Die Federung ist ein unentbehrlicher Bauteil zeitgemä er Fahrzeuge, weil bei den heute üblichen Geschwindigkeiten die von den Stra enunebenheiten hervorgerufenen dynamischen Kräfte um ein bis zwei Grö enordnungen stärker sind als die statischen Kräfte. Diese Sto kräfte werden von der Federung wirksam gemildert, und ihre Wirksamkeit wächst mit der Ge- schwi ndi gkei t. Allerdings werden Schwingungen hervorgerufen, die Fahrzeughöhe ist nicht konstant, und es treten Nick- und Kippschwingungen auf.

Eine in Stra en- oder Schienenfahrzeugen zur Anwendung kommende Federungseinhei t der eingangs genannten Art ist beispielsweise in dem ungarischen Lehrbuch "Váradi-Komándi: Traktorok-autok, Mezogazdasági, Kiado, Budapest 1980, pp.

170 - 188, zu finden.

Mit einer weichen Federung ist zwar ein besserer Fahrkomfort zu erreichen, doch werden auch die unerwünschten Neben- wirkungen stärker. Aus diesem Grunde ist in der Automobil- technik der Einbau mehrerer Zusatzeinrichtungen nötig, beispielsweise Schwingungsdämpfer und Stabilisatoren. Bei Schienenfahrzeugen ist aus Stabilitätsgründen nur eine harte Federung anwendbar.

Eine Möglichkeit der Beseitigung dieser Nachteile bietet die elektronisch gesteuerte hydraulische oder hydropneumatische Aktivfederung, die aber eher für die Höhenverstellung und für die Schwingungsdämpfung wirksam ist. Für die Sto kräfte ist die zeitliche Verzögerung nicht kurz genug.

Aus der DE 37 14 363 A1 geht bereits eine mechanische, selbststabilisierende Federungsei nhei t hervor, die über drei Betriebsphasen verfügt und mit der die Problematik bereits grundsätzlich gelöst werden könnte, und zwar im Gegensatz zur Aktivfederung ohne Zeitverzögerung. Die gewünschte weiche Charakteristik ist jedoch mit Stahl federn nur gering zu verwirklichen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Fede- rungseinheit zu schaffen, die beim Einsatz in Stra en- oder Schienenfahrzeugen gegen Schwerkräfte und Massenkräfte eine starre Unterstützung gibt, im Falle der von den Stra en- unebenheiten verursachten dynamischen Kräfte jedoch einen nur kleinen Widerstand leistet und gro e Federwege ermög- licht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemä vorgesehen, da radial zwischen dem Zylinder und dem Kolben eine bezüg- lich beiden Teilen axial bewegliche, ringförmige Dichtung angeordnet ist, die auf ihrer einen Axialseite von dem im Zylinder herrschenden Druck beaufschlagt und deren entgegen- gesetzter Axialseite zwei ringförmige, in Axialrichtung ge- sehen konzentrisch angeordnete Abstützflächen mit unter- schiedlichem Durchmesser gegenüberliegen, wovon die eine mit grö erem Durchmesser am Zylinder und die andere mit geringe- rem Durchmesser am Kolben angeordnet ist, derart, da die Dichtung bei einfahrendem Kolben von der an diesem vorge- sehenen Abstützfläche entgegen den auf die Dichtung ein- wirkenden Druckkräften axial ins Zyl i nderi nnere mitgenommen und bei ausfahrendem Kolben von der am Zylinder vorgesehenen Abstützfläche zurückgehalten wird.

Auf diese Weise liegt eine Federungseinheit vor, die infolge ihrer Wirkungsweise als Dreiphasen-Federungseinheit bezeich- net werden könnte. Die Federungseinhei t ist gegen Schwer- kräfte und horizontale Massenkräfte verhältnismä ig starr und kann gegenüber vertikalen Stö en mit konstanter Kraft ausweichen. Die Lösung der Aufgabe beruht auf der Erkennt- nis, da sich die Sto kräfte in einer anderen Grö enordnung bewegen als die statischen Kräfte und ihre Dauer in der Grö enordnung von 1/100 sec. liegt. Wenn die Aufhängung bei höheren Kräften, die zur statischen Unterstützung und zur Aufnahme der Nick- und Kippmomente nötig sind, ohne weitere Zunahme ausweichen kann, wird die Wirkung der Fahrbahnstö e auf das Fahrzeug bei mä igen Kräften und kurzer Zeitdauer minimal. In der Regel arbeitet die Federungsei nhei t der- gestalt, da sich der Kolben bei statischer Belastung in seiner Mittellage befindet. Bei erhöhter Kraft bewegt er sich zusammen mit der ringförmigen, beweglichen Dichtung gegen den Druck im Zylinder axial nach innen. Bei Kräften kleiner als die statische Belastung bleibt die ringförmige, bewegliche Dichtung in Normalposition, und der Kolben wird vom Druck im Zylinder axial nach au en bewegt. Auf diese Weise übt die Federungsei nhei t bei konstantem Luftdruck in einer Richtung eine grö ere, in der anderen Richtung eine kleinere Kraft aus, und in der Zwischenlage wird eine starre Unterstützung gewährleistet.

Zwar gehören bereits vielfältige Bauformen von Federungs- einheiten zum Stand der Technik. Sie alle sind jedoch nicht geeignet, die eingangs genannte Aufgabe zu lösen.

So beschreibt die US 5 314 172 eine bei Pressen zur An- wendung gelangende, federnd nachgiebige Einheit, die einen Zylinder, einen Kolben sowie eine zwischen dem Zylinder und dem Kolben angeordnete Dichtung aufweist. Die ringförmige Dichtung ist jedoch fest mit dem Kolben verbunden und nicht in der Lage, Relativbewegungen sowohl bezüglich des Zylinders als auch bezüglich des Kolbens auszuführen.

Die US 5 129 635 beschreibt eine Gasfeder für Werkzeug- maschinen, bei der die Ausgestaltung von Dichtungen im Vordergrund steht, um bei hohen Drücken eine hohe Lebens- dauer zu erreichen.

Die WO 94/25775 beschreibt eine Gasfeder, bei der die Federkraft durch adiabatische Zustandsänderung in nur einer Stufe erzielt wird. Dichtungen sind zwar vorhanden, jedoch axial feststehend ausgebildet.

Die DE 39 36 034 A1 beschreibt ein hydropneumatisches Federungssystem, welches die Zielsetzung hat, durch einen schwimmenden Kolben verschiedene Drücke in den pneumatischen und hydraulischen Teilen zu erzeugen.

Die DD 61 389 beschreibt eine Federungseinheit, die zur Aufnahme seitlicher Stö e bei Eisenbahnfahrzeugen konzipiert ist. Durch Volumenänderung eines Gasakkumulators ist eine stark progressive Charakteristik angestrebt. Der äu ere Zylinder ist nur ein Ausgleichsbehälter.

Die DE 39 34 821 C2 beschreibt eine Luftfeder für Fahrzeuge mit einem Rollbalg, wobei wiederum die erfindungsgemä en Merkmale nicht zur Anwendung gelangen.

Zur Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend eine nähere Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser zeigen: Fig. 1 eine erste Bauform der Federungsei nhei t in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein Bewegungs-Kraft-Schaubild der Federungseinheit und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Federungseinheit.

Die beispielsgemä als Dreiphasen-Luftfedereinheit ausge- führte Federungseinheit gemä Fig. 1 wird in den Punkten 1 und 9 zwischen Fahrzeugrahmen und Radachse eingebaut und mit einem von einer Stange gebildeten ersten Führungsteil 5 in einem von einem Rohr gebildeten zweiten Führungsteil 2 geführt. Ein Luftzylinder 3 ist mit dem Rohr 2 fest ver- bunden, ein Kolben 4 ist mit der Stange 5 fest verbunden.

Der Luftzylinder 3 ist durch einen Schlauch 10 auf einen Druckakkumulator bzw. eine Druckregeleinrichtung 12 ge- schaltet, die einen konstanten Druck "p" liefert. Leck- verluste werden von einem Kompressor 11 oder einem sonstigen Druckerzeuger ausgeglichen, im Falle eines hydraulischen Betriebes beispielsweise mittels einer ölpumpe.

Im Luftzylinder 3 ist der an der Stange 5 befestigte, zylindrische Kolben 4 angeordnet. Der Kolben 4 ist beim Aus- führungsbeispiel hohl ausgebildet und an der dem Inneren des Luftzylinders zugewandten, vorliegend oberen Axialseite offen, kann allerdings ohne weiteres auch geschlossen oder in Vollmaterial ausgeführt sein, was strichpunktiert ange- deutet ist. Als Dichtung zwischen Kolben 4 und Zylinder 3 ist eine ringförmige, axial relativ zum Kolben 4 und zum Zylinder 3 bewegliche Dichtung 6 vorgesehen, die radial zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinder 3 sitzt. Der Luft- zylinder ist an einer Axialseite, vorliegend an der Unter- seite, offen. Abgeschlossen ist er an dieser Axialseite durch den Kolben 4 und die auf diesem sitzende, sowohl bezüglich des Kolbens 4 als auch bezüglich des Zylinders 3 axial bewegliche Dichtung 6. Letzter stützt sich in der Mittellage an z. B. ringförmigen, axial gerichteten Abstütz- flächen 7, 8 des Zylinders 3 und des Kolbens 4 ab. Die Abstützflächen 7 bilden zweckmä igerweise gleichzeitig Dichtungsflächen, weshalb sie nachfolgend als Abstütz- und Dichtungsflächen 7, 8 bezeichnet werden. Diese Abstütz- und Dichtungsflächen 7, 8 sind beispielsweise koaxial zueinander angeordnet und weisen in die gleiche axiale Richtung, und zwar in Richtung der Dichtung 6. Sie bilden Hubbegrenzer für

die axial bewegliche Dichtung 6, die vom Druck "p" im Zylinder beaufschlagt und in Richtung der Flächen 7, 8 gedrückt wird.

Sie befinden sich beispielsgemä an den zwei einander zu- geordneten Stirnseiten von Zylinder 3 und Kolben 4 im Bereich der offenen Axialseite des Zylinders 3. Während der Bewegung nach oben oder unten sind die mit der Dichtung zusammenwirkenden Dichtungsflächen die äu ere Umfangsfläche des Kolbens 4 und die innere Zylinderfläche des Zylinders 3.

Die Federungseinheit befindet sich in der Mittellage gemä Fig. 1, soweit die Kraft zwischen den Punkten 1, 9 kleiner ist als D2up/4, aber grö er ist als d2gp/4. In diesem Bereich der Kräfte ergibt sich eine starre Unterstützung.

Bei vergrö erter Kraft, in Fig. 1 in Richtung nach oben, also in Einfahrrichtung des Kolbens 4, bewegen sich Punkt 9, Stange 5, Kolben 4 sowie die von der Abstütz- und Dich- tungsfläche 8 des Kolbens 4 beaufschlagte, bewegliche Dichtung 6, die auf Fläche 8 aufliegt, nach oben, und das Rad kann den Stra enunebenheiten ohne weitere Erhöhung der Kraft folgen. Danach wird das Rad mit kostanter Kraft auf die Fahrbahn gedrückt. Da die ungefederten Masen nur ein Bruchteil der gefederten Massen sind, geschieht das in kürzester Zeit.

Bei einer Vertiefung in der Fahrbahn wird die Kraft zwischen 1, 9 Punkten kleiner, und unter einem gewissen Wert wird der Kolben 4 vom Druck "p" im Ausfahrsinne nach unten in Bewegung gesetzt. Die bewegliche Dichtung 6 liegt dabei auf der ringförmigen Fläche 7 des Zylinders auf und arbeitet an der inneren Zylinderfläche des Zylinders 3. Der Kolben fährt relativ zum Zylinder 3 und zu der Dichtung 6 nach unten aus.

Das Rad kann die Fahrbahn kopieren mit einem konstanten Minimalwert der Unterstützung.

Bei einem Fahrbahnprofil, bei dem sich der Kolben 4 im Luft- zylinder 3 in rascher Reihenfolge nach oben und nach unten

bewegt, werden auf den Wagenaufbau keine Ströme weiterge- geben, weil nur die bewegliche Dichtung 6 entsprechende Be- wegungen ausführt.

Das Bewegungs-Kraft-Schaubild der Dreiphasen-Luftfederungs- einheit nach Fig. 1 wird in Fig. 2 gezeigt.

Ergänzend sei nochmals ein bevorzugter Aufbau des Luft- zylinders kurz zusammengefa t. Demnach ist das Führungsrohr 2 oben mit einem Fahrgestell durch Bolzen 1 und die Führungsstange 5 unten mit einer Radachse durch Bolzen 9 verbunden. Im Luftzylinder 3, der mit dem Rohr 2 zusammen- gebaut ist, kann sich, insbesondere durch die Bauteile 2, 5 geführt, der zumindest an der Unterseite geschlossene und an der Stange 5 befestigte hohle Kolben 4 kol benarti g bewegen.

Zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 4 ist eine relativ zu beiden Teilen axial bewegliche Dichtung 6 angeordnet.

Dichtungsflächen sind in der Normallage axiale Kreisring- flächen 7 und 8 am unteren Endbereich von Zylinder 3 und Kolben 4, während der Bewegungen die äu ere Kolbenfläche und die innere Zylinderfläche. Der Zylinder 3 ist mit der Rohrleitung 10 an einen Druckakkumulator 12 angeschlossen.

Die Leckverluste werden von der Pumpe 11 ersetzt.

Daraus resultiert eine Arbeitsweise derart, da sich bei statischer Belastung der Kolben 4 in Grundstellung nach Fig.

1 befindet. Bei Sto kräften bewegen sich der Kolben 4 und die bewegliche Dichtung 6 nach oben. Der Federweg ist nur durch die Abmessungen begrenzt, die Federkraft ist konstant: D2TFp/4. Rollt das Rad über ein Schlagloch, so bewegt sich der Kolben 4 nach unten, und die bewegliche Dichtung 6 stützt sich an der Dichtungsfläche 7 des Zylinders 3 ab. Der Federweg ist nur durch die Abmessungen begrenzt, die Feder- kraft ist konstant: d2p/4. Hierbei ist "D" der Durchmesser des Zylinders 3 und "d" der Durchmesser des Kolbens 4. Bei dieser Federung ist zwischen Radachse und Fahrgestell keine mechanische Unterstützung vorhanden, sondern nur ein Luft- polster.

Auch bei raschen Bewegungen der Radachse nach oben und unten ergeben sich keine Schläge, nur die bewegliche Dichtung 6 wird davon betroffen. Mit Hilfe des Druckes "p" kann die Federung an die Belastung angepa t werden.

Durch diese technische Ausführung kann die gestellte Aufgabe gelöst werden: minimale vertikale Bewegungen des Fahrzeuges, während die Räder frei und ohne zeitliche Verspätung auf der Fahrbahn abrollen. Die Wagenhöhe ist belastungsunabhängig, es gibt keine Nick- und Kippbewegungen.

Schon mit mä igen Arbeitsdrücken (etwa 0,5 MPa) ist der Einbauraum mit dem der üblichen Schraubenfeder zu ver- gleichen. Sto dämpfer und Stabilisatoren sind nicht nötig.

Auch Spezialmaterialien, wie z. B. Federstahl, sind unnötig.

Das System kann auch hydropneumatisch ausgeführt werden. In diesem Falle sind die Arbeitszylinder hydraulisch, es ist eine ölpumpe und ein gastgefüllter Druckakkumulator in die Anlage eingebaut.

Bei Fahrzeugen, bei denen die Belastung im Verhältnis zum Eigengewicht stark variabel ist, z. B. Stadtomnibussen, Lastautos, Güterwagen, kann mit Regelung des Arbe i ts druckes "p" eine belastungsunabhängige, optimale Federung erzielt werden.

Zu berücksichtigen ist zwar gegenüber mechanischen Fede- rungssystemen der Energieverbrauch des Kompressors. Norma- 1 erwe i se sind allerdings nur die Leckverluste zu decken. Das ist mit dem höheren Energieverbrauch der Aktivsysteme nicht zu vergleichen.

Zusammenfassend kann nochmals festgehalten werden, da ins- besondere eine Federungsei nhei t vorgeschlagen wird, die einen Zylinder 3 mit konstantem Druck mit darin unterge- brachtem Kolben 4 aufweist, wobei dazwischen eine ring-

förmige, bewegliche Dichtung 6 angeordnet ist. Die beweg- liche Dichtung 6 kann sich am Zylinder 3 und Kolben 4 mittels ringförmigen Dichtflächen 7, 8 abstützen. Aus der Mittellage kann sich der Kolben 4 zusammen mit der beweg- lichen Dichtung 6 in einer Richtung bewegen, in Gegenrich- tung bewegt sich der Kolben 4 nur allein.

Aus Fig. 3 geht eine weitere Federungseinheit hervor, die auf dem gleichen Wirkprinzip wie die Federungsei nhei t gemä Fig. 1 basiert, so da entsprechende Bauteile mit identi- schen Bezugszeichen versehen sind.

In Abweichung zur Ausführungsform gemä Fig. 1 ist aller- dings das mit Punkt 1 verbundene zweite Führungsteil 2 als Stange ausgebildet, und das damit zusammenwirkende, mit dem Punkt 9 in Verbindung stehende erste Führungsteil 5 hat eine rohrähnliche Gestalt und ist auf dem stangenförmigen zweiten Führungsteil 2 axial verschieblich geführt. Das erste Führungsteil 5 ist fest mit dem Kolben 4 verbunden und beispielsgemä innerhalb des Kolbens 4 festgelegt. Der Kolben 4 hat hohlzylindrische Gestalt und ragt unten mit einem Verlängerungsabschnitt 14 aus dem Zylinder 3 hinaus.

Die eine Abstützfläche 7 grö eren Durchmessers ist an dem rohrförmigen Zylinder 3 angeordnet und erstreckt sich radial einwärts. In Axialrichtung gesehen konzentrisch innerhalb dieser einen Abstützfläche 7 ist die andere Abstützfläche 8 vorgesehen, die fest mit dem Kolben 4 verbunden ist und sich radial auswärts erstreckt. Beispielsgemä befinden sich die Abstützflächen 7, 8 an Ringelementen 7', 8', die in ko- axialer Anordnung an dem Zylinder 3 und an dem Kolben 4 angebracht sind. Radial zwischen den Ringelementen 7', 8' verbleibt ein Ringspalt 15.

Die radial zwischen der Au enfläche des Kolbens 4 und der Innenfläche des Zylinders 3 angeordnete, axial bewegbare, ringförmige Dichtung 6 hat beim Ausführungsbeispiel gemä

Fig. 3 einen mehrteiligen Aufbau. Sie umfa t einen ring- förmigen Dichtkörper 16, der mit ringförmigen Dichtpartien 17, 18 an den vorerwähnten Umfangsflächen des Kolbens 4 und des Zylinders 3 dichtend und axial gleitfähig anliegt. Die Dichtpartien 17, 18 können lippenartig ausgebildet sein, so da sie von dem im Innern des Zylinders 3 herrschenden Druck gegen die Au enfläche des Kolbens 4 und die Innenfläche des Zylinders 3 angedrückt werden. Bei dem gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel arbeitet der ringförmige Dichtkörper 16 nicht unmittelbar mit den Abstützflächen 7, 8 zusammen, es ist vielmehr dem Dichtkörper 16 axial in Richtung zu diesen Flächen 7, 8 ein zweckmä igerweise in Baueinheit mit dem Dichtkörper 16 ausgebildeter ringförmiger Abstützkörper 19 vorgelagert, der mit den Abstützflächen 7, 8 zusammen- arbeitet.

Der beispielsgemä e Dichtkörper 16 bildet praktisch einen ringförmigen Kolbenkörper, an dem in einstückiger Bauweise die ringförmigen Dichtpartien 17, 18 angeformt sind. Denkbar wäre es aber auch, einen starren, beispielsweise aus Metall bestehenden Kolbenkörper vorzusehen, der geeignet ausge- bildete gummielastische Dichtpartien 17, 18 trägt.

Bei Bedarf kann noch vorgesehen sein, da die axial beweg- liche, ringförmige Dichtung 6 von einer mechanischen Feder- einrichtung 20 axial in Richtung zu den Abstützflächen 7, 8 beaufschlagt ist. Eine entsprechende Federeinrichtung 20 ist in Fig. 3 gezeigt und besteht dort aus einer Schraubendruck- feder, die sich im Innern des Zylinders 3 zwischen der Dichtung 6 und der dieser auf der den Abstützflächen 7, 8 entgegengesetzten Seite axial gegenüberliegenden Abschlu - wand 21 des Zylinders 3 abstützt.