DE2251090A1 - Pneumatische, insbesondere hydropneumatische federungsanlage fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

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18.10.1972 • 5/Kt

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Pneumatische, insbesondere hydro-pneumatische Federungsanlage für Eraftfanrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen gleicher Drucke in den hydro-pneumatischen bzw. pneumatischen Federelementen bzw. - gruppen einer Pendelachse von Kraftfahrzeugen mit hydraulischer bzw. pneumatischer Stabilisierung und getrennten, durch eigene Eegelventile gesteuerten Hydraulik- bzw. Pneumatikkreisen. Sie betrifft ebenso eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Federungsanlagen der eingangs bezeichneten Art mit hydraulischer bzw. pneumatischer Stabilisierung durch Gegenzylinder oder doppelt wirkende Kolbenstangenzylinder ergibt sich zwangsläufig je Federelement ein getrennter Kreis. Jede Verbindung zwischen den Kreisen würde die Wirkung der Stabilisierung wegen des dann möglichen Druckausgleiches aufheben.

Eine Niveauhaltung oder -regelung wie üblich durch Abtastung des Eahmen-Achsabstandes an allen vier Bädern bzw. Eadgruppen eines Kraftfahrzeuges für den jeweils zugehörigen Hydraulik- bzw. Pneumatikkreis ergibt bei unebenen Bodenverhältnissen keine fiuhelage des Fahrzeuges. Ein bei

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stehendem Fahrzeug z.B. höher stehendes Bad würde nach Ablauf der notwendigerweise eingebauten Verzögerung für sich alleine "auf regeln". Venn die Auf regelung erfolgt, wird zwangsläufig das diagonal gegenüberliegende Bad eine erhöhte Last tragen müssen, folglich einfedera und sich selbst das gleiche Kommando geben müssen, so daß letztlich das Fahrzeug auf zwei diagonal gegenüberliegenden Bädern zu stehen kommt. Die beiden anderen Bäder sind mehr oder weniger entlastet, federn demgemäß aus und geben für sich das Kommando "Abregein", wobei schließlich wenigstens eines von beiden völlig entlastet wird. Im allgemeinen Fall wird sich das Fahrzeug nach einer Seite neigen, worauf diese Seite für sich wiederum Aufregel-Kommando gibt usw., bis die für den Fall des stehenden Fahrzeugmotors im Hauptspeicher auf Vorrat gehaltene Energie durch fortgesetzte unnütze Begelvorgänge verbraucht ist. Der gleiche Vorgang spielt sich auch bei fahrendem Fahrzeug ab mit dem Unterschied, daß es während der Fahrt durch die ständigen Badlastsohwankungen und dadurch wechselnden Sinfederungen nicht zu einem völligen, sondern nur zu einem teilweisen Druckabbau in einem und dem ihm diagonal gegenüberliegenden Federelement kommt.

Aus den oben dargestellten Gründen ist man gezwungen, der Niveauhaltung bzw. -regelung die Form einer Dreipunktauflage zu geben, d.h. die Anordnung der Niveaufühler so zu treffen, daß zwei von den erforderlichen vier Segel ventilen eine gemeinsame Abtaststelle haben, daß z.B. an einer Achse die Niveaufühler möglichst weit außen rechts und links angebracht sind, damit von hier aus die achsenparallele Stellung und die Niveauhaltung des Fahrzeuges bestimmt wird, an der anderen Achse dagegen die Niveauhaltung allein nur an einem Punkt in der Mitte der Achse abgetastet wird, damit eine etwaige Seitenneigung des Fahrzeuges auf die Niveauhaltung der

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zu dieser Achse gehörigen Federelemente keinen Einfluß hat. Damit hat das Fahrzeug, ähnlich einem Ackerschlepper, eine feste Achse und eine Pendelachse.

Die Ausbildung einer Achse als Pendelachse mit Hiveauabtastung in Achsmitte und getrennten Druckmittelkreisen für jede Badgruppe ist jedoch nur möglich, wenn dafür gesorgt wird, daß in den beiden Druckmittelkreisen gleiche Drucke herrschen* Eine Verbindung der beiden Kreise ist wie eingangs erwähnt deshalb nicht möglich, weil damit die Stabilisatorwirkung verloren gehen würde. Eine theoretisch denkbare totale Abdichtung der beiden Kreise ohne die Gefahr von Leckagen führt ebenfalls nicht zum Ziel, da außer den zufälligen im Augenblick der Btgelung in den beiden Federelementen vorhandenen Druckdifferenzen auch die Temperaturdifferenzen mit ihrem Einfluß auf Viskosität und Volumen der ein- bzw. ausgeschleusten ölmengen-einen Einfluß haben. Diese Temperaturdifferenzen können beispielsweise durch einseitige Sonneneinstrahlung verursacht werden. Es muß daher ein zusätzlicher Ausgleich geschaffen werden, der, wie für eine Pendelachse ohne individuelle für jedes Bad getrennte Niveauregelung erforderlich, gleiche oder annähernd gleiche Drucke in den Federelementen dieser Achse herstellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß abhängig vom Druckverhältnis der beiden Hydraulik- bzw. Pneumatikkreise, die Begelventile für die beiden Ereise selbsttätig so gegeneinander verstellt werden, daß bei Betätigung der Federung durch Verstellung der Ventilöffnungezeiten gegeneinander eine Druckengleichung der beiden Xreiee erzielt wird, worauf die Verstellung rückgängig gemacht wird und die Begelventile eynchron arbeiten.

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Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung realisiert, wobei eine federnd in Kittelstellung gehaltene doppelt wirkende Kolben-Zylindereinheit vorgesehen ist, die, beaufschlagt von den Drucken der beiden Hydraulikbzw. Eneumatikkreise,ein Verbindungsgestänge zwischen einem in Achsmitte befestigten Niveaufühler und den beiden Eegelventilen so verstellt, daß die Begelventile im Sinne einer Druckangleichung der beiden Kreise bei Betätigung der Federung den Kreis mit dem höheren Druck beim Abregein eher öffnen bzw. den Kreis mit dem niedrigeren Druck beim Aufregeln eher mit dem Druckmedium versorgen. Vorzugsweise weist das Verbindungsgestänge einen zweiarmigen Hebel auf, dessen eines freies linde mit dem Niveaufühler und dessen anderes freies Ende über zwei schwenkbar mit dem Ende verbundene Stangen mit den Eegelventilen gekoppelt ist und das Ende der Kolbenstange der Kolben-Zylindereinheit den Drehpunkt des zweiarmigen Hebels bildet, wobei die Anordnung der Stangen so getroffen ist, daß in Mittelstellung des Kolbens das Gestänge symmetrisch zu einer Mittellinie ausgerichtet ist und bei Anlage des Kolbens an je einer der Zylinderenden die Steuerschieber der Hegelventile um einen bestimmten Betrag gegeneinander versetzt sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw· der Vorrichtung ist es möglich, eine hydraulische bzw. hydro-pneumatische Federung, insbesondere für Lastkraftwagen oder Busse zu schaffen, die hydraulisch bzw. pneumatisch stabilisiert ist und eine stabile Lage des Kraftfahrzeugs im Stand und während des Fahrens durch Ausbildung einer Achse als Pendelachse gewährleistet.

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Nächstehend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

I"ig. 1 ein Schaltbild der Druckmittelkreise für Vorder- und Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, wobei Bäder mit den dazugehörigen Schwinghebeln in die Zeichenebene geklappt sind}

]?ig. 2 die doppelt wirkende Kolben-Zylindereinheit und das Verbindungsgestänge zu den Regerventilen für den FaIl P₁ > P₂i

Fig. 3 die doppelt wirkende Kolben-Zylindereinheit und das Verbindungsgestänge zu den Regelventilen für den Fall P₁^P₂;

Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 handelt es sich um eine hydro-pneumatische Federung, wobei das Druckmittel aus einem Hauptspeicher 13 beispielsweise mit 200 Atmosphären, die von einer Pumpe 14 aufgebracht werden und mit Hilfe eines Überlaufventils 15 überwacht werden, über Rückschlagventile 16 den jeweiligen Hydraulikkreisen zugeführt wird. Bei dem Hauptspeicher für die Hydraulikflüssigkeit handelt es sich um solche bekannter Bauart, wobei die Hydraulikflüssigkeit durch eine Membran von unter ^vDruck stehendem Stickstoff getrennt ist. Der Druck im Hauptspeicher kann zwischen 60 Atmosphären Tbrspannung und 200 Atmosphären Betriebsdruck schwanken.

Jedes Rad 17 ist über Schwinghebel 18, die mit ihrer Achse 19 am Rahmen befestigt sind, mit den Federungselementen 20 verbunden. Die Federungselemente bestehen aus einer Kolben-

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Zylindereinheit, wobei der Zylinderraum mit einem Druckspeicher 21 über Drosselöffnungen oder Ventilanordnungen verbunden ist. Gleichzeitig ist der Schwinghebel fest mit einem Gegenzylinder, dem sogenannten Stabilisator verbunden, dessen Zylinderraum von dem Hydraulikkreis des anderen Bades beaufschlagt wird. Durch die Stabilisatoren wird die Bewegung der beiden Bäder elastisch gekoppelt und so eine Aufschaukelung von Schwingungen um die Längsachse des Fahrzeuges vermieden.

Der rechts vom Hauptspeicher dargestellte Teil der Fig. 1 bezieht sich auf die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges und ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung . Der links vom Hauptspeicher liegende Teil der Fig. 1 zeigt die Hydraulikkreise der Pendelachse und ist Gegenstand der Erfindung.

Jeder der getrennten Hydraulikkreise 1, 2 ist von einem Begelventil 3 bzw. 4 mit Steuerschiebern 12 geregelt. Die Steuerschieber können in einem Zylinder so verschoben werden, daß der betreffende Hydraulikkreis entweder mit der Zuleitung vom Hauptspeicher oder der Ableitung über ein Drosselventil 23 zum drucklosen Reservoir 24 verbunden wird. Eine in die Ableitung eingebaute Ventilanordnung ist ebenfalls nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Steuerschieber der Begelventil e verschließen in ihrer Mittelstellung sowohl Zulauf als auch Ablauf zu den Hydraulikkreisen, so daß die Federkonstante der Federelemente in diesem*Zustand gleichbleibt.

Bei zunehmender Belastung des Fahrzeugs und damit abnehmendem Abstand zwischen Rahmen und Achse verschiebt der Niveaufühler 7 über das Verbindungsgestänge 6 die beiden Steuerkolben 12 der Begelventile so, daß die Hydraulikkreise zur gleichen Zeit mit dem Druckmittel verbunden werden, wodurch

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die jeweiligen Drücke so lange erhöht werden, bis der ursprüngliche Abstand Rahmen - Achse wiederhergestellt ist und die Zuleitungen wieder geschlossen sind. Bei abnenmender Belastung des Fahrzeuges durch statische oder dynamische Lasten zieht der Niveaufühler 7 cLie Steuerkolben über das Verbindungsgestänge 6 aus der Mittelstellung in eine Lage, wo die Hydraulikkreise mit dem Ablauf verbunden sind und der Druck in den Hydraulikkreisen sinkt so lange ab, bis der ursprüngliche Abstand Rahmen - Achse wiederhergestellt ist. In diesem Zustand hat der Steuerkolben wieder Ableitung als auch Zuleitung verschlossen.

Die geschilderte Funktionsweise setzt voraus, daß die Drucke im Hydraulikkreis 1 und 2, P,- bzw. Pp gleich sind. Da keine gesonderte Niveauregelung für jedes Rad vorgesehen ist, wird die gleiche Federcharakteristik für das linke und rechte Vorderrad nur bei Gleichheit der Drucke in den jeweiligen Hydraulikkreisen vorliegen. Infolge unvermeidlicher Leckagen in den Kolben-Zylindereintieiten, bztj» infolge unterschiedlich eingeregelter Mengen sowie 'femperaturdifferenzen lassen sich jedoch Druckdifferenzen zwischen den beiden Kreisen nicht völlig verhindern. Um diese Druckdifferenzen möglichst schnell abzubauen, ist an das Verbindungsgestänge 6 eine doppelt wirkende Kolben-Zylindereinheit 5 angeschlossen, die durch eine Feder in Mittelstellung gehalten wird. Das Ende der Kolbenstange dieser Einheit verstellt einen zweiarmigen Hebel 8 aus seiner Symmetrielage je nach dem Druckverhältnis zwischen P^. und P2 so, daß die Verbindungsstangen 9 zu den Steuerschiebern der Regelventile unterschiedliche effektive Längen bekommen, was zur Folge hat, daß die Regelventile nicht mehr synchron arbeiten, sondern mit einer gewissen zeitlichen Verschiebung.

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Wenn beispielsweise P^ größer ist als P2» wird· sich ein Zustand gemäß Fig. 2 einstellen, d.h. der Kolben 11 der Kolben-Zylindereinheit 5, wird sich an die rechte Zylinderwandung anlegen, und das Verbindungsgestange 6 nach rechts verschieben, wodurch sich die Verbindungsstange 9 zum Kegelventil 3 gegenüber der Verbindungsstange 9 zum Hegelventil 4-relativ verkürzt. Das hat zur Folge, daß bei einer Abregelung der Kreis 1 zuerst mit der Ableitung verbunden wird und bei einer Aufregelung der Kreis 2 zuerst mit der Zuleitung verbunden wird, wodurch sich nach einigen Segelvorgängen die Drucke der beiden Kreise wieder angleichen, und der Kolben 11 sich wieder in die in Fig. 1 gezeigte Mittelstellung bewegt. In der Mittelstellung ist das Verbindungsgestänge 6 symmetrisch zu beiden Regelventilen ausgerichtet, wodurch diese synchron betätigt werden.

Wenn der Druck P^ kleiner ist als P«» wird sich die in Fig. 3 gezeigte Lage der beiden Steuerschieber einstellen, d.h. bei einem Abregelvorgang wird zuerst der Kreis 2 mit der Ableitung verbunden und bei einem Aufregelvorgang zuerst der Kreis 1 mit der Zuleitung verbunden.

Um eine Verschiebung des Verbindungsgestänges 6 durch den Niveaufühler 7 nach oben bzw. unten zu ermöglichen, ist die Kolben-Zylindereinheit 5 em. einem Ende schwenkbar befestigt. Die Mittelstellung des Kolbens 11 wird durch eine in beiden Verschiebungsrichtungen wirkende Feder sichergestellt. Die eine Endlage der Feder ist in Fig. 2 gezeigt, die andere in Fig. 3- Durch die Vorspannung der Feder wird ein stabiles Verhalten der Regelung sichergestellt, indem diese erst oberhalb einer bestimmten Druckdifferenz zwischen den beiden Kreisen 1 und 2 einsetzt.

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Stabilisator 22 anstatt,wie in Fig. 1 gezeigt, als Gegenzylinder auch in eine einzige doppelt wirkende Kolben-Zylindereinheit integriert werden.

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Claims (3)

1. Ansprüche

   Verfahren zum Herstellen gleicher Drücke in den hydroeumatisehen bzw. pneumatischen Federelementen bzw. -gruppen einer Pendelachse von Kraftfahrzeugen mit hydraulischer bzw. pneumatischer Stabilisierung und getrennten, durch eigene Regelventile gesteuerten Hydraulik- bzw. .tfneumatikkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom Druckverhältnis der beiden Hydraulik- bzw. Fneumatikkreise fl, 2)die Regelventile (3) 4) für die beiden Kreise selbsttätig so gegeneinander verstellt werden, daß bei Betätigung der Federung durch Verstellung der Ventilöffnungszeiten gegeneinander eine Druckangleichung der beiden Kreise erzielt wird, worauf die Verstellung rückgängig gemacht wird und die Regelventile synchron arbeiten.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine federnd in Mittelstellung gehaltene doppelt wirkende Kolben- Zylindereinheit (5) vorgesehen ist, die, beaufschlagt von den Drucken der beiden Hydraulik- bzw. Pneumatikkreise (1, 2), ein Verbindungsgestänge (6) zwischen einem in Achsmitte befestigten Niveaufühler (7) und den beiden Regelventilen (3» 4·) so verstellt, daß die Regelventile im Sinne einer Druckangleichung der beiden Kreise bei Betätigung der Federung den Kreis mit dem höheren Druck beim Abregein eher öffnen bzw. den Kreis mit dem niedrigeren Druck beim Aufregeln eher mit Druckmedium versorgen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsgestänge (6) einen zweiarmigen Hebel (8) aufweist, dessen eines freies Ende mit dem Niveaufühler (7) und dessen anderes freies Ende über zwei schwenkbar mit dem Ende

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   verbundene Stangen (9) mit den Regelventilen (3, 4) gekoppelt ist und das Ende der Kolbenstange (10) der Kolben-Zylindereinheit (5) den Drehpunkt des zweiarmigen Hebels (8) bildet, wobei die Anordnung der Stangen so getroffen ist, daß in Mittelstellung des Kolbens (11) das Gestänge (6) symmetrisch zu einer Mittellinie ausgerichtet ist und bei Anlage des Kolbens (11) an je einer der Zylinderwandungen Steuerschieber (12) der Regelventile (3, 4) um einen bestimmten Betrag gegeneinander versetzt sind.

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