DE3346660C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Federzylinder mit lastabhängiger Dämpfungssteuerung für Fahrzeuge, ins­ besondere Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei im Bereich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse angeordneten Teleskop-Federzylindern mit einer Dämpfungseinrichtung, wobei die Teleskop-Federzylinder mit einem Druckspeicher verbunden sind und dem Federzylinder ein Drosselelement vorgeschaltet ist, welches in Abhängigkeit von der Fahrzeugbelastung einen Drosselquerschnitt in der Druckmittelleitung regelt.

Bei selbstpumpenden Federbeinen wurde bereits vorge­ schlagen (z. B. DE-OS 22 26 682), daß zwischen dem Arbeitszylinder und einem in einem Ausgleichsraum ange­ ordneten Druckspeicher ein Drosselelement zwischenge­ schaltet wird. Diese Anordnung regelt den Ölstrom vom Arbeitsraum zum Druckspeicher über Bohrungen. Bei Druck­ erhöhung im Arbeitsraum wird ein Steuerkolben in Längs­ richtung verschoben, der somit einen Drosselquerschnitt verkleinert, so daß die Dämpfung der Federung erhöht wird. Ein derartiges Drosselelement ist nur in der Druck­ stufe des Arbeitshubes wirksam. Eine dynamische Beein­ flussung der Zugstufe ist nicht gegeben.

Es sind des weiteren Einrichtungen zur Veränderung der Dämpfungskraft bekannt (z. B. DE-OS 31 11 410), bei der durch die Druckmittelpumpe Dämpfungsflüssigkeit über die Leitungen in die Federzylinder eingepeist wird, so daß über den sich aufbauenden Druck die Kolbenstange des Stoßdämpfers ausgeschoben und somit das Fahrzeugheck angehoben wird. Diese Vorrichtung gestattet die Möglich­ keit, daß das Fahrzeug trotz unterschiedlichem Belastungszustand das Sollniveau erreicht.

Nachteilig ist hierbei, daß der Steuerschieber relativ lang baut und dem Druckspeicher derart vorgeschaltet ist, daß ein direkter winkeliger Abgang, wie er oft aus Platz­ gründen benötigt wird, nicht möglich ist. Andererseits ist bei dieser Konstruktion zu befürchten, daß die in diesem Fall auch weggebende Membrane instabile Formen annimmt, die die erforderliche Steuerweg-Genauigkeit be­ einträchtigt. Zudem wird der Drosselquerschnitt nur vom Systemdruck gesteuert, wobei Druck- und Zugstufendämpfung nicht unabhängig beeinflußbar sind. Hierzu kommt, daß der Steuerstößel bei Erzeugung von Dämpfungskraft uner­ wünschte Reaktionskräfte an der Trennmembrane erzeugt.

Ebenfalls sind Federzylinder mit integriertem, lastab­ hängig wirkendem Dämpfungsventil bekannt (z. B. DE-PS 16 55 094), die sich auf ein geschlossenes System be­ ziehen. Dieses System beeinflußt durch einen federbe­ lasteten Ventilschieber die Federung des Fahrzeuges. Die Fahrzeugdämpfung wird hierbei nicht beeinflußt. Eine hydropneumatische Federung dieser Art schaltet ent­ sprechend der Fahrzeugbelastung kaskadenartig zwei oder mehrere druckunterschiedliche Gasdruckspeicher hinter­ einander, um somit günstigere Federkennlinien zu er­ halten.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Federzylinder so zu gestalten, daß eine einfache lastab­ hängige Dämpfungssteuerung geschaffen wird, die zur Ver­ besserung des Fahrkomforts in beiden Druckrichtungen eine selbsttätige Erhöhung der Fahrzeugdämpfung bei Zuladung und eine Verringerung der Fahrzeugdämpfung bei Entladung des Fahrzeuges gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Drosselelement aus mindestens zwei zwei axial verschiebbare Kolben aufnehmenden Bohrungen besteht und eine Stirnseite des jeweiligen Kolbens durch einen von der Druckmittelleitung unabhängigen Druck beaufschlagt wird, wobei die Kolben unter Beaufschlagung durch das Druckmittel und den unabhängigen Druck die wirksamen Drosselquerschnitte der Druckmittelleitung in der Zug- und Druckstufe unabhängig voneinander regeln, und daß der mit dem jeweiligen Kolben zusammenarbeitende, geschlossene Teil der Bohrung eine Vorrichtung zum Druck­ ausgleich aufweist.

Hierbei ist von Vorteil, daß die Fahrzeugdämpfung in der Zug- und Druckstufe unabhängig voneinander mittels des Drosselelementes selbsttätig geregelt wird, und zwar verengt sich bei Zuladung, also auch bei Druckerhöhung, und vergrößert sich bei Entladung der Drosselquerschnitt, ohne auf Dämpferdruckbeeinflussungen reagieren zu müssen. Durch die Dämpfungserhöhung bei Zuladung des Fahrzeuges lassen sich die großen Fahrzeugmassen des Fahrbetriebes leichter beruhigen, so daß eine wesentliche Verbesserung des Fahrverhaltens eintritt. Außerdem werden z. B. über­ mäßige Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus schneller abgebaut. Eine derartige Ausbildung ist besonders dann von Vorteil, wenn die Dämpfungskräfte der Zug- und Druckstufe des Teleskop-Federzylinders unterschiedlich zueinander gedämpft und geregelt werden sollen.

Eine einfache und günstige Integration des Drossel­ elementes wird nach einem erfindungswesentlichen Merkmal erzielt, wenn die Bohrung Bestandteil des Teleskop- Federzylinders ist. Dabei wirkt es sich besonders günstig auf die axiale Baulänge aus, wenn diese Bohrung quer zum Arbeitsraum des Teleskop-Federzylinders angeordnet ist. Eine solche Anordnung begünstigt auch den Anschluß der Druckmittelleitungen. Der wirksame Drosselquerschnitt verläuft dabei in axialer Richtung des Teleskop- Federzylinders und rechtwinklig zur Bohrung.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der jeweilige Kolben aus mindestens zwei im Durch­ messer unterschiedlichen zylindrischen Teilbereichen besteht. Hierbei ergeben sich sowohl Vorteile in der Lagerung als auch in der axialen Führung des Kolbens in seiner Bohrung. Außerdem wird durch den entstehenden Freiraum bei dem im Durchmesser kleineren Teilbereich gleichzeitig die Passage des Druckmittels von der Druck­ mittelleitung zum Drosselquerschnitt erzeugt.

Zur Erzielung einer einfachen Beaufschlagung des Kolbens durch einen vom Systemdruck unabhängigen Druck ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß als unabhängiger Druck eine Stirnseite des Kolbens durch den Druck der Atmosphäre beaufschlagt wird. Dabei wird ein zylindrischer Teilbereich des Kolbens durch eine abge­ dichtete Bohrung nach außen geführt und von der Atmos­ phäre beaufschlagt. Zusätzlich besteht noch die Möglich­ keit nach einem weiteren Merkmal, den Kolben durch eine Druckfeder in Richtung des größtmöglichen Drosselquer­ schnittes zu beaufschlagen. Damit ist gewährleistet, daß sich bei Änderung des Systemdruckes der jeweils gewünschte Drosselquerschnitt einstellt.

Ein weiteres wesentliches Merkmal sieht vor, daß der den Kolben beaufschlagende unabhängige Druck durch eine Druckmittelpumpe erzeugt wird. Als Druckmittelpumpe bietet sich eine weitere Pumpe an oder bei Verwendung eines entsprechenden Steuerschiebers die bereits vor­ handene Pumpe. Von Vorteil ist bei einer solchen Aus­ führung, daß eine weitere Variation der gewünschten Dämpfungskräfte in Abhängigkeit von der Fahrzeugzuladung erfolgen kann.

Eine einfache Ausgestaltung des wirksamen Drosselquer­ schnittes sieht vor, daß der Drosselquerschnitt aus mindestens einer von der Bohrung in den Arbeitsraum des Teleskop-Federzylinders mündenden Bohrung besteht.

Ein weiteres wesentliches Merkmal sieht vor, daß die Vorrichtung zum Druckausgleich aus mindestens einer in die Druckmittelleitung und/oder in den Arbeitsraum des Teleskop-Federzylinders mündenden Bohrung besteht. Dabei werden die Bohrungen zum Druckausgleich bei Verwendung von zwei Kolben so angeordnet, daß der die Zugstufe beeinflussende Kolben eine Bohrung in den Arbeitsraum erhält und der die Druckstufe beeinflussende Kolben mit einer in die Druckmittelleitung führenden Bohrung ver­ sehen wird. Diese Bohrungen für den Druckausgleich sollen einerseits eine Kompression bei axialer Bewegung des Kolbens verhindern und andererseits den auf den Kolben wirkenden unabhängigen Druck nicht negativ beeinflussen. Desweiteren haben diese Bohrungen den Effekt, daß bei größer werdenden Kolbenstangen-Geschwindigkeiten die entstehenden Druckdifferenzen die jeweils betroffene Kolben-Stirnseite beaufschlagen und somit die Tendenz einer Drosselquerschnitts-Erweiterung herbeiführen.

Bei dieser Variante (Fig. 2) ergibt sich eine zweifache Beeinflussung des Drosselquerschnittes, weil der Kolben neben dem unabhängigen Druck auf den Systemdruck und den Dämpfungsdruck reagiert. Dies ermöglicht größere Variabilität der zu erzeugenden Dämp­ fungskennlinien.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer voll- oder teiltragenden hydropneumatischen Federung mit Niveau­ regelung,

Fig. 2 ein Oberteil eines Teleskop-Federzylinders mit zwei getrennt voneinander arbeitenden Drosselelementen für die Zug- und Druckstufe,

Fig. 3 ein Oberteil eines Teleskop-Federzylinders im Prinzip wie in Fig. 2 dargestellt, jedoch mit dem Unter­ schied, daß Doppelkolben vorgesehen sind und der Druck des Druckmittels über einen Drehschieber aufgebracht wird,

Fig. 4 den in Fig. 3 gezeigten Drehschieber als Einzel­ heit in drei verschiedenen Schaltstellungen.

Die in Fig. 1 gezeigte schematische Darstellung einer voll- oder teiltragenden hydropneumatischen Federung mit Niveauregelung für Fahrzeuge besteht im wesentlichen aus der Druckmittelpumpe 1, den Druckmittelleitungen 2, dem Regelelement 3, den Druckspeichern 4 und den Teleskop- Federzylindern 5. Die Teleskop-Federzylinder 5 bestehen aus einem Gehäuse 6, dem oberen Arbeitsraum 7 und dem unteren Arbeitsraum 8, wobei die Kolbenstange 9 an einem nicht dargestellten Radführungsglied angelenkt und das Gehäuse 6 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Der obere Arbeitsraum 7 und der untere Arbeitsraum 8 sind durch einen an der Kolbenstange 9 befestigten Dämpfungskolben 10 voneinander getrennt.

In Fig. 2 ist ein Oberteil eines Teleskop-Federzylinders 5 dargestellt, dessen Dämpfungskolben 10 ohne Dämpfungs­ ventile arbeitet, wobei für den Flüssigkeitsaustausch von dem oberen Arbeitsraum 7 zu dem unteren Arbeitsraum 8 ein konstanter Öldurchlaß 23 verwendet wird.

Für die Zug- und Druckdämpfung ist jeweils eine separate Bohrung 13 a und 13 b vorgesehen. Dabei dient der Kolben 14 a zur Druck­ dämpfung und der Kolben 14 b zur Zugdämpfung. Die wirk­ samen Drosselquerschnitte 12 a und 12 b sind entsprechend angeordnet. Bei dieser Ausführungsform besitzen die Kolben 14 a und 14 b jeweils in die Atmosphäre mündende Stirnflächen 15 a und 15 b sowie entsprechende Druckfedern 16 a und 16 b. Die geschlossenen Teile 20 a und 20 b der Bohrungen 13 a und 13 b weisen je einen Druckausgleich auf. Dabei erfolgt der Druckausgleich des geschlossenen Teiles 20 a über eine Bohrung 24 in die Druckmittelleitung 2, und der geschlossene Teil 20 b der Zugstufe ist mit einer Bohrung 25 in den oberen Arbeitsraum 7 versehen.

Die Arbeitsweise ist so, daß bei einer Zuladung von Last über die Druckmittelpumpe 1 und die Druckmittelleitung 2 Öl in den oberen Arbeitsraum 7 gepumpt wird, bis der Fahrzeugaufbau auf Sollniveau ist. Mit zunehmendem Druckaufbau werden beide Druckfedern 16 a und 16 b gegen den auf die Stirnfläche 15 a und 15 b wirken­ den Atmosphärendruck vorgespannt und die wirksamen Drosselquerschnitte 12 a und 12 b verkleinert.

Durch unter­ schiedliche Bemessung der Druckfedern 16 a und 16 b wie auch der Stirnflächen 15 a und 15 b läßt sich eine unter­ schiedliche Dämpfung in der Zug- und Druckstufe erzielen.

Mit den Bohrungen 24 und 25 kann der jeweilige Drossel­ querschnitt auf Dämpfungsdrücke reagieren, womit eine zusätzliche Beeinflußbarkeit der Dämpfungskennlinie er­ reicht wird.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung, im Prinzip wie in Fig. 2 bereits dargestellt, mit dem Unterschied, daß die Stirnflächen 15 a und 15 b in ihrer Größe entsprechend ausgelegt sind und über den Durchlaß 26 a und 26 b von dem Atmosphärendruck beaufschlagt werden. Die Kolben 14 a und 14 b besitzen in diesem Ausführungsbeispiel 3 zylindrische Teilbereiche. Zur Steuerung des Druckmittels wird für bestimmte Zusatzfunktionen ein Drehschieber 27 verwendet. Die Druckmittelleitung 2 ist weiterhin im Prinzip mit der Ausführungsform 3 vergleichbar. Zusätzlich sind Leitungen 28 so angeordnet, daß sie den zylindrischen Teilbereich 29 a und 29 b des Kolbens 14 a und 14 b beaufschlagen. Die Leitung 30 und das Reservoir 31 dienen dem Volumenaus­ gleich des durch die Kolben 14 a und 14 b hin- und herbe­ wegten Druckmittels, das in diesem Fall gleichzeitig atmosphärische Druckbeaufschlagung symbolisiert.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung des Drehschiebers 27 arbeitet die hydropneumatische Federung wie in Fig. 2 bereits dargestellt.

Die Fig. 4 zeigt 3 verschiedene Schaltpositionen des Drehschiebers 27. Dabei entspricht die Schaltstellung der Fig. 4a der in Fig. 3 bereits gezeigten, und sie ent­ spricht ebenfalls der in Fig. 2 dargestellten Aus­ führungsform.

Fig. 4b zeigt eine Schaltposition, bei der Druck des Druckspeichers über die Druckmittelleitung 2 auf die Leitungen 28 gegeben wird und zusätzlich auf die zylindrischen Teilbereiche 29 a und 29 b der Kolben 14 a und 14 b wie in Fig. 3 gezeigt wirkt. Es wird dabei erreicht, daß die Fahrzeugdämpfung um einen bestimmten Betrag angehoben, d. h. gestrafft wird bei Beibehaltung der lastabhängig wirkenden Fahrzeugdämpfung. Es erfolgt auf dieser höheren Dämpfungskraftstufe eine entsprechend der Fahrzeugbelastung höhere oder niedrigere Dämpfungskraft durch die selbsttätige Regelung.

Die Fig. 4c zeigt den Drehschieber 27 in einer Schalt­ position, bei der durch die Leitung 32 ein fremder Steuerdruck auf die zylindrischen Teilbereiche 29 a und 29 b der Kolben 14 a und 14 b aufgebracht werden kann, so daß ebenfalls eine lastabhängige Dämpfungserhöhung bis hin zum Blockieren erzielt werden kann. Der fremde Steuer­ druck wird von der Leitung 32 über ein Gaspolster 33 abgestützt, um die Kolben 14 a und 14 b in axialer Richtung arbeiten zu lassen. Das Blockieren der Kolben 14 a und 14 b und somit der Teleskop-Federzylinder zum Druckspeicher 4 ermöglicht es, z. B. Nutzfahrzeuge mit Kranaufbau starre abzustützen, damit das Kippmoment durch Ein­ federung nicht ungünstig beeinflußt werden kann.

Claims (8)

1. Federzylinder mit lastabhängiger Dämpfungssteuerung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei im Bereich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse angeordneten Teleskop- Federzylindern mit einer Dämpfungseinrichtung, wobei die Teleskop-Federzylinder mit einem Druck­ speicher verbunden sind und dem Federzylinder ein Drosselelement vorgeschaltet ist, welches in Abhängig­ keit von der Fahrzeugbelastung einen Drosselquerschnitt in der Druckmittelleitung regelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement aus mindestens zwei zwei axial verschiebbare Kolben (14 a, 14 b) aufnehmender Bohrungen (13 a; 13 b) besteht und mindestens eine Fläche (z. B. 15 a; 15 b) des jeweiligen Kolbens (14 a, 14 b) durch von der Druckmittelleitung (2) unabhängigen Druck beaufschlagt wird, wobei die Kolben (14 a, 14 b) unter Beaufschlagung durch das Druckmittel und den unabhängigen Druck die wirksamen Drosselquerschnitte (12 a; 12 b) der Druckmittel­ leitung (2) in der Zug- und Druckstufe unabhängig von­ einander regeln, und daß der mit dem jeweiligen Kolben (14 a; 14 b) zusammenarbeitende, geschlossene Teil der Bohrung (20) eine Vorrichtung zum Druckausgleich auf­ weist.

2. Federzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (13) Bestandteil des Teleskop-Federzy­ linders (5) ist.

3. Federzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Kolben (14 a bzw. 14 b) aus mindestens zwei im Durchmesser unterschiedlichen zylindrischen Teilbe­ reichen besteht.

4. Federzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als unabhängiger Druck der Druck der Atmosphäre auf eine Stirnseite (15) des Kolbens (14) wirkt (Fig. 2).

5. Federzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14 a bzw. 14 b) durch eine Druckfeder (16 a bzw. 16 b) in Richtung des größtmöglichen Drosselquerschnittes (12 a bzw. 12 b) beaufschlagt wird.

6. Federzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kolben (14 a und 14 b) beaufschlagende unabhängige Druck durch eine Druckmittelpumpe (1) erzeugt wird (Fig. 4b).

7. Federzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselquerschnitt (12) aus mindestens einer von der Bohrung (13 a bzw. 13 b) in den oberen Arbeitsraum (7) des Teleskop-Federzylinders (5) mündenden Bohrung besteht.

8. Federzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Druckausgleich für jeden Kolben (14 a bzw. 14 b) aus mindestens einer in die Druckmittelleitung (2) bzw. in den Arbeitsraum (7) des Teleskop-Federzylinders (5) mündenden Bohrung (24 bzw. 25) besteht.