 32 mit dem zweiten Druckraum 20. Es liegt jedoch für bestimmte Anwendungsfälle ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dies umgekehrt vorzusehen, d. h. daß der erste Druckraum 18 dem Zylinderraum 32 sowie der zweite Druckraum 20 dem Ringraum 18 entspricht. Dabei wäre dann entsprechend der Ringraum 30 mit dem kompressiblen Medium gefüllt, während der Zylinderraum 32 das Hydraulikmedium enthalten würde und mit dem externen Federspeicher 4 ver­ bunden wäre.

Der erste, externe Federspeicher 4 ist vorzugsweise als Kol­ benspeicher mit einem in einem Zylindergehäuse 34 schwimmend geführten, einen Speicherraum 36 für das Hydraulikmedium von einer das kompressible Medium enthaltenden Federkammer 38 trennenden Trennkolben 40 ausgebildet. Innerhalb des in der Federkammer 38 des ersten Federspeichers 4 angeordneten kom­ pressiblen Mediums herrscht nun ein erster pneumatischer Vorspanndruck p₁. Ferner ist das kompressible Medium in dem zweiten Druckraum 20 der Kolbenzylindereinheit 2 mit einem zweiten pneumatischen Vorspanndruck p₂ vorgespannt. Schließ­ lich herrscht innerhalb des Hydraulikmediums, d. h. einer­ seits in dem ersten Druckraum 18 der Kolbenzylindereinheit 2 sowie andererseits in dem Speicherraum 36 des ersten Federspeichers 4, ein hydraulischer Druck p₃.

Aufgrund der oben beschriebenen Bauart der Kolbenzylinder­ einheit 2 besitzt der Kolben 10 eine dem Ringraum 30 zuge­ kehrte, erste Druckfläche 42 und eine dem Zylinderraum 32 zugekehrte, zweite Druckfläche 44. Dabei ist ersichtlich, daß die erste Druckfläche 42 aufgrund ihrer ringförmigen Ausgestaltung eine geringere Flächengröße besitzt als die zweite Druckfläche 44. Erfindungsgemäß beträgt das Flächen­ größenverhältnis der ersten Druckfläche 42 zu der zweiten Druckfläche 44 etwa 1 : 5 bis 1 : 10. Durch Beaufschlagung der zweiten Druckfläche 44 mit dem zweiten pneumatischen Vorspanndruck p₂ entsteht nach der Gleichung F = p·A eine erste Kolbenkraft F₁ und durch Beaufschlagung der ersten Druckfläche 42 mit dem hydraulischen Druck p₃ eine zweite Kolbenkraft F₂. Eine resultierende Tragkraft F der Kolben­ zylindereinheit 2 ergibt sich aus der Gleichung F = F₁-F₂. Dabei kann aufgrund der genannten, erfindungsgemäßen Flä­ chenverhältnisse vorteilhafterweise gewährleistet werden, daß der hydraulische Druck p₃ stets, d. h. in jeder Hubstellung der Kolbenzylindereinheit 2, größer als der zweite pneumati­ sche Vorspanndruck p₂ ist, wobei aber dennoch eine hinrei­ chend große Tragkraft F erzeugt wird. Der hydraulische Druck p₃ ergibt sich im wesentlichen in Abhängigkeit von dem ersten pneumatischen Vorspanndruck p₁ des ersten Federspeichers 4.

Zu den Vorteilen dieser erfindungsgemäßen, zwischen den bei­ den Druckräumen 18, 20 der Kolbenzylindereinheit 2 vorhande­ nen Druckdifferenz wird auf die obige Beschreibungseinlei­ tung verwiesen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Federspeicher 4 als Druckwandler derart ausgebildet, daß der hydraulische Druck p₃ auch stets größer als der erste pneumatische Vorspanndruck p₁ ist. Hierzu besitzt der Trenn­ kolben 40 des ersten Federspeichers 4 zwei unterschiedlich große Druckflächen, und zwar ist die der Federkammer 38 zu­ gekehrte, von dem ersten pneumatischen Vorspanndruck p₁ be­ aufschlagte, erste Druckfläche 46 größer als die gegenüber­ liegende, dem Speicherraum 36 zugekehrte und von dem hydrau­ lischen Druck p₃ beaufschlagte, zweite Druckfläche 48. Um diese Flächengrößendifferenz zu erzeugen, ist der Trennkol­ ben 40 zweckmäßigerweise mit einer axial durch den Speicher­ raum 36 hindurch sowie abgedichtet aus dem Zylindergehäuse 34 nach außen geführten Trennkolbenstange 50 verbunden, so daß einerseits der Speicherraum 36 einen gegenüber der Federkammer 38 reduzierten, ringförmigen Querschnitt sowie andererseits die zweite Druckfläche 48 eine entsprechend ringförmige Flächenform aufweisen. Dadurch, daß somit auch innerhalb des ersten Federspeichers 4 eine Druckdifferenz vorhanden ist, läßt sich der Trennkolben 40 ebenfalls mit einer einfachen Flüssigkeitsdichtung anstatt mit einer auf­ wendigeren Gasdichtung ausstatten. Es wird hierzu ergänzend auf die obigen Erläuterungen zu der innerhalb der Kolbenzy­ lindereinheit 2 vorhandenen Druckdifferenz verwiesen; die Vorteile gelten hier in analoger Weise.

Das erfindungsgemäße Federungssystem läßt sich hinsichtlich der Tragkraft F einmal berechnen und auslegen. Darüber hin­ aus ist vorteilhafterweise auch eine Nivellierung möglich, um entweder die Niveaulage von einer Ausgangsstellung in eine gewünschte andere Stellung zu bringen oder - nach einer Belastungsänderung - die Niveaulage wieder auf einen Soll­ wert einzustellen. Hierzu ist erfindungsgemäß der erste Druckraum 18 der Kolbenzylindereinheit 2 sowie auch - auf­ grund der Verbindung über die Leitungsverbindung 6 - der Speicherraum 36 des ersten Federspeichers 4 über eine Nivel­ lierventil-Anordnung 52 hydraulisch wahlweise mit einer Druckleitung P oder einer Tankleitung T eines Hydraulik- Drucksystems verbindbar. In der dargestellten Ausführungs­ form besteht diese Nivellierventil-Anordnung 52 aus zwei einzelnen 2/2-Wege-Schaltventilen 54 und 56, die ausgangs­ seitig beide mit der Kolbenzylindereinheit 2 verbunden sind. Eingangsseitig ist das erste Schaltventil 54 mit der Druck­ leitung P verbunden und das zweite Schaltventil 56 mit der Tankleitung T. Diese Schaltventile 54, 56 können manuell angesteuert werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Schaltventile z. B. elektromagnetische Betätigungs­ elemente besitzen und von einer Steuereinheit 58 angesteu­ ert werden. Zweckmäßigerweise erfolgt diese Ansteuerung über die Steuereinheit 58 in Abhängigkeit von sensorisch erfaßten Ist-Werten der Niveaulage der Kolbenzylindereinheit 2, und zwar vorzugsweise derart, daß die Kolbenzylinderein­ heit 2 durch Zuführen oder Ablassen von Hydraulikmedium selbsttätig auf eine bestimmte Soll-Niveaulage eingestellt wird. Die Kolbenzylindereinheit 2 ist hierzu mit mindestens einem Niveausensor 60 ausgestattet, der seine Ausgangs­ signale der Steuereinheit 58 zuführt. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform erfolgt ein Anheben des Niveaus bzw. ein Ausfahren der Kolbenzylindereinheit 2 (Relativbewe­ gung von Kolben 10 und/oder Zylinder 8 gemäß der Pfeile A) dadurch, daß Hydraulikmedium aus dem System abgelassen wird, indem das zweite Schaltventil 56 in seine Durchlaßstellung geschaltet wird. Da die erste Kolbenkraft F₁ größer als die zweite Kolbenkraft F₂ ist, wird bei einem derartigen Ablassen von Hydraulikmedium die Kolbenzylindereinheit 2 auseinander­ gefahren (Pfeile A). Zwar sinkt hierbei der zweite pneuma­ tische Vorspanndruck p₂ in dem zweiten Druckraum 20 ab, je­ doch sinkt auch der hydraulische Druck p₃ im ersten Druck­ raum 18 ab, da auch aus dem Speicherraum 36 des ersten Federspeichers 4 Hydraulikmedium ausströmt, und zwar auf­ grund des ersten pneumatischen Vorspanndruckes p₁, wodurch sich das Volumen der Federkammer 38 vergrößert, was wiederum zu einem Druckabfall innerhalb der Federkammer 38 führt. Da aber das erfindungsgemäße Federungssystem der Gesetzmäßig­ keit F = F₁-F₂ folgt, stellen sich die Drücke p₂ und p₃ so ein, daß in der Soll-Niveaulage, die durch den Niveausensor 60 festgelegt ist, die jeweilige Last getragen werden kann. Soll nun die Kolbenzylindereinheit 2 eingefahren werden (Relativbewegung von Zylinder 8 und/oder Kolben 10 gemäß der Pfeile E), so wird das erste Schaltventil 54 in seine Durch­ laßstellung geschaltet, wodurch Hydraulikmedium aus der Druckleitung P in das System hineingeführt wird. Auch hier­ bei stellen sich die Drücke p₂ und p₃ derart ein, daß in der Soll-Niveaulage die Last getragen werden kann.

Erfindungsgemäß ist es hierbei ferner möglich, eine dynami­ sche Nivellierung während des Federungsbetriebs, d. h. bei­ spielsweise während der Fahrt eines Kfz, durchzuführen. Beispielsweise können bei einem erfindungsgemäßen, aus mehreren Kolbenzylindereinheiten 2 (pro Fahrzeugrad eine Kolbenzylindereinheit 2) bestehenden Federungssystem während einer Kurvenfahrt die auf der Kurveninnenseite angeordneten Kolbenzylindereinheiten 2 im Niveau abgesenkt und diejenigen der Kurvenaußenseite im Niveau angehoben werden. Hierdurch würde die natürliche Kurvenneigung des Fahrzeuges kompen­ siert, so daß es vorteilhafterweise entweder ohne nennens­ werte Neigung geradegehalten oder aber sogar in Richtung der Kurveninnenseite geneigt werden könnte, so daß dann die Fahr­ zeuginsassen keine oder nahezu keine Kurvenbeschleunigung mehr spüren würden. Für eine derartige dynamische Nivellie­ rung ist dann zweckmäßigerweise die elektronische Steuerein­ heit 58 mit geeigneten zusätzlichen Sensoren verbunden, die physikalische Zustandsgrößen des Fahrzeuges erfassen und melden, die dann in der Steuereinheit 58 zur Ansteuerung der Nivellierventilanordnung 52 ausgewertet werden.

Es ist an dieser Stelle noch darauf hinzuweisen, daß in dem als Alternative genannten Fall, in dem der erste Druckraum 18 mit dem Zylinderraum 32 und der zweite Druckraum 20 mit dem Ringraum 30 identisch sind, wobei dann das kompressible Medium in dem Ringraum 30 angeordnet wäre, die beschriebene Nivellierung "umgekehrt" funktionieren würde. Dies bedeutet, daß ein Zuführen von Hydraulikmedium über das erste Schalt­ ventil 54 zum Anheben des Niveaus (Pfeile A) und ein Ent­ nehmen von Hydraulikmedium über das zweite Schaltventil 56 zu einem Einfahren (Pfeile E) führen würde.

Als Hydraulikmedium kann - wie üblich - ein Hydrauliköl ver­ wendet werden, wobei aber dann jedenfalls als kompressibles Medium ein im wesentlichen sauerstofffreies Medium, insbe­ sondere ein Schutzgas wie beispielsweise CO₂, verwendet werden muß, um den sogenannten "Dieseleffekt" zu vermeiden. Dies bedeutet, daß bei Verwendung eines sauerstoffhaltigen Gases, wie z. B. Luft, durch Vernebelung von Öl ein explosi­ ves, selbstzündungsfähiges Gemisch entstehen könnte. Dies muß vermieden werden. Vorteilhafterweise kann nun aber er­ findungsgemäß als kompressibles Medium auch Luft bzw. Druck­ luft verwendet werden, wobei dann das Hydraulikmedium höch­ stens zu einem Teil aus Öl, insbesondere aus einer Wasser- /Öl-Emulsion oder nur aus Wasser, besteht. Durch diese vor­ teilhafte Ausgestaltung können die pneumatischen Vorspann­ drücke p₁ und/oder p₂ auf einfache Weise verändert werden, indem der zweite Druckraum 20 der Kolbenzylindereinheit 2 und/oder die Federkammer 38 des ersten Federspeichers 4 je­ weils einen Füllanschluß bzw. ein Füllventil 62 aufweisen, so daß über eine an diesem angeschlossene Druckluftquelle 64 (in der Zeichnung beispielhaft nur für den zweiten Druckraum 20 der Kolbenzylindereinheit 2 dargestellt) der Druck erhöht oder verringert werden kann.

Im folgenden soll nun noch eine in der Zeichnung nicht dar­ gestellte Weiterbildung der Erfindung erläutert werden. Es kann zweckmäßig sein, den Kolben 10 der Kolbenzylinderein­ heit 2 auf der Seite des ersten Druckraumes 18 mit einem Verschlußelement (nicht dargestellt) auszustatten, welches in einer in Richtung eines auf der Seite des ersten Druck­ raumes 18 angeordneten Kolben-Endanschlages verschobenen Ab­ sperrstellung des Kolbens 10 den in den ersten Druckraum 18 mündenden Hydraulikanschluß 22 bzw. die in den ersten Druck­ raum 18 mündende Öffnung des Kanals 24 derart verschließt, daß ein ein Restvolumen des ersten Druckraumes 18 aufweisen­ der, abgeschlossener, vollständig mit dem Hydraulikmedium gefüllter Teil-Druckraum gebildet ist. Dabei ist dann das Verschlußelement derart federelastisch ausgebildet bzw. ge­ lagert, daß der Kolben 10 gegen eine Federkraft über die Ab­ sperrstellung hinaus in Richtung des Endanschlages beweglich ist. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung werden auch dann Druckverluste des zweiten Druckraumes 20, d. h. ein Ent­ weichen des in diesem enthaltenen kompressiblen Mediums,ver­ mieden, wenn einmal aus irgendeinem Grund der hydraulische "Gegendruck" p₃ absinken oder ganz entfallen sollte. Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn beim Aufbau des erfin­ dungsgemäßen Federungssystems, d. h. bei der Montage der Komponenten, einerseits zwar bereits der zweite Druckraum 20 bis auf den Druck p₂ mit dem kompressiblen Medium gefüllt wird, andererseits aber die Verbindung zu dem ersten Feder­ speicher 4 über die Leitungsverbindung 6 noch nicht herge­ stellt ist. In diesem Fall wäre dann der pneumatische Vor­ spanndruck p₂ sehr viel größer als der Druck innerhalb des ersten Druckraums 18, wodurch das kompressible Medium über die Kolbendichtung 16 entweichen könnte. Erfindungsgemäß wird dies nun sicher vermieden, denn durch die erfindungs­ gemäße Ausgestaltung stützt sich der Kolben 10 in seiner Absperrstellung, d. h. bereits vor Erreichen eines mechani­ schen Endanschlages, auf dem in dem Teil-Druckraum einge­ schlossenen, hydraulischen Medium ("Hydraulikpolster") ab, so daß sich aufgrund der in dieser Stellung noch möglichen Axialbewegung des Kolbens 10 durch dessen Beaufschlagung mit dem pneumatischen Vorspanndruck p₂ stets automatisch ein entsprechender Gegendruck auf der Seite des ersten Druck­ raums 18 einstellt. Dieser Gegendruck paßt sich zudem auch vorteilhafterweise automatisch an, wenn sich der pneumati­ sche Druck z. B. temperaturbedingt ändern sollte. Ferner wird sogar auch bei einer eventuellen Undichtigkeit im Be­ reich des erfindungsgemäßen Verschlußelementes, wodurch das hydraulische Medium langsam aus dem ersten Druckraum 18 ent­ weichen könnte, durch eine "Nachführung" des Kolbens 10 ein entsprechender hydraulischer Druck aufrechterhalten. Auf diese Weise wird die Kolbendichtung 16 stets von beiden Seiten mit aneinander angepaßten Drücken beaufschlagt, so daß sie niemals nur gegen den vollen pneumatischen Vorspann­ druck p₂ abzudichten braucht.

Eine entsprechende Ausgestaltung kann nun zweckmäßigerweise auch im Bereich des ersten Federspeichers 4 vorgesehen sein. Hier wäre dann der Trennkolben 40 auf der Seite des Spei­ cherraums 36 mit einem entsprechenden Verschlußelement aus­ gestattet, welches in einer in Richtung eines speicherraum­ seitigen Endanschlages verschobenen Absperrstellung des Trennkolbens 40 den in den Speicherraum 36 mündenden Hydrau­ likanschluß 26 derart verschließen würde, daß auch hier ein entsprechender Druckraum gebildet wäre. Es gelten hier die obigen Ausführungen in analoger Weise.

Es wird ergänzend darauf hingewiesen, daß ein konkretes Aus­ führungsbeispiel für ein derartiges Verschlußelement in einer Anwendung bei einem Kolbenspeicher in dem DE-GM 90 12 936.9 der Anmelderin beschrieben ist. Auf dieses Gebrauchs­ muster wird an dieser Stelle in vollem Umfang Bezug genom­ men.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebe­ ne Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen.

Claims (14)

1. Hydropneumatisches Federungssystem mit mindestens einer über ein Hydraulikmedium gegen mindestens einen ein kompressibles Medium enthaltenden Federspeicher wirken­ den Kolbenzylindereinheit, die einen in einem Zylinder beweglich geführten und mit einer nach außen geführten Kolbenstange verbundenen Kolben aufweist, der innerhalb des Zylinders einen ersten Druckraum von einem zweiten Druckraum trennt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckraum (18) mit dem Hydraulikmedium gefüllt und hydraulisch mit einem ersten Federspeicher (4) ver­ bunden ist, und daß der zweite Druckraum (20) zur Bil­ dung eines zweiten Federspeichers (28) ein kompressi­ bles Medium enthält.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckraum (18) als die Kolbenstange (12) um­ schließender Ringraum (30) und der zweite Druckraum (20) als der Kolbenstange (12) abgekehrter Zylinderraum (32) ausgebildet sind.

3. Federungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) eine dem Ringraum (30) zugekehrte, erste Druckfläche (42) und eine dem Zylinderraum (32) zuge­ kehrte, zweite Druckfläche (44) aufweist, wobei das Flächengrößenverhältnis der ersten Druckfläche (42) zu der zweiten Druckfläche (44) etwa im Bereich von 1/5 bis 1/10 liegt.

4. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Medium des ersten Federspeichers (4) mit einem ersten pneumatischen Vorspanndruck (p₁) und das in dem zweiten Druckraum (20) angeordnete kompressible Medium des zweiten Federspeichers (28) mit einem zweiten pneumatischen Vorspanndruck (p₂) derart vorge­ spannt sind, daß in dem Hydraulikmedium ein hydrauli­ scher Druck (p₃) herrscht, der in jeder Federungslage der Kolbenzylindereinheit (2) größer als der zweite pneumatische Vorspanndruck (p₂) ist.

5. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Federspeicher (4) als separates, mit der Kolben­ zylindereinheit (2) über eine Leitungsverbindung (6) verbundenes Bauteil sowie insbesondere als Kolbenspei­ cher mit einem in einem Zylindergehäuse (34) schwimmend geführten, einen Speicherraum (36) für das Hydraulik­ medium von einer das kompressible Medium enthaltenden Federkammer (38) trennenden Trennkolben (40) ausgebil­ det ist.

6. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Federspeicher (4) als Druckwandler derart ausge­ bildet ist, daß der hydraulische Druck (p₃) stets größer als der erste pneumatische Vorspanndruck (p₁) ist.

7. Federungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (40) des ersten Federspeichers (4) zwei unterschiedlich große Druckflächen (46, 48) aufweist, wobei die der Federkammer (38) zugekehrte, von dem ersten pneumatischen Vorspanndruck (p₁) beaufschlagte, erste Druckfläche (46) größer als die gegenüberliegen­ de, dem Speicherraum (36) zugekehrte und von dem hy­ draulischen Druck (p₃) beaufschlagte, zweite Druckflä­ che (48) ist.

8. Federungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (40) mit einer axial durch den Speicher­ raum (36) hindurch sowie abgedichtet aus dem Zylinder­ gehäuse (34) nach außen geführten Trennkolbenstange (50) verbunden ist, so daß der Speicherraum (36) einen gegenüber der Federkammer (38) reduzierten, ringförmi­ gen Querschnitt sowie die zweite Druckfläche (48) eine entsprechend ringförmige Flächenform aufweisen.

9. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckraum (18) der Kolbenzylindereinheit (2) über eine Nivellierventil-Anordnung (52) hydraulisch wahl­ weise mit einer Druckleitung (P) oder einer Tankleitung (T) eines Hydrauliksystems verbindbar ist.

10. Federungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nivellierventil-Anordnung (52) von einer Steuereinheit (58) in Abhängigkeit von sensorisch erfaßten Istwerten der Niveaulage der Kolbenzylindereinheit (2) derart an­ gesteuert wird, daß die Kolbenzylindereinheit (2) durch Zuführen oder Ablassen von Hydraulikmedium selbsttätig auf eine bestimmte Soll-Niveaulage eingestellt wird.

11. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als kompressibles Medium Luft bzw. Druckluft verwendet wird, wobei das Hydraulikmedium höchstens zu einem Teil aus Öl, insbesondere aus einer Wasser/Öl-Emulsion oder aus Wasser, besteht.

12. Federungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (20) der Kolbenzylindereinheit (2) und/oder die Federkammer (38) des ersten Federspeichers (4) jeweils einen mit einer Druckluftquelle (64) ver­ bindbaren Füllanschluß (62) aufweisen/aufweist.

13. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) der Kolbenzylindereinheit (2) auf der Seite des ersten Druckraums (18) ein Verschlußelement auf­ weist, welches in einer in Richtung eines auf der Seite des ersten Druckraums (18) angeordneten Kolben-Endan­ schlages verschobenen Absperrstellung des Kolbens (10) einen in den ersten Druckraum (18) mündenden Hydraulik­ anschluß (22) derart verschließt, daß ein ein Rest­ volumen des ersten Druckraums (18) aufweisender, abge­ schlossener, vollständig mit dem Hydraulikmedium ge­ füllter Teil-Druckraum gebildet ist, wobei das Ver­ schlußelement derart federelastisch ausgebildet ist, daß der Kolben (10) gegen eine Federkraft über die Ab­ sperrstellung hinaus in Richtung des Endanschlages beweglich ist.

14. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (40) des ersten Federspeichers (4) auf der Seite des Speicherraumes (36) ein Verschlußelement auf­ weist, welches in einer in Richtung eines speicherraum­ seitigen Endanschlages verschobenen Absperrstellung des Trennkolbens (40) einen in den Speicherraum (36) mün­ denden Hydraulikanschluß (26) derart verschließt, daß ein ein Restvolumen des Speicherraums (36) aufweisen­ der, abgeschlossener, vollständig mit dem Hydraulik­ medium gefüllter Druckraum gebildet ist, wobei das Ver­ schlußelement derart federelastisch ausgebildet ist, daß der Trennkolben (40) gegen eine Federkraft über die Absperrstellung hinaus in Richtung des Endanschlages beweglich ist.