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Luftfederung mit hydraulischer Kraftübertragung
An die Federung von neuzeitlichen Kraftfahrzeugen werden immer grössere Anforderungen gestellt.
Gewünscht wird eine weiche Federung mit geringer Schwingungszahl (rund 70 S/min). Bei der Federung soll sich die Eigenschwingungszahl nicht ändern, was eine bestimmte Progressivität der Federung voraussetzt. Bei manchen Federungsarten sind daher wirksame Schwingungsdämpfer erforderlich, um die unangenehme Schaukelbewegung des Fahrzeuges zu vermeiden.
Nach den Erfahrungen entspricht die Luftfederung wohl allen Anforderungen einer modernen Fahrzeugabfederung in möglichst wirksamer Weise, da sie eine solche Progressivität möglich macht, bei der die Schwingungszahl der Federung dauernd konstant bleibt. Dabei ist die Luft leicht, billig und unvernichtbar. Doch bereitet die Abdichtung des Kolbens bei der Luftfederung bedeutende Schwierigkeiten. Es hat sich gezeigt, dass eine noch so gute Kolbenabdichtung bei längerer Stehdauer des Fahrzeuges Luft durchlässt.
Man ist daher auf solche Bauarten übergegangen, bei welchen der Kolben mittels einer Flüssigkeit abgedichtet wird. Es wurde jedoch selbst in solchen Fällen keine absolute Dichtheit erzielt. Eine befriedigende Lösung ergibt ausschliesslich die hermetisch in einem elastischen Behälter, z. B. in Form einer Luftflasche eingeschlossene Luft. Es ist natürlich schwierig, für die Luft einen solchen Behälter herzustellen, der hohe Drücke aushält und dabei genügend elastisch ist. Da bei der bisherigen Luftfederung keine Innendämpfung eintritt, müssen wirksame Dämpfer vorgesehen werden.
Es sind wohl schon Arten hydropneumatischer Federung bekannt, bei welchen der sich im Zylinder bewegende Kolben das Öl (Flüssigkeit) in eine Kammer verdrängt, wo vermittels einer Membrane ein bestimmtes Volumen von Luft (Gas) getrennt gehalten wird, das als Feder wirkt. Bei diesen Konstruktionen ist jedoch die Stopfbüchse des Kolbens oder der Kolbenstange dem vollen Öldruck ausgesetzt, was hohe Anforderungen an die Stopfbüchse stellt, und man muss dabei mit einer bestimmten Undichtheit rechnen.
Der Ölverlust beeinflusst jedoch die Funktion der Federung ziemlich stark und es ist eine öftere Kontrolle und Nachfüllung des Öles erforderlich.
Es sind noch weitere Kombinationen von hydraulischen Stossdämpfern mit pneumatischer Federung bekanntgeworden, bei welchen die Flüssigkeit zwischen dem Kolben und dem federnden Luftpolster Drosselventile durchfliesst und dadurch eine Dämpfung der Schwingungen erzielt wird. Zu Dämpfungzwecken wird manchmal auch der Raum unter dem Kolben benützt, wie dies bei hydraulischen Dämpfern üblich ist. Auch in diesem Falle ist jedoch die Stopfbüchse der Kolbenstange hohen Drücken ausgesetzt, die ungefähr den Drücken der federnden Luft gleichkommen.
Bei den bekannten Arten von hydropneumatischen Federungen kann ausserdem im Falle einer durch Ölverlust auftretenden Undichtheit das Volumen im Federungsabteil, ohne Demontage oder Auslassen des Öles, nicht festgestellt und ein eventuell durch Undichtheit auftretender Lnftverlust durch Kontrolle des Luftdruckes nicht bestimmt bzw. die entwichene Luft nicht entsprechend ersetzt werden.
Das Neuheitsmerkmal der vorliegenden Erfindung beruht in der Anwendung einer Luftfederung mit hydraulischer Kraftübertragung, wo in jedem einzelnen Federungselement nebst einer Flüssigkeits-Vorrats- kammer eine besondere Reglerpumpe angeordnet ist, deren Kolben parallel mit dem Hauptkolben und mit diesem zwangsläufig verbunden ist, wobei ihre Ventile und Überströmkanäle ihren Zylinderraum einerseits mit dem Hauptzylinderraum und anderseits mit der Flüssigkeits-Vorratskammer verbinden, all dies zwecks selbsttätiger Aufrechterhaltung beider Kolben in einer gewählten Mittellage und somit
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des Fahrzeugs in einer konstanten gewählten Höhe über der Fahrbahn, unabhängig von dessen Belastung.
Dabei kann das ganze Federungselement zu einer konzentrisch zum Hauptkolben angeordneten gleichachsigen, baulich gedrängten Einheit zusammengefasst werden, bei der gleichzeitig auch die Kolbenundichtheit selbsttätig beseitigt wird.
Die selbsttätige Einhaltung der Kolbenmittellage ist ganz vorteilhaft bei Schwinghalbachsen, wobei die günstige Neigung zur Fahrbahn bei allen Belastungen des Fahrzeuges eingehalten werden kann. Auch ändert sich bei dieser Federungsart die Bodenfreiheit des Fahrzeuges mit seiner Belastung nicht.
Beim unbelasteten Fahrzeug lässt sich durch automatische Änderung des Verdichtungsverhältnisses eine weichere Federung erzielen ; umgekehrt beim vollbelasteten Fahrzeug.
Es sind zwar bereits Luftfedersysteme mit selbsttätiger Einstellung der Fahrzeughöhe bekannt, bei ihnen wird jedoch eine zentrale motorangetriebene Pumpe verwendet, welche die Flüssigkeit oder Luft in allen Federungselementen nachfüllt. Dies erfordert komplizierte Rohrleitungen, Drucksamrnler, Ventile und einen Motor zum Antrieb der Pumpe. Demgegenüber befindet sich beim Erfindungsgegenstand in jedem einzelnen Federungselement eine selbständige Pumpe, die durch Bewegung der Achse bei Fahrt (Federung) angetrieben wird, und es ist daher weder ein Motor zum Antrieb der Pumpe noch sind Rohrleitungen zu einem zentralen Sammler oder zu einer Druckquelle erforderlich.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an Hand eines auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles des Erfindungsgegenstandes erläutert.
In der Zeichnung ist in einem Achsschnitt ein Zylinder 1 veranschaulicht, in welchem sich der mittels einer Hochdruckgummiabdichtung 3, Büchse 4 und Gummiring 5 abgedichtete Differentialkolben 2 bewegt. Der Raum oberhalb des Kolbens ist mittels Öffnungen 6 mit dem zylindrischen Raum zwischen
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Zylinder 9 einschliesst. Diese Luft steht unmittelbar mit der gerippten Wand eines Zylinders 9 in Berührung, wodurch eine gute Kühlung gewährleistet wird. Die Öffnungen in der Einlage 7 werden durch
Stahlblechzungen 10 abgedeckt.
Der Raum unter dem Differentialkolben dient zu Dämpfungszwecken und ist mit dem Raum über dem Kolben durch ein Ventil 11 verbunden, welches mit kleinem Widerstand Flüssigkeit unter den
Kolben 2 durchlässt, wobei die Flüssigkeit in der entgegengesetzten Richtung über den Kolben gebremst wird und die Rückbewegung des Differentialkolbens in wirksamer Weise abdämpft.
Bei der Aufwärtsbewegung des Differentialkolbens 2 wird die Flüssigkeit aus dem Raum über dem
Kolben verdrängt und strömt durch die Öffnungen 6 in den Raum unter der Zylindereinlage 7 und dringt durch die Öffnungen in dieser Einlage bis zum Luftrohr 8 vor, welches die federnde Luft von der Flüssig- keit trennt. Die Deckzungen 10 der Öffnungen in der Einlage 7 sitzen infolge ihrer Elastizität in der normalen Stellung nicht gegen die Öffnungen an und ermöglichen so den Flüssigl itsdurchfluss in beiden
Richtungen. Nur in der äussersten Ausschubstellung des Differentialkolbens 2 sitzt das Luftrohr 8 bis auf die Zylindereinlage 7 an und drückt die Zungen 10 auf die Öffnungen, so dass das Luftrohr durch den hohen Luftdruck nicht in diese Öffnungen eingedrückt werden kann.
Ein Teil der Flüssigkeit fliesst durch ein Ventil 11 unter den Differentialkolben 2 und dient. zur Dämpfung. Einer höheren Kolbenlage entspricht sonach ein höherer Druck der Flüssigkeit (Luft), so dass der Druckzuwachs mit der Kolbenbahn progressiv verläuft und sich durch das Verdichtungsverhältnis, d. i. das Verhältnis des Luftvolumens in der unteren und in der oberen Lage des Kolbens 2 regeln lässt.
Der hohe Druck im Arbeitszylinder 1 wird einerseits durch die Hochdruckabdichtung 3 und anderseits durch die Büchse 4 abgedichtet. Die trotzdem über diese Abdichtung 3 und die Büchse 4 entweichende Flüssigkeit sammelt sich in einer Kreisnut 12 an und gelangt sodann über Kanäle 13 und 14 in eine
Vorratskammer 15. Der Gummiring 5 ist somit bloss dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit in der
Vorratskammer 15 ausgesetzt. Ein Schutzbalg 16 verhindert das Eindringen von Verunreinigungen zum unteren Teil des Differentialkolbens 2.
Die selbsttätige Haltung des Differentialkolbens 2 in der Mittellage besorgt eine im Deckel des ) Zylinders 1 untergebrachteReglerpumpe. Im Körper 17 dieser Pumpe ist ein Kanal 19 vorgesehen, welcher den Raum über dem Reglerkolben 18 mit der Vorratskammer 15 verbindet. Ein zweiter Kanal 20 mündet unmittelbar in den Raum des Arbeitszylinders 1 ein. Im oberen Teil der Pumpe sind ein Saugventil 21 und ein Druckventil 22 angeordnet.
Bewegt sich nun der Differentialkolben 2 mit dem Reglerkolben 18 bei der Federung in kleinen Amplituden um die Mittellage, so strömt die den ganzen Innenraum ausfüllende Flüssigkeit aus dem
Raum über dem Kolben 18 durch den Kanal 19 in die Vorratskammer 15 oder zurück. Falls der Ausschlag
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