DE102007020118A1

DE102007020118A1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung

Info

Publication number: DE102007020118A1
Application number: DE102007020118A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-04-28
Filing date: 2007-04-28
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-29
Also published as: US20080265476A1; US8146897B2; DE102007020118B4

Abstract

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem dämpfungsmittelgefüllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinder, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Dämpfungsmittel aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet ist, in die eine am Arbeitszylinder befestigte und an ihrem vorderen Ende ein Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mitder Niederdruckkammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem eine Drossel aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei von einem der Arbeitsräume ein erster Kanal zu einem verstellbaren Dämpfungsventil verläuft und dass das verstellbare Dämpfungsventil mit dem anderen Arbeitsraum und der Hochdruckkammer über einen zweiten Kanal verbunden ist, wobei das verstellbare Dämpfungsventil außerhalb des Federbeines angeordnet ist und dass der erste und zweite Kanal mit Strömungsverbindungen zur An- und Abströmung des verstellbaren ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem dämpfungsmittelgefüllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinder, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Dämpfungsmittel aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet ist, in die eine am Arbeitszylinder befestigte und an ihrem vorderen Ende ein Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mit der Niederdruckkammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem eine Drossel aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei von einem der Arbeitsräume ein erster Kanal zu einem verstellbaren Dämpfungsventil verläuft und dass das verstellbare Dämpfungsventil mit dem anderen Arbeitsraum und der Hochdruckkammer über einen zweiten Kanal verbunden ist.
Es sind bereits Federbeine mit innerer Niveauregelung bekannt (z. B. DE 38 16 102 C1 ), bei denen das Federbein einerseits eine Niveauregelung aufweist, welche mittels einer Kolbenpumpe Dämpfungsmittel aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördert. Darüber hinaus ist dieses Federbein mit einem verstellbaren Dämpfungsventil versehen, welches die Dämpfungskraft steuert und während des Fahrbetriebes stufenlos eingestellt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung und einer stufenlosen Dämpfungskraftverstellung derart weiterzubilden, dass bei gleicher axialer Baulänge ein größerer Dämpfungshub erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das verstellbare Dämpfungsventil außerhalb des Federbeines angeordnet ist und dass der erste und zweite Kanal mit Strömungsverbindungen zur An- und Abströmung des verstellbaren Dämpfungsventiles verbunden sind.
Hierbei ist von Vorteil, dass bei dem selbstpumpenden hydropneumatischen Federbein durch die externe Anordnung des verstellbaren Dämpfungsventils ein entsprechender Raum innerhalb des Arbeitszylinders geschaffen wird, der einen wesentlich größeren axialen Hub des Arbeitskolbens zulässt. Umgekehrt ermöglicht diese Bauweise, dass bei vorgegebener axialer Länge des Federbeines der bis dahin vorhandene axiale Weg des Arbeitskolbens innerhalb des Arbeitszylinders vergrößert werden kann.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass der Arbeitskolben ohne Ventile ausgebildet ist und das verstellbare Dämpfungsventil in der Zug- und Druckrichtung des Arbeitskolbens aus unterschiedlichen Richtungen angeströmt wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Federbein ohne Dämpfungsventile als auch ohne Rückschlagventile am Arbeitskolben sowie am Boden ausgebildet ist, so dass das verstellbare Dämpfungsventil jeweils in der Zug- und Druckstufe von zwei verschiedenen Richtungen angeströmt wird. Die Regelung der Dämpfungskraft erfolgt in diesem Falle ausschließlich über das verstellbare Dämpfungsventil.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass der Arbeitskolben und der Boden im Arbeitszylinder mit jeweils mindestens einem Rückschlagventil versehen ist, so dass das Dämpfungsmittel in der Zug- und Druckrichtung des Arbeitskolbens gleichgerichtet das verstellbare Dämpfungsventil jeweils in der gleichen Richtung anströmt.
Hierbei ist von Vorteil, dass das Federbein sowohl im Arbeitskolben als auch im Boden jeweils entsprechende Rückschlagventile aufweist, die die Gleichrichtung des zu bedämpfenden Dämpfungsmittel herstellen. Das bedeutet, dass sowohl in der Zug- als auch in der Druckstufe, das heißt bei einfahrender Kolbenstange als auch bei ausfahrender Kolbenstange das Dämpfungsmittel jeweils aus der gleichen Richtung auf das verstellbare Dämpfungsventil gerichtet ist. Das Dämpfungsventil wird dabei zur Erzielung der entsprechenden Dämpfungskraft herangezogen, wobei jedoch auch durch die Rückschlagventile eine zusätzliche Dämpfungskraft erzeugt werden kann, je nach Vorspannung der Rückschlagventile oder je nach Drosselquerschnitt der Bohrungen des jeweiligen Rückschlagventiles.
Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform sieht vor, dass das verstellbare Dämpfungsventil in einem Gehäuse aufgenommen ist, welches am Außenrohr des Federbeines fixiert ist.
Für den Fall, dass im Fahrzeug nur eingeschränkter Bauraum zur Verfügung steht, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das verstellbare Dämpfungsventil in einem Gehäuse aufgenommen ist, welches vom Federbein räumlich getrennt angeordnet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass das verstellbare Dämpfungsventil über entsprechende Rohrverbindungen an einer geeigneten Stelle im Kraftfahrzeug angebracht werden kann.
Ein wesentliches Merkmal sieht vor, dass einer der Kanäle durch die äußere Mantelfläche des Arbeitszylinders und einem koaxial den Arbeitszylinder umgebendes Rohr gebildet wird.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass einer der Kanäle und der Kanal zur Hochdruckkammer in einem Zwischenteil angeordnet sind, welches im Außenrohr des Federbeins axial eingeschoben und abgedichtet angeordnet ist.
Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass das Zwischenteil radial innen gegenüber dem Arbeitszylinder und/oder gegenüber dem Rohr abgedichtet angeordnet ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 ein Federbein mit innerer Niveauregelung und Rückschlagventilen im Arbeitskolben und Boden, im Schnitt,
2 ein Federbein mit innerer Niveauregelung ohne Rückschlagventile im Arbeitskolben und Boden, im Schnitt,
3 eine Gasfüllmethode zur Befüllung eines Federbeines gemäß den 1 oder 2.
Das in 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Federbein mit innerer Niveauregelung besteht im Wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 8 des Federbeines, in dem ein Arbeitskolben 20 am Ende einer Kolbenstange 14 gleitet. Der Arbeitszylinder 8 ist auf der einen Seite durch einen Boden und auf der anderen Seite durch eine Kolbenstangenführung abgeschlossen, durch die die Kolbenstange 14 abgedichtet nach außen tritt. Der Boden ist mittels eines Befestigungsteiles am Aufbau des Fahrzeuges oder am Fahrwerk und die Kolbenstange ist mittels eines weiteren Befestigungsteiles am Fahrwerk oder am Aufbau des Fahrzeuges, in nicht gezeigter Weise befestigt.
Der Arbeitszylinder 8 ist von einem ringförmigen, zum Teil mit Dämpfungsmittel und zum Teil mit Gas gefüllten Ausgleichraum umgeben, der durch ein Zwischenteil 10 in eine Hochdruckkammer 16 bzw. 16a und eine Niederdruckkammer 21 unterteilt ist. Die Hochdruckkammer 16 ist mit Dämpfungsmittel gefüllt, während in einem abgeschlossenen Gasraum 16a ein von außen eingebrachtes Gas aufgenommen ist. In der Niederdruckkammer 21 sind Dämpfungsmittel und ein Niederdruckgaspolster nicht voneinander getrennt. Der Spiegel des Dämpfungsmittels ist schematisch angedeutet. Im völlig abgeregelten, das heißt im nicht hochgepumpten Zustand, herrscht in der Niederdruckkammer 21 gleicher Druck wie in der Hochdruckkammer 16 bzw. 16a.
Die Funktion des Aufregelns bzw. Abregelns des hydropneumatischen Federbeines mit innerer Niveauregelung ist aus der DE 38 16 102 C1 zu entnehmen.
Bei dem in 1 dargestellten hydropneumatischen Federbein ist das verstellbare Dämpfungsventil 1 in einem Gehäuse 2 angeordnet, welches ortsfest mit dem Außenrohr 3 verbunden ist.
In der Zugstufe schließt das Kolbenrückschlagventil 4, wogegen das Bodenrückschlagventil 5 öffnet. Während die Kolbenstange 14 zusammen mit dem Arbeitskolben 20 auswärts fährt, wird das Kolbenringvolumen des Arbeitskolbens 20 durch den Kanal 7 zwischen dem Arbeitszylinder 8 und dem Rohr 9 in eine am Außendurchmesser des Zwischenteiles 10 angebrachte, umlaufende Nut 11 gefördert. Von dieser Nut 11 ausgehend durchströmt das Dämpfungsmittel das in nur diese Richtung anströmbare verstellbare Dämpfungsventil 1, erfährt hier seine Dämpfung und wird dann wieder in den unteren Arbeitsraum 12 über den Kanal 13 nachgesaugt, wobei sich dann das vorher in der Druckstufe von der Kolbenstange verdrängte Dämpfungsmittel in den Strömungsfluss zu dem aus der Hochdruckkammer 16 kommenden Dämpfungsmittel über den Kanal 13 anfügt.
In der Druckstufe, bei einfahrender Kolbenstange, öffnet das Kolbenrückschlagventil 4 während sich das Bodenrückschlagventil 5 schließt. Das von der Kol benstange 14 verdrängte Dämpfungsmittel passiert ebenfalls, ausgehend vorn oberen Arbeitsraum 15, über den Kanal 7, das verstellbare Dämpfungsventil 1 und federt über den Kanal 13 sowie 13a in die Hochdruckkammer 16 gegen das Hochdruckgas 16a.
Als Verdrängerfläche in der Zugrichtung ist die Kolbenringfläche und in der Druckstufe die Kolbenstangenfläche maßgebend, sie sind jeweils für die erzielte Dämpfungskraft ausschlaggebend. Eine Dämpfungskraftspreizung zwischen der Zug- und der Druckstufe kann durch eine entsprechende Dimensionierung dieser Bauteile bestimmt werden.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeines mit innerer Niveauregelung, dabei ist der Arbeitskolben 20 sowie das Zwischenteil 10 ohne Rückschlagventile ausgebildet. Außerhalb des Außenrohres 3 ist in einem Gehäuse 2 das verstellbare Dämpfungsventil 1 angeordnet. Das Dämpfungsventil 1 ist dabei von beiden Seiten anströmbar, nämlich entweder durch die Strömungsverbindung 18 oder durch die Strömungsverbindung 19.
In der Zugstufe wird das Kolbenringvolumen aus dem oberen Arbeitsraum 15 über den Kanal 7 durch das Dämpfungsventil 1 bewegt und das Kolbenstangenvolumen der Kolbenstange 14 aus der Hochdruckkammer 16 über den Kanal 13a, 13 in den unteren Arbeitsraum 12 nachgefördert.
In der Druckstufe wird das Kolbenringvolumen aus dem unteren Arbeitsraum 12 und durch die Strömungsverbindung 19 und das Dämpfungsventil 1 befördert, wobei das Kolbenstangenvolumen wieder über die Kanäle 13, 13a in die Hochdruckkammer 16 gedrückt wird.
Die Spreizung der Dämpfungskraft in der Zug- und Druckstufe wird hier durch das Dämpfungsventil 1 selbst erzeugt.
In der 3 ist das in 1 dargestellte Federbein vor der Befüllung mit Druckgas dargestellt. Das Gehäuse 2 des verstellbaren Dämpfungsventiles 1 ist mit dem Außenrohr 3 ortsfest verbunden, so dass lediglich das Zwischenteil 10 zusammen mit den übrigen Bauteilen im Außenrohr axial verschieblich angeordnet ist und durch entsprechende Dichtungen am Außenumfang jeweils gegenüber der Innenwandung des Außenrohres 3 entsprechend abgedichtet ist. Die Strömungsverbindungen 18 und 19 korrespondieren dabei mit den Ausnehmungen des Außenrohres 3 und werden durch das axial verschobene Zwischenteil 10 verschlossen. In der hier dargestellten Position korrespondieren die Einlaßöffnungen 17 direkt mit der Niederdruckkammer 21 oder aber mit dem Druckgas 16a der Hochdruckkammer 16. Nach Befüllung der Niederdruckkammer 21 sowie der Druckgaskammer 16a wird durch axiales Einschieben die Position gemäß 1 erzielt, so dass dann die Strömungsverbindungen 18 und 19 mit den entsprechenden Kanälen im Zwischenteil 10 korrespondieren und gleichzeitig sind die Einlaßöffnungen 17, wie aus 1 zu entnehmen, durch die entsprechenden Dichtungen abgedichtet. Der Endbereich des Außenrohres 3 kann anschließend umgebördelt werden, wie dies ebenfalls aus 1 zu entnehmen ist, so dass dann das gesamte Federbein abgedichtet verschlossen ist.

1: verstellbares Dämpfungsventil
2: Gehäuse
3: Außenrohr
4: Kolben-Rückschlagventil
5: Boden-Rückschlagventil
7: Kanal
8: Arbeitszylinder
9: Rohr
10: Zwischenteil
11: umlaufende Nut
12: unterer Arbeitsraum
13: Kanal
14: Kolbenstange
15: oberer Arbeitsraum
16: Hochdruckkammer
17: Einlaßöffnungen
18: Strömungsverbindung
19: Strömungsverbindung
20: Arbeitskolben
21: Niederdruckkammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3816102 C1 [0002, 0021]

Claims

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem dämpfungsmittelgefüllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinder, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Dämpfungsmittel aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet ist, in die eine am Arbeitszylinder befestigte und an ihrem vorderen Ende ein Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mit der Niederdruckammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem eine Drossel aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei von einem der Arbeitsräume ein erster Kanal zu einem verstellbaren Dämpfungsventil verläuft und dass das verstellbare Dämpfungsventil mit dem anderen Arbeitsraum und der Hochdruckkammer über einen zweiten Kanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Dämpfungsventil (1) außerhalb des Federbeines angeordnet ist und dass der erste und zweite Kanal (7, 13) mit Strömungsverbindungen (18, 19) zur An- und Abströmung des verstellbaren Dämpfungsventiles (1) verbunden sind.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (20) ohne Ventile ausgebildet ist und das verstellbare Dämpfungsventil (1) in der Zug- und Druckrichtung des Arbeitskolbens (20) aus unterschiedlichen Richtungen angeströmt wird.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (20) und der Boden im Arbeitszylinder (8) mit jeweils mindestens einem Rückschlagventil (4, 5) versehen ist, so dass das Dämpfungsmittel in der Zug- und Druckrichtung des Arbeitskolbens (20) gleich gerichtet das verstellbare Dämpfungsventil (1) jeweils in der gleichen Richtung anströmt.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Dämpfungsventil (1) in einem Gehäuse (2) aufgenommen ist, welches am Außenrohr (3) des Federbeines fixiert ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Dämpfungsventil (1) in einem Gehäuse (2) aufgenommen ist, welches vom Federbein räumlich getrennt angeordnet ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Kanäle (7, 13) durch die äußere Mantelfläche des Arbeitszylinders (8) und einem koaxial den Arbeitszylinder (8) umgebendes Rohr (9) gebildet wird.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Kanäle (7 oder 13) und der Kanal (13a) zur Hochdruckkammer (16) in einem Zwischenteil (10) angeordnet sind, welches im Außenrohr (3) des Federbeins axial eingeschoben und abgedichtet angeordnet ist.
Federbein nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil (10) radial innen gegenüber dem Arbeitszylinder (8) und/oder gegenüber dem Rohr (9) abgedichtet angeordnet ist.