DE3034103A1

DE3034103A1 - Pneumatischer oder hydropneumatische kraftfahrzeugaufhaengung

Info

Publication number: DE3034103A1
Application number: DE19803034103
Authority: DE
Inventors: Roberto San Bonifacio Verona Perlini
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1980-09-11
Publication date: 1981-04-30
Also published as: US4915364A; CS665780A2; JPS5663146A; BR8005507A; BE885066A; IT1119229B; YU42518B; CA1141787A; DE3034103C2; AR223893A1; CS268505B2; IT7969018A0; GB2060814A; YU242480A; SE8006441L; SE444541B; FR2467719A1; GB2060814B; JPS6118059B2; FR2467719B1

Description

Roberto Perlini, Corso Venezia 93, 370^7 S.Bonifacio (Verona), Italien

"Pneumatische oder hydropneumatische Kraftfahrzeugaufhängung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine pneumatische oder hydropneumatische Kraftfahrzeugaufhängung, insbesondere für schwere Kraftfahrzeuge wie Lastwagen, Erdbewegungsmaschinen u.dgl.

Ausser den herkömmlichen Kraftfahrzeugaufhängungen, die aus Blatt- oder Schraubenfedern von gleichbleibender Steifigkeit unter allen Belastungsverhältnissen bestehen, sind auch bereits pneumatische und hydropneumatische Aufhängungen bekannt, bei denen die Steifigkeit sich gemäss einem Exponentialgesetz ändert, das durch die adiabatische Umwandlung des das elastische Aufhängungsmittel bildenden komprimierten Gases bestimmt wird.

Derartige pneumatische und hydropneumatische Aufhängungen benötigen weniger Montageraum und sind zuverlässiger im Gebrauch als die ein mechanisches Federungsmittel benutzenden Aufhängungen, da jedoch die Komprimierungs- und Expansionskurve des Gases nicht

1300 18/0631

linear ist, ist die Leistung der Aufhängung nicht im gesamten Bereich der aufgebrachten Lasten von der Belastung gleich Null bis zur Höchstbelastung gleichbleibend.

Da der Neigungswinkel dieser Kurve mit zunehmender Belastung der Aufhängung zunimmt, versteht es sich, dass ein annähernd lineares Ansprechsvermögen der Aufhängung nur bei einem verhältnismässig geringen Unterschied zwischen der Höchst- und Minimalbelastung, wie es beispielsweise bei der Vorderachse eines Lastwagens der Fall ist, aufrechterhalten werden kann. Bei einem sehr grossen Unterschied zwischen Maximal- und Minimalbelastung, wie es beispielsweise bei der Aufhängung der den Wagenkasten tragenden Achse der Fall ist, ist es unmöglich, sowohl bei der Maximal- wie bei der Minimalbelastung eine zufriedenstellende Leistung der Aufhängung zu erzielen, denn bei einer angemessenen Bemessung der Aufhängung für Höchstbelastung wird diese ohne Belastung zu weich oder nachgiebig sein und bei einer angemessenen Bemessung der Aufhängung für den unbelasteten Zustand wird sie bei voller Belastung zu hart sein.

130018/0631

Die bisher getroffenen Kompromisslösungen sind unzulänglich nicht nur weil das mangelhafte Federungsvermögen der Aufhängung die Bequemlichkeit des Fahrers oder Fahrgastes beeinträchtigt, sondern vor allem auch weil dadurch die Stabilität und Sicherheit des Fahrzeugs während der Fahrt auf der Strasse gefährdet wird.

Um eine gleichbleibende Steifheit der Aufhängung unter allen Belastungsbedingungen zu erzielen, hatte der Anmelder bereits früher eine Aufhängung entwickelt und benutzt, die eine ausserhalb der eigentlichen Aufhängung liegende Aussenkammer aufweist, die mit der im Innern der Aufhängung liegenden, das komprimierte Gas enthaltenden Kammer in Verbindung steht und unter höherem Druck stehendes Gas enthält, das bei hoher Belastung auf die Aufhängung einwirkt und deren Verhalten ändert. Diese Lösung ermöglichte zwar einen grosseren Anwendungsbereich der Aufhängung, jedoch auf Kosten einer Erhöhung der Gesamtabmessungen und der Herstellungskosten der Aufhängung .

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pneumatische oder hydropneumatische Kraftfahrzeugaufhängung zu schaffen, deren Steifheit zur Anpassung an unterschiedliche Belastungsverhältnisse des Kraft-

130018/0631

fahrzeugs ohne Zuhilfenahme einer äusseren Vorratskammer für das gasförmige Druckmittel und ohne Erhöhung der Herstellungskosten für die Aufhängung veränderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss eine pneumatische oder hydropneumatische Aufhängung, insbesondere für schwere Kraftfahrzeuge, vorgesehen, die einen Aussenzylinder und einen in dem Aussenzylinder abgedichtet und verschiebbar gelagerten Innenzylinder zur Bildung einer Hydraulikflüssigkeit und Gas in einem bestimmten Verhältnis enthaltenden Arbeitskammer von veränderlichem Volumen aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gas enthaltende Teil der Arbeitskammer durch eine Membran unterteilt ist, die mit einer Oeffnung versehen ist, die normalerweise durch Mittel geschlossen ist, die durch die relative Stellung zwischen dem Aussenzylinder und Innenzylinder derart gesteuert werden, dass sie sich bei einem bestimmten, auf die Aufhängung wirkenden Druck öffnen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
pig. 1 eine graphische Darstellung des Gesetzes, das

130018/0631

die Beziehung der aufgebrachten Last zum Grad des Nachgebens einer herkömmlichen, mit mechanischem Federungselement ausgestatteten Aufhängung bestimmt;

Fig. 2 eine entsprechende graphische Darstellung des Verhaltens einer herkömmlichen hydropneumatischen Aufhängung;

Fig. 3 eine entsprechende graphische Darstellung des Verhaltens der erfindungsgemässen hydropneumatischen Aufhängung;

Fig. 4 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemässe hydropneumatische Aufhängung in einer ersten Arbeitsstellung, und

Fig. 5 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemässe hydropneumatische Aufhängung in einer zweiten Arbeitsstellung.

Die graphische Darstellung gemäas Fig. 1 veranschaulicht das Verhältnis zwischen der aufgebrachten Last P und dem Grad des Nachgebens f bei einer herkömmlichen, mit mechanischem Federungselement wie einer Blatt- oder Schraubenfeder ausgestatteten Aufhängung. Wie aus Fig.

130018/0631

1 ersichtlich, ist der Grad des Nachgebens der Aufhängung unter der Einwirkung der aufgebrachten Last linear in dem gesamten Bereich der möglichen Abfederung, d.h. die Steifheit der Federung ist unabhängig von der jeweiligen Belastung gleichbleibend.

Fig. 2 veranschaulicht das Verhältnis zwischen der aufgebrachten Last und dem Grad des Nachgebens bei einer herkömmlichen hydropneumatischen Aufhängung, bei der das Federungselement aus einem komprimierten Gas besteht. Wie aus dieser graphischen Darstellung gemäss Fig. 2 ersichtlich ist, ist es zur Erzielung eines linearen Ansprechvermögens der Aufhängung über den gesamten Bereich der aufgebrachten Lasten erforderlich, nur einen Teil der dargestellten charakteristischen Arbeitskurve, beispielsweise den unterhalb der Krümmung in der Kurve liegenden Bereich, zu verwenden, da die Federung der Aufhängung bei höheren Belastungen praktisch aufgehoben ist.

Eine hydropneumatische Aufhängung gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben. Diese Aufhängung hat einen Aussenzylinder 10 mit einem offenen oberen Ende und einem geschlossenen unteren Ende, an dem ein Oesenstück zur

130018/0631

gelenkigen Verbindung mit der nicht dargestellten Radachse vorgesehen ist, und einen Innenzylinder 12 mit einem offenen unteren Ende und einem geschlossenen oberen Ende, an dem ein Oesenstück 16 zur gelenkigen Verbindung mit dem Fahrgestell vorgesehen ist, wobei der Innenzylinder 12 in dem Aussenzylinder 10 in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist.

Am oberen offenen Ende des Aussenzylinders 10 ist ein Planschring 20 mit Schraubbolzen 18 befestigt. Der Flanschring 20 dient zur Führung des Innenzylinders 14 während dessen Verschiebebewegung und ist mit einem Oe!dichtungsring 22 sowie einem Gleitlager 24 versehen, in dem der Innenzylinder 14 gleitet. Der Flanschring 20 ist in bekannter Weise mit Oeldurchflussoffnungen 26 versehen, über die das Hydrauliköl ins Innere der Aufhängung zurückfliesst.

Am unteren offenen Ende des Innenzylinders 14 ist ein Flanschring ^O mit Schraubbolzen 28 befestigt und mit einem Gleitlager 32 versehen, auf dem der Aussenzylinder 10 mit seiner Innenwandung gleitet. Der Flanschring J50 ist ebenfalls in bekannter Weise mit Oeldurchflussoffnungen ^4 versehen, die eine Einschnürung aufweisen, an der ein Rückschlagventil 36 vorgesehen ist, um den

130018/0631

freien Rückfluss des Hydrauliköls während der Einziehbewefeung der Aufhängung und einen begrenzten Oeldurchfluss während der Ausschubbewegung der Aufhängung zu ermö₆lichen, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird.

Die gleichen Schraubbolzen 28 dienen auch zur Befestigung eines rohrförmigen Führungsstücls 38 in dem Innenzylinder 14-. Das rohrförmige Führungsstück 38 läuft an seinem oberen Ende in eine Zwischenwand oder Membran 4o aus, die sich dichtend an die Innenwandung des Innenzylinders 14 anlegt und mit einer mittigen Oeffnung 42 versehen ist, die koaxial zum rohrförmigen Führungsstück 38 verläuft. In dem rohrförmigen Führungsstück 38 ist der Ventilschaft 44 eines Tellerventils 46 verschiebbar geführt, durch das die Oeffnung 42 in der Membran 4o verschliessbar ist. Der Ventilschaft 44 ist mit Führungsbundringen 48, 50 versehen, die an der Innenwandung des· rohrförmigen Führungsstücks 38 gleitend geführt sind. Der Ventilschaft 44 ragt über das offene Ende des Innenzylinders 14 um eine vorbestimmte Länge, die durch Kriterien bestimmt wird, die aus der nachstehenden Beschreibung hervorgehen, hinaus und bildet an diesem vorstehenden Ende einen Stössel 52.

130018/0631

Die durch den Innen- und Aussenzylinder 14 bzw. 12 gebildete Arbeitskammer enthält nicht dargestelltes Hydrauliköl in einer vorbestimmten Menge, die so gewählt wird, dass in der Stellung der Aufhängung, in der der Innenzylinder teilweise oder ganz gegenüber dem Aussenzylinder ausgefahren ist, in dem Innenzylinder oberhalb und unterhalb der Membran 4o eine bestimmte Menge Druckluft verbleibt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Länge des Ventilschaftes 44 so bemessen, dass der Stössel 52 nicht an das untere geschlossene Ende des Aussenzylinders 10 anstösst, wenn die Aufhängung unter Minimalbelastung, d.h. im unbeladenen Zustand des Kraftfahrzeugs, im wesentlichen vollständig ausgefahren ist. Der Druck der unterhalb der Membran 4o vorhandenen Druckluft wird so bemessen, dass die besten Arbeitsbedingungen bei Minimalbelastung der Aufhängung erzielt werden. Dagegen wird die oberhalb der Membran 4o gelegene und bei .geschlossenem Tellerventil 46 vollständig von dem übrigen Teil der Aufhängung getrennte Kammer 54, wie in der nachstehenden Beschreibung noch näher erläutert' werden wird, mit einem Gas bis zu einem beträchtlichen Druck gefüllt.

130018/0631

Bei der Arbeitsweise der Aufhängung unter Minimalbelastung liegt der Stössel 52 nicht am unteren Ende des Aussenzy-1Inders 10 an und die Aufhängung arbeitet daher in der gleichen Weise wie eine herkömmliche hydropneumatische Aufhängung der gleichen Grosse. Wenn das Fahrzeug jedoch beispielsweise voll beladen ist, so verschiebt sich der Innenzylinder gegenüber dem Aussenzylinder und der Stössel 52 legt sich an das untere Ende des Aussenzylinders 10 an, wodurch sich das Tellerventil 46 gegen den in der Kammer 54 herrschenden Druck öffnet und eine einzige Arbeitskammer geschaffen wird, die aus den oberhalb und unterhalb der Membran 4o liegenden Zylinderteilen besteht und unter Druck stehendes Gas enthält. Der Druck des Gases in der Kammer 54 wird so bemessen, dass sich das Tellerventil 46 öffnet, wenn der Druck des unterhalb der Membran 4o komprimierten Gases dem vorbestimmten Druck in der Kammer 54 entspricht.

Da sich auf diese Weise die Menge des in der Aufhängung komprimierten Gases geändert hat, ändert sich auch das Gesetz, das das Nachgeben der Aufhängung unter der entsprechenden Belastung bestimmt, und durch geeignete Bemessung und Konstruktion der Aufhängung ist somit ein zusätzlicher Verstellbereich der Steifheit der Aufhängung erzielbar.

13001 8/0631

Die allgemeine Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Aufhängung wird durch die graphische Darstellung in Fig. 3 verdeutlicht. In Fig. 3 versinnbildlicht die Kurve a_ das Verhalten der Aufhängung bei geschlossenem Tellerventil 46, der Punkt Q bezeichnet den Zeitpunkt des Oeffnens des Ventils und die Kurve b_ veranschaulicht das Verhalten der Aufhängung nach dem Oeffnen des Ventils. Die gestrichelte Linie Ci bezeichnet die Wirkungsweise der Aufhängung, wenn sie nach den aus dem Stand der Technik bekannten Lehren, d.h. ohne die obere Kammer 54 und das Tellerventil 46, ausgebildet wäre.

Sobald die auf die Aufhängung einwirkende Belastung nachlässt, kehrt diese in eine Stellung zurück, in der sich das Tellerventil schliessen kann und die Kammer 54 wieder vom übrigen Teil der Aufhängung getrennt ist und der Druck in dieser Kammer wieder den vorbestimmten Wert einnimmt, da das Schliessen des Ventils an der in der graphischen Darstellung gemäss Pig. 3 mit Q bezeichneten Stelle erfolgt. In diesem Zusammenhang ist noch zu bemerken, dass einer der wesentlichsten Vorteile der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Aufhängung eben darin

130018/0631

besteht, dass sich diese nach jedem Oeffnen und nachfolgenden Schliessexi des Tellerventils 46 automatisch wieder auf den ursprünglich eingestellten Ansprechwert einstellt, da der Augenblick des Schliessens des Ventils lediglich von der Länge des Ventilschaftes 44 abhängt. Daher ist es nicht erforderlich, den Druck in der Kammer 54 von Zeit zu Zeit nachzuregulieren und die vorliegende Aufhängung kann in der gleichen Weise wie eine herkömmliche hydropneumatische Aufhängung benutzt und behandelt werden. Auch ist es nicht einmal erforderlich, den Druck in der Kammer 54 getrennt einzustellen, da nach dem Einlassen einer bestimmten Gesamtmenge von unter Druck stehendem Gas in die Aufhängung dieses Gas sich beim erstmaligen Oeffnen und nachfolgenden Schliessen des Tellerventils 46 von selbst verteilt und in den oberhalb bzw. unterhalb der Membran 40 liegenden Kammern verschiedene Druckwerte annimmt.

Das somit anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels erläuterte Prinzip des Aufbaus einer hydropneumatischen Aufhängung kann natürlich noch weiter entwickelt werden, indem beispielsweise über der Kammer 54 noch eine weitere grössere Druckkammer angeordnet wird, der ein entsprechen-

130018/0631

des, bei einer vorbestimmten Einzugsbewegung der Aufhängung öffnendes Ventil zugeordnet ist. Auf diese Weise wird eine charakteristische Kurve der Veränderung der Federkraft in Abhängigkeit von der aufgebrachten Belastung erzielt, wobei diese Kurve statt der in Fig. dargestellten zwei Kreisbogen dann aus drei Kreisbogen besteht. Theoretisch wäre es möglich, eine beliebige Zahl von solchen zusätzlichen Kammern für jeweils höhere Drücke vorzusehen.

Das Tellerventil 46 wird bei der dargestellten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform durch den mechanischen Stössel 52 betätigt, da dies das einfachste Mittel ist, das Oeffnen des Tellerventils zu steuern. Es versteht sich jedoch, dass dieses Oeffnen auch durch andere Mittel, beispielsweise einen Elektromagneten, der durch einen auf die Verschiebebewegung des Innenzylinders gegenüber dem Aussenzylinder ansprechenden Mikroschalter gesteuert wird, oder je nach der Art der Anwendung der Aufhängung durch noch andere Mittel hervorgerufen werden kann.

Selbstverständlich kann die beschriebene Aufhängung auch in Verbindung mit einer äusseren Ueberdruckkammer

130018/0631

verwendet werden, die wie aus dem Stand der Technik bekannt ausserhalb der Aufhängung angeordnet ist. Auch auf diese Weise könnte eine aus drei oder mehr Kreisbogen bestehende charakteristische Arbeitskurve erzielt werden.

Ferner ist das beschriebene Arbeitsprinzip auch auf vollständig pneumatisch betriebene Aufhängungen anwendbar. Schliesslich ist die beschriebene Aufhängung nicht nur für schwere Kraftfahrzeuge sondern auch für feststehende Arbeitsmaschinen, bei denen eine differenzierte Arbeitsweise der Aufhängung erwünscht ist, anwendbar.

130018/0631

Zusammenfassung

Eine hydropneuraatisehe Aufhängung, insbesondere für schwere Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Aussenzylinder (10) und einem in dem Aussenzylinder verschiebbar gelagerten Innenzylinder (14). Die von dem Innen- und Aussenzylinder begrenzte Arbeitskammer in den Zylindern enthält Hydraulikflüssigkeit und unter Druck stehende Luft.

Zur Erzielung einer differenzierten Arbeitsweise der beiden die Aufhängung bildenden Zylinder (10, 14) ist die Arbeitskammer durch eine Membran (4o) in zwei Teile unterteilt, wobei in der Membran (4o) eine Oeffnung (42) vorgesehen ist, die normalerweise durch ein Tellerventil (46) verschlossen ist, das sich öffnet, wenn die Komprimierung der Aufhängung unter der Wirkung der darauf einwirkende Belastung einen bestimmten Wert überschreitet, so dass ein Teil der in der Arbeitskammer unterhalb der Membran (4o) befindlichen Luft in den oberhalb der Membran (4o) befindlichen Teil (54) abströmt, der nur unter höherem Druck stehende Luft enthält.

130018/0631

• Kg-

Leerseite

Claims

Eforeiohungsfertig zu? Weiterleitung erhalten

Dr.-ifig. G. Riebling Dr.-lng. P. Riebling

Roberto Perlini., Corso Venezia 9J5, 37θ4γ S.Bonifacio (Verona), Italien

Patentansprüche:

\1.J Pneumatische oder hydropneumatische Aufhängung, insbesondere für schwere Kraftfahrzeuge, mit einem Aussenzylinder und einem in dem Aussenzylinder abgedichtet und verschiebbar gelagerten Innenzylinder zur Bildung einer Hydraulikflüssigkeit und Gas in einem bestimmten Verhältnis enthaltenden Arbeitskammer von veränderlichem Volumen, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas enthaltende Teil der Arbeitskammer durch eine Membran (4o) unterteilt ist, die mit einer Oeffnung (42) versehen ist, die normalerweise durch Mittel (46) geschlossen ist, die durch die relative Stellung zwischen dem Aussenzylinder (lo) und Innenzylinder (14) derart' gesteuert werden, dass sie sich bei einem bestimmten, auf die Aufhängung wirkenden Druck öffnen.

2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (4o) sich quer durch den Innenzylinder (14) erstreckt und die Mittel zum Verschliessen der Oeffnung (42) in der Membran aus einem

-1-

130018/0831

Tellerventil (46) bestehen, das durch die Verschiebung des Aussenzylinders (10) gegenüber dem Innenzylinder (14) betätigt wird.

J5. Aufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Aussenzylinders (10) ein rohrförmiges Führungsstück: (38) angebracht ist, in dem der Ventilschaft (44) des Tellerventils (46) verschiebbar geführt ist, wobei das dem Ventilteller (46) entgegengesetzte freie Ende des Ventilschafts (44) als Stössel (52) ausgebildet ist, der sich bei einem bestimmten Grad der Komprimierung der Aufhängung gegen den geschlossenen Boden des Aussenzylinders (10) anlegt.

4. Aufhängung nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Führungsstück 0S) die Membran (4o) trägt und einteilig mit dieser ausgebildet ist.

5· Aufhängung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung von wenigstens einer zweiten Arbeitskammer von veränderlichem Volumen wenigstens eine zweite Membran und ein zweites Tellerventil vorgesehen sind.

130018/0631