DE1061635B

DE1061635B - Hydropneumatic suspension, especially for motor vehicles

Info

Publication number: DE1061635B
Application number: DEB45599A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Hans Reifurth
Original assignee: August Bilstein GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Priority date: 1957-08-07
Filing date: 1957-08-07
Publication date: 1959-07-16

Description

Hydropneumatische Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Es sind hydropneumatische Abfederungen bekannt, die im wesentlichen aus einem mit Dämpfungsflüssigkeit und Druckgas gefüllten Arbeitszylinder und einem darin verschieblichen Arbeitskolben bestehen und bei denen die Dämpfungsflüssigkeit durch einen beweglichen Trennkolben oder auch durch eine flexible Wand vom Druckgas getrennt ist. Die zwischen Druckgas und Dämpfungsflüssigkeit befindlichen Trennmittel müssen deswegen beweglich angeordnet sein, damit sie der bei einfahrender Kolbenstange zustande kommenden Flüssigkeitsverdrängung nachgeben können, wobei sie sich also auf der praktisch nicht kompressiblen Dämpfungsflüssigkeit gegen das komprimierbare Gas verschieben. Durch die bewegliche Anordnung besagter Trennmittel wird auch der thermischen Ausdehnung der Dämpfüngsflüssigkeit Rechnung getragen, die infolge der durch den Dämpfungsvorgang hervorgerufenen Energieumwandlung in Wärme zuweilen erhebliche Werte annimmt. Das Verschieben des Trennmittels zum Ausgleich des von der Kolbenstange verdrängten Flüssigkeitsvolumens führt in Verbindung mit der dadurch hervorgerufenen Kompression des Gaspolsters zu der gewünschten pneumatischen Federung. Hingegen bedingt die Wärmeausdehnung der Dämpfungsflüssigkeit stets eine unerwünschte Gasdruckerhöhung, die auf Grund der Differenzwirkung des Arbeitskolbens zu einer Verschiebung seiner statischen und dynamischen Nulllage führt. Dadurch wird aber die Fahrsicherheit erheblich beeinträchtigt. Man muß vielmehr Sorge tragen, daß sich die dynamische Nullage der Fahrzeugabfederungsmittel nicht oder jedenfalls nur unwesentlich verschiebt.Hydropneumatic suspension, especially for motor vehicles There are hydropneumatic suspension is known, which essentially consists of a damping fluid and pressurized gas-filled working cylinder and a working piston displaceable therein exist and in which the damping fluid by a movable separating piston or is separated from the compressed gas by a flexible wall. The between pressurized gas and the damping fluid contained in the separating means must therefore be movably arranged so that they displace the liquid that occurs when the piston rod retracts can give way, so they rely on the practically incompressible damping fluid move against the compressible gas. By the movable arrangement of the said The release agent also takes into account the thermal expansion of the damping fluid worn as a result of the energy conversion caused by the damping process sometimes takes on considerable values in warmth. Moving the release agent to Compensation of the volume of liquid displaced by the piston rod leads to connection with the resulting compression of the gas cushion to the desired pneumatic Suspension. In contrast, the thermal expansion of the damping fluid always causes a undesired increase in gas pressure due to the differential action of the working piston leads to a shift in its static and dynamic zero position. Through this but driving safety is significantly impaired. Rather, one must take care that the dynamic zero position of the vehicle cushioning means is not or at least shifts only insignificantly.

Daher ist man bei hydropneumatischen Dämpfungs-und Federungseinrichtungen auch bereits dazu übergegangen, die temperaturabhängigen Volumenänderungen der Dämpfungsflüssigkeit im Zylinder zwecks Erzielung einer konstanten Nullage des Arbeitskolbens laufend zu korrigieren. Diese laufende Korrektur wird bei den bekannten Dämpfungs- und Federungseinrichtungen durch außerhalb der Dämpfungs- und Federungsaggregate angebrachte Steuerungselemente bewirkt, indem durch die Steuerungsausschläge dieser Elemente mehr oder weniger Dämpfungsflüssigkeit in den Arbeitszylinder eingepumpt oder abgesaugt wird. In gleicher Weise hat man auch bereits versucht, das Druckgas abzuführen bzw. zusätzliches Gas in den Zylinder einzuführen. Für die Verschiebung der hierfür erforderlichen Flüssigkeits- bzw. Gasmengen werden Pumpen bekannter Bauart verwendet.Therefore, one is with hydropneumatic damping and suspension devices the temperature-dependent volume changes of the damping fluid have also already gone over to this running in the cylinder in order to achieve a constant zero position of the working piston to correct. This ongoing correction is made in the known damping and suspension devices by means of control elements attached outside of the damping and suspension units effected by more or less through the control deflections of these elements Damping fluid is pumped into the working cylinder or sucked off. In the same In this way, attempts have already been made to remove the compressed gas or to add additional gas insert into the cylinder. For the displacement of the required fluid or quantities of gas, pumps of known design are used.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmte hydropneumatische Abfederung zu schaffen, die ebenfalls mit einer temperaturabhängige Volumenänderungen der Dämpfungsflüssigkeit korrigierenden Ausgleichseinrichtung versehen ist, die aber in ihrem Aufbau wesentlich einfacher als die bekannten gehalten ist und dennoch eine einwandfreie Steuerung der Dämpfungsflüssigkeit im Sinne der Aufrechterhaltung einer konstanten dynamischen Nullage des Arbeitskolbens sicherstellt. Das wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß das Steuerorgan für den Ausgleich der thermischen Volumenänderung der Dämpfungsflüssigkeit innerhalb des Arbeitszylinders vorgesehen und von dem zwischen der Dämpfungsflüssigkeit und dem Druckgas vorgesehenen Trennkolben gebildet wird, der gleichsam nach Art eines Schieberventils im Zylindergehäuse entsprechend angeordnete Flüssigkeitsein- und -auslässe steuert, die mit der Druckseite einer Speisepumpe bzw. der Zulaufseite eines Flüssigkeitssammelbehälters in Verbindung stehen. Das Trennmittel - vorzugsweise ein Trennkolben - sorgt also dafür, daß bei einer Volumenvergrößerung der Dämpfungsflüssigkeit im Falle größerer Erwärmung eine entsprechende Flüssigkeitsmenge nach außen abgeführt wird, während im entgegengesetzten Falle, d. h. bei Eintreten einer Volumenverringerung durch entsprechende Abkühlung, die zur Beibehaltung der ursprünglichen Federungscharakteristik erforderliche Flüssigkeitsmenge dem Arbeitszylinder von außen wieder zugeführt wird.The invention is based on the object, in particular for Motor vehicles to create certain hydropneumatic suspension that also with a temperature-dependent volume changes of the damping fluid correcting Compensating device is provided, but the structure is much simpler is kept than the known and still a perfect control of the damping fluid in the sense of maintaining a constant dynamic zero position of the working piston ensures. This is achieved according to the invention essentially in that the control element for the compensation of the thermal volume change of the damping fluid provided within the working cylinder and from that between the damping fluid and the pressure gas provided separating piston is formed, as it were according to Art a slide valve in the cylinder housing correspondingly arranged liquid inlet controls and outlets that are connected to the pressure side of a feed pump or the inlet side a liquid collection container are in communication. The release agent - preferably a separating piston - ensures that when the volume of the damping fluid increases in the case of greater heating, a corresponding amount of liquid is discharged to the outside is, while in the opposite case, d. H. when a decrease in volume occurs through appropriate cooling to maintain the original suspension characteristics required amount of liquid is fed back to the working cylinder from the outside.

Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei zeigt Fig. 1 eine mit vier Dämpfungsfederungszylindern versehene Gesamtanlage im Schema, Fig.2 eine Ausführungsform des neuen Arbeitszylinders, Fig. 3 einen Schnitt- nach Linie III-III der Fig. 2 und Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgebildeter Zylinder.Further details of the invention are provided on the basis of exemplary embodiments described, which are shown in the drawing. 1 shows a with four damping suspension cylinders provided overall system in the scheme, Figure 2 an embodiment of the new working cylinder, 3 shows a section along line III-III 2 and 4 and 5 further exemplary embodiments of the invention designed Cylinder.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schema einer hydropneumatischen Abfederungsanlage sind die vier Dämpfungsfederungszylinder A, B, C und D über je eine Dämpfungsflüssigkeit zuführende Druckleitung a, b, c und d an eine Speisepumpe P angeschlossen. Letzterer ist ein mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllter Sammelbehälter S vorgeschaltet, welcher seinerseits über die Flüssigkeitsableitungen a', - b', c' und d' mit den Zylindern A bis D in Verbindung steht.In the schematic of a hydropneumatic suspension system shown in FIG. 1, the four damping suspension cylinders A, B, C and D are connected to a feed pump P via pressure lines a, b, c and d each supplying a damping fluid. The latter is preceded by a collecting tank S filled with damping fluid, which in turn is connected to the cylinders A to D via the fluid discharge lines a ', - b', c 'and d' .

Die Dämpfungsfederungszylinder sind im einzelnen in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise ausgebildet. Der Arbeitszylinder 1 ist mit einem als Differenzkolben ausgebildeten Arbeitskolben 2 versehen, der in dem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum 3 verschieblich angeordnet ist und bei seiner Hubbewegung über ventilgesteuerte Durchlässe 4, 5 die gewünschte Dämpfungswirkung hervorruft. Oberhalb des Arbeitsraumes 3 ist ein Trennkolben 6 vorgesehen, der die Dämpfungsflüssigkeit gegenüber der mit Druckgas gefüllten Federkammer 7 des Zylinders abschließt:-Der Trennkolben 6 besitzt in axialem Querschnitt eine etwa doppel-T-förmige Ausbildung.The damping suspension cylinders are shown in detail in that of FIG evidently trained. The working cylinder 1 is a differential piston trained working piston 2 provided, which is filled with damping fluid in the Working space 3 is arranged displaceably and valve-controlled during its lifting movement Passages 4, 5 causes the desired damping effect. Above the work area 3, a separating piston 6 is provided, which the damping fluid with respect to the Compressed gas-filled spring chamber 7 of the cylinder closes: -The separating piston 6 has an approximately double-T-shaped formation in axial cross-section.

Erfindungsgemäß sind nun- im Trennkolben 6 zwei Ringnuten 8 und 9 vorgesehen, deren gegenseitiger Abstand dem normalen Arbeitshub des Trennkolbens entspricht und die mit je einem im Zylinder vorgesehenen Flüssigkeitseinlaß 10 und einem Flüssigkeitsauslaß 11 zusammenwirken. Der Flüssigkeitseinlaß 10 ist über einen Anschlußnippe112 an die Druckleitung (z. B. a) der Speisepumpe P angeschlossen, während der Auslaß 11 über den Nippel 13 und die Abflußleitung (z. B. a') mit dem Sammelbehälter S in Verbindung steht. Die Ringnuten 8 und 9 sind über im Trennkolben 6 vorgesehene Schrägkanäle 14 bzw. 15 mit dem die Dämpfungsflüssigkeit enthaltenden Arbeitsraum 3 des Zylinders verbunden. Wie Fig. 3 zeigt, sind sowohl die Kanäle 14 als auch die Kanäle 15 gleichmäßig über den Umfang des Trennkolbens 6 verteilt und gegeneinander versetzt angeordnet. Vorzugsweise sind für eine Ringnut je drei im jeweiligen Winkelabstand von 120° angeordnete Kanäle vorgesehen. Die gleichmäßig verteilte Anordnung der Kanäle 14 und 15 gewährleistet eine gleichmäßige Druckverteilung über den Trennkolben, wodurch ein Verkarten des Trennkolbens mit Sicherheit vermieden wird. Zwischen den einzelnen Ringnuten 8 und 9 sowie zwischen letzteren und der Federkammer 7 wie auch dem Arbeitsraum 3 sind Dichtungen 16, 17, 18 vorgesehen, die eine hinreichende gegenseitige Abdichtung der vorerwähnten Kammern bzw. Nuten gewährleisten.According to the invention, two annular grooves 8 and 9 are now provided in the separating piston 6, the mutual spacing of which corresponds to the normal working stroke of the separating piston and which each interact with a liquid inlet 10 and a liquid outlet 11 provided in the cylinder. The liquid inlet 10 is connected to the pressure line (e.g. a) of the feed pump P via a connection nipple 112, while the outlet 11 is connected to the collecting container S via the nipple 13 and the discharge line (e.g. a '). The annular grooves 8 and 9 are connected to the working chamber 3 of the cylinder, which contains the damping fluid , via inclined channels 14 and 15, respectively, provided in the separating piston 6. As FIG. 3 shows, both the channels 14 and the channels 15 are distributed uniformly over the circumference of the separating piston 6 and are arranged offset from one another. Preferably, three channels each arranged at an angular distance of 120 ° are provided for an annular groove. The evenly distributed arrangement of the channels 14 and 15 ensures an even distribution of pressure over the separating piston, which reliably prevents the separating piston from becoming clogged. Seals 16, 17, 18 are provided between the individual annular grooves 8 and 9 and between the latter and the spring chamber 7 as well as the working space 3, which ensure adequate mutual sealing of the aforementioned chambers or grooves.

Im normalen Betriebszustand vollführt der Trennkolben 6 unter dem Einfluß der Bewegungen des Arbeitskolbens 2 und der dadurch verdrängten Dämpfungsflüssigkeit entsprechende Hin- und Herbewegungen um seine Mittellage. Tritt nun eine Erwärmung der Dämpfungsflüssigkeit auf, sei es durch die während des Betriebes zustande kommende Umwandlung mechanischer Energie in Wärme oder auch durch entsprechende Erhöhung der Außentemperatur, so wird durch die dadurch hervorgerufene thermische Ausdehnung der im Arbeitsraum 3 befindlichen Dämpfungsflüssigkeit die Nullage des Trennkolbens 6 nach oben verschoben. Das würde zu einer Veränderung der Federcharakteristik der Abfederungseinrichtung führen. Eine solche Veränderung kann aber bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Dämpfungsfedereinrichtung nicht auftreten, da in diesem Fall die Ringnut 8 des Trennkolbens unter den Kolbenbewegungen über den Flüssigkeitsauslaß 11 gleitet, mithin eine entsprechende Menge des im Arbeitsraum unter Druck stehenden Flüssigkeitsvolumens über die Schrägkanäle 14 in die Flüssigkeitsableitung ä zum Sammelbehälter S entweichen kann. Auf diese Weise wird also der notwendige Flüssigkeitsausgleich erzielt und die ursprüngliche Nullage des Trennkolbens 6 wieder herbeigeführt. Analog liegen die Verhältnisse bei zu starker Abkühlung der Dämpfungsflüssigkeit, wie sie beispielsweise bei niedrigen Außentemperaturen eintreten kann. In diesem Fall kommt bei normalem Arbeitshub des Trennkolbens 6 die untere Ringnut 9 über den Flüssigkeitseinlaß 10, der über die Druckleitung a mit der Speisepumpe P in Verbindung steht. Dadurch wird eine entsprechende Menge zusätzlicher Dämpfungsflüssigkeit in den Arbeitsraum 3 eingeführt und somit wiederum die ursprüngliche Mittellage des Trennkolbens 6 und damit auch des Arbeitskolbens 2 herbeigeführt.In the normal operating state, the separating piston 6 performs under the Influence of the movements of the working piston 2 and the damping fluid displaced thereby corresponding back and forth movements around its central position. Warming now occurs the damping fluid, be it due to the occurring during operation Conversion of mechanical energy into heat or by increasing it accordingly the outside temperature, the resulting thermal expansion of the damping fluid located in the working chamber 3, the zero position of the separating piston 6 moved up. That would change the spring characteristics of the Lead cushioning device. Such a change can, however, in the case of the invention Training of the damping spring device does not occur, as in this case the Ring groove 8 of the separating piston under the piston movements over the liquid outlet 11 slides, therefore a corresponding amount of that which is under pressure in the working space Liquid volume through the inclined channels 14 in the liquid drainage ä for Collection container S can escape. In this way, the necessary fluid balance is achieved achieved and the original zero position of the separating piston 6 brought about again. Analogue are the conditions when the damping fluid cools down too much, as they do can occur, for example, at low outside temperatures. In this case comes with the normal working stroke of the separating piston 6, the lower annular groove 9 via the liquid inlet 10, which is connected to the feed pump P via the pressure line a. Through this a corresponding amount of additional damping fluid is introduced into the working area 3 and thus again the original central position of the separating piston 6 and thus also the working piston 2 brought about.

Auf obige Weise ist also sichergestellt, daß die Federcharakteristik des über dem Trennkolben 6 befindlichen Druckgases unabhängig von der Temperatur der Dämpfungsflüssigkeit praktisch unverändert beibehalten wird und im zulässigen Streubereich liegt.In the above way it is ensured that the spring characteristic of the pressure gas located above the separating piston 6 regardless of the temperature the damping fluid is kept practically unchanged and within the permissible range Scatter is.

Die Ausbildung des über dem Trennkolben 6 liegenden Federungsraumes 7 ist nicht auf das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie hängt von den für den jeweiligen Anwendungszweck gewünschten Federungseigenschaften ab. So kann es zuweilen von Vorteil sein, den Federungsraum 7 unter Beibehalt der Hubbewegungen für den Trennkolben 6 verhältnismäßig klein auszubilden, um bei gleichen Hubbewegungen des Arbeitskolbens 2 bzw. des Trennkolbens 6 einen vergleichsweise stärkeren Druckanstieg des Gases und damit eine steilere Federungscharakteristik bzw. strammere Federung zu erzielen. Zu diesem Zweck kann, wie Fig. 4 zeigt, an der den Druckgasraum 7 umschließenden Stirnseite 19 des Arbeitszylinders 1 ein kegeliger Vorsprung 20 vorgesehen sein, der mit Abstand in eine entsprechende Ausnehmung 21 auf der Oberseite des Trennkolbens 6 eingreift. Auch läßt sich die Federcharakteristik dadurch verändern, daß entsprechend dem -in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Arbeitszylinder 1 in seinem die Dämpfungsflüssigkeit und den Differenzkolben enthaltenden Teil 1' einen größeren Durchmesser besitzt als in seinem den Trennkolben 6 und den Federungsraum 7 enthaltenden Teil 1".The formation of the suspension space lying above the separating piston 6 7 is not limited to the exemplary embodiment shown in FIG. She hangs on the suspension properties required for the respective application. So it can sometimes be advantageous to open the suspension space 7 while maintaining the lifting movements for the separating piston 6 to be made relatively small in order to achieve the same stroke movements of the working piston 2 or the separating piston 6 a comparatively stronger pressure increase of the gas and thus a steeper suspension characteristic or tighter suspension to achieve. For this purpose, as shown in FIG. 4, on which the pressurized gas space 7 is enclosed Front side 19 of the working cylinder 1 a conical projection 20 may be provided, at a distance into a corresponding recess 21 on the top of the separating piston 6 intervenes. The spring characteristics can also be changed accordingly the -in Fig. 5 illustrated embodiment of the working cylinder 1 in his the damping fluid and the differential piston containing part 1 'a larger Has a diameter than in its containing the separating piston 6 and the suspension chamber 7 Part 1".

An Stelle des in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Trennkolbens 6 kann ebensogut auch eine flexible Kappe bzw. eine Membran zwischen den mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum 3 und dem das Druckgas enthaltenden Federungsraum 7 vorgesehen sein. Um dabei die gewünschten Steuerungsbewegungen im Sinne der Erfindung zu erzielen, ist es lediglich erforderlich, an der flexiblen Kappe bzw. Membran an geeigneter Stelle einen Steuerungsansatz vorzusehen, der durch die Bewegungen der Membran in die zum Ablassen oder Auffüllen der Dämpfungsflüssigkeit geeignete Arbeitsstellung gebracht wird.Instead of the separating piston described in the exemplary embodiments 6 can just as well be a flexible cap or a membrane between the damping fluid filled working space 3 and the suspension space 7 containing the compressed gas is provided be. In order to achieve the desired control movements within the meaning of the invention, it is only necessary to attach a suitable one to the flexible cap or membrane Establish a control approach that is controlled by the movements of the diaphragm in the working position suitable for draining or topping up the damping fluid is brought.

Schließlich sei noch bemerkt, daß die Ausbildung des Arbeitskolbens als Differenzkolben die Möglichkeit bietet, mit verhältnismäßig niedrigen Gasdrücken zu arbeiten, so daß die gegebenenfalls erforderliche Auffüllung des Arbeitszylinders mit Dämpfungsflüssigkeit mit einer Pumpe durchgeführt werden kann, deren Druck- und Förderleistung verhältnismäßig gering ist. Da man hier normalerweise mit Pumpenleistungen unter 2 PS durchaus auskommt, kann eine solche Pumpe ohne weiteres auch durch den Fahrzeugmotor angetrieben werden.Finally it should be noted that the training of the working piston as a differential piston offers the possibility of using relatively low gas pressures to work, so that any necessary replenishment of the working cylinder can be performed with damping fluid with a pump whose Pressure- and delivery rate is relatively low. Since you usually use pump power here less than 2 HP is sufficient, such a pump can easily be powered by the Vehicle engine are driven.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Hydropneumatic suspension, especially for Motor vehicles with a working cylinder filled with damping fluid and pressurized gas and a working piston displaceable therein, one between the damping fluid and the pressure gas provided separating means and one the temperature-dependent volume changes the damping fluid in the cylinder correcting compensation device with control unit, characterized in that the control member for compensating for the thermal volume change the damping fluid is provided within the working cylinder (1) and from the separating piston (6) provided between the damping fluid and the compressed gas is, which as it were in the manner of a slide valve in the cylinder housing accordingly arranged liquid inlets and outlets (10 or 11) controls that with the dirty side a feed pump (P) or the inlet side of a liquid collecting tank (S) stay in contact.

2. Hydropneumatic suspension according to claim 1, characterized in that that in the separating agent, preferably a separating piston (6), with the liquid inlet and outlets (10 or 11) cooperating annular grooves (8 or 9) are provided, whose mutual distance corresponds to the normal working stroke of the separating piston and the channels (14, 15) with which the damping fluid is provided in the separating piston containing working space (3) of the cylinder (1) are in communication.

3. Hydropneumatic Suspension according to Claims 1 and 2, characterized in that the annular grooves (8, 9) with the working space (3) of the cylinder (1) connecting channels (14, 15) evenly Distributed over the circumference of the separating piston (6) and the channels (14) of the one annular groove (8) are arranged offset to those (15) of the other (9).

4. Hydropneumatic Cushioning according to Claims 1 to 3, characterized in that on the circumference of the separating piston Seals (16, 17, 18) are provided, which the annular grooves (8, 9) _ both with each other as well as against the pressure gas and working space (7 or 3) of the cylinder (1).

5. Hydropneumatic suspension according to claims 1 to 4, characterized in that that the separating piston (6) is double-T-shaped in axial cross-section.

6. Hydropneumatic suspension according to one of claims 1 to 5, characterized in that that on the end face (19) of the cylinder (1) surrounding the compressed gas chamber (7) a conical projection (20) is provided, which is spaced in a corresponding designed recess (21) engages on the top of the separating piston (6).

7th Hydropneumatic suspension according to one of Claims 1 to 6, characterized in that that the working cylinder (1) in its the damping fluid and the working piston (2) containing part (1 ') has a larger diameter than in its the Separating piston (6) and the part (1 ") containing the pressure gas space (7).