Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
HYDROPNEUMATIC SUSPENSION SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1994/008808
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention pertains to a hydropneumatic suspension system, in particular for motor vehicles, with at least one hydraulic shock-absorbing strut unit (2) which in its cushioning movements uses an hydraulic medium to impact at least one hydropneumatic piston-type accumulator (6). The piston-type accumulator (6) has a separator piston (22) that separates an hydraulic accumulator (24) from a spring chamber (26) containing a compressible medium, especially a gas. The separator piston (22) is acted upon both by an hydraulic pressure (Ph) coming from the accumulator (24) and a pneumatic pressure (Pp) from the spring chamber (26), and, in addition to the forces (Fh, Fp) resulting from the action of the hydraulic pressure (Ph) and the pneumatic pressure (Pp) on the separator piston (22), at least one additional spring force (FF; FF1; FF2) acts upon the separator piston (22) of the piston-type accumulator (6). This additional spring force is produced by at least one spring element (28; 34; 36) mounted outside the spring chamber (26).

Inventors:
Runkel, Walter
Application Number:
PCT/EP1993/002779
Publication Date:
April 28, 1994
Filing Date:
October 11, 1993
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
HERMANN HEMSCHEIDT MASCHINENFABRIK GMBH & CO
Runkel, Walter
International Classes:
B60G11/30; B60G17/04; F15B1/24; F16F9/06; (IPC1-7): B60G17/04; B60G11/30; F15B1/053; F16F9/06
Domestic Patent References:
1993-04-01
Foreign References:
DE3936034A11991-05-02
DE2116913A11972-10-19
EP0425876A21991-05-08
DE3139600A11983-04-21
US5052712A1991-10-01
EP0052782A21982-06-02
FR1094209A1955-05-16
US2937663A1960-05-24
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 7, no. 261 (M-257)19. November 1983 & JP,A,58 142 048 (YAMAHA HATSUDOKI) 23. August 1983
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 13, no. 376 (M-862)21. August 1989 & JP,A,01 131 346 (KAYABA IND. CO.) 24. Mai 1989
Download PDF:
Claims:
Ansprüche
1. Hydropneumatisches Federungssystem insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Federbein (2), welches bei seinen Federungsbewegungen über ein Hydraulikmedium gegen mindestens einen hydro¬ pneumatischen Kolbenspeicher (6) wirkt, der einen einen HydraulikSpeicherraum (24) von einer ein kom¬ pressibles Medium, insbesondere ein Gas, enthaltenden Federkammer (26) trennenden Trennkolben (22) aufweist, wobei auf den Trennkolben (22) einerseits vom Spei¬ cherraum (24) her ein hydraulischer Druck (ph) und andererseits von der Federkammer (26) her ein pneuma¬ tischer Druck (pp) wirken, und wobei zusätzlich zu den aus dem hydraulischen Druck (ph) und dem pneumatischen Druck (pp) durch Beaufschlagung des Trennkolbens (22) resultierenden Kräften (Fh, Fp) auf den Trennkolben (22) des Kolbenspeichers (6) mindestens eine Zusatz Federkraft (FF; FF1; FF2) wirkt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die ZusatzFederkraft durch mindestens ein außerhalb der Federkammer (26) angeordnetes Federelement (28;34;36) erzeugt wird.
2. FederungsSystem 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 die ZusatzFederkraft (FF; FF1) den Trennkolben (22) in Richtung der aus dem hydraulischen Druck resultieren¬ den hydraulischen Kraft (Fh) beaufschlagt, und zwar insbesondere derart, daß die ZusatzFederkraft bei einem geringen hydraulischen Druck (ph) größer ist als bei einem höheren hydraulischen Druck (ph).
3. Federungssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die ZusatzFederkraft (FF; FF2) den Trennkolben (22) in Richtung der aus dem pneumatischen Druck resultieren¬ den pneumatischen Kraft (Fp) beaufschlagt, und zwar insbesondere derart, daß die ZusatzFederkraft bei einem geringen hydraulischen Druck (ph) kleiner ist als bei einem höheren hydraulischen Druck (ph).
4. FederungsSystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Trennkolben (22) einerseits in Richtung der hydrauli¬ schen Kraft (Fh) mit einer ersten ZusatzFederkraft (FF1) und andererseits in Richtung der pneumatischen Kraft (Fp) mit einer zweiten ZusatzFederkraft (FF2) beaufschlagt ist, wobei sich eine resultierende ZusatzFederkraft (FF) aus diesen beiden gegensinnigen Federkräften insbesondere derart ergibt, daß durch die resultierende ZusatzFederkraft (FF) bei hohem hydrau¬ lischen Druck (Ph) der sich aus diesem an sich ergeben¬ de pneumatische Druck (pp) reduziert und bei niedrigem hydraulischen Druck (Ph) der sich aus diesem an sich ergebende pneumatische Druck (pp) erhöht werden.
5. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das die ZusatzFederkraft (FF) erzeugende Federelement durch mindestens ein mechanisches Federelelement (28) gebildet ist, welches als Druck oder Zugfeder ausge¬ bildet ist.
6. FederungsSystem nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das mechanische Federelement (28) im Speicherraum (24) des Kolbenspeichers ( 6) den Trennkolben (22) beaufschla¬ gend angeordnet ist.
7. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Trennkolben (22) des Kolbenspeichers (6) mit einer insbesondere durch den Speicherraum (24) hindurch nach außen geführten Trennkolbenstange (30) verbunden ist, wobei die ZusatzFederkraft (FF; FF1; FF2) durch minde¬ stens ein als Druck oder Zugfeder über die Trennkol¬ benstange (30) auf den Trennkolben (22) wirkendes Federelement (28;34;36) erzeugt wird.
8. Federungssystem nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das auf die Trennkolbenstange (30) wirkende Federelement (36) von einer Zylinderkolbeneinheit (38) gebildet ist, die mindestens einen Druckraum (40, 42) besitzt, in dem ein einen Kolben (44) beaufschlagender elasti¬ scher Vorspanndruck (pvl, pv2) herrscht.
9. FederungsSystem nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der/ jeder Druckraum (40, 42) der Zylinderkolbeneinheit (38) mit einem unter dem elastischen Vorspanndruck (pvl, pv2) stehenden, kompressiblen Medium, insbesondere einem Gas, gefüllt ist.
10. Federungssystem nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der/ jeder Druckraum (40, 42) der Zylinderkolbeneinheit (38) mit Hydraulikmedium gefüllt sowie hydraulisch mit einem hydropneumatischen, den Vorspanndruck (pvl, ρv2) erzeugendenr Speicher (46, 48) verbunden ist.
11. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Höhe der jeweils wirksamen ZusatzFederkraft (FF; FF1; FF2) über Einstellmittel veränderbar ist.
12. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die jeweils wirksame bzw. resultierende ZusatzFederkraft (FF;FF1;FF2) über den Weg des Trennkolbens (22) hinweg einen nichtlinearen, sondern progressiven oder de¬ gressiven oder Sförmigen Verlauf aufweist.
13. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Federbein (2) einen hydraulisch mit dem Kolbenspeicher (6) verbundenen Zylinderraum (14) sowie einen von die¬ sem über einen Kolben (10) abgeteilten, eine Kolben¬ stange (12) umschließenden Ringraum (16) aufweist, wo¬ bei der Ringraum (16) entweder hydraulisch mit dem Zylinderraum (14) oder über eine Lüftungsöffnung (56) mit der Atmosphäre verbunden ist.
14. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einer hydraulischen Verbindung (4) zwischen dem Feder¬ bein (2) und dem Kolbenspeicher ( 6) ein insbesondere lastabhängig einstellbares Dämpfungsventil (58) ange¬ ordnet ist.
15. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Federbein (2) über eine Nivelliereinrichtung ( 60) wahlweise mit einer hydraulischen Druckleitung (P) oder einer TankRücklaufleitung (T) verbindbar ist.
16. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß de Trennkolben (22) auf der Seite des Speicherraumes (24) ein Verschlußelement (66) aufweist, welches in eine in Richtung eines speicherraumseitigen Endanschlage (68) verschobenen AbsperrStellung des Trennkolben (22) einen in den Speicherraum (24) mündenden Hydrau¬ likAnschluß (70) derart verschließt, daß ein ei Restvolumen des Speicherraumes (24) aufweisender, ab geschlossener, vollständig mit dem hydraulische Medium gefüllter Druckraum gebildet ist, wobei da Verschlußelement (66) derart federelastisch ausgebil det ist, daß der Trennkolben (22) gegen eine Feder kraft über die Absperrstellung hinaus in Richtung de Endanschlages (68) beweglich ist.
17. FederungsSystem insbesondre nach einem der Ansprüch 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß da über die Trennkolbenstange (30) auf den innerhal eines Speicherzylinders (20) angeordneten Trennkolbe (22) wirkende Federelement (28) zumindest einendig über ein derart schwenkbeweglich mit dem Speicher¬ zylinder (20) bzw. mit der Trennkolbenstange (30) ver¬ bundenes Widerlagerelement (84) abgestützt ist, daß bei einem Versatz zwischen den Wirkachsen (86) des Federelementes (28) und des Speicherzylinders (20) durch eine RelativVerschwenkung zwischen dem Wider¬ lagerelement (84) einerseits und dem Speicherzylinder (20) bzw. der Trennkolbenstange (30) andererseits ein selbsttätiger Angleich der Wirkachsen (86) erfolgt.
18. Federungssystem nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das schwenkbewegliche Widerlagerelement (84) mit dem Spei¬ cherzylinder (20) insbesondere über ein Kugelgelenk (92) verbunden ist.
19. Federungssystem nach Anspruch 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Federelement (28) kolbenstangenseitig an einem im we¬ sentlichen starr mit der Trennkolbenstange (30) ver¬ bundenen Widerlagerelement (82) angreift.
20. Federungssystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Federelement (28) als eine den Speicherzylinder (20.) und die Trennkolbenstange (30) im wesentlichen koaxial umschließende Schraubenfeder, inbesondere Schrauben¬ druckfeder, ausgebildet ist.
Description:
Hydropneumatisches FederungsSystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydropneumatisches FederungsSystem insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit min¬ destens einem hydraulischen Federbein, welches bei seinen Federungsbewegungen über ein Hydraulikmedium gegen minde¬ stens einen hydropneumatischen Kolbenspeicher wirkt, der einen einen Hydraulik-Speicherraum von einer ein kompressi¬ bles Medium, insbesondere ein Gas, enthaltenden Federkammer trennenden Trennkolben aufweist, wobei auf den Trennkolben einerseits vom Speicherraum her ein hydraulischer Druck und andererseits von der Federkammer her ein pneumatischer Druck wirken, und wobei zusätzlich zu den aus dem hydrauli¬ schen Druck und dem pneumatischen Druck durch Beaufschla¬ gung des Trennkolbens resultierenden Kräften auf den Trenn¬ kolben des Kolbenspeichers mindestens eine Zusatz-Feder¬ kraft wirkt.

Bei hydropneumatisches FederungsSystemen wird durch die Federungsbewegungen des Federbeins, d.h. durch Bewegungen eines Kolbens innerhalb eines Zylinders, ein Hydraulikmedi-

um in Strömung versetzt. Beim Einfedern des Federbeins strömt ein bestimmtes Volumen des Hydraulikmediums in den Speicherraum eines hydropneumatischen Speichers, wodurch sich das Volumen eines darin enthaltenen kompressiblen Mediums, üblicherweise eines Gases, verringert. Durch diese Komprimierung wird ein Druckanstieg und damit eine elasti¬ sche Federwirkung hervorgerufen, die nachfolgend eine Rück¬ strömung des Hydraulikmediums zum Ausfedern des Federbeins bewirkt. In einer statischen Lage des Federbeins bewirkt der pneumatische Druck über das Hydraulikmedium innerhalb des Federbeins eine Tragkraft zur AbStützung der jeweiligen Last.

Der wesentliche Vorteil von hydropneumatischen Federungs¬ systemen besteht darin, daß auch bei sich ändernden Last¬ verhältnissen (Verhältnis zwischen Leerlast und Vollast des Federbeins) nahezu gleichbleibende Federungseigenschaften erreicht werden können, indem durch eine hydraulische Ni¬ vellierung, d.h. durch Zuführen oder Entnehmen von Hydrau¬ likmedium, das Fahrzeugniveau und damit auch die zur Ver¬ fügung stehenden Federwege praktisch konstant gehalten wer¬ den können. Dies bedeutet, daß praktisch eine lastunabhän¬ gige Federung zu erreichen ist. Daher sind derartige Syste¬ me vor allem für Lastkraftwagen geeignet, bei denen ja in der Regel ein großes Lastverhältnis auftritt.

Allerdings ist hierbei von Nachteil, daß für ein großes Lastverhältnis das kompressible Medium ein sehr großes Ge¬ samtvolumen haben muß, damit von der Federkammer bzw. dem darin befindlichen Medium bei - aus Komfortgründen - mög¬ lichst flacher, "weicher" Kennlinie das gesamte Belastungs¬ verhältnis des Federbeins mit möglichst geringer Druckände¬ rung (Volumenänderung des kompressiblem Mediums) aufgenom-

men werden kann. Dies führt zu einer sehr großen Baugröße des Federspeichers mit langen Verschiebewegen des Trennkol¬ bens, was in einem Fahrzeug Einbauprobleme verursachen kann und natürlich auch zu hohen Kosten für den Speicher führt.

Aus der US-A-4153237 ist ein Federungssystem der eingangs beschriebenen, gattungsgemäßen Art bekannt, wobei zur Be¬ einflussung der Federkennlinie des Kolbenspeichers inner¬ halb der Federkammer, d.h. innerhalb des pneumatischen Druckmediums, eine Schraubendruckfeder angeordnet ist, die somit den Trennkolben mit einer gegen den hydraulischen Druck und in Richtung des pneumatischen Druckes wirkenden Zusatz-Federkraft beaufschlagt. Hierbei ist aber von Nach¬ teil, daß die Schraubenfeder den Bewegungsbereich des Trennkolbens in Richtung der Federkammer stark einschränkt, weshalb das pneumatische Medium nicht beliebig komprimiert werden kann. Daher kann die Federkennlinie auch nicht ohne weiteres auf beliebige Anforderungen abgestimmt werden.

Aus der EP-A-0052 782 (bzw. der entsprechenden US-A-4478 431) ist ein weiteres Federungssystem bekannt, bei dem aber pro Federbein mindestens zwei Speicher vorhanden sind. In einigen Ausführungsformen ist einer der vorhandenen Spei¬ cher als Kolbenspeicher ausgebildet, dessen Trennkolben zu¬ sätzlich von einer im Gasraum angeordneten Feder beauf¬ schlagt ist. Durch die jeweils vorhandenen mindestens zwei Speicher ist die Abstimmung der Federkennlinie schwierig.

Bei einem aus der DE-A-39 36 034 bekannten Federungssystem ist es einerseits vorgesehen, den Kolbenspeicher als Druck¬ wandler derart auszubilden, daß der pneumatische Druck des kompressiblen Mediums in der Federkammer stets kleiner als

der hydraulische Druck innerhalb des Speicherraums und da¬ mit auch innerhalb des Federbeins ist. Andererseits soll gemäß einer Weiterbildung die Bewegung des Kolbens im Zylinder des Federbeins über das verdrängte Hydraulikmedium mit einem bestimmten Weg-Über- bzw. Untersetzungsverhältnis auf den Trennkolben übertragen werden (hydraulische Über¬ setzung) .

Ein weiteres hydropneumatisches Federungssystem ist aus der DE-A-40 08 831 bekannt. Hierbei teilt der Kolben des Feder¬ beins über seine Kolbendichtung innerhalb des Zylinders zwei Druckräume voneinander ab, und zwar einerseits einen eine Kolbenstange umschließenden Ringraum und andererseits einen der Kolbenstange gegenüberliegenden, "lasttragenden" Zylinderraum, wobei diese beiden Druckräume hydraulisch voneinander unabhängig mit jeweils einem separaten Feder¬ speicher verbunden sind. Der eine Federspeicher bewirkt innerhalb des Zylinderraums einen ersten hydraulischen Druck, der durch Beaufschlagung der entsprechenden Druck¬ fläche des Kolbens eine Abstützkraft (Tragkraft) erzeugt, und durch den anderen Federspeicher werden der Ringraum und die diesem zugekehrte Druckfläche des Kolbens mit einem zweiten hydraulischen Druck beaufschlagt, wodurch eine der Abstützkraft entgegenwirkende Gegenkraft entsteht. Bei die¬ sem bekannten Federungssystem wird durch diese als "künst¬ liche Last" wirkende Gegenkraft das von dem "lasttragenden" Federspeicher aufzunehmende Lastverhältnis reduziert, indem die Gegenkraft stets zu der jeweils tatsächlich vorhandenen Last hinzukommt. Beispielsweise ergibt sich ohne diese Ge¬ genkraft bei einer Leerlast von z.B. 6 kN und einer Vollast von z.B. 60 kN ein Lastverhältnis von 1 : 10. Wird hierbei aber eine in Lastrichtung wirkende Gegenkraft von z.B. 10 kN erzeugt, so resultiert hieraus ein Lastverhältnis von 16

kN : 70 kN = 1 : ca. 4,4. Hierdurch kann nun zwar eine Reduzierung der Baugröße des lasttragenden Speichers bzw. dessen notwendigen Gasvolumens erreicht werden, allerdings stellt es einen gewissen Nachteil dar, daß insgesamt (pro Federbein) zwei Federspeicher erforderlich sind, da ja ein Federspeicher aufgrund seiner konstruktiven Ausgestaltung, insbesondere aufgrund der erforderlichen Abdichtungen, ein relativ teures Bauteil ist. Darüber hinaus können aber auch Abdichtungsprobleme im Bereich der Kolbendichtung des Federbeins auftreten, weil diese von beiden Seiten her mit den jeweiligen hydraulischen Drücken beaufschlagt wird, wo¬ bei diese beiden Drücke üblicherweise geringfügig verschie¬ den sind, so daß die Dichtung nur gegen einen geringen Differenzdruck abdichten muß. Eine Kolbendichtung benötigt nun aber eigentlich eine einseitige Druckbeaufschlagung mit einer bestimmten Mindesthöhe, um zuverlässig abdichten zu können. Aus diesem Grund können innerhalb des Federbeins des bekannten Federungssystem Leckagen derart auftreten, daß Hydraulikmedium über die Kolbendichtung vom Zylinder¬ raum in den Ringraum oder umgekehrt übertritt, was dann aber eine unerwünschte Veränderung der Federcharakteristik zur Folge hat. Ferner führt aber die Erzeugung der Gegen¬ kraft im Bereich des Federbeins noch zu dem unschönen Nebeneffekt, daß im Falle einer Nivellierung, wobei z.B. bei einer Lasterhöhung das Federbein durch Zuführen von Hydraulikmedium wieder in ein statisches Soll-Niveau (in der Regel etwa die Mittelstellung seines Hubs) gebracht wird, die Gegenkraft jeweils ansteigt, da ein Anheben des Niveaus stets mit einer Volumenreduzierung des Federbein- Ringraumes und demzufolge auch mit einem Druckanstieg in dem zugehörigen Speicher verbunden ist. Daher muß eine den hydraulischen Druck erzeugende Einrichtung, üblicherweise eine Pumpe, übermäßig leistungsfähig sein; in Lastkraftwa-

gen kann hierdurch eine Pumpenleistung von über 200 bar, z.B. 230 bis 250 bar, erforderlich werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Federungssystem der gattungsgemäßen Art konstruktiv und hinsichtlich des finanziellen Aufwandes für seine Komponen¬ ten zu vereinfachen und dabei aber auch so zu verbessern, daß auf einfache Weise praktisch eine beliebige, stets gleichbleibend optimale Federcharakteristik erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentan¬ spruches 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den ab¬ hängigen Ansprüchen enthalten.

Aufgrund der Erfindung läßt sich das kompressible Medium innerhalb der Federkammer nahezu beliebig komprimieren, weshalb in Verbindung mit der Beaufschlagung des Trennkol¬ bens mit der Zusatz-Federkraft eine Einstellung der resul¬ tierenden Federkennlinie in einem sehr weiten Bereich auf einfache Weise möglich ist. Ferner werden durch die Erfin¬ dung noch weitere gravierende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere auch gegenüber der US-A-4 153 237, erreicht; auf diese Vorteile wird in der nachfolgenden Beschreibung noch genauer eingegangen werden.

Mit der jeweils wirksamen Zusatz-Federkraft wird das Volu¬ men des kompressiblen Mediums - zusätzlich zu den "norma¬ len", last- und federungsbedingten Volumenänderungen - der¬ art beeinflußt, daß sich sein Gesamtvolumen vorteilhafter¬ weise verringern kann. Dies liegt daran, daß sich für den Kolbenspeicher bzw. dessen Federkammer aufgrund der Zusatz-

Federkraft ein anderes, sich von dem Lastverhältnis des Federbeins unterscheidendes Lastverhältnis (bzw. ein Kom¬ pressions- und Druckverhältnis, welches von den "normalen", ohne Zusatz-Federkraft vorhandenen Verhältnissen abweicht) einstellt, wobei dieses "Speicher-Lastverhältnis" gegenüber dem Lastverhältnis des Federbeins vorteilhafterweise we¬ sentlich geringer ist. Dies führt dazu, daß der Speicher insgesamt kleiner und kompakter und mit kürzerem Hub des Trennkolbens ausgebildet werden kann.

Es erübrigt sich somit eine aus obigen Gründen nachteilige Erzeugung einer Gegenkraft im Bereich des Federbeins, wie sie aus der DE-A-40 08 831 bekannt ist. Beim Nivellieren braucht eine Pumpe lediglich den der tatsächlichen Last entsprechenden Druck zu erzeugen, so daß eine Pumpenleis¬ tung von maximal 200 bar jedenfalls ausreicht. Ferner ist auch nur noch ein Speicher pro Federbein erforderlich. Dies ist insofern von Vorteil, als in den beiden Druckräumen des Federbeins jeweils der gleiche hydraulische Druck herrscht, so daß die oben beschriebenen Abdichtungsprobleme vermieden werden. Alternativ hierzu ist es allerdings ebenfalls mög¬ lich, den Ringraum über eine Lüftungsöffnung mit der Atmos¬ phäre zu verbinden, so daß in diesem Fall aber ebenfalls die Abdichtungsprobleme beseitigt werden, weil die Kolben¬ dichtung in der Lage ist, einen hohen Differenzdruck abzu¬ dichten.

In einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung be¬ aufschlagt die Zusatz-Federkraft den Trennkolben in Rich¬ tung der Federkammer, d.h. in Richtung der "hydraulischen Kraft", und zwar insbesondere derart, daß die Zusatz-Feder¬ kraft bei einer geringen Last des Federbeins und dement¬ sprechend geringem hydraulischen Druck größer ist als bei

einer höheren Last und entsprechend höherem hydraulischen Druck. Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß durch die Zusatz- Federkraft das kompressible Medium "künstlich", d.h. zu¬ sätzlich zur normalen Last, weitergehend komprimiert (ge¬ spannt) wird, wobei diese "künstliche Komprimierung" bei geringer Belastung des Federbeins relativ höher als bei hoher Belastung ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Wirkrichtung der Zusatz-Federkraft somit genau entgegen¬ gesetzt zum Stand der Technik (US-A-4 153 237, US-A-4 478 431), so daß für die erfindungsgemäße Anordnung des Feder¬ elementes "außerhalb der Federkammer" das Federelement beispielsweise als Druckfeder innerhalb des Speicherraumes angeordnet sein kann.

In einer zweiten Ausführungsform beaufschlagt die Zusatz- Federkraft den Trennkolben in Richtung des Speicherraumes, d.h. in Richtung der "pneumatischen Kraft", und zwar ins¬ besondere derart, daß die Zusatz-Federkraft bei einer ge¬ ringen Last des Federbeins und dementsprechend geringem hydraulischen Druck kleiner ist, als bei einer höheren Last und entsprechend höherem Druck. Hierbei handelt es sich folglich um eine "künstliche Entspannung" (Expansion) des kompressiblen Mediums im Vergleich zu den Verhältnissen bei "normaler Last", wobei diese "künstliche Entspannung" bei großer Last des Federbeins relativ höher als bei kleiner Last ist. Diese Wirkrichtung entspricht somit zwar grund¬ sätzlich dem Stand der Technik (vgl. insbesondere US-A-4 153237), das Federelement ist aber erfindungsgemäß dennoch "außerhalb der Federkammer" angeordnet. Dies wird bevor¬ zugt dadurch erreicht, daß der Trennkolben eine aus dem Kolbenspeicher abgedichtet nach außen geführte Trennkolben¬ stange aufweist, an der dann mindestens ein Federelement angreift, um so den Trennkolben über die Trennkolbenstange

mit der Zusatz-Federkraft zu beaufschlagen. Diese vorteil¬ hafte Maßnahme kann natürlich auch für die erste Ausfüh¬ rungsform angewandt werden, d.h. wenn die Zusatz-Federkraft in der gleichen Richtung wie die hydraulische Kraft und so¬ mit gegen die pneumatische Kraft wirken soll.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfin¬ dung (dritte Ausführungsform) ist nun allerdings der Trenn¬ kolben in beiden Richtungen mit jeweils einer Zusatz-Feder¬ kraft beaufschlagt, und zwar vorzugsweise wiederum mittels außenliegender Federelemente über eine Trennkolbenstange des Speicher-Trennkolbens. Hierbei ergibt sich eine re¬ sultierende Zusatz-Federkraft aus der Summe (Differenz) dieser beiden gegensinnigen Federkräfte, und zwar ins¬ besondere derart, daß durch die Zusatz-Federkraft bei hoher Last des Federbeins der dieser Last an sich entsprechende pneumatische Druck reduziert und bei niedriger Last der dieser an sich entsprechende pneumatische Druck erhöht werden. Durch diese bevorzugte Maßnahme wird eine besonders effektive Reduzierung des für das jeweilige Lastverhältnis des Federbeins erforderlichen Volumens des kompressiblen Mediums erreicht. Dies soll an dieser Stelle an einem ein¬ fachen .Zahlenbeispiel deutlich gemacht werden.

Beispielsweise beträgt bei gegebenen Last- und Auslegungs¬ verhältnissen eines Federungssystems ohne die erfindungs¬ gemäßen Maßnahmen der Druck in der Federkammer im beladenen Zustand des Federbeins 150 bar bei einem Volumen von 1.000 cm 3 und im leeren Zustand 40 bar. Aus dem Druck¬ verhältnis 150 bar : 40 bar ergibt sich ein Faktor von 3,75, mit dem das Volumen im beladenen Zustand ("Lastvolu¬ men" ) multipliziert werden muß, um das Volumen im leeren Zustand ("Leervolumen") zu erhalten; somit ergibt sich

hieraus, daß im Leerzustand ein Leervolumen von 1.000 cm 3 • 3,75 = 3.750 cm 3 erforderlich ist.

Im Gegensatz dazu ergibt sich nun mit der erfindungsgemäßen Zusatz-Federkraft einerseits eine Reduzierung des "belade¬ nen Druckes" auf z.B. 100 bar sowie andererseits eine Er¬ höhung des "Leerdruckes" auf z.B. 60 bar, woraus sich ein Verhältnisfaktor von 100 : 60 = 1,667 ergibt. Daraus folgt - bei dem genannten "Lastvolumen" von 1.000 cm 3 - eine Re¬ duzierung des "Leervolumens" auf nur noch 1.000 cm 3 • 1,667 = 1.667 cm 3- Das für das Lastverhältnis des Federbeins er¬ forderliche Volumen des kompressiblen Mediums kann somit durch die Erfindung wesentlich reduziert werden, im genann¬ ten Beispiel um mehr als 50%.

Durch die erfindungsgemäße Reduzierung des Gasvolumens im Leerzustand wird zudem erreicht, daß die Federsteifigkeit c im Leerzustand größer wird, so daß vorteilhafterweise auch die Eigenfrequenz des Systems im beladenen und leeren Zustand praktisch gleich bleibt. Demgegenüber ergibt sich bei großem "Leer-Gasvolumen", wie es bei bekannten Systemen zumeist vorhanden war, aufgrund einer geringeren Feder- steifigkeit stets eine große Differenz in der Eigenfrequenz zwischen beladenem und leerem Zustand.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Beeinflussung der Druckver¬ hältnisse innerhalb des Kolbenspeichers durch die Zusatz- Federkraft kann nun zwar - in Abhängigkeit von der jeweili¬ gen Auslegung der Systemgrößen (insbesondere der Auslegung der (resultierenden) Zusatz-Federkraft-Kennlinie) - der Fall eintreten, daß ab einer bestimmten Last der pneuma¬ tische Druck größer als der hydraulische Druck wird. In diesem Fall ist der Trennkolben mit einer speziellen "Gas-

dichtung" auszustatten. Natürlich kann die Auslegung auch derart vorgenommen werden, daß der pneumatische Druck stets kleiner oder maximal gleich dem hydraulischen Druck ist, so daß dann eine einfachere "Oldichtung" für den Trennkolben ausreichend ist.

Die erfindungsgemäße Zusatz-Federkraft kann auf viele ver¬ schiedene Arten erzeugt werden, so z.B. mit mechanischen Druck- und/oder Zugfedern oder mit hydropneumatischen Federn (Speichern). Einige vorteilhafte Möglichkeiten sind konkret in der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Erfindung führt somit zu wesentlichen Vorteilen gegen¬ über dem Stand der Technik. Insbesondere die bevorzugte Maßnahme, mindestens ein Federelement über eine aus dem Speicher nach außen geführte Trennkolbenstange .auf den Trennkolben wirken zu lassen, führt zu einem beachtlichen technischen Fortschritt, denn im Vergleich zu einer - beispielsweise aus der US-A-4 153 237 bekannten - internen Anordnung einer mechanischen Feder im Gasraum ist nun erfindungsgemäß das bzw. jedes den Trennkolben beaufschla¬ gende Federelement extern, außerhalb des Speichers angeord¬ net. Dies führt unter anderem zu folgenden wichtigen Vorteilen:

1. Zur Veränderung der Federcharakteristik kann auf besonders einfache Weise ein Austausch des oder der Federelemente erfolgen, ohne dafür den Speicher demontieren zu müssen.

Im Gegensatz dazu wäre es bei der bekannten, internen Anordnung der Feder im Gasraum erforderlich, für jeden

Feder-Austausch den Speicher zu demontieren und nach Feder-Austausch wieder mit großem Abdichtungsaufwand zu montieren. Zudem leiden hierunter auch die Dicht¬ flächen, so daß der Speicher spätestens nach mehreren solcher Federaustausch-Vorgänge (die zur Abstimmung der Federkennlinie durchaus erforderlich sein können) unbrauchbar werden kann.

2. Erfindungsgemäß sind eventuelle Schäden im Bereich der den Trennkolben beaufschlagenden Federelemente von außen ohne Schwierigkeiten erkennbar. Beispielsweise ist ein Bruch einer mechanischen Feder sofort zu sehen; die gebrochene Feder kann dann leicht ersetzt werden (vgl. 1. ).

Bei der bekannten internen Anordnung wäre demgegenüber eine gebrochene Feder zunächst nicht unmittelbar er¬ kennbar, sondern es würde sich eine veränderte Feder¬ kennlinie einstellen, für die zunächst keine Ursache erkennbar wäre. Erst nach einer zeit- und kostenauf¬ wendigen Fehlersuche und nach Demontage des Speichers könnte die gebrochene Feder diagnostiziert werden. Bis dahin würde es aber sicherlich bereits zu Beschädigun¬ gen der inneren Speicher-Mantelfläche durch im Bruch¬ bereich der Feder vorhandene scharfe Kanten kommen, wodurch der Speicher aber unbrauchbar würde.

3. Zur Auslegung der Federcharakteristik ist es oft auch erforderlich, den pneumatischen Druck zu verändern, was dann aber zwangsläufig auch zu einer Änderung der den Trennkolben beaufschlagenden Zusatz-Federkraft führt, weil sich ja der Trennkolben dabei entspechend verschiebt. Bei einer internen Anordnung des Feder-

elementes läßt sich diese Federkraft-Änderung nicht kompensieren.

Im Gegensatz dazu ist es nun aber erfindungsgemäß durch die bevorzugte, externe Anordnung des bzw. jedes Federelementes auf einfache Weise möglich, dessen Vor¬ spannung über Einstellmittel zu verändern, so daß bei einer Änderung des pneumatischen Druckes auch eine dadurch (durch Verschiebung des Trennkolbens) bewirkte Änderung der Federvorspannung beliebig kompensiert werden kann. Zudem können vorteilhafterweise auch herstellungsbedingte Toleranzen (z.B. Längentoleran¬ zen) der Federelemente durch die Einstellmittel auf einfache Weise ausgeglichen werden.

Einige vorteilhafte Ausführungsformen solcher Ein¬ stellmittel werden in der folgenden Beschreibung noch genauer erläutert werden.

Anhand von mehreren in der beiliegenden Zeichnung darge¬ stellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung nun noch näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemä¬ ßen Federungssystems in vereinfachten, prinzipi¬ ellen Schnittansichten seiner Komponenten, d.h. insbesondere eines Federbeins und eines Kolben¬ speichers,

Fig. 2 eine Ansicht analog zu Fig. 1 in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 eine weitere Darstellung analog zu Fig. 1 einer

dritten Ausführungsform,

Fig. 4 die wesentlichen Teile bzw. Komponenten einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federungssystems,

Fig. 5 den Kolbenspeicher in einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer vorteilhaften Weiterbil¬ dung eines Kolbenspeichers mit teilweise axial geschnittenen Komponenten,

Fig. 7 einen detaillierten Teil-Axialschnitt des hydro¬ pneumatischen Kolbenspeichers gemäß Fig. 6 und

Fig. 8 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Federungssystems.

In den verschiedenen Zeichnungsfiguren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß jede eventuell nur einmal vorkommende Beschreibung eines Teils analog auch für die jeweils anderen Zeichnungsfiguren gilt, in denen dieses Teil mit dem entsprechenden Bezugszeichen ebenfalls zu erkennen ist.

Ein erfindungsgemäßes Federungssystem besteht als Hauptkom¬ ponenten aus mindestens einem hydraulischen Federbein 2 und einem mit diesem über eine hydraulische Verbindung 4 ver¬ bundenen, hydropneumatischen Kolbenspeicher 6.

Das Federbein 2 besteht seinerseits aus einem Zylinder 8, einem darin beweglich geführten Kolben 10 und einer mit dem

Kolben 10 verbundenen, aus dem Zylinder 8 nach außen ge¬ führten Kolbenstange 12, wobei der Kolben 10 innerhalb des Zylinders 8 einen "lasttragenden", d.h. unter einem lastab¬ hängigen, hydraulischen Druck p h stehenden Zylinderraum 14 von eifern die Kolbenstange 12 umschließenden Ringraum 16 abteilt. Das Federbein 2 wird in einem Fahrzeug zur Rad¬ bzw. Achsabstützung zwischen einer ungefederten Masse und einer gefederten Masse angeordnet, indem beispielsweise das freie Ende der Kolbenstange 12 mit einem angedeuteten Rad 18 oder einem bestimmten Achsteil und das gegenüberliegende Ende des Zylinders 8 mit einem Fahrzeugrahmen verbunden werden. Ein "umgekehrter" Einbau ist natürlich ebenfalls möglich.

Der Kolbenspeicher 6 ist vorzugsweise räumlich unabhängig von dem Federbein 2 ausgebildet und angeordnet und besteht aus einem Speicherzylinder 20, in dem ein Trennkolben 22 "schwimmend", d.h. frei beweglich geführt ist. Der Trenn¬ kolben 22 teilt innerhalb des Speicherzylinders 20 einen über die hydraulische Verbindung 4 mit dem Federbein 2 verbundenen Hydraulik-Speicherraum 24 von einer mit einem kompressiblen Medium, insbesondere mit Gas, gefüllten Federkammer 26 ab.

Der lastabhängige hydraulische Druck p h innerhalb des Zylinderraums 14 des Federbeins 2 wirkt über die hydrau¬ lische Verbindung 4 auch in dem Speicherraum 24 des Kolben¬ speichers 6. Durch eine entsprechende Verschiebung des Trennkolbens 22 und eine Komprimierung des kompressiblen Mediums in der Federkammer 26 stellt sich dort ein pneu¬ matischer Druck p p ein. Somit wird der Trennkolben 22 auf seiner dem Speicherraum 24 zugekehrten Seite mit dem hy¬ draulischen Druck p h beaufschlagt, wodurch aufgrund der

Beziehung F = p • A eine "hydraulische Kraft" F h erzeugt wird, die die Tendenz hat, den Trennkolben 22 in Richtung der Federkammer 26 zu verschieben. Dem wirkt allerdings eine "pneumatische Kraft" F p entgegen, die durch Beauf¬ schlagung der gegenüberliegenden Druckfläche des Trenn¬ kolbens 22 mit dem pneumatischen Druck p p entsteht.

Hierbei ist nun vorgesehen, daß der Trennkolben 22 - zu¬ sätzlich zu den hydraulischen und pneumatischen Drücken p h , p p und den daraus resultierenden Kräften F h und F p - mit einer Zusatz-Federkraft F F beaufschlagt ist. Hierfür gibt es nun mehrere Möglichkeiten, die im folgenden anhand der einzelnen Zeichnungsfiguren beispielhaft erläutert werden sollen.

Gemäß Fig. 1 wird der Trennkolben 22 mit einer in Richtung der Federkammer 26 wirkenden Zusatz-Federkraft F F beauf¬ schlagt (in Fig. 1 mit einem voll eingezeichneten Pfeil veranschaulicht), die von einem mechanischen Federelement 28 erzeugt wird, welches hier als Schraubendruckfeder aus¬ gebildet und innerhalb des Speicherraumes 24 angeordnet ist. Hierdurch wird nun erfindungsgemäß erreicht, daß die Zusatz-Federkraft F F - aufgrund der Federkennlinie des Federelementes 28 - bei einer geringen Last des Federbeins 2, wenn nämlich aufgrund der entsprechend geringen hydrau¬ lischen und pneumatischen Drücke p h und p p der Trennkolben 22 in einer in Richtung eines speicherraumseitigen Endan¬ schlages verschobenen Stellung steht (kleines Volumen des Speicherraums 24 und größeres Volumen der Federkammer 26), größer ist als bei einer höheren Last, wenn nämlich auf¬ grund der höheren Drücke p h und p p der Trennkolben 22 mehr in Richtung der Federkammer 26 verschoben ist. Dabei gilt aber jeweils die Gleichung F p = F h + F F .

Eine mögliche Alternative zu Fig. 1 besteht darin, daß die Zusatz-Federkraft F F (durch einen gestrichelten Pfeil ange¬ deutet) den Trennkolben 22 in Richtung des Speicherraums 24 beaufschlagen kann. Dies kann erreicht werden, indem z.B. das im Speicherraum 24 angeordnete Federelement 28 als Zug¬ feder ausgebildet ist. Bei dieser Ausführung wird dann eine zur obigen Wirkung "umgekehrte" Wirkung erreicht, d.h. die Zusatz-Federkraft F F ist bei einer geringen Last des Feder¬ beins 2 und dementsprechend geringen Drücken p h , p p kleiner als bei einer höheren Last und entsprechend höheren Drücken p h , p p . Hierbei gilt die Gleichung F h = F p +F F bzw. F p = F h -F F .

Bei der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform wird der Trennkolben 22 sowohl mit einer ersten Federkraft F F1 (gleiche Richtung wie die hydraulische Kraft F h ) als auch mit einer entgegengesetzten zweiten Federkraft F F2 (gleiche Richtung wie die pneumatische Kraft F p ) beaufschlagt, so daß sich die resultierende Zusatz-Federkraft F F aus der Diffe¬ renz F F = F F1 -F F2 ergibt. Je nach Höhe der einzelnen Feder¬ kräfte F F1 und F F2 ergibt sich hieraus eine Beaufschlagung des Trennkolbens 22 in Richtung des Speicherraums 24 oder in Richtung der Federkammer 26, und zwar ist es erfindungs¬ gemäß besonders vorteilhaft, wenn die Federkraft-Kennlinien derart abgestimmt sind, daß durch die resultierende Zusatz- Federkraft F F bei hoher Last des Federbeins 2 der dieser Last an sich entsprechende pneumatische Druck p p reduziert wird (Kraft F F2 überwiegt), während bei niedriger Last der dieser an sich entsprechende Druck p p erhöht wird (Kraft F F1 überwiegt). Die Wirkungsweise dieser Maßnahme wurde oben bereits eingehend erläutert, so daß an dieser Stelle auf die Beschreibungseinleitung verwiesen werden kann.

Wie sich nun ferner aus Fig. 2 ergibt, wird bei dieser Aus¬ führung der Trennkolben 22 mittelbar über eine mit diesem verbundene Trennkolbenstange 30 beaufschlagt, wobei diese Trennkolbenstange 30 insbesondere durch den Speicherraum 24 hindurch abgedichtet aus dem Speicherzylinder 20 geführt ist. An ihrem freien Ende ist die Trennkolbenstange 30 mit einem Kraftübertragungselement 32 verbunden, welches einer¬ seits von einem ersten - funktioneil dem Federelement 28 gemäß Fig. 1 entsprechenden und daher auch mit der gleichen Bezugsziffer bezeichneten - Federelement 28 sowie anderer¬ seits in die entgegengesetzte Richtung von einem zweiten Federelement 34 beaufschlagt ist. Im dargestellten Beispiel sind beide Federelemente 28 und 34 als Schraubendruckfedern ausgebildet, sie können jedoch durchaus auch durch funktio- nell entsprechende Zugfedern ersetzt werden. Ferner sind auch Kombinationen von Druck- und Zugfedern möglich.

In den Fig. 3, 4 und 5 sind nun Ausführungen veranschau¬ licht, bei denen ein über die Trennkolbenstange 30 auf den Trennkolben 22 wirkendes Federelement 36 von einer Zylin¬ derkolbeneinheit 38 gebildet ist. Diese Zylinderkolben¬ einheit 38 besitzt mindestens einen Druckraum 40 bzw. 42, in dem ein elastischer Vorspanndruck p vl bzw. p v2 herrscht, so daß durch Beaufschlagung eines Kolbens 44 die entspre¬ chende Federkraft F F bzw. F F1 , F F2 erzeugt wird.

Im Falle der Fig. 3 ist der Druckraum 40 auf der dem Trenn¬ kolben 22 abgekehrten Seite des Kolbens 44 angeordnet und mit dem Druck p vl beaufschlagt, so daß diese Ausführung funktioneil insofern der Fig. 1 entspricht, als hier eben¬ falls die Zusatz-Federkraft F F den Trennkolben 22 in Rich¬ tung der Federkammer 26 beaufschlagt und somit der ersten Federkraft F F1 entspricht.

In der Ausführung nach Fig. 4 ist der Druckraum 42 auf der dem Trennkolben 22 zugekehrten Seite des Kolbens 44 ange¬ ordnet und mit dem Druck p v2 beaufschlagt, so daß hier die Zusatz-Federkraft F F = F F2 den Trennkolben 22 in Richtung des Speicherraums 24 beaufschlagt.

Dabei ist in beiden Ausführungen gemäß Fig. 3 und 4 der je¬ weilige Druckraum 40, 42 unmittelbar mit einem kompressib¬ len Medium gefüllt, so daß die Druckräume 40, 42 jeweils pneumatische Federkammern bilden.

Die Ausführungen nach Fig. 3 und 4 können natürlich auch so miteinander kombiniert werden, daß eine der Fig. 2 funktio¬ neil entsprechende Ausführungsform entsteht, wobei die Zylinderkolbeneinheit 38 gleichzeitig beide Druckräume 40 und 42 aufweist; es gilt dann wieder: F F = F F1 - F F2 .

Diese Ausführung ist in Fig. 5 veranschaulicht, wobei hier allerdings die Druckräume 40 und 42 nicht selbst mit einem pneumatischen Medium gefüllt sind, sondern vielmehr mit einem hydraulischen Medium, wobei jeder Druckraum 40, 42 mit einem hydropneumatischen Speicher 46, 48 verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, wenn die Höhe der jeweils wirksamen Zusatz-Federkraft F F (F F1 , F F2 ) über Einstellmittel veränderbar ist. Dies kann beispielsweise bei der in Fig. 2 veranschaulichten, mechanischen Ausfüh¬ rung durch Veränderung der Vorspannung mindestens eines der Federelemente 28 und/oder 34 z.B. über mechanische Ein¬ stellelemente 50 und/oder 51 erreicht werden. Bei den Aus¬ führungsformen der Fig. 3 bis 5 ist dann jeweils mindestens einer der elastischen Vorspanndrücke p vl und/oder p v2 über geeignete Druck-Einstellmittel variabel. Es kann hierdurch

vorteilhafterweise eine Einstellung der Kennlinie der je¬ weils wirksamen Zusatz-Federkraft F F vorgenommen werden, und zwar auf relativ einfache Weise und über einen sehr weiten Bereich (großes Kennlinienfeld) .

Ferner ist es für bestimmte Anwendungsfälle besonders vor¬ teilhaft, wenn die jeweils wirksame bzw. resultierende Zusatz-Federkraft F F bzw. F F1 - F F2 über den Weg des Trenn¬ kolbens 22 hinweg einen nicht-linearen, sondern progressi¬ ven oder degressiven oder s-förmigen Verlauf aufweist. Im Falle eines s-förmigen Verlaufs ist die Kennlinie entweder erst degressiv und dann progressiv oder aber erst progres¬ siv und dann degressiv. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß das insgesamt - gegebenenfalls durch "Zusammenschal¬ tung" mehrerer Federelemente - wirksame Federelement eine sich über den Weg verändernde Federsteifigkeit c (Kraft¬ änderung pro Wegeinheit) besitzt; es gilt die Beziehung c = " _. . Diese besonders vorteilhafte Maßnahme hat Δ-S folgenden Hintergrund.

Die Eigenfrequenz f eines Federsystems ist wegen der Beziehung f = -x - V-jr- unter anderem abhängig von der Masse m. Somit würde sich in einem Fahrzeug bei einer Laständerung auch eine Verstimmung der Federung durch Änderung der Eigenfrequenz f ergeben. Erfindungsgemäß wird nun aber eine sich derart wegabhängig ändernde Federstei- figkeit c gewählt, daß - je nach Anwendungsfall - die Eigenfrequenz f zumindest annähernd konstant bleibt oder aber bewußt zur optimierenden Anpassung an die jeweilige Last verändert wird.

Im folgenden sollen einige Ausführungsvarianten des erfin¬ dungsgemäßen Federungssystems erläutert werden.

Bei den Ausführungsformen der Fig.l, 2 und 4 ist der Ring¬ raum 16 des Federbeins 2 hydraulisch mit dem Zylinderraum 14 verbunden, so daß auch hier der hydraulische Druck p h herrscht. Daher ergibt sich eine zur Erzeugung der Trag¬ kraft maßgebliche Druckfläche des Kolbens 10 aus der Dif¬ ferenz der beiden gegenüberliegenden Kolbenflächen; die wirksame Druckfläche entspricht somit dem Querschnitt der Kolbenstange 12. Im Falle der Fig. 1 und 2 ist für diese hydraulische Verbindung vorgesehen, daß der Kolben 10 Durchgangspassagen 52 aufweist, über die das Hydraulik¬ medium zwischen den Räumen 14 und 16 hin- und herströmen kann. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann alternativ hierzu der Ringraum 16 auch über eine externe Verbindung 54 mit dem Zylinderraum 14 verbunden sein. Bei diesen Aus¬ führungen erübrigt sich dann eigentlich auch eine Kolben¬ dichtung für den Kolben 10.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist demgegenüber der Ringraum 16 des Federbeins 2 über eine Lüftungsöffnung 56 des Zylinders 8 mit der Außenatmosphäre verbunden, so daß diese Kolbenseite praktisch drucklos ist (Atmosphären¬ druck) . Durch diese Ausgestaltung ist zur Erzeugung der Tragkraft die gesamte, dem Zylinderraum 14 zugekehrte Fläche des Kolbens 10 maßgebend. Hierdurch kann das Feder¬ bein 2 auch für große Lasten sehr kompakt gehalten werden. Diese Ausführung eignet sich daher insbesondere für Last¬ kraftwagen.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Hydraulikströmung zwischen dem Federbein 2 und dem Kolbenspeicher 6 insbeson¬ dere beim Ausfedern des Federbeins 2 gedämpft wird. Hierzu ist zweckmäßigerweise in der hydraulischen Verbindung 4 zwischen dem Federbein 2 und dem Kolbenspeicher 6 ein ins-

besondere lastabhängig Steuer- bzw. regelbares Dämpfungs¬ ventil 58 angeordnet. Des weiteren könnte mit Vorteil in dieser hydraulischen Verbindung 4 auch ein - hier aller¬ dings nicht dargestelltes - Absperrventil angeordnet sein, mit dem der Speicher 6 von dem Federbein 2 "abgekoppelt" werden könnte, wodurch eine Blockierung der Federungsbe¬ wegungen des Federbeins 2 erreicht werden kann.

Das Federbein 2 bzw. dessen Zylinderraum 14 ist zudem vor¬ teilhafterweise mit einer hydraulischen Nivelliereinrich¬ tung 60 verbunden, die in den dargestellten Beispielen aus zwei Schaltventilen 62, 64 besteht, die eingangsseitig mit einer Druckleitung P einerseits und einer Tankleitung T andererseits sowie ausgangsseitig mit dem Zylinderraum 14 verbunden sind, so daß letzterer wahlweise mit der Druck¬ leitung P oder der Tankleitung T verbunden werden kann. Hierdurch kann durch Zuführen oder Entnehmen von Hydrau¬ likmedium das Niveau des Federbeins 2 eingestellt werden. Diese Niveaueinstellung kann vorteilhafterweise auch auto¬ matisch bewirkt werden, und zwar durch geeignete Niveau¬ sensoren, die die jeweilige Hubstellung des Federbeins 2 - beispielsweise durch eine Distanzmessung zwischen Achse und Rahmen - erfassen. ■

Der Vollständigkeit halber ist noch zu erwähnen, daß der Kolbenspeicher 6 aufgrund der mit dem Trennkolben 22 ver¬ bundenen Trennkolbenstange 40 grundsätzlich als Druckwand¬ ler derart ausgebildet ist, daß der pneumatische Druck p p "normalerweise" stets geringer als der hydraulische Druck p h ist. Dieser Druckunterschied wird nun allerdings durch die erfindungsgemäße Beaufschlagung des Trennkolbens 22 mit der Zusatz-Federkraft F F jeweils beeinflußt. Dies kann - je nach Auslegung der Zusatz-Federkraft-Kennlinie - dazu füh-

ren, daß ab einem bestimmten Lastzustand der pneumatische Druck geringfügig größer als der hydraulische Druck wird. Allerdings kann dies durch geeignete Auslegung auch ohne weiteres vermieden werden.

Es soll nun noch eine vorteilhafte Weiterbildung des Kol¬ benspeichers 6 erläutert werden. Hierbei handelt es sich darum, daß der Trennkolben 22 auf der Seite des Speicher¬ raumes 24 ein Verschlußelement 66 aufweist, welches in einer in Richtung eines speicherraumseitigen Endanschlages 68 verschobenen Absperrstellung des Trennkolbens 22 einen in den Speicherraum 24 mündenden Hydraulik-Anschluß 70 der¬ art verschließt, daß ein von einem Restvolumen des Spei¬ cherraumes 24 gebildeter, abgeschlossener, vollständig mit dem Hydraulikmedium gefüllter Druckraum (in den Zeichnungs¬ figuren nicht bezeichnet) gebildet wird. Dabei ist das Ver¬ schlußelement 66 derart federelastisch ausgebildet bzw.der¬ art federelastisch relativ zu dem Trennkolben 22 beweglich angeordnet, daß der Trennkolben 22 gegen eine Federkraft über die Absperrstellung hinaus in Richtung des Endanschla¬ ges 68 zumindest noch geringfügig beweglich ist. Diese Ausgestaltung hat den Zweck, in allen möglichen Betriebs- zuständen stets eine hermetische Abdichtung der Federkammer gegen ein Entweichen des kompressiblen Mediums zu gewähr¬ leisten. Zu derartigen Undichtigkeiten könnte es insbeson¬ dere dann kommen, wenn der Speicherraum im wesentlichen drucklos ist und der Trennkolben hierdurch aufgrund des pneumatischen Druckes in der Federkammer an dem speicher¬ raumseitigen Endanschlag zur Anlage kommt (Ausfederungs- endlage). Dies ist z.B. der Fall, wenn bei der Herstellung des Kolbenspeichers mit noch nicht unter hydraulischem Druck stehendem Speicherraum die Federkammer schon mit einem bestimmten pneumatischen Vorspanndruck gefüllt wird.

Ferner tritt dieser kritische Zustand auf, wenn das Feder¬ bein 2 ganz entlastet wird. In allen diesen Fällen ist dann der pneumatische Druck sehr viel größer als der Druck innerhalb des Speicherraums, weshalb das kompressible Medium über die Trennkolbendichtung und den Speicherraum entweichen könnte. Durch das vorzugsweise vorhandene Ver¬ schlußelement 66 stützt sich nun der Trennkolben 22 in der Absperrstellung, d.h. bereits vor Erreichen des mechani¬ schen, speicherraumseitigen Endanschlages 68, auf dem in dem gebildeten Druckraum eingeschlossenen, hydraulischen Medium (Hydraulikpolster) ab, so daß sich aufgrund der in dieser Stellung noch möglichen Axialbewegung des Trennkol¬ bens 22 durch dessen Beaufschlagung mit dem pneumatischen Druck stets automatisch auch ein entsprechender Gegendruck auf der Seite des Speicher- bzw. Druckraums einstellt. Die¬ ser Gegendruck paßt sich zudem auch vorteilhafterweise automatisch an, wenn sich der pneumatische Druck beispiels¬ weise temperaturbedingt ändern sollte. Auf diese Weise wird die Trennkolbendichtung stets von beiden Seiten her mit aneinander angepaßten Drücken beaufschlagt, so daß sie praktisch nie nur gegen den vollen pneumatischen Druck abzudichten braucht. Nähere konstruktive Einzelheiten be¬ züglich des Verschlußelementes 66 sind in der Veröffent¬ lichung DE-U-90 12 936 enthalten, worauf an dieser Stelle in vollem Umfang Bezug genommen wird.

Anhand der Fig. 6 und 7 soll nun noch eine weitere, beson¬ ders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung erläutert werden, und zwar betrifft diese Weiterbildung diejenigen Ausführungsformen, bei denen der Trennkolben 22 über die Trennkolbenstange 30 von mindestens einem mechanischen Federelement 28 beaufschlagt wird.

Bei Kolbenspeichern in hydropneumatischen Federungssystemen ist es von wesentlicher Bedeutung für eine optimale Fede¬ rungsfunktion, daß sich der Trennkolben sehr leichtgängig auch schon durch geringe Druckänderungen bewegt. Um dies zu erreichen, d.h. um stets eine optimal leichtgängige Funktion zu gewährleisten, ist nun erfindungsgemäß das Federelement 28 zumindest einendig über ein derart schwenk¬ beweglich mit dem Speicherzylinder 20 bzw. mit der Trenn¬ kolbenstange 30 verbundenes Widerlagerelement abgestützt, daß bei einem Versatz zwischen den Wirkachsen des Feder¬ elementes und des Speicherzylinders durch eine Relativ- Verschwenkung zwischen dem Widerlagerelement und dem Zylin¬ der bzw. der Kolbenstange ein selbsttätiger Angleich der Wirkachsen erfolgt.

Hierbei beruht diese erfindungsgemäße Maßnahme auf der Erkenntnis, daß bei Federn, vor allem bei mechanir-hen Schraubenfedern, herstellungs- und/oder typbedingt of„ die Wirkachse (Kraftrichtungsachse) von der Wirkachse (Bewe¬ gungsachse) des Kolbenspeichers insbesondere durch Un- parallelität abweicht. Dies liegt beispielsweise daran, daß sich eine Schraubendruckfeder beim Zusammendrücken übli¬ cherweise aus ihrer eigentlichen Wirkachse ."ausbeult", woraus eine veränderte Kraftrichtung resultiert. Die Feder könnte dadurch die Kolbenstange nachteiligerweise nicht nur in deren axialer Richtung beaufschlagen, sondern es würde auch eine Querkraftkomponente entstehen, die die Kolben¬ stange gegebenenfalls derart stark verkanten könnte, daß eine Kolbenbewegung durch erhöhte Reibung mehr oder weniger stark beeinträchtigt, in schlimmen Fällen sogar ganz aus¬ geschlossen wäre.

Hier schafft nun die vorliegende Erfindung mit konstruktiv

sehr einfachen Mitteln wirksame Abhilfe, denn jede von der Feder erzeugte Querkraft bewirkt erfindungsgemäß eine ent¬ sprechende, selbsttätige Relativ-Verschwenkung des jeweili¬ gen Widerlagerelementes, bis die Wirkachse des Kolbenspei¬ chers mit der Wirkachse der Feder zusammenfällt. Die Kol¬ benstange wird dann vorteilhafterweise nur noch mit einer genau axial gerichteten Kraft beaufschlagt, so daß ver¬ kantungsbedingte Reibungen bzw. Verklemmungen ausgeschlos¬ sen sind.

Wie sich nun im einzelnen aus Fig. 6 und 7 ergibt, stützt sich das Federelement 28 einendig am Speicherzylinder 20 und anderendig am freien Ende der Trennkolbenstange 30 ab. Das Federelement 28 ist in den dargestellten Ausführungs¬ beispielen als aus Federdraht gewickelte Schraubenfeder (Druck- oder Zugfeder) 80 ausgebildet. Diese Feder 80 um¬ schließt den Speicherzylinder 20 und die Trennkolbenstange 30 im wesentlichen koaxial und ist unter Vorspannung zwischen einem am freien Ende der Trennkolbenstange 30 be¬ festigten, vorzugsweise tellerförmigen, ersten Widerlager¬ element 82 und einem im Bereich des axial gegenüberliegen¬ den, geschlossenen Endes des Speicherzylinders 20 vorge¬ sehenen, zweiten Widerlagerelement 84 angeordnet.

Im "Normalfall" sollten die Wirkachsen des Federelementes 28 (Federkraftachse) und des Kolbenspeichers 6 (Bewegungs¬ achse des Trennkolbens 22 und der Trennkolbenstange 30) - wie dargestellt - zusammenfallen, weshalb in den Figuren 6 und 7 nur eine gemeinsame Wirkachse 86 eingezeichnet ist. In der Praxis treten hier aber oftmals Abweichungen zwi¬ schen den beiden Wirkachsen auf.

Daher ist nun in den bevorzugten Ausführungsformen der Er¬ findung vorgesehen, daß die Feder 80 zylinderseitig mittel¬ bar an dem Speicherzylinder 20 angreift, wozu das zweite Widerlagerelement 84 - vorzugsweise als Teil einer Zylin- derhalterung 88 - mit dem Speicherzylinder 20 erfindungs¬ gemäß derart schwenkbeweglich verbunden ist, daß bei Ab¬ weichungen zwischen der Zylinder-Wirkachse und derjenigen des Federelementes 28 eine selbsttätige Relativ-Verschwen¬ kung (vgl. den Doppelpfeil 90) erfolgt, bis beide Wirk¬ achsen 86 aufeinanderfallen oder wenigstens parallel zu¬ einander ausgerichtet sind.

Die erfindungsgemäße Relativverschwenkung erfolgt bei Wirk¬ achsen-Versatz somit vorzugsweise zwischen dem Speicher¬ zylinder 20 und dem zweiten Widerlagerelement 84 für die Feder 80, so daß hier eine Anpassung der Wirkachsen über eine Änderung der Neigung (Winkel zur Zylinder-Wirkachse) einer von dem Widerlagerelement 84 definierten Abstützebene der Feder 80 erfolgt.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, das kol- benstangenseitige Widerlagerelement 82 in analoger Weise schwenkbeweglich mit der Trennkolbenstange 30 zu verbinden. In den dargestellten Beispielen ist hier allerdings eine praktisch starre, d.h. unverschwenkbare Verbindung vor¬ gesehen.

Wie in beiden Figuren 6 und 7 veranschaulicht ist, ist der Speicherzylinder 20 vorzugsweise über ein Kugelgelenk 92 mit der Zylinderhalterung 88 bzw. dem zweiten Widerlager¬ element 84 verbunden. Hierbei ist zweckmäßigerweise der Speicherzylinder 20 mit einem Kugelkopf 94 verbunden, und die Zylinderhalterung 88 besitzt eine Kugelaufnahme (Kugel-

pfanne ) 96.

Die Maßnahme des "selbsttätigen Wirkachsen-Angleichs" zwischen einem Zylinder und einer Feder ist übrigens nicht nur für Kolbenspeicher anwendbar, sondern mit Vorteil auch für andere Zylinderkolbeneinheiten, bei denen eine mechani¬ sche Feder zwischen einem Zylinder und einer Kolbenstange angreift; dies ist z. B. bei sogenannten "Federbeinen" (Stoßdämpfern) der Fall.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschrie¬ benen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Insbesondere können zur Erzeugung der Zusatz-Federkraft auch beliebige andere geeignete Federelemente verwendet werden, und es können auch Kombinationen unterschiedlicher Federelemente vorgesehen sein.

Die Erfindung ist im übrigen auch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale defi¬ niert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich .praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die An¬ sprüche bislang lediglich als ein erster Formulierungsver¬ such für die Erfindung zu verstehen.

So betrifft die Erfindung auch ein FederungsSystem, wie es in Fig. 8 veranschaulicht ist, und bei dem es sich nicht um ein hydropneumatisches Federungssystem handelt, sondern vielmehr um ein hydraulisch-mechanisches Federungssystem,

da ein Kolben-Federspeicher 6a verwendet wird, der in seiner Federkammer 26a kein pneumatisches Medium enthält, sondern hier ist der Speicherkolben 22a mit einer der hyd¬ raulischen Kraft F h entgegenwirkenden Federkraft F beauf¬ schlagt. Im dargestellten Beispiel wird dies durch ein mechanisches Federelement 98 erreicht, welches hier als Schraubendruc feder 100 ausgebildet und innerhalb der Federkammer 26a des Federspeichers 6a angeordnet ist, wobei die Federkammer 26a über eine Lüftungsöffnung mit der Außenatmosphäre verbunden ist, so daß hier Atmosphärendruck herrscht. Alternativ hierzu ist es jedoch ebenfalls mög¬ lich, für die genannte Funktion der Erzeugung der Feder¬ kraft F ein Zugfederelement z.B. im Speicherraum 24 an¬ zuordnen.

Die Federcharakteristik des Federelementes 98 ist an die jeweilige Auslegung der Systemkomponenten derart angepaßt, daß stets gewährleistet werden kann, daß die Federkraft F mit entgegengesetzter Richtung in der Größenordnung der durch den sich lastabhängig einstellenden hydraulischen Druck bedingten hydraulischen Kraft liegt. Dies führt dazu, daß bei einer Auslegung des Speichers 6a mit kleiner vom hydraulischen Druck beaufschlagter Kolbenfläche - und dementsprechend (zur Aufnahme des jeweils verdrängten Hydraulikmediums) großem Kolbenhub - das Federelement 98 eine geringe Steifigkeit aufweist ("schwache Feder"), während bei Auslegung mit größerer Kolbenfläche - und dementsprechend kleinerem Kolbenhub - eine größere Feder- steifigkeit vorgesehen ist ("starke Feder").

Der wesentliche Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß bei Leer- und Vollast des Federbeins 2 praktisch eine gleich gute Federcharateristik und damit stets ein optima-

les Fahrverhalten erreicht werden kann. Abdichtungsprobleme im Bereich des Speichers können praktisch nicht mehr auf¬ treten, da die Dichtung des Speicherkolbens 22a ausschlie߬ lich den hydraulischen Druck abzudichten braucht. Zudem kann der Kolben-Federspeicher 6a auf sehr einfache Weise für besonders lange Federwege ausgebildet werden, indem er eine entsprechend große Länge (vor allem lange Federkammer 26a und langes Federelement 98) erhält. Aufgrund der vom Federbein 2 unabhängigen Ausbildung als gesondertes Bauteil kann der Federspeicher 6a trotz großer Länge in einem Fahr¬ zeug ohne weiteres untergebracht werden, z.B. in horizon¬ taler Anordnung längs an einem Rahmenteil des Fahrzeuges.




 
Previous Patent: SPRING JOINT

Next Patent: SUN SHIELD ASSEMBLY