DE1253071B - Steuerventilanordnung fuer aus einem hydraulischen Stossdaempfer und einer diesem parallel geschalteten Rollbalg-Luftfeder gebildete hydropneumatische Federbeine fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

DEUTSCHES #Ä PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 63 c - 41

Nummer: 1253 071
Aktenzeichen: G 3286511/63 c

1253071 Anmeldetag: 4. August 1961

Auslegetag: 26. Oktober 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerventilanordnung für aus einem hydraulischen Stoßdämpfer und einer diesem parallelgeschalteten Rollbalg-Luftfeder gebildete hydropneumatische Federbeine für Kraftfahrzeuge zum willkürlichen Verbinden der Luftfedern mit einer Druckluftquelle oder der Außenluft, bestehend aus einem federbelasteten ersten Ventil und einem zu diesem gleichachsig angeordneten federbelasteten, doppeltwirkenden zweiten Ventil.

Bei einer bekannten Bauart (britische Patentschrift 840 649) spricht das doppeltwirkende zweite Ventil auf die Bodenfreiheit des Fahrzeugs an, während das erste federbelastete Ventil lediglich als Rückschlagventil arbeitet. Bei dieser Anordnung ist beim Ablassen von Luft aus der Luftfeder deren völliges Zusammenfallen möglich, wobei eine übermäßige Beanspruchung an der Umstülpstelle des Rollbalges unvermeidlich ist, so daß ein frühzeitiger Aufbrauch des Rollbalges eintritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ao Steuerventilanordnung zu schaffen, die eine einfache Einstellung der Höhenlage des Fahrzeugrahmens durch Druckluftzuführung zu den Luftfedern bzw. Ablassen von Druckluft aus den Luftfedern ermöglicht, einen einfachen Aufbau und eine betriebssichere Arbeitsweise aufweist. Insbesondere soll ein vollkommenes Zusammenfallen der Luftfeder bei willkürlichem Ablassen der Luft aus den Luftfedern vermieden werden.

Die Erfindung besteht darin, daß das erste Ventil in an sich bekannter Weise als willkürlich aufstoßbares Rückschlagventil ausgebildet ist und das zweite Ventil eine ebene und nachgiebige Scheibe mit einem Loch in der Mitte und einen diese Scheibe tragenden Boden enthält, der, durch eine Feder belastet, das Loch in der Scheibe verschließt und diese gegen einen Ventilsitz drückt, der ein Ausbiegen des mittleren Teils der Scheibe mit dem Loch vom Boden weg gestattet, wenn ein Druckgefälle von der Kammer zwischen beiden Ventilen zu den Kammern der Luftfedern besteht, so daß ein Überströmen von Luft aus der Kammer zwischen den Ventilen in die Kammern der Luftfedern bereits bei geringem Druckgefälle möglich ist, während zum Überströmen von Luft in der Gegenrichtung eine größere, durch die Feder bestimmte Druckdifferenz erforderlich ist.

Der Umfang der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch. In den Zeichnungen ist ein in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen ist

F i g. 1 ein schematischer Querschnitt durch ein Steuerventilanordnung für aus einem
hydraulischen Stoßdämpfer und einer diesem
parallel geschalteten Rollbalg-Luftfeder gebildete hydropneumatische Federbeine für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

General Motors Corporation, Detroit, Mich.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. Walther, Patentanwalt,
Berlin 19, Bolivarallee 9

Als Erfinder benannt:

George Wright Jackson, Dayton, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. September 1960
(55 359)

Fahrzeug mit eine Ventilanordnung aufweisenden hydropneumatischen Federbeinen nach der Erfindung,

F i g. 2 ein schematischer Längsschnitt durch das Fahrzeug,

F i g. 3 ein Längsschnitt durch einen Teil der Ventilanordnung und

Fig.4 ein Schnitt durch einen anderen Teil der Ventilanordnung.

Ein Kraftfahrzeug 10 (F i g. 1 und 2) hat einen Rahmen 11, eine Hinterachse 12, ein Ausgleichgetriebe 13 und Räder 14 und 15. An der Hinterachse 12 sind über Stützen 21 bzw. 22 zwei Blattfederpakete 16 und 17 befestigt, die über Gehänge 18 und 19 mit dem Rahmen 11 verbunden sind. Der Rahmen 11 stellt die gefederte Masse, die Hinterachse 12, das Ausgleichgetriebe 13 und die Räder 14 und 15 die ungefederte Masse des Fahrzeugs dar.

Zwischen den Stützen 21 oder 22 und dem Rahmen 11 sind neben jedem Blattfederpakt 17 und 18 Federbeine 20 bzw. 20 a vorgesehen, die als übliche Stoßdämpfer und zusätzlich als Luftfeder arbeiten.

Die Federbeine 20 und 20 a, die einander gleichen, sind in F i g. 3 und 4 näher dargestellt. Die gleichen Teile des Federbeines 20 a haben die gleichen Bezugszeichen wie die des Federbeines 20 unter Zufügung des Indexes a (Fig. 1). Eine beiden Federbeinen gemeinsame Ventilanordnung 80 ist in F i g. 4 dargestellt.

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Das Federbein 20 (F i g. 3) besteht aus einem üblichen Stoßdämpfer 30 und einer Luftfeder 25.

Der Stoßdämpfer hat einen Zylinder 31 für einen mit Ventilen versehenen Kolben 32, der am Ende einer Kolbenstange 33 sitzt. Diese tritt durch eine in einer Kammer 35 eines Führungsstücks 34 liegende Dichtung 36 nach außen aus dem Zylinder 31. Die Kammer 35 ist durch eine Kappe 38 verschlossen. Die Dichtung 36 ist durch eine in der Kammer 35 sitzende Feder 39 belastet. Die Kolbenstange 33 trägt am äußeren Ende ein Anschlußauge 37 zur Befestigung am Rahmen 11.

Das untere Ende des Zylinders 31 ist durch eine Kappe 45 verschlossen, die ein Ventil 40 enthält und ein Anschlußauge 50 zum Anschluß an die Stütze 21 oder 22 trägt.

Der Kolben 32 hat auf der einen Seite ein Ventil 43, das den Flüssigkeitsstrom von der unteren Kammer 41 zur oberen Kammer 42 steuert, wenn sich der Kolben 32 auf das Ventil 40 zu bewegt. Die durch das Eintauchen der Kolbenstange 33 in die obere Kammer 42 verdrängte Flüssigkeit tritt über das Ventil 40 in eine Behälterkammer 47 über, die den Zylinder 31 umgibt. Auf der anderen Kolbenseite ist ein Ventil 24 vorgesehen, das den Flüssigkeitsstrom von der Kammer 42 zur Kammer 41 steuert, wenn sich der Kolben 32 nach oben bewegt, wobei dann über das Ventil 24 Flüssigkeit aus der Behälterkammer 47 nachströmt, um den von der Kolbenstange 33 freigegebenen Raum zu füllen. .

Das Ventil 40 hat einen Ventilkörper 48 zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes von der Kammer 41 zur Behälterkammer 47 bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 32 und einen Ventilkörper 49, der einen relativ drosselfreien Flüssigkeitsstrom von der Behälterkammer 47 zur Kammer 41 beim Rückhub des Kolbens 32 gestattet.

Die Luftfeder 25 wird durch einen Rohrkörper 51 gebildet, der die Wand 46 der Behälterkammer mit Abstand umgibt und dessen oberes Ende mit einer Kappe 52 verbunden ist. Diese ist am oberen Ende 53 der Kolbenstange 33 befestigt. Der Rohrkörper 51 hat etwa drei Viertel _ der Länge des Zylinders 31. Der Spalt 55 zwischen dem unteren Rand des Rohrkörpers 51 und der Wand 46 der Behälterkammer ist durch eine biegsame rohrförmige Membran verschlossen, so daß eine luftdichte Kammer 54 gebildet ist. Die Membran hat eine Schleife 63, einen inneren Schenkel 61, der mit der Wand 46 verbunden ist, und einen äußeren Schenkel 62, der mit dem Randteil des Rohrkörpers 51 verbunden ist.

Der freie Rand 64 des inneren Schenkels 61 ist mit einem zylindrischen Teil 66 der Wand 46 durch eine Büchse 65 verbunden. Oberhalb des zylindrischen Teils 66 hat die Wand 46 einen nach der Liniex zur Achse konvergierenden Teil 67 und unterhalb des zylindrischen Teils 66 einen nach der Linie y zur Achse divergierenden Teil 68, die Gegenlagen bilden. Der untere Rand 69 der Büchse 65 hält den freien Rand 64 der Membran gegen den zylindrisehen Teil 66, und der divergierende Teil 68 hindert die Büchse 65 und die Membran, sich längs der Wand 46 nach unten zu bewegen. Das oberen Ende der Büchse 65 liegt im Bereich der Kappe 35.

Der freie Rand 70 des äußeren Schenkels 62 der Membran ist mit der Außenwand des unteren Randteils 71 des Rohrkörpers 51 durch einen undehnbaren Metallring 72 verbunden. Der Randteil 71

divergiert von der Achse der Kolbenstange 33 fort nach unten, so daß der Metallring 72 die Membran fest gegen den Rohrkörper drückt, wenn der Luftdruck in der Kammer 54 die Schleife 63 nach unten zwingt.

Der Randteil 71 des Rohrkörpers hat einen eingezogenen Teil 75, der dicht neben dem inneren Schenkel 61 der Membran liegt, wenn der Stoßdämpfer in der in F i g. 3 gezeichneten Lage, also zusammengedrückt, ist. Dieser eingezogene Teil 75 verhindert, daß sich die Schleife 63 der Membran beim Betrieb des Stoßdämpfers zwischen dem inneren Schenkel und dem Rohrkörper 51 bewegen kann.

Am Rohrkörper 51 ist ein Luftanschluß 76 vorgesehen. Der Stoßdämpfer 30 arbeitet in der üblichen Weise. Der Kammer 54 der Luftfeder 25 kann Luft zugeführt werden, um die Blattfedern beim Tragen der gefederten Masse des Fahrzeugs in der richtigen Höhe zu unterstützen. Der Druck der Luft in der Kammer kann hierzu entsprechend der Fahrzeugbelastung eingestellt werden.

Herrscht in der Kammer 54 bei Mittellage des Kolbens 32 Außendruck, so wird bei dessen oberer Endlage im Zylinder 51 in der Kammer 54 Unterdruck sein. In diesem Fall kommen die Schenkel 62 und 61 der Membran zur gegenseitigen Anlage und reiben gegeneinander. Außerdem ist dann der Krümmungsradius der Schleife 63 kleiner, wodurch gefährliche Spannungen in der Membran auftreten. Beide Umstände verringern die Lebenszeit der Membran.

Der Luftanschluß 76 ist daher mit einer Ventilanordnung 80 verbunden, die willkürlich geöffnet werden kann, um die Kammer 54 auf einen gewünschten Druck aufzuladen oder Luft aus dieser abzulassen, wenn der Druck auf einen bestimmten Wert fällt oder steigt, der so bemessen ist, daß in allen Lagen des Kolbens 32 im Zylinder 31 ein gegenseitiges Berühren der Schenkel 61 und 62 verhindert wird. Hierdurch wird die Abnutzung der Membran verringert.

Die Ventilanordnung 80 (F i g. 4) hat ein Gehäuse mit zwei einander gegenüberliegenden öffnungen 82 und 83 und eine zwischen diesen liegende Kammer 81. In der Öffnung 83 sitzt ein Rohranschluß 84 für das zur Luftkammer 54 führende Rohr des Luftanschlusses 76. Die Ventilanordnung hat ein erstes Ventil 85 in der Öffnung 82 und ein zweites Ventil 101, das in einer Erweiterung 100 der Kammer 81 liegt.

Das erste Ventil 85 hat einen Ventilkörper 86 mit Außengewinde, der in ein Gewinde 87 in der öffnung 82 eingeschraubt ist. Der Ventilkörper 86 enthält eine Büchse 88, die beim Einschrauben des Ventilkörpers eine Dichtung 89 gegen die Wand 90 der Öffnung 82 drückt. Ein Ventilschaft 91, der sich durch den Ventilkörper 86 und die Büchse 88 erstreckt, trägt einen beweglichen Ventilteller 92. Eine Feder 95, die zwischen einem Anschlag 96 des Ventilschaftes 91 und einer Schulter am unteren Ende der Büchse 88 gespannt ist, drückt den Ventilteller gegen einen Ventilsitz 93 am unteren Ende der Büchse 88, so daß die Bohrung 94 der Büchse 88 verschlossen ist.

Eine Abschlußkappe 97 ist auf ein Außengewinde 98 des Gehäuses der Ventilanordnung aufgeschraubt.

Wird die Ventilanordnung an eine Druckluftquelle angeschlossen, so bewegt die Luft den Ventilschaft 91 des ersten Ventils gegen die Kraft der Feder 95

Claims (1)

1. nach unten, so daß der Ventilteller 92 von dem Ventilsitz 93 abgehoben wird. Die Luft tritt in die Kammer 81 ein. Wird der Ventilschaft 91 willkürlich nach unten gestoßen, so kann Druckluft aus der Kammer 81 über das erste Ventil 85 entweichen.

   Das zweite Ventil 101 wird durch eine Druckdifferenz in einer Richtung geöffnet, so daß Luft zur Kammer 54 des Federbeines strömen kann. Es öffnet bei einer gewissen Druckdifferenz in entgegengesetzter Richtung gegen die Kraft einer Feder, um Luft aus der Kammer 54 entweichen zu lassen.

   Das zweite Ventil 101 hat einen beweglichen Ventilkörper mit einer nachgiebigen Gummischeibe 102, die ein mit der Öffnung 83 fluchtendes Loch 103 hat. Der Boden 104 des Ventilkörpers hat mehrere außerhalb der öffnung 83 liegende Löcher 105. Der Ventilkörper 101 a wird durch eine Feder 107 nach unten gedrückt, um die Gummischeibe 102 gegen einen ringförmigen Ventilsitz 106 zu halten. Der Ventilsitz 106 begrenzt eine Kammer 108 zwischen sich und der Öffnung 83.

   Wird das Fahrzeug hinten stark belastet, so daß das Heck des Fahrzeugs tiefer als sein Vorderteil liegt, so kann in die Kammer 54 der Luftfeder Luft eingeleitet werden, um das Heck zu heben. Hierzu wird die Abschlußkappe 97 entfernt und eine Druckluftquelle an die Öffnung 82 angeschlossen. Die Druckluft bringt den Ventilschaft 91 nach unten und der Ventilteller 92 hebt sich von seinem Ventilsitz 93 ab. Die Luft gelangt in die Kammer 81. Ist in dieser der Druck größer als in der Kammer 108, so bewirkt die Druckdifferenz am zweiten Ventil 101, daß sich die Gummischeibe 102 nach unten durchbiegt. Durch die Löcher 105 und 103 strömt dann die Luft zur Kammer 54 der Luftfeder.

   Der Fahrer kann durch Augenkontrolle der Lage des Fahrzeugs feststellen, wenn genügend Luft in die Kammer 54 eingelassen ist.

   Wird die Last am Heck des Fahrzeugs entfernt, so wird dieses durch die Luftfeder 25 angehoben. Die richtige Lage zum Vorderteil des Fahrzeugs kann dann durch Ablassen von Luft aus der Kammer 54 hergestellt werden. Hierzu wird der Ventilschaft 91 nach unten bewegt, um den Ventilteller 92 von seinem Ventilsitz 93 abzuheben. Der Druck in der Kammer 81 fällt dann, und der Druck aus dem Rohr des Luftanschlusses 76 wirkt auf die Unterfläche der Gummischeibe 102. Hierdurch wird der Ventilkörper gegen die Feder 107 nach oben bewegt, wobei sich die Gummischeibe 102 von ihrem Ventilsitz 106 abhebt. Die Luft aus der Kammer 54 kann dann durch die beiden Ventile entweichen. Ist der Druck in der Kammer 54 auf einen bestimmten Wert abgefallen, so ist die durch ihn bedingte Kraft auf die Gummischeibe 102 nicht mehr ausreichend, die Kraft der Feder 107 zu überwinden. Die Feder 107 bewegt den Ventilkörper nach unten, so daß die Gummischeibe 102 auf ihren Ventilsitz 106 zur Auflage kommt. Ob-

   gleich das erste Ventil 85 noch geöffnet ist, ist ein weiterer Abstrom von Luft aus der Kammer 54 unterbunden.

   Wird der Ventilschaft 91 freigegeben, bevor die Feder 107 die Gummischeibe 102 gegen ihren Ventilsitz 106 bewegt, so steigt der Druck in der Kammer 81. Dieser erhöhte Druck verringert die Druckdifferenz am zweiten Ventil und unterstützt die Feder 107, um den Ventilkörper und die Gummischeibe nach unten zu bewegen.

   Versuche haben ergeben, daß ein Druck von etwa 0,7 atü in der Kammer 54 der Luftfeder 25 im allgemeinen ausreicht, um zu verhindern, daß die Schenkel 61 und 62 der Membran bei normalem Betrieb des Stoßdämpfers gegeneinander zur Anlage kommen. Die Feder 107 ist daher so ausgelegt, daß sie den Ventilkörper nach unten bewegt, wenn der Druckunterschied am zweiten Ventil auf diesen Wert abfällt.

   Patentanspruch:

   Steuerventilanordnung für aus einem hydraulischen Stoßdämpfer und einer diesem parallelgeschalteten Rollbalg-Luftfeder gebildete hydropneumatische Federbeine für Kraftfahrzeuge zum willkürlichen Verbinden der Luftfedern mit einer Druckluftquelle oder der Außenluft, bestehend aus einem federbelasteten ersten Ventil und einem zu diesem gleichachsig angeordneten federbelasteten, doppeltwirkenden zweiten Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (85) in an sich bekannter Weise als willkürlich aufstoßbares Rückschlagventil ausgebildet ist und das zweite Ventil (101) eine ebene und nachgiebige Scheibe (102) mit einem Loch (103) in der Mitte und einen diese Scheibe tragenden Boden (104) enthält, der, durch eine Feder (107) belastet, das Loch (103) in der Scheibe verschließt und diese gegen einen Ventilsitz (106) drückt, der ein Ausbiegen des mittleren Teils der Scheibe mit dem Loch (103) vom Boden (104) weg gestattet, wenn ein Druckgefälle von der Kammer (81) zwischen beiden Ventilen zu den Kammern (54) der Luftfedern besteht, so daß ein Überströmen von Luft aus der Kammer (81) zwischen den Ventilen in die Kammern (54) der Luftfedern bereits bei geringem Druckgefälle möglich ist, während zum Überströmen von Luft in der Gegenrichtung eine größere, durch die Feder (107) bestimmte Druckdifferenz erforderlich ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Britische Patentschrift Nr. 840 649;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 939 326, 2 934 356,
   296, 2 856 198.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   709 679/334 10.67 Q Bundesdruckerei Berlin