DE19704189C2

DE19704189C2 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung

Info

Publication number: DE19704189C2
Application number: DE19704189A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: DE19704189A1; JPH10220518A; JP2918523B2; US6032933A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Fe derbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens eines mit einer Hochdruckkammer zusammenwirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinder, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Ar beitsraum fördernden Kolbenpumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet wird, in die eine am Arbeitszylinder befestigte Pumpen stange eintaucht, deren freies Ende auf einer vorgegebenen Länge eine Verjün gung aufweist, wodurch in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens zur Pumpenstange ein querschnittsveränderbarer Abregelkanal freigegeben wird, der eine Verbindung zwischen dem Pumpenzylinder und dem mit der Hoch druckkammer verbundenen Arbeitsraum herstellt, und mit zwei im Arbeitskolben angeordneten Rückschlagventilen, welche den Pumpenzylinder einerseits mit dem hochdruckseitigen Arbeitsraum und andererseits mit dem niederdruckseiti gen Arbeitsraum verbinden.

Es sind bereits derartige Federbeine (z. B. DE 44 16 641 A1) bekannt, bei de nen der Arbeitszylinder von einem Hochdruck- und einem Niederdruckraum beaufschlagt wird und wobei der Dämpfungskolben den Arbeitszylinder in zwei einzelne Arbeitsräume unterteilt. Am Boden des Arbeitszylinders ist eine Pum penstange befestigt, die zusammen mit dem Hohlraum der Kolbenstange eine Ölpumpe bildet. Die durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufenen Bewegun gen der Fahrzeugachse und der an ihr befestigten Kolbenstange betätigen diese Ölpumpe, die ständig Öl, gesteuert durch Ventile, aus der Niederdruck kammer in den hochdruckseitigen Arbeitsraum fördert. Dadurch wird der Kolben solange auswärts geschoben, bis der konisch verlaufende Regelbereich der Pumpenstange eine Verbindung zwischen dem hochdruckseitigen Arbeitsraum und Pumpenzylinder herstellt.

Der Druckausgleich zwischen Hoch- und Niederdruckraum erfolgt über eine Ablaßöffnung, die der Kolben beim Ausfedern überfährt.

Am Anfang der Pumpphase besteht zwischen dem hochdruckseitigen Arbeits raum und dem niederdruckseitigen Arbeitsraum ein Druckausgleich. Da die Dämpfungsventile für die Zug- und Druckstufe die Aufregelungsphase ebenfalls beeinflussen, besteht z. B. ein Problem darin, daß bei hoher Einstellung des Dämpfungsventiles für die Zugstufe während der Abwärtsbewegung des Ar beitskolbens (Zugstufe) im hochdruckseitigen Arbeitsraum ein starker Druckab fall gegenüber dem niederdruckseitigen Arbeitsraum auftritt. Wenn zusätzlich noch der Arbeitskolben den konisch verlaufenden Regelbereich der Pumpen stange überfährt, kann das Dämpfungsmittel ungehindert aus dem Niederdruck- Ölraum in den niederdruckseitigen Arbeitsraum und von da in den hochdruck seitigen Arbeitsraum gelangen. Die Folge ist ein ungewollt kurzfristiger Höhen gewinn des Fahrzeugaufbaus. Hier wird ein Nachteil in der Regelung deutlich, denn das übermäßig schnell angefallene Ölvolumen im hochdruckseitigen Ar beitsraum läßt sich nur langsam abregeln, das heißt in den Niederdruck-Ölraum zurückbringen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbstpumpendes hydropneumatisches Feder bein so weiterzubilden, daß eine kontinuierliche Regulierung der Höhe des Fahrzeugaufbaus in jeder Situation des Fahrbetriebes gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen dem hochdruckseitigen Arbeitsraum und dem Pumpenzylinder ein Ventil mit einem Ventilkörper angeordnet ist, der eine erste und eine gegenüberliegende zweite Stirnfläche aufweist, wobei sich die erste Stirnfläche an einem Ventilsitz des Arbeitskolbens und an dem freien Ende der Pumpenstange abstützt und die zweite Stirnfläche von einer Druckfeder beaufschlagt wird, wodurch der Ventil körper zur Pumpenstange und/oder dem Pumpenzylinder relativ verschiebbar angeordnet ist und das Rückschlagventil zwischen dem Pumpenzylinder und dem niederdruckseitigen Arbeitsraum sperrt, wenn der Ventilkörper am Ventilsitz des Arbeitskolbens anliegt und dieses Rückschlagventil entsperrt, wenn der Ventilkörper durch die Pumpenstange vom Ventilsitz des Arbeitskolbens abge hoben wird.

Es ist von Vorteil, daß in den Betriebssituationen, in denen der Arbeitskolben im Bereich des Regelbereiches arbeitet, das Rückschlagventil zum Pumpenzylin der sperrt. Erst wenn die Kolbenstange zusammen mit dem Arbeitskolben über das Normalmaß hinaus in den Arbeitszylinder eintaucht, wird das Rückschlag ventil entsperrt und Dämpfungsmittel kann vom Niederdruck-Ölraum in den niederdruckseitigen Arbeitsraum und von dort in den Pumpenzylinder nachflie ßen.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Ventilkör per als ringförmige Scheibe ausgebildet ist.

Eine einfache Vorspannung des Ventilkörpers wird dadurch erzielt, daß dem Ventilkörper des Ventiles gegenüber der Pumpenstange und/oder dem Pum penzylinder eine Feder zwischengeschaltet ist.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die ringförmige Scheibe auf ei nem zylindrischen Zapfen der Pumpenstange axial verschiebbar angeordnet ist.

Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform sieht vor, daß der Ventil körper als topfförmiges Bauteil ausgebildet ist, wobei die ringförmige Stirnfläche als Ventilsitz und die Stirnfläche im Hohlraum mit der Stirnfläche der Pumpen stange zusammenarbeitet.

Weitere konstruktive Vereinfachungen, die sich auch in der einfachen Herstell barkeit niederschlagen sind vorgesehen, indem die Gaspolster und/oder der Hochdruck-Ölraum in Form einer Hochdruckkammer außerhalb des Federbei nes über eine Strömungsverbindung mit dem Arbeitszylinder in Verbindung stehen. Mit Vorteil ist dabei in der Strömungsverbindung ein Dämpfungsventil für die Zug- und/oder Druckstufe angeordnet.

Es ist genauso unproblematisch, den Niederdruck-Ölraum sowie den Nieder druck-Gasraum ebenfalls in einem separaten Bauteil außerhalb des eigentlichen Federbeines über Strömungsverbindungen mit dem niederdruckseitigen Arbeits raum zu verbinden und an geeigneter Stelle des Fahrzeuges unterzubringen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen sche matisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Federbeines im Schnitt,

Fig. 2 bis 4 verschiedene Positionen des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder im Schnitt,

Fig. 5 und 6 einzelne Varianten des Arbeitskolbens als Einzelheit im Schnitt,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Federbeines im Schnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Federbein mit innerer Niveauregelung besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 2, der durch den Arbeitskolben 6 in zwei Arbeitsräume 21, 22 unterteilt wird. Der Ar beitskolben 6 ist an einer Kolbenstange 10 befestigt und unterteilt mit der Kol bendichtung 4 den Arbeitszylinder 2 in den hochdruckseitigen Arbeitsraum 21 und den niederdruckseitigen Arbeitsraum 22. Der hochdruckseitige Arbeitsraum 21 ist mit einem Hochdruckraum 11 bzw. 12 verbunden und teilweise mit Gas und teilweise mit Dämpfungsmittel gefüllt. Die Trennung von Gas und Dämp fungsmittel erfolgt über einen Trennkolben 3, eine elastische Membran ist ebenfalls denkbar.

Der Arbeitszylinder 2 besitzt eine oder mehrere Abregelöffnungen 8. Bewegt sich der Arbeitskolben 6 über die Abregelöffnung 8 auswärts so erfolgt zwischen dem Hochdruckraum 11 bzw. 12 sowie dem hochdruckseitigen Arbeitsraum 21 und dem Niederdruckraum 16 bzw. 17 ein Druckausgleich.

Bei jedem Hub des Arbeitskolbens 6 im Arbeitszylinder 2 wird Dämpfungsmittel aus dem Niederdruckraum 17 über die Öffnung 19 in den niederdruckseitigen Arbeitsraum 22 gefördert und von dort über das Rückschlagventil 14 in den Pumpenzylinder 9 der Kolbenstange 10. Durch die Pumpbewegung der Pum penstange 1 im Pumpenzylinder 9 der Kolbenstange 10 wird das Dämpfungsmit tel über das Rückschlagventil 5 in den hochdruckseitigen Arbeitsraum 21 geför dert und über die Öffnungen 18 wird gleichzeitig das Hochdruckgaspolster 12 vorgespannt. Bei diesem Vorgang bewegt sich der Arbeitskolben 6 ständig aus wärts, so daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus gegenüber den Rädern so lange angehoben wird, bis bei Erreichen des Sollniveaus der Regelbereich 7 einen Bypaß zwischen dem hochdruckseitigen Arbeitsraum und dem Pumpen zylinder 9 der Kolbenstange 10 freigibt, der somit die Pumpleistung wunschge mäß absenkt, bzw. gänzlich unterbindet.

Der Bypaß verläuft in der Fig. 1, bei dem dort dargestellten Arbeitskolben 6 durch das Ventil 24, nämlich dem konstanten Durchlaß 25 hindurch. Der kon stante Durchlaß 25 ist bei diesem Ausführungsbeispiel erforderlich, da die Pum penstangenverlängerung durch den Zapfen 28 stets Verdrängung im Pumpen zylinder 9 erzeugt. Über die Feder 27 wird der Ventilkörper 26 des Ventiles 24 gegen einen Ventilsitz des Arbeitskolbens 6 gedrückt und sperrt somit das Rückschlagventil 14.

Der Ventilkörper 26 ist auf dem Zapfen 28 axial beweglich angeordnet und wird über die Feder 27 in einer bestimmten Endposition gehalten. Wird der Arbeits kolben 6 ständig auswärts bewegt, bleibt das Rückschlagventil 14 gesperrt, wird der Arbeitskolben 6 in Richtung des hochdruckseitigen Arbeitsraumes 21 be wegt, verbleibt der Ventilkörper 26 gehalten durch die Feder 27 in der darge stellten Position, so daß bei weiterer axialer Bewegung des Arbeitskolbens 6 das Rückschlagventil 14 entsperrt wird.

Wird der Arbeitskolben 6 weiter auswärts bewegt, z. B. bei der Entlastung des Fahrzeuges, so wird beim Freigeben der Abregelöffnung 8 ein Kurzschluß zwi schen dem Niederdruckraum 16 bzw. 17 und dem Hochdruckraum 12 bzw. 11 geschaffen, der den Fahrzeugaufbau wieder auf das vorbestimmte Niveau ab senkt.

Aus den Fig. 2 bis 4 sind bestimmte Positionen des Arbeitskolbens 6 dar gestellt. Die Fig. 2 zeigt ein Federbein im Zustand seiner kleinsten Länge, der Arbeitskolben 6 bewegt sich dichtend auf der Pumpenstange 1, der Bereich X ist zylindrisch ausgebildet, so daß in diesem Bereich die größte Pumpleistung erzeugt wird. Das Ventil 24 ist gegenüber dem Rückschlagventil 14 nicht in Eingriff.

Aus der Fig. 3 ist eine Position des Arbeitskolben 6 zu entnehmen, bei der der Arbeitskolben sich im Bereich des Abregelbereiches 7 befindet. Dieser Bereich erstreckt sich über eine Länge Y. Durch den konisch verlaufenden Regelbereich 7 ist eine Verbindung vom hochdruckseitigen Arbeitsraum 21 über den konstan ten Durchlaß 25 in den Pumpenzylinder 9 entstanden. Das Rückschlagventil 14 bleibt durch das Ventil 24 gesperrt.

Die Fig. 4 zeigt die Ausführungsform bei weiter ausgefahrener Kolbenstange 10, das Ventil 24 sperrt nach wie vor das Rückschlagventil 14 während die Fe der 27 durch eine entsprechende Vorspannung den Ventilkörper 26 am Ventil sitz des Arbeitskolbens 6 behält. Ein kontinuierlicher Druckausgleich über den konstanten Durchlaß 25 zwischen dem hochdruckseitigen Arbeitsraum 21 und dem Pumpenzylinder 9 ist weiterhin gegeben. Es werden also schlagartige Hö henveränderungen des Fahrzeugaufbaus vermieden.

Aus der Fig. 5 ist als Einzelheit ein Arbeitskolben 6 dargestellt, dieser enthält wiederum die Kolbendichtung 4 und Rückschlagventile 5, 14. Die Pumpenstange 1 zeigt auf ihrem verjüngt dargestellten Zapfen 28 ein Ventil 24, welches über die Feder 27 vorgespannt ist. Solange das Ventil 24 in der jetzigen Position verbleibt, ist das Rückschlagventil 14 gesperrt. Die Abdichtung des Ventilkör pers 26 gegenüber dem Arbeitskolben verläuft im Außenbereich 13 des Ventil körpers 26.

Aus der Fig. 6 ist eine Ausführungsform zu entnehmen, bei der der Ventilkör per 26 im Unterschied zur Fig. 5 mit einem Ventilsitz 31 versehen ist, wobei die Abdichtung gegenüber dem Arbeitskolben 6 über dessen Stirnfläche erfolgt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung eines Federbeines, bei dem das Ventil 24 als topfförmiges Bauteil 29 ausgeführt ist, einen Ventilsitz 31 aufweist und direkt über die Feder 27 an der Stirnfläche des Pumpenzylinders 9 abgestützt ist. Das topfförmige Bauteil 29 zeigt im Innenraum eine Stirnfläche, die mit der Stirnflä che der Pumpenstange 1 zusammenwirkt.

Bei dieser Ausführungsform sind der Hochdruck-Ölraum 11, der Hochdruck- Gasraum 12 über eine Zwischenwand 15 gegenüber dem Niederdruck-Gasraum 16 und dem Niederdruck-Ölraum 17 voneinander getrennt, jedoch innerhalb des Außenrohres des Federbeines angeordnet.

Bezugszeichenliste

1

Pumpenstange

2

Arbeitszylinder

3

Trennkolben

4

Kolbendichtung

5

hochdruckseitiges Rückschlagventil

6

Arbeitskolben

7

Regelbereich

8

Abregelöffnung

9

Pumpenzylinder

10

Kolbenstange

11

Hochdruck-Ölraum

12

Hochdruck-Gasraum

13

Außenbereich

14

niederdruckseitiges Rückschlagventil

15

Zwischenwand

16

Niederdruck-Gasraum

17

Niederdruck-Ölraum

18

Öffnung

19

Öffnung

20

Stangendichtung

21

hochdruckseitiger Arbeitsraum

22

niederdruckseitiger Arbeitsraum

23

Dämpfungsventil

24

Ventil

25

konstanter Durchlaß

26

Ventilkörper

27

Feder

28

Zapfen

29

topfförmiges Bauteil

30

Strömungsverbindung

31

Ventilsitz

Claims

1. Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveau regelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens eines mit einer Hochdruckkammer zusammenwirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinder, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Nie derdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolben stange gebildet wird, in die eine am Arbeitszylinder befestigte Pumpenstange eintaucht, deren freies Ende auf einer vorgegebenen Länge eine Verjüngung aufweist, wodurch in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens zur Pumpenstange ein querschnittsveränderbarer Abregelkanal freigegeben wird, der eine Verbindung zwischen dem Pumpenzylinder und dem mit der Hoch druckkammer verbundenen Arbeitsraum herstellt, und mit zwei im Arbeitskol ben angeordneten Rückschlagventilen, welche den Pumpenzylinder einer seits mit dem hochdruckseitigen Arbeitsraum und andererseits mit dem nie derdruckseitigen Arbeitsraum verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem hochdruckseitigen Arbeitsraum (21) und dem Pumpenzy linder (9) ein Ventil (24) mit einem Ventilkörper (26) angeordnet ist, der eine erste und eine gegenüberliegende zweite Stirnfläche aufweist, wobei sich die erste Stirnfläche an einem Ventilsitz des Arbeitskolbens (6) und an dem frei en Ende der Pumpenstange (1) abstützt und die zweite Stirnfläche von einer Druckfeder (27) beaufschlagt wird, wodurch der Ventilkörper (26) zur Pum penstange (1) und/oder dem Pumpenzylinder (9) relativ verschiebbar ange ordnet ist und das Rückschlagventil (14) zwischen dem Pumpenzylinder (9) und dem niederdruckseitigen Arbeitsraum (22) sperrt, wenn der Ventilkörper (26) am Ventilsitz des Arbeitskolbens (6) anliegt und dieses Rückschlagventil (14) entsperrt, wenn der Ventilkörper (26) durch die Pumpenstange (1) vom Ventilsitz des Arbeitskolbens (6) abgehoben wird.

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (26) als ringförmige Scheibe ausgebildet ist.

3. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventilkörper (26) des Ventiles (24) gegenüber der Pumpenstange (1) und/oder dem Pumpenzylinder (9) eine Feder (27) zwischengeschaltet ist.

4. Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe auf einem zylindrischen Zapfen (28) der Pum penstange (1) axial verschiebbar angeordnet ist.

5. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (26) als topfförmiges Bauteil (29) ausgebildet ist, wobei die ringförmige Stirnfläche als Ventilsitz und die Stirnfläche im Hohlraum mit der Stirnfläche der Pumpenstange (1) zusammenarbeitet.

6. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaspolster (12) und/oder der Hochdruck-Ölraum (11) in Form einer Hochdruckkammer außerhalb des Federbeines über eine Strömungsverbin dung (30) mit dem Arbeitszylinder (2) in Verbindung stehen.

7. Federbein nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungsverbindung (30) ein Dämpfungsventil (31) für die Zug- und/oder Druckstufe angeordnet ist.