DE3241901A1 - Hydro-pneumatisches federbein fuer fahrzeuge, insbesondere kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

• Hydro-pneumatisches Federbein für Fahrzeuge,
• insbesondere Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein hydro-pneumatisches Federbein für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem Zylinder, mit einem darin geführten, eine Kolbenstange aufweisenden Kolben, mit einem am Zylinderraum angeschlossenen Speicher, der ein Gaspolster und in dem durch eine Membran von diesem getrennten Restvolumen ein zugleich den Zylinderraum füllendes Hydraulikmedium enthält und mit einer federwegabhängig arbeitenden Puffervorrichtung, die ein kompressibles Medium sowie ein in der Endphase einer maximalen Einfederung dieses beaufschlagendes Verdichtungsglied aufweist.
• 13ei den bekannten hydro-pneumatischen Federbeinen der vorstehend beschriebenen Art erfüllt die Puffervorrichtung die Aufgabe, im Falle einer maximalen Einfederung die Hochkraft in ihrer Endstärke abzufangen. Hierzu bedarf es in der Endphase einer solchen Einfederung einer durch das Medium der Puffervorrichtung zu veranlassenden stark progressiven Veränderung der Kennung des Federbeins.
• Es ist nun üblich, als Medium der Puffervorrichtung einen außen, z.B. am einen Ende des Zylinders oder an der Kolben- stange angebauten rotationssymmetrischen Gummikörper einzusetzen, der in der Endphase eines maximalen Kolbenhubes an einem diesen verdichtenden Anschlag anfährt (siehe Fahrwerktechnik 1, von J.Reimpll, Seite 56).
• Der Einsatz einer solchen Gummifeder schafft Probleme.
• Werden derartige Federbeine beispielsweise zur Einzelaufhängung von Kraftfahrzeug-Vorderrädern eingesetzt, müssen Vorkehrungen getroffen werden, daß Gummifeder und Anschlag beim Radeinschlag ihre relative Lage zueinander beibehalten können, obgleich sich dabei Zylinder und Kolbenstange relativ zueinander verdrehen. Die hierzu erforderliche Lageranordnung bedingt eine entsprechende Vergrößerung der Federbeineinbaulänge.
• Ein weiterer gravierender Nachteil einer solchen Puffervorrichtung ist, daß Gummikörper zur Aufnahme hoher Achslasten, beispielsweise einer dreifachen Achslast, eine solche Dimensionierung erhalten müßten, daß sie sich nicht mehr am Federbein unterbringen ließen. Solche Achslasten entstehen aber beim Einfedern schwerer Fahrzeuge, beispielsweise Kettenfahrzeuge.
• Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydro-pneumatisches Federbein der eingangs erläuterten Art anzugeben, bei dem die Puffervorrichtung nicht mehr im Bereich zwischen dem Zylinder und einer abzufedernden Masse angeordnet und demgemäß dort kein entsprechender Einbauraum vorzusehen ist. Sie soll außerdem in der Lage sein, die Achslast mit Faktor drei oder größer abzufangen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Puffervorrichtung als Medium eine in einem mindestens teilweise im unteren Teil des Federbeines untergebrachten Druckraum enthaltene, schwack kompressible Flüssig keit und zu deren Verdichtung einen oberhalb des Druckraumes angeordneten und in diesen dichtend eindringenden Tauchkolben aufweist.
• Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion sind damit die funktionswesentlichen Komponenten der Puffervorrichtung innerhalb des Federbeines untergebracht, wobei das erfindungsgemäß zur Anwendung kommende flüssige Medium besondere Vorkehrungen bei lenkbaren, die Kolbenstange oder den Zylinder verdrehenden Rädern überflüssig werden läßt.
• Die Erfindung basiert hierbei auf der Erkenntnis, daß ausgewählte Flüssigkeiten, wie Mineralöle oder Silicon-Öl unter hohen Driicken entsprechend kompressibel und damit zur Erzielung der bei Federbeinen geforderten stark progressiven Kennung in der Endphase einer maximalen Einfederung mit besonderem Vorteil geeignet sind. Eine solche Flüssigkeitsfeder läßt sich, bezogen auf den Durchmesser eines Federbeines, in diesem besonders günstig unterbringen.
• Der Druckraum der Puffervorrichtung kann beispielsweise in einem im Zylinder des Federbeines angeordneten Innenzylinder untergebracht sein. In diesem Falle ist der Tauchkoben am Kolben des Federbeins vorzusehen, so daß er sidh mit diesem konform bewegt.
• Um hierbei die axiale Lange des den Tauchkolben aufnehmenden innenzylinders verhältnismäßig klein wählen zu können, ist es vorteilhaft, an den Zylinder des Federbeins ein geschlossenes Druckgefäß anzubauen, das mit dem Innenzylinder in Verbindung steht. In diesem Falle bilden die Räume des Innenzylinders und des Druckgefäßes zusammen den Druckraum der Puffervorrichtung.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der Druckraum ausschließlich in der Kolbenstange untergebracht und über die innerhalb des Kolbens zentral angeordnete Öffnung zugänglich, zu welcher der Tauchkolben im Zylinder des Federbeins koaxial angeordnet ist.
• Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in der sich anschließenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Federbeines und/oder in den Unteransprüchen erläutert: In der Zeichnung zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt des Federbeines Figur 2 einen Aussehnitt der Figur 1 in vergrößertem Maßstab.
• I Figur 1 ist ein Zylinder des Federbeines als Ganzes mit 10, ein im Zylinder geführter Kolben als Ganzes mit 12 und eine vom Kolben wegführende, aus dem unteren Ende des Zylinders herausragende Kolbenstange mit 14 bezeichnet.
• Ein auf das obere offene Ende des Zylinders aufgesetztes Verschlußstück 16 besitzt an seiner Außenseite im zentralen Bereich eine kalottenförmige Vertiefung 18, die zusammen mit einem auf das Verschlußstück aufgeschraubten Ringstück 20 eine Lagerpfanne für eine am Aufbau 22 eines Kraftfahrzeuges gehaltene Lagerkugel 24 bildet.
• An einem seitlichen Anschlußstutzen 26 des Verschlußstückes 16 ist ein nicht dargestellter Druckspeicher angeschlossen, der über einen Verbindungskanal 28 mit dem Zylinderraum 30 des Zylinders 10 in Verbindung steht.
• Der Druckspeicher ist in bekannter Weise durch eine Membran in zwei Räume aufgeteilt, wobei im einen Speicherraum ein Gaspolster und im anderen Speicherraum ein flüssiges Medium, insbesondere Hydrauliköl,enthalten ist, das zugleich den Zylinderraum 30 ausfüllt.
• Zwischen dem Zylinderraum30 und dem Druckspeicher ist in bekannter Weise ein Dämpfer 31 zwischengeschaltet, der vorzugsweise in dem Verbindungsstück zwischen Druckspeicher und Zylinder untergebracht ist.
• Die Kolbenstange 14 ist am unteren Ende des Zylinders 10 in einer dichtenden Kolbenstangenführung 32 geführt, wobei zwischen Kolbenstange 14 und Zylinder 10 ein Ringraum 34 vorhanden ist, der über einen am Zylinder 10 angeschlossenen Anschlußnippel 36 an dem Hydrauliköl enthaltenden Druckraum eines Druckspeichers angeschlossen ist.
• Am unteren Ende der Kolbenstange ist auf dieser ein als Ganzes mit 38 bezeichneter Radträger fest angeordnet, an dem beispielsweise mittels eines Lagerschaftes 40 eiii Lenker einer Einzelradaufhängung angelenkt sein kann.
• Die vorbeschriebenen Merkmale des Federbeins sind an sich bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung.
• In das Federbein ist eine Puffervorrichtung integriert, mit deren Hilfe in der Endphase einer durch die abzufedernden Massen bewirkten maximalen Eintauchbewegung der Kolbenstange 14 die Kennung des Federbeins eine stark progressive Veränderung erfährt, um in der Schlußphase einer maximalen Einfederung die wirksamen Endkräfte aufzufangen.
• Diese Puffervorrichtung umfaßt einen Druckraum 42 sowie einen Tauchkdben 44 und arbeitet dergestalt federwegabhängig, daß der Tauchkolben 44 erst nach einem vorbestimmten axialen Verstellweg der Kolbenstange 14 in Einfeder richtung dichtend in den mit einer schwachkompressiblen Flüssigkeit angefülltem Druckraum 42 eintaucht, wobei die Flüssigkeit komprimiert und dadurch die stark progressive Federkennung erzielt wird. Als Flüssigkeit ist vorzugsweise Hydrauliköl vorgesehen.
• Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Druckraum 42 durch eine sich von der Seite des Kolbens 12 koaxial in die Kolbenstange hineinerstreckende Sacklochbohrung 46 gebildet, welcher der Tauchkolben 44 koaxial zugeordnet ist, der mit seinem Hinterende an einem Ansatzstück 17 des Verschlußstückes 16 befestigt oder angeformt ist, das sich in den Zylinderraum 30 hineinerstreckt.
• Wie Figur 2 zeigt, befindet sich das Vorderende des Tauchkolbens 44 in der Konstruktionslage des Kolbens 12 vor einer zu diesem koaxialen zylindrischen Eintauchöffnung 48 des Druckraumes 42, die sich in einem vorbestimmten axialen Abstand vom Kolben 12 innerhalb der Kolbenstange 14 befindet.
• Der Innendurchmesser der Eintauchöffnung 48 ist zum Außendurchmesser des Tauchkolbens 44 derart abgestimmt, daß letzterer mit solcher Passungsqualität in der Eintauchöffnung 48 verschiebbar ist, daß beim Zusammendrücken des sich im Druckraum befindenden Hydrauliköls praktisch kein Ölverlust eintreten kann.
• Die Eintauchöffnung 48 ist innerhalb einer Buchse 50 angeordnet, welche mit ihrem Buchsenschaft 52 in die den Druckraum 42 definierende Sacklochbohrung 46 mit hoher Passungsqualität eingesetzt ist. Die Buchse stützt sich hierbei mit einem Außenbund 54 auf einer Innenringschulter 56 der Kolbenstange ab und ist mit Hilfe einer in den Kolben und die Kolbenstange eingeschraubten Flanschbuchse 58 in der Kolbenstange axial gesichert. Die Flanschbuchse ihrerseits sichert mit ihrem Buchsenflansch 60 einen Dichtring 62 des Kolbens 12. Der Tauchkolben 44 ragt in der Konstruktionslage des Kolbens 12 mit seinem Vorderende in die Flanschbuchse 58 hinein, wobei er erfindungsgemäß eine beispielsweise zylindrische Vertiefung der Flanschbuchse 58 durchdringt. Das den Tauchkolben 44 tragende, konisch gestaltete Ansatzstück 17 ist hinsichtlich seiner Abmessungen zur Vertiefung 59 so abgestimmt, daß beim Eintauchen in diese durch die damit verbundene Verdrängung des Hydrauliköls eine progressive Einfederungsdämpfung erzielt wird.
• Die die Eintauchöffnung 48 enthaltende Buchse 50 ist mit ihrem Buchsenschaft 52 in der Kolbenstangenbohrung selbstdichtend gehalten. Hierzu weist der Buchsenschaft 52 eine größere Länge als die Eintauchbohrung 48 auf. Dieses überstehende, sich in den Druckraum hineinerstreckende Schaftteilstück 52' erweitert sich ausgehend von der Eintauchöffnung, sukzessive bis zu seinem Stirnende derart, daß dieses Schaftteilstück im Längsschnitt gesehen sich keilförmig verjüngende, dünnwandige Wandteile 52' besitzt.
• Diese werden durch den bei Zusammendrücken des Hydrauliköls im Druckraum entstehende Druck in radialer Richtung nach außen gedrückt und mit der Außenumfangsfläche an die Innenumfangsfläche der Kolbenstangenbohrung unter hohem Druck angepreßt.
• Um zu vermeiden, daß dennoch bei den entstehenden hohen Drücken im Druckraum 42 zwischen dem Buchsenschaft 52 und der diesen aufnehmenden Bohrung 53 der Kolbenstange hindurchkriechendes Hydrauliköl nicht die Innenringschulter 36 passieren und auf die Flanschbuchse 58 wirken und diese aus dem sie haltenden Kolbenstangeninnengewinde herausdrücken kann, ist die Ringschulter 56 zur Bildung eines Ringraumes 64 stufenförmig abgesetzt, wobei dieser Ringraum über die Buchse 50 im Bereich ihres Außenbundes 54 quer durchdringende Verbindungskanäle 66 mit dem vor der Eintauchöffnung 48 liegenden zentralen Durchgang des Außenbundes 54 verbunden ist. Sofern aus dem Druckraum verdrängtes Hydrauliköl in den Ringraum 64 einströmen sollte, wird dieses dort entspannt und kann durch den Außenbund 54 und die Flanschbuchse 58 in den Zylinderraum abfließen, so daß im Bereich der die Flanschbuchse 50 abstützenden Innenringschulter 56 eine.Druckentlastung gewährleistet ist.
• Auch die Führung des Tauchkolbens 44 in der Eintauchöffnung 48 der Buchse 50 ist selbstdichtend ausgeführt, wozu in deren Umfangsfläche beispielsweise zwei im Achsabstand voneinander vorgesehene Ringnuten 68, 70 eingearbeitet sind, die im Innern des Buchsenschaftes 52 bzw, im Radialabstand zur Umfangs fläche der Eintauchöffnung 48. einen sich in Achsrichtung der Buchse erweiternden Nutabschnitt 68' bzw. 70' aufweisen. Diese Nutabschnitte bilden Dichttaschen, in welchen sich durch das zwischen Tauchkolben 44 und Eintauchöffnung 48 einsickernde Hydrauliköl ein Druck ausbilden kann, der die Wandung der Eintauchöffnung 48 im Bereich der Drucktaschen unter hohem Druck an den Umfang des Tauchkolbens 44 anzupressen vermag.
• Wie Figur 1 zeigt, ist der zwischen Zylinder 10 und Kolbenstange 14 vorhandene Ringraum 34 durch eine im Durchmesser vergrößerte Ausbildung des Kolbens 12 in dessen Bereich verengt, wobei eine den Kolben 12 in der Länge begrenzende Stirnringfläche 13 beim Zusammenwirken mit der unteren Kolbenstangenführung 32 einen Anfederungsanschlag bildet.
• Das sich im Ringraum 34 befindende und beim Einfedern über den Anschlußnippel 36 zur Verdrängung kommende Hydrauliköl bewirkt erfindungsgemäß eine sich verstärkende Ausfederungsdämpfung, sobald die Umfangskante der Stirnringfläche 13 des Kolbens 12 sich am Anschlußnippel 36 vorbeibewegt und mit diesem dann lediglich noch der im Querschnitt verengte Abschnitt des Ringraumes in Verbindung steht.

Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Hydro-pnumatisches Federbein für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mi.t einem Zylinder, mit einem darin geführten, eine Kolbenstange aufweisenden Kolben, mit einem am Zylinderraum angeschlossenen Speicher, der ein Gaspolster und in dem durch eine Membran von diesem getrennten Restvolumen ein zugleich den Zylinderraum fiillendes Hydraulikmedium enthält und mit einer federwegabhängig arbeitenden Puffervorrichtung, die ein kompressibles Medium sowie ein in der Endphase einer maximalen Einfederung dieses beaufschlagendes Verdichtungsglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffervorrichtung (Druckraum 42; Tauchkolben 44) als Medium eine in einem mindestens teilweise im unteren Teil. des Federbeines untergebrachten Druckraum (42) enthaltene, schwach kompressible Flüssigkeit und zu deren Verdichtung einen oberhalb des Druckraumes (42) angeordneten und in diesen dichtend eindringenden Tauchkolben (44) aufweist.
2. 2. Federbein nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Druckraum (42) ausschließlich in der Kolbenstange untergebracht und über eine innerhalb des Kolbens (12) bzw. der Kolbenstange (14) zentral angeordnete Eintauchöffnung (48) zugänglich ist, zu der der Tauchkolben (44) im Zylinder (10) koaxial angeordnet ist.
3. 3. Federbein nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Eintauchöffnung (48) des Druckraumes (42) innerhalb einer in den Kolben (12) oder die Kolbenstange (14) selbstdichtend eingesetzten Buchse (50) vorgesehen ist, die sich einerseits mit einem Außenbund (54) an einer Innenringschulter (56) des sie tragenden Teils abstützt und andererseits mittels einer in den Kolben (12) eingeschraubten Gegenhaltebuchse (58) im Kolben (12) axial gesichert ist.
4. 4. Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchöffnung (48) innerhalb eines sich an den Außenbund (54) der Buchse (50) anschließenden und in einem zylindrischen Teilstück des Druckraumes (42) mit hoher Passungsqualität sitzenden Buchsenteilstückes (52) angeordnet ist und sich dem Innern des Druckraumes (42) zu bis an das Stirnende des Buchsenteilstückes (52) sukzessive erweitert.
5. 5. Federbein nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in die Urnfangsfläche der Eintauchöffnung (48) mindestens eine Ringnut (68 oder 70) eingearbeitet ist, die im Radialabstand zur Umfangs fläche einen sich in Achsrichtung der Buchse (50) erweiterenden Nutabschnitt (68
6. 6. Federbein nach Anspruch 4. oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e daß im Übergangsbereich zwischen dem die Eintauchöffnung (48) enthaltenden Teilstück (Buchsenschaft 52) der Buchse (50) und deren Außenbund (54) diesen quer durchdringende @ Kanäle angeordnet sind.