WO1998023878A1 - Federungseinheit, insbesondere für strassen- und schienenfahrzeuge - Google Patents

Federungseinheit, insbesondere für strassen- und schienenfahrzeuge Download PDF

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WO1998023878A1
WO1998023878A1 PCT/EP1996/005291 EP9605291W WO9823878A1 WO 1998023878 A1 WO1998023878 A1 WO 1998023878A1 EP 9605291 W EP9605291 W EP 9605291W WO 9823878 A1 WO9823878 A1 WO 9823878A1
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piston
suspension unit
annular
seal
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PCT/EP1996/005291
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Jánosné VÁRADI
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Festo Ag & Co.
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    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/06—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid
    • F16F9/08—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid where gas is in a chamber with a flexible wall
    • F16F9/096—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid where gas is in a chamber with a flexible wall comprising a hydropneumatic accumulator of the membrane type provided on the upper or the lower end of a damper or separately from or laterally on the damper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
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    • F16F9/0209—Telescopic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/36—Special sealings, including sealings or guides for piston-rods

Definitions

  • the invention relates to a suspension unit, in particular for road and rail vehicles, with a cylinder, a piston arranged axially movably therein and a device for applying at least substantially constant pressure to the cylinder.
  • the suspension is an indispensable component of contemporary vehicles, because at today's speeds, the dynamic forces caused by the uneven roads are one to two orders of magnitude stronger than the static forces. These shock forces are mitigated by the suspension, and their effectiveness increases with speed. However, vibrations are caused, the vehicle height is not constant, and pitch and tilt vibrations occur.
  • a suspension unit of the type mentioned at the outset that is used in road or rail vehicles can be found, for example, in the Hungarian textbook "Väradi- Komändi: Traktorok-aut ⁇ k, Mezogazdasagi, Kiad ⁇ , Budapest 1980, pp. 170-188.
  • the invention is therefore based on the object of providing a suspension unit which, when used in road or rail vehicles, provides rigid support against gravitational and mass forces, but in the case of the dynamic forces caused by the road bumps, provides only a small resistance and allows long spring travel. 1 not
  • an axially movable ring-shaped seal with respect to both parts is arranged radially between the cylinder and the piston, which is acted upon by the pressure prevailing in the cylinder on its one axial side and two annular, in the opposite axial side Seen axially, support surfaces arranged concentrically with different diameters lie opposite one another, one of which is arranged with a larger diameter on the cylinder and the other with a smaller diameter on the piston, in such a way that when the piston retracts, the seal is supported by the support surface provided on it Contrary to the compressive forces acting on the seal, the surface is carried axially into the cylinder interior and is held back by the support surface provided on the cylinder when the piston extends.
  • suspension unit which, due to its mode of operation, could be referred to as a three-phase suspension unit.
  • the suspension unit is relatively rigid against gravity and horizontal mass forces and can avoid constant impacts against vertical impacts.
  • the solution to the problem is based on the knowledge that the impact forces are of a different magnitude than the static forces and their duration is of the order of 1/100 sec. If the suspension can evade at higher forces, which are necessary for static support and to absorb the pitching and tilting moments, without further increase, the impact of the road bumps on the vehicle with moderate forces and a short period of time is minimal.
  • the suspension unit works in such a way that the piston is in its central position under static loads.
  • US Pat. No. 5,314,172 describes a resiliently flexible unit used in presses, which has a cylinder, a piston and a seal arranged between the cylinder and the piston.
  • the annular seal is fixed to the piston and is not able to make relative movements with respect to both the cylinder and the piston.
  • the US 5 129 635 describes a gas spring for machine tools, in which the focus is on the design of seals in order to achieve a long service life at high pressures.
  • WO 94/25775 describes a gas spring in which the spring force is achieved in only one stage by adiabatic change of state. Although seals are present, they are designed to be axially fixed.
  • DE 39 36 034 AI describes a hydropneumatic suspension system which has the objective of generating various pressures in the pneumatic and hydraulic parts by means of a floating piston.
  • DD 61 389 describes a suspension unit that is designed to absorb lateral shocks in railway vehicles.
  • a strongly progressive characteristic is aimed for by changing the volume of a gas accumulator.
  • the outer cylinder is just an expansion tank.
  • Fig. 2 is a movement force diagram of the suspension unit
  • Fig. 3 shows another embodiment of the suspension unit.
  • 1 is installed in points 1 and 9 between the vehicle frame and the wheel axle and guided with a first guide part 5 formed by a rod in a second guide part 2 formed by a tube.
  • An air cylinder 3 is fixed to the tube 2, a piston 4 is fixed to the rod 5.
  • the air cylinder 3 is connected through a hose 10 to a pressure accumulator or a pressure control device 12, which delivers a constant pressure "p". Leakage losses are compensated for by a compressor 11 or another pressure generator, in the case of hydraulic operation, for example by means of an oil pump.
  • the cylindrical piston 4 fastened to the rod 5 is arranged in the air cylinder 3.
  • the piston 4 in the embodiment is hollow and is open on the upper axial side facing the interior of the air cylinder, but can also be closed or made of solid material, which is indicated by dash-dotted lines.
  • An annular seal 6, which is axially movable relative to the piston 4 and the cylinder 3, is provided as a seal between the piston 4 and the cylinder 3 and is located radially between the piston 4 and the cylinder 3.
  • the air cylinder is open on one axial side, in the present case on the underside. He is closed on this axial side by the piston 4 and the seated thereon, both with respect to the piston 4 and with respect to the cylinder 3 axially movable seal 6.
  • the latter is supported in the central position on z. B. annular, axially directed support surfaces 7, 8 of the cylinder 3 and the piston 4.
  • the support surfaces 7 expediently form sealing surfaces at the same time, which is why they are referred to below as support and sealing surfaces 7, 8.
  • These support and sealing surfaces 7, 8 are arranged, for example, coaxially to one another and point in the same axial direction, specifically in the direction of the seal 6. They form stroke limiters for the axially movable seal 6, which is acted upon by the pressure "p" in the cylinder and is pressed in the direction of the surfaces 7, 8. They are located, for example, on the two mutually associated end faces of cylinder 3 and piston 4 in the region of the open axial side of cylinder 3.
  • the sealing surfaces interacting with the seal are the outer peripheral surface of piston 4 and inner cylinder surface of cylinder 3.
  • the suspension unit is in the central position according to FIG. 1, insofar as the force between points 1, 9 is less than D 2 ⁇ p / 4, but greater than d 2 ⁇ p / 4. In this area of strength there is rigid support.
  • the piston 4 With a deepening in the carriageway, the force becomes smaller between 1.9 points, and below a certain value the piston 4 is set in motion downwards by the pressure "p" in the direction of extension.
  • the movable seal 6 rests on the annular surface 7 of the cylinder and works on the inner cylinder surface of the cylinder 3.
  • the piston extends relative to the cylinder 3 and to the seal 6 downwards.
  • the wheel can copy the road with a constant minimum support value.
  • FIG. 2 The movement-force diagram of the three-phase air suspension unit according to FIG. 1 is shown in FIG. 2.
  • the task can be solved: minimal vertical movements of the vehicle, while the wheels roll freely and without delay.
  • the carriage height is independent of the load, there are no pitching and tilting movements.
  • the system can also be designed hydropneumatically.
  • the working cylinders are hydraulic, an oil pump and a guest-filled pressure accumulator are built into the system.
  • optimal suspension can be achieved by controlling the working pressure "p".
  • a suspension unit which has a cylinder 3 with constant pressure with piston 4 housed therein, with an annular shaped, movable seal 6 is arranged.
  • the movable seal 6 can be supported on the cylinder 3 and piston 4 by means of annular sealing surfaces 7, 8. From the middle position, the piston 4 can move in one direction together with the movable seal 6, in the opposite direction the piston 4 only moves alone.
  • FIG. 3 shows another suspension unit which is based on the same principle of action as the suspension unit according to FIG. 1, so that corresponding components are provided with identical reference numerals.
  • the second guide part 2 connected to point 1 is designed as a rod, and the cooperating element 9, which is connected to point 9, has a tube-like shape and is on the rod-shaped second guide part 2 axially displaceable.
  • the first guide part 5 is fixedly connected to the piston 4 and, for example, fixed within the piston 4.
  • the piston 4 has a hollow cylindrical shape and protrudes below with an extension section 14 from the cylinder 3.
  • the one support surface 7 of larger diameter is arranged on the tubular cylinder 3 and extends radially inwards. Seen axially, concentrically within this one support surface 7, the other support surface 8 is provided, which is fixedly connected to the piston 4 and extends radially outward.
  • the support surfaces 7, 8 are located on ring elements 7 ', 8' which are attached in a coaxial arrangement to the cylinder 3 and the piston 4.
  • An annular gap 15 remains radially between the ring elements 7 ', 8 1 .
  • the axially movable, annular seal 6 arranged radially between the outer surface of the piston 4 and the inner surface of the cylinder 3 has in the exemplary embodiment according to FIG Fig. 3 shows a multi-part structure. It comprises an annular sealing body 16 which rests with annular sealing portions 17, 18 on the aforementioned circumferential surfaces of the piston 4 and the cylinder 3 in a sealing and axially slidable manner.
  • the sealing parts 17, 18 can be lip-shaped so that they are pressed against the outer surface of the piston 4 and the inner surface of the cylinder 3 by the pressure prevailing in the interior of the cylinder 3.
  • annular sealing body 16 does not work directly with the support surfaces 7, 8, rather the sealing body 16 is axially in the direction of these surfaces 7, 8, an upstream annular supporting body 19 which is expediently formed in a structural unit with the sealing body 16 and which also supports the support surfaces 7, 8 cooperate.
  • the exemplary sealing body 16 practically forms an annular piston body on which the annular sealing portions 17, 18 are integrally formed in an egg ni construction. It would also be conceivable, however, to provide a rigid piston body, for example made of metal, which carries suitably designed rubber el asti see sealing parts 17, 18.
  • the axially movable ring-shaped seal 6 is acted upon axially by a mechanical spring device 20 in the direction of the support surfaces 7, 8.
  • a corresponding spring direction 20 is shown in Fig. 3 and there consists of a helical compression spring, which is supported inside the cylinder 3 between the seal 6 and this on the support surfaces 7, 8 opposite side axially opposite end wall 21 of the cylinder 3.

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Abstract

Es wird eine Federungseinheit vorgeschlagen, die einen Zylinder (3) mit konstantem Druck mit darin untergebrachtem Kolben (4) aufweist, wobei dazwischen eine ringförmige, bewegliche Dichtung (6) angeordnet ist. Die bewegliche Dichtung (6) kann sich am Zylinder (3) und Kolben (4) mittels ringförmigen Abstützflächen (7, 8) abstützen. Aus der Mittellage kann sich der Kolben (4) zusammen mit der beweglichen Dichtung (6) in einer Richtung bewegen, in Gegenrichtung bewegt sich der Kolben (4) nur allein.

Description

Federungsei nhei t, insbesondere für Straßen- und Schienenfahrzeuge
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Federungseinheit, insbesondere für Straßen- und Schienenfahrzeuge, mit einem Zylinder, einem darin axial beweglich angeordneten Kolben und einer Einrichtung zur Beaufschlagung des Zylinders mit zumindest im wesentlichen konstantem Druck.
Die Federung ist ein unentbehrlicher Bauteil zeitgemäßer Fahrzeuge, weil bei den heute üblichen Geschwindigkeiten die von den Straßenunebenheiten hervorgerufenen dynamischen Kräfte um ein bis zwei Größenordnungen stärker sind als die statischen Kräfte. Diese Stoßkräfte werden von der Federung wi ksam gemildert, und ihre Wirksamkeit wächst mit der Geschwindigkeit. Allerdings werden Schwingungen hervorgerufen, die Fahrzeughöhe ist nicht konstant, und es treten Nick- und Kippschwingungen auf.
Eine in Straßen- oder Schienenfahrzeugen zur Anwendung kommende Federungseinhei der eingangs genannten Art ist beispielsweise in dem ungarischen Lehrbuch "Väradi-Komändi: Traktorok-autόk , Mezogazdasagi, Kiadό, Budapest 1980, pp. 170 - 188, zu finden.
Mit einer weichen Federung ist zwar ein besserer Fahrkomfort zu erreichen, doch werden auch die unerwünschten Neben- Wirkungen stärker. Aus diesem Grunde ist in der Automobiltechnik der Einbau mehrerer Zusatzeinrichtungen nötig, beispielsweise Schwingungsdämpfer und Stabilisatoren. Bei Schienenfahrzeugen ist aus Stabilitätsgründen nur eine harte Federung anwendbar. Eine Möglichkeit der Beseitigung dieser Nachteile bietet die elektronisch gesteuerte hydraulische oder hydropneu ati sehe Aktivfederung, die aber eher für die Höhenverstellung und für die Schwingungsdämpfung wirksam ist. Für die Stoßkräfte ist die zeitliche Verzögerung nicht kurz genug.
Aus der DE 37 14 363 AI geht bereits eine mechanische, selbststabilisierende Federungseinheit hervor, die über drei Betriebsphasen verfügt und mit der die Problematik bereits grundsätzlich gelöst werden könnte, und zwar im Gegensatz zur Aktivfederung ohne Zeitverzögerung. Die gewünschte weiche Charakteristik ist jedoch mit Stahlfedern nur gering zu ve wirklichen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Federungseinheit zu schaffen, die beim Einsatz in Straßen- oder Schienenfahrzeugen gegen Schwerkräfte und Massenkräfte eine starre Unterstützung gibt, im Falle der von den Straßenunebenheiten verursachten dynamischen Kräfte jedoch einen nur kleinen Widerstand leistet und große Federwege ermög- 1 i cht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß radial zwischen dem Zylinder und dem Kolben eine bezüg- lieh beiden Teilen axial bewegliche, ringförmige Dichtung angeordnet ist, die auf ihrer einen Axialseite von dem im Zylinder herrschenden Druck beaufschlagt und deren entgegengesetzter Axialseite zwei ringförmige, in Axi al i chtung gesehen konzentrisch angeordnete Abstützf 1 ächen mit unter- schiedlichem Durchmesser gegenüberliegen, wovon die eine mit größerem Durchmesser am Zylinder und die andere mit geringerem Durchmesser am Kolben angeordnet ist, derart, daß die Dichtung bei einfahrendem Kolben von der an diesem vorgesehenen Abstützf1 äche entgegen den auf die Dichtung ein- wirkenden Druckkräften axial ins Zylinderinnere mitgenommen und bei ausfahrendem Kolben von der am Zylinder vorgesehenen Abstützf1 äche zurückgehalten wird. Auf diese Weise liegt eine Federungseinheit vor, die infolge ihrer Wirkungsweise als Dreiphasen-Federungseinheit bezeichnet werden könnte. Die Federungseinheit ist gegen Schwerkräfte und horizontale Massenkräfte verhältnismäßig starr und kann gegenüber vertikalen Stößen mit konstanter Kraft ausweichen. Die Lösung der Aufgabe beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Stoßkräfte in einer anderen Größenordnung bewegen als die statischen Kräfte und ihre Dauer in der Grö enordnung von 1/100 sec. liegt. Wenn die Aufhängung bei höheren K äften, die zur statischen Unterstützung und zur Aufnahme der Nick- und Kippmomente nötig sind, ohne weitere Zunahme ausweichen kann, wird die Wirkung der Fahrbahnstöße auf das Fahrzeug bei m ßigen Kräften und kurzer Zeitdauer minimal. In der Regel arbeitet die Federungseinheit der- gestalt, daß sich der Kolben bei statischer Belastung in seiner Mittellage befindet. Bei erhöhter Kraft bewegt er sich zusammen mit der ringförmigen, beweglichen Dichtung gegen den Druck im Zylinder axial nach innen. Bei Kräften kleiner als die statische Belastung bleibt die ringförmige, bewegliche Dichtung in Normal posi ti on , und der Kolben wird vom Druck im Zylinder axial nach außen bewegt. Auf diese Weise übt die Federungseinheit bei konstantem Luftdruck in einer Richtung eine größere, in der anderen Richtung eine kleinere Kraft aus, und in der Zwischenlage wird eine starre Unterstützung gewährleistet.
Zwar gehören bereits vielfältige Bauformen von Federungseinheiten zum Stand der Technik. Sie alle sind jedoch nicht geeignet, die eingangs genannte Aufgabe zu lösen.
So beschreibt die US 5 314 172 eine bei Pressen zur Anwendung gelangende, federnd nachgiebige Einheit, die einen Zylinder, einen Kolben sowie eine zwischen dem Zylinder und dem Kolben angeordnete Dichtung aufweist. Die ringförmige Dichtung ist jedoch fest mit dem Kolben verbunden und nicht in der Lage, Relativbewegungen sowohl bezüglich des Zylinders als auch bezüglich des Kolbens auszuführen. Die US 5 129 635 beschreibt eine Gasfeder für Werkzeugmaschinen, bei der die Ausgestaltung von Dichtungen im Vordergrund steht, um bei hohen Drücken eine hohe Lebensdauer zu errei chen .
Die WO 94/25775 beschreibt eine Gasfeder, bei der die Federkraft durch adiabatische Zustandsänderung in nur einer Stufe erzielt wird. Dichtungen sind zwar vorhanden, jedoch axial feststehend ausgebildet.
Die DE 39 36 034 AI beschreibt ein hydropneumati sches Federungssystem, welches die Zielsetzung hat, durch einen schwimmenden Kolben verschiedene Drücke in den pneumatischen und hydraulischen Teilen zu erzeugen.
Die DD 61 389 beschreibt eine Federungseinheit, die zur Aufnahme seitlicher Stöße bei Eisenbahnfahrzeugen konzipiert ist. Durch Volumenänderung eines Gasakkumulators ist eine stark progressive Charakteristik angestrebt. Der äußere Zylinder ist nur ein Ausgleichsbehälter.
Die DE 39 34 821 C2 beschreibt eine Luftfeder für Fahrzeuge mit einem Rollbalg, wobei wiederum die erfindungsgemäßen Merkmale nicht zur Anwendung gelangen.
Zur Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend eine nähere Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine erste Bauform der Federungseinhei in schemati scher Darstellung,
Fig. 2 ein Bewegungs-Kraft-Schaubild der Federungseinheit und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Federungseinheit. Die beispielsge äß als Dreiphasen-Luftfedereinheit ausgeführte Federungseinheit gemäß Fig. 1 wird in den Punkten 1 und 9 zwischen Fahrzeugrahmen und Radachse eingebaut und mit einem von einer Stange gebildeten ersten Führungsteil 5 in einem von einem Rohr gebildeten zweiten Führungsteil 2 geführt. Ein Luftzylinder 3 ist mit dem Rohr 2 fest verbunden, ein Kolben 4 ist mit der Stange 5 fest verbunden. Der Luftzylinder 3 ist durch einen Schlauch 10 auf einen Druckakkumulator bzw. eine Druckregeleinrichtung 12 g e - schaltet, die einen konstanten Druck "p" liefert. Leckverluste werden von einem Kompressor 11 oder einem sonstigen Druckerzeuger ausgeglichen, im Falle eines hydraulischen Betriebes beispielsweise mittels einer ülpumpe.
Im Luftzylinder 3 ist der an der Stange 5 befestigte, zylindrische Kolben 4 angeordnet. Der Kolben 4 ist beim Aus- führungsbei spi el hohl ausgebildet und an der dem Inneren des Luftzylinders zugewandten, vorliegend oberen Axialseite offen, kann allerdings ohne weiteres auch geschlossen oder in Vollmaterial ausgeführt sein, was strichpunktiert angedeutet ist. Als Dichtung zwischen Kolben 4 und Zylinder 3 ist eine ringförmige, axial relativ zum Kolben 4 und zum Zylinder 3 bewegliche Dichtung 6 vorgesehen, die radial zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinder 3 sitzt. Der Luft- zylinder ist an einer Axialseite, vorliegend an der Unterseite, offen. Abgeschlossen ist er an dieser Axialseite durch den Kolben 4 und die auf diesem sitzende, sowohl bezüglich des Kolbens 4 als auch bezüglich des Zylinders 3 axial bewegliche Dichtung 6. Letzter stützt sich in der Mittellage an z. B. ringförmigen, axial gerichteten Abstütz- flächen 7, 8 des Zylinders 3 und des Kolbens 4 ab. Die Abstützflächen 7 bilden zweckmäßigerweise gleichzeitig Dichtungsflächen, weshalb sie nachfolgend als Abstütz- und Dichtungsflächen 7, 8 bezeichnet werden. Diese Abstütz- und Dichtungsflächen 7, 8 sind beispielsweise koaxial zueinander angeordnet und weisen in die gleiche axiale Richtung, und zwar in Richtung der Dichtung 6. Sie bilden Hubbegrenzer für die axial bewegliche Dichtung 6, die vom Druck "p" im Zylinder beaufschlagt und in Richtung der Flächen 7, 8 gedrückt wird. Sie befinden sich beispielsgemäß an den zwei einander zugeordneten Stirnseiten von Zylinder 3 und Kolben 4 im Bereich der offenen Axialseite des Zylinders 3. Während der Bewegung nach oben oder unten sind die mit der Dichtung zusammenwirkenden Dichtungsfl chen die äußere Umfangsf 1 äche des Kolbens 4 und die innere Zylinderfl che des Zylinders 3.
Die Federungseinheit befindet sich in der Mittellage gemäß Fig. 1, soweit die Kraft zwischen den Punkten 1, 9 kleiner ist als D2πp/4, aber größer ist als d2πp/4. In diesem Bereich der K äfte ergibt sich eine starre Unterstützung.
Bei vergrößerter Kraft, in Fig. 1 in Richtung nach oben, also in Einfahrrichtung des Kolbens 4, bewegen sich Punkt 9, Stange 5, Kolben 4 sowie die von der Abstütz- und Dichtungsfläche 8 des Kolbens 4 beaufschlagte, bewegliche Dichtung 6, die auf Fl che 8 aufliegt, nach oben, und das Rad kann den Straßenunebenheiten ohne weitere Erhöhung der Kraft folgen. Danach wird das Rad mit kostanter Kraft auf die Fahrbahn gedrückt. Da die ungefederten Masen nur ein Bruchteil der gefederten Massen sind, gesc ieht das in kürzester Zeit.
Bei einer Vertiefung in der Fahrbahn wird die Kraft zwischen 1, 9 Punkten kleiner, und unter einem gewissen Wert wird der Kolben 4 vom Druck "p" im Ausfahrsinne nach unten in Bewegung gesetzt. Die bewegliche Dichtung 6 liegt dabei auf der ringförmigen Fläche 7 des Zylinders auf und arbeitet an der inneren Zylinderfl che des Zylinders 3. Der Kolben fährt relativ zum Zylinder 3 und zu der Dichtung 6 nach unten aus. Das Rad kann die Fahrbahn kopieren mit einem konstanten Minimalwert der Unterstützung.
Bei einem Fahrbahnprofil, bei dem sich der Kolben 4 im Luftzylinder 3 in rascher Reihenfolge nach oben und nach unten bewegt, werden auf den Wagenaufbau keine Ströße weitergegeben, weil nur die bewegliche Dichtung 6 entsprechende Bewegungen ausführt.
Das Bewegungs-Kraft-Schaubild der Drei phasen-Luf tfederungs- einheit nach Fig. 1 wird in Fig. 2 gezeigt.
Ergänzend sei nochmals ein bevorzugter Aufbau des Luftzylinders kurz zusammengefaßt. Demnach ist das Führungsrohr 2 oben mit einem Fahrgestell durch Bolzen 1 und die
Führungsstange 5 unten mit einer Radachse durch Bolzen 9 verbunden. Im Luftzylinder 3, der mit dem Rohr 2 zusammengebaut ist, kann sich, insbesondere durch die Bauteile 2, 5 geführt, der zumindest an der Unterseite geschlossene und an der Stange 5 befestigte hohle Kolben 4 kolbenartig bewegen. Zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 4 ist eine relativ zu beiden Teilen axial bewegliche Dichtung 6 angeordnet. Dichtungsfl chen sind in der Normallage axiale Kreisringflächen 7 und 8 am unteren Endbereich von Zylinder 3 und Kolben 4, während der Bewegungen die äußere Kolbenfläche und die innere Zylinderfläche. Der Zylinder 3 ist mit der Rohrleitung 10 an einen Druckakkumulator 12 angeschlossen. Die Leckverluste werden von der Pumpe 11 e setzt. Daraus resultiert eine Arbeitsweise derart, daß sich bei statischer Belastung der Kolben 4 in Grundstellung nach Fig. 1 befindet. Bei Stoßkräften bewegen sich der Kolben 4 und die bewegliche Dichtung 6 nach oben. Der Federweg ist nur durch die Abmessungen begrenzt, die Federkraft ist konstant: D2πp/4. Rollt das Rad über ein Schlagloch, so bewegt sich der Kolben 4 nach unten, und die bewegliche Dichtung 6 stützt sich an der Dichtungsfläche 7 des Zylinders 3 ab. Der Federweg ist nur durch die Abmessungen begrenzt, die Federkraft ist konstant: d2πp/4. Hierbei ist "D" der Durchmesser des Zylinders 3 und "d" der Durchmesser des Kolbens 4. Bei dieser Federung ist zwischen Radachse und Fahrgestell keine mechanische Unterstützung vorhanden, sondern nur ein Luftpol ste . Auch bei raschen Bewegungen der Radachse nach oben und unten ergeben sich keine Schläge, nur die bewegliche Dichtung 6 wird davon betroffen. Mit Hilfe des Druckes "p" kann die Federung an die Belastung angepaßt werden.
Durch diese technische Ausfü rung kann die gestellte Aufgabe gelöst werden: minimale vertikale Bewegungen des Fahrzeuges, während die Räder frei und ohne zeitliche Verspätung auf der Fahrbahn abrollen. Die Wagenhöhe ist belastungsunabhängig, es gibt keine Nick- und Kippbewegungen.
Schon mit mäßigen Arbeitsdrücken (etwa 0,5 MPa) ist der Einbauraum mit dem der üblichen Schraubenfeder zu vergleichen. Stoßdämpfer und Stabilisatoren sind nicht nötig. Auch Spezialmaterialien, wie z. B. Federstahl, sind unnötig.
Das System kann auch hydropneumati seh ausgeführt werden. In diesem Falle sind die Arbeitszylinder hydraulisch, es ist eine ölpumpe und ein gastgefüllter Druckakkumulator in die Anlage eingebaut.
Bei Fahrzeugen, bei denen die Belastung im Verhältnis zum Eigengewicht stark variabel ist, z. B. Stadtomnibussen, Lastautos, Güterwagen, kann mit Regelung des Arbeitsdruckes "p" eine belastungsunabhängige, optimale Federung erzielt werden .
Zu berücksichtigen ist zwar gegenüber mechanischen Federungssystemen der Energieverbrauch des Kompressors. Norma- lerweise sind allerdings nur die Leckverluste zu decken. Das ist mit dem höheren Energieverbrauch der Aktivsysteme nicht zu vergleichen.
Zusammenfassend kann nochmals festgehalten werden, daß ins besondere eine Federungseinheit vorgeschlagen wird, die einen Zylinder 3 mit konstantem Druck mit darin untergebrachtem Kolben 4 aufweist, wobei dazwischen eine ring- förmige, bewegliche Dichtung 6 angeordnet ist. Die bewegliche Dichtung 6 kann sich am Zylinder 3 und Kolben 4 mittels ringförmigen Dichtflächen 7, 8 abstützen. Aus der Mittellage kann sich der Kolben 4 zusammen mit der beweg- liehen Dichtung 6 in einer Richtung bewegen, in Gegenrichtung bewegt sich der Kolben 4 nur allein.
Aus Fig. 3 geht ei e weitere Federungseinheit hervor, die auf dem gleichen Wirkprinzip wie die Federungseinheit gemäß Fig. 1 basiert, so daß entsprechende Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
In Abweichung zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist allerdings das mit Punkt 1 verbundene zweite Führungsteil 2 als Stange ausgebildet, und das damit zusammenwi kende, mit dem Punkt 9 in Verbindung stehende erste Führungsteil 5 hat eine rohrähnliche Gestalt und ist auf dem stangenförmi gen zweiten Führungsteil 2 axial verschieblich gefü rt. Das erste Führungsteil 5 ist fest mit dem Kolben 4 verbunden und beispielsgemäß innerhalb des Kolbens 4 festgelegt. Der Kolben 4 hat hohl zyl i ndri sehe Gestalt und ragt unten mit einem Verlängerungsabschnitt 14 aus dem Zylinder 3 hinaus.
Die eine Abstützf1 äche 7 größeren Durchmessers ist an dem rohrförmigen Zylinder 3 angeordnet und erstreckt sich radial einwärts. In Axi al ri chtung gesehen konzentrisch innerhalb dieser einen Abstützf1 che 7 ist die andere Abstützf1 che 8 vorgesehen, die fest mit dem Kolben 4 verbunden ist und sich radial auswärts erstreckt. Beispielsgemäß befinden sich die Abstützflächen 7, 8 an Ringelementen 7', 8', die in koaxialer Anordnung an dem Zylinder 3 und an dem Kolben 4 angebracht sind. Radial zwischen den Ringelementen 7', 81 verbleibt ein Ringspalt 15.
Die radial zwischen der Außenfläche des Kolbens 4 und der Innenfläche des Zylinders 3 angeordnete, axial bewegbare, ringförmige Dichtung 6 hat beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 einen mehrteiligen Aufbau. Sie umfaßt einen ringförmigen Dichtkörper 16, der mit ringförmigen Dichtpartien 17, 18 an den vorerwähnten Umfangsfl chen des Kolbens 4 und des Zylinders 3 dichtend und axial gleitfähig anliegt. Die Dichtpartien 17, 18 können lippenartig ausgebildet sein, so daß sie von dem im Innern des Zylinders 3 herrschenden Druck gegen die Außenfläche des Kolbens 4 und die Innenfläche des Zylinders 3 angedrückt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel arbeitet der ringförmige Dichtkörper 16 nicht unmittelbar mit den Abstützflächen 7, 8 zusammen, es ist vielmehr dem Dichtkörper 16 axial in Richtung zu diesen Flächen 7, 8 ein zweckmäßigerweise in Baueinheit mit dem Dichtkörper 16 ausgebildeter ringförmiger Abstützkörper 19 vorgelagert, der mit den Abstützflächen 7, 8 zusammen- arbeitet.
Der beispielsgemäße Dichtkörper 16 bildet praktisch einen ringförmigen Kol benkörper , an dem in ei nstücki ger Bauweise die ringförmigen Dichtpartien 17, 18 angeformt sind. Denkbar wäre es aber auch, einen starren, beispielsweise aus Metall bestehenden Kolbenkörper vorzusehen, der geeignet ausgebildete gummi el asti sehe Dichtpartien 17, 18 trägt.
Bei Bedarf kann noch vorgesehen sein, daß die axial beweg- liehe, ringförmige Dichtung 6 von einer mechanischen Federeinrichtung 20 axial in Richtung zu den Abstützflächen 7, 8 beaufschlagt ist. Eine entsprechende Federei richtung 20 ist in Fig. 3 gezeigt und besteht dort aus einer Schraubendruckfeder, die sich im Innern des Zylinders 3 zwischen der Dichtung 6 und der dieser auf der den Abstützflächen 7, 8 entgegengesetzten Seite axial gegenüberliegenden Abschlußwand 21 des Zylinders 3 abstützt.

Claims

Ansprüche
1. Federungseinheit, insbesondere für Straßen- und Schienenfahrzeuge, mit einem Zylinder (3), einem darin axial beweglich angeordneten Kolben (4) und einer Einrichtung (11, 12) zur Beaufschlagung des Zylinders (3) mit zumindest im wesentlichen konstantem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß radial zwischen dem Zylinder (3) und dem Kolben (4) eine bezüglich beiden Teilen (3, 4) axial bewegliche, ringförmige Dichtung (6) angeordnet ist, die auf ihrer einen Axialseite von dem im Zylinder (3) herrschenden Druck beaufschlagt ist und deren entgegengesetzter Axialseite zwei ringförmige, in Axi al ri chtung gesehen konzentrisch angeordnete Abstützflächen (7, 8) mit unterschiedlichem Durchmesser gegenüberliegen, wovon die eine (7) mit größerem Durchmesser am Zylinder (3) und die andere (8) mit geringerem Durchmesser am Kolben (4) angeordnet ist, derart, daß die Dichtung (6) bei einfahrendem Kolben (4) von der an diesem vorgesehenen Abstützf1 äche (8) entgegen den auf die Dichtung (6) einwirkenden Druckkräften axial ins Zylinderinnere mitgenommen und bei ausfahrendem Kolben (4) von der im Zylinder (3) vorgesehenen Abstützf1 äche (7) zurückgehalten wi rd.
2. Federungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützflächen (7, 8) gleichzeitig als Dichtflächen wirken, die mit der sich an ihnen abstützenden, axial beweglichen, ringförmigen Dichtung (6) dichtend: zusammenarbeiten können.
3. Federungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axial bewegliche, ringförmige
Dichtung (6) von einer mechanischen Federeinrichtung (20) axial in Richtung zu den Abstützflächen (7, 8) beaufschlagt ist.
4. Federungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axial bewegbare, ringförmige Dichtung (6) einen gummi el asti sehen , ringförmigen Dichtkörper (16) und einen dem Dichtkörper (16) in Richtung zu den Abstützflächen (7, 8) vorgelagerten ringförmigen Abstützkörper (19) aufweist.
5. Federungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axial bewegbare, ringförmige Dichtung (6) einen ringförmigen Kolbenkörper aufweist, an dem mit dem Zylinder (3) und dem Kolben (4) dichtend zusammenarbei ende, ringförmige Dichtpartien (17, 18) vorgesehen sind.
6. Federungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (3) ein Luft- bzw. Pneumati zylinder ist.
7. Federungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (3) mit ül gefüllt ist.
8. Federungseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beaufschlagung des Zylinders (3) mit konstantem Druck über einen als ülpumpe ausgebildeten Druckerzeuger (11) und einen eine Gasfüllung aufweisenden Druckakkumulator (12) verfügt.
9. Federungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einerseits der ringförmigen, beweglichen Dichtung (6) und andererseits dem Zylinder (3) und/oder dem Kolben (4) von Rollbälgen gebildete Dichtpartien vorgesehen sind.
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