DE4335430A1 - Auto-pneumatische-Ausgleichsfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine auf pneumatischer Basis arbeiten­ de und steuerbare Ausgleichsfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die innerhalb eines vorgegebenen Bereiches statisch verursachte Laständerungen stufenlos auszu­ gleichen vermag, den Einfederweg einer Haupttragfeder konstant hält und/oder die Federcharakte­ ristik eines Systems aus Haupt­ trag- und Ausgleichsfeder beein­ flussen kann. Die hierzu notwen­ digen Zusatzfederkräfte werden pneumatisch ohne Fremdversorgung in hierzu geeigneten Vorrichtun­ gen bei fahrbedingt auftretenden Ein- und Ausfederungsvorgängen erzeugt.

Es sind Ausgleichfedersys­ teme bekannt, mit deren Hilfe Radfederwegänderungen, infolge statischer Radlaständerungen aus­ geglichen werden können. Man kennt z. B. Stoßdämpfer mit Niveauregu­ lierungseigenschaften. Zum einen ar­ beiten derartige Einrichtungen mit über dem Stoßdämpfer angebrachten Luftkissen mit variierbarem pneuma­ tischem Druck und zum anderen als hydropneumatische Einrichtung, wobei der Stoßdämpfer mit einer Gasfeder kombiniert ist. Beide Systeme wir­ ken parallel zu einer Tragfeder. Beide Systeme sind jedoch in ihrer Wirksamkeit und Anwendbarkeit auf Fremdversorgung angewiesen. Zum einen benötigen derartige Systeme externe Druckluftversorgungen und zum anderen werden zum Ausgleich von Federwegänderungen unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeiten be­ nötigt. Darüberhinaus wurden Zu­ satzfedern vorgeschlagen, die bei statischen Radlaständerungen Aus­ gleichskräfte in hierzu geeigneten Einrichtungen durch Temperaturvaria­ tionen thermisch erzeugen und auf­ rechterhalten.

Aufgahe der Erfindung ist, eine Ausgleichsfeder für Fahrzeuge verfügbar zu machen, die ohne Fremd­ versorgung imstande ist, mittels druckgesteuerter Luftkissen Trag- bzw. Federkräfte stufenlos zum Ausgleich von statischen Radlast­ änderungen und zur Einhaltung be­ stimmter Radeinfederwege zu erzeu­ gen, aufrechtzuerhalten oder zu verändern und bei Bedarf die Feder­ charakteristik zu beeinflussen.

1.0) Diese Aufgabe wird nach An­ spruch 1 bis 4 durch eine zuschalt­ bare selbständig und stufenlos ar­ beitende pneumatische Einrichtung, der Auto-Pneumatischen-Ausgleichs­ feder (1), gelöst. Diese Ausgleichs­ feder ist aufgebaut aus einem oder mehreren übereinander angeordneten Federelementen (5). Ein Federele­ ment (5) besteht aus einer Einrich­ tung (2), dem Pumpelement, einer Einrichtung (3), dem Pufferraum, einer Einrichtung (4), dem Trag- und Federkissen. Diese Einrichtun­ gen befinden sich zwischen zwei Tragscheiben (6), mit denen sie in geeigneter Weise verbunden sind und Teilräume bilden. Sie liegen rotationssymmetrisch zu einer senk­ recht durch den Mittelpunkt der kreis- oder ringförmigen Trag­ scheiben (6), gehenden Achse mit hierzu geeigneten Querschnittsfor­ men. Die konzentrische Lage der Einrichtungen (2), (3) und (4), die drei voneinander getrennte und abgeschlossene Räume bilden, lassen mehrere Anordnungen zu. Die Rauminhalte dieser Einrich­ tungen sind verschieden groß. Der Rauminhalt von Einrichtung (4) ist größer als der von Einrich­ tung (3). Der Rauminhalt von Ein­ richtung (3) ist ungleich oder gleich der von Einrichtung (2). Die mittleren Innenhöhen der Einrichtungen (2), (3) und (4) senk­ recht zu den Tragscheiben (6) sind ungleich. Die mittlere Innenhöhe H₂ der Einrichtung (2) ist kleiner als die mittlere freie Innenhöhe H₄ der Einrichtung (4). Die als Hohlräume bestimmten Einrichtungen (2) und (4) sind so ausgelegt, daß sowohl senk­ recht als auch waagrecht zu den Tragscheiben (6) Größenänderungen bzw. Verformungen möglich sind. Die Tragscheiben (6) sind zusammen mit der Einrichtung (3) so angeordnet, daß sich für Einrichtung (4) eine größere mittlere freie Höhe H₄ als für Einrichtung (2) mit der mittle­ ren freien Höhe H₂ ergibt. Einrich­ tung (2) ist im Bereich von Einrich­ tung (3) mit der fixen Höhe H₃ und einem konstanten Volumen angeord­ net. In radialer Richtung überlap­ pen sich beide oder sind gleich groß. Die Einrichtungen (2), (3) und (4) sind mit ventilgesteuerten Luftein-, Luftab-, Luftzu- und Luftausläufen (7), (8), (9), (10), (11) und (12), von außen nach in­ nen, untereinander und von innen nach außen, versehen.

Eine Ausgleichsfeder (1) be­ steht aus einem oder mehreren Fe­ derelementen (5), deren Abmessun­ gen in horizontaler und vertikaler Richtung untereinander gleich oder verschieden sind. Im unbelasteten Zustand Z₁ weist die Ausgleichsfe­ der eine Länge L₁ auf. Diese Länge ist abhängig von der mittleren Hö­ he H₄ der Einrichtung (4) eines Elementes (5). Ein Federelement (5) ist so ausgelegt, daß sich im unbe­ lasteten Zustand Z₁ bei atmosphäri­ schen Innendruck in der Einrichtung (4) eine mittlere freie Höhe H₄ und in Einrichtung (2) eine mittlere freie Höhe H₂ einstellt. Die Summe der Höhen H₂ determinieren die freie maximale Einfederlänge der Ausgleichsfeder (1).

Der Einbau der Ausgleichsfe­ der (1) in ein Fahrzeug mit einer Federwirkung parallel zur Wirkung der Haupttragfeder erfolgt in einer hierzu geeigneten Weise über eine Anschlußtragscheibe (13) mit Anschluß an ein Fahrzeug, z. B. dem Fahrzeugkasten (14), während das andere Teil der Ausgleichsfeder über eine Anschlußtragscheibe (15) sich gegen die Radaufhängung, z. B. einem Radlenker (16), abstützen kann.

Ein Zustand Z₁ ist gekenn­ zeichnet durch eine bestimmte Rad­ last bzw. Federlast F₁ und einem Federweg f₁ der Haupttragfeder, die dabei ausschließlich belastet ist. Die Ausgleichsfeder (1) liegt dabei gerade lastfrei auf ihrem Widerlager (16) auf und besitzt eine bestimmte Länge. Sie besteht aus einem oder mehreren Federele­ menten (5), die über Tragscheiben (6) miteinander verbunden sind und hierbei eine Länge L₁ aufweisen.

Der Druck in den Federelementen (5) entspricht dem des atmosphärischen Außendruckes. Vor oder nach einer Zustandsänderung von einem Zustand Z₁ zu einem anderen Z_n, verursacht durch eine statische Radlasterhö­ hung von einer Last F₁ auf eine an­ dere F_n, wird die Ausgleichsfeder aktiviert. Die Aktivierung erfolgt über Steuervorrichtungen mittels Ventile, die entweder manuell oder automatisch betätigt werden. Bei Desaktivierung der Ausgleichsfeder sind Lufteinlauf (7) und Luftaus­ läufe (10) und (11) über die Ven­ tile (17), (18) und (22) geöffnet.

1.1) Die Aktivierung der Ausgleichs­ feder (1) erfolgt durch Schließen der Ventile (18) und (22), und zwar nach erfolgter statischer Lastzunahme um den Betrag F₂-F₁. Diese Zustandsänderung von einem Zustand Z₁ zu einem anderen Z₂ be­ wirkt eine Federwegänderung der Haupttragfeder um einen Betrag f₂-f₁, die hierbei ausschließ­ lich belastet ist. Die paralle zur Haupttragfeder liegende Ausgleichs­ feder (1) wird dabei von einer Län­ ge L₁ auf eine andere L₂ verkürzt. Diese Längenverkürzung L = L₁-L₂ ist gleich oder ungleich der Fe­ derwegänderung der Haupttragfeder.

Die Längenminderung der Ausgleichs­ feder (1) bewirkt eine Volumenverrin­ gerung in den Federelementen (5), bei gleichzeitiger Druckerhöhung über den zuvor darin herrschenden atmosphärischen Innendruck. Die erfolgte statische Lastzunahme ist erfindungsgemäß von der Ausgleichs­ feder (1) aufzunehmen und so aus­ zugleichen, daß dadurch der Feder­ weg f₁ der Haupttragfeder bzw. des Gesamtfedersystems aus Haupttrag- und Ausgleichsfeder, erreicht wird. Die hierzu erforderliche Ausgleichs­ kraft F_z, betragsmäßig gleich der statischen Lastzunahme, wird in den Federelementen (5) durch pneumati­ sche Druckerhöhung p_m über den at­ mosphärischen Druck erzeugt. Der Be­ trag der Ausgleichskraft F_z hängt von dem in den Einrichtungen (2) und (4) geschaffenen und herrschen­ den und auf die entsprechenden Flä­ chen A der Tragscheiben (6) wirken­ den Innendruck p ab. Der hierzu be­ nötigte Druck p_m wird durch die bei der Fahrt eines Fahrzeuges auftre­ tende quasi-statischen und dynami­ schen Radlaständerungen mit Feder­ wegänderungen durch Pumpvorgänge mittels Federelement (5) erzeugt. Auslegungsgemäß ist die freie vari­ able Höhe H₂ von Einrichtung (2) kleiner als die Höhe H₄ von Ein­ richtung (4). Jede Federlängenän­ derung der Haupttragfeder bewirkt an einem Federelement (5) eine Hö­ henänderung dH. Bei diesen Höhen­ änderungen dH eines durch Trag­ scheiben begrenzten und in geeigne­ ter Weise ausgebildeten Federelemen­ tes (5), ist das relative und abso­ lute Verhältnis dH/H₂ der Einrich­ tung (2) größer als das relative und absolute Verhältnis dH/H₄ der Einrichtung (4). Somit sind bei derartigen Änderungen auch die Vo­ lumenänderungen der Einrichtungen (2) und (4) verschieden. Weiterhin kön­ nen bestimmte Volumenverhältnisse bei Höhenänderungen um dH auch durch geeignete Wahl von Querschnittsfor­ men und durch deren Verformung er­ zielt werden.

Fahrbedingte Einfederungsvor­ gänge bewirken Längenverkürzungen der Ausgleichsfeder, Längenverkür­ zungen verursachen Volumenverringerun­ gen in den höhenvariablen Einrich­ tungen (2) und (4). Diese Volumenver­ ringerungen ziehen in den Einrich­ tungen (2), (3) und (4) Druckerhö­ hungen nach sich, da mittels der Ventile (17), (18) und (22) ein Luftauslauf aus den Elementen (5) verhindert wird. Bei einem Einfeder­ vorgang mit der Höhenänderung dH steigt der Innendruck von einem Anfangswert p auslegungsgemäß in der Einrichtung (2) stärker als in der Einrichtung (4). Dadurch erfolgt über Luftablauf (8) und Luftzulauf (9) eine Druckerhöhung in den Ein­ richtungen (3) und (4) bis zu einem vom Druckzustand in Einrichtung (4) herrschenden Druck p_n. Die Drucker­ höhung hängt ab vom Gesamtvolumen des Federelementes (5), dem Druck in den Einrichtungen (3) und (4) und dem bei diesem Ablauf in der Einrichtung (2) erzielten Förder­ druck. Durch Ventilsteuerung mit­ tels Ventil (22) wird der Enddruck, maximal mit p_m, in Einrichtung (3) und so in Einrichtung (4) gesteu­ ert. Bei einer Lastzunahme F₂-F₁ schließt Ventil (22) bis zu einem bestimmten Innendruck. Der nach­ folgende Ausfederungsvorgang be­ wirkt eine Längenvergrößerung der Ausgleichsfeder (1) um einen be­ stimmten Betrag. Diese Längenver­ größerung verursacht eine Volumener­ höhung in den höhenvariablen Ein­ richtungen (2) und (4). Diese Vo­ lumenerhöhungen ziehen in den Ein­ richtungen (2) und (4) Druckminde­ rungen nach sich. Ein Druckausgleich zwischen Einrichtung (2) und (3) wird durch das Rückschlagventil (20) verhindert. Sinkt während des Ausfederungsvorganges der Druck in Einrichtung (4) unter den von Ein­ richtung (3), so erfolgt unter Druckerhöhung auf einen bestimmten Wert ein gerichteter Druckausgleich zwischen beiden Einrichtungen, ge­ steuert durch das Rückschlagventil (21). Durch jeden Ein- und Ausfede­ rungsvorgang wird somit ein gerich­ teter Pumpvorgang von Einrichtung (2) über den Pufferraum (3) nach Einrichtung (4) induziert. Gleich­ zeitig wird beim Ausfederungsvor­ gang über den Lufteinlauf (7) bis zur Erreichung des atmosphärischen Druckes die zuvor aus Einrichtung (2) verdrängte Luftmenge ersetzt bzw. angesaugt. Die Wirkung der be­ wegungsbedingten Ein- und Ausfede­ rungsvorgänge des Federsystems aus Haupttrag- und Ausgleichsfeder wird solange genutzt, bis in Einrichtung (4) ein bestimmter von der Ausle­ gung abhängiger Druck p_m erreicht ist, bei dem die Ausgleichsfeder­ kraft F_z als Produkt aus wirksamer Fläche A der Tragscheiben (6) im Bereich von Einrichtung (4) und (2) und dem darin herrschenden Druck p_m dem Betrag F₂-F₁ der statischen Lastzunahme entspricht. Hierbei stellt sich in der Einrichtung (4) und somit im Federelement (5) die dem Zustand Z₁ zugeordnete mitt­ lere freie Höhe H₄ ein. Dadurch ändert sich die Länge der Aus­ gleichfeder (1) unter Lastaufnah­ me von einem Zustandswert L₂ auf einen anderen Wert L₁. Die Haupt­ tragfeder wird dadurch um den Betrag der statischen Lastzunahme F₂-F₁ entlastet. Der Federweg des Gesamt­ system nimmt dabei den Wert an.

Trotz statischer Lastzunahme bleibt durch die Nutzanwendung der Aus­ gleichfeder (1) der Federweg f₁ der Haupttragfeder bzw. des Gesamtfe­ dersystems erhalten. Nach Errei­ chung des Federweges f₁ und somit der Länge L₁ der Ausgleichsfeder (1), wird das Ventil (22) so ge­ steuert, daß in Einrichtung (3) und Einrichtung (4) ein bestimm­ ter pneumatischer Druck p_m auf­ rechterhalten wird.

1.2) Erfolgt eine Aktivierung der Ausgleichsfeder vor einer stati­ schen Lastzunahme F₂-F₁, so steigt der pneumatische Druck in den Elementen (5) infolge Volumen­ verringerungen in den Einrichtun­ gen (2) und (4) auf einen Wert p_n, da durch die Ventile (18), (19) und (22) ein Luftauslauf verhin­ dert wird. Dadurch wird ein be­ stimmter Anteil der statischen Lastzunahme, abhängig von der Vo­ lumenverringerung bzw. der Drucker­ höhung in den Federelementen (5) der Ausgleichsfeder, von dieser aufgenommen und die Haupttragfe­ der um diesen Anteil entlastet. Der Gesamtfederweg des Systems f_n ist hierbei größer als der Fe­ derweg f₁ aber kleiner als der Fe­ derweg f₂ : f₁ < f_n < f₂. Der Ge­ samtausgleich erfolgt danach nach dem unter Punkt 1.1 beschriebenen Ablauf.

1.3) Die Steuerung der Ausgleichfe­ der (1) erfolgt so, daß bestimmte statische Laständerungen dF stu­ fenlos durch Druckänderungen dp durch die und in den Federelemen­ ten (5) so ausgeglichen werden, daß ein Federweg im statischen Laständerungsbereich dF eingehal­ ten wird. Bei zugeschalteter Aus­ gleichsfeder (1) und bei beliebi­ gen Radlasten F_n, mit F₁ F_n F₂ im Bereich f₁ < f_n < f₂ wirkt das Gesamtfedersystem F_g bei fahrbe­ dingten Federwegverkürzungen mehr oder weniger progressiv. Bei Feder­ wegverlängerungen jedoch mehr oder weniger degressiv oder linear.

Eine zusätzliche Beeinflus­ sung der Ausgleichsfeder (1) er­ gibt sich durch einen ventilge­ steuerten Anschluß (12) an die An­ saugvorrichtung des luftatmenden Fahrzeugtriebwerkes. Durch Schaf­ fung von Unterdruck in den Ele­ menten (5) wird die Länge der Aus­ gleichsfeder verkürzt. Dadurch wird der Abstand zwischen Aus­ gleichfeder (1) und einem Wider­ lager, z. B. dem Widerlager (16), zweckorientiert verändert.

Ein Ausführungsbeispiel der Auto-Pneumatischen-Ausgleichsfeder wird beschrieben und zeichnerisch verdeutlicht.

Schematisch zeigt

Fig. 1 ein Einbaubeispiel,

Fig. 2 ein Federelement (5),

Fig. 3 Steuerung des Elementes (5),

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 Federkennlinienverlauf der Haupttragfeder: F = F(f),

Fig. 6 pneumatischer Druckverlauf: p = p(L),

Fig. 7 Ausgleichsfederkraft F_z: F_z=F_z (A, p),

Fig. 8 Federkennlinienverläufe des Gesamtfedersystems F_g: F_g=F+F_z.

2.0) Bei dem hier beschriebenen Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind ein Dämpfer und eine Ausgleichsfe­ der (1) zu einer Einheit verbunden. Federanschluß (13) ist mit der Dämp­ ferstange verbunden, deren Abstüt­ zung gegen den Fahrzeugkasten (14) erfolgt. Die Dämpferstange (24) wird durch die Ausgleichsfeder (1) geführt. Federanschluß (15) kann sich in hierzu geeigneter Weise ge­ gen das Dämpferrohr (25) abstützen.

Bei einem Zustand Z₁, gekenn­ zeichnet durch eine Radlast F₁ und einem Federweg f₁, ist ausschließ­ lich die Haupttragfeder belastet. Die Ausgleichsfeder (1) liegt dabei gerade lastfrei auf ihrem Widerla­ ger (25) auf oder gelangt zum Ein­ griff. Sie besitzt eine bestimmte Länge L₁. Die Ausgleichsfeder (1) ist aus mehreren Federelementen (5), die über Tragscheiben (6) ver­ bunden sind, aufgebaut. Jedes der Federelement (5) besitzt drei von­ einander getrennte Einrichtungen (2), (3) und (4), das Pumpelement, den Pufferraum und das Trag- bzw. Federkissen, die zwischen den Trag­ scheiben (6) angeordnet sind. Senk­ recht zu den ringförmigen Trag­ scheiben (6) sind die Einrichtun­ gen (2) und (4) so ausgelegt, daß parallel zur Dämpferstange und in Richtung der Federwirkung der Haupt­ tragfeder Höhenänderungen möglich sind. Die senkrecht zu den Trag­ scheiben befindlichen Seitenwände der Einrichtungen (2) und (4), hier im Querschnitt halbkreisförmig bzw. faltbalkartig ausgebildet, sind aus elastischem Material, z. B. Gum­ mi, das Höhenänderungen zuläßt. Einrichtung (3) besitzt feste seit­ liche Wände und befindet sich im Bereich von Einrichtung (2) zwi­ schen jeweils zwei Federelementen (5). Einrichtung (4) weist eine größere mittlere freie variable Höhe H₄ als Einrichtung (2), mit einer mittleren freien variablen Höhe H₂, auf. Die Einrichtungen (2) und (3) sind durch Luftabläu­ fe (8), die Einrichtungen (3) und (4) durch Luftzuläufe (9) verbunden. Die Rückschlagventile (19), (20) und (21) lassen nur einen Luft­ durchfluß von den Einrichtungen (2) und (3) nach Einrichtung (4) zu. Die Federelemente (5) der Aus­ gleichsfeder besitzen einen gemein­ samen ventilgesteuerten Lufteinlauf (7) nach den Einrichtungen (2), einen gemeinsamen ventilgesteuer­ ten Luftauslauf (10) aus den Ein­ richtungen (4) und einen gemeinsa­ men ventilgesteuerten Luftauslauf (11) aus den Einrichtungen (3). Die Aktivierung der Ausgleichsfe­ der (1) erfolgt durch zweckbestimm­ te geeignete manuelle oder automa­ tische Betätigung der Ventile (17), (18) und (22). Hierbei wird Ventil (17) geöffnet, Ventil (18) geschlos­ sen und Ventil (22) auf einen be­ stimmten Öffnungsdruck eingestellt. Im unbelasteten Zustand können die­ se Ventile geöffnet sein. Dieser Zustand Z Z₁ ist durch einen Fe­ derweg f f₁ bestimmt.

2.1) Bei einer statischen Lastzu­ nahme um den Betrag F₂-F₁ geht Zustand Z₁ in Zustand Z₂ über. Vor dieser Zustandsänderung herrsch­ te in den Elementen (5) der atmos­ phärische Außendruck. Durch diese Laständerung ändert sich der Feder­ weg von einem Wert f₁ nach einem anderen f₂. Hierbei wird die Län­ ge L₁ der Ausgleichsfeder (1) auf eine andere L_n, mit L₁ < L_n < L₂, verkürzt. Diese Längenänderung be­ wirkt in den Federelementen (5) Höhenänderungen der höhenvariablen Einrichtungen (2) und (4) um einen bestimmten Betrag dH. Diese Höhen­ änderungen verursachen Volumenverrin­ gerungen in den Einrichtungen (2) und (4) der Federelemente (5). Da die in den Elementen (5) eingeschlos­ sene Luftmenge nicht entweichen kann, stellt sich in Abhängigkeit des Gesamtvolumens zum verringerten Volumen in den Federelementen (5) ein vom atmosphärischen Außendruck abweichender bestimmter höherer pneumatische Innendruck p_n ein. Durch diese Innendruckerhöhung, wirkend auf die entsprechenden Flä­ chen A der Tragscheiben (6), wird eine Ausgleichsfederkraft F_n pa­ rallel zur Federwirkung der Haupt­ tragfeder erzeugt und aufrechter­ halten. Dadurch wird die Haupttrag­ feder um einen bestimmten Lastan­ teil F_n entlastet. Der Gesamtfeder­ weg des System wird dabei größer als bei Zustand Z₁, jedoch kleiner als bei Zustand Z₂ : f₁ < f_n < f₂.

Erfindungsgemäß soll die Aus­ gleichsfeder (1) bei statischer Lastzunahme um den Betrag F₂-F₁ bewirken, daß ein Gesamtfederweg f₁ erreicht und eingehalten wird. Dieser Zustand Z₁ wird wird bei der Fahrt bzw. der Bewegung des Fahrzeuges erreicht. Hierzu werden die bei bestimmten Fahr- und Bewe­ gungszuständen auftretenden quasi- statischen und dynamischen Federweg­ änderungen in hierzu geeigneter Weise mit Hilfe der Federelemente (5) umgesetzt und über die Aus­ gleichsfeder (1) genutzt. Ein-und Ausfederungsvorgänge verursachen Längenänderungen der Ausgleichs­ feder. Diese Längenänderungen be­ wirken Höhenänderungen bei einem Einfederungsvorgang in den Feder­ elementen (5) um den Betrag - dH. Solche Höhenänderungen ergeben eine Volumenminderung. Höhenände­ rungen bei einem Ausfederungsvor­ gang um den Betrag dH stellen den räumlichen Ausgangszustand in den Federelementen (5) bzw. in den Einrichtungen (2) und (4) wieder her. Bei Volumenverringerungen in den Einrichtungen (2) und (4) mit den Verhältnissen dH/H₂ größer als dH/H₄, ist der in Ein­ richtung (2) erreichbare pneuma­ tische Druck höher als in Ein­ richtung (4). Hierbei stellt sich in Abhängigkeit der Volumen der Einrichtungen (2), (3) und (4) und der Höhenänderung um dH ein bestimmter pneumatischer Druck ein.

Ist bei einer Höhenänderung um -dH der in Einrichtung (2) erreichte Druck höher als der in Einrichtung (4) herrschende, so stellt sich in Einrichtung (3) und (4) ein bestimmter Druck ein. Bei der nachfolgenden Höhenänderung um +dH ergibt sich in den Einrich­ tungen (3) und (4) ein bestimmter Druck, abhängig vorn Druck in der Einrichtung (3) und in Einrichtung (4) bei dH = 0. Dieser Druck ist nach Beendigung dieses Federungs­ vorganges in der Einrichtung (4) höher als zu dessen Anfang. Beim Ausfederungsvorgang wird gleich­ zeitig die aus Einrichtung (2) nach Einrichtung (3) und (4) ver­ drängte Luftmenge von außen nach Einrichtung (2) gefüllt bzw. ange­ saugt, um dabei den atmosphäri­ schen Druck zu erreichen oder auf­ rechtzuerhalten.

Ist bei einer Höhenänderung um -dH der in Einrichtung (2) er­ reichte Druck gleich dem in der Einrichtung (4) herrschenden, je­ doch höher als in der Einrichtung (3), so stellt sich in den Ein­ richtungen (2) und (3) ein be­ stimmter Druck ein. Bei einer nachfolgenden Höhenänderung um +dH ergibt sich durch Druckausgleich zwischen den Einrichtungen (3) und (4) ein bestimmter Druck. Dieser Druck ist nach Beendigung dieses Federungsvorganges in Ein­ richtung (4) höher als zu dessen Anfang. Für einen Ausgleich in Einrichtung (2) gilt der oben be­ schriebene Ablauf.

Ist bei einer Höhenänderung um -dH der in Einrichtung (2) er­ reichte Druck gleich dem in den Einrichtungen (3) und (4) herr­ schenden, so ist der unter den ge­ gebenen Verhältnissen maximale Druck p_m erreicht. Dieser Druck kann weiterhin über Einrichtung (3) stufenlos im Bereich zwischen dem atmosphärischen Außendruck und dem maximal erreichbaren Druck p_m durch eine hierzu geeignete Steuerung des Ventils (22) re­ guliert werden. Diese Regulierung erfolgt mittels eines Rückschlag­ ventils mit stufenlos einstell­ barer Federverstellung, wodurch ein bestimmter Öffnungsdruck be­ werkstelligt werden kann und von diesem eingestellten Druck an Luftauslauf zugelassen wird. Durch die erfindungsgemäße Um­ setzung in den Elementen (5) und durch die Ausgleichsfeder (1) ge­ nutzt ändert sich deren Länge L. Dadurch stellt sich in in der Einrichtung (4) die dem Zustand Z₁ zugeordnete mittlere freie va­ riable Höhe H₄ ein. Längenände­ rung der Ausgleichsfeder (1) vom Wert L₂ zum Wert L₁ erfolgt unter Lastaufnahme um den Betrag F₂-F₁ bei gleichzeitiger entsprechender Entlastung der Haupttragfeder. Da­ bei stellt sich der für den Zu­ stand Z₁ determinierte Federweg f₁ ein. Durch Anwendung der Ausgleich­ feder (1) wird demnach trotz stati­ scher Lastzunahme ein bestimmter Federweg erreicht und eingehalten. Nach Erreichung des Federweges f₁ bzw. der Länge L₁ der Ausgleichsfe­ der, werden die Ventile so gesteuert, daß in Einrichtung (3) und (4) der Federelemente (5) ein bestimmter pneumatischer Druck aufrechterhal­ ten wird.

Bei statischer Lastabnahme wer­ den die Ventile so gesteuert, daß in den Einrichtungen (3) und (4) ein bestimmter Druck p_n aufrecht­ erhalten wird, um den Einfederweg f₁ einzuhalten. Durch stufenlose Druckvariation im Bereich zwischen dem Außendruck und einem maximal erreichbaren Innendruck kann so in einem vorgegebenen Lastbereich jede Änderung ausgeglichen werden. Bei einem Zustand Z₁ kann durch ge­ eignete Ventilsteuerung entweder die Ausgleichsfeder desaktiviert oder durch Aufrechterhaltung des atmosphärischen Druckes in den Fe­ derelementen bei geschlossenen Ven­ tilen die Federcharakteristik be­ einflußt werden.

Claims (4)

1. Steuerbare pneumatische Aus­ gleichsfeder (1) zur Unterstützung federgestützter Räder von Fahrzeu­ gen, insbesondere von Kraftfahrzeu­ gen, zur Einhaltung eines bestimm­ ten Federweges von Haupttragfedern bei statisch verursachten Radlast­ änderungen und zur Beeinflussung der Federcharakteristik, gekenn­ zeichnet durch:
eine geschlossene zylindri­ sche oder ringförmige Einrichtung (2) zwischen festen kreis- oder ringförmigen Scheiben, mit ge­ krümmten oder in anderer hierzu geeigneter Weise gestalteten seit­ lichen Wänden aus elastischen Werkstoffen, die Höhenänderungen senkrecht zu den Scheiben und so Volumenänderungen zulassen, als Pump- und Tragelement;
eine geschlossene zylindri­ sche oder ringförmige Einrichtung (3) zwischen festen kreis- oder ringförmigen Scheiben im Bereich von Einrichtung (2), mit festen seitlichen Wänden senkrecht zu den Scheiben und konstantem Vo­ lumen, als Pufferelement;
eine geschlossene zylindri­ sche oder ringförmige Einrichtung (4) zwischen festen kreis- oder ringförmigen Scheiben, mit ge­ krümmten oder in anderer hierzu geeigneter Weise gestalteten seit­ lichen Wänden aus elastischen Werkstoffen, die Höhenänderungen und so Volumenänderungen zulassen, als Trag- und Federkissen;
Schaffung eine Federelemen­ tes (5), bestehend aus den Ein­ richtungen (2), (3) und (4), die konzentrisch zwischen festen kreis- oder ringförmigen Scheiben, den Tragscheiben (6) angeordnet sind und eine konstruktive Ein­ heit bilden, wobei Einrichtung (4) radial außen und die Einrich­ tungen (3) und (2) sich insgesamt oder teilweise überdeckend radial innen übereinander und zwischen den Tragscheiben (6) oder rezi­ prok dazu angeordnet, mit bestimm­ ten freien mittleren variablen Hö­ hen H₂ und H₄ der Einrichtungen (2) und (4), bei konstanter Höhe H₃ der Einrichtung (3);
Luftein-, Luftab-, Luftzu- und Luftauslaufeinrichtungen eines Federelemente (5) für ventilge­ steuerten Lufteinlauf (7) nach Einrichtung (2), ventilgesteuer­ ten Luftablauf (8) von Einrichtung (2) nach Einrichtung (3), ventil­ gesteuerten Luftzulauf (9) von Einrichtung (3) nach Einrichtung (4), ventilgesteuerte Luftausläu­ fe (10) und (11) aus den Einrich­ tungen (4) und (3) nach außen;
einen zusätzlichen ventilge­ steuerten Auslauf (12) in die Ansauganlage des Fahrzeugmotors;
Schaffung einer Ausgleichsfe­ der (1) aus einem oder mehreren übereinander angeordneten und über die Tragscheiben (6) verbundenen Federelementen (5), mit jeweils gleichen oder verschiedenen ra­ dialen Abmessungen und Querschnitt­ höhen, deren Länge senkrecht zu den Tragscheiben (6) durch pneu­ matische Druckvariation in den Federelementen (5) in bestimmten Grenzen stufenlos veränderbar oder konstant gehalten werden kann.

2. Ausgleichsfeder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
Anbringung und Abstützung der Ausgleichsfeder (1) über einen hierzu geeigneten Anschluß (13) am Fahrzeugkasten oder einem mit dem Fahrzeugkasten (14) oder dem Chassis des Fahrzeuges verbundenen Bauteiles, während Anschluß (15) der in Richtung der Federwirkung der Haupttragfeder längenvariab­ len Ausgleichsfeder (1) bei einer bestimmten statischen Feder- bzw. Radlast auf einem Widerlager (16), z. B. einer Rad- oder Achsaufhän­ gung, gerade ohne Krafteinwirkung aufliegt, zum Eingriff gelangt oder einen bestimmten Abstand dazu aufweist.

3. Ausgleichsfeder nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch
Luftdruckerhöhung über den atmosphärischen Außendruck in der Einrichtung (4) über Einrichtung (3) mittels Pumpvorgängen in Ein­ richtung (2), verursacht durch fahrbedingte quasi-statische und dynamische Federwegänderungen zur Erzeugung stufenloser Erhöhung von Tragfähigkeit und Federkraft der Ausgleichsfeder (1), zwecks Ausgleich von Federwegen bei sta­ tischen Laständerungen;
Luftdruckminderung bis zur Höhe des atmosphärischen Außen­ druckes in den Federelementen (5) zur stufenlosen Minderung von Tragfähigkeit und Federkraft der Ausgleichsfeder (1), zwecks Aus­ gleich von Federwegen bei stati­ schen Laständerungen;
Druckminderung auf einen Wert kleiner dem des atmosphäri­ schen Außendruckes in den Feder­ elementen (5) durch Anschluß zur Ansaugvorrichtung des luftatmen­ den Fahrzeugtriebwerkes zwecks Längenänderung der Ausgleichsfe­ der (1) und zur Vermeidung von Kondensatbildung;
Luftdruckvariation auf be­ stimmte Druckwerte in der Aus­ gleichsfeder (1) zur Anpassung und Änderung der Federcharakte­ ristik bei bestimmten Last- und/oder Fahrzuständen;
Steuerung bestimmter pneuma­ tischer Drucke in der Einrichtung (4) über Einrichtung (3).

4. Ausgleichsfeder nach Anspruch 1, 2 und 3, gekennzeichnet durch
manuelle oder automatische, in Abhängigkeit vom Federweg der Haupttragfeder zu betätigende oder betätigte Steuereinrichtung, zur Erzielung und Einhaltung eines be­ stimmten Federweges und zusätzlich zur Beeinflussung der Federcharak­ teristik des Federsystems.