SE532525C2 - Hydropneumatisk fjädringsenhet - Google Patents

Description

532 525 2 att avfjâdra lasten på ett optimalt sätt. Detta medför att fordonets dynamiska uppförande blir begränsat och därmed påverkar fordonets körbarhet.

Utvecklingen har inte enbart varit positiv. l samma takt som utvecklingen gått framåt har fiädringssystemens komplexitet ökat i form av att mer elektronik har byggts in i lösningarna, vilket resulterat i dyrare system. Även fjädringssystemens vikt har ökat för att få plats med alla funktioner.

Detta resulterar i att fordonets miljöpåverkan ökar i form av ökade utsläpp och kostnader.

För att med bibehållna prestanda möta framtida miljökrav finns ett behov av fjädringssystem som är kompaktare och lättare, men som tillhandahåller de tjädringsegenskaper som krävs för bättre komfort och bättre köregenskaper för tyngre fordon SE 444 541 visar ett hydropneumatiskt fjädringssystem som har en yttre och en inre cylinder som från början har två avgränsade kammare trycksatta med olika medel (olja resp. gas). Under en given förskjutning av fjädringssystemet öppnas en kägelventil varvid trycket i de båda kamrama utjämnas i syfte att förändra ljädringskurvan.

Det finns behov av fjädringssystem som tillåter inställning av fjäderkarakteristik och markfrigång, vilka är enkla, robusta och kan tillverkas till lägre kostnad.

Sammanfattning Ett allmänt ändamål är att åstadkomma ett fjädringssystem som helt eller delvis eliminerar nackdelarna med känd teknik.

Uppfinningen definieras av de bifogade självständiga patentkraven.

Utföringsformer framgår av de bifogade osjälvständiga patentkraven, av beskrivningen samt de bifogade ritnlngarna.

Enligt en första aspekt åstadkoms en hydropneumatisk fiädringsenhet för ett fordon enligt krav 1.

Genom att låta vätska och gas verka i samma utrymme, utan åtskiljande kolv eller membran, kan en kompakt tjädringsenhet åstadkommas.

I en sådan fiädringsenhet kan dämpkaraktäristiken styras av ventiler, samt av vätskemängd och gastryck inuti den givna volymen i kammaren. 10 15 20 25 30 532 535 3 Vid dämpverkan kan både gas och vätska, eventuellt i emulsionsform, samtidigt pressas förbi dâmpkolven, genom dämpkolven eller en i denna anordnad därnpventil och/eller mellan dampkolven och en inre yta hos den första kammaren. Alternativt, kan endast vätska pressas förbi dämpkolven för åstadkommande av dämpverkan.

Fjädringsenheten kan vidare innefatta en styrdel för styrning av innerhylsans och ytterhylsans relativa rörelse.

En tredje kammare kan definieras av den inre ytan hos ytterhylsan, en yttre yta hos innerhylsan, styrdelen och dämpkolven. lDen tredje kammaren kan stå i av dämpkolven och/eller en dämpkanal begränsad fluidkommunikation med den första och/eller den andra kammaren. En sådan dämpkanal kan vara försedd med en dämpventil.

Fjädringsenhet kan vidare innefatta en första ändlägesdämpare för dämpning av ett komprimerat ändläge. en första ändlägesdämparen kan verka mellan styrdelen och en från innerhylsan radiellt utskjutande fläns.

Den första ändlägesdämparen kan verka direkt eller indirekt mellan ytterhylsan och dâmpkolven.

Den första ändlägesdämparen kan innefatta ett elastiskt element eller en strypning av en strömningsarea.

Fjädringsenheten kan vidare innefatta en andra ändlägesdämpare för dämpning av ett utdraget ändläge.

Den andra ändlägesdämparen kan verka direkt eller indirekt mellan ytterhylsan och dämpkolven.

Den andra åndlâgesdämparen kan innefatta ett elastiskt element eller en strypning av en strömningsarea.

Enligt en andra aspekt, åstadkoms ett fjâdringssystem för ett fordon, innefattande en hydropneumatisk fiädringsenhet enligt någon av ovanstående utföranden, vilken står i pneumatisk och/eller hydraulisk förbindelse med minst en systemackumulator.

Fjädringssystemet kan vidare innefatta en gasstrypventil, anordnad för strypning av den pneumatiska förbindelsen mellan den hydropneumatiska 10 15 20 25 30 532 525 4 fjädringsenheten och systemackumulatorn, så att endast ett begränsat massflöde, vilket är större än noll, tillåts i den pneumatiska förbindelsen (90).

Kort beskrivninqgv ritninqarna Fig 1 är en schematisk snittvy av ett fjäderben enligt en utföringsform.

Fig 2 är en delförstoring av dämpkolven och styrdelen i fig 1.

Fig 3 är en schematisk snittvy av en alternativ ändlägesdämpare för ândlägesdämpning vid kompression.

Fig 4 är en schematisk snittvy av en alternativ ândlägesdämpare för ändlägesdämpning vid utdragning.

Fig 5 är en schematisk vy av ett fjädringssystem.

Fig 6 visar ett första provningsresultat av fiädringssystemet i Fig 5.

Fig 7 visar ett andra provningsresultat av fjädringssystemet i Fig 5.

Beskrivninq av utföggsformer Fig 1 och 2 visar en fjädringsenhet, som är uppbyggd av en ytterhylsa 2, i vilken en innerhylsa 5 är glidbart anordnad. Ytterhylsan 2 har en öppen ände, vilken är försedd med en styrdel 7 för styrning av innerhylsans 5 rörelse samt för avtätning, och en sluten ände, vid vilken ett fästöra 13 är anordnat. innerhylsan 5 har en första ände, vid vilken en dämpkolv 4 är anordnad, företrädesvis fixerad, samt en andra, sluten ände, vid vilken ett fâstöra 12 är anordnat.

Dämpkolven 4 är utformad att utföra en glidrörelse i ytterhylsan 2, under det att i ytterhylsan förekommande gas och vätska pressas genom och/eller förbi dämpkolven 4. Dämpkolven 4 kan vara försedd med en eller flera dåmpventiler 14, vilka kan vara ställbara för åstadkommande av önskat flöde. Wd förekomst av flera dämpventiler, kan dessa vara anordnade så att dâmpningen kan skilja sig beroende på i vilken riktning dämpkolven 4 rör sig.

Vidare kan dämpkolven vara utformad att tillåta något flöde mellan dämpkolven 4 och ytterhylsans inneryta 2a.

Ytterhylsans 2 slutna ände och dämpkolven definierar en första kammare 3. En andra kammare 6 definieras av dämpkolven och innerhylsans 5 inneryta 5a. 10 15 20 25 30 532 535 5 En tredje kammare 11 kan definieras av dämpkolven, innerhylsans ytteryta 5b, ytterhylsans 2 inneryta 2a och styrdelen 7.

Den första kammaren 3 kan stå i förbindelse med den tredje kammaren genom ett flöde mellan dämpkolven och ytterhylsans inneryta 2a.

Den andra kammaren 6 kan stå i förbindelse med den tredje kammaren genom en eller flera dämpkanaler 19.

En ändlägesdämpare 8 kan för dämpning vid fiâdringsenhetens komprimerade ändläge kan vara anordnad på en radiellt utskjutande fläns 18 vid innerhylsans 5 slutna ände. Denna ändlägesdämpare 8 kan vara anordnad att verka axiellt direkt eller indirekt mellan flänsen 18 och ytterhylsan 2. Exempelvis kan ändlägesdämparen 8 verka mellan flänsen 18 och styrdelen 7. En sådan ändlägesdämpare 8 kan vara utformad som ett eller flera element i gummi eller gummiliknande material.

Ytterligare en ändlägesdämpare 10 för dämpning vid fjädringsenhetens 1 utdragna ändläge kan vara anordnad att verka axiellt mellan styrdelen 7 och dämpkolven 4. En sådan ändlägesdåmpare 10 kan vara utformad som ett eller flera element i gummi eller gummiliknande material, exempelvis polyuretan.

Vidare kan fiädringsenheten 1 vara försedd med en eller flera fyllportar 16, 17. Enligt en utföringsform används en fyllport 16 både för påfyllning av gas och för påfyllning av vätska. Enligt en annan utföringsform, kan exempelvis fyllporten 16 användas för påfyllning av vätska, och fyllporten 17 användas för påfyllning av gas.

Fyllportarna 16, 17 kan vara utformade för anslutning till lämplig påfyllnings- eller justeringsutrustning. Den ena, eller båda, fyllportarna 16, 17 kan vara ansluten till ett system för justering av ljädringsenhetens karakteristik.

Fjädringsenheten 1 är utformad på så sätt att vätska (exempelvis olja) och gas (exempelvis kvävgas) är integrerade i samma utrymme (kammare 3, 6, 11) och inte är avtätade från varandra. På så sätt erhålls en mer kompakt lösning och tjädringsenhetens dämpkaraktäristik kan enkelt styras genom att välja oljemängd och gastryck inuti kamrarna 3, 6, 11 samt med hjälp av dämpventilerna 14. Dämpventilerna 14 arbetar då i en emulsion av 10 15 20 25 30 532 525 6 hydraulvätska och pneumatiskt media, och sitter placerade på så sätt att en fiädringsrörelse skapar ett flöde igenom ventilerna 14.

Enligt en utföringsform kan mängden vätska vara sådan att dämpventilerna 14 i huvudsak arbetar i vätskan.

Fjädringskarakteristiken styrs av mängden vätska i den givna volymen som därmed bestämmer fiäderbenets tryckuppbyggnad (fiäderstyvhet).

Gastrycket styrs av vilken last som ska dämpas. Beroende på belastningsområdet kan trycket inuti fjäderbenet variera från O bar upp till 400 bar.

En alternativ lösning på ändlägesdâmpningen för det komprimerade ändläget visas i Fig 3 och utgörs av en kona 8'a, som är monterad i den ytterhylsans 2 slutna ände, och som är avsedd att gå i ingrepp i ett hål 8'b i dämpkolven 4, vilken är monterad i den innerhylsans 5 ena ände. När ljädringsenheten pressas ihop genom att en tiâdringsrörelse påbörjas, rör sig dämpkolven 4 i riktning mot konan 8'a, där dessa i slutskedet går i ingrepp med varandra och ändlägesdämpning sker. Ändlägesdämpningen kan ske steglöst, då stryparean reduceras successivt när konan 8'a rör sig in i dämpkolvens hål 8'b. l den andra riktningen kan, som visas i tig 4, ändlägesdämpningen utgöras av radiella dämphål 10' i den innerhylsan 5. När fiädringsenheten 1 är på väg mot sitt yttersta läge rör sig ytterhylsa 2 och innerhylsa 5 i riktning från varandra. När dämphålen 10' passerar in i styrningen 7 och därigenom stängs, reduceras stryparean för att anpassas till aktuell kolvstångshastighet och för att på så sätt undvika tryckspikar i fiädringsenheten 1. Ändlägesdämpningen är inte begränsad till de beskrivna lösningarna utan kan även möjliggöras på fler sätt. Exempelvis kan den läggas på utsidan av hylsan i form av ett eller flera polyuretanelement, för att spara plats. En annan lösning kan vara att integrera ändlägesdämpningen i kolvstångsskyddet 15.

Med hänvisning till fig 5, kommer nu ett fiädringssystem, i vilket den ovan beskrivna upphängningsanordningen kan ingå, att beskrivas.

I fig 5, visas ett tíädringssystem, vilket är anordnat att verka mellan ett mot ett underlag, exempelvis en vägbana 50, anliggande hjul 21 eller 10 15 20 25 30 532 525 7 liknande, och ett fordon 20. Fjädringssystemet omfattar en hydropneumatisk fjädringsenhet 1, som beskrivits ovan, vilken verkar mellan hjulet 21 och fordonet 20.

Fjädringsenheten är i sin tur förbunden med minst en systemackumulator 80, 85 via en pneumatisk förbindelse 90 och/eller hydraulisk förbindelse 95. Systemackumulatom 80, 85 kan stå i förbindelse med ett hydraulsystem 100 hos fordonet, eller med en kompressor 110.

Systemackumulatorn 80 kan omfatta en systemgaskammare 81 och en systemhydraulkammare 83. Systemhydraulkammaren 83 och systemgaskammaren 81 kan vara åtskiljda av en kolv 82, ett membran eller liknande. Systemackumulatorn 80 kan vara ansluten till en, två eller flera tjädringssystem.

Systemhydraulkammaren 83 kan vara ansluten till ett med fordonet associerat hydraulsystem 100.

Enligt en alternativ utföringsforrn, kan systemgaskammaren 81 vara ansluten till en med fordonet associerad kompressor 110. l denna utföringsform behöver systemackumulatorn 80 inte innefatta någon systemhydraulkammare 83 eller kolv 82.

En gasstrypventil 91 har vanligen en effektiv ventilarea som är mindre än den pneumatiska förbindelsens 90 area.

Enligt en utföringsform kan gasstrypventilen 91 vara en fast ventil, vilken är anordnad att tillåta ett förutbestämt flöde, vilket är större än noll.

Enligt en utföringsform, väljs gasstrypventilen 91 så att denna tillåter så litet flöde som möjligt, givet en viss önskad nivåregleringshastighet. Vid användning av en fast gasstrypventil, kan denna väljas för varje given applikation, exempelvis fordonstyp.

Enligt en alternativ utföringsform kan gasstrypventilen 91 vara en ställbar ventil, vilken är anordnad att tillåta minst två olika flöden, vilka båda är större än noll. En sådan ställbar ventil kan vara justerbar, såtillvida att den ställs in i ett läge och sedan förblir i detta läge under systemets användning.

Alternativt kan en sådan ställbar ventil vara justerbar även under systemets användning, exempelvis som svar på någon yttre faktor, eller önskemål på fordonets beteende. För att strypventilen 91 skall vara justerbar på detta sätt, 10 15 20 25 532 525 8 krävs emellertid både en mer avancerad strypventil och ett styrsystem, vilket ökar hela systemets komplexitet.

Den pneumatiska förbindelsen 90 kan vara ansluten till systemets första 3, andra 6 eller tredje 11 kammare.

Det i fig 5 visade systemet fungerar så att en rörelse hos hjulet, till följd av exempelvis en ojämnhet i underlaget, medför en relativrörelse mellan innerhylsa 5 och ytterhylsan 2, varvid i de första och andra kamrarna 3, 6 innesluten hydraulvätska och gas förflyttas genom dämpventilerna 14 och/eller genom dämpkolven 4 omgivande spalt för åstadkommande av dämpning. Samtidigt medför tryckökningen i de första och andra kamrama 3, 6 att däri innesluten gas komprimeras och därmed åstadkommer tjädringsverkan.

Av fig 6 framgår att trycket i fiädringsenheten 1 varierar kraftigt som svar på en lägesförändring hos fjäderbenet. Trots att förbindelsen 90 mellan kamrarna 3, 6 och systemgaskammaren 81 är öppen, sker emellertid mycket litet massflöde mellan kamrarna 3, 6 och systemgaskammaren 81, varför trycket i systemgaskammaren 81 ändras mycket litet.

Av fig 7 framgår att om kolven stoppas i exempelvis utdraget läge, tar det ca 20 sekunder innan trycket utjâmnats mellan kamrama 3, 6 och systemgaskammaren 81.

Nivåreglering, dvs reglering av fordonets markfrigång, kan åstadkommas genom att trycket i systemgaskammaren 81 ökas, eller genom att hydraulvätska och eller gas tillförs den första eller andra kammaren.

Justering av fiäderbenets tjäderstyvhet (tryckuppbyggnad) kan åstadkommas genom att trycket i systemgaskammaren 81 ökas och/eller genom att hydraulvätska tillförs den första eller andra kammaren.

Claims (13)

10 15 20 25 30 532 525 PATENTKRAV

1. Hydropneumatisk fiädringsenhet (1) för ett fordon (20), innefattande: en ytterhylsa (2), en dämpkolv (4), som är anordnad för glidförskjutning i ytterhylsan, åtminstone en ställbar dämpventil (14) i dämpkolven (4), en ínnerhylsa (5), som är anordnad för glidförskjutning iytterhyisan (2), varvid dämpkolven (4) är fixerad relativt innerhylsan (5), en första kammare (3) i ytterhylsan (2), definierad av en inre yta (2a) hos ytterhylsan (2) och av dämpkolven (4), innefattande gas för huvsakligt åstadkommande av fiädringsverkan och vätska för huvudsakligt âstadkommande av dämpverkan, varvid gasen står i direkt kontakt med vätskan, och en andra kammare (6) definierad av en inre yta (5a) hos innerhylsan (5) och av dämpkolven (4), kännetecknad av att nämnda första kammare (3) och andra kammare (6) står i av nämnda åtminstone en ställbar dämpventil ( 14) begränsad fluidkommunikation med varandra.

2. Hydropneumatisk fiädringsenhet enligt krav 1, vidare innefattande en styrde! (7) för styrning av innerhylsans (5) och ytterhylsans (2) relativa rörelse.

3. Hydropneumatisk flädringsenhet enligt krav 2, varvid en tredje kammare (11) definieras av den inre ytan (2a) hos ytterhylsan, en yttre yta (5b) hos innerhylsan, styrdelen (7) och dämpkolven (4).

4. Hydropneumatisk fiädringsenhet enligt krav 3, varvid den tredje kammaren (11) står i av dämpkolven (4) och/eller en dämpkanal (102 19) begränsad fluidkommunikation med den första och/eller den andra kammaren (3. 6)- 10 15 20 25 30 532 525 10

5. Hydropneumatisk fiädringsenhet enligt något av föregående krav, vidare innefattande en första ändlägesdämpare (8, 8'a, 8'b) för dämpning av ett komprimerat ändläge.

6. Hydropneumatisk fiädringsenhet enligt krav 5, varvid den första ändlägesdämparen (8) verkar mellan styrdelen och en från innerhylsan (5) radiellt utskjutande fläns (18).

7. Hydropneumatisk fjädringsenhet enligt krav 5, varvid den första ändlägesdämparen (8'a, 8'b) verkar direkt eller indirekt mellan ylterhylsan och dåmpkolven.

8. Hydropneumatisk flädringsenhet enligt något av krav 5-7, varvid den första ändlägesdämparen innefattar ett elastiskt element (8) eller en strypning (8'a, 8'b) av en strömningsarea.

9. Hydropneumatisk fiädringsenhet enligt något av föregående krav, vidare innefattande en andra ändlågesdämpare (10, 10') för dämpning av ett utdraget ändläge.

10. Hydropneumatisk fjädringsenhet enligt krav 9, varvid den andra ändlågesdåmparen (10) verkar direkt eller indirekt mellan ytterhylsan (2) och dämpkolven (4).

11. Hydropneumatisk fjädringsenhet enligt krav 9 eller 10, varvid den andra ändlâgesdämparen innefattar ett elastiskt element ( 10) eller en strypning (10') av en strömningsarea.

12. Fjädringssystem för ett fordon (20), innefattande en hydropneumatisk flädringsenhet (1) enligt något av föregående krav, vilken står i pneumatisk ochfeller hydraulisk förbindelse (90, 95) med minst en systemackumulator (80, 85). 532 525 11

13. Fjädringssystem enligt krav 12, vidare innefattande en gasstrypventil (91), anordnad för strypning av den pneumatíska förbindelsen (90) mellan den hydropneumatiska fiâdringsenheten (1) och system- ackumulatorn (80), så att endast ett begränsat massflöde, vilket är större än noll, tillåts i den pneumatiska förbindelsen (90).