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Hydropneumatische Federung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Dis Erfindung
bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung, insbesondere für Kraftfahrzeugs,
bei der mindestens ein selbst pumpandes und niveauregelndes hydropneumatisches Federelement
eine Hochdruckkammer und eine als Vorratsraum dienende Niederdruckkammer aufweist,
wobei eine veränderliche Traglast des Federelementes von dem geregelten Druck der
Hochdruckkammer abhängig ist, wobei im abgeregelten Zustand in der Hochdruckkammer
und der Niederdruckkammer gleicher Druck herrscht und im abgeregelten Zustand ein.
dem Leerzustand des Fahrzeuges zugeordnete Traglast des Federelementes, die sogenannte
"Grundlast" durch den Druck der Niederdruckkammer bestimmt ist.
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Wird eine derartige Federung mit Federelementen nach den deutschen
Patentschriften 1 135 779 oder 1 254 031 realisiert, wobei diese meist in teiltragender
Weise mit mechanischen Federn kombiniert sind, so lassen sich die Federungseigenschaften
eines Kraftfahrzeuges hinsichtlich eines unabhängig von der Belastung gleichen Niveaus
und hinsichtlich einer Anpassung der Federrate der Federung an die Belastung optimal
gestalten. Zugleich tritt die Pumparbeit des oder der Federelemente, die im abgeregulten
Zustand klein, im aufgeregelten Zustand groß ist, als echte lastabhängige Dämpfung
in Erscheinung, wenn im Nivssubereich Pumparbeit geleistet und durch Abströmen von
Ö1 durch Rugslörrnungsn wieder vernichtet wird.
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In Bezug auf diese lastabhängige Dämpfung sind Federungen mit derartigen
selbstpumpenden, niveeuregelndsn Federelementen anderen geregelten, z.8. fremdgespeisten
hydropneumatischen Federungen nach der schweizerischen Zeitschrift ,,Automobil Revue"
Nr. 30 vom 9. Juli 1958, weite 19, wo die hydropneumatische Federung der französischen
Firma Citroen beschrieben ist, überlegen, die keine lastabhängige Dämpfung aufweisen.
Eine lastabhängige Dämpfung ist jedoch einmal mit zunehmender Last an sich und außerdem
mit zunehmender Federrate erforderlich, die bei zunehmender Last wUnschenswert ist.
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Die selbstpumpenden niveauregelnden Federelemente sind mit dem Nachteil
behaftet, daß zum Hochregeln eines durch volle Zuladung abgesunkenen Fahrzeugaufbaus
erst eine gewisse Regelstrecke von 300 bis 000 m zurückgelegt werden muß, innerhalb
der die entsprechende Ölmenge aus der Niederdruckkammer in die Hochdruckkammer der
Federelemente gepumpt und der Fahrzeugaufbau auf Niveau gehoben wird.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, eine hydropneumatische
Federung mit selbstpumpenden, niveauregelnden Federelementen wegen deren guten Eigenschaften,
insbesondere der lastabhängigen Dämpfung auch für die Fälle anwenden zu können,
in denen der aufgezeigte Mangel einer Regelstrecke nicht zumutbar ist. Die Lösung
der Aufgabe besteht derin, daß die Grundlast des Federelementes durch Erhöhung des'Druckes
in der Niederdruckkammer gesteigert wird. Zur Steigerung der Grundlast kann das
Volumen des Druckmittels - des Öles oder des Gases - in der Niederdruckkammer vergrößert
und zur Senkung der Grundlast wieder verringert werden. Bei Vergrößerung des Druckmittelvolumens
in der Niederdruckkammer strömt Druckmittel durch zwischen Niederdruckkammer und
Hochdruckkammer vorgesehene und als Ein- und Auslaßventile der Pumpe des Federelementes
wirksame Rückschlagventile aus der Niederdruckkammer in die hochdruckkammer, bis
der Druck in der Hochdruckkammer gleich dem erhöhten Druck der Niederdruckkammer
ist.
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Die Steigerung der Grundlast kann auch bei Stillstand des Fahrzeugs
erfolgen, eo daß der Nachteil einer Regelstrecke vorteilhafterweise
entfällt,
wenn die gesteigerte Grundlast den Aufbau auf Niveau hebt.
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Die VergröBerung des Druckmittelvolumens kann durch Zufuhr von Wärme
und damit verbundene Ausdehnung des Druckmittels selbst oder eines Speichervolumens
oder durch Einführung von Druckmittel in die Niederdruckkammer erfolgen.
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Zur Einführung von Druckmittel kann eine Pumpeinrichtung vorgesehen
werden, die in Abhängigkeit von Schaltknöpfen oder Niveaugebern manuell oder motorisch
betätigt wird und Druckmittel aus einem Behälter in die Niederdruckkammer fördert.
Zweckmässig wird die eingeführte Druckmittelmenge in kurzem zeitlichen Abstand gesteuert
oder ungesteuert bis auf den ursprUnglichen oder einem anderen Wert wieder abgelassen.
Dabei besteht der Vorteil, daB die eingeführte Druckmittelmenge nicht genau dosiert
werden muß. Ist nämlich der infolge Beladung abgesunkene Fahrzeugaufbau nach Beendigung
der Grundlaststeigerung nicht voll auf Niveau gehoben, so wird das Niveau bei nachfolgendem
Fahren in von den Insassen kaum wahrgenommener Weise mit Sicherheit von den selbstpumpenden
Federelementen hergestellt. Ist der Fahrzeugaufbau nach Beendigung der Grundlaststeigerung
bereits über Niveau gehoben, so wird das Niveau durch die Abregelfunktion der Federelemente
hergestellt, sobald die Grundlast wieder gesenkt ist.
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Bei der aus der deutschen Auslegeschrift 1 205 846 bekannten hydropneumatischen
Federung mit selbstpumpenden, niveauregelnden Federelementen ist vorgesehen, daß
der Federarbeitsreum eines jeden Federelementes über einen Hahn abschaltbar mit
einer durch den Fahrzeugmotor angetriebenen Zentralflüssigkeitspumpe verbunden ist.
Die Federelemente weisen als Niederdruckkammer einen drucklosen nach außen offenen
Vorratsbehälter auf, in dem keine Drucksteigerung durch Einführen von Druckmittel
möglich ist. Die bekannte Federung konnte daher nicht Lehre für die Erfindung sein.
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Die Federung nach der Erfindung läßt sich besonders einfach verwirklichen,
wenn ein Zuschaltraum vorgesehen ist, mit dem die Niederdruckkammer in gedrosselter
Verbindung steht und zur Steigerung der Grundlast durch Pumpeinrichtungen Druckmittel
aus dem Zuschaltraum unter Absenkung des Druckes im Zuschaltraum in die Niederdruckkammer
gefördertrird. Nachdem ein auf niedrigem Niveau stehender Fahrzeugaufbau auf diese
Weise durch Steigerung der Grundlast unter Erhöhung des Druckes in der Hochdruckkammer
gehoben und die Betätigung der Pumpeinrichtung beendet ist, kann der Druck in der
Niederdruckkammer wieder bis zur Druckgleichheit mit dem Zuschaltraum sinken, wobei
eine erhöhte Traglast des Federelementes erhalten bleibt, da der Abfluß von Öl aus
der Hochdruckkammer in die Niederdruckkammer durch die erwähnten Rückschlayventile
gesperrt ist und der erhöhte Druck in der Hochdruckkammer erhalten bleibt. Der Aufwand
für eine Pumpeinrichtung kann sehr klein gehalten werden, wenn sie in einer elektromagnetischen
Pumpe besteht, die in einer Verbindungsleitung von dem Zuschaltraum zur Niederdruckkammer
angeordnet ist.
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Für Fahrzouge, die nur selten voll beladen werden» so daß die Forderung
einer Steigerung der Grundlast nur selten besteht, kann der Zuschaltraum in einer
einfachen mit hohem Druck gefüllten Druckkapsel bestehen, die bei Bedarf mit der
Niederdruckkammer in Verbindung gebracht wird. Weitere Merkmale der Erfindung gehen
aus den Ansprüchen hervor.
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Auf der Zeichnung sind AusfGhrungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigen Fig. 1 eine Federung einer Fahrzeugachse mit zwei Federelementen,
deren Niederdruckkammer mit einem Zuschaltraum in Verbindung steht» Fig. 2 ein Federelement,
dessen Niederdruckkammer mit einer Druckkapsel verbindbar ist.
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Nach Fig. 1 tragen unabhängig aufgehängte Räder 1 und 2 einer Fahrzeugachse
die anteilige Last eines Fahrzeugaufbaus 3, der durch hydropneumatischs Federelemente
4 und 5 zusammen mit Schraubenfedern 6 und 7 gegenüber den Rädern 1 und 2 abgefedert
ist. Das linke, geschnitten dargestellte Federelement 4 ist ein selbstpumpendes
und niveauregelndes hydropneumatisches FedeXiement. Es weist eine Hochdruckkammer
8 und eine Niederdruckkammer 9 auf. Die Hochdruckkammer 8 ist durch eine elastische
Membran 10 in einen mit gespanntem Gas gefüllten Gasraum 11 sowie einen Ölraum 12
unterteilt und mit einem digefüllten, durch einen Deckel 17 und einen Boden 18 abgeschlossenen
Arbeitszylinder 13 über Öffnungen 14 und/oder 15 verbunden. In den Arbeitszylinder
13 taucht eine mittels eines Dichtringes 19 im Deckel 17 gedichtete Kolbenstange
16 ein und erzeugt Federkräfte gegen den Druck des Gasraumes 11. Das äuBere Ende
20 der Kolbenstange 16 ist mit einer Schwingachse 21 des Rades 1 verbunden. Der
Boden 18 weist einen hohlen Befestigungsstift 30 auf und ist mit dem Fahrzeugaufbau
3 verbunden.
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Ein mit dem inneren Ende der Kolbenstange 16 fest verbundener Arbeitskolben
22 ist mit Dämpfungsventilen 23 und 24 versehen und unterteilt den Arbeitszylinder
13 in einen unteren Arbeitsraum 25 und einen oberen Arbeitsraum 26. Der bei Hubbewegungen
des Arbeitskolbens 22 dem Ölfluß zwischen den Arbeitsräumen 25 und 26 entgegengesetzte
Widerstand erzeugt Dämpfungskräfte des Arbeitskolbens 22 mittels der Dämpfungsventile
23 und 24.
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In einen Hohlraum 27 der Kolbenstange 16 taucht eine durch eine 27
Steuerhülse 28 gegenüber dem Hohlraulmgedichtste Pumpenstange 29, die gelenkig und
dicht am Boden 18 befestigt ist. Die Pumpenstange 29 ist rohrförmig gestaltet und
ihr Innenraum 32 steht am oberen Ende 31 durch den Befestigungsstift 30 hindurch
mit der Niederdruckkammer 9 in Verbindung. Der Innenraum 32 steht außerdem mit dem
Hohlraum 27 der Kolbenstange 16 durch ein Einlaßventil 33 und mit dem Arbeitsraum
26 durch eine Regelöffnung 34 in Verbindung, die bei Hubbewegungen im gezeichneten
Nivsaubereich abwechselnd von einer Steuerkante 35 der Stsuerhülse 28 freigegeben
oder geschlossen wird.
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Bei einem Ausfederhub des Federelementes 4 erfolgt ein Saughub der
Pumpenstange 29 mit Füllung des Hohlraumes 27 aus der Niederdruckkammer 9 durch
das EinlaBventil 33, Bei einem Einfederhub des Federelementes 4 erfolgt ein Druckhub
der Pumpenstange 29 mit Entleerung des Hohlraumes 27 in den Arbeitsraum 26 durch
die sich als AuslaBventil von einem Sitz 37 hebende Steuerhülse 28, deren SchlieB-bewegung
durch eine Feder 36 erfolgt. In dem Hubbereich, in dem die Regelöffnung 34 von der
Steuerkante 35 freigegeben ist, erfolgt Abströmen von Öl aus dem Arbeitsraum 26
in die Niederdruckkammer 9, solange der Druck in der Hochdruckkammer 8 größer ist
als der Druck in der Niederdruckkammer 9.
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Die Arbeitsweise des Federelementes 4 hinsichtlich der Regelvorgänge
bei Zunahme oder Abnahme der Belastung des Fahrzeugaufbaus 3 wird unter Hinweis
auf die schon erwähnte Patentschrift 1 254 031 als bekannt vorausgesetzt.
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Die Niederdruckkammer 9 ist durch eir elastische Membrane 40 in einen
mit gespanntem Gas gefüllten Gasraum 41 und einen Ölraum 42 unterteilt, der in beschriebener
Weise mit dem Innenraum 32 der Pumpenstange 29 in Verbindung steht. Im abgeregelten
Zustand des Federelementes 4 bestimmt der Druck in der Niederdruckkammer die Höhe
der eingangs definierten, vom Federelement 4 getragene Grundlast.
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Die Niederdruckkammer 9 ist über eine Leitung 43 an einen Zuschaltraum
44 angeschlossen, wobei eine direkte Verbindung durch eine kleine Drosselöffnung
45 besteht, die sperrbar ausgebildet sein kann.
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Eine bedarfsweise zugeschaltete Pumpeinrichtung 46 fördert Öl aus
dem Zuschaltraum 44 in die Leitung 43 und weiter in den Ölraum 42 der Niederdruckkammer
9. Hierbei wird der Druck in der Niederdruckkammer 9 erhöht und der im Zuschaltreum
44 abgesenkt. Zugleich strömt 01 aus der Niederdruckkammer 9 durch das Einlaßventil
33 und die sich von ihrem Sitz 37 hebende Steuerhülse 28, gegebenenfalls auch durch
eine freigegebene Regelöffnung 34 in den Arbeitsraum 26 und erhöht den Druck in
der Hochdruckkammer 8, womit eine Steigerung der Grundlast
des Federelementes
4 erzielt wird. Die höchstmögliche Grundlaststeigerung ist erreicht, wenn aus dem
Zuschaltraum 44 alles zur Verfügung stehende 01 in die Niederdruckkammer 9 gepumpt
ist.
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Die Förderung von 01 mittels der Pumpeinrichtung 46 wird unter brochen,
sobald die Grundlast auf eine gewollte Höhe gestiegen ist.
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Bei stehender Pumpeinrichtung 46 stellt sich über die Drosselöffnung
45 Druckgleichheit in der Niederdruckkammer 9 und dem Zuschaltraum 44 ein, ohne
das ein höherer Druck der Hochdruckkammer sich über das als Rückschlagventil sperrende
Einlaßventil 33 abbauen kann.
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Die Niederdruckkammer 49 des rechten Federelementes 5 ist über eine
Leitung 47 mit der Niederdruckkammer 9 kurzgeschlossen. Im Zuschaltraum 44 sind
Ölraum 48 und Gasraum 50 durch eine Membrane 51 getrennt.
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In der Niederdruckkammer 49 ist zur Andeutung der Gleichwertigkeit
eine freie Oberfläche 52 zwischen Ölraum 53 und Gasraum 54 gezeichnet.
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Die Niederdruckkammer 9 kann ganz mit Öl gefüllt sein, wobei die Niederdruckkammer
durch den Druck d-s G6; tu<5t des Zirhaltraumes 44 belastet ist. Auch dann erfolgt
ei ,ueiegeruny dmr n;undlast durch Förderung von Druckmittel aus dem Zuschaltraum
44 in die Niederdruckkammer, die hierbei zu einem Raum 55 innerhalb des Federelementes
4 zusammenschrumpfen kann. Die Regelvorgänge des Federelementes 4 selbst verlaufen
in unveränderter Weise; wobei Volumenaustausch zwischen Niederdruckkammer und Zuschaltraum
durch die Drosselöffnung 45 und/oder die Pumpeinrichtung 46 möglich ist.
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Wenn im Zuschaltraum 44 Gas und Öl nicht voneinander getrennt werden,
kann die Pumpeinrichtung 46 Öl und/oder Gas in die Niederdruckkammern 9 und 49 fördern,
ohne daB der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Unter entsprechender Verlegung der Leitung 43 kann auch Öl und/oder
Gas aus einem Zuschaltraum in den Gasraum 41 einer Niederdruckkammer Y gefördert
werden. Bei Gasförderung ist das höchstmögliche Druckverhältnis des Druckes vor
einem Gaaverdichter anstelle der Pumpeinrichtung 46 zu dem Druck nach dem Gasverdichter
in aus dem Verdichterbau
bekannter Weise durch den schädlichen Raum
des Verdichters bestimmt.
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Durch entsprechende Wahl der Größe des schädlichen Raumes kann ein
gewolltes höchstmögliches Druckverhältnis festgelegt werden.
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Gemäß Fig. 2 weist die Niederdruckkammer 209 eines Federelementes
204, das in seinem Aufbau dem Federelement 4 der Fig. 1 entsprecheh möge, einen
durch ein Rückschlagventil 260 nach außen abgedichteten Druckstutzen 261 auf, der
durch eine Verschraubung 262 mit einer Druckkapsel 244 verbindbar ist. In die vorzugsweise
kleine Druckkapsel 244 ist hochgespanntes Gas durch ein Rückschlagventil 263 in
der Verschraubung 262 eingefüllt. Beim Aufschrauben der Druckkapsel 244 auf den
Druckstutzen 261 wird das Rückschlagventil 263 aufgestoßen und eine nach außen dichte
Verbindung der Druckkapsel 244 mit dem Gasraum 241 der Niedebrdruckkammer 209 hergestellt.
Die beispielsweise mit 200 at gefüllte Druckkapsel 244 wird dabei in die einen Druck
von beispielsweise 25 at aufweisende Niederdruckkammer 209 entleert und der Druck
im Federelement 204 auf beispielsweise 60 at erhöht, wodurch die Grundlast auf den
2,4 fachen Wert gesteigert werden kann, wenn der Fahrzeugaufbau bei hoher Beladung
abgesunken ist.
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Der Gasrau-m 241 der Niederdruckkammer 209 weist einen weiteren Stutzen
264 mit einem durch eine Feder\ belasteten Druckhalteventil 265 auf, dessen Haltedruck
auf dem der normalen Grundlast zugeordneten Druck von beispielsweise 25 at eingestellt
ist. Die Feder 267 stützt sich andererseits an einem den Austritt von Gas sperrenden
fQückschlagventil 266 ab, das mittels eines Stiftes 268 aufstoßbar ist. Durch Betätigung
des Stiftes 268 kann aus dem Gasraum 241 Gas bis auf den Haltedruck abgelassen werden,
um andere oder die ursprünglichen Grundlastverhältnisse hv?r7ustellen. Besteht ernout
die Forderung, die Grundlast zu steigern, so wird di verbrauchte D'uckkapsel abgeschraubt
und eine @@@@ Druckkapsel aufgeschrauraucht.
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Bei der Ausbildung der Erfindung gemäß Fig. 1 mit einer zum Teil mit
Gas und zum Teil mit Ö1 gefüllten Niederdruckkammer kann ein ganz mit 01 gefüllter
Zuschaltraum 44 vorgesehen werden, wobei ein bei Betätigung der Pumpeinrichtung
46 entstehendes Vakuum im Zuschaltraum durch Freiwerden von im Öl gelöstem Gas aufgefüllt
werden kann.
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Der Zuschaltraum 44 gemäß Fig. 1 kann als Zylinder mit einem z.B.
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mittels einer Schraubspindel vor- und zurückschiebbaren Kolben ausgebildet
sein, wobei eine Pumpeinrichtung 46 entfallen kann.
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Bei Verwendung eines Federelementes, bei dem, wie aus der schon genannten
deutschen Patentschrift 1 135 779 bekannt, ein dichter Stufenkolben mit einer Hochdruckkammer
und einer Niederdruckkammer in Verbindung steht und die Tragfähigkeit sich als Differenz
der hydraulischen Kräfte auf die Ober- und die Unterseite des Stufenkolbens ergibt,
tritt nach beendeter Grundlaststeigerung durch Erhöhung des Druckes in der Niederdruckkammer
in besonders vorteilhafter Weise eine weitere Traglaststeigerung ein, sobald der
Druck in der Niederdruckkammer wieder sinkt und damit auch die hydraulische Kraft
auf die mit der Niederdruckkammer in Verbindung stehende Seite des Stufenkolbens
sinkt.