Hydropneumatik

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Die Hydropneumatik ist ein Federungssystem, das mittels Hydraulik und Pneumatik die Funktionen von Dämpfung und Federung leistet. Es wurde in den 1950er-Jahren vom französischen Automobilhersteller Citroën für dessen Pkw entwickelt.

Hydropneumatik bietet potentiell eine komfortable, weiche Federung mit progressiver Kennlinie, variable Bodenfreiheit sowie automatische Niveauregulierung, passt sich also der Fahrzeugbelastung an.

Aufbau[Bearbeiten]

Teile des Hydropneumatiksystem mit Vorratsbehälter (links) und Federkugel (in grün)

Anstelle von klassischen mechanischen Federn und Stoßdämpfern ist jedes Rad durch den Kolben eines Hydraulikzylinders mit einer Federkugel verbunden. Diese ist mit Stickstoff unter hohem Druck gefüllt, der durch eine Membran von der auf ihn einwirkenden Hydraulikflüssigkeit getrennt ist. Dieses Gas stellt das eigentliche Federungselement dar. Die Verbindung zum Rad wird über eine variable Menge an Hydraulikflüssigkeit hergestellt, welche die Radbewegungen über den Hydraulikzylinder auf die Membran der zugehörigen Federkugel überträgt. Die Menge der Hydraulikflüssigkeit in den Radzylindern der jeweiligen Achse wird von einem automatischen Regulierventil, dem sogenannten Höhenkorrektor, beeinflusst. Die Hydraulikflüssigkeit wird hierzu von einer Hochdruckpumpe permanent zur Verfügung gestellt. Die Schwingungsdämpfung wird über biegsame Ventilplättchen und Bypassbohrungen realisiert, die den Durchfluss der Flüssigkeit zur Federkugel bremsen.

Das System ersetzt auf diese Weise sowohl herkömmliche Federn als auch Stoßdämpfer und arbeitet durch seine ständige Druckzuführung selbst bei Leckverlusten spielfrei, wodurch jederzeit eine voll wirksame Dämpfung gewährleistet ist.

Funktion[Bearbeiten]

Solange das Hydrauliksystem drucklos ist, steht kein Federweg zur Verfügung. Nach dem Motorstart hebt der von der Hydraulikpumpe aufgebaute Druck über die Höhenkorrektoren das Fahrzeug an: Die Karosserie wird auf die − bei Citroëns Hydropneumatik einstellbare – Idealhöhe (früher als Bodenfreiheit bezeichnet) angehoben, auf der den Rädern die vollen Federwege zur Verfügung stehen.

Eine Federung geht durch Belastung des Fahrzeugs „in die Knie“. Dieser Effekt muss bei Stahlfedern normalerweise durch eine ausreichend hohe Federhärte begrenzt werden, um einen gewissen Restfederweg aufrechtzuerhalten. Die Federung ist dann aber unbelastet härter als nötig, und es steht bei zunehmender Belastung immer weniger Federweg zur Verfügung. Hierdurch verschlechtert sich die Straßenlage zunehmend, die Karosserie hat praktisch nie ihre Idealhöhe.

Anders ist dies bei der Hydropneumatik: Bei einer Beladung des Fahrzeugs wird das Gas der Federkugel komprimiert, sein Volumen nimmt ab, die Karosserie sinkt ein. Dadurch gibt der Höhenkorrektor über ein Ventil Hydraulikflüssigkeit unter Druck in die Radaufhängungszylinder. Das verringerte Volumen des Gases wird durch das gleiche Volumen an Flüssigkeit ersetzt, die Karosserie erreicht so wieder die Idealhöhe. Die Federung wird so auf konstante Bodenfreiheit geregelt.

Komprimierung des Gases in der Federkugel beim Einfedern

Da nun ein Aufzehren des Federweges bei Belastung kompensiert ist, kann die Federung in ihrem Arbeitspunkt, der Idealhöhe, sehr weich ausgelegt werden. Eine wichtige Eigenschaft des federnden Stickstoffgases wird zudem zunutze gemacht, das Gesetz von Boyle-Mariotte, wonach das Produkt aus Druck und Volumen einer gegebenen Menge Gas immer konstant ist. Je mehr das Gas komprimiert wird, je geringer also sein Volumen wird, umso mehr Druckkraft ist nötig, um eine bestimmte Radbewegung zu bewirken. Die Eigenfrequenz des Fahrzeugs bleibt konstant, ein wesentlicher Vorteil auch bei konventionellen Luftfederungen. Damit ergibt sich eine lastabhängige, proportionale Verhärtung der Federung, womit auch ein beladenes Fahrzeug durch eine jetzt straffere Federung das gleiche Fahrverhalten wie das leere Fahrzeug aufweist (im Gegensatz zu konventionellen Stahlfederungen, die beladen deutlich verschlechterte Fahreigenschaften haben).

Das Fahrzeugniveau kann darüber hinaus auch manuell verstellt werden, etwa zum Überfahren schwieriger unbefestigter Wege oder zum Beladen.

Als Nebenprodukt dieses Federungssystems ergibt sich die sogenannte Zentralhydraulik. Darunter versteht man die Einbindung der Lenk- und Bremsunterstützung in das Hochdruck-Hydrauliksystem der Federung, wodurch zusätzliche Komponenten wie eine Lenkservopumpe und ein Bremskraftverstärker entbehrlich werden.

Fahrzeuge[Bearbeiten]

Typisch ist die Hydropneumatik für die größeren Pkw von Citroën. Erstmals – experimentell – verwendet wurde das System an Prototypen des 2CV,[1] dann in Serie an der Hinterachse des Citroën 15CV des letzten Baujahres. Offiziell eingeführt und bekannt wurde es mit der Citroën DS (1955 bis 1975).

In Lizenz haben Rolls-Royce (im Silver Shadow und dem baugleichen Bentley T1/T2) und Daimler-Benz (serienmäßig im Mercedes-Benz 450 SEL 6.9 der Baureihe Mercedes-Benz W 116 – 1975 bis 1980 – und optional gegen Aufpreis in den 8-Zylinder-SEL-Modellen der Baureihe Mercedes-Benz W 126 – 1979 bis 1991) die Hydropneumatik-Technologie eingesetzt, allerdings nur zum Zweck der Federung; Servolenkung und Bremssysteme wurden von Rolls-Royce und Mercedes-Benz nicht integriert.

Hydropneumatisch gefederte Modelle von Citroën waren oder sind:

Anfänglich setzte Citroën synthetische Hydraulikflüssigkeiten ein – zunächst HF Rouge auf Pflanzenbasis, später die sogenannte LHS (liquide hydraulique synthetique), erkennbar an der roten Farbe. Diese neigte unter anderem zum Verharzen.

Ab 1964 wurde LHS durch die farblose LHS2 ersetzt, die jedoch hygroskopisch war und so bei unzureichender Wartung für Korrosionsschäden im Hydrauliksystem sorgte. Zudem war diese Flüssigkeit Lacken gegenüber sehr aggressiv.

Die für alle Zentralhydrauliksysteme endgültige grüne LHM (liquide hydraulique minerale) wurde 1966 eingeführt. LHM war nicht mehr hygroskopisch, was die Lebensdauer und Betriebsfestigkeit der Systeme deutlich verbesserte und die Wartungsarbeiten an der Hydropneumatik auf seltene Ölwechsel (Citroën DS: alle 40.000 km), Reinigung des Filters und gelegentliches Prüfen des Federkugeldruckes reduzierte. Und der Lack war bei verschütteten Tropfen nun auch nicht mehr gefährdet.

Im Citroën XM (beginnend ab 1989) war die Hydropneumatik erstmals mit der elektronischen Steuerung Hydractive ausgestattet.

Mit der Produktionseinstellung von XM und Xantia im Jahr 2000 endete die Ära der zentralen Hydropneumatiksysteme, ebenso die Verwendung von LHM.

Die Hydropneumatik im Citroën C5 und C6 arbeitet nicht mehr mit einer an den Fahrzeugmotor gekoppelten, sondern mit einer elektrisch angetriebenen Pumpe. Lenkung und Bremssystem sind konventionell aufgebaut und nicht mehr wie bei früheren Konstruktionen mit der Hydropneumatik verbunden, es ist hier also nicht mehr von einer Zentralhydraulik die Rede. Das eingesetzte Öl heißt nun LDS.

Ein derartiges System ist auch an der Hinterachse der allradgetriebenen Version des Peugeot 405 zu finden.

Nachteile des Systems, Dichtung und Wahrheit[Bearbeiten]

Der hohe Fahrkomfort sorgt bei an die Hydropneumatik nicht gewöhnte Fahrer teilweise für ein unsicheres Gefühl, da mental eine weiche Stahlfederung mit ihren Handlingnachteilen assoziiert wird. Dass die Straßenlage auch bei den typischen Karosseriebewegungen stabil bleibt, muss einige Zeit erfahren werden. Die Reaktion von Citroën darauf war eine zunehmende Straffung des Fahrwerks, was jedoch nur Komforteinbußen bedeutete, ohne das Handling weiter zu verbessern.

Heute lassen sich ältere Modelle preiswert instand halten. Den etwas höheren Kosten der Hydropneumatik steht ein sehr hoher Komfort- und Sicherheitsgewinn gegenüber. Ohne Systemdruck, das heißt wenn der Motor nicht läuft und so die Hochdruckpumpe nicht angetrieben wird, ist das Abschleppen von DS, ID, SM, GS/A, CX, BX, XM und Xantia nur bedingt möglich, da das Fahrwerk nicht aktiv ist, der Wagen schnell aufsetzt und nur die Feststellbremse zur Verfügung steht (die bei diesen Modellen auf die vorderen Antriebsräder wirkt).

Die Sicherheitslogik der Bremsen sorgt für einen gefühlt unbegrenzten Ölnachschub bei defekten (offenen) Bremsen, was zwar zu einer erheblichen Umweltverschmutzung führt, das Fahrzeug aber sicher anhalten lässt. Sollte der Primärkreislauf ausfallen, wird die Bremsversorgung vom Federungssystem übernommen: das Fahrzeug senkt sich dann zwar bei jedem Bremsvorgang ein paar Millimeter ab, aber es kann ungezwungen an verkehrssicherer Stelle ganz normal abgestellt werden.

Das Bremsen mit den Citroën DS, SM, GS/A, CX und BX ist gewöhnungsbedürftig: Statt mit einem langen Pedalweg den Bremsdruck aufzubauen, musste mit einem kurzen Weg nur ein Ventil geöffnet werden (Druckpunktbremse). DS und SM hatten anstatt eines Pedals gar nur einen Gummiknopf, auch Bremspilz genannt. Bei den späteren Citroen Xantia, XM wurde der Pedalweg simuliert. Diese zentrale Hochdruckbremse war sehr feinfühlig und empfindlich; ein bei konventionellen Fahrzeugen normaler Druck auf die Bremse führte hier zu einer Vollbremsung. Die folgenden Citroën C5 und C6 haben eine marktübliche Servobremse.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Hydropneumatik – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Daniel Puiboube: Das große Citroën-DS-Buch. Edition Heel, Königswinter 1999, ISBN 3-89365-742-8, S. 15.