Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Fede
rung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein in diesem definiertes Federelement trägt eine Traglast
gleich dem Produkt von aufs Rad bezogener Federkolbenfläche
und Gasdruck im Gaspolster und ist stationär durch eine Stand
last belastet, die einer anteiligen Aufbaulast entspricht,
quasistationär in von waagerechten Massenkräften beeinfluß
ten Fahrzuständen durch eine Zusatzlast zusätzlich belastet
oder durch eine Minderlast entlastet, wobei Zusatzlast und
Minderlast in zwei eine Federgruppe bildenden Federelementen
wechselweise auftreten, entgegengesetzt gerichtet und aus
Gleichgewichtsgründen gleich groß sind. Eine Zusatzlast tritt
beim Bremsen in Fahrtrichtung vorne auf, beim Beschleunigen
hinten, bei Kurvenfahrt auf der Kurvenaußenseite. Eine Minder
last tritt beim Bremsen hinten auf, beim Beschleunigen vorne,
bei Kurvenfahrt auf der Kurveninnenseite. Außerdem sind die
Federelemente durch Aufbau- und Radschwingungen dynamisch be
lastet.
Das von einer Trennwand in seiner Mittellage begrenzte Gas
volumen eines Gaspolsters wird Niveauvolumen genannt. Wird
eine Trennwand aus dem Gaspolster heraus verschoben, ist
das Gaspolster gleich dem Niveauvolumen vermehrt um ein Aus
federvolumen, wird sie in das Gaspolster hinein verschoben,
ist das Gasvolumen gleich dem Niveauvolumen vermindert um
ein Einfedervolumen. Die in einem Gaspolster enthaltene
Gasmenge ist nach den Gesetzen der Thermodynamik proportio
nal dem Gasvolumen und dem Gasdruck und umgekehrt proportio
nal der Gastemperatur. Die eine Standlast bei Niveau tragende,
im Niveauvolumen enthaltene Gasmenge eines Federelements wird
Standmenge genannt. In jedem Federelement einer Federgruppe
befindet sich eine Einzelmenge, in der Federgruppe eine Grup
penmenge als Summe der Einzelmengen.
Eine aus einem Federelement transportierte und ebenso eine in
ein Federelement zurückfließende Gasmenge wird Trimm-Menge ge
nannt, analog zum Trimmen eines Schiffes bezüglich Tiefgang
und Schwerpunktslage.
Bei der aus der Offenlegungsschrift DE 34 27 902 A1 bekannten
Federung nach Art des Oberbegriffs sind die Gasquelle ein Hoch
druckbehälter und die Gassenke ein Niederdruckbehälter, der mit
dem Hochdruckbehälter durch einen Verdichter verbunden ist, und
ist vorgesehen, daß in durch Massenkräfte beeinflußten Fahrzu
ständen mittels einer Gaspumpe eine Gasströmung aus dem Gaspol
ster des entlasteten Federelements über eine Gasaustauschlei
tung in das des zusätzlich belasteten Federelements erfolgt.
Die Ablaßleitungen der beiden Federelemente sind durch eine
Leitung verbunden, von der eine Steuerleitung zu dem Nieder
druckbehälter und eine Abzweigleitung zu einer Eintritts
kammer einer Gaspumpe - äquivalent einem Verdichter - führen.
Die Speiseleitungen sind durch eine Leitung verbunden, von
der eine Steuerleitung zu einem Hochdruckbehälter und eine
Abzweigleitung zu der Austrittskammer der Gaspumpe führen.
In den Steuerelementen sind sperrbare Regelelemente vorge
sehen, in den Abzweigleitungen Regelelemente, die auf Durch
laß schaltbar sind.
Bei dieser bekannten Federung sind in aufwendiger Weise eine
Vielzahl von Hilfsmitteln in Form von zwei Gasbehältern, zwei
Verdichtern, zwei Regelelementen in den Steuerleitungen und
zwei Regelelementen in den Abzweigleitungen angeordnet, um die
im Oberbegriff genannten Wirkungen zu erreichen.
Die Erfindung
befaßt sich mit der Aufgabe, diese und andere Wirkungen mit
einfachen Mitteln zu erzielen. Diese Aufgabe ist durch die in
den Kennzeichen der Ansprüche 1, 2 und 3 genannten Merkmale
gelöst. An vergleichbaren Hilfsmitteln sind nur ein Gasbe
hälter, ein Verdichter und ein bzw. zwei Sperreinrichtungen
erforderlich.
Allen Lösungen ist gemeinsam, daß bei eingeschalteter Verdich
terfunktion und offenem Durchgang einer Sperreinrichtung eine
Anpassung an eine erhöhte statische Traglast durch Zuspeisen
von Gas aus dem Gasbehälter unmittelbar oder mittels des Ver
dichters erfolgt, eine Anpassung an eine erniedrigte statische
Traglast durch Ablassen von Gas in den Gasbehälter unmittelbar
oder mittels des Verdichters. Bei der Lösung nach Anspruch 3
muß je nach Druck im Gasbehälter die jeweils andere Sperrein
richtung gesperrt sein, da derselbe Gasbehälter nicht zugleich
Gasquelle und Gassenke sein kann. Beide Sperreinrichtungen kön
nen jedoch offen sein, wenn dafür gesorgt ist, daß bei Über
druck des Gasbehälters gegenüber den Gaspolstern die erste
Verbindungsleitung durch zusätzliche, auf den Überdruck an
sprechende Mittel sperrbar ist und bei Unterdruck des Gasbe
hälters die zweite Verbindungsleitung durch auf den Unterdruck
ansprechende Mittel sperrbar ist. Nach erfolgter Anpassung der
Federung an die jeweilige Traglast, die im Stillstand und auch
beim Fahren möglich ist, kann die Verdichterfunktion ausgeschal
tet werden, wobei die Sperreinrichtungen gesperrt sein müssen.
Eine erneute Anpassung an die jeweilige Traglast ist außer bei
geänderter Fahrzeugbeladung auch dann erforderlich, wenn durch
Erhitzung oder Abkühlung des Gases das Gasvolumen des Gaspol
sters in störendem Maße von dem Niveauvolumen abweicht. Die
Schaltung der Verdichterfunktion und der Sperreinrichtung wird
zweckmäßig durch einen Rechner und Sensoren vorgenommen, die
die Lage der Trennwand oder das Gasvolumen in anderer Weise
feststellen.
Nunmehr mögen die Sperreinrichtungen geschlossen sein. Dann
werden bei zwei eine Federgruppe bildenden Federelementen in
von Massenkräften beeinflußten Fahrzuständen die Trennwand
des einen, des entlasteten Federelements aus der Mittellage
heraus und die des anderen, des zusätzlich belasteten Feder
elements aus der Mittellage in das Gaspolster hinein verscho
ben, wobei das Gasvolumen in dem einen Federelement um das
Maß des Ausfedervolumens und das in dem anderen Federelement
um das Maß des Einfedervolumens vom Niveauvolumen abweicht.
Bei einer eingeschalteten Verdichterfunktion ist die Ablaß
leitung des einen Federelements über die Eintrittskammer und
die Austrittskammer des Verdichters mit der Speiseleitung des
anderen verbunden. Dadurch kann mit Hilfe des Verdichters ein
Gastransport vom entlasteten zum zusätzlich belasteten Feder
element stattfinden, wobei das Gasvolumen des entlasteten Fe
derelements in Richtung auf das Niveauvolumen abnimmt und das
Gaspolster des zusätzlich belasteten Federelements in Rich
tung auf das Niveauvolumen zunimmt. Es ist eine Eigenart der
erfindungsgemäßen Federung, daß - gleiche Niveauvolumina in
beiden Federelementen und isotherme Zustandsänderung des
Gases vorausgesetzt - gleichzeitig in jedem Federelement das
Niveauvolumen wieder erreicht wird, sobald eine Gasmenge
transportiert ist, die durch den Minderdruck des einen, den
diesem gleichen Zusatzdruck des anderen Federelements und
die Größe des Niveauvolumens bestimmt ist, und Trimm-Menge ge
nannt wird. Die Einzelmenge des entlasteten Federelements ist
jetzt gleich der Standmenge vermindert um die Trimm-Menge und
die des zusätzlich belasteten gleich der Standmenge vermehrt
um die Trimm-Menge. Die Gruppenmenge ist gleich geblieben.
Bei einer polytropen Zustandsänderung kühlt sich das Gas im
entlasteten Federelement ab und ist die Einzelmenge größer,
erhitzt sich das Gas im zusätzlich belasteten Federelement
und ist die Einzelmenge kleiner, ist die Trimm-Menge kleiner,
alles gegenüber einer isothermen Zustandsänderung bei glei
cher Minder- und Zusatzlast gesehen. Auch bei einer polytropen
Zustandsänderung wird das Niveauvolumen in jedem Federelement
nahezu gleichzeitig erreicht, sobald die Trimm-Menge transpor
tiert ist. Wie durch eine entsprechende Rechnung ermittelt
wurde, wird bei einem realistisch angenommenen Polytropen
exponenten von 1,3 - in beiden Federelementen - das Niveau
volumen im zusätzlich belasteten Federelement um einen ganz
geringen Betrag früher erreicht als im entlasteten Federele
ment, was funktionell unbedeutend ist und nicht durch ein
Öffnen der Sperreinrichtungen korrigiert werden muß.
Nach Ende des genannten Fahrzustandes erfolgt bei Geradeaus
fahrt ein Rückfluß der Trimm-Menge aus dem vorher zusätzlich
belasteten Federelement in das vorher entlastete Federelement,
wobei in beiden Federelementen wieder das Niveauvolumen er
reicht wird.
Wenn Federelemente auf beiden Seiten einer Fahrzeugachse eine
Federgruppe bilden, ist durch den angegebenen Gastransport
ein Aufrichten des Aufbaus bis zur Niveaulage - im allgemei
nen parallel zur Straße - erreichbar, so daß in der Kurve
dieselben Ein- und Ausfederwege zur Verfügung stehen wie bei
Geradeausfahrt. So können in vorteilhafter Weise Fahrsicher
heit und Fahrkomfort erhöht werden.
Der Gastransport aus dem entlasteten in das zusätzliche bela
stete Federelement kann mit geringem Energiebedarf so schnell
erfolgen, daß der Aufbau in durch Massenkräfte beeinflußten
Fahrzuständen praktisch parallel zur Straße bleibt. Dies sei
an Hand des folgenden Beispiels erläutert, das auch in ande
rer Weise für die erfindungsgemäße Federung charakteristisch
ist.
Bei einer Fahrzeugachse mit zwei Rädern sei für jedes Rad ein
volltragendes Federelement mit einer auf das Rad bezogenen
Federkolbenfläche von 4 cm2 und einem Niveauvolumen von 100 cm3
vorgesehen. Das Aufbaugewicht betrage 800 kg und möge sich
auf ein linkes Rad mit 360 kg und ein rechtes Rad mit 440 kg
verteilen. Dadurch ist im linken Federelement ein Gasdruck
von 90 bar und im rechten ein Gasdruck von 110 bar bedingt.
Bei Geradeausfahrt beträgt die Standlast des linken Federele
ments 3600 N, die des rechten 4400 N. In einer Linkskurve sei
das erforderliche Stützmoment so groß, daß die Minderlast links
und die Zusatzlast rechts je 1200 N betragen möge, woraus sich
links eine Traglast von 2400 N und rechts eine Traglast von
5600 N ergeben, mit einem Gasdruck links von 60 bar und rechts
von 140 bar. Ohne Gastransport würde - isotherm betrachtet -
die Minderlast ein Ausfedern des linken Rades um 12,5 cm und
die Zusatzlast ein Einfedern des rechten Rades um 5,4 cm be
dingen, und damit wäre eine starke Kurvenneigung des Aufbaus
verbunden. Durch ausreichend schnellen Gastransport soll nun
weder links ein Ausfedern noch rechts ein Einfedern erfolgen
und das Niveauvolumen in beiden Federelementen unverändert
100 cm3 bleiben. Isotherm ist nach den Gasgesetzen eine Gas
menge analog dem Wert des Produktes Gasdruck × Gasvolumen.
Bei Geradeausfahrt sind im Federelement links eine Einzel
menge analog 9000 bar cm3 und rechts eine Einzelmenge analog
11 000 bar cm3, in beiden zusammen eine Gruppenmenge analog
20 000 bar cm3. Bei der angenommenen Kurvenfahrt sind im lin
ken Federelement eine Einzelmenge analog 6000 bar cm3 und im
rechten eine Einzelmenge analog 14 000 bar cm3, in beiden zu
sammen die gleichgebliebene Gruppenmenge analog 20 000 bar cm3.
Um die Differenz der Einzelmengen, die Trimm-Menge analog
3000 bar cm3 zu transportieren, ist - verlustlos und isotherm
gerechnet - eine mit einem Verdichtungsverhältnis von 90 bar
auf 110 bar anfangende und mit einem Verdichtungsverhältnis
von 60 bar auf 140 bar endende Verdichterarbeit von 15 000 Ncm
oder 150 Nm erforderlich. Die entsprechende Verdichterleistung
ist, wenn beispielsweise ½ Sekunde für den Einlauf in die
Kurve angenommen wird, 300 Nm/s oder 300 Watt. Die effektiv
aufzubringende, mit Verlusten behaftete Verdichterleistung
ist wohl größer, aber so klein, daß ihr Anteil an der Antriebs
leistung eines Fahrzeugmotors nur mit einem geringen Prozent
satz zu berücksichtigen ist. Auf den Kraftstoffverbrauch hat
die Verdichterarbeit einen kaum nennenswerten Einfluß, da sie
bei einer Fahrt auf normalen Straßen lediglich in größeren
Intervallen auftritt. Die Verdichterarbeit kann an sich ver
mindert werden, wenn der Antrieb des Verdichters mit Energie
aufnehmenden und abgebenden Mitteln, beispielsweise in Form
einer Schwungmasse versehen ist, die beim Gasrückfluß Energie
speichern und beim Gastransport abgeben können.
Bei einer Zusammenfassung von mehr als zwei Federelementen zu
einer Federgruppe, beispielsweise bei einem volltragend mit
einer Federung nach der Erfindung ausgerüsteten Vierradfahr
zeug bleibt die Tatsache bestehen, daß die Gruppenmenge gleich
der Summe aller Einzelmengen ist. Daher können die Ablaßlei
tungen aller Federelemente gemeinsam an die Eintrittskammer
eines Verdichters und die Speiseleitungen gemeinsam an die
Austrittskammer angeschlossen und mit Sperreinrichtungen ver
sehene Verbindungsleitungen zu einem Gasbehälter nach den An
sprüchen 1 bis 3 vorgesehen sein, wobei in allen durch Massen
kräfte beeinflußten Fahrzuständen, sowohl bei Kurvenfahrt wie
auch beim Bremsen oder Beschleunigen der Aufbau in der be
schriebenen Weise bis zur Lage parallel zur Straße aufge
richtet werden kann oder parallel bleibt, indem die jeweils
erforderliche Trimm-Menge aus den entlasteten Federelementen
entnommen und den zusätzlich belasteten Federelementen zuge
führt wird, bzw. wieder zurückfließt, alles betrachtet bei
geschlossenen Sperreinrichtungen.
An sich kann auch bei offenen Sperreinrichtungen in den genann
ten Fahrzuständen Gastransport und Gasrückfluß stattfinden.
Jedoch ist damit ein ständiger Gasaustausch mit dem Gasbehälter
verbunden, der nicht gewollt ist und weit mehr Verdichtungs
arbeit erfordert als bei geschlossenen Sperreinrichtungen.
Wenn die Trennwände aller Federelemente ihre Mittellage er
reicht haben und keine Trimm-Menge benötigt wird, kann ein Ver
dichter, der mit einem entsprechend großen, das Verdichtungs
verhältnis begrenzenden schädlichen Raum ausgerüstet ist, auch
ständig laufen. Zum Zweck einer gestoppten Gasförderung bei
laufendem Verdichter können auch andere, aus dem Verdichterbau
bekannte Mittel vorgesehen werden.
Vorzugsweise wird die Federung nach der Erfindung volltragend
angewendet und wird der Aufbau nicht zusätzlich von Druckfedern
anderer Art getragen, die das jeweils erforderliche, durch die
Gasdrücke im Gasbehälter und in den Federelementen bestimmte
Verdichtungsverhältnis erhöhen würden. Dieses Verdichtungsver
hältnis kann durch Einbau zusätzlicher Zugfedern erniedrigt
werden, was für ein Fahrzeug mit einer sehr großen Zuladung im
Vergleich zur Leerlast erforderlich werden kann. Zugfedern kön
nen auch durch als Stufenkolben ausgebildete Federkolben verwirk
licht werden, deren Ringseiten mit einem gesonderten druckbe
lasteten Ölspeicher zusammenarbeiten.
In vorteilhafter Weise kann bei einer volltragenden Anwendung
der Erfindung für eine Achse oder für alle Achsen bzw. Räder
eines Fahrzeuges auf in der Kurve oder beim Bremsen wirksame,
stabilisierende Federmittel, beispielsweise in Form von Tor
sionsstäben verzichtet werden, wenn durch entsprechend schnel
len Transport und Rückfluß einer Trimm-Menge in diesen Fahrzu
ständen keine oder nur eine geringe Neigung des Aufbaus ein
tritt. In weiterhin vorteilhafter Weise kann so auch eine Ver
härtung der Einzelradfederung durch stabilisierende Federmittel
vermieden werden.
Da die erforderlichen Trimm-Mengen verhältnismäßig klein und
bei Gas ohnehin die Widerstandsziffern einer Gasströmung ge
ring sind, können die zugehörigen Gasleitungen mit kleinem
Querschnitt ausgeführt werden, beispielsweise für ein Perso
nenkraftfahrzeug in den Abmessungen der üblichen Bremsleitungen
einer hydraulischen Bremsanlage.
Bei der erfindungsgemäßen Federung erfolgt eine primäre Niveau
regelung mittelbar durch die Rückführung der Trennwände in ihre
Mittellage, und das Niveau selbst ist durch die Größe der Öl
volumina in den Arbeitszylindern der Federelemente bestimmt.
Um Änderungen des Ölvolumens durch Wärmeausdehnung oder andere
Einflüsse zu berücksichtigen und ein exaktes Niveau einhalten
zu können, kann vorgesehen werden, daß mittels einer zwischen
Aufbau und Rad angeordneten und durch Radschwingungen betätig
ten Ölpumpe Öl aus dem Ölvolumen mit einem druckbelasteten ge
sonderten Ölspeicher ausgetauscht wird und das geförderte Öl
durch vom Rad gesteuerte Drosselöffnungen zurückfließt. Um dies
zu erreichen können die Federelemente als bekannte selbstpumpen
de niveauregelnde Federelemente ausgebildet sein. Dabei erfolgt
eine sekundäre Niveauregelung durch eine Korrektur des Ölvo
lumens und sind die Nachteile von selbstpumpenden Federelemen
ten vermieden, bei denen das Niveau erst nach einer gewissen
Fahrstrecke erreicht wird, nachdem die vom Rad betätigte Pumpe
entsprechend lange Öl gefördert hat.
Nachdem in von Massenkräften beeinflußten Fahrzuständen eine
Aufrichtung des Aufbaus bis zur Lage parallel zur Straße er
reicht ist oder bei entsprechend schnellem Transport der Trimm-
Menge der Aufbau parallel geblieben ist, kann eine Schrägstel
lung des Aufbaus in Richtung der Resultierenden von Schwerkraft
und Massenkraft durch geeignete Mittel herbeigeführt werden,
die die Mittellagen der Trennwände oder die Ölvolumina in den
Arbeitszylindern einer Federgruppe in entsprechendem Maße ver
ändern. Eine Schrägstellung kann auch dadurch realisiert wer
den, daß eine Rohrleitung die Ölvolumina von zwei Federelemen
ten verbindet und durch eine in beiden Richtungen fördernde
Pumpeinrichtung unterbrochen ist, die durch auf Massenkräfte
ansprechende Mittel so geschaltet wird, daß Öl durch die Rohr
leitung in der Richtung vom entlasteten zum zusätzlich belaste
ten Federelement und nach Aufhören der Massenkräfte in der ande
ren Richtung gefördert wird, wodurch der Aufbau in von Massen
kräften beeinflußten Fahrzuständen in Richtung der Resultieren
den von Schwerkraft und Massenkraft geneigt und danach wieder
aufgerichtet wird. In vorteilhafter Weise sind hierbei keine
das Niveau abgreifende Mittel erforderlich.
Zusätzlich zu dieser Maßnahme werden bei der oben beschriebenen
Verwendung gesonderter Ölspeicher und vom Rad gesteuerter Dros
selöffnungen zweckmäßig die Ölspeicher miteinander durch eine
Ölleitung verbunden, wenn jedes der beiden Federelemente einer
Federgruppe einen gesonderten Ölspeicher aufweist. Dadurch kön
nen die über die Pumpeinrichtung und die Drosselöffnungen von
dem einen in das andere Federelement gelangenden Ölmengen von
dem anderen in das eine Federelement zurückfließen, wobei die
Ölleitung sehr eng sein kann und wenig Aufwand erfordert.
In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Er
findung wird auf die Zeichnung bezuggenommen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Federgruppe mit zwei Federelementen, die mit einem
Gasbehälter von gleichem oder niederem Druck als dem der
Gaspolster korrespondieren, mit Trennwänden in der Mit
tellage,
Fig. 2 die Federgruppe nach Fig. 1 im Ausschnitt mit durch eine
Lasterhöhung eingefederten Trennwänden und einer offenen
Sperreinrichtung,
Fig. 3 die Federgruppe nach Fig. 1 im Ausschnitt mit durch eine
Lastminderung eingefederten Trennwänden und offener
Sperreinrichtung,
Fig. 4 die Federgruppe nach Fig. 1 im Ausschnitt in von Massen
kräften beeinflußten Fahrzuständen mit einer eingefeder
ten und einer ausgefederten Trennwand und einer gesperr
ten Sperreinrichtung,
Fig. 5 eine Federgruppe mit zwei Federelementen anderer Art, die
mit einem Gasbehälter von beliebigem Druck korrespondie
ren, mit durch eine Lasterhöhung eingefederten Trenn
wänden und offenen Sperreinrichtungen, wobei der Druck
im Gasbehälter niedriger ist als in den Gaspolstern,
Fig. 6 die Federgruppe nach Fig. 5 im Ausschnitt mit durch
eine Lastminderung ausgefederten Trennwänden und offe
nen Sperreinrichtungen, wobei der Druck im Gasbehälter
höher ist als in den Gaspolstern.
In allen Figuren sind zwei Federelemente einer Federgruppe dar
gestellt, die beispielwweise als ein linkes und ein rechtes
Federelement einer Fahrzeugachse aufzufassen sind. Für gleiche
Teile gelten links und rechts dieselben Hinweiszeichen. Wenn
eine Unterscheidung erforderlich ist, sind die Hinweiszeichen
auf der rechten Seite mit einem Strich versehen.
Eine Federgruppe nach Fig. 1 weist zwei Federelemente 1 und 1′
auf, mit Anschlußpunkten in Form von Befestigungsstiften 14 und
15, mit einem in einem Arbeitszylinder 2 eingeschlossenen Ölvo
lumen 3, in dem ein in dem Arbeitszylinder 2 verschieblicher und
aus diesem durch einen mit einer Dichtung 8 versehenen Zylinder
deckel 9 nach außen tretender Federkolben 4 Öl verdrängt und
auf der dem Federkolben 4 abgewandten Seite ein durch eine be
wegliche Trennwand 5 dicht von dem Ölvolumen 3 abgetrenntes,
in einem Gehäuse 6 mit einem Boden 19 eingeschlossenes Gaspol
ster 7 bzw. 7′ das verdrängte Öl aufnimmt, wobei das Ölvolumen
3 durch eine Zwischenwand 50 mit der Schwingungsdämpfung dienen
den Drosselquerschnitten 54 unterteilt ist; mit einem an der
Trennwand 5 mittels einer Steuerstange 40 gehaltenen Geber in
Form eines Steuerschiebers 21, der gegenüber einem Empfänger
in Form einer Steuerhülse 22 verschieblich ist, die sich in dem
mit dem Boden 19 verbundenen Befestigungsstift 14 befindet.
Die Steuerhülse 22 ist mit einer oberen Steueröffnung 24 ver
sehen, in die eine Ablaßleitung 12 bzw. 12′ mündet, und mit
einer unteren Steueröffnung 25, in die eine Speiseleitung 13
bzw. 13′ mündet und hat einen oberhalb des Steuerschiebers
21 angeordneten Freiraum 57, der mit dem Gaspolster 7 durch
einen Kanal 56 in der Steuerstange 40 verbunden ist. Die Ab
laßleitungen 12 und 12′ der beiden Federelemente 1 und 1′ sind
gemeinsam an eine Eintrittskammer 26 eines Verdichters 16 und
die Speiseleitungen 13 und 13′ gemeinsam an eine Austrittskam
mer 27 des Verdichters 16 angeschlossen, der ein Einlaßventil
35, ein Auslaßventil 36 und einen Kompressionsraum 37 hat.
Ein Gasbehälter 10 von gleichem oder niederem Druck als dem
der Gaspolster 7 und 7′ ist an die Eintrittskammer 26 des Ver
dichters 16 über eine mit einer Sperreinrichtung in Form eines
Drehschiebers 17 versehene Verbindungsleitung 38 angeschlossen,
wobei der Drehschieber 17 offenen Durchgang hat. Die Trennwände
5 befinden sich links und rechts in ihrer Mittellage, in der
die Steueröffnungen 24 und 25 beide durch den Steuerschieber 21
abgedeckt sind, so daß kein Gasaustausch der Gaspolster 7 und 7′
mit dem Gasbehälter 10 möglich ist.
Wenn nach Fig. 2 die Trennwände 205 und 205′ eingefedert sind,
werden die unteren Steueröffnungen 225 und 225′ vom Steuer
schieber 221 freigegeben und besteht eine Verbindung der Gas
polster 207 und 207′ beider Federelemente 201 und 201′ über die
Speiseleitungen 213 und 213′, die Austrittskammer 227, das Aus
laßventil 236, den Kompressionsraum 237, das Einlaßventil 235,
die Eintrittskammer 226 und den offenen Drehschieber 217 mit
dem Gasbehälter 210. Bei laufendem Verdichter 216 fungiert die
Austrittskammer 227 als Gasquelle und kann eine Rückführung der
Trennwände 205 und 205′ in die Mittellage nach Fig. 1 in be
liebiger Reihenfolge und eine primäre Niveauregelung durch eine
Erhöhung der Einzelmengen in den Gaspolstern 207 und 207′ er
folgen.
Wenn nach Fig. 3 die Trennwände 305 und 305′ ausgefedert sind,
werden die oberen Steueröffnungen 324 und 324′ vom Steuerschie
ber 321 freigegeben und besteht eine Verbindung der Gaspolster
307 und 307′ über die Ablaßleitungen 312 und 312′, die Eintritts
kammer 326 und den offenen Drehschieber 317 mit dem Gasbehälter
310, der als Gassenke fungiert, und so kann eine Rückführung
der Trennwände 305 und 305′ in die Mittellage nach Fig. 1 in
beliebiger Reihenfolge und eine primäre Niveauregelung durch
Vermindern der Einzelmengen in den Gaspolstern 307 und 307′
erfolgen.
Wenn nach Fig. 4 die linke Trennwand 405 eingefedert und die
rechte 405′ ausgefedert sind, beispielsweise in einer Rechts
kurve durch eine Zusatzlast des Federelementes 401 und eine
Minderlast des Federelementes 401′, werden links die untere
Steueröffnung 425 und rechts die obere Steueröffnung 424′ frei
gegeben und besteht eine Verbindung des Gaspolsters 407 links
mit dem Gaspolster 407′ rechts über die linke Speiseleitung
413, den Verdichter 416 und die rechte Ablaßleitung 412′, wo
bei der Drehschieber 417 nach einer Niveauregelung der Trag
last gemäß Fig. 2 oder 3 gesperrt sei, wie gezeichnet, und
keine Verbindung zum Gasbehälter 410 besteht. Nunmehr kann
eine Rückführung der Trennwände 405 und 405′ in die Mittel
lage durch Förderung der Trimm-Menge mit Hilfe des Verdichters
416 von rechts nach links aus dem Gaspolster 407′ dessen Ein
zelmenge vermindert wird, in das Gaspolster 407, dessen Ein
zelmenge erhöht wird, und eine Aufrichtung des dazugehörigen
Aufbaus bis zur Niveaulage erfolgen. Wenn nach der Rechtskurve
eine Zusatzlast des Federelements 401 und eine Minderlast des
Federelements 401′ fortfallen, dreht sich die Lage der Trenn
wände 405 und 405′ um und besteht eine Verbindung des linken
Gaspolsters 407 mit dem rechten 407′ über die linke Ablaßlei
tung 412, den Verdichter 416 und die rechte Speiseleitung 413′.
Nunmehr kann eine Rückführung der Trennwände durch Rückfluß
der Trimm-Menge mit oder ohne Hilfe des Verdichters 416 von
links nach rechts aus dem Gaspolster 407, dessen Einzelmenge
wieder bis zur Standmenge vermindert wird, in das Gaspolster
407′ erfolgen, dessen Einzelmenge wieder bis zur Standmenge
erhöht wird.
Nach Fig. 1 sind die Federkolben 4 und 4′ mit einem Kolben
kopf 41 versehen, der in dem Arbeitszylinder 2 geführt und
gegenüber diesem durch eine Gleitdichtung 42 gedichtet ist,
und bilden mit dem Arbeitszylinder 2 einen ringförmigen Pum
penraum 43, dessen Pumpenkolben die Ringfläche 53 des Kolben
kopfes 41 ist.
Zwischen dem Zylinderdeckel 9 und der Zwischenwand 50 befindet
sich ein den Arbeitszylinder 2 umgebender und von einem Außen
rohr 20 umhüllter gesonderter Ölspeicher 46, der in seinem unte
ren Teil eine Ölfüllung 48 und in seinem oberen Teil eine unter
Druck stehende Gasfüllung 47 aufweist, wobei zwischen Ölfüllung
48 und Gasfüllung 47 ein freier Ölspiegel 49 besteht. Der Pum
penraum 43 ist mit der Ölfüllung 48 durch ein Saugventil 44 und
mit dem Ölvolumen 3 durch ein Druckventil 45 verbunden und außer
dem mit dem Ölvolumen 3 durch eine den Arbeitszylinder 2 durch
brechende und vom Kolbenkopf 41 gesteuerte Drosselöffnung 31,
die in der gezeichneten Stellung zur Hälfte vom Kolbenkopf 41
freigegeben ist. Bei Schwingbewegungen des Federkolbens 1
wird Öl aus dem gesonderten Ölspeicher 46 gesaugt und in das
Ölvolumen 3 gefördert und strömt Öl aus dem Ölvolumen 3 in den
Ölspeicher 46 durch die Drosselöffnung 31 zurück, sobald der
Kolbenkopf 41 bei einem Ausfedern des Federkolbens 4 die Dros
selöffnung 31 frei gibt. Dabei stellt sich ein Gleichgewicht
ein und wird eine sekundäre Niveauregelung bewirkt, wobei das
geregelte Niveau der gezeichneten Stellung des Federkolbens 4
entsprechen möge. Die durch den Pumpenraum 43 geleistete Arbeit
stellt eine lastabhängige Dämpfung dar und verbessert die Däm
pfungseigenschaften der erfindungsgemäßen Federung.
Bei der Federgruppe nach Fig. 5 sind im Bereich der Trennwände
505 und 505′ die Teile der Federgruppe nach Fig. 1 übernommen
und nur im Bedarfsfall mit Hinweiszeichen versehen. Ein Gasbe
hälter 510, in dem der Druck niedriger sei als in den Gaspolstern
507 und 507′, ist über eine mit einem ersten Drehschieber 517
versehene erste Verbindungsleitung 538 an eine Eintrittskammer
526 eines Verdichters 516 und über eine mit einem zweiten Dreh
schieber 518 versehene zweite Verbindungsleitung 539 an die Aus
trittskammer 527 des Verdichters 516 angeschlossen. Die Ver
bindungsleitung 538 mündet über einen durch ein Ventil 561 ver
schließbaren Einlaßkanal 560 in eine Ventilkammer 564, die mit
dem Gasbehälter 510 in offener Verbindung steht. Eine Ventil
feder 563 bewirkt, daß zwischen Einlaßkanal 560 und Ventil 561
ein Ventilspalt 562 besteht, und so kann bei offenem Dreh
schieber 517, wie gezeichnet, eine Rückführung der Trennwände
505 und 505′ erfolgen, genau wie bei der Federgruppe nach Fig.
2 beschrieben. Die Verbindungsleitung 539 mündet über eine Aus
laßöffnung 572 in eine Ventilkammer 570, die mit einer Halte
rung 571 für ein Ventil 567 versehen ist, und über einen durch
das Ventil 567 verschließbaren Auslaßkanal 566 in den Gasbe
hälter 510 führt. Eine Ventilfeder 569 ist so schwach bemes
sen, daß bei dem gegebenen Überdruck der Gaspolster 505 und
505′ das Ventil 567 den Auslaßkanal 566 geschlossen hält, und
so kann trotz des offenen Drehschiebers 518, wie gezeichnet,
und des Unterdrucks im Gasbehälter 510 eine Rückführung der
Trennwände 507 und 507′ über die Speiseleitungen 513 und 513′
erfolgen. Wenn der Fall eintritt, daß der Druck im Gasbehälter
510 höher ist als in den Gaspolstern 507 und 507′, kann der
Ventilspalt 562 unter dem Einfluß der Ventilfeder 563 offen
bleiben, wird das Ventil 567 durch den Überdruck im Gasbe
hälter 510 aufgestoßen und kann eine Erhöhung der Gasmengen
in den Gaspolstern 507 und 507′ direkt aus dem Gasbehälter
510 über den jetzt offenen Auslaßkanal 566 erfolgen.
Bei der Federgruppe nach Fig. 6 erfolgt ein Ablassen von Gas
aus den Gaspolstern 607 und 607′ über die Ablaßleitungen 612
und 612′, den laufenden Verdichter 616, den offenen Drehschie
ber 618 und die Ventilkammer gegen den Überdruck des Gas
behälters 610, wobei unter Wirkung der Ventilfeder 569 zwischen
der Ventilkammer 570 und dem Auslaßkanal 566 ein Ventilspalt
568 besteht. Der Überdruck im Gasbehälter 610 hält den Ein
laßkanal 560 mittels des Ventils 561 gegen die entsprechend
schwach bemessene Federkraft der Ventilfeder 563 geschlossen,
und so kann trotz des offenen Drehschiebers 517 und des Über
drucks im Gasbehälter eine Rückführung der Trennwände 607 und
607′ über die Ablaßleitungen 612 und 612′ erfolgen.
Nach Fig. 5 sind die Federkolben als ein in einem Arbeits
zylinder 502 geführter und durch eine Dichtung 542 gedich
teter Stufenkolben 504 ausgebildet, dessen Kolbenstange 552
aus einem mit einer Dichtung 508 versehenen Zylinderdeckel
509 nach außen tritt. Die große Kreisfläche 541 des Feder
kolbens verdrängt Öl aus dem in dem Arbeitszylinder 502
eingeschlossenen Ölvolumen 503, das durch eine Zwischenwand 550
mit Drosselquerschnitten 554 unterteilt ist. Die Kolbenstange
552 bildet mit dem Arbeitszylinder 502 einen Ringraum 528, aus
dem die Kreisringfläche 559 Öl in einen den Arbeitszylinder
502 umgebenden gesonderten Ölspeicher 546 über Öffnungen 523
im Bereich des Zylinderdeckels 509 verdrängt, wobei der Öl
speicher 546 in seinem unteren Teil eine Ölfüllung 548 und in
seinem oberen Teil eine unter Druck stehende Gasfüllung 547
aufweist und zwischen beiden Füllungen ein freier Ölspiegel
549 besteht. Die vom Druck der Gasfüllung 547 auf die Kreis
ringfläche 559 ausgeübte Kraft wirkt für die Kolbenstange 552
als Zugkraft, so daß die Federelemente 501 und 501′ eine Trag
last gleich der auf die große Kreisfläche 541 vom Gaspolster
507 ausgeübten Druckkraft abzüglich der Zugkraft der Kreis
ringfläche 559 ist. Die hohl ausgeführte Kolbenstange 552
bildet einen Pumpenraum 543, in den eine mittels eines Kugel
gelenks 558 an der Zwischenwand 550 befestigte Pumpenstange
551 eindringt, durch eine Dichtung 529 gedichtet. Der Pumpen
raum 543 ist mit dem Ringraum 528 durch ein Saugventil 544
und mit dem Ölvolumen 503 durch ein Druckventil 545 verbunden
und außerdem mit dem Druckspeicher 546 durch eine vom Stufen
kolben 504 gesteuerte Drosselöffnung 531 im Arbeitszylinder
502. Pumpenstange 551 und Pumpenraum 543 haben dieselben,
oben beschriebenen Wirkungen wie Ringfläche 59 und Pumpen
raum 43 der Federelemente 1 nach Fig. 1. Die Ölvolumina 503
der Federelemente 501 und 501′ sind durch eine Ölleitung 573
verbunden, die von einer in beiden Richtungen fördernden Pump
einrichtung 574 unterbrochen ist. Die Pumpeinrichtung 574 ist
mittels eines Steuerkastens 575 schaltbar und kann Öl aus
einem entlasteten Federelement, beispielsweise dem Federele
ment 501 in das zugeordnete zusätzlich belastete Federelement,
im Beispiel in das Federelement 501′ fördern und umgekehrt,
wodurch - wie weiter oben beschrieben - der Aufbau in Rich
tung der Resultierenden von Schwerkraft und Massenkraft ge
neigt und wieder aufgerichtet werden kann. Die gesonderten
Ölspeicher 546 und 546′ sind ölseitig durch eine Leitung 576
verbunden, durch die ein Ölaustausch zwischen den beiden Öl
speichern 546 und 546′möglich ist.
Einer Abstimmung von Federung und Dämpfung dienen Drosselöff
nungen 54 oder 554 nach Fig. 1 oder 2 in den Zwischenwänden 50
oder 550, die geschwindigkeitsabhängige Dämpfungskräfte erzeu
gen. Lastabhängige Dämpfungskräfte sind bei selbstpumpenden
Federelementen in bekannter Weise durch die Pumparbeit der
Ringfläche 59 des Kolbenkopfes 41 nach Fig. 1 oder der Pumpen
stange 551 nach Fig. 5 gegeben und durch die Größe der jeweili
gen Pumpenfläche oder auch durch Drosselwiderstände der Saug-
und Druckventile 43 und 44 oder 543 und 544 veränderbar. Bei
der erfindungsgemäßen Federung hat auch die gasseitige Verbin
dung der Federelemente, insbesondere bei niederfrequenten Auf
bauschwingungen einen Einfluß auf die Dämpfungskräfte. Wenn
nämlich bei wechselseitigen Schwingungen (vgl. Fig. 4) eines
Aufbaus oder bei gleichsinnigen Schwingungen (vgl. Fig. 2 und
Fig. 3) in den Gaspolstern zusammengehöriger Federelemente
Druckunterschiede vorliegen und ein Gastransport von einem zu
einem anderen Federelement erfolgt, werden dadurch die Trag
lasten der Federelemente geändert und Differenzkräfte erzeugt,
die als Dämpfungskräfte in Erscheinung treten. Dieser Umstand
kann für die Abstimmung von Federung und Dämpfung benutzt wer
den, insbesondere auch dadurch, daß die Schwingungen ohne Gas
transport festlegende Ansprechempfindlichkeit bei der Rückfüh
rung der Trennwände in die Mittellage verändert wird, indem
beispielsweise die Überdeckungen von Steuerschieber 21 und
Steueröffnungen 24 und 25 entsprechend groß gewählt werden.
Hierdurch kann auch verhindert werden, daß bei größeren Druck
unterschieden zusammengehöriger Federelemente in störender
Weise viel Gas aus den Gaspolstern höheren Drucks in die Gas
polster niederen Drucks abfließt. Um die zu beeinflussen,
können auch Drosseleinrichtungen in den Speiseleitungen oder
Abflußleitungen vorgesehen sein.
Wenn bei einem Kraftfahrzeug mit mehr als drei Rädern, bei
spielsweise vier Rädern eine Verteilung des Aufbaugewichts
auf vier volltragende hydropneumatische Federelemente er
folgt und alle Federelemente unabhängig voneinander mit je
einem Höhenregler ausgerüstet sind, kann ein gefährlicher
Gleichgewichtszustand eintreten, bei dem zwei einander
diagonal gegenüberliegende Federelemente das Aufbaugewicht
alleine oder nahezu alleine tragen und die zu den anderen
beiden Federelementen gehörenden Räder keine oder nur eine
geringe Bodenhaftung haben. Dieser Fahrzustand wird bei be
kannten hydropneumatischen volltragenden Federungen meist in
der Weise ausgeschlossen, daß zwei Federelemente einer Achse
ölseitig verbunden sind und nur drei Höhenregler verwendet
werden. Bei der erfindungsgemäßen Federung sind die Gaspol
ster der einzelnen Federelemente bei Aufbauschwingungen immer
wieder miteinander verbunden, so daß der angegebene, mit einem
Verlust der Bodenhaftung verbundene Gleichgewichtszustand nicht
eintreten kann. Vielmehr wird in vorteilhafter Weise von der
Federung bei der jeweiligen Schwerpunktslage automatisch eine
optimale Verteilung des Aufbaugewichts auf alle vier Räder
eingestellt, indem Druckunterschiede in den Gaspolstern der
Federelemente bis zu einem kleinstmöglichen Druckunterschied
ausgeglichen werden, wobei immer ein Federelement als letztes
das Niveauvolumen erreicht.
Wenn die Standlasten zusammengehöriger Federelemente sehr ver
schieden sind, beispielsweise die einer Vorderachse und einer
Hinterachse, oder auch aus anderen Gründen Federkolbenflächen
von unterschiedlicher Größe gewählt werden, verhalten sich die
Niveauvolumina zweckmäßig proportional den Federkolbenflächen,
da in diesem Falle Trimm-Mengen derartiger Federelemente gleich
groß sind.