DE2435590B2 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung für Fahrzeuge, mit einem von einer Kolbenstange getragenen Dämpferkolben, der in einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Arbeitszylinder verschiebbar ist, mit einem die Hydraulikflüssigkeit im Arbeitszylinder belastenden, als Feder wirkenden hydropneumatischen Speicher, mit einem Vorratsraum für die Hydraulikflüssigkeit, mit einer bei einer Unterschreitung eines vorgegebenen Sollniveaus Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsraum in den hydropneumatischen Speicher fördernden Pumpeinrichtung, die durch die Kolbenstange und den Arbeitszylinder selbst gebildet wird, welcher über ein Ansaugventil mit dem Vorratsraum verbunden

ist und mit dem hydropneumatischen Speicher bei Unterschreitung des Sollniveaus nur noch über ein Auslaßventil in Verbindung steht, welches bei Erreichen des Sollniveaus durch einen von der Kolbenstange gesteuerten Kanal überbrückt wird, und mit einer Abregeleinrichtung, die bei einer Überscareitung des Sollniveaus Hydraulikflüssigkeit aus dem hydropneumatischen Speicher in den Vorratsraum zurückfließen läßt, wobei die Kolbenstange eine ringförmige Dichtung in einer ringförmigen Trennwand durchsetzt, die den Innenraum des Arbeitszylinders von einem ringförmigen Raum trennt, der durch einen im Querschnitt verminderten Abschnitt der Kolbenstange hubabhängig mit dem Innenraum des Arbeitszylinders verbindbar ist, wie es aus der DE-AS 32 68 989 bekannt ist.

Bei selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeinen bewirken deren Schwingungen gleichzeitig mit einer entsprechenden Verlängerung oder Verkürzung des Federbeines ein Umpumpen der hydraulischen Flüssigkeit aus einer ersten Kammer in eine zweite Kammer so lange, bis die Federung ein mittleres Niveau einnimmt und eine Verbindung zwischen den zwei Kammern hergestellt wird. Bei bekannten Ausführungen des einen Typs bildet die erste Kammer im allgemeinen einen Vorratsraum für hydraulische Flüssigkeit und die zweite Kammer einen als Feder wirkenden hydropneumatischen Speicher, d. h. diese Kammer enthält hydraulische Flüssigkeit und Druckgas und wirkt mit einem Kolben für die Abstützung der gefederten Massen eines Fahrzeuges zusammen. Wenn das stehende Fahrzeug beladen wird, wird das Federbein zusammengedrückt. Sobald sich jedoch das Fahrzeug in Bewegung setzt, fördert die Pumpvorrichtung hydraulische Flüssigkeit aus dem Vorratsraum in die die hydropneumatisch^ Feder bildende Kammer, wodurch der Druck des in der Kammer eingeschlossenen Gases und damit dessen Tragfähigkeit ansteigt, so daß das Federbein bis zum normalen Niveau wieder auseinandergedrückt wird.

Bei einem anderen Typ eines selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeines, wie er z. B. in dem deutschen Gebrauchsmuster 72 20 524 beschrieben ist, bildet die zweite Kammer die hydropneumatische Feder, während die erste Kammer einen Vorratsraum für unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit bildet; der Druck des Gases ist derart gewählt, daß die Federung eines im Stillstand maximal beladenen Fahrzeuges sich oberhalb des normalen Niveaus befindet, so daß durch Entnahme von hydraulischer Flüssigkeit aus der die hydropneumatische Feder bildenden Kammer durch die selbstpumpende Vorrichtung die Federung auf ihr normales Niveau wieder abgesenkt wird. Aus der FR-PS 14 20 958 ist ein selbstpumpendes Federbein des zuerst genannten Typs bekannt, das einen Vorratsraum und einen eine hydropneumatische Feder bildenden Arbeitsraum aufweist und bei dem eine in einen gesonderten Pumpenzylinder eintauchende und mit der Kolbenstange verbundene Pumpenstange beim Fedenmgsvorgang Ol aus dem Vorratsraum über ein Saugventil, Rückschlagventile und Kanäle in den Arbeitsraum pumpt. Die Pumpenstange durchsetzt dabei eine ringförmige, als Dichtung wirkende elastische Führung, die den Innenraum des Pumpenzylinders vom Arbeitsraum oder von einem mit dem Vorratsraum verbundenen ringförmigen Kanal trennt, der durch einen im Querschnitt verminderten Abschnitt der Pumpenstange zur Steuerung der Pumpeinrichtung hubabhängig mit dem Innenraum des Pumpenzylinders verbindbar ist Als Abregeleinrichtung dient ein vom Arbeitskolben aufstoßbares Abregelventil oder eine mit einer zweiten ringförmigen Dichtung zusammenwirkende Steuerkante zwischen einem in der ringförmigen Dichtung dicht geführten dickeren zylindrischen Abschnitt der Pumpenstange und einem konisch verjüngten Abschnitt, der bei einer Annäherung an das Sollniveau durch den Pumpvorgang zunächst einen zunehmenden Querschnitt für einen das Saugventil überbrückenden Kanal und bei einer Überschreitung des Sollniveaus einen den Arbeitsraum mit dem Vorratsraum verbindenden Kanal zunehmend freigibt, so daß die überschüssige Flüssigkeit in den Vorratsraum zurückfließen kann. Dieses aus der FR-PS 14 20 958 bekannte Federbein weist einen sehr komplizierten Aufbau auf, denn der Pumpenzylinder wird durch ein Rohr gebildet, das in der Mittelachse des Zylinders des Federbeines angeordnet ist und in die hohle Kolbenstange des Federbeines eintaucht, dessen Arbeitskolben aus einem dritten rohrförmigen Element gebildet wird. Zudem ist die Wand der Pumpenkammer an ihrem einen Ende innen aufgeweitet, wobei in die derart vergrößerte Bohrung zwei ringförmige Führungselemente und ein von einem Kanal durchsetztes ringförmiges Teil eingeführt werden müssen. Abgesehen davon, daß ein derartiges Federbein eine große Anzahl von schwierig herzustellenden Teilen aufweist, ist es darüber hinaus äußerst kompliziert und schwierig zu montieren.

jo Bei dem bekannten Federbein der eingangs genannten Gattung steuert ein mit dem Dämpferkolben verbundener stirnseitiger Fortsatz den das Auslaßventil der Pumpeinrichtung überbrückenden Kanal. Ein wesentlicher Nachteil dieses und anderer bekannter

^5 selbstpumpender hydropneumatischer Federbeine besteht darin, daß die Verbindung zwischen Arbeits- und Vorratsraum sogleich hergestellt wird, wenn das vorbestimmte Niveau erreicht ist. Die Folge ist, daß dann eine abrupte Änderung der Dämpfungseigenschaf ten des Federbeins eintritt. Dies macht die Federung während der Fahrt auf dem überwiegenden Teil des Weges wenig komfortabel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federbein der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß dieses im Vergleich zu bekannten Federbeinen wesentlich einfacher im Aufbau und somit kostengünstiger herzustellen und zu montieren ist und auch beim Pendeln um das Sollniveau gute Dämpfungseigenschaften aufweist.

so Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ringförmige Trennwand, die den Innenraum des Arbeitszylinders von dem mit dem hydropneumatischen Speicher verbundenen ringförmigen Raum trennt, das Auslaßventil der Pumpeinrichtung enthält und zur Steuerung der Pumpeinrichtung mit der Kolbenstange zusammenwirkt, die zwischen einem den Dämpferkolben tragenden dünneren zylindrischen Abschnitt und einem in der ringförmigen Dichtung der Trennwand dicht geführten dickeren zylindrischen Abschnitt einen

to konisch verjüngten Abschnitt aufweist, der bei einer Annäherung an das Sollniveau durch den Pumpvorgang einen progressiv zunehmenden Querschnitt für den das Auslaßventil überbrückenden Kanal freigibt

Bei der Einregulierung des Niveaus des Federbeines

f>3 liegt der zylindrische Abschnitt der als Tauchkolben wirkenden Kolbenstange zwei Dichtungen gegenüber, die den Arbeitsraum von dem Vorratsraum dicht abtrennen und den letzteren von dem mit dem

hydropneumatischen Speicher verbundenen ringförmigen Raum, so daß die Pumpeinrichtung Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsraum in den ringförmigen Raum umpumpt Hierdurch wird eine progressive Verschiebung der Kolbenstange so lange erreicht, bis ihr im Querschnitt verminderter Abschnitt der ersten Dichtung gegenüberliegt und so einen ständig steigenden Verlust an gepumpter Flüssigkeit hervorruft, die am Auslaßventil der Pumpeinrichtung vorbeiströmt. Der Pumpeffekt verringert sich so progressiv, wodurch eine progressive Veränderung der Dämpfung des Federbeines erhalten wird. Die sich mit verringernder Strömung fortsetzende Umpumpung bewirkt, daß sich die Kolbenstange ständig weiterbewegt, bis deren im Querschnitt verminderter Abschnitt der zweiten Dichtung gegenüberliegt und so eine ständig ansteigende Strömung von Hydraulikflüssigkeit zwischen Arbeitsraum und Vorratsraum über einen zweiten ringförmigen Raum eintritt. Man erhält so eine sich ständig vergrößernde Verbindungsöffnung für den Ein- und Ausfluß, während die Wirkung der Umpumpung sich ständig verringert, so daß ein mittleres Gleichgewichtsniveau ohne einen Stoß erhalten wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigt

F i g. 1 ein Federbein gemäß der Erfindung im axialen Schnitt,

F i g. 2 eine Teilansicht im vergrößerten Maßstab des oberen Teils des Federbeins gemäß F i g. 1 mit Einzelheiten der Anordnung der Dichtungen,

F i g. 3 den unteren Teil des Federbeins im Schnitt im vergrößerten Maßstab,

F i g. 4 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform entsprechend Fig.2 jedoch im vergrößerten Maßstab und

F i g. 5 einen Schnitt längs Linie V-V in F i g. 4.

Das in den F i g. 1 bis 3 gezeigte Federbein besteht im wesentlichen aus einem äußeren rohrförmigen Gehäuse 1, das gas- und wasserdicht ist, einem Arbeitszylinder 2, einem Zwischenrohr 3, das den Arbeitszylinder 2 in einem gewissen Abstand umgibt, um einen ringförmigen Kanal 3a zu schaffen, dessen Aufgabe weiter unten beschrieben wird, einem Bodenverschluß 4, an dessen Außenseite ein Befestigungsauge 5 angebracht ist, das für den Anschluß an ein nicht gefedertes Teil eines Fahrzeuges bestimmt ist, einem von einer Kolbenstange 7 getragenen Dämpferkolben 6, der in dem Arbeitszylinder 2 verschiebbar ist, einer abgedichteten Kolbenstangenführung 8 und einem Befestigungsauge 9, das am äußeren Ende der Kolbenstange 7 befestigt ist und zur Befestigung an den gefederten Massen des Fahrzeuges bestimmt ist. Der Bodenverschluß 4 ist innen mit einer Blindbohrung 4a versehen (Fig.3), in die ein Ventilblock 4b mit einer Dichtung zwischen dem Ventilblock 4b und der Wand der Blindbohrung in Form eines O-Ringes 4d eingesetzt ist. Der Ventilblock 4b ist an seiner Außenseite mit einer ringförmigen Ausnehmung 4c versehen, in die die unteren Enden des Arbeitszylinders 2 und des Zwischenrohres 3 eingreifen. Eine Dichtung 4e ist zwischen dem Arbeitszylinder 2 und dem Ventilblock 4b und eine weitere Dichtung 4i zwischen dem Zwischenrohr 3 und der Blindbohrung 4a des Bodenvcrschlusses 4 eingesetzt. Dieser Bodenverschluß 4 ist unter Zwischenschaltung einer Dichtung 4g mit dem Ende des äußeren zylindrischen Gehäuses 1 verbunden und wird in diesem durch eine Umbördelunj la gehalten. Die Kolbenstangenführung 8, derer Einzelheiten später beschrieben werden, besteht voi allem aus einem ringförmigen Führungsblock 8a, desset Innenseite mit einer ringförmigen Aussparung 8/ versehen ist (s. F i g. 2), in die die oberen Enden des Arbeitszylinders 2 und des Zwischenrohres 3 untei Zwischenschaltung von Dichtungen 2b bzw. 3b eingrei fen. Der ringförmige Führungsblock 8a ist (s. Fig. 1

ίο durch einen Gewindering 8c mit dem gleichfalls mi Gewinde 8c/versehenen Gehäuse 1 verschraubt.

Der ringförmige Zwischenraum zwischen derr äußeren zylindrischen Gehäuse 1 und dem Zwischen rohr 3 ist durch eine ringförmige Trennwand 10 in ein« als Vorratsraum 11 dienende untere Kammer und eins obere Kammer unterteilt, die einen als Feder wirkender hydropneumatischen Speicher 14 enthält Der Vorrats raum 11 enthält öl 12, über dem sich Druckgas Ic befindet, welches eine pneumatische Feder bildet Dei hydropneumatische Speicher 14 ist durch eine elastisch« ringförmige Membrane 14a in einen inneren Raum 35 der öl enthält, und einen äußeren Raum 36 unterteilt der Druckgas enthält und eine weitere pneumatisch« Feder bildet.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat di« ringförmige Membran 14a an ihren beiden Ender Ansätze, die einmal zwischen dem äußeren ringförmi gen Gehäuse 1 und entsprechenden Ausnehmungen ir dem Führungsblock 8a und in der Trennwand K eingespannt sind.

Der Bodenverschluß 4 ist an seinem Umfang mit eine: Reihe von in Längsrichtung verlaufenden Nuten Ii versehen, von denen Bohrungen 16 ausgehen, die ii einer Blindbohrung 17 münden, die in der Mitte de:

Bodenverschlusses 4 (siehe F i g. 3) angeordnet ist Di« Blindbohrung 17 mündet in einem zentralen Hohlraun 17a des Ventilblockes 4b, der mit dem Inneren de! Arbeitszylinders 2 über einen Ventilsitz 18a ii Verbindung steht. Ein Ansaugventil 18, das Öl aus den Hohlraum 17a in das Innere des Arbeitszylinders '. treten läßt, ist gegen den Ventilsitz 18a durch ein« sternförmige Ventilfeder 19 gepreßt, die im Hohlraun 17a angeordnet ist. Diese mit Ausnehmungen 19* versehene sternförmige Ventilfeder läßt das öl aus den Vorratsraum 11 ins Innere des Arbeitszylinders : strömen, indem es die Nuten 15, die Bohrungen 16, di« Blindbohrung 17, die Ausnehmungen 19a, den Hohlraun 17a und den Ventilsitz 18a passiert und dabei das Ansaugventil 18 anhebt. Dieses Ansaugventil 18 hat ein« aus Gummi bestehende Ventilklappe 186, die auf einen metallischen Auflager 18c befestigt ist, das über ein« Stange Md nach unten gezogen wird. Die Stange 18c/is mit einer Mutter 18e versehen, auf die die Ventilfeder 15 einwirkt. In der seitlichen Wand des Bodenverschlusses 4 ist eine Düse 20 eingesetzt, die durch Filter 21 geschützt ist und einerseits mit dem ringförmigen Kana 3a über eine Öffnung 22, die die Wand des Zwischenrohrs 3 durchsetzt und andererseits mit den Vorratsraum 11 kommuniziert.

bo Der Dämpferkolben 6 ist in bekannter Weis« aufgebaut. Er besteht aus einer Scheibe 6a, die vor Kanälen 66 und 6c durchsetzt ist, die durch blattförmig« Ventilklappen 6d und 6e verschlossen sind, die auf dei entgegengesetzten Seiten der Scheibe 6a angeordne

h^r) sind. Die Verschiebung der Ventilklappen wird durcl Anschlagteile 6/ und hg begrenzt. Diese Ausführungs form ist bekannt und gestattet es dem im Arbeitszylin der 2 befindlichen öl durch entsprechendes Anheber

der Ventilklappen Sd und 6e aus einem Arbeitsraum 23 unterhalb des Dämpferkolbens in einen ringförmigen Arbeitsraum 24, der die Kolbenstange umgibt, und umgekehrt zu gelangen, um so eine Dämpfung der Federung zu bewirken. Der Dämpferkolben 6 ist am Ende eines dünnen Abschnittes Ta der Kolbenstange 7 befestigt, der seinerseits in einen konischen Abschnitt Tc übergeht, au den ein Abschnitt Tb mit größerem Durchmesser anschließt.

Der Arbeitsraum 24 ist an seinem oberen Ende durch eine ringförmige Trennwand 25 begrenzt (s. F i g. 2), die mit dem Arbeitszylinder 2 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 25a verbunden ist und gegen einen in einer ringförmigen Nut 2a des Arbeitszylinders angeordneten Sprengring 25b durch eine Abstandshülse 38 gehalten wird, deren oberer Rand sich gegen eine Anlagefläche des Führungsblockes 8a abstützt. Die ringförmige Trennwand 25 ist mit einer als Ring ausgebildeten Dichtung 27 versehen, deren innerer Durchmesser praktisch gleich dem äußeren Durchmesser des zylindrischen Abschnitts Tb der Kolbenstange ist, so daß, wenn der Abschnitt Tb der Kolbenstange im Verhältnis zur Dichtung 27 gleitet, eine gewisse Abdichtung zwischen dem Arbeitsraum 24 und einem ringförmigen Raum 30 erhalten wird, der oberhalb der Trennwand 25 liegt und frei über einen Kanal 30a, der radial den Führungsblock 8a durchsetzt, mit dem Raum 35 in Verbindung steht. Die Trennwand 25 wird von einem Kanal 26 durchsetzt, der durch eine ein Auslaßventil 28 bildende Ventilklappe aus gehärtetem Stahl verschlossen ist, die auf der oberen Fläche der Trennwand 25 durch eine Schraube 29 gehalten ist. Der Arbeitsraum 24 steht dann mit dem Raum 30 über den Kanal 26 in Verbindung, wenn die Ventilklappe des Auslaßventils 28 unter der Einwirkung der Druckdifferenz in diesen beiden Räumen angehoben wird und auch durch das Spiel, das zwischen der Dichtung 27 und der Kolbenstange entsteht, wenn die Abschnitte Tc oder 7a dieser Kolbenstange der Dichtung 27 gegenüberliegen, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist.

Die Führung und Abdichtung der Kolbenstange im Bereich der Kolbenstangenführung 8 wird durch eine Hochdruckdichtung 31, einen Führungsring 31a aus Lagermetall, eine Lippendichtung 32 und eine Abstreifdichtung 33 bewirkt. Diese Elemente sind im Detail in der Fig.2 dargestellt, die die Kolbenstange 7 in der Stellung zeigt, die sie einnimmt, wenn die Federung sich unterhalb ihres mittleren Niveaus befindet, d. h. wenn der kegelstumpfartige Abschnitt Tc sich unterhalb der Dichtung 27 befindet.

Die Hochdruckdichtung 31 ist in einer ringförmigen Ausnehmung Sk des Führungsblockes 8a durch einen in den Führungsblock eingeschraubten Gewindering 8e gehalten. Diese Hochdruckdichtung hat ein ringförmiges Teil Mb aus elastischem Material, das auf einem metallischen Träger 31c befestigt ist, der in die Ausnehmung %k unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung Md eingesetzt ist. Diese Ringdichtung wird beim Einschrauben des Gewinderinges 8e zusammengedrückt und gewährleistet so die äußere Abdichtung des Trägers 31c Ein teilweise im linken Teil der Fig.2 herausgebrochenes Teil zeigt, daß im entspannten Zustand der innere Durchmesser des ringförmigen Teils 31 b etwas kleiner ist als der äußere Durchmesser des zylindrischen Abschnitts Tb der Kolbenstange, so daß dieses ringförmige elastische Teil durch den zylindrischen Abschnitt Tb zusammengedrückt wird und so eine vollständige Abdichtung gewährleistet. Indessen, wenn der kegelstumpfförmige Abschnitt Tc der Hochdruckdichtung 31 gegenüberliegt ist das ringförmige Teil 31 b nicht mehr gegen die Kolbenstange gepreßt und läßt so aus dem Raum 30 Hydraulikflüssigkeit austreten. Die

s Menge dieser Hydraulikflüssigkeit steigt mit dem Auszug der Kolbenstange 7 an.

Der Führungsring 31a aus Lagermetall hat eine zylindrische Buchse, die in eine Bohrung 8/ des Führungsblockes 8a eingesetzt ist, die oberhalb der

ία Ausnehmung 8Jt liegt, und einen Bund, der mit Schrauben 31 e in einer Ausnehmung Sg des Führungsblockes 8a befestigt ist

Die Ausnehmung Sg ist am Boden einer Bohrungserweiterung 8Λ angeordnet, die am oberen Ende des Führungsblockes 8a mit einem Gewinde 8/ versehen ist, in das ein ringförmiger Stopfen 8/ eingeschraubt ist, so daß ein die Kolbenstange 7 umgebender ringförmiger Raum 34 gebildet wird, dessen oberer Teil die Lippendichtung 32 enthält, die gegen den Stopfen 8/mit Hilfe einer Schale 32a gehalten wird. Die Schale 32a ist mit Bohrungen 32i> versehen, so daß der Druck des in dem Raum 34 enthaltenen Öls auf die Lippendichtung einwirken und, damit diese gegen die Kolbenstange pressen kann, um so eine gute Abdichtung zu gewährleisten. Zwischen der Lippendichtung 32 und dem Stopfen Sj ist ein metallischer Abstützring 32c angeordnet, der verhindert, daß die Lippendichtung sich umstülpen kann.

In dem Führungsblock 8a ist ein senkrechter Kanal

34a angeordnet, der vom Boden des Raumes 34 ausgeht und am Boden der ringförmigen Aussparung Sb endet, so daß eine Verbindung zwischen dem Raum 34 und dem ringförmigen Kanal 3a hergestellt wird. Die Abstreifdichtung 33 ist in eine Ausnehmung 33a des Stopfens Sj durch einen Ring 33b gepreßt, der mit Schrauben 33c gehalten ist Diese Abstreifdichtung hat eine Lippe, die nach außen gerichtet ist, um zu verhindern, daß Schmutz und Staub in das Federbein eindringen kann.

Das Federbein ist in F i g. 1 in einer mittleren Stellung gezeigt, die es normalerweise einnimmt, wenn das Fahrzeug entladen und in Ruhe ist. Wird das Fahrzeug beladen, so dringt der Dämpferkolben in den Arbeitszylinder 2 ein und eine Obergangskante 37 zwischen dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 7c und dem zylindrischen Abschnitt Tb mit größerem Durchmesser der Kolbenstange 7 des Arbeitskolbens wird unter die Dichtung 27 abgesenkt Bei der Bewegung des Fahrzeuges bewirken die Federschwingungen alternati ve Bewegungen der Ausdehnung (Ausfahren des Dämpferkolbens 6 und der Kolbenstange 7) und des Zusammendrückens (Einfahren des Dämpferkolbens und der Kolbenstange in den Arbeitszylinder 2). Diese Bewegungen bewirken in ihrer Aufeinanderfolge eine entsprechende Verringerung und eine Vergrößerung des in dem Arbeitszylinder 2 eingeschlossenen Volumens (dieser arbeitet als Pumpzylinder mit seinen Ansaug- und Auslaßventilen 18 bzw. 28) durch die Kolbenstange 7 (Wirkung als Pumpenkolben) und als

Folge tritt ein Umpumpen von öl aus dem Vorratsraum 11 in den Raum 35 des hydropneumatischen Speichers 14 ein.

Genauer ausgedrückt, wird bei jeder Ausdehnung das Volumen des Arbeitsraumes 24 um einen gewissen Wert

t>5 verkleinert und dasjenige des Arbeitsraumes 23 um einen größeren Wert erhöht. Als Folge der Verringerung des Volumens des Arbeitsraumes 24 strömt ein Teil des in diesem enthaltenen Öls durch den Kanal 26 unter

Anhebung der Ventilklappe des Auslaßventils 28 in den Raum 30, der frei über den Kanal 30a mit dem Raum 35 des hydropneumatischen Speichers 14 in Verbindung steht; ein anderer Teil des in dem Arbeitsraume 24 enthaltenen Öls strömt in den Arbeitsraum 23 über die Kanäle 6c und unter Anhebung der Ventilklappe 6e. Indessen kann dieser Zustrom an öl nicht die Vergrößerung des Volumens des Arbeitsraumes 23 decken. Aus diesem Grund erfolgt ein Zustrom von öl aus dem Vorratsraum 11 in den Arbeitsraum 23, wobei das Ansaugventil 18 von seinem Sitz angehoben wird und das Druckgas 13 einen Teil des Öls 12 in den Arbeitsraum 23 über die Nuten 15, die Bohrungen 16, die Blindbohrung 17 und den Hohlraum 17a treibt Im Verlaufe der darauffolgenden Kompression verringert sich das Volumen des Arbeitsraumes 23 so, daß das Ansaugventil 18 durch seine Ventilfeder 19 und durch den auf seiner Oberfläche lastenden Öldruck geschlossen wird und eine bestimmte Menge öl aus dem Arbeitsraum 23 in den Arbeitsraum 24 über die Kanäle 6b unter Anhebung der Ventilklappe 6d strömt

Das Volumen des Arbeitsraumes 24 steigt indessen um ein geringeres Maß an, so daß ein Teil des Öls durch den Kanal 26 unter Anhebung der Ventilklappe des Auslaßventils 28 in den Raum 30 und den Raum 35 des hydropneumatischen Speichers 14 strömt

Das durch die Kanäle %b und 6c des Dämpferkolbens strömende öl wird durch die Ventilklappen 6d und 6e gebremst, wodurch eine Dämpfungswirkung auf die Kraft hervorgerufen wird, die das Schwingen der Aufhängung veranlaßt. Das Umpumpen des Öls aus dem Vorratsraum 11 in den Raum 35 des hydropneumatischen Speichers hat die Wirkung, daß der Druck des Druckgases 13 verringert und derjenige des Gases im Raum 36 erhöht wird. Der Druck des Öls im Raum 35 und in dem Raum 30 steigt somit mit jeder Schwingung an. Im Verlaufe jeder Kompression muß deshalb das in dem Arbeitszylinder 2 enthaltene öl einen immer größeren Druck auf die Ventilklappe des Auslaßventils 28 ausüben, um diese von ihrem Sitz abzuheben, so daß am Ende einer Kompression die Kolbenstange 7 etwas weniger tief in den Arbeitszylinder eindringt als am Ende der vorausgegangenen Kompression.

Im Verlaufe des Pumpens wird die Kolbenstange 7 ständig so lange aus dem Arbeitszylinder 2 herausgefahren, bis ihr kegelstumpfförmiger Abschnitt Tc der Dichtung 27 gegenüberliegt Man erhält dann zwischen dieser Dichtung 27 und der Kolbenstange einen ölstrom, der an der Ventilklappe des Auslaßventils 28 vorbeiströmt. Dieser ölstrom steigt in dem Maße an, wie die Kolbenstange 7 aus dem Arbeitszylinder herausgeschoben wird, so daß der Pumpeffekt sich ständig bis zu dem Moment verringert, an dem der Abschnitt 7a der Kolbenstange der Dichtung 27 gegenüberliegt. Die Pumpung wird dann mit einer stark verringerten Ausströmmenge fortgesetzt, die Kolbenstange setzt dann ihre Bewegungen aus dem Arbeitszylinder sehr langsam fort

Wenn die Ubergangskante 37 der Kolbenstange die Hochdruckdichtung 31 erreicht und dann überschreitet (Fig. 1) ist die Abdichtung durch diese Dichtung nicht mehr absolut und es stellt sich zwischen den Räumen 30 und 34 ein sich ständig vergrößernder ölstrom ein. Es fließt somit öl aus dem des hydropneumatischen Speichers 35 (über den Kanal 30a) und aus dem Arbeitsraum 24 (durch den Zwischenraum zwischen der Dichtung 27 und dem Abschnitt 7a der Kolbenstange) in den Raum 30. von diesem in den Raum 34 (durch die Strömung zwischen der Hochdruckdichtung 31 und der Kolbenstange) und von dem letzteren Raum in den Vorratsraum 11 (durch den Kanal 34a, den ringförmigen Kanal 3a, die öffnung 22 und die Düse 20). Der Druck fällt deshalb ständig im hydropneumatischen Speicher 14 und in dem Arbeitszylinder 2 so lange, bis der mittlere Druck in dem Arbeitszylinder 2 (Arbeitsraume 23 und 24), der auf den Querschnitt des Abschnitts Tb der Kolbenstange einwirkt, die auf das Federbein einwirkende Last ausgleicht. Die Kolbenstange 7 hört dann auf, aus dem Arbeitszylinder auszufahren, das Gleichgewichtsniveau der Federung ist erreicht und das Federbein wirkt von nun an wie ein normaler hydraulischer Teleskopstoßdämpfer. Der Vorratsraum 11 und der hydropneumatisch^ Speicher 14 spielen die Rollen von unter Druck stehenden Ausgleichskammern. Jedoch zum Unterschied zu einfachen Stoßdämpfern kann das Federbein einen nicht vernachlässigbaren Teil der Last der Federung aufnehmen.

Es ist augenscheinlich, daß der mittlere Druck in dem Arbeitszylinder, wenn die Federung einen Gleichgewichtszustand eingenommen hat, desto höher sein wird, je größer die Belastung des Federbeins ist, denn es ist die Wirkung dieses mittleren Druckes auf den Querschnitt des Abschnitts Tb der Kolbenstange, die diese Belastung ausgleichen muß. Je geringer der Ölverlust zwischen der Hochdruckdichtung 31 und der Kolbenstange ist, desto höher muß dieser mittlere Druck sein; dieser ölstrom steigt jedoch in dem Maße

an, wie die Übergangskante 37 der Kolbenstange sich über die Hochdruckdichtung 31 hinausbewegt. Hieraus folgt, daß der Gleichgewichtszustand der Federung desto niedriger sich einstellen wird, je mehr das Fahrzeug beladen ist.

Wenn das Fahrzeug sehr wenig beladen ist, stellt sich das Gleichgewicht der Federung bei einem höheren Niveau ein als dies in der F i g. 1 gezeigt ist, so daß der ölstrom zwischen der Hochdruckdichtung 31 und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt Tc der Kolbenstange ausreichend ist, um die Drücke im Vorratsraum 11 und im hydropneumatischen Speicher 14 auszugleichen, so daß das öl im gesamten Federbein den gleichen mittleren Druck aufweist Die Masse des Gases im Vorratsraum 11 und im hydropneumatischen Speicher 14 ist so gewählt, daß dieser mittlere Druck, der auf den Abschnitt Tb der Kolbenstange einwirkt, die auf das Federbein einwirkende Belastung ausgleicht, wenn das Fahrzeug mit seiner Minimallast (Gewicht des Fahrers und einiger Liter Treibstoff) bewegt wird. Wenn das Fahrzeug maximal beladen ist, stellt sich ein Gleichgewicht der Federung derart ein, daß die Übergangskante 37 im wesentlichen gegenüber der Hochdruckdichtung 31 Hegt, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist.

Die durch die Düse 20 bewirkte Einschnürung verhindert einen zu schnellen Druckausgleich zwischen dem Vorratsraum 11 und dem hydropneumatischen Speicher 14, der durch Stöße der Federung hervorgerufen würde, wenn diese einer Oszillation mit erhöhter Frequenz in der Nähe oder in ihrer Gleichgewichtslage unterworfen wäre.

Das beschriebene Federbein hat gegenüber bekannten selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeinen mit innerer Niveauregelung den Vorteil, einen wesentlich größeren Komfort zu bieten, und zwar auf Grund der Tatsache, daß das öl beim Umpumpen sehr progressiv über einen Nebenweg geführt wird und die Federung sehr progressiv ihr Gleichgewichtsniveau erreicht. Entsprechend der Länge der Abstandshülse 38

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zwischen dem Führungsblock 8a, der die Hochdruckdichtung 31 trägt, und der Trennwand 25, die die Dichtung 27 trägt, ist die Pumpwirkung mehr oder weniger begrenzt. Diese Länge bildet somit einen Parameter, der bei der Konstruktion des Federbeins so gewählt werden kann, daß eine gewünschte Progressivität erhalten wird.

Des weiteren ändert sich, wie zuvor beschrieben, das Gleichgewichtsniveau der Federung ein wenig mit der Belastung des Fahrzeuges, was ein bedeutender Vorteil f% moderne Fahrzeuge ist, die über eine lastabhängige Bremse verfügen, die in Abhängigkeit von der durch die Last bewirkten Einfederung arbeitet. Bekannte Federbeine mit innerer Niveauregelung regeln das Niveau der Federung stets auf eine vorbestimmte Höhe ein und greifen so naturgemäß störend in die Funktion der Bremsregelung ein.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Federbeins besteht in der Einfachheit seines Aufbaues. Die Ventilklappen 6c/ und 6e, die auf den beiden Seiten des Dämpferkolbens angebracht sind, sind von einfacher Konstruktion. Da das Federbein weiter keine Verbindungsöffnungen zwischen den verschiedenen Kammern in der mittleren Zone des Arbeitszylinders hat, ist es überflüssig, eine Trennmembran zwischen dem öl und dem Druckgas in der hydropneumatischen Kammer vorzusehen, die sich am unteren Teil des Federbeins befindet (im Ausführungsbeispiel der Vorratsraum 11).

Das Federbein stützt vorteilhaft einen erheblichen Teil der auf der Federung ruhenden Last ab, z. B. 60 kg. Die hintere Federung des Fahrzeuges kann von üblichen Federn und von zwei Federbeinen gemäß der Erfindung abgestützt werden, die so bemessen sind, daß das vollbeladene Fahrzeug sich in einer horizontalen Gleichgewichtslage befindet, d. h. in der vorteilhaftesten Lage, wenn die Federung ihr Gleichgewichtsniveau einnimmt

In den F i g. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform des Federbeins gemäß der Erfindung gezeigt. Die dargestellten Teile, die die gleiche Rolle wie in den zuvor beschriebenen Figuren spielen, sind mit den gleichen um hundert erhöhten Bezugszeichen bezeichnet.

Hier ist wieder der Arbeitsraum 124 an seinem oberen Ende durch eine ringförmige Trennwand 125 begrenzt, die in dem Arbeitszylinder 102 eingesetzt und gegen einen Sprengring 1256, der in einer ringförmigen Nut 102a des Arbeitszylinders sitzt, durch eine Abstandshülse 138 gehalten ist, deren oberer Rand sich gegen den Boden eines ringförmigen nicht gezeigten Führungsblockes abstützt, der vergleichbar ist mit dem ringförmigen Führungsblock 8a der vorhergehenden Figuren.

Auf der unteren Fläche 125c der ringförmigen Trennwand 125, sowie auf dem unteren Teil seiner inneren Fläche 125t/ und auf einem Teil der äußeren Fläche 125e, die an den Sprengring 1256 angrenzt, ist eine Abdeckung 50 aus einem elastischen Material befestigt, die gegenüber Abrieb und der chemischen Einwirkung der im Federbein enthaltenen hydraulischen Flüssigkeit beständig ist. Dieses elastische Material kann z. B. eine Mischung auf der Grundlage von synthetischem Kautschuk der Marke »Hycar 1043« von Goodrich sein, die warm durch Vulkanisieren n.uf der Trennwand 125 aufgebracht wird, welche zuvor mit einem synthetischen Harz beschichtet worden ist.

Wie die F i g. 4 erkennen läßt, bildet die innere Fläche 125c/ eine Vertiefung 125/; der Teil der Abdeckung 50,

ίο der die Fläche 125c/ bedeckt, dringt in die Vertiefung 125/ ein, wodurch seine Haftung verbessert wird. Im freien Zustand nimmt diese Abdeckung die Form von zwei Dreiecken ein, die einer gemeinsamen Basis gegenüberliegen, wie dies durch das Herausbrechen eines Teils in der rechten Hälfte der Fig.4 mit dem vorspringenden Teil 127a dargestellt ist. Im Gebrauch ist das Teil 127a der elastischen Abdeckung gegen den Abschnitt 1076 der Kolbenstange gepreßt, und bildet so eine sehr dichte Dichtung 127. Wenn der kegelstumpfförmige nicht gezeigte Abschnitt der Kolbenstange bis zu Höhe der Dichtung 127 ansteigt, wird deren Abdichtung zunehmend schlechter und hört ganz auf, wenn deren Teil 127a seine freie Form wieder einnimmt, und zwar dann, wenn der Abschnitt der Kolbenstange mit einem ausreichend geringen Durchmesser dieser gegenüberliegt. Die Dichtung 127 läßt dann Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 124 in den Raum 130 unter Umgehung des Auslaßventils 128 einströmen.

Der eine Dichtung 125a bildende Teil der elastischen

jo Abdeckung 50, der die Fläche 125e abdeckt, ist zwischen dem Sprengring 1256, dem Arbeitszylinder 102 und der Trennwand 125, die auf der Abstandshülse 138 abgestützt ist, eingeklemmt, und gewährleistet eine vollständige Abdichtung zwischen der ringförmigen Trennwand 125 und dem Arbeitszylinder 102.

Die Abdeckung 50 ist an der Mündung der Kanäle 126 in der unteren Fläche 125c der Trennwand 125, die zum Arbeitsraum 124 hin gerichtet ist, durchbrochen. Das andere Ende jedes der Kanäle 126 mündet in den Raum 130 in einer kegelstumpfartigen Erweiterung 126a, die als Sitz für eine Ventilklappe des Auslaßventils 128 in Form eines kugelförmigen Teils dient, das diametral in einer zur Achse des Kanals 126 rechtwinkligen Ebene mit einer Bohrung 128a durchsetzt ist.

Wie die F i g. 4 und 5 zeigen, hat die obere Fläche 51 der ringförmigen Trennwand 125 an einer Seite einen vertieften Sektor 51a, in dem drei Kanäle 126 münden. Die drei entsprechenden kugelförmigen Ventilklappen des Auslaßventils 128 sind mit ihren Bohrungen 128a auf einer ringförmigen Feder 52 aufgefädelt, die in einer kreisförmig ausgebildeten Nut 53 in der Fläche 51 gehalten ist. Die ringförmige Feder ist in dieser Nut in einer dem Sektor 51a der Fläche 51 gegenüberliegenden Stelle durch ein kreisbogenförmiges Befestigungsteil 129 gehalten, das bei 129a in dieser Nut 53 eingefaßt ist.
Um ein zu starkes Anheben der kugelförmigen Ventilklappen des Auslaßventils 128 zu verhindern, weist die Abstandshülse 138, diesen gegenüberliegend, eine Anschlagfläche 138a auf, die den Weg begrenzt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung für Fahrzeuge, mit einem von einer Kolbenstange getragenen Dämpferkolben, der in einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Arbeitszylinder verschiebbar ist, mit einem die Hydraulikflüssigkeit im Arbeitszylinder belastenden, als Feder wirkenden hydropneumatischen Speicher, mit einem Vorratsraum für die Hydraulikflüssigkeit, mit einer bei einer Unterschreitung eines vorgegebenen Sollniveaus Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsraum in den hydropneumatischen Speicher fördernden Pumpeinrichtung, die durch die Kolbenstange und den Arbeitszylinder selbst gebildet wird, welcher über ein Ansaugventil mit dem Vorratsraum verbunden ist und mit dem hydropneumatischen Speicher bei Unterschreitung des Sollniveaus nur noch über ein Auslaßventil in Verbindung steht, welches bei Erreichen des Sollniveaus durch einen von der Kolbenstange gesteuerten Kanal überbrückt wird, und mit einer Abregeleinrichtung, die bei einer Überschreitung des Sollniveaus Hydraulikflüssigkeit aus dem hydropneumatischen Speicher in den Vorratsraum zurückfließen läßt, wobei die Kolbenstange eine ringförmige Dichtung in einer ringförmigen Trennwand durchsetzt, die den Innenraum des Arbeitszylinders von einem ringförmigen Raum trennt, der durch einen im Querschnitt verminderten Abschnitt der Kolbenstange hubabhängig mit dem Innenraum des Arbeitszylinders verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Trennwand (25 oder 125), die den Innenraum des Arbeitszylinders (2 oder 102) von dem mit dem hydropneumatischen Speicher (14) verbundenen ringförmigen Raum (30 oder 130) trennt, das Auslaßventil (28 oder 128) der Pumpeinrichtung enthält und zur Steuerung der Pumpeinrichtung mit der Kolbenstange (7) zusammenwirkt, die zwischen einem den Dämpferkolben (6) tragenden dünneren zylindrischen Abschnitt (Ja) und einem in der ringförmigen Dichtung (27 oder 127) der Trennwand (25 oder 125) dicht geführten dickeren zylindrischen Abschnitt (Jb) einen konisch verjüngten Abschnitt (Jc) aufweist, der bei einer Annäherung an das Sollniveau durch den Pumpvorgang einen progressiv zunehmenden Querschnitt für den das Auslaßventil (28 oder 128) überbrückenden Kanal freigibt

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abregeleinrichtung einen zweiten ringförmigen Raum (34) aufweist, der mit dem Vorratsraum (11) in Verbindung steht und der von dem ersten ringförmigen Raum (30 oder 130) durch eine ringförmige Hochdruckdichtung (31) getrennt ist, die dichtend am dickeren zylindrischen Abschnitt (Jb) der Kolbenstange (7) anliegt und die bei Überschreitung des Sollniveaus zusammen mit deren konisch verjüngtem Abschnitt (Jc) eine sich progressiv öffnende Verbindung zwischen den beiden ringförmigen Räumen (30 bzw. 130 und 34) freigibt

3. Federbein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Trennwand (25 oder 125) von einem Ende her unter Zwischenschaltung einer ringförmigen Dichtung (25a oder i25a) in den Arbeitszylinder (2 oder 102) eingeschoben und

durch eine an einer Kolbenstangenführung (8) abgestützte Abstandshülse (38 oder 138) gegen einen in eine Nut (2a oder iO2a) im Arbeitszylinder (2 oder 102) eingesetzten Sprengring (256 oder 12Sb) gehalten ist

4. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Abdeckung (50) wenigstens einen Teil der inneren Fläche (\25<1) und der an den Sprengring (i25b) angrenzenden Fläche (125eJ der ringförmigen Trennwand (125) bedeckt und die Dichtung (125a) zwischen der Trennwand

(125) und dem Arbeitszylinder (102) sowie die Dichtung (127) zwischen der Trennwand (125) und dem dickeren zylindrischen Abschnitt (1076) der Kolbenstange bildet

5. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Fläche (\25d) der Trennwand (125) eine winklige Vertiefung (125^> aufweist und der Teil der elastischen Abdeckung (50), der diesen Teil der inneren Fläche (\25d) abdeckt, zur Bildung der Dichtung (127) im entspannten Zustand im Querschnitt die Form von zwei einander gegenüberliegenden Dreiecken mit gleicher Basis annimmt

6. Federbein mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (128) der Pumpeinrichtung aus mindestens einer Kugel besteht, die durch eine durch eine Bohrung (128 a,) in der Kugel greifende, an der Trennwand (125) befestigte, ringförmige Feder (52) dicht gegen eine Erweiterung (126a,) von mindestens einem die ringförmige Trennwand (125) durchsetzenden Kanal

(126) gepreßt wird.

7. Federbein mindestens nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ringförmigen Raum (130) zugekehrte Fläche (51) der ringförmigen Trennwand (125) einen vertieften Sektor (5IaJ aufweist, in dem der oder die Kanäle (126) mit ihrer Erweiterung (\2%a) münden, während in dem restlichen Teil der Fläche (51) eine kreisförmige Nut (53) ausgebildet ist, in welcher die ringförmige Feder (52) angeordnet ist, die auf der dem vertieften Sektor (5IaJ gegenüberliegenden Seite durch ein kreisbogenförmiges Befestigungsteil (129) in der Nut (53) eingespannt ist.

8. Federbein mindestens nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshülse (138) eine als Wegbegrenzung für die Kugel des Auslaßventils (128) dienende Anschlagfläche (138a,) aufweist.