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Abfederungseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Straßenf ahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abfederungseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere
Straßenfahrzeuge, unter Verwendung eines geschlossenen hydraulischen Systems mit
einem Hauptraum und wenigstens zwei damit verbundenen Sekundärräumen, wobei die
Begrenzungswände jedes Raumes von einem Kolben oder einer flexiblen Membran gebildet
sind, wobei der bzw. die zu dem Hauptraum gehörenden Kolben bzw. Membran zur Aufnahme
der Fahrbahnstöße mit dem unabgefederten Teil des Fahrzeuges verbunden sind. Nach
der Erfindung sind bei Abfederungseinrichtungen der zuvor geschilderten Art die
Kolben oder Membranen der Sekundärräume entgegen der Wirkung von Rückholfedern vom
Druck innerhalb des Systems beaufschlagt und der Durchgang zwischen dem Hauptraum
und dem einen der Sekundärräume gegenüber dem des anderen Sekundärraumes verengt.
Dadurch wird ein System erhalten, dessen Federkonstante sich automatisch, und zwar
in Abhängigkeit von der auf die Räder gegebenen Vertikalgeschwindigkeit ändert.
Die Erfindung betrifft also eine stoßdämpfende Abfederungseinrichtung mit einer
sich automatisch ändernden Federkonstanteneinstellung, die in Abhängigkeit von der
Stoßschnelligkeit vorgenommen wird. Ein heftiger schneller Stoß auf eines der Räder
wird somit stark abgedämpft, während ein schwacher Stoß nur eine weiche Abdämpfung
erfährt. Ferner werden dabei je
nach der Schnelligkeit des auf das Rad ausgeübten
Stoßes entweder beide Federn oder nur eine Feder wirksam, wodurch die Federkonstante
des gesamten Systems variiert.
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Die bekannten Ausführungen der Abfederungseinrichtungen besitzen einen
Hauptraum und mindestens zwei Sekundärräume, woM die Sekundärräume stufenweise wirksam
werden. Mit keiner dieser Ausführungen kann eine automatische Abhängigkeit der Federkonstanten
mit der Stoßschnelligkeit erzielt werden.
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Die Erfindung wird an Hand von Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen,
beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1 eine Prinzipdarstellung, Fig. 2 und 2 a zusammen
einen Längsschnitt durch eine Ausführungsfonn, Fig. 3 eine andere Ausführung
von Teilen der in Fig. 2 gezeigten Form und Fig. 4 eine weitere Ausführung.
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Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Abfederungseinrichtung besteht
aus einem Hauptraum 1, der von einem Zylinder, in welchem verschiebbar ein
Kolben 2 angeordnet ist, gebildet wird. Dieser Kolben 2 ist an dem unabgefederten
Teil des Fahrzeuges (nicht gezeigt), wie beispielsweise an der Radachse, befestigt,
so daß die Stöße, die auf das Rad wirken, auf den Kolben 2 übertragen werden. Der
Raum 1 ist zusammen mit seinen Begrenzungswänden verbunden mit dem Chassis
oder einem Teil des Fahrzeuges, das von den Stößen bewahrt bleiben soll. Die Sekundärräume
3 und 4 stehen ihrerseits mit dem Hauptraum 1 in Verbindung. Der Durchtritt
wird durch die öffnungen 5 und 6 bewirkt, wobei die öffnung
5 kleiner als die öffnung 6 ausgeführt ist. Die Kolben 7 und
8 bilden Teile der Trennwände der Räume 3 und 4, in welchen diese
gegen die Wirkung von vorgespannten Federn9a und 9b verschiebbar gelagert
sind.
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Die Räume 1, 3 und 4 sind mit einem im wesentlichen inkompressiblen
Druckmittel gefüllt, wonach sich folgende Wirkungsweise ergibt: Wenn das Fahrzeugrad,
mit dem der Kolben 2 verbunden ist, einen Stoß erhält, der das Rad mit einer relativ
niedrigen Geschwindigkeit zu bewegen sucht, wird der auf die Flüssigkeit in dem
Hauptraum 1 ausgeübte Druck eine Bewegung des Kolbens 2 hervorrufen und eine
Verbindung mit den beiden Räumen 3 und 4 herstellen, deren federbelastete
Kolben
7 und 8 nachgiebig diesem Druck widerstehen und ein Dämpfen der von
dem Stoß erzeugten Energie, ähnlich wie eine weiche Feder, bewirken. Andererseits,
wenn das Rad einem Stoß unterworfen ist, der versucht, das Rad mit einer relativ
hohen Geschwindigkeit zu bewegen, wird der auf die Flüssigkeit in dem Hauptraum
ausgeübte Druck nicht augenblicklich vollständig auf die Flüssigkeit in den beiden
Räumen 3 und 4 übertragen, sondern es wird eine Zeitlang eine Verzögerung
eintreten, die abhängig ist von der Größe der Durchtrittsöffnungen 5 und
6. Da die öffnung 5 kleiner ist als die Öffnung 6, wird die
Vergrößerung des Druckes in -dem Hauptraum 1, die durch die anfängliche Verschiebung
des Kolbens 2 verursacht wird, schneller und mit einer größeren Wirkung auf den
Kolben 8
als auf den Kolben 7 übertragen. Die Verschiebung von dem
Kolben 7 ist dadurch stark behindert, während die Energie hauptsächlich von
der Feder 9 b gedämpft wird und somit die Wirkung einer harten Feder
erreicht wird. Mit anderen Worten: Die Erfindung bewirkt eine stoßdämpfende Abfederung
mit einer sich selbsttätig ändernden Federkonstanteneinstellung.
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Eine weitere Ausführungsform ist in den Fig. 2 und 2 a dargestellt,
in welchen die Abfederungseinrichtung eine besondere Form eines hydraulischen Stoßfängers
erhält. Die gezeigte Ausbildung ist besonders günstig, jedoch kann erforderlichenfalls
auch eine andere Form verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform dient der
Zylinder des hydraulischen Stoßfängers als Hauptraum, während die Sekundärräume
als Membrankammern ausgebildet sind, von denen eine mit dem Zylinder über eine Leitung,
die mit der anderen Membrankammer verbunden ist, in Verbindung steht.
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In den Fig. 2 und 2 a der Zeichnungen bezeichnet 10 ein Druckrohr,
in welchem ein Kolben 11 verschiebbar gelagert ist. Der Kolben enthält ein
Rückschlagventil von dem üblichen Typ, der bei teleskopisch zusammenschiebbaren
hydraulischen Stoßfängem Verwendung findet. Dabei wird der Kolben von einer Kolbenstange
12 getragen, die an einem Verschlußteil 13 befestigt ist, der seinerseits
zur Anbringung beispielsweise am ungefederten Teil des Fahrzeuges ausgebildet ist.
Die Kolbenstange ist innerhalb einer Stangenführung 14 verschiebbar, die zum Verschließen
des unteren Endes des Druckrohres 10 dient. Die Stangenführung trägt ferner
eine geeignete Dichtung 15, um Leckverluste von Öl oder einem anderen
im wesentlichen inkompressiblen zur Füllung des Stoßfängers verwandten Druckmittels
aus dem Rohr und entlang der genannten Stange zu verhindern. Am oberen Ende des
Druckrohres 10 ist ein Kompressionsventil 16 von der bei hydraulisch
teleskopartigen Stoßfängem üblichen Art angeordnet. Das Kompressionsventil wird
durch einen'Aufsatz 17 auf seinem Platz gehalten, der seinerseits am oberen
Ende des Rohres 18 befestigt ist und das Druckrohr 10 umgibt. Das
untere Ende der vorgenannten Stangenführung ist durch einen Verschlußring
19 gesichert. Der Aufsatz 17, der zur Befestigung beispielsweise an
dem abgefederten Teil des Fahrzeuges ausgebildet ist, umschließt einen hohlen Steg,
an welchen sich die die Federkonstante ändernden Glieder anschließen.
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In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform bestehen die die Federkonstante
ändernden Mittel aus einem halbkugelförmigen Behälter 22, der durch eine flexible
Membran 23 in zwei Räume 24 und 25 geteilt ist. Der Raum
25, der zur Aufnahme von Öl ausgebildet ist, ist über einen Kanal
26 in dem Verbindungsstück 27 und einem Durchgang in dem vorgenannten
hohlen Steg 21 des oberen Aufsatzes 17
mit dem Stoßfänger verbunden. Der Raum
24 wird zur Aufnahme eines kompressiblen Druckmittels, wie beispielsweise Luft,
ausgebildet, wobei die Luft unter einem vorbestimmten Druck über ein Aufladeventil
28 eingeführt wird. Zusätzlich zu dem Behälter 22 ist ein zweiter ähnlicher
Behälter 29 angeordnet, der ebenfalls durch eine flexible Membran
30 in zwei Räume 31 und 32 unterteilt ist. Der Raum
31 ist dabei zur Aufnahme von Öl ausgebildet und mit dem Kanal
26 und dadurch mit dem Stoßfänger über eine Bohrung 33 und eine verengte
Öffnung, die in der gezeigten Ausführung als Ventil 34 dargestellt ist, verbunden.
Der Raum 32 ist zur Aufnahme von Druckluft od. dgL ausgebildet, die über
ein Aufladeventil 35 eingeführt wird.
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Die in Fig. 2 und 2 a gezeigte Ausführung arbeitet im wesentlichen
entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Vorausgesetzt, daß
die Abfederungseinrichtung auf einem mit Rädern versehenen Fahrzeug in der üblichen
Art angeordnet ist, bewegt sich der Kolben 11 des Stoßfängers in übereinstimmung
mit den Bewegungen der Räder, an welchen die Abfederungseinrichtung angeordnet ist.
Wenn das entsprechende Rad einem Stoß unterworfen wird, verschiebt sich der Kolben
11 und verdrängt Öl aus dem Stoßfänger in die Räume 25 und
31, wobei der Zugang zu dem zuletzt genannten Raum durch eine verengte Öffnung
34 behindert ist. Die in den Räumen 24 und 32 befindliche Luft wird durch
den auf die Membranteile23 und 30 ausgeübten Druck zusammengedrückt, wodurch
eine Dämpfung der Energie des verursachten Stoßes in der gleichen Art wie bei Anordnung
einer harten oder weichen Feder erhalten wird, und zwar abhängig von der Stoßgeschwindigkeit,
wie vorher beschrieben wurde.
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Es ist ersichtlich, daß das kompressible Druckmittel in den Räumen24
und 32 als Abfederungsmittel dient. Das Volumen des Federungsmittels in den
beiden Behältern 22 und 29 kann gleich groß oder auch verschieden sein, und
durch Änderung der Druckmittelmenge und Bemessung der öffnung 34 kann die Federkonstante
in weiteren Grenzen in übereinstimmung mit der Stoßgeschwindigkeit geändert werden.
An Stelle des kompressiblen Druckmittels zur Abfederung können auch, sofern gewünscht,
Schraubenfedem angeordnet werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. In diesem
Fall sind die halbkugelförmigen Behälter 22 und 29 durch Zylinder
36
und 37 ersetzt. Innerhalb des Zylinders 36 befindet sich
ein flüssigkeitsdichter Kolben 38, wobei die Anordnung derart getroffen ist,
daß, wenn die gezeigte Einrichtung an einem hohlen Steg eines Stoßfängers, wie in
den Fig. 2 und 2 a gezeigt, angesetzt ist, der Raum neben dem schon erwähnten Kolben
mit dem Stoßfänger über die Leitung 39 in dem Verbindungsstück 40 in Verbindung
steht. Desgleichen ist innerhalb des Zylinders 37 ein flüssigkeitsdichter
Kolben 41 angeordnet, wobei der Raum links von dem Kolben (vgL Fig. 3) in
Verbindung mit der Leitung 39 steht und damit mit dem Stoßfänger. Die Verbindung
erfolgt, wie in der Fig. 3 dargestellt ist, über die Leitung 42 sowie die
verengte öffnung, die in der gezeichneten Ausführungsform als Ventil 43 dargestellt
ist.
Mit diesen Kolben 38 und 41 arbeiten die Schraubenfedem 44 und 45 zusammen.
Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform entspricht der in den Fig. 2 und 2a gezeigten
Einrichtung, so daß sich eine Beschreibung der Wirkungsweise erübrigt.
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Es soll bemerkt werden, daß bei beiden oben beschriebenen Bauarten
die verengten Öffnungen 34 und 43 in der Praxis vorzugsweise unveränderlich sind
und nicht als variable oder einstellbare Ventile wie in den Fig. 2 und
3 ausgebildet sind.
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Sofern eine Dämpfung erwünscht ist, kann eine Verringerung des Öl-
oder Druckmittelflu#sses in einer oder beiden Richtungen zwischen dem Stoßfänger
und den das Abfederungsmittel enthaltenden Kammern vorgesehen sein. Beispielsweise
kann eine solche Dämpfung am Eingang der Räume 25 und 31, der Zylinder
36 und 37 oder alternativ in dem Stoßfänger selbst vorgesehen sein.
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Es ist nicht erforderlich, daß die Behälter oder Zylinder, die das
Abfederungsmittel enthalten, in den gezeigten Stellungen angeordnet sind, jedoch
ist es zweckmäßig, sie horizontal oder Seite an Seite anzuordnen, um den Raumbedarf
so gering wie möglich zu halten. Wie oben erwähnt, kann der Stoßfänger auch von
irgendeiner anderen Form, als der in den Figuren gezeigten, sein, und sofern erwünscht,
kann mit der Abfederungseinrichtung gemäß der Erfindung eine vorbestimmte Fahrhöhe
aufrechterhalten werden, sofern getrennt davon ein Nivellierventil zur Kontrolle
der Öl- oder Druckmittelversorgung von einer motorangetriebenen Ölpumpe,
einem hydraulischen Akkumulator oder einer anderen Quelle angeordnet ist. Auch können
selbstnivellierende Einrichtungen vorgesehen sein.
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Auch kann die Anordnung so getroffen sein, daß das Öl, das
von dem Stoßfänger in die Abfederungseinrichtungen eintritt, nicht direkt in den
Stoßfänger, wenn der Druck abfällt, zurückgeführt wird, sondern zu einem Nachfüllbehälter,
wo es abgekühlt wird und verbleibt, bis es zur Auffüllung des Stoßfängers wieder
benötigt wird.
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Eine solche Anordnung ist in der Fig. 4 gezeigt. Rückschlagventile
46 und 47 steuern den ölfluß von der Kammer 26 a in den Raum
25 a und 31 a; letztere sind über Rückschlagventile 49 und
50 mit dem Reservoir 48 verbunden, während ein Durchgang 51
das Reservoir
48 mit dem Raum 26 a verbindet. Sowohl das Reservoir 48 als auch der Durchgang
51,
die Kammer 26 a und die Räume 25 a und 31
a sind jederzeit vollständig mit Öl gefüllt, jedoch hat das
Öl
zum Abkühlen ausreichend Zeit, während seiner Zirkulation vom Reservoir
48 und der Kammer 26 a
durch die Rückschlagventile 46 und 47, die Räume
25 a und 31 a und zurück durch die Rückschlagventile 49 und
50 zu dem Reservoir 48, so daß ein Erhitzen und ein Aufschäumen des öls verhindert
wird.
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Eine erfindungsgemäße Abfederungseinrichtung kann an Stelle von oder
zusätzlich zu bekannten Ab# federungseinrichtungen benutzt werden. Die Einrichtung
nach der Erfindung ist relativ einfach, leicht einbaubar, erfordert geringe Wartung
und ist von einem geringeren Gewicht als die meisten bekannten Fahrzeugabfederungseinrichtungen,
so daß die unabgefederte Masse des Fahrzeuges geringer wird.