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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Druckkompensation in
hydraulischen Fahrzeugaufhängungssystemen.
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In
Fahrzeugaufhängungssystemen
ist es oft erwünscht,
eine relativ hohe Rollsteifigkeit zu bewirken, so dass die Lage
eines Fahrzeuges, das mit dem System ausgerüstet ist, während einer Kurvenfahrt relativ
stabil bleibt. Es ist auch oft erwünscht, eine relativ niedrige
Querachsgelenkbewegungssteifigkeit zu bewirken, so dass, wenn das
Fahrzeug über
unebenes Gelände
fährt,
den Rädern
des Fahrzeuges gestattet wird, eine Gelenkbewegung auszuführen, um
dadurch eine im Wesentlichen gleiche Belastung an den Rädern aufrechtzuerhalten.
Diese Eigenschaften sind besonders wichtig bei Fahrzeugen, die hohe
Rollmomente haben, also bei den meisten Geländewagen mit Allradantrieb
und bei allen Lastwagen.
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Ein
passives Aufhängungssystem
ist in der internationalen Patentanmeldung
WO 97/06971 offenbart. Speziell in
den
5 bis
13,
die Aufhängungssysteme
zeigen, bei denen hydraulische gegenseitige Verbindungen benutzt
werden, ist einem linken Vorderrad eines Fahrzeuges ein Kolben eines vorderen
doppeltwirkenden Hydraulikzylinders operativ zugeordnet, ist einem
rechten Vorderrad des Fahrzeuges ein Zylinder des vorderen Hydraulikzylinders
operativ zugeordnet, ist einem linken Hinterrad des Fahrzeuges ein
Kolben eines hinteren doppeltwirkenden Hydraulikzylinders zugeordnet
und ist einem rechten Hinterrad ein Zylinder des hinteren Hydraulikzylinders
operativ zugeordnet. Kammern des vorderen Hydraulikzylinders sind
mit entsprechenden Kammern des hinteren Hydraulikzylinders durch
Fluidverbindungsglieder verbunden, um so einen Hydraulikkreis zu
bilden, der zwei geschlossene Fluidvolumina aufweist. Die Anordnung
ist so getroffen, dass eine Bewegung von am weitesten links befindlichen
Rädern
des Fahrzeuges in einer entgegengesetzten Richtung relativ zu der
Karosserie des Fahrzeuges und am weitesten rechts gelegenen Rädern des
Fahrzeuges dazu tendiert, eine Kompression von Fluid in einem der
Fluidvolumina zu bewirken. Das hat den Effekt, dass die Bewegung
der Räder
relativ zu der Fahrzeugkarosserie begrenzt wird und dass einem Rollen
des Fahrzeuges während
einer Kurvenfahrt Widerstand entgegengesetzt wird. Die Anordnung
ist auch so getroffen, dass eine Bewegung eines ersten Satzes von
diagonal entgegengesetzten Rädern
in einer entgegengesetzten Richtung relativ zu der Karosserie des
Fahrzeuges und einem zweiten Satz von diagonal entgegengesetzten
Rädern
dazu tendiert, Fluid in dem Hydraulikkreis umzuwälzen. Das hat den Effekt, eine
Bewegung der Räder
relativ zu der Fahrzeugkarosserie zu gestatten, wodurch eine Relativbewegung
von quer beabstandeten Rädern
in einer Querachsgelenk (oder Verwindungs)-Bewegung gestattet wird.
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Das
Aufhängungssystem
arbeitet zwar bei dem passiven Reduzieren des Rollens des Fahrzeuges
zufriedenstellend, während
es eine Querachsgelenkbewegung erlaubt, wenn sich aber die Temperatur
benachbart zu dem Aufhängungssystem
verändert,
verändert
sich auch die Temperatur und deshalb das Fluidvolumen in den beiden
Fluidvolumina. Da die Expansion des Fluids mit der Temperatur das
Volumen des Fluids innerhalb jedes Fluidvolumens vergrößert, müssen die
Fluidvolumina expandieren, um das überschüssige Fluid aufzunehmen. Üblicherweise
ist ein begrenztes Ausmaß an
Expansion wegen der Bauteilelastizität verfügbar, jedoch ist eine hohe Komponentensteifigkeit
für den
Rollsteuerbetrieb des Systems erwünscht. Diese hohe Steifigkeit
kann eine beträchtliche
Zunahme des Druckes in dem System mit der Temperatur bewirken. Wenn
der Druck zu hoch wird, wird die Reibung in den Dichtungen des Aufhängungssystems
signifikant und kann schließlich
zu einem signifikanten Austritt von Fluid und zum Ausfall des Aufhängungssystems
führen.
Wenn der Druck zu niedrig wird, wird in den Hydraulikkreisen verbleibende
Luft signifikant, und die Fähigkeit
des Aufhängungssystems,
eine hohe Rollsteifigkeit zu erzeugen, wird reduziert.
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Darüber hinaus
gehen während
des normalen Betriebes des Aufhängungssystems
kleine Mengen an Fluid durch die Dichtungen zwischen dem Kolben
und dem Zylinder jedes Hydraulikzylinders ständig verloren, wobei dieser
Fluidverlust auch zu einem reduzierten Systemdruck und infolgedessen zu
einer Reduktion der Rollsteifigkeit beiträgt.
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Temperaturdifferenzen
und der Austritt von Fluid können
auch dazu führen,
dass sich die statische Zylinderkraft ändert, was Differenzen in der Links-
und Rechtshandhabung des Fahrzeuges hervorrufen kann.
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Die
vorliegende Erfindung trachtet danach, unter anderem, ein Hydrauliksystem
für eine
Fahrzeugaufhängung
zu schaffen, welches wenigstens einen der oben dargelegten Nachteile überwindet.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft diese ein Hydrauliksystem
für eine Fahrzeugaufhängung, wobei
das Hydrauliksystem ein Teil einer Rollsteuerkomponente der Fahrzeugaufhängung ist
und wobei das Hydrauliksystem aufweist:
eine vordere Hydraulikzylindereinrichtung
und eine hintere Hydraulikzylindereinrichtung, wobei die vordere
und die hintere Hydraulikzylindereinrichtung die Form eines doppeltwirkenden
Hydraulikzylinders haben und einen Zylinderteil und einen Kolbenteil
aufweisen, wobei die Kolbenteile die Zylinderteile in eine erste
und eine zweite Kammer teilen,
eine erste Fluidleitung, die
sich im Gebrauch zwischen der ersten Kammer der vorderen Hydraulikzylindereinrichtung
und der ersten Kammer der hinteren Hydraulikzylindereinrichtung
erstreckt und dadurch ein erstes Fluidvolumen bildet,
eine
zweite Fluidleitung, die sich im Gebrauch zwischen der zweiten Kammer
der vorderen Hydraulikzylindereinrichtung und der zweiten Kammer
der hinteren Hydraulikzylindereinrichtung erstreckt und dadurch
ein zweites Fluidvolumen bildet,
wobei die Rollsteuerkomponente
so wirkt, dass, wenn auf das Fahrzeug Kräfte einwirken, die ein Rollen
des Fahrzeuges bewirken, Fluid in der ersten und in der zweiten
Kammer von entweder dem ersten oder dem zweiten Hydraulikvolumen
zusammengedrückt
wird, so dass die Fluiddrücke
zwischen der vorderen und hinteren Kammer des Fluidvolumens im Wesentlichen
ausgeglichen sind und das Rollen des Fahrzeuges begrenzt wird, und
wobei, wenn auf das Fahrzeug Kräfte
einwirken, die eine Querachsgelenkbewegung des Fahrzeuges bewirken,
Fluid gestattet wird, durch die erste und die zweite Fluidleitung
zwischen der ersten vorderen und der ersten hinteren Kammer und
zwischen der zweiten vorderen und der zweiten hinteren Kammer zu
strömen,
wobei die Rollsteuerkomponente dadurch eine passive Rollsteuerung
ausführt,
welche bewirkt, dass die Fahrzeugaufhängung veranlasst wird, sich
dem Rollen des Fahrzeuges zu widersetzen und gleichzeitig die Querachsgelenkbewegung
zu gestatten, wobei das System wenigstens eine Akkumulatoreinrichtung in
Fluidverbindung mit wenigstens dem einen Fluidvolumen aufweist und
wobei die Akkumulatoreinrichtung ein Fluidabteil aufweist, das mit
dem wenigstens einen Fluidvolumen in Fluidverbindung steht,
dadurch
gekennzeichnet, dass das System eine Fluidströmungsdrosseleinrichtung aufweist,
die dafür ausgebildet
ist, die Fluidströmungsgeschwindigkeit zwischen
dem Fluidabteil und dem entsprechenden wenigstens einen Fluidvolumen
zu drosseln, so dass es eine kleine bis vernachlässigbare Änderung in dem Volumen des
Fluidabteils während
einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges gibt, wobei das Volumen des Fluidabteils
der Akkumulatoreinrichtung mit Temperaturänderungen und/oder über der
Zeit variiert, um wenigstens im Wesentlichen den Druck in dem Fluidvolumen
und dem Akkumulator auszugleichen und dadurch Druckänderungen,
welche Temperaturänderungen
und/oder Leckagen des Hydrauliksystems entsprechen, im Wesentlichen
zu kompensieren.
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Das
Hydrauliksystem kann einen Teil eines Aufhängungssystems bilden, wie es
in der internationalen Patentanmeldung
WO 97/06971 beschrieben ist, die
oben bereits erwähnt
ist. Es ist jedoch zu beachten, dass das Hydrauliksystem auch bei
anderen hydraulischen Fahrzeugaufhängungssystemen verwendet werden
kann, bei denen miteinander verbundene Hydraulikzylindereinrichtungen
verwendet werden.
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Die
Hydraulikzylindereinrichtungen können von
der Durchgangsstangenbauart sein, wo die erste und die zweite Kammer
mit demselben Kolbenstirnflächeninhalt
versehen sind, so dass die Drücke
in den Fluidvolumina insgesamt symmetrisch sind. Es ist jedoch auch
möglich,
konventionellere Hydraulikzylinder zu verwenden, die ungleiche Kolbenflächen haben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann die Akkumulatoreinrichtung mit beiden
Fluidvolumina in Fluidverbindung sein. Die Akkumulatoreinrichtung
kann einen Expansionsakkumulator aufweisen, und die Strömungsdrosseleinrichtung
kann die Form von eines ersten bzw. zweiten Kapillarrohres aufweisen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann die Akkumulatoreinrichtung in Fluidverbindung
mit beiden Fluidvolumina sein. Die Akkumulatoreinrichtung kann einen
Expansionsakkumulator aufweisen, und die Strömungsdrosseleinrichtung kann
die Form eines ersten und eines zweiten Kapillarrohres haben, welche
den Expansionsakkumulator mit der ersten bzw. zweiten Fluidleitung
verbinden. Andere Formen von Fluidströmungsdrosseleinrichtungen werden
jedoch auch in Betracht gezogen.
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Vorzugsweise
ist die Fluidströmungsdrosseleinrichtung
dafür ausgebildet,
genug Strömung
zu liefern, um die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten
Fluidvolumen auszugleichen, die durch statische Differenzen wie
Temperaturdifferenzen und Leckage verursacht werden, um dem Fahrzeug
zu erlauben, aus einer verlagerten Position in eine im Wesentlichen
horizontale Position zurückzukehren.
Die Fluidströmungsdrosseleinrichtung
sollte auch ausreichende Drosselwirkungen entfalten, um die Fluidströmung zu
begrenzen, die durch dynamische Druckdifferenzen verursacht wird,
wie z. B. diejenigen, die durch eine Kurvenfahrt des Fahrzeuges verursacht
werden.
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Der
Expansionsakkumulator kann einen Hohlraum aufweisen, der durch eine
flexible Membran in ein Gasabteil und ein Fluidabteil unterteilt
ist, wobei das Fluidabteil mit den ersten und zweiten Fluidvolumina
in Fluidverbindung ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
kann das Hydrauliksystem eine separate Akkumulatoreinrichtung für jedes
Hydraulikvolumen aufweisen, wobei die Strömungsdrosseleinrichtung die
Form eines Kapillarrohres hat, das jede Akkumulatoreinrichtung mit
einem entsprechenden Fluidvolumen verbindet.
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Das
Hydrauliksystem nach der Erfindung kann weiter eine Ventileinrichtung
aufweisen, die zwischen der oder jeder Akkumulatoreinrichtung und den
Hydraulikvolumina angeordnet ist. In der ersten beschriebenen Ausführungsform
kann die Ventileinrichtung zwischen dem Akkumulator und der Strömungsdrosseleinrichtung
angeordnet sein. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Ventileinrichtung zwischen
jedem Akkumulator und dem Hydraulikvolumen in der zweiten beschriebenen
Ausführungsform
angeordnet ist.
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In
einer Form kann die Ventileinrichtung in Serie mit der Strömungsdrosseleinrichtung
sein. In dieser Form kann die Ventileinrichtung klein sein und ist
relativ sicher im Betrieb, weil die Fluidströmung durch die Fluidströmungsdrosseleinrichtung
hindurchgehen muss, bevor sie durch die Ventileinrichtung hindurchgeht.
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In
einer weiteren Form kann die Ventileinrichtung parallel zu der Fluiddrosseleinrichtung
sein. Die Ventileinrichtung würde
vorzugsweise offen sein, um einen gewissen Druckausgleich zwischen
den Volumina zu erlauben, und kann zu anderen Zeiten geschlossen
sein, einschließlich
dann, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt. Die Ventileinrichtung
kann hoher Fluidströmung
ausgesetzt sein, was zu unerwünschten
Bewegungen in der Aufhängung
führen kann.
Deshalb kann es sein, dass zusätzliche
Mechanismen verwendet werden müssen,
um die Fluidströmung
an der Ventileinrichtung beim Öffnen
zu reduzieren, wie beispielsweise teilweises Öffnen der Ventileinrichtung
oder das Vorsehen einer zusätzlichen
Strömungsdämpfungseinrichtung.
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Die
Ventileinrichtung kann einen Elektromagnet und ein Ventilteil aufweisen,
das zwischen einer geschlossenen Ventilposition und einer offenen Ventilposition
hin- und herbewegbar ist, wobei das Ventilteil durch eine elastische
Einrichtung in die geschlossene Position vorgespannt ist und wobei
die Betätigung
des Elektromagnets eine Bewegung des Ventilteils in die offene Ventilposition
bewirkt. Die Ventileinrichtung kann öffnen, um dadurch eine Fluidverbindung
zwischen den beiden Hydraulikvolumina und der Akkumulatoreinrichtung
herzustellen. Die Ventileinrichtung kann periodisch öffnen oder
kann als eine Funktion der Fahrzeugbewegung öffnen. Eine Sensoreinrichtung
kann vorgesehen werden, um z. B. eine Kurvenfahrt des Fahrzeuges
zu erfassen, so dass die Ventileinrichtung während der Kurvenfahrt geschlossen
wird. Das sorgt für
eine niedrige Rollsteifigkeit während
geradliniger Bewegung und für
eine hohe Rollsteifigkeit während
Rollbewegung.
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Das
Hydrauliksystem nach der vorliegenden Erfindung ist deshalb dafür ausgebildet, Änderungen im
Fluidvolumen und im Druck aufgrund von Fluidleckage, Temperaturänderung
usw. zu berücksichtigen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rollsteuerkomponente für eine Fahrzeugaufhängung mit
einem Hydrauliksystem nach der vorliegenden Erfindung geschaffen.
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Die
Rollsteuerkomponente kann eine vordere und eine hintere Rollstabilisatorstange
aufweisen, wobei jede Stabilisatorstange Radbaugruppen des Fahrzeuges
miteinander verbindet. Die vordere und die hintere Hydraulikzylindereinrichtung
kann die vordere bzw. die hintere Stabilisatorstange mit der Karosserie
des Fahrzeuges verbinden. Wenigstens die hintere Stabilisatorstange
kann an dem Fahrzeug in einem Schwenkpunkt schwenkbar gelagert sein.
Die vordere Stabilisatorstange kann durch ein Verbindungsglied an
der Fahrzeugkarosserie befestigt sein.
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Es
ist zweckmäßig, die
Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter zu
beschreiben, welche bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen. Andere bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind möglich,
und infolgedessen ist die Besonderheit der beigefügten Zeichnungen
nicht als eine Einschränkung
für die
Allgemeinheit der vorhergehenden Beschreibung der Erfindung zu verstehen.
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform der Erfindung, die
in 1 gezeigt ist, wobei das Hydrauliksystem mit einer
Ventileinrichtung versehen ist; und
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4 ist
eine schematische Darstellung einer Rollsteuerkomponente einer Fahrzeugaufhängung nach
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Zeichnungen, auf die nun Bezug genommen wird, ist in 1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform
eines Hydrauliksystems 10 nach der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Das Hydrauliksystem 10 bildet im Gebrauch einen
Teil einer Rollsteuerkomponente einer Fahrzeugaufhängung (nicht
dargestellt). Das Hydrauliksystem 10 umfasst einen vorderen
Hydraulikzylinder 12, einen hinteren Hydraulikzylinder 14,
eine erste Fluidleitung 16, die sich zwischen dem vorderen
Hydraulikzylinder 12 und dem hinteren Hydraulikzylinder 14 erstreckt,
und eine zweite Fluidleitung 18, die sich zwischen dem
vorderen Hydraulikzylinder 12 und dem hinteren Hydraulikzylinder 14 erstreckt.
Eine Akkumulatoreinrichtung, in diesem Fall in Form eines Expansionsakkumulators 20,
ist ebenfalls vorhanden, wobei der Akkumulator 20 sowohl
mit der ersten Fluidleitung 16 als auch mit der zweiten
Fluidleitung 18 in Fluidverbindung ist.
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Der
vordere Hydraulikzylinder 12 ist ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder
und umfasst einen vorderen Zylinderteil 22 und einen vorderen
Kolbenteil 24, der in dem vorderen Zylinderteil 22 verschiebbar
aufgenommen und relativ zu dem vorderen Zylinderteil 22 hin-
und herbewegbar ist. Der vordere Kolbenteil 24 trennt den
vorderen Zylinderteil 22 in eine vordere erste Kammer 26 und
eine vordere zweite Kammer 28.
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Der
hintere Hydraulikzylinder 14 ist ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder
und umfasst einen hinteren Zylinderteil 30 und einen hinteren
Kolbenteil 32, der in dem hinteren Zylinderteil 30 verschiebbar aufgenommen
und relativ zu dem hinteren Zylinderteil 30 hin- und herbewegbar
ist. Der hintere Kolbenteil 32 trennt den hinteren Zylinderteil 30 in
eine hintere erste Kammer 34 und eine hintere zweite Kammer 36.
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Der
vordere und der hintere Hydraulikzylinder 12, 14 sind
doppeltwirkende Zylinder der Durchgangsstangenbauart. Es dürfte klar
sein, dass, da dieser Typ von Zylinder symmetrisch ist und Kammern
von ähnlicher
Konfiguration und ähnlichem
Volumen enthält,
beide Kammern im Gebrauch mit ähnlichen
Drücken
beaufschlagt werden und ähnlichem Verschleiß unterliegen
und dass Unterschiede in der Links- und Rechtshandhabung mit geringerer
Wahrscheinlichkeit auftreten werden. Eine ähnliche Situation kann auch
erzielt werden durch Verwendung eines nichtsymmetrischen doppeltwirkenden
Zylinders, der eine Kolbenstange mit einem Querdurchmesser hat,
der ausreichend klein ist, um die Effekte von Differenzen im Druck
an dem Kolben auf vernachlässigbare
Werte zu reduzieren. Andere Maßnahmen
können
ergriffen werden, um die Symmetrie von solchen Anordnungen zu verbessern,
wie beispielsweise das Abstimmen der Längen von flexiblen Schläuchen, das
Vorsehen von Federn, um auf jedweden Versatz zu reagieren, usw.
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Der
vordere Hydraulikzylinder 12 ist mit dem hinteren Hydraulikzylinder 14 durch
die erste und die zweite Fluidleitung 16, 18 verbunden,
so dass die vordere erste Kammer 26 in Fluidverbindung
mit der hinteren ersten Kammer 34 durch die erste Fluidleitung 16 verbunden
ist und die vordere zweite Kammer 28 in Fluidverbindung
mit der hinteren zweiten Kammer 36 durch die zweite Fluidleitung 18 verbunden
ist.
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Die
Konfiguration des Hydrauliksystems 10 ist so, dass die
vordere erste Kammer 26, die hintere erste Kammer 34 und
die erste Fluidleitung 16 ein erstes Hydraulikvolumen bilden
und dass die vordere zweite Kammer 28, die hintere zweite
Kammer 36 und die zweite Fluidleitung 18 ein zweites
Hydraulikvolumen bilden.
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Der
Akkumulator 20 enthält
einen Hohlraum, der durch eine flexible Membran 38 in ein
Gasabteil 40 und ein Fluidabteil 42 getrennt ist.
Das Gasabteil 40 enthält
Druckgas 43.
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Der
Akkumulator 20 ist mit der ersten und der zweiten Fluidleitung 16, 18 durch
eine Fluidströmungsdrosseleinrichtung
verbunden. In diesem Beispiel hat die Fluidströmungsdrosseleinrichtung die Form
eines ersten Kapillarrohres 44, das mit der ersten Fluidleitung 16 in
Fluidverbindung ist, und eines zweiten Kapillarrohres 46,
das mit der zweiten Fluidleitung 18 in Fluidverbindung
ist. Die Kapillarrohre 44, 46 schaffen eine Fluidverbindung
zwischen dem Fluidabteil 42 und der ersten und der zweiten
Fluidleitung 16, 18.
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Es
sei angemerkt, dass als eine Alternative zu dem ersten und dem zweiten
Kapillarrohr die Fluidströmungsdrosseleinrichtung
die Form einer Scheibe annehmen kann, welche eine geschlossene Spiralnut
hat, die auf der Scheibe vorgesehen ist. Ein Ende der Nut würde mit
dem ersten Fluidvolumen verbunden sein, das andere Ende der Nut
würde mit dem
zweiten Fluidvolumen verbunden sein und der Akkumulator würde mit
einem Ort in der Nut, der im Wesentlichen gleich der Hälfte der
linearen Länge der
Nut ist, verbunden sein. Die Fluidströmungsdrosseleinrichtung kann
Filter aufweisen (nicht dargestellt). Eine weitere und bevorzugte
alternative Methode ist es, einen Verteiler in den beiden Fluidleitungen 16, 18 vorzusehen,
der Bohrungen aufweist, um die beiden Leitungen mit einander und
mit dem Akkumulator zu verbinden, wobei die Bohrungen durch eine
Vorrichtung mit hoher Drosselung und geringer Durchströmung teilweise
blockiert sind, z. B. durch eine sehr feine Drosselstelle oder bevorzugt
durch ein poröses
Materialstück.
Ein gesinterter Filter in einer Leitung größeren Durchmessers hat den
Vorteil, dass er billig ist, dass er viele Strö mungswege hat, so dass er nicht
so leicht zum Blockieren neigt, hergestellt werden kann, um für eine zuverlässige Drosselung
zu sorgen, und darüber
hinaus eine Filterfunktion erfüllen
kann. Wenn Kapillarleitungen, genutete Scheiben, Drosselstellen
oder andere Einzelpfaddrosselvorrichtungen kleinen Durchmessers
verwendet werden, werden feine Filter benötigt, um eine Blockierung zu
verhindern.
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Es
sei jedoch angemerkt, dass jede geeignete Fluidströmungsdrosseleinrichtung,
welche die Fluidströmungsgeschwindigkeit
drosselt, in Betracht gezogen werden kann.
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Die
Fluidströmungsdrosseleinrichtung
bewirkt, dass die Fluidströmungsgeschwindigkeit
zwischen den Hydraulikfluidleitungen 16, 18 und
dem Akkumulator 20 gedrosselt wird und dadurch die schnellen
Druckänderungen
in den beiden Fluidvolumina (aufgrund der sich dynamisch ändernden
Belastungen in dem vorderen und den hinteren Hydraulikzylinder 12, 14)
verhindert werden, was den Transfer von beträchtlichem Fluidvolumen zwischen
einander oder zu dem Akkumulator 20 zur Folge hat, insbesondere
während
Kurvenfahrt.
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Das
Gasabteil 40 wird mit Druckgas 43 auf einen derartigen
Druck aufgeladen, dass im Gebrauch das Gasvolumen in dem Gasabteil 40 ungefähr gleich
dem Fluidvolumen in dem Fluidabteil 42 unter normalen Betriebsbedingungen
des Hydrauliksystems 10 ist.
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Das
Hydrauliksystem 10 kann im Gebrauch in eine Fahrzeugaufhängung eingeschaltet
werden als ein Teil einer Rollsteuerkomponente der Fahrzeugaufhängung, so
dass der vordere Kolbenteil 24 z. B. einem vorderen linken
Rad des Fahrzeuges operativ zugeordnet ist, der vordere Zylinderteil 22 z. B.
einem vorderen rechten Rad des Fahrzeuges operativ zugeordnet ist,
der hintere Kolbenteil 32 z. B. einem hinteren linken Rad
des Fahrzeuges operativ zugeordnet ist und der hintere Zylinderteil 30 z.
B. einem hinteren rechten Rad des Fahrzeuges operativ zugeordnet
ist.
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Die
Rollsteuerkomponente der Fahrzeugaufhängung arbeitet so, dass, wenn
das Fahrzeug eine Kurve fährt
und auf das Fahrzeug Kräfte
einwirken, die bestrebt sind, Rollen des Fahrzeuges zu bewirken,
der vordere und der hintere Kolbenteil 24, 32 gedrängt werden,
sich relativ zu ihrem vorderen bzw. hinteren Zylinderteil 22, 30 in
derselben Richtung zu bewegen und dass der vordere und der hintere
Kolbenteil 24, 32 dazu tendieren, Fluid in dem
ersten und dem zweiten Hydraulikvolumen zu komprimieren oder zu
expandieren. Infolgedessen sind die Fluiddrücke, die durch den vorderen
und den hinteren Kolbenteil 24, 32 erzeugt werden,
im Wesentlichen ausgeglichen oder ausbalanciert und es wird eine
gleichzeitige Bewegung des vorderen und des hinteren Kolbenteils 24, 32 in
derselben Richtung relativ zu ihrem vorderen bzw. hinteren Zylinderteil 22, 30 aufgrund
eines effektiven „Hydraulikschlosses" begrenzt. Wenn das
Fahrzeug in einer geraden Linie über
unebenes Gelände
fährt,
welches dazu tendiert, das vordere linke und das hintere linke Rad
des Fahrzeuges in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen, bewirken
der vordere und der hintere Kolbenkopf 25, 33,
dass Fluid durch die erste und die zweite Fluidleitung bewegt wird
und dass dem vorderen und dem hinteren Kolbenteil 24, 32 gestattet
wird, sich gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen relativ zu
ihren Zylinderteilen 22 bzw. 30 im Wesentlichen frei
von Behinderung zu bewegen. Diese Anordnung sorgt deshalb für eine passive
Steuerung, welche bewirkt, dass die Fahrzeugaufhängung veranlasst wird, sich
einem Rollen des Fahrzeuges zu widersetzen und gleichzeitig eine
Querachsgelenkbewegung zuzulassen.
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Wenn
das Fahrzeug in Ruhe ist, sind die Drücke in dem ersten und dem zweiten
Hydraulikvolumen so, dass das Verhalten der Fahrzeugaufhängung für Links-
und Rechtshandhabung im Wesentlichen dasselbe ist.
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Der
Druck sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Hydraulikvolumen
ist jedoch temperaturempfindlich. Ein Anstieg in der Temperatur
bewirkt einen Anstieg im Druck, was ohne Druckkompensation eine
Beanspruchung in dem Hydrauliksystem 10 und möglicherweise
mechanisches Versagen verursachen kann. Eine Abnahme in der Temperatur
bewirkt eine Abnahme im Druck und, ohne Druckkompensation, eine
entsprechende Reduzierung in der Fähigkeit des Hydrauliksystems 10,
sich einem Rollen des Fahrzeuges zu widersetzen. Darüber hinaus können ohne
Druckkompensation, wenn eines der Hydraulikvolumina durch eine Temperaturänderung beeinflusst
wird, aber das andere nicht oder weniger beeinflusst wird, Differenzen
in der Links- und Rechtshandhabung des Fahrzeuges auftreten und/oder
das Fahrzeug kann eine Neigung annehmen.
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Druckänderungen
können
auch in dem ersten und dem zweiten Hydraulikvolumen aufgrund von ständigem Austritt
von kleinen Fluidmengen auftreten, hauptsächlich an den Stangen- und
Kolbendichtungen, d. h. vorbei an den Dichtungen zwischen dem vorderen
und dem hinteren Kolbenteil 24, 32 und dem vorderen
bzw. hinteren Zylinderteil 22, 30. Ein solcher
Verlust an Fluidvolumen und eine dadurch hervorgerufene Druckänderung
in den Hydraulikvolumina hat auch eine ähnliche Auswirkung auf das
Verhalten des Hydrauliksystems wie eine Abnahme in der Temperatur
wie oben beschrieben, allerdings nur in einem begrenzten Ausmaß über sehr lange
Zeitspannen.
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Mit
dem Hydrauliksystem 10 nach der vorliegenden Erfindung
wird, wenn der Druck in einem der oder in beiden Hydraulikvolumina
ansteigt, z. B. wegen eines Temperaturanstiegs, ein Differenzdruck zwischen
dem ersten und/oder zweiten Hydraulikvolumen (Hydraulikvolumina)
und dem Gasabteil 40 des Akkumulators 20 erzeugt.
Infolgedessen wird Fluid veranlasst, in dem ersten und/oder zweiten
Kapillarrohr 44, 46 zu dem Fluidabteil 42 zu
strömen. Das
erfolgt, bis der Druck in den Hydraulikvolumina auf einen Wert abgenommen
hat, der gleich dem Druck in dem Gasabteil 40 ist.
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Wenn
der Druck in einem der oder in beiden Hydraulikvolumina abnimmt,
z. B. wegen einer Abnahme der Temperatur oder wegen eines Fluidverlustes
aus dem Hydrauliksystem 10, findet das Umgekehrte statt.
Das heißt
es wird ein Differenzdruck zwischen dem Gasabteil 40 des
Akkumulators 20 und dem ersten und/oder zweiten Hydraulikvolumen erzeugt,
was Fluid veranlasst, in dem ersten und/oder zweiten Kapillarrohr 44, 46 aus
dem Fluidabteil 42 zu strömen, bis der Druck in den Hydraulikvolumina
auf einen Wert angestiegen ist, der gleich dem Druck in dem Gasabteil 40 ist.
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Es
ist deshalb klar, dass das Hydrauliksystem 10 so arbeitet,
dass es eine Kompensation bei einem Anstieg oder Abfall des Druckes
in dem ersten und dem zweiten Hydraulikvolumen bewirkt und dadurch
den Druck in dem Hydraulikkreis im Wesentlichen konstant hält.
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Es
ist auch klar, dass das erste und das zweite Kapillarrohr 44, 46 einen
Druckausgleichspfad für Fluid
zum Strömen
zwischen dem ersten und dem zweiten Hydraulikvolumen bilden, wenn
der stationäre
Druck in einem der Hydraulikvolumina den Druck in dem anderen Hydraulikvolumen übersteigt.
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Es
ist auch klar, dass während
einer Kurvenfahrt eine Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem
zweiten Hydraulikvolumen erzeugt wird, die dazu tendiert, das Fluid
zu drängen,
sich aus dem Hydraulikvolumen relativ hohen Druckes zu dem Hydraulikvolumen
relativ niedrigen Druckes zu bewegen. Das hat den unerwünschten
Effekt, dass der Rollwinkel des Fahrzeuges vergrößert wird. Um das jedoch zu
minimieren, ist die Fluidströmungsdrosseleinrichtung
so konfiguriert, dass die zugelassene Geschwindigkeit der Fluidströmung relativ
niedrig ist und dass die Menge an Fluid, die zwischen dem ersten
und dem zweiten Hydraulikvolumen während einer Kurvenfahrt transferiert
wird, vernachlässigbar ist.
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Es
ist klar, dass das Volumen des Fluids in dem Fluidabteil 42 des
Akkumulators 20 ausreichend groß sein sollte, um Druckänderungen
zu kompensieren, die allen erwarteten Temperaturänderungen und Leckagen während des
Gebrauches des Hydrauliksystems 10 entsprechen.
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Ein
alternatives Hydrauliksystem 48 gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
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In
dieser Ausführungsform
ist ein Akkumulator 20 für jedes Hydraulikvolumen vorhanden,
wobei einer der Akkumulatoren 20 mit der ersten Fluidleitung 16 durch
eine erste Fluidströmungsdrosseleinrichtung
verbunden ist, in diesem Beispiel ein erstes Kapillarrohr 50,
und der andere Akkumulator 20 mit der zweiten Fluidleitung 18 durch
eine zweite Fluidströmungsdrosseleinrichtung
verbunden ist, in diesem Beispiel ein zweites Kapillarrohr 52.
Die Fluidströmungsdrosseleinrichtung
kann andere Formen als die mit Bezug auf 1 beschriebenen
annehmen.
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Die
Arbeitsweise des Hydrauliksystems 48 gleicht im Wesentlichen
der Arbeitsweise des Hydrauliksystems 10 dahingehend, dass
Druckanstiege oder -abfälle
in jedem Hydraulikvolumen durch einen Akkumulator 20 kompensiert
werden. Es sei jedoch angemerkt, dass in dieser Ausführungsform
die Hydraulikvolumina nicht durch die Fluidströmungsdrosseleinrichtung miteinander
verbunden sind und dass deshalb Druckvariationen in jedem Hydraulikvolumen
nur durch den betreffenden Akkumulator 20 kompensiert werden,
der dem Hydraulikvolumen zugeordnet ist.
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Es
ist auch klar, dass, anders als bei dem in 1 gezeigten
Hydrauliksystem 10, es keinen Druckausgleichspfad zum Aufrechterhalten
von stationärem
Druck zwischen den beiden Hydraulikvolumina gibt und dass es deshalb
bei diesem Hydrauliksystem eine Möglichkeit gibt, dass Differenzen
in der Links- und Rechtshandhabung mit der Zeit auftreten können. Das
ist jedoch unwahrscheinlich, da die Steifheit, die durch die Akkumulatoren
bewirkt wird, so niedrig ist, dass die Druckdifferenz von einem
Fluidvolumen zum anderen niedrig sein wird, selbst nachdem eine
beträchtliche
ungleiche Leckage aufgetreten ist.
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Es
ist klar, dass, da die Hydraulikvolumina nicht miteinander verbunden
sind, es bei dieser Anordnung möglich
ist, einen herkömmlichen
doppeltwirkenden Zylinder zu verwenden und das erste und das zweite
Hydraulikvolumen und die zugeordneten Akkumulatoren auf unterschiedliche
Drücke
aufzuladen, um so Differenzen in der Konfiguration und in dem tatsächlichen Volumen
der ersten und der zweiten Kammer des vorderen und des hinteren
Hydraulikzylinders 12, 14 zu kompensieren.
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In 3 ist
ein weiteres alternatives Hydrauliksystem 55 ähnlich dem
in 1 gezeigten Hydrauliksystem 10 dargestellt.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
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Das
Hydrauliksystem 55 ist mit einer Ventileinrichtung 54 versehen.
Die Ventileinrichtung 54 ist zwischen dem ersten und dem
zweiten Kapillarrohr 44, 46 und dem Akkumulator 20 angeordnet.
Die Ventileinrichtung arbeitet so, dass der Fluidverbindungsweg
zwischen dem ersten Kapillarrohr 44, dem zweiten Kapillarrohr 46 und
dem Fluidabteil 42 des Akkumulators 20 wahlweise
geöffnet
oder geschlossen wird.
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Die
Ventileinrichtung 54 weist einen Elektromagnet 56 und
ein Ventilteil 58 auf, das zwischen einer geschlossenen
Ventilposition und einer offenen Ventilposition bewegbar ist. Das
Ventilteil ist durch eine Feder 60 in die geschlossene
Ventilposition vorgespannt. Die Anordnung ist so getroffen, dass
eine Betätigung
des Elektromagnets 56 bewirkt, dass das Ventilteil 58 in
die offene Ventilposition bewegt wird.
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Im
normalen Betrieb des Hydraulikkreises 10 wird das Ventilteil 58 durch
die Feder 60 in die geschlossene Position gedrängt und
eine Fluidströmung
zwischen dem ersten Kapillarrohr 44, dem zweiten Kapillarrohr 46 und
dem Akkumulator 20 wird verhindert. In dieser Ventilposition
erfolgt keine Druckkompensation. Die Betätigung des Elektromagnets 56 veranlasst
das Ventilteil 58, sich in die offene Ventilposition zu
bewegen und das erste Kapillarrohr 44, das zweite Kapillarrohr 46 und
den Akkumulator 20 miteinander in Fluidverbindung zu bringen.
In dieser Ventilposition erfolgt deshalb eine Druckkompensation,
wie sie mit Bezug auf das Hydrauliksystem 10 nach 1 beschrieben
worden ist.
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Es
ist klar, dass durch Vorsehen der Ventileinrichtung 54 das
Hydrauliksystem mit einer Druckkompensation ausgestattet wird, die
nach Bedarf aktiviert oder deaktiviert werden kann. Vorzugsweise wird
im Gebrauch die Ventileinrichtung periodisch geöffnet, z. B. jede Minute, und
zwar für
eine kurze Zeitspanne von z. B. 1 ms. Auf diese Weise wird ein allmähliches
Ausgleichen des Druckes in dem Hydrauliksystem erzielt, während ein
Fluidtransfer während Kurvenfahrt
minimiert wird. Alternativ können Öffnen und
Schließen
der Ventileinrichtung durch eine Erfassungseinrichtung gesteuert
werden, welche während Kurvenfahrt
ein Signal erzeugt und die Betätigung des
Elektromagnets aufgrund des Signals bewirkt. Die Ventileinrichtung
kann auch für
eine längere
Zeitspanne beim ersten Anlassen des Fahrzeuges öffnen, um so eine anfängliche
Druckkompensation in dem Hydrauliksystem zu bewirken.
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Weiter,
in Situationen, in denen eine sehr niedrige geradlinige Rollsteifigkeit
erwünscht
ist, können
das erste und das zweite Kapillarrohr 44, 46 durch
Standardleitungen ersetzt werden und die Ventileinrichtung 54 kann
so gesteuert werden, dass sie während
geradliniger Bewegung öffnet
und während Kurvenfahrt
schließt.
Auf diese Weise wird eine niedrige Rollsteifigkeit mit Druckkompensation
während geradliniger
Bewegung erzielt und eine hohe Rollsteifigkeit wird während Kurvenfahrt
erzielt. Die Betätigung
der Ventileinrichtung 54 kann durch irgendeine geeignete
Erfassung der Kurvenfahrt des Fahrzeuges erfolgen, z. B. durch Erfassen
der Lenkgeschwindigkeitsänderung,
der Lateralbeschleunigung oder des Lenkwinkels. Darüber hinaus
kann das Öffnen der
Ventileinrichtung allmählich
erfolgen, indem z. B. eine Impulsbreitenmodulation verwendet wird,
um Geräusch
und plötzliche
Bewegungen des Fahrzeuges zu verhindern, wenn das Ventil bei einer
Druckdifferenz zwischen ihren drei Anschlüssen, d. h. den beiden Leitungen
und dem Akkumulator, geöffnet wird.
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Die
Fluidströmungsdrosseleinrichtung
sollte auch in der Lage sein, bei sehr niedrigen Betriebstemperaturen
effektiv zu arbeiten, beispielsweise bei –40 Grad Celsius, wo das Fluid
viel viskoser als bei 20 Grad oder sogar 100 Grad Celsius werden
kann, wozu es unter gewissen Bedingungen kommen kann. Die Fluidströmung durch
die Strömungsdrosseleinrichtung
sollte jedoch nicht so hoch sein, um dem Fahrzeug Rollen zu erlauben,
wenn es eine Kurve fährt.
Demgemäß bietet
das Kombinieren der Ventileinrichtung und der Fluidströmungseinrichtung
in den oben beschriebenen Ausführungsformen
einen Vorteil dahingehend, dass die Fluidströmungsgeschwindigkeit in einem
Bereich von Bedingungen wie der Temperatur gesteuert werden kann.
Wenn es in Reihe verwendet wird, kann das kleine Ventil benutzt werden,
um eine Fluidströmung
zwischen den Volumina während
einer Kurvenfahrt zu verhindern. Wenn es parallel verwendet wird,
kann das Ventil, wenn es geschlossen ist, für eine reduzierte Rollsteifigkeit
zu Zeiten sorgen, wenn das erwünscht
ist, und wenn es offen ist, kann es eine hohe Rollsteifigkeit bewirken,
wenn eine Kurve gefahren wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
(nicht dargestellt) kann die Fluidströmungsdrosseleinrichtung eine
Drosselung aufweisen, die temperaturabhängig ist, d. h. es kann weniger
Drosselung bei niedrigeren Temperaturen als bei höheren Temperaturen geben,
um eine gleichmäßigere Drosselung
der Fluidströmung
in einem Bereich von Temperaturen zu erleichtern.
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In
einer weiteren Ausführungsform
(nicht dargestellt) kann das Ventil 20 zu dem ersten und dem
zweiten Kapillarrohr 44 und 46 parallel geschaltet
sein. Das heißt,
das Ventil kann eine Leitung wahlweise öffnen und schließen, welche
das erste Hydraulikvolumen 44 mit dem zweiten Hydraulikvolumen 46 verbindet.
Auf diese Weise kann eine Fluidströmungsdrosseleinrichtung, die
eine hohe Drosselung für
die Fluidströmung
hat, verwendet werden, die eine gewisse Fluidströmung erlaubt, um die Druckdifferenz
zwischen den Volumina zu reduzieren, während sie eine hohe Rollsteifigkeit
bewirkt. Wenn eine sehr niedrige Rollsteifigkeit verlangt wird, kann
das Ventil geöffnet
werden, um eine größere Fluidströmung zu
erlauben als diejenige, die durch die Fluidströmungsdrosseleinrichtung allein
erlaubt wird.
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4 zeigt
die Rollsteuerkomponente
80 einer Fahrzeugaufhängung, welche
ein Hydrauliksystem ähnlich
dem in
1 gezeigten aufweist, und die Merkmale sind mit
gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die Rollsteuerkom ponente ist von
dem oben beschriebenen Typ nach der
WO
97/06971 und umfasst eine vordere Rollstabilisatorstange
82 und
eine hintere Stabilisatorstange
84, welche den vorderen
bzw. hinteren Radbaugruppen (nicht dargestellt) eines Fahrzeuges
zugeordnet sind. Die vordere Stabilisatorstange
82 ist
so geformt, dass sie unter eine vorhandene Fahrzeugkarosserie passt,
und die Form wird in Abhängigkeit
von der Fahrzeugkarosseriekonfiguration variieren. In der dargestellten
Anordnung umfasst die vordere Rollstabilisatorstange
82 einen
relativ kurzen zentralen Teil
83 und Armteile
85, die
sich nach hinten erstrecken und von dem Zentrum des Fahrzeuges weg
abgewinkelt sind. Die Armteile
85 sind mit einer Radbaugruppe
(nicht dargestellt) des Fahrzeuges verbunden. Die vordere Stabilisatorstange
82 ist
an der Fahrzeugkarosserie durch ein Verbindungsglied
86 befestigt,
welches mit dem zentralen Teil
83 schwenkbar verbunden
ist, und ein Hydraulikzylinder
12 des Hydrauliksystems
10 ist auch
an dem zentralen Teil
83 schwenkbar abgestützt.
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Die
hintere Stabilisatorstange 84 umfasst auch einen zentralen
Teil 87, der entgegengesetzte relativ kurze Armteile 89 an
seinen entgegengesetzten Enden hat. Diese Armteile 89 sind
durch Verbindungsglieder 90 mit hinteren Radbaugruppen
(nicht dargestellt) verbunden. Die hintere Stabilisatorstange ist
auf einem Achsschenkel 88 abgestützt, der in der Mitte des zentralen
Teils 87 derselben angeordnet ist. Dieser Achsschenkel 88 ist
an einem Schwenkpunkt (nicht dargestellt) abgestützt, der an der Fahrzeugkarosserie
angeordnet ist. Die hintere Stabilisatorstange 84 ist auch
an der Fahrzeugkarosserie durch den hinteren Hydraulikzylinder 14 des Hydrauliksystems 10 befestigt.
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Die
Schwenkverbindung der hinteren Rollstabilisatorstange 84 reduziert
die verlangte bogenförmige
Verlagerung der Rollstabilisatorstange 84, die erforderlich
ist, damit die Rollsteuerkomponente richtig arbeiten kann. Das macht
es einfacher, die Rollsteuerkomponente unter ein Fahrzeug zu packen.
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Der
vordere und der hintere Hydraulikzylinder 12, 14 sind
durch eine erste und eine zweite Fluidleitung 16, 18 mit
einem Akkumulator 20 ver bunden, der mit jeder Fluidleitung
durch Kapillarleitungen 44, 46 auf dieselbe Weise
wie in der Darstellung in 1 verbunden
ist. Der Akkumulator stellt deshalb für das Hydrauliksystem nach
Bedarf eine Druckkompensation bereit.
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Modifikationen
und Variationen, die für
den Fachmann auf der Hand liegen, liegen innerhalb des Schutzbereiches
der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.