DE4129819A1 - Hydropneumatisches federungssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Federungssystem insbesondere zur Radabstützung bei Kraft­ fahrzeugen, mit mindestens einem aus einem Zylinder und einem in diesem zum Ein- und Ausfedern beweglich geführten, von einem Hydraulikmedium, insbesondere einem Öl, beauf­ schlagten Kolben bestehenden Federbein, wobei das Hydraulik­ medium beim Ein- und Ausfedern über eine hydraulische Ver­ bindung zwischen dem Federbein und mindestens einem hydro­ pneumatischen, ein kompressibles Medium enthaltenden Feder­ speicher hin- und herströmt, wobei der Federspeicher durch Kompression des kompressiblen Mediums einen hydraulischen Druck erzeugt, der in dem Federbein durch die Beaufschlagung des Kolbens eine Federkraft bewirkt, wobei beim Ausfedern des Federbeins die Verbindung zu dem Federspeicher alternie­ rend gesperrt und geöffnet wird, und wobei das Sperren und Öffnen der Verbindung zwischen dem Federbein und dem Feder­ speicher selbsttätig durch die jeweiligen, in dem Federbein und dem Federspeicher herrschenden hydraulischen Drücke bzw. durch eine zwischen diesen auftretende Druckdifferenz ge­ steuert wird, nach Patent . . .. (Patentanmeldung P 41 17 455.0-21).

Bei derartigen Federungssystemen wird durch die Ein- und Ausfederungsbewegungen des Kolbens das in dem Federbein ent­ haltene Hydraulikmedium in Strömung versetzt. Beim Einfedern wird ein bestimmtes Volumen des Hydraulikmediums von dem Kolben aus dem Zylinder des Federbeins in mindestens einen Federspeicher verdrängt, wodurch sich das Volumen des in dem Federspeicher enthaltenen kompressiblen Mediums verringert. Durch diese Komprimierung wird ein Druckanstieg und damit eine Federwirkung hervorgerufen, die bei einem nachfolgenden Ausfedern eine Rückströmung des Hydraulikmediums aus dem Federspeicher in das Federbein bewirkt.

Bei den bekannten, gattungsgemäßen Federungssystemen ist nun aber nachteilig, daß beim Einfedern die Federkraft überpro­ portional ansteigt, denn hierdurch wird das Federbein beim Ausfedern sehr stark beschleunigt. In Fahrzeugen führt die­ ses Verhalten insofern zu Problemen, als beispielsweise in Fällen, in denen mit einem Rad eine Unebenheit, d. h. eine Erhebung, überfahren wird, das Rad nach der Erhebung sehr schnell nach unten bewegt wird, d. h. es schlägt auf die Fahrbahn zurück. Dies ist insbesondere bei schweren Last­ kraftwagen zu beobachten, die hierdurch auf den Fahrbahnen Schäden verursachen, indem durch das ständige Überfahren der Unebenheiten durch viele Fahrzeuge nacheinander regelrechte Schlagloch-Serien entstehen. Ferner ist das beschriebene Verhalten insbesondere auch bei Kurvenfahrten nachteilig, da hierbei jeweils die auf der Kurvenaußenseite angeordneten Federbeine - bedingt durch die auftretende Fliehkraft - ein­ federn und auf der Kurveninnenseite ausfedern, wobei die ausfedernden Federbeine aufgrund der pneumatisch erzeugten Federkraft das Fahrzeug noch weiter zur Außenseite hinüber­ drücken und so nachteiligerweise das Fahrzeug noch weiter neigen, als es allein durch die Fliehkraft erfolgen würde.

Nun ist es zwar ebenfalls bekannt, die beim Ausfedern auf­ tretende Hydraulikströmung mittels geeigneter Dämpfungsven­ tile zu drosseln. Allerdings bringt dies noch keine zufrie­ denstellende Lösung der angesprochenen Probleme. Vielmehr treten hier sogar noch zusätzliche Probleme auf, da bekannte Dämpfungsventile auf dem "Strömungswiderstandsprinzip" be­ ruhen, wobei bewußt Wirbel und Turbulenzen in der zu dämp­ fenden Strömung erzeugt werden, was aber zu einer insbeson­ dere für hydropneumatische Systeme sehr nachteiligen Erwär­ mung des Hydraulikmediums führt. Denn die Wärme überträgt sich auf das pneumatische Medium, wodurch sich die Feder­ kennlinie ändert. Zudem können durch die Turbulenzen ins­ besondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten sogar schäd­ liche Erosionserscheinungen auftreten.

In der Hauptanmeldung wurde zur Vermeidung der beschriebenen Probleme vorgeschlagen, beim Ausfedern des Federbeins die Verbindung zu dem Federspeicher immer wieder alternierend zu sperren und zu öffnen. Dies bedeutet, daß bei Auftreten einer Ausfederungsbewegung des Federbeins der Federspeicher zunächst einmal von dem Federbein "abgekoppelt" wird, so daß kein Hydraulikmedium mehr aus dem Federspeicher in das Federbein nachströmen kann. In dem Federbein ist dann ein bestimmtes Volumen des Hydraulikmediums eingeschlossen (ge­ kammert), in welchem im ersten Moment noch der gleiche Druck wie im Federspeicher herrscht, wobei dieser Druck durch Be­ aufschlagung des Kolbens eine bestimmte Federkraft bzw. Tragkraft erzeugt. Die in der Hauptanmeldung enthaltene Er­ findung beruht nun auf der Erkenntnis, daß aufgrund einer geringfügigen Kompressibilität des Hydraulikmediums trotz dessen Kammerung in dem Federbein eine geringfügige weiter­ gehende Ausfederungsbewegung des Federbeins möglich ist, und daß hierdurch eine "Entspannung" des gekammerten Hydraulik­ mediums, d. h. ein rapider Druckabfall, auftritt, wodurch auch die Federkraft ebenso rapide abfällt. Das für die meisten Anwendungsfälle schädliche schnelle Nachschieben des Federbeins in Ausfederungsrichtung wird so wirksam verhin­ dert. Es erfolgt nun im weiteren Verlauf des Ausfederns ein gesteuertes, dosiertes, sukzessives "Nachlassen" von Hydrau­ likmedium aus dem Federspeicher in das Federbein hinein, in­ dem die Verbindung zum Federspeicher ständig alternierend wieder hergestellt und wieder abgesperrt wird, bis die Aus­ federungsbewegung ganz beendet ist. Hierdurch wird eine sehr schonende Ausfederung erreicht, während der die als Kennli­ nie dargestellte Federkraft einen "zackenartigen", aus ab­ fallenden und ansteigenden Flanken bestehenden Verlauf be­ sitzt und dabei vorteilhafterweise mit ihrem Wert stets "unterhalb" einer "normalen" Federkennlinie eines herkömm­ lichen Systems liegt.

Es tritt somit bei abgesperrter, unterbrochener Verbindung zwischen dem Federbein und dem Federspeicher ein Zustand auf, in dem der innerhalb des Federbeins herrschende hydrau­ lische Druck abfällt und daher kleiner wird als der zur gleichen Zeit in dem Federspeicher herrschende hydraulische Druck, da letzterer nämlich durch die Vorspannung bzw. Kom­ primierung des kompressiblen Mediums auf dem jeweiligen Wert aufrechterhalten wird. Es tritt folglich eine Druckdifferenz zwischen den Drücken des Federbeins und des Federspeichers auf. Gemäß der Hauptanmeldung wird nun diese Druckdifferenz dazu verwendet, um hiermit praktisch selbsttätig das alter­ nierende Sperren und Öffnen der Verbindung zwischen Feder­ bein und zugehörigem Federspeicher zu steuern. Hierzu ist in der Verbindung ein Ausfederungsventil angeordnet, welches derart ausgebildet ist, daß es selbsttätig bei Druckgleich­ gewicht bzw. schon bei einer nur noch geringen Druckdiffe­ renz schließt (sperrt) und bei zunehmender Druckdifferenz bei Erreichen eines insbesondere voreinstellbaren Differenz­ betrages öffnet. Es wird hierdurch praktisch eine "Selbst­ unterbrechung" geschaffen, wobei im geschlossenen Zustand des Ausfederungsventils jeweils der hydraulische Druck des Federbeins aufgrund der Kompressibilität des Hydraulik­ mediums abfällt, bis die vorbestimmte Druckdifferenz er­ reicht ist. Dann öffnet das Ventil, so daß ein Druckaus­ gleich über das geöffnete Ventil erfolgen kann, bis nur noch eine geringe, vorbestimmte Druckdifferenz oder sogar ein Druckgleichgewicht vorhanden ist und das Ventil hierdurch wieder schließt. In diesem Zustand sinkt der hydraulische Druck innerhalb des Federbeins wieder ab, und der beschrie­ bene Vorgang wiederholt sich solange, bis die Ausfederungs­ bewegung beendet ist.

Gemäß der Hauptanmeldung besitzt das Ausfederungsventil ein Ventilelement,welches in seiner Schließrichtung mit einer Schließkraft und in seiner Öffnungsrichtung mit einer Öff­ nungskraft beaufschlagt ist. Die Öffnungskraft wird durch Beaufschlagung einer ersten Druckfläche des Ventilelementes mit dem hydraulischen Druck des Federspeichers erzeugt, und die Schließkraft ergibt sich teilweise durch Beaufschlagung einer zweiten Druckfläche des Ventilelementes mit dem hy­ draulischen Druck des Federbeins sowie zusätzlich aus einer mittels einer Vorspanneinrichtung erzeugten, federelastischen Vorspannkraft, wobei es möglich ist, die Höhe der Vorspann­ kraft mittels einer hydraulischen Verstelleinrichtung zu variieren. Die Verstelleinrichtung besitzt dazu einen der­ art mit einem Steuerdruck beaufschlagbaren Stößel, daß eine Erhöhung des Steuerdruckes eine Erhöhung der Vorspannkraft bewirkt.

Nun ist gemäß der Hauptanmeldung der Stößel der Verstellein­ richtung nur einseitig mit dem Steuerdruck beaufschlagt; die gegenüberliegende Fläche des Stößels liegt auf atmosphäri­ schem Druck. Daher ist es hier erforderlich, einen mecha­ nisch auf das Ventilelement wirkenden Abschnitt des Stößels mit einer Umfangsdichtung zu versehen, die den Ventilinnenraum, in dem der Druck des Federbeins herrscht, von dem atmosphärischen Druck trennt. Bei einem eventuellen Defekt dieser Dichtung würde nun aber der Druck des Federbeins auch auf die eigentlich drucklose Fläche des Stößels wirken, so daß das Ventil aufgrund einer undefinierten Schließkraft hinsichtlich seiner Dämpfungswirkung nicht mehr bestimmbar wäre.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das in der Hauptanmeldung vorgeschlagene Federungssystem so auszugestalten, daß in praktisch allen Betriebszuständen konstante Federungs- und Dämpfungseigenschaften gewährlei­ stet werden können.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß wird demnach der statische Druck innerhalb des strömenden Hydraulikmediums durch eine bereichsweise Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit partiell vermindert, so daß die das Sperren der Verbindung zwischen dem Federbein und dem Federspeicher bewirkende Druckdifferenz vergrößert wird. Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, die ent­ gegengesetzte Schließkraft anteilig zu reduzieren, weshalb der oben erwähnte Stößel der Verstelleinrichtung auf seiner dem Steuerdruck abgekehrten Seite ebenfalls mit Druck beauf­ schlagt werden kann, und zwar mit dem Druck des Federbeins. Die oben als problematisch beschriebene Dichtung des Stößels ist daher entbehrlich. Es entsteht zwar bei einem Druck­ gleichgewicht zwischen dem Steuerdruck und dem entgegenge­ setzten Druck keine Vorspannkraft mehr durch den Stößel der Verstelleinrichtung, jedoch wird diese "fehlende" Vorspann­ kraft nun erfindungsgemäß durch den strömungsgeschwindig­ keitsbedingt verminderten Druck und die hieraus resultieren­ de Kraft "ersetzt". Durch geeignete Auslegung der System­ komponenten bleibt das System somit unter allen Betriebsbe­ dingungen hinsichtlich seiner Federungs- und Dämpfungseigen­ schaften genau und beherrschbar.

Anhand der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung bei­ spielhaft näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federungssystems mit zwei den auf gegenüberliegen­ den Seiten liegenden Rädern einer Fahrzeugachse zugeordneten Federbeinen sowie mit zugehörigen Federspeichern und Dämpfungsventilen, wobei die Einzelkomponenten jeweils in prinzipiellen, stark vereinfachten Längsschnitten dargestellt sind,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Federungssystems verwen­ deten Dämpfungsventils,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Dämpfungsventils und

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 2 und 3 vergrößerte Ansicht des Bereichs eines Drosselventils innerhalb des Dämpfungsventils in einer vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung.

In den verschiedenen Zeichnungsfiguren sind gleiche Teile und Komponenten stets mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und daher in der Regel jeweils nur einmal beschrieben.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federungssystems ist jedem Rad einer Fahr­ zeugachse ein hydraulisches Federbein 2, 4 zugeordnet. Jedes Federbein 2, 4 besteht aus einem Zylinder 6 und einem in diesem zum Einfedern und Ausfedern beweglich geführten Kol­ ben 8, der mit einer abgedichtet aus dem Zylinder 6 nach außen führenden Kolbenstange 10 verbunden ist. Die Feder­ beine 2, 4 werden in bekannter Weise mit dem Zylinder 6 einerseits und der Kolbenstange 10 andererseits zwischen einer ungefederten Masse (Fahrzeugrad/-achse) und einer gefederten Masse (Fahrzeugrahmen/-aufbau) angeordnet. Vor­ zugsweise teilt der Kolben 8 jeweils innerhalb des Zylinders 6 einen "lastaufnehmenden" Zylinderraum 12 von einem die Kolbenstange 10 umschließenden Ringraum 14 ab. Jeder Zylin­ derraum 12 enthält ein Hydraulikmedium und ist über eine hydraulische Verbindung 16 bzw. 18 mit einem hydropneumati­ schen Federspeicher 20 bzw. 22 verbunden. In der darge­ stellten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auch jeweils der Ringraum 14 jedes Federbeins 2, 4 mit Hydraulik­ medium gefüllt und unabhängig von dem Zylinderraum 12 hy­ draulisch mit einem separaten Federspeicher 24 bzw. 26 ver­ bunden.

Während des Ausfederns jedes Federbeins 2, 4 wird die Ver­ bindung 16 bzw. 18 zwischen dem Zylinderraum 12 und dem zugehörigen Federspeicher 20 bzw. 22 alternierend gesperrt und geöffnet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, das Sperren und Öffnen der Verbindung 16/18 selbsttätig einer­ seits durch den jeweils in dem Zylinderraum 12 des Feder­ beins 2/4 herrschenden hydraulischen Druck p₁ sowie anderer­ seits durch den jeweils in dem Federspeicher 20/22 herr­ schenden hydraulischen Druck p₂ bzw. durch eine zwischen diesen Drücken auftretende Druckdifferenz zu steuern.

Hierzu ist jeweils in der Verbindung 16 bzw. 18 zwischen dem Zylinderraum 12 des Federbeins 2 bzw. 4 und dem zugehörigen Federspeicher 20 bzw. 22 ein spezielles Dämpfungsventil 30 angeordnet.

Wie sich aus Fig. 2 und 3 jeweils ergibt, besitzt ein erfin­ dungsgemäßes Dämpfungsventil 30 ein Ventilgehäuse 102 mit einer ersten Druckkammer 104 und einer zweiten Druckkammer 106, wobei in die erste Druckkammer 104 ein erster Anschluß 108 und in die zweite Druckkammer 106 ein zweiter Anschluß 110 für die Leitungsverbindungen 16, 18 (Fig. 1) münden. In einem die erste Druckkammer 104 mit der zweiten Druckkammer 106 verbindenden Strömungskanal 112 ist ein Drosselventil 114 angeordnet, welches aus einem Ventilkörper 116 und einem Ventilsitz 118 besteht. Der Ventilkörper 116 ist zwischen einer auf dem Ventilsitz 118 liegenden Schließlage (in Fig. 2 und 3 jeweils dargestellt) und einer von dem Ventilsitz 118 abgehobenen Öffnungslage (siehe hierzu Fig. 4) beweg­ lich.

In den dargestellten, bevorzugten Ausführungsformen liegen die Anschlüsse 108, 110 und die Druckkammern 104, 106 im wesentlichen fluchtend auf einer Längsachse 120. Der Strö­ mungskanal 112 zweigt in Richtung einer zu der Längsachse 120 zumindest annähernd senkrechten Querachse 122 aus der ersten Druckkammer 104 ab, ist hinter dem auf der Querachse 122 liegend angeordneten Drosselventil 114 vorzugsweise zweimal um jeweils zumindest annähernd 90° zurück in Rich­ tung der Längsachse 120 abgewinkelt und mündet dann in die zweite Druckkammer 106 wiederum in etwa annähernd senkrech­ ter Richtung zu der Längsachse 120. Des weiteren ist vor­ zugsweise ein hinsichtlich der Strömungsrichtung gegensin­ nig wirkendes Rückschlagventil 124 hydraulisch zu dem Dros­ selventil 114 parallelgeschaltet und dabei vorzugsweise derart unmittelbar zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer 104, 106 auf der Längsachse 120 liegend angeord­ net, daß die Strömung über das Rückschlagventil 124 aus der zweiten Druckkammer 106 in die erste Druckkammer 104 im wesentlichen geradlinig in Richtung der Längsachse 120 ver­ läuft. Das Rückschlagventil 124 besitzt zweckmäßigerweise ein scheibenförmiges, mit einem Ventilsitz 126 zusammenwir­ kendes und mit einer derart geringen, federelastischen Vor­ spannkraft in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilelement 128, daß es bei einer hydraulischen Strömung von der zweiten Druckkammer 106 zu der ersten Druckkammer 104 im wesentli­ chen ohne Drosselwirkung öffnet und bei einer umgekehrten Strömungsrichtung druckdicht schließt. In der Schließstel­ lung strömt das hydraulische Medium dann über das Drossel­ ventil 114. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, daß eine Hydraulikströmung von der zweiten Druck­ kammer 106 in die erste Druckkammer 104 nahezu ohne Dämp­ fung über das Rückschlagventil 124 strömt, wobei aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung auch eine Dämpfungswirkung durch Wirbelbildung weitgehend vermieden wird, da diese Strömung im wesentlichen laminar, wirbelfrei ist. Dabei ist die Aufteilung in zwei Strömungswege einerseits über das Drosselventil 114 und andererseits über das Rückschlagventil 124 auch insofern vorteilhaft, als hierdurch in diesen Strö­ mungswegen unterschiedliche Strömungsquerschnitte gewählt werden können. Insbesondere für die Strömung über das Rück­ schlagventil 124 kann ein großer Strömungsquerschnitt gewählt werden, um diese Strömung besonders verlustfrei zu machen.

Erfindungsgemäß ist nun zumindest in der Öffnungslage des Ventilkörpers 116 in einem auf der in Schließrichtung weisenden Seite des Ventilkörpers 116 liegenden Bereich ein verengter Drosselspalt 130 mit einem maximalen Querschnitt derart gebildet, daß in diesem Bereich innerhalb des in der Öffnungslage des Ventilkörpers 116 durch den Strömungskanal 112 strömenden Mediums eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und hierdurch eine partielle Druckverminderung in diesem Bereich "unterhalb" des Ventilkörpers 116 derart auftritt, daß hierdurch der Ventilkörper 116 bei vorgegebenen Flächen- und Druckverhältnissen - wie im folgenden noch erläutert werden wird - in seine Schließlage gebracht wird ("Selbst­ schließeffekt"). In den Ausführungen nach Fig. 2 und 3 ist der Drosselspalt 130 jeweils in der Öffnungslage des Ventil­ körpers 116 zwischen diesem und dem Ventilsitz 118 gebildet; da aber jeweils die Schließlage dargestellt ist, wurde die entsprechende Bezugsziffer 130 für den - in dieser Stellung ja nicht vorhandenen - Drosselspalt in Klammern gesetzt. Gemäß Fig. 4 ist der Drosselspalt 130 teilweise zwischen dem Ventilkörper 116 und dem Ventilsitz 118, hauptsächlich aber zwischen Teilen des Ventilgehäuses 102 gebildet, was im fol­ genden noch genauer erläutert werden wird.

Im Betriebszustand des erfindungsgemäßen Dämpfungsventils 30 ist der Ventilkörper 116 in Schließrichtung mit einer Schließkraft und in Öffnungsrichtung mit einer Öffnungskraft beaufschlagt, wobei die Öffnungskraft durch Beaufschlagung einer ersten, der Strömungsrichtung entgegengesetzten Druck­ fläche 132 des Ventilkörpers 116 mit einem hydraulischen Öffnungsdruck p₃ erzeugt wird. Die Schließkraft wird zu­ mindest teilweise durch Beaufschlagung einer zweiten, der ersten Druckfläche 132 gegenüberliegenden Druckfläche 134 des Ventilkörpers 116 mit einem hydraulischen Schließdruck p₄ erzeugt. Da in der Schließlage der Ventilkörper 116 mit einem äußeren Flächenbereich seiner dem Öffnungsdruck p₃ zugekehrten Fläche dichtend auf dem Ventilsitz 118 aufliegt, ist erfindungsgemäß die erste Druckfläche 132 flächenmäßig kleiner als die zweite Druckfläche 134. Hierdurch muß zum Öffnen des Drosselventils 114 jedenfalls der Öffnungsdruck p₃ größer als der Schließdruck p₄ sein, und zwar aufgrund der geltenden Beziehung: Kraft = Fläche mal Druck.

Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn die Schließ­ kraft zusätzlich zu der durch den hydraulischen Schließdruck p₄ erzeugten Kraftkomponente noch durch eine elastische Vor­ spannkraft vergrößert ist, wobei diese Vorspannkraft zweck­ mäßigerweise zum Zwecke der Einstellung der Dämpfungswir­ kung mittels einer in dem Ventilgehäuse 102 integriert ange­ ordneten Vorspanneinrichtung 136 insbesondere mit variabler Höhe erzeugt wird. Die Vorspannkraft ist dabei insbesondere mechanisch auf einen Minimalwert voreinstellbar. Ausgehend von dem Minimalwert ist die Höhe der Vorspannkraft zudem erfindungsgemäß mittels einer insbesondere hydraulischen Verstelleinrichtung 138 variabel, wobei die Verstelleinrich­ tung 138 einen derart mit einem hydraulischen Steuerdruck p_st beaufschlagbaren Steuerkolben 140 aufweist, daß eine Er­ höhung des Steuerdruckes p_st eine Erhöhung der Vorspannkraft und damit auch der Schließkraft bewirkt. Der Steuerkolben 140 der Verstelleinrichtung 138 besitzt eine erste, von dem Steuerdruck p_st beaufschlagte Druckfläche 142 sowie vorzugs­ weise auch eine zweite, gegenüberliegende, von dem Schließ­ druck p₄ beaufschlagte Druckfläche 144, wobei beide Druckflä­ chen 142, 144 insbesondere gleich groß ausgebildet sind. Hierdurch entsteht eine Vorspannkraftkomponente nur dann, wenn der Steuerdruck p_st größer als der Schließdruck p₄ ist. Bei Druckgleichgewicht zwischen diesen beiden Drücken hin­ gegen verbleibt der Steuerkolben 140 in seiner statischen Lage; es entsteht keine Vorspannkraftkomponente.

Der in der Öffnungslage des Ventilkörpers 116 zumindest teilweise zwischen diesem und dem Ventilsitz 118 gebildete Drosselspalt 130 ist erfindungsgemäß insbesondere durch einen mechanischen Anschlag 146 auf eine maximale Öffnungs­ weite begrenzbar.

Zweckmäßigerweise besteht der Ventilkörper 116 aus einem zentrischen Führungsteil 148 und einem mit dem Ventilsitz 118 zusammenwirkenden Kopfteil 150. Das Führungsteil 148 ist mit der Verstelleinrichtung 138 bzw. der Vorspannein­ richtung 136 vorzugsweise über einen in eine Führungsvertie­ fung 152 des Führungsteils 148 eingreifenden Führungsstift 154 des Steuerkolbens 140 verbunden. In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das Kopfteil 150 des Ventilkörpers 116 scheibenförmig aus einem federelastischen Material gebildet, so daß ein Teil der elastischen Vorspannkraft von dem Kopf­ teil 150 selbst erzeugt wird. Gemäß Fig. 3 (und 4) ist das Kopfteil 150 vorzugsweise starr und mit dem Führungsteil 148 einstückig ausgebildet, wobei zwischen dem Kopfteil 150 und dem Steuerkolben 140 der Verstelleinrichtung 138 eine vorge­ spannte, insbesondere als Schraubenfeder ausgebildete Druck­ feder 156 angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird somit jeweils der Minimalwert der elastischen Vorspannkraft durch die Federelastizität des scheibenförmigen Kopfteils 150 gemäß Fig. 2 bzw. der das Kopfteil 150 beaufschlagender Druckfeder 156 gemäß Fig. 3 erzeugt. Eine Erhöhung der Vorspannkraft erfolgt dann durch Beaufschlagung des Steuerkolbens 140 mit dem Steuerdruck p_st. Dabei wird der maximale Bewegungsbe­ reich in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 116 durch den Anschlag 146 begrenzt, der zweckmäßigerweise von einer Ein­ stellschraube 158 gebildet ist, die auf den Steuerkolben 140 sowie über diesen und den Führungsstift 154 auch auf das Führungsteil 148 des Ventilkörpers 116 wirkt. In der jeweils dargestellten Anschlagstellung ist hierzu zwischen dem Füh­ rungsstift 154 und einer Grundfläche der Führungsvertiefung 152 ein axiales Spiel vorhanden, welches den maximalen Bewe­ gungsbereich des Ventilkörpers 116 in Öffnungsrichtung und damit den Drosselspalt 130 begrenzt.

In den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 weist der Ventil­ körper 116 jeweils eine zentrische, entgegen der Strömungs­ richtung in den Strömungskanal 112 ragende Spitze 160 derart auf, daß der Strömungskanal 112 im vor dem Drosselventil 114 bzw. vor dem Drosselspalt 130 liegenden Bereich einen ring­ förmigen, sich in Strömungsrichtung stetig reduzierenden Querschnitt aufweist. Dies ist einerseits insofern vorteil­ haft, als hierdurch die Strömung derart radial nach außen umgelenkt wird, daß erfindungsgemäß die Entstehung einer in Öffnungsrichtung auf den Ventilkörper 116 wirkenden Impuls­ kraft weitgehend vermieden wird. Zudem kann durch die stetige Verringerung des Querschnittes des Strömungskanals 112 im vor dem Drosselspalt 130 liegenden Bereich eine nahe­ zu wirbelfreie, laminare Strömung erreicht werden.

In dieser Hinsicht sind insbesondere die Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 besonders vorteilhaft. Hiernach weist der Strömungskanal 112 durch eine entsprechende, gehäuseseitige Profilierung einen sich in Strömungsrichtung derart vor dem Drosselventil 114 kontinuierlich bis auf den Querschnitt des Drosselspaltes 130 verkleinernden und hinter dem Drossel­ spalt 130 wieder kontinuierlich vergrößernden Querschnitt auf, daß die Strömung über den gesamten Bereich vor dem, über den sowie hinter dem Drosselspalt 130 zumindest annä­ hernd laminar und wirbelfrei ist. In diesen Ausführungsfor­ men kann davon gesprochen werden, daß der Strömungskanal zumindest bereichsweise venturirohrartig ausgebildet ist. Dabei liegt bei der Ausführungsform nach Fig. 3 das Ende der Spitze 160 des Ventilkörpers 116 in einem Bereich des ven­ turirohrartig ausgebildeten Strömungskanals 112, in dem während der Strömung des Hydraulikmediums ein etwa "mittle­ rer" Druck herrscht, was bedeutet, daß dieser Druck in etwa zwischen dem maximalen Öffnungsdruck und dem strömungsge­ schwindigkeitsbedingt reduzierten, minimalen Druck liegt. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß durch die Druckbeaufschlagung der Spitze 160 mit einem Druck, der ja zwangsläufig zumindest geringfügig größer als der durch die Strömungsgeschwindigkeitserhöhung im Bereich des Drossel­ spaltes 130 herrschende Druck ist, nur eine vernachlässigbar kleine Kraftkomponente in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 116 erzeugt wird.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird eine Erzeugung von durch Auftreffen der Hydraulikströmung auf den Ventilkörper 116 bedingten Impulskräften besonders effektiv vermieden. In dieser Ausführungsform ist in dem in Strömungsrichtung vor dem Drosselventil 114 liegenden Bereich des Strömungskanals 112 ein zentrisches, rohrartiges Einsatzteil 162 derart an­ geordnet, daß der Strömungskanal 112 einerseits aus einem zentrischen, durch das Einsatzteil 162 verlaufenden Kanalab­ schnitt 164 und andererseits aus einem hierzu konzentri­ schen, zwischen dem Einsatzteil 162 und einer äußeren Kanal­ wandung 166 gebildeten Ringkanalabschnitt 168 besteht. Dabei verringert sich zumindest der Querschnitt des Ringkanalab­ schnittes 168 in Strömungsrichtung kontinuierlich bis auf den anteilig im Endbereich des Einsatzteils 162 zwischen diesem und der äußeren Kanalwandung 166 gebildeten Drossel­ spalt 130. Vorzugsweise besitzt der zentrische Kanalab­ schnitt 164 einen gegenüber dem Ringkanalabschnitt 168 geringeren Querschnitt. Bei dieser Ausführungsform ist somit insbesondere der Ringkanalabschnitt 168 venturirohrartig, d. h. praktisch als "Ringventurirohr", ausgebildet. Auch hier wird demzufolge eine praktisch verlustfreie Strömung er­ zielt. Zur Bildung des Ventilsitzes 118 erweitert sich die äußere Kanalwandung 166 konisch, und der Ventilkörper 116 besitzt eine dem konischen Ventilsitz 118 hinsichtlich des Konuswinkels zumindest annähernd entsprechende Außenkonus­ fläche 170, so daß der Drosselspalt 130 bzw. der entspre­ chende Teil des Drosselspaltes 130 zwischen dem Ventilsitz 118 und dem Ventilkörper 116 einen sich entsprechend konisch erweiternden Verlauf besitzt. Ferner weist das Einsatzteil 162 an seinem dem Ventilkörper 116 zugekehrten Ende einen sich derart konisch erweiternden Außenumfang 172 auf, daß der Ringkanalabschnitt 168 kontinuierlich über den im End­ bereich des Einsatzteils 162 gebildeten Teil des Drossel­ spaltes 130 in den in der Öffnungslage zwischen dem Ven­ tilsitz 118 und dem Ventilkörper 116 gebildeten, vorzugs­ weise hinsichtlich der Spaltweite einstellbaren Teil des Drosselspaltes 130 übergeht. Die eigentliche Strömung ver­ läuft hierbei über den Ringkanalabschnitt 168, so daß diese Strömung durch die beschriebene Profilierung des Endes des Einsatzteils 162 nicht mehr in Verschiebungsrichtung auf den Ventilkörper 116 wirken kann.

Der Ventilkörper 116 weist an seiner dem Einsatzteil 162 zugekehrten Stirnseite eine flache, an das Ende des Einsatz­ teils 162 angepaßte Aufnahmevertiefung 174 derart auf, daß in der Öffnungslage des Ventilkörpers 116 zwischen diesem und dem Ende des Einsatzteils 162 ein schmaler Strömungs­ spalt 176 gebildet ist, der radial nach außen in den Dros­ selspalt 130 mündet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der zen­ trische Kanalabschnitt 164 an seinem dem Ventilkörper 116 zugekehrten Mündungsende eine insbesondere konische Erweite­ rung 178 aufweist. Da der Strömungsspalt 176 etwa in dem Bereich des Drosselspaltes 130 in diesen mündet, in dem eine maximale Strömungsgeschwindigkeit und damit ein minimaler Druck vorliegen, wird das durch den zentrischen Kanalab­ schnitt 164 strömende Medium nach dem Prinzip einer Wasser­ strahlpumpe radial nach außen gesaugt, so daß auch hierdurch eine Unterstützung des Selbstschließeffektes erreicht wird, weil das Medium durch den zentrischen Kanalabschnitt 164 nicht so schnell nachströmen kann, wie es in den Drossel­ spalt 130 "gesaugt" wird. Bei dieser Ausführungsform ist es zudem vorteilhaft, wenn das rohrartige Einsatzteil 162 an seinem Ende etwa im Bereich des geringsten Querschnittes des Drosselspaltes 130 eine umfängliche, insbesondere durch eine ringförmige Rille 180 gebildete Strömungsabrißkante auf­ weist.

Im folgenden soll kurz die Funktion des Dämpfungsventils 30 bzw. des Drosselventils 114 erläutert werden. Die erfin­ dungsgemäße, durch die gezielte Erhöhung der Strömungsge­ schwindigkeit erzeugte, partielle Druckverminderung - gemeint ist hier eine Verminderung des statischen Druckes innerhalb des strömenden Mediums - betrifft den Öffnungs­ druck p₃, so daß das Produkt aus dem Öffnungsdruck p₃ mal erste Druckfläche 132 des Ventilkörpers 116 kleiner wird als die entgegengesetzt wirkende Schließkraft und das Ventil 114 hierdurch schließt. Aufgrund der dann fehlenden Strömung steigt nun aber wieder der Öffnungsdruck p₃ an, so daß das Ventil 114 wieder öffnet, wenn die Öffnungskraft die Schließkraft übersteigt, bis sich wieder eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit in dem erfindungsgemäßen Drossel­ spalt 130 aufgebaut hat, daß das Ventil wieder aufgrund der partiellen Druckverminderung schließt. Dieser Vorgang, d. h. das ständig alternierende Öffnen und Schließen des Ventils, wiederholt sich solange, bis die zu dämpfende Hydraulikströ­ mung endet, d. h. bis kein ausreichender Öffnungsdruck mehr vorhanden ist. Das erfindungsgemäße Drosselventil 114 be­ sitzt folglich einen "Selbstschließeffekt", wobei das Dros­ selventil durch die strömungsgeschwindigkeitsbedingte, par­ tielle Druckverminderung immer wieder kurzzeitig "zuge­ saugt" wird und hierdurch den Strömungskanal 112 alternie­ rend sperrt und wieder öffnet (Selbstunterbrechung der Strö­ mung). Eine Dämpfungswirkung entsteht somit - im Gegensatz zum Stand der Technik - nicht mehr durch bewußte Erzeugung von Wirbeln und Turbulenzen, sondern vorteilhafterweise durch ein gesteuertes, dosiertes, sukzessives "Nachlassen" von Hydraulikmedium, bis die zu dämpfende Strömung ganz be­ endet ist. Eine übermäßige Erwärmung des Hydraulikmediums kann daher vermieden werden. Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Abkehr von dem bisherigen Dämpfungsprin­ zip dar.

Die Erfindung eröffnet hierbei die besonders vorteilhafte Möglichkeit, durch die beschriebene, venturirohrartige Aus­ gestaltung des Strömungskanals 112 im Bereich vor und hinter dem Drosselventil 114 Turbulenzen nahezu vollständig zu vermeiden, was nach dem Stand der Technik nicht möglich wäre, da ja bei bekannten Dämpfungsventilen die Dämpfungs­ wirkung gerade auf der bewußten Erzeugung von Turbulenzen beruht. Hierdurch werden erfindungsgemäß zudem in optimaler Weise auch bei sehr großen Strömungsgeschwindigkeiten Ero­ sionserscheinungen im Bereich des Drosselventils wirksam vermieden. Es entsteht vorteilhafterweise allenfalls eine sehr geringfügige Erwärmung durch innere Reibung in der laminaren Strömung, so daß sich das erfindungsgemäße Dämp­ fungsventil besonders für die Anwendung in hydropneumati­ schen Federungssystemen eignet, weil es praktisch keinen nachteiligen Einfluß auf die Federkennlinie eines hydropneu­ matischen Federspeichers hat.

Erfindungsgemäß wird - wie aus Fig. 1 ersichtlich ist - als Steuerdruck p_st vorzugsweise derjenige hydraulische Druck p₁ verwendet, der jeweils in dem in einem Fahrzeug auf der ge­ genüberliegenden Seite angeordneten Federbein herrscht. Im Falle der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird folg­ lich das Dämpfungsventil 30 des Federbeins 2 über eine Steuerleitung 88 von dem als Steuerdruck verwendeten Druck p₁ des gegenüberliegenden Federbeins 4 angesteuert, und das Dämpfungsventil 30 des Federbeins 4 wird über eine Steuer­ leitung 90 mit dem Druck p₁ des gegenüberliegenden Federbeins 2 angesteuert. Der Zweck und die Wirkungsweise dieser erfin­ dungsgemäßen Ausgestaltung werden im folgenden noch erläu­ tert werden.

Wie nun weiterhin in Fig. 1 zu erkennen ist, weist jedes Federbein 2, 4 vorteilhafterweise eine beim Einfedern wirk­ same, hydraulische Endlagendämpfung 94 auf. Hierzu mündet ein im nach außen geführten Endbereich der Kolbenstange 10 angeordneter Anschluß für die Verbindung 16/18 über einen axial durch die Kolbenstange 10 und den Kolben 8 verlaufen­ den Kanal in den Zylinderraum 12. Am gegenüberliegenden, geschlossenen Zylinderende ist ein in axialer Richtung in den Zylinderraum 12 ragender Steuerstift angeordnet, der einen in Richtung seines freien Endes abnehmenden Quer­ schnitt besitzt. Dieser Steuerstift taucht beim Einfedern in den Kanal des Kolbens und der Kolbenstange ein, wodurch sich ein wegabhängig verändernder Strömungsquerschnitt er­ gibt, der in Richtung der Einfederungsendlage bis auf einen Minimalwert abnimmt. Hierdurch wird die - im übrigen prak­ tisch ungedämpfte - Einfederungsbewegung durch hydraulische Dämpfung langsam und schonend "abgebremst".

Vorzugsweise ist jeder Federspeicher 20, 22; 24, 26 als Kolben-Druckwandler mit einem schwimmend geführten, zwei unterschiedlich große Druckflächen aufweisenden Trennkolben 96 ausgebildet. Der Trennkolben 96 trennt jeweils einen mit dem Federbein 2/4 hydraulisch verbundenen Speicherraum 98 von einer das kompressible Medium enthaltenden Federkammer 99. Um die unterschiedlich großen Druckflächen des Trenn­ kolbens 96 zu erreichen, ist dieser auf der Seite des Speicherraums 98 mit einer sich durch diesen hindurch und abgedichtet aus dem Federspeicher nach außen geführten Trennkolbenstange 100 verbunden. Durch diese Ausgestaltung als Druckwandler ist jeweils der pneumatische Vorspanndruck des kompressiblen Mediums geringer als der hydraulische Druck innerhalb des Speicherraums 98.

Im folgenden sollen nun die Funktion und vorteilhafte Wir­ kungen der in Fig. 1 dargestellten, speziellen Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Federungssystems erläutert werden.

1. Einzelradfederung

Hierbei federt beispielsweise nur das in Fig. 1 links dar­ gestellte Federbein 2 zunächst ein und dann wieder aus, während das gegenüberliegende Federbein 4 in seiner stati­ schen Lage verbleibt. Beim Einfedern verdrängt der Kolben 8 aus dem Zylinderraum 12 ein bestimmtes Volumen des Hy­ draulikmediums über das Dämpfungsventil 30 in den Feder­ speicher 20. Hierzu öffnet das Rückschlagventil 124 prak­ tisch ohne Strömungswiderstand, so daß beim Einfedern eine praktisch ungedämpfte Strömung auftritt. Allerdings wird in der bevorzugten Ausführungsform, wobei der Ringraum 14 mit dem separaten Federspeicher 24 verbunden ist, der Kolben 8 langsam abgebremst, da beim Einfedern der Druck in dem Zylinderraum 12 ansteigt und in dem Ringraum 14 durch dessen Volumenvergrößerung abfällt, so daß sich insgesamt eine Zu­ nahme der in Abstützrichtung wirkenden Tragkraft des Feder­ beins 2 ergibt. Weiterhin wirkt beim Einfedern auch die oben beschriebene hydraulische Endlagendämpfung 94, so daß das Federbein 2 auch bei hoher Einfederungsgeschwindigkeit sanft in seine Endlage fährt.

Beim nachfolgenden Ausfedern hat nun erfindungsgemäß das Dämpfungsventil 30 bzw. das hierbei wirkende Drosselventil 114 eine wesentliche Bedeutung. Ist beispielsweise das Federbein 2 ganz eingefedert, während das gegenüberliegende Federbein 4 in seiner statischen Lage steht, so ist die hydraulische Verstelleinrichtung 138 des Dämpfungsventils 30 mit dem der statischen Lage zugeordneten hydraulischen Druck p₁ beaufschlagt, der im Zylinderraum 12 des gegenüberliegen­ den Federbeins 4 herrscht. Über den Steuerkolben 140 wird somit abhängig von diesem Steuerdruck p_st eine in Schließ­ richtung wirkende Vorspannkraft auf den Ventilkörper 116 ausgeübt. Zusätzlich zu dieser Vorspannkraft wirkt auf den Ventilkörper 116 noch die Kraftkomponente, die durch den hy­ draulischen Druck p₁ des Zylinderraums 12 des Federbeins 2 hervorgerufen wird. Die Summe dieser Kraftkomponente und der Vorspannkraft ergibt die Schließkraft, mit der der Ven­ tilkörper 116 gegen den Ventilsitz 118 gepreßt wird. Der Schließkraft wirkt die durch den Druck p₂ des Federspeichers 20 hervorgerufene Öffnungskraft entgegen. Es ist aber darauf hinzuweisen, daß auch ohne die beschriebene Vorspannkraft auch dann das Ventilelement 58 in seiner Schließlage gehal­ ten wird, wenn die hydraulischen Drücke p₁ und p₂ bzw. der Öffnungs- und Schließdruck p₃ und p₄ gleich sind, und zwar aufgrund der oben beschriebenen Flächendifferenz zwischen den beiden Druckflächen 132 und 134 des Ventilkörpers 116. Da folglich das Drosselventil 114 bei Beginn des Ausfederns jedenfalls geschlossen ist, kann kein Hydraulikmedium aus dem Federspeicher 20 in das Federbein 2 zurückfließen. Der innerhalb des Zylinderraums 12 des Federbeins 2 herrschende Druck p₁ versucht dennoch, das Federbein 2 auszufedern. Aufgrund einer geringen Kompressibilität des Hydraulikmedi­ ums ist ein geringfügiges Ausfedern auch tatsächlich mög­ lich, wobei ein rapider Abfall des Druckes p₁ auftritt. Ist der Druck p₁ soweit abgefallen, daß hierdurch die resultie­ rende Schließkraft kleiner als die entgegengesetzte Öff­ nungskraft wird, so wird das Drosselventil 114 durch die Beaufschlagung des Ventilkörpers 116 mit dem Druck p₂ bzw. p₄ geöffnet. Erst ab diesem Moment kann Hydraulikmedium aus dem Federspeicher 20 über das Drosselventil in den Zylinder­ raum 12 des Federbeins 2 fließen. Hierdurch fällt nun aber der Druck p₂ im Federspeicher 20 ab, und der Druck p₁ im Zylinderraum 12 des Federbeins 2 steigt wieder an. Dies hat dann zur Folge, daß die Schließkraft wieder größer als die Öffnungskraft wird und das Drosselventil 114 somit wieder schließt. Dabei unterstützt zudem - wie oben beschrieben - die partielle, strömungsgeschwindigkeitsbedingte Druckminde­ rung jeweils das Schließen des Drosselventils 114. Dieser beschriebene Vorgang wiederholt sich alternierend solange, bis die Ausfederungsbewegung beendet ist.

2. Parallelfederung

Bei einer Parallelfederung einer Achse, d. h. bei gleichzei­ tiger und gleichmäßiger Federung von zwei gegenüberliegenden Federbeinen 2, 4, läuft grundsätzlich der gleiche, wie oben beschriebene Vorgang ab. Unterschiedlich ist hierbei ledig­ lich, daß bei einer Parallelfederung die Schließdrücke p₄ jeweils ansteigen, so daß auch jeweils die Schließkräfte der Drosselventile 114 ansteigen. Dies ist bei Parallelfederung insofern positiv, als bei einer Parallelfederung mehr Ener­ gie in den Fahrzeugaufbau eingeleitet wird. Das Fahrzeug wird somit in Ausfederungsrichtung mehr bzw. stärker gedämpft, so daß ein Aufschaukeln des Fahrzeugaufbaus effek­ tiver unterdrückt wird. Besonders vorteilhaft ist dies beim Überfahren von Schlaglochserien.

3. Überfahren eines Schlagloches

Hierbei federt das betreffende Federbein 2/4 zunächst aus, da das Rad aus seiner statischen Lage heraus die Tendenz hat, in das Schlagloch "hineinzufallen". Auch hier hat die Erfindung die vorteilhafte Wirkung, daß dieses schnelle Aus­ federn wirksam verhindert wird. Bis zu einer bestimmten Länge des jeweiligen Schlagloches kann sogar erreicht werden, daß das Rad über das Schlagloch "hinwegfliegt", d. h. das Federbein federt gar nicht so weit aus, wie es normaler­ weise bei dem entsprechendem Schlagloch erfolgen würde. Hierdurch muß das Federbein auch nur geringfügig wieder ein­ federn. Es wird somit der schädliche "Rückschlageffekt" wirksam vermieden.

4. Seitliches Wanken

Ein seitliches Wanken, d. h. ein Neigen des Fahrzeugs um seine Längsachse, tritt insbesondere bei Kurvenfahrten auf. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung bewirkt nun vorteilhaf­ terweise eine sehr effektive Stabilisierung gegen derartige Wankbewegungen. Beispielsweise federt in einer Rechtskurve - fliehkraftbedingt - das linke Federbein 2 ein und das rechte Federbein 4 aus. Der Druck p₁ des linken Federbeins 2 steigt entsprechend an, und zwar dadurch, daß Hydraulikme­ dium in den Federspeicher 20 verdrängt wird, wodurch sich das Volumen des kompressiblen Mediums in der Federkammer 99 verringert und der Druck ansteigt. Der ansteigende hydrau­ lische Druck p₁ wirkt als Steuerdruck p_st in dem gegenüberlie­ genden Dämpfungsventil 30, so daß in der oben beschriebenen Weise der Ausfederungsbewegung des gegenüberliegenden Feder­ beins 4 entgegengewirkt wird. Beim Wanken eines Fahrzeugs fällt demzufolge die Federkraft des jeweils ausfedernden Federbeins wesentlich steiler ab, als bei einem "normalen" Federungsvorgang. Durch diesen - bedingt durch den steigen­ den Steuerdruck p_st - sehr starken Abfall der Federkraft des ausfedernden Federbeins neigt sich das Fahrzeug nur noch un­ wesentlich in Fliehkraftrichtung. Dies kann wie folgt näher erklärt werden.

Beim Durchfahren einer Kurve neigt sich das Fahrzeug in Fliehkraftrichtung. Unterstützt wird diese Neigung normaler­ weise durch das auf der Kurveninnenseite angeordnete, aus­ federnde Federbein, da die Stützkraft des Federbeins im Drehsinn der Fliehkraft wirkt. Es gilt folgendes Gesetz:

• Fliehkraft mal Hebelarm plus Federkraft des Federbeins auf der Kurveninnenseite mal ent­ sprechendem Hebelarm minus Federkraft des Federbeins auf der Kurvenaußenseite mal ent­ sprechendem Hebelarm = Null.

Da nun erfindungsgemäß die Federkraft des Federbeins auf der Kurveninnenseite auf weniger als 1/10 mm Federweg bereits wesentlich abfällt, unterstützt dieses Federbein kaum noch die durch die Fliehkraft hervorgerufene Drehung des Fahr­ zeugaufbaus. Im Extremfall wird die Federkraft des inneren Federbeins derart klein, daß auf nur wenigen Zehntel Grad Drehung des Aufbaus das Moment Fliehkraft mal entsprechendem Hebelarm minus Federkraftabfall des Federbeins mal entspre­ chemdem Hebelarm gleich Null wird.

Der wesentliche Gedanke bei dieser erfindungsgemäßen Stabi­ lisierung ist folglich, daß das jeweils ausfedernde Feder­ bein einen extremen Federkraftabfall erfährt. Dieser Abfall der Federkraft ist je nach Dimensionierung des Dämpfungs­ ventils 30 beispielsweise 30 bis 60-fach höher als bei einer normalen Ausfederung.

Eine weitere positive Eigenschaft der Erfindung liegt darin, daß durch die das Drosselventil 114 beaufschlagende Vor­ spannkraft das Drosselventil 114 zunächst geschlossen ist, wodurch in der statischen Lage der Druck p₂ jeweils höher als der Druck p₁ ist. Hierdurch muß zuerst im Zylinderraum 12 ein Druck aufgebaut werden, ehe das Drosselventil 114 öff­ net. Im Zylinderraum 12 des einfedernden Federbeines wirkt hierdurch nach einem sehr kleinen Einfederungsweg ein wesentlich höherer Druck als in der statischen Lage. Hier­ durch sinkt auch dieses Federbein nicht so weit ein.

Erfindungsgemäß ist für die beschriebene Stabilisierung auch der Ladezustand des Fahrzeugs ausschlaggebend. Denn eine Erhöhung der Ladung bewirkt auch eine Zunahme der hydrauli­ schen Drücke p₁ und damit auch der Steuerdrücke p_st.

Es ist folglich ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß sich die Dämpfung jeweils der beim Einfedern gespeicherten Energie anpaßt, wobei dann die gespeicherte Energie dosiert so abgebaut wird, daß die Federbeine zwar zügig wieder aus­ einanderfahren, jedoch ein Rückschlageffekt vermieden wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Zylinderräume 12 über Schaltventile 212 wahlweise mit einer Druckleitung P oder einer Tankleitung T verbunden werden, um das Niveau der Federzylinder 2, 4 einzustellen oder die Räder des Fahrzeugs beispielsweise ganz anzuheben. Dabei ist zweckmäßigerweise jeweils die Druckleitung P über das entsprechende Schaltventil 212 zwischen dem ersten Federspeicher 20 bzw. 22 und dem erfindungsgemäßen Dämp­ fungsventil 30 angeschlossen, während die Tankleitung T über das entsprechende Schaltventil 212 zwischen dem Zylinderraum 12 und dem Dämpfungsventil 30 angeschlossen ist. Hierdurch wird erreicht, daß auch eine durch Zuführen von Hydraulikme­ dium aus der Druckleitung P erzeugte Ausfederung gedämpft wird, während eine durch Ablassen von Medium zur Tankleitung T bewirkte Einfederung ungedämpft erfolgt.

Im übrigen sind nähere Einzelheiten und besondere Eigen­ schaften des bevorzugt verwendeten Dämpfungsventils 30 in einer zu der vorliegenden Anmeldung prioritätsgleichen An­ meldung (internes Aktenzeichen 6151) der Anmelderin enthal­ ten. Auf diese Anmeldungen wird an dieser Stelle in vollem Umfang Bezug genommen.

Bei dem in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Federungs­ system bevorzugt verwendeten Dämpfungsventil 30 ist gegen­ über dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Dämpfungsventil noch von besonderem Vorteil, daß aufgrund der beidseitigen Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens 140 der hydraulischen Verstelleinrichtung 138 nach Beendigung eines Ausfederungs­ vorgangs nur noch eine geringere Druckdifferenz zwischen dem Druck p₂ des Federspeichers 20/22 und dem Druck p₁ des Feder­ beins 2/4 verbleiben kann. Gemäß der Hauptanmeldung ist die Schließkraft relativ hoch, so daß sich auch ein relativ hoher Öffnungsdruck aufbauen muß, um das Drosselventil zu öffnen. Wird dieser Öffnungsdruck nicht mehr erreicht, bleibt die genannte Druckdifferenz bestehen, die bei einem nachfolgenden Einfedern erst überwunden werden muß, bevor Hydraulikmedium in den Federspeicher strömen kann. Dies führt zu einem "harten Anfedern". Da nun bei dem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Dämpfungsventil bei Druckgleichgewicht zwischen p_st und p₂ gar keine hydraulische Vorspannkraftkomponente entsteht, ist auch die Schließkraft nicht mehr so hoch, so daß eine geringere Öffnungskraft zum Öffnen des Drosselventils ausreicht. Es braucht somit bei einem nachfolgenden Einfedern allenfalls noch eine sehr geringe Druckdifferenz überwunden zu werden, was zu einem sehr komfortablen, "weichen" Anfedern in Einfederungsrich­ tung führt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschrie­ benen, bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Aus­ führungen. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, daß alter­ nativ zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführung, bei der die einer Achse zugeordneten Federbeine hinsichtlich ihrer An­ steuerung zusammengeschaltet sind, bei Fahrzeugen mit mehr als zwei Achsen die Verstellung der Dämpfungsventile von zwei hintereinanderliegenden Achsen auch "über Kreuz" er­ folgen kann. Ebenfalls ist es denkbar, bei einem zweiachsi­ gen, vierrädrigen Fahrzeug die Verstellung der Dämpfungsven­ tile "über Kreuz" durchzuführen.

Claims (20)

1. Hydropneumatisches Federungssystem insbesondere zur Radabstützung bei Kraftfahrzeugen, mit mindestens einem aus einem Zylinder und einem in diesem zum Ein- und Ausfedern beweglich geführten, von einem Hydraulikme­ dium, insbesondere einem Öl, beaufschlagten Kolben be­ stehenden Federbein, wobei das Hydraulikmedium beim Ein- und Ausfedern über eine hydraulische Verbindung zwischen dem Federbein und mindestens einem hydropneu­ matischen, ein kompressibles Medium enthaltenden Feder­ speicher hin- und herströmt, wobei der Federspeicher durch Kompression des kompressiblen Mediums einen hydraulischen Druck erzeugt, der in dem Federbein durch die Beaufschlagung des Kolbens eine Federkraft bewirkt, wobei während des Ausfederns des Federbeins die Verbin­ dung zu dem Federspeicher alternierend gesperrt und ge­ öffnet wird, und wobei das Sperren und Öffnen der Ver­ bindung zwischen dem Federbein und dem Federspeicher vorzugsweise selbsttätig durch die jeweiligen, in dem Federbein und dem Federspeicher herrschenden hydrauli­ schen Drücke bzw. durch eine zwischen diesen auftre­ tende Druckdifferenz gesteuert wird, nach Patent . . .. (Patentanmeldung P 41 17 455.0-21), dadurch gekennzeichnet, daß während des Ausfederns des Federbeins (2/4) die das Sperren und Öffnen steuernde Druckdifferenz zeitweise dadurch vergrößert wird, daß der von dem Federspeicher (20, 22) bewirkte, statische Druck (p₃) des strömenden Hydraulikmediums durch eine bereichsweise Erhöhung von dessen Strömungsgeschwindigkeit partiell vermindert wird.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (16/18) zwischen dem Federbein (2/4) und dem Federspeicher (20/22) in einem Strömungskanal (112) mindestens ein aus einem Ventilkörper (116) und einem Ventilsitz (118) bestehendes Drosselventil (114) ange­ ordnet ist, wobei der Ventilkörper (116) zwischen einer auf dem Ventilsitz (118) liegenden Schließlage und einer von dem Ventilsitz (118) abgehobenen Öffnungslage beweglich ist, und wobei in einem auf der in Schließ­ richtung weisenden Seite des Ventilkörpers (116) lie­ genden Bereich ein verengter Drosselspalt (130) mit einem maximalen Querschnitt derart gebildet ist, daß in diesem Bereich innerhalb des in der Öffnungslage des Ventilkörpers (116) durch den Strömungskanal (112) strömenden Mediums eine erhöhte Strömungsgeschwindig­ keit und hierdurch eine partielle Druckverminderung derart auftritt, daß hierdurch der Ventilkörper (116) bei vorgegebenen Flächen- und Druckverhältnissen in seine Schließlage gebracht wird.

3. Federungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (116) in Schließrichtung mit einer Schließkraft und in Öffnungsrichtung mit einer Öff­ nungskraft beaufschlagt ist, wobei die Öffnungskraft durch Beaufschlagung einer ersten Druckfläche (132) des Ventilkörpers (116) mit einem Öffnungsdruck (p₃) des hydraulischen Mediums erzeugt wird, und wobei die Schließkraft zumindest teilweise durch Beaufschlagung einer zweiten, gegenüberliegenden Druckfläche (134) des Ventilkörpers (116) mit einem Schließdruck (p₄) des hydraulischen Mediums erzeugt wird.

4. Federungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck (p₃) zeitweise dem Druck (p₂) des Feder­ speichers (20/22) entspricht und zeitweise durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit demgegenüber verringert ist, und daß der Schließdruck (p₄) zumindest zeitweise dem Druck (p₁) des Federbeins (2/4) ent­ spricht.

5. Federungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckfläche (132) des Ventilkörpers (116) in der Schließlage flächenmäßig kleiner als die zweite Druck­ fläche (134) ist.

6. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schließkraft aus einer ersten, durch die Beauf­ schlagung der zweiten Druckfläche (134) mit dem Schließdruck (p₄) erzeugten Kraftkomponente und einer mittels einer Vorspanneinrichtung (136) erzeugten, elastischen Vorspannkraft zusammensetzt.

7. Federungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft insbesondere mechanisch auf einen Mini­ malwert voreinstellbar ist.

8. Federungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vorspannkraft mittels einer insbesondere hy­ draulischen Verstelleinrichtung (138) variabel ist, wobei die Verstelleinrichtung (138) vorzugsweise einen derart mit einem Steuerdruck (p_st) beaufschlagbaren Steuerkolben (140) aufweist, daß eine Erhöhung des Steuerdruckes (p_st) eine Erhöhung der Vorspannkraft bewirkt.

9. Federungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (140) der Verstelleinrichtung (138) eine erste, von dem Steuerdruck (p_st) beaufschlagte Druck­ fläche (142) sowie vorzugsweise eine zweite, gegen­ überliegende, von dem Schließdruck (p₄) beaufschlagte Druckfläche (144) aufweist, wobei beide Druckflächen (142, 144) vorzugsweise gleich groß ausgebildet sind.

10. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Drosselspalt (130) in der Öffnungslage des Ventilkörpers (116) zumindest teilweise zwischen diesem und dem Ventilsitz (118) gebildet ist und insbesondere durch einen mechanischen Anschlag (146) einstellbar bzw. begrenzbar ist.

11. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (112) einen sich in Strömungsrichtung derart vor dem Drosselventil (114) kontinuierlich bis auf den Querschnitt des Drosselspaltes (130) verklei­ nernden und hinter dem Drosselventil (130) wieder kon­ tinuierlich vergrößernden Querschnitt aufweist, daß die Strömung über den Drosselspalt (130) zumindest an­ nähernd laminar und wirbelfrei ist.

12. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (112) und der Drosselspalt (130) im Bereich des Ventilkörpers (116) derart ausgebildet sind, daß die Entstehung einer in Öffnungsrichtung auf den Ventilkörper (116) wirkenden Impulskraft zumindest weitgehend vermieden wird.

13. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (114) in einem Ventilgehäuse (102) eines Dämpfungsventils (30) in dem eine erste Druckkammer (104) und eine zweite Druckkammer (106) verbindenden Strömungskanal (112) angeordnet ist, wobei in die erste Druckkammer (104) ein erster Anschluß (108) mün­ det sowie in die zweite Druckkammer (106) ein zweiter Anschluß (110), wobei die Anschlüsse (108, 110) und die Druckkammern (104, 106) im wesentlichen fluchtend auf einer Längsachse (120) liegend angeordnet sind, und wobei der Strömungskanal (112) in Richtung einer zu der Längsachse (120) zumindest annähernd senkrech­ ten Querachse (122) aus der ersten Druckkammer (104) abzweigt, hinter dem auf der Querachse (122) liegend angeordneten Drosselventil (114) zweimal um jeweils zumindest annähernd 90° zurück in Richtung der Längs­ achse (120) abgewinkelt ist und in die zweite Druck­ kammer (106) mündet.

14. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13, gekennzeichnet durch ein hydrau­ lisch zu dem Drosselventil (114) parallel geschalte­ tes, hinsichtlich der Strömungsrichtung gegensinnig wirkendes, vorzugsweise ebenfalls in dem Ventilgehäuse (102) des Dämpfungsventils (30) angeordnetes Rück­ schlagventil (124).

15. Federungssystem nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (124) ein scheibenförmiges, mit einem Ventilsitz (126) zusammenwirkendes und mit einer der­ art geringen, federelastischen Vorspannkraft in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilelement (128) aufweist, daß es bei einer hydraulischen Strömung von der zweiten Druckkammer (106) zu der ersten Druckkam­ mer (104) im wesentlichen ohne Drosselwirkung öffnet und bei einer umgekehrten Strömungsrichtung schließt.

16. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (124) derart unmittelbar zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer (104, 106) auf der Längsachse (120) liegend angeordnet ist, daß die Strö­ mung über das Rückschlagventil (124) im wesentlichen geradlinig in Richtung der Längsachse (120) verläuft.

17. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) des Federbeins (2/4) innerhalb des Zylin­ ders (6) einen lasttragenden, über die Verbindung (16, 18) mit dem Federspeicher (20/22) verbundenen Zylin­ derraum (12) von einem eine Kolbenstange (10) um­ schließenden Ringraum (14) trennt, wobei der mit Hy­ draulikmedium gefüllte Ringraum (14) vorzugsweise hydraulisch unabhängig von dem Zylinderraum (12) mit einem separaten Federspeicher (24/26) verbunden ist.

18. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Federspeicher (20/22; 24/26) als Kolben- Druckwandler mit einem schwimmend geführten, zwei unterschiedlich große Druckflächen aufweisenden Trenn­ kolben (96) ausgebildet ist, wobei der Trennkolben (96) einen mit dem Federbein (2/4) hydraulisch ver­ bundenen Speicherraum (98) von einer das kompressible Medium enthaltenden Federkammer (99) trennt und der pneumatische Druck innerhalb der Federkammer (99) stets geringer als der hydraulische Druck innerhalb des Speicherraums (98) ist.

19. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerdruck (p_st) der hydraulische Druck (p₁) eines in einem Fahrzeug insbesondere auf der dem Federbein (2/4) gegenüberliegenden Fahrzeugseite angeordneten, weiteren Federbeins (4/2) verwendet wird.

20. Federungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Federbein (2/4), insbesondere dessen Zylinderraum (12), über Schaltventile (212) wahlweise mit einer hydraulischen Druckleitung (P) oder einer Tankleitung (T) verbindbar ist, wobei vorzugsweise die Tankleitung (T) zwischen dem Federbein (2/4) und dem Dämpfungsven­ til (30) angeschlossen ist und die Druckleitung (P) zwischen dem Dämpfungsventil (30) und dem zugehörigen Federspeicher (20/22).