DE945899C

DE945899C - Fluessigkeits-Hohlfeder mit Eigendaempfung, insbesondere fuer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE945899C
Application number: DEST4360A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-01-19
Filing date: 1952-01-19
Publication date: 1956-07-19

Description

Flüssigkeits-Hohlfeder mit Eigendämpfung, insbesondere für Fahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeits-Hohlfeder mit Eigendämpfung, insbesondere für Fahrzeuge.
Fahrzeugfederungen sollen eine möglichst progressive Kennlinie haben und . eine möglichst starke Eigendämpfung aufweisen. Diesen Forderungen wird beispielsweise eine rückstoßdämpfende Flüssigkeits-Hohlfeder mit einer aus von mehreren an ihrem äußeren und inneren Rande zusammengeschweißten Federtellern gebildeten Hohlfederelementen bestehenden Haupt- und Dehnungskammer teilweise gerecht, welche mit einem Strömungsmittel gefüllt sind und über Öffnungen einer am Federungshub nicht teilnehmenden, als Widerlager dienenden Zwischenwand derart miteinander in Verbindung stehen, daß der normalerweise gedrosselte Verbindungsquerschnitt sich bei Belastung der Federung selbsttätig vergrößert. Ein Hohlfedergesamtelement übernimmt bei dieser bekannten Flüssigkeits-Hohlfeder die Belastung und dient als Hauptkammer, während das zweite Hohlfedergesamtelement eine Dehnungskammer bildet. Bei einer solchen Anordnung besteht eine immerhin ausreichende Federung in Richtung der Belastung; ferner tritt hierbei auch eine für viele Fälle ausreichende Eigendämpfung auf.
Die Erfindung verfolgt demgegenüber das Ziel, für daß Federungs- und Dämpfungsvermögen eine noch größere Steigerungsfähigkeit zu erzielen und vor allem den mechanischen Aufbau der Flüssigkeits -Hohlfeder zu vereinfachen und der ganzen Federeinheit eine erhöhte Betriebssicherheit zu verleihen, und zwar dadurch, daß die. Hauptkammer aus einem hohlen, als Energiespeicher wirkenden Federkörper aus in sich elastischem Werkstoff wie Gummi od. dgl. besteht, und die Dehnungskammer durch eine Membran aus in sich elastischem Werkstoff wie Gummi od, dgl. elastisch begrenzt ist.
Bei der Flüssigkeits-Hohlfeder nach der Erfindung bestehen somit die Hohlfederelemente der Hauptkammer nicht aus stählernem, federndem Werkstoff, sondern besteht die Hauptkammer aus einem Federkörper aus einem in sich elastischen Werkstoff wie Gummi od. dgl.; ferner besteht die Dämpfungskammer bei der Flüssigkeits-Hohlfeder nach der Erfindung nicht aus Hohlfederelementen aus stählernem, elastischem Werkstoff, sondern wird dieselbe durch eine Membran aus in sich elastischem Werkstoff wie Gummi od. dgl. elastisch begrenzt.
Die Zeichnung Fig. I zeigt zunächst das Grundschema der Flüssigkeits-Hohlfeder nach der Erfindung. Ein zylinderförmiger Federkörper I aus elastischem Werkstoff wie Gummi od. dgl. ist an der oberen Seite durch eine Platte 2, auf die der Gummi zweckmäßig aufvulkanisiert wird, nicht abgeschlossen. Sollen größere Federwege erreicht werden, so daß also eine höhere Federsäule notwendig ist, wird diese in an sich bekannter Weise durch einvulkanisierte Zwischenplatten 3 aus Metall unterbrochen, so daß das Verhältnis zwischen Grundfläche und Höhe der jeweiligen Gummiringe so gewählt werden kann, daß ein Ausknicken der Federsäule erschwert wird. Nach unten ist die Federsäule durch einen topfartigen Aufbau 4 ebenfalls abgeschlossen, der zweckmäßig mit Hilfe von Schrauben 5 an die untere Platte des Federkörpers angeschraubt wird. Der Federkörper I hat in der Mitte einen Hohlraum 6. Der diesen Hohlraum unten abschließende Topf 4 hat Bohrungen 7, die auf der der Feder entgegengesetzten Seite durch eine Gummiventilklappe 8 teilweise abgeschlossen sind. Unterhalb dieser Ventilklappe 8 befindet sich im Topf 4 eine Gummimembran g, die in entsprechender Weise auf einen einschraubbaren Ring Io anvulkanisiert ist, aber auch zwischen Flanschen eingespannt werden kann. Der Hohlraum 6 ist mit einer Flüssigkeit oder Luft gefüllt. Wird die Feder I nun durch eine Last zusammengedrückt, so übernimmt sie durch Verformungsarbeit die Federung. Die Feder wird dadurch zusammengedrückt, der Gummi dehnt sich nach außen und innen aus und verringert dadurch seine Höhe. Der Hohlraum 6 wird in gleichem Maße kleiner und preßt nun die sich darin befindliche Flüssigkeit oder Luft durch die Öffnungen 7 in den Hohlraum II oberhalb der Membran g. Dabei hebt sich die Ventilklappe 8 ab, und die Öffnungen 7 sind so groß bemessen, daß die Flüssigkeit bzw. Luft ohne großen Widerstand austreten kann. Damit der Hohlraum II dieses austretende Medium aufnehmen kann, muß sich die Membran entsprechend dem Volumen des Medium nach unten ausdehnen. Dabei wird die Membran elastisch verformt und trägt im geringen Maße entsprechend der Wandstärke der Membran -zur Federung bei, was aber unwesentlich ist. Federt der Federkörper I infolge seiner Elastizität zurück, vergrößert sich der Hohlraum 6 wieder und ist bestrebt, die Flüssigkeit oder Luft wieder einzusaugen. Gleichzeitig will sich auch die Membran g wieder entspannen und dadurch wird die Flüssigkeit bzw. Luft durch die Löcher 7 zurückgepreßt. Bei diesem Vorgang legt sich die Ventilklappe 8 an und verschließt den größten Teil der Löcher. Lediglich einige Löcher bleiben infolge entsprechender Öffnungen in der Ventilklappe offen und lassen das Medium zurück in den Hohlraum 6 gelangen. Dadurch tritt beim Rücklauf der Feder eine Querschnittsverringerung der Öffnungen ein. Der dadurch entstehende größere Durchflußwiderstand ist als zusätzliche Dämpfung wirksam. Durch entsprechende Wahl der Löcher bzw. der Querschnitte läßt sich diese Dämpfung beliebig einstellen. Es ist dabei belanglos, ob die als Beispiel skizzierte Ventilklappe verwendet wird oder andere an sich bekannte Federventile od. dgl. Anwendung finden.
Mit dieser Ausführungsmöglichkeit entsprechend der Fig. I ist auch nur eine der vielen Möglichkeiten aufgezeigt. Es ist als weiteres Beispiel möglich, was aber nicht gezeichnet zu werden braucht, den die Membran haltenden Topf 4 auf beiden Seiten zu schließen und zwei Membranen anzubringen und sinngemäß zwei Federelemente zu verwenden, so daß also auf jeder Seite des Topfes eine solche Federsäule angeordnet ist. Die beiden Federsäulen arbeiten dann gegeneinander und drücken ihr Medium gegen zwei im Topf q. enthaltende Membranen, die dann von beiden Seiten her das Medium aufnehmen. Durch diese Anordnung wird eine größere Stabilität und auch eine längere Federsäule erreicht. Wenn es die Anordnung gestattet, kann die; Stabilität noch dadurch verbessertwerden, daß das ganze System in einem Rohr untergebracht wird, in dem der Topf q. als Gleitkolben die Führung bewirkt.
Wenn es vornehmlich darauf ankommt, Dämpfungen zu erzielen, also einen Dämpfer dieser Art dabei zu verwenden, dem andere Federelemente zusätzlich beigeordnet werden sollen, läßt sich das gleiche System ausnutzen entsprechend der Fig. II der Zeichnung.
Für diesen Fall besteht das Element, das dem gleichen Grundgedanken entspricht, aus einer festen eingespannten Zwischenplatte q., die auf beiden Seiten von membranartigen Federkörpern i und i" abgeschlossen werden. Die Ventilklappen und Öffnungen in der Zwischenplatte q. sind entsprechend der früheren Ausführung, also unter Verwendung einer Ventilklappe 8 ausgeführt. Wird nun der Membranenkörper i beispielsweise durch eine Schubstange 12, die an den Ventilkörper anvulkanisiert oder sonstwie sinngemäß angebracht wird; nach unten bewegt,, verformt sich der Gummikörper und verringert das Volumen des Hohlraumes 6. In gleichem Maße vergrößert sich der zur Aufnahme des verdrängten Mediums bestimmte Hohlraum II durch Dehnung der Membran Ia. Beim Rücklauf wird die gewünschte Dämpfung im gleichen Sinne wie weiter oben beschrieben, bewirkt.
Um die Knickfestigkeit der Federsäule noch zu vergrößern, ist in Fig. III noch ein weiteres Ausführungsbeispiel gegeben. In diesem Fall besteht die Federsäule aus Gummiringen I, die zwischen kegelstumpfförmigen Metallringen 3 einvulkanisiert sind. Der Hohlraum 6 wird in diesem Fall durch einen ebenfalls kegelstumpfförmigen Topf 4 abgeschlossen, der aber so bemessen ist, daß die Flüssigkeit oder Luft durch einen Kanal 13 zu den Austrittslöchern 7 geführt wird. Die Löcher sind wiederum durch einen Ventilklappenring 8 abgeschlossen, und die Membran 9 ist innerhalb des kegelstumpfförmigen Topfes 4 untergebracht. Das ganze System ist nach unten durch einen Deckel 14 abgeschlossen. Beim Zusammendrücken der Feder wird nun wieder, wie bisher beschrieben, die Flüssigkeit oder die Luft durch Veränderung des Hohlraumes 6 durch die Kanäle 13 und die Löcher 7 in den Raum unter die Membran 'gebracht, sich dann nach oben hin innerhalb des Topfes 4 ausdehnen kann. Der Vorgang bezüglich der Dämpfung ist der gleiche wie eingangs beschrieben. Eine wesentliche Änderung besteht durch die Form der kegelstumpfförmigen Zwischenringe 3 ; dadurch, daß diese kegelstumpfförmigen Ringe ineinandergreifen, entsteht bei einer vertikalen Zusammendrückung der Federsäule eine erhebliche Druckkomponente in radialer Richtung dadurch, daß sich die dachziegelförmig übereinanderliegenden, kegelstumpfförmigen Zwischenringe einander nähern. Diese nach außen gerichtete Druckspannung widersetzt sich der Ausknicktendenz, so daß bei dieser Anordnung auch größere Federsäulen ohne Zusatzführung verwendet werden können.
Es ist außerdem noch zu erwähnen, daß selbstverständlich, ohne daß sich dadurch das Grundprinzip ändert, auch eine Zusatzführung der Metallscheiben entsprechend der Fig.I dadurch erreicht wird, indem, wie schon erwähnt, das ganze Aggregat in einem Rohr untergebracht wird, bei dem der Ventiltopf 4 (Fig. I) und die Zwischenscheiben 3 (Fig. I) als Führung dienen. Ebenso können sinngemäß im Hohlraum 6 Führungsrohre die entweder in dem Schlußdeckel 2 oder am Ventiltopf 4 befestigt sind, Anordnung finden, um ein Ausknicken der Federsäulen zu vermeiden. Diese Anordnungen sind an sich selbstverständlich und sind deswegen nicht besonders darzustellen.
Eine weitere Möglichkeit, die sich unter Ausnutzung der Erfindung ergibt, ist noch in Fig. IV der Zeichnung dargestellt. Hier handelt es sich um eine Feder, die beispielsweise als Hinterradfederung für Motorräder Anwendung finden soll. Bei Motorradfedern ist es erforderlich, die Federung den verschiedenen Belastungen anzupassen, d. h. einstellbar zu gestalten, wenn der Motorradfahrer mit Sozius oder gar Beiwagen fahren will. Bei dem relativ geringen Eigengewicht des Fahrzeuges ist diese Mehrbelastung erheblich, und die bisher üblichen Federn mußten deswegen dieser maximalen Last angepaßt werden und sind dann gewöhnlich für den Solofahrer zu hart. Die Ausnutzung des Erfindungsgedankens läßt aber hier eine sehr einfache Einstellbarkeit der Feder zu. Fig.IV zeigt ein solches Anwendungsbeispiel für ein Motorrad. Das Federaggregat I, dessen Abdeckplatte 2 gleichzeitig mit einem Auge 15 versehen ist, mit dessen Hilfe es am Rahmen befestigt werden kann, arbeitet wie beschrieben auf die Ausdehnungsmembran 9, die im Membranentopf 4 sitzt. Der Topf 4 ist aber auch nach unten abgeschlossen und trägt ebenfalls ein Auge 16, das zur Befestigung an der Rahmenschwinge des Motorrades dient. Unterhalb der Membran 9 befindet sich eine zweite, stärkere Membran 17. Diese ist an einem Gleitring 18 anvulkanisiert. Die Membran 17 wird durch eine leichte Feder I9 gegen die Membran 9 gehalten. Wird nun durch den Federungsvorgang die Membran 9 nach unten hin ausgedehnt, so gleitet die Membran 17 mit dem Gleitring 18 wie ein Kolben unter Überwindung der geringen Federkraft der Feder I9 nach unten. In diesem Zustand ist die gesamte Feder für den Solofahrer eingestellt. Wird nun der Kolbenring I8 durch Schrauben 20 oder Schnappstifte oder sonstige Vorrichtungen am Ausweichen nach unten gehindert, also in seinem oberen Lagepunkt festgehalten, dann muß sich die Membran 17 in demselben Maße verformen wie die Membran 9. Da die Membran 17 als dickwandige Federmembran ausgebildet ist, setzt sie der Verformung erheblichen Widerstand entgegen und verstärkt damit die Federkraft des gesamten Federaggregates. Eine Zusatzkraft von 5o und mehr Kilogramm ist mit Hilfe einer solchen Membran jederzeit erreichbar.
Wichtig erscheint noch der Hinweis, daß diese Ausführung deswegen so bedeutungsvoll ist, weil durch entsprechende Dimensionierung des Hohlraumes 6 erreicht werden kann, daß die Volumenverringerung des Hohlraumes 6 in kleinen Grenzen gehalten werden kann, d. h. daß bei verhältnismäßig großen Federwegen des Federaggregates i nur kleine Verformungswege der Membranen 9 bzw. 17 entstehen, also gewissermaßen eine Untersetzung der Federwege erreicht wird.
Zusammenfassend ist also zusagen: Das System der neuen Feder mit eigener Dämpfung beruht darauf, daß ein Gummifederkörper irgendwie gebildeter Form bei Verrichtung seiner Federarbeit einen inneren Hohlraum besitzt, der sein Volumen in Abhängigkeit vom Federweg verringert und seinen Inhalt in Form von Flüssigkeit oder Luft durch Öffnungen, deren Gesamtquerschnitt durch Ventile oder Ventilklappen veränderlich gemacht wird, in einen durch eine Membran abgeschlossenen Raum preßt, bei der die Membran ebenfalls verformt wird und das Medium im Rücklauf der Feder in Verbindung mit dem natürlichen Sog dieser Feder gegen vergrößerten Durchflußwiderstand wieder zurückgepreßt, Die Ausdehnungsmembran kann durch weitere Zusatzmembranen, die Federarbeit leisten, verstärkt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Flüssigkeits-Hohlfeder mit Eigendämpfung, insbesondere für Fahrzeuge, mit einer Haupt- und Dehnungskammer, welche mit einem Strömungsmittel gefüllt sind und über Öffnungen einer am Federungshub nicht teilnehmenden, als Widerlager dienenden Zwischenwand derart miteinander in Verbindung stehen, daß der normalerweise gedrosselte Verbindungsquerschnitt sich bei Belastung der Federung selbsttätig vergrößert, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkammer (6) aus einem hohlen, als Energiespeicher wirkenden Federkörper aus in sich elastischem Werkstoff. (I) wie Gummi od. dgl. besteht, und die Dehnungskammer (II) durch eine Membran (9) aus in sich elastischem Werkstoff wie Gummi od. dgl. elastisch 'begrenzt ist (Fig. I bis IV).
2. Federung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper aus an sich bekannten säulenförmig gestapelten elastischen Ringen (I) aus Gummi od. dgl. und mit diesen zusammenvulkanisierten starren metallenen Zwischenringen (3) zusammengesetzt ist (Fig. I, III, IV).
3. Federung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Ringe (I) und Zwischenringe (3) Kegelstumpfform haben (Fig. III).
4. Federung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungskammer (II) in dem Widerlager (4) untergebracht ist (Fig. I, 111, IV).
5. Federung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Begrenzung der Dehnungskammer (II) aus einer das hohle Widerlager (4) nach außen abschließenden Membran (9) aus elastischem Werkstoff besteht (Fig. I, IV).
6. Federung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Begrenzung der Debnungskammer (II) aus einer das als Hohlkörper ausgebildete Widerlager (4) unterteilenden Membran (9) aus elastischem Werkstoff besteht (Fig. III, IV).
7. Federung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Unterteilung gebildete zweite Kammer des Widerlagers (4) ihrerseits mit einer zweckmäßig einstellbaren elastischen Begrenzungswand (17) ausgestattet ist (Fig. IV). B. Federung nach einem' der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Federkörper (I), Dehnungskammer (II) und Widerlager (4) in einer Führungshülse untergebracht sind, zweckmäßig unter Ausbildung des Widerlagers (4) als Führungsgleitstück. g. Federung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Einheiten in entgegengesetzter Anordnung zu einem Aggregat mit zweiseitiger Feder- und Dämpfungswnrkung vereinigt sind. i o. Federung nach Anspruch 9, dadurch-gekennzeichnet, daß beide Einheiten ein gemeinsames Widerlager (4) besitzen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 468 320, 841 .o86; britische Patentschriften Nr. 52i 829, 61o 958; USA.-Patentschriften Nr. 2 318 437, 2 387 o66.