DE102007042864A1

DE102007042864A1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein

Info

Publication number: DE102007042864A1
Application number: DE102007042864A
Authority: DE
Inventors: Holger Kirchner; Thomas Meyer; Hubert Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-09-08
Filing date: 2007-09-08
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-09-09
Also published as: DE102007042864B4; US20090065991A1; US8052128B2

Abstract

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Außenrohr mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Hochdruck-Arbeitsraum im Arbeitszylinder, einem zweiten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einem von einer hohlen Kolbenstange getragenen, abgedichtet im Arbeitszylinder axial verschiebbaren Kolben, mit einer durch die Federbewegung des Fahrzeuges angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, die aus einer Pumpenstange und einem durch die hohle Kolbenstange gebildeten Pumpenzylinder besteht, und dass die Hochdruckkammer über eine in der Kolbenstangenführung angeordnete, ein Veschlusselement aufweisende Strömungsverbindung mit der Atmosphäre verbindbar ist, wobei die Kolbenstange in der Kolbenstangenführung über mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Dichtungen abgedichtet ist, wobei, ausgehend zwischen zwei benachbarten Dichtungen, eine Strömungsverbindung in die Niederdruckkammer verläuft und dass die Strömungsverbindung durch ein Rückschlagventil beaufschlagt wird, welches Dämpfungsmittel nur in Richtung der Niederdruckkammer passieren lässt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Außenrohr mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Hochdruck-Arbeitsraum im Arbeitszylinder, einem zweiten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einem von einer hohlen Kolbenstange getragenen, abgedichtet im Arbeitszylinder axial verschiebbaren Kolben, mit einer durch die Federbewegung des Fahrzeuges angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, die aus einer Pumpenstange und einem durch die hohle Kolbenstange gebildeten Pumpenzylinder besteht, und dass die Hochdruckkammer über eine in der Kolbenstangeführung angeordnete, ein Verschlusselement aufweisende, Strömungsverbindung mit der Atmosphäre verbindbar ist.
Es sind bereits Federbeine dieser Art bekannt (z. B. DE 101 04 358 C1 , 7 und 8), bei denen die Hochdruckkammer mit einer in der Kolbenstangen führung angeordneten Strömungsverbindung verbunden ist, wobei eine im Außenrohr angeordnete Füllbohrung im nicht vollständig montierten Zustand der Kolbenstangenführung mit der Strömungsverbindung korrespondiert und dass nach axialem Einschieben der Kolbenstangenführung in das Außenrohr die Füllbohrung durch die Kolbenstangenführung verschlossen wird, wobei als Hochdruckkammer ein formveränderlicher, geschlossener Hüllkörper vorgesehen ist, dessen Wandung aus einer gasdichten Sperrschicht besteht. Günstig ist bei dieser Konstruktion, dass in ein Außenrohr die notwendigen Innenteile, wie z. B. die Hochdruckkammer, der Kolben, die Kolbenstange sowie die Pumpenstange zusammen mit der Kolbenstangenführung axial in das Außenrohr des Federbeines eingebracht werden und dass nach Befüllung, zumindest der Hochdruckkammer über die Füllbohrung mit Druckgas, das Federbein funktionsfähig ist und dass nach weiterem axialem Einschieben der Kolbenstangenführung zusammen mit dem Arbeitszylinder und den übrigen Innenteilen die Füllbohrung durch die Kolbenstangenführung verschlossen wird, so dass nach Umbördeln des Außenrohres das Federbein komplett montiert worden ist. Um dieses axiale Einschieben der Kolbenstangenführung zu gewährleisten, ist es notwendig, dass die Dichtung zwischen der Kolbenstangenführung und der Kolbenstange mit einer entsprechend hohen Vorspannung aufgebracht wird, so dass als Folge auch eine entsprechend große Reibung vorhanden ist. Eine derartige Einzeldichtung mit einer derartig hohen Beanspruchung neigt damit zu Undichtigkeit in Richtung der Atmosphäre, da der gesamte Innendruck durch diese Dichtung abzufangen ist.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung zu schaffen, bei dem die Reibungskräfte an der Dichtung zwischen Kolbenstangenführung und Kolben stange minimiert werden, wobei jedoch eine ausreichende Abdichtung des Innenraumes gegenüber der Atmosphäre gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kolbenstange in der Kolbenstangenführung über mindestens zwei, axial hintereinander angeordneten Dichtungen abgedichtet ist, wobei ausgehend zwischen zwei benachbarten Dichtungen eine Strömungsverbindung in die Niederdruckkammer verläuft und dass die Strömungsverbindung durch ein Rückschlagventil beaufschlagt wird, welches Dämpfungsmittel nur in Richtung der Niederdruckkammer passieren lässt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass durch mindestens eine weitere Dichtung und der hier angeordneten Strömungsverbindung in die Niederdruckkammer zwischen zwei benachbarten Dichtungen eine Leckölrückführung in die Niederdruckkammer gegeben ist, wobei das Rückschlagventil gleichzeitig als Gassperre dient, so dass das in der Niederdruckkammer untergebrachte Gas nicht über den Spalt zwischen der Kolbenstangenführung und der Kolbenstange in die Atmosphäre gelangen kann. Ausgehend vom Arbeitsraum liegt der gesamte Innendruck zunächst an der ersten Dichtung an, während die nachfolgende zweite Dichtung lediglich einem geringeren Druck ausgesetzt ist, so dass durch eine geringere Vorspannung der Dichtungen an der Kolbenstange zunächst die Reibung reduziert wird, bei gleichzeitiger Erhöhung der Abdichtung gegenüber der Atmosphäre um zu verhindern, dass Druckgas oder sogar Dämpfungsmittel austreten kann.
Zur einfachen Befüllung der Niederdruckkammer mit Druckgas ist vorgesehen, dass zur Befüllung der Niederdruckkammer eine Füllbohrung in der Kolben stangenführung angeordnet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Füllbohrung direkt oder indirekt in die Strömungsverbindung mündet oder dass die Füllbohrung direkt oder indirekt in die Niederdruckkammer mündet.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass als Rückschlagventil ein O-Ring vorgesehen ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass als Rückschlagventil ein serienmäßiger O-Ring vorgesehen werden kann, wobei dieses Rückschlagventil bei der Gasbefüllung des Niederdruckraumes ein Entweichen des Druckgases entweder über die Füllbohrung oder über den Spalt zwischen der Kolbenstangenführung und der Kolbenstange verhindert.
Eine fertigungstechnisch einfache Ausführungsform sieht vor, dass der O-Ring in einer an der Kolbenstangenführung angeordneten umlaufenden Nut aufgenommen ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 eine Ausführungsform eines selbstpumpenden hydropneumatischen Federbein mit innerer Niveauregelung, im Schnitt
2 und 3 als Einzelteil eine Kolbenstangenführung mit den entsprechenden Strömungsverbindungen als auch den Dichtungen und den Füllbohrungen, im Schnitt.
In der 1 ist ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein 1 mit innerer Niveauregelung dargestellt, bei dem im Arbeitszylinder 21 der Kolben 10 angeordnet und mit einer Kolbenstange 2 befestigt ist. Die Kolbenstange 2 wird über die Kolbenstangenführung 9 aus dem Außenrohr 19 herausgeführt. Am Boden 20 ist die Pumpenstange 11 befestigt, wobei die Pumpenstange 11 in den Hohlraum der Kolbenstange 2 eintaucht und diese Bauteile zusammen die eigentliche Kolbenpumpe bilden. Im Außenrohr 19 ist koaxial ein Zwischenrohr 22 angeordnet, welches zusammen mit dem Außenrohr 19 die Niederdruckkammer 5 bildet. Zwischen dem Zwischenrohr 22 und dem Arbeitszylinder 21 ist die Hochdruckkammer 6 angeordnet, die aus einem Hüllkörper 8 besteht, der über eine entsprechende Bohrung 23 und einer Füllbohrung 13 mit der Atmosphäre verbunden werden kann, um entsprechendes Druckgas in den Hüllkörper 8 zu füllen. Die Niederdruckkammer 5 ist sowohl mit Dämpfungsmittel als auch mit einem Gasvolumen 7 gefüllt.
Radial innerhalb der Hochdruckkammer 6 ist der Arbeitszylinder 21 angeordnet, in dem der Dämpfungskolben 10 den Arbeitszylinder 21 in zwei Arbeitsräume unterteilt. Zur Regelung des Fahrzeugniveaus ist eine Ablassbohrung 15 in der Pumpenstange angeordnet, die bei ausfahrender Kolbenstange 2 einen Kurzschluss zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Hohlraum der Pumpenstange 11 herstellt.
In der Kolbenstangenführung 9 sind axial hintereinander zwei Dichtungen 16 und 17 angeordnet, wobei zwischen den Dichtungen 16 und 17 eine Strömungsverbindung 18 in die Niederdruckkammer 5 verläuft und mit einem Rückschlagventil 3, in Form eines O-Ringes 3a versehen ist. Der O-Ring 3a ist in einer umlaufenden Nut 12 aufgenommen und dient in dieser Ausführungsform auch als Gassperre zwischen der Niederdruckkammer und der Atmosphäre. Die Kolbenstangenführung 9 besitzt zur Befüllung der Niederdruckkammer 5 eine Füllbohrung 14, die direkt oder indirekt in die Strömungsverbindung 18 oder auch (nicht dargestellt) direkt in die Niederdruckkammer 5 mündet.
Die 2 und 3 zeigen als Einzelheit jeweils eine Kolbenstangenführung 9, welche zwischen dem Außenrohr 19 und der Kolbenstange 2 angeordnet ist und einerseits die Bohrung 23 sowie die Füllbohrung 13 zur Befüllung der Hochdruckkammer 6 mit Druckgas versehen ist, während gleichzeitig in der Kolbenstangenführung 9 die Füllbohrung 14 die Niederdruckkammer 5 mit Dämpfungsmittel und/oder Druckgas über die Strömungsverbindung 18, vorbei am Rückschlagventil 3, befüllen kann. Die Dichtungen 16 und 17 dienen der Abdichtung der Kolbenstange 2 gegenüber der Kolbenstangenführung 9, wobei zur Herabsetzung der Reibung an der Kolbenstange 2 die Strömungsverbindung 18 zwischen den Dichtungen 16 und 17 in die Niederdruckkammer 5 verlaufend angeordnet ist, so dass durch die Kolbenstange mitgerissenes Dämpfungsmittel in der Auswärtsbewegung der Kolbenstange, dieses Dämpfungsmittel über die Strömungsverbindung 18 zurück in die Niederdruckkammer 5 geführt wird.
2 zeigt, dass bei der Befüllung der Hochdruckkammer 6 mit Druckgas das in der Füllbohrung 13 angeordnete Rückschlagventil in Offenstellung steht, so dass über die Aussparung 24 das Druckgas in die Hochdruckkammer 6 eingefüllt werden kann. Nach Befüllung der Hochdruckkammer 6 mit Druckgas verschließt das Rückschlagventil in der Bohrung 13, 3 die Füllbohrung, so dass das Druckgas nicht mehr entweichen kann.
Bei der Befüllung der Niederdruckkammer 5 gemäß 2 hebt der O-Ring 3a aus seinem Ventilsitz, der Nut 12, ab, so dass das Druckgas in die Niederdruckkammer 5 eingefüllt werden kann und nach Befüllung der Niederdruckkammer 5 verschließt der O-Ring 3a, 3, die Strömungsverbindung 18 druck- und flüssigkeitsdicht.

1: Federbein
2: Kolbenstange
3: Rückschlagventil
3a: O-Ring
4: Arbeitsraum
5: Niederdruckkammer
6: Hochdruckkammer
7: Gasvolumen-Niederdruckkammer
8: Hüllkörper
9: Kolbenstangenführung
10: Kolben
11: Pumpenstange
12: Nut
13: Füllbohrung
14: Füllbohrung
15: Ablassbohrung
16: Dichtung
17: Dichtung
18: Strömungsverbindung
19: Außenrohr
20: Boden
21: Arbeitszylinder
22: Zwischenrohr
23: Bohrung
24: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10104358 C1 [0002]

Claims

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Außenrohr mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Hochdruck-Arbeitsraum im Arbeitszylinder, einem zweiten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einem von einer hohlen Kolbenstange getragenen, abgedichtet im Arbeitszylinder axial verschiebbaren Kolben, mit einer durch die Federbewegung des Fahrzeuges angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, die aus einer Pumpenstange und einem durch die hohle Kolbenstange gebildeten Pumpenzylinder besteht, und dass die Hochdruckkammer über eine in der Kolbenstangeführung angeordnete, ein Verschlusselement aufweisende, Strömungsverbindung mit der Atmosphäre verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (2) in der Kolbenstangenführung (9) über mindestens zwei, axial hintereinander angeordneten Dichtungen (16, 17) abgedichtet ist, wobei ausgehend zwischen zwei benachbarten Dichtungen (16, 17) eine Strömungsverbindung (18) in die Niederdruckkammer (5) verläuft und dass die Strömungsverbindung (18) durch ein Rückschlagventil (3) beaufschlagt wird, welches Dämpfungsmittel nur in Richtung der Niederdruckkammer (5) passieren lässt.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befüllung der Niederdruckkammer (5) eine Füllbohrung (14) in der Kolbenstangenführung (9) angeordnet ist.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllbohrung (14) direkt oder indirekt in die Strömungsverbindung (18) mündet.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllbohrung (14) direkt oder indirekt in die Niederdruckkammer (5) mündet.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückschlagventil (3) ein O-Ring (3a) vorgesehen ist.
Federbein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (3a) in einer an der Kolbenstangenführung (9) angeordneten umlaufenden Nut (12) aufgenommen ist.