DE102004009224B3

DE102004009224B3 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein

Info

Publication number: DE102004009224B3
Application number: DE102004009224A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck; Werner Kuchheuser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: KR20060043151A; US20050189186A1; US7422199B2; KR101150244B1

Abstract

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregulierung, mit einem ölgefüllten, unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem in diesem verschiebbaren Dämpfungskolben am Ende einer hohlen Kolbenstange, deren Hohlraum als Pumpenzylinder einer am Arbeitszylinder befestigten Pumpenstange dient, wobei beim Ausfahren der Kolbenstange Öl aus einem Reserveraum angesaugt und beim Einfahren der Kolbenstange in den Arbeitsraum gefördert wird, wobei die Pumpenstange die Stirnwand des Arbeitsraumes durchdringt und über eine in ihrem Endbereich angeordnete Scheibe axial fixiert und kardanisch beweglich gehalten ist, die Scheibe greift in eine Nut der Pumpenstange ein und ist mit ihrem Außenumfang axial zwischen dem Arbeitszylinder und der Stirnwand des Arbeitszylinders gehalten, wobei die Scheibe zur Aufnahme der Pumpenstange ein Langloch aufweist, deren erster Bereich einen dem Nutgrund der Nut entsprechenden Durchmesser und deren zweiter Bereich einen dem Außendurchmesser der Pumpenstange entsprechenden Durchmesser aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregulierung, mit einem ölgefüllten, unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem in diesem verschiebbaren Dämpfungskolben am Ende einer hohlen Kolbenstange, deren Hohlraum als Pumpenzylinder einer am Arbeitszylinder befestigten Pumpenstange dient, wobei beim Ausfahren der Kolbenstange Öl aus einem Reserveraum angesaugt und beim Einfahren der Kolbenstange in den Arbeitsraum gefördert wird, wobei die Pumpenstange die Stirnwand des Arbeitsraumes durchdringt und über eine in ihrem Endbereich angeordnete Scheibe axial fixiert und kardanisch beweglich gehalten ist, die Scheibe greift in eine Nut der Pumpenstange ein und ist mit ihrem Außenumfang axial zwischen dem Arbeitszylinder und der Stirnwand des Arbeitszylinders gehalten.

Es sind bereits selbstpumpende hydropneumatische Federbeine mit innerer Niveauregulierung gemäß dem Oberbegriff bekannt (z.B. DE 33 18 939 C2 ). Die Pumpenstange besitzt dabei eine umlaufende Nut, über die eine geschlitzte Scheibe in diese Nut eingreift, um somit die Pumpenstange gegenüber dem Arbeitsraum zu fixieren. Die Vorspannkraft des Arbeitszylinders übernimmt dabei durch seine Klemmkraft die axiale Fixierung der Pumpenstange. Im Betrieb eines solchen Federbeines hat sich herausgestellt, dass aufgrund von Druck- und Temperaturschwankungen Längenänderungen des gesamten Federbeines auftreten, so dass in einem derartigen Fall der Arbeitszylinder seine Vorspannkraft verliert und die geschlitzte Scheibe sich aufgrund fehlender Elastizität der entsprechenden Bauteile lockert. Nachteilig ist hierbei, dass im Federbein nicht nur Geräusche, sondern auch unter Umständen ein Dämpfungsdruckabfall erfolgt.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Pumpenstangenbefestigung zu schaffen, die einerseits eine geringe Bauhöhe aufweist, um eine optimale Hubausnutzung zu gewährleisten und andererseits die Pumpenstange sowie den Arbeitszylinder unter allen Betriebsbedingungen unter Vorspannung hält.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Scheibe zur Aufnahme der Pumpenstange ein Langloch aufweist, dessen erster Bereich einen, dem Nutgrund der Nut entsprechenden Durchmesser und dessen zweiter Bereich einen, dem Außendurchmesser der Pumpenstange entsprechenden Durchmesser aufweist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass lediglich ein Bauteil, nämlich eine Scheibe benötigt wird, welche nach einfacher Montage und Einbringen der Bauteile in den Arbeitszylinder die Pumpenstange zentriert und dabei unverlierbar gehalten ist.

Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass der erste Bereich der Scheibe mit der Mittelachse des Arbeitszylinders fluchtet.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, dass der Bodenbereich der Scheibe eine der Breite der Nut entsprechende Dicke aufweist.

Zur Erzielung einer entsprechenden Vorspannung über die Scheibe ist nach einer fertigungstechnisch günstigen Ausführungsform vorgesehen, dass der Randbereich der Scheibe abgewinkelt verläuft.

Eine wesentliche Ausgestaltung sieht vor, dass als Scheibe eine Tellerfeder vorgesehen ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Randbereich der Scheibe Öffnungen vorgesehen sind, die mit Durchgangsöffnungen der Stirnwand kommunizieren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregulierung im Schnitt
1a bis 1d als Einzelheit eine Pumpenstange sowie eine Scheibe in verschiedenen Ansichten
1e und 1f die in den 1a bis 1d gezeigte Ausführungsform in montiertem Zustand
2a bis 2c eine weitere Ausführungsform eines selbstpumpenden hydropneumatisches Federbeins, wobei die Strömungsverbindung vom Arbeitsraum in einen Ausgleichsraum durch die Scheibe hindurch verläuft.
Das in 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Federbein 1 für Kraftfahrzeuge besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 2, in dem ein Dämpfungskolben 3 am Ende einer hohlen Kolbenstange 4 gleitet. Der Arbeitszylinder 2 ist auf der einen Seite durch eine Stirnwand 5 und auf der anderen Seite durch die Stangenführung 6 abgeschlossen, durch die die hohle Kolbenstange 4 abgedichtet nach außen tritt. Über der Stirnwand 5 ist das Federbein mittels eines Befestigungsauges am Aufbau des Fahrzeuges und am unteren Ende des Federbeins die Kolbenstange 4 mittels eines weiteren Befestigungsauges an der Achse des Fahrzeuges, in nicht dargestellter Weise, befestigt. Der Arbeitszylinder 2 ist von einer ringförmigen, zum Teil mit Öl und zum Teil mit Gas gefüllten, Ausgleichskammer umgeben, die durch eine Zwischenwand in eine Hochdruckkammer 8 und eine Niederdruckkammer 7 unterteilt ist. Ein Hochdruckgaspolster 17 in der Hochdruckkammer 8 ist von einem Ölraum durch eine Trennwand 16 getrennt. In der Niederdruckkammer 7 sind Öl und ein Niederdruckgaspolster nicht voneinander getrennt. Im völlig abgeregelten, das heißt im nicht hochgepumpten Zustand, herrscht in der Niederdruckkammer 7 gleicher Druck wie in der Hochdruckkammer 8.
Die Niederdruckkammer 7 sowie die Hochdruckkammer 8 sind mit dem Arbeitszylinder 2 verbunden. Der Arbeitszylinder 2 wird vom Dämpfungskolben 3 in zwei Arbeitsräume 9 und 10 unterteilt, dabei besitzt der Dämpfungskolben 3 für die Zug- und Druckstufe Dämpfungsventile.
Die eigentliche Niveauregulierung des selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeins erfolgt über die Pumpenstange 11, welche zusammen mit dem Hohlraum der Kolbenstange 4 eine Pumpe 12 bildet. Über ein Einlassventil 13 und einem Auslassventil 14 wird während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges durch die Relativbewegung der Pumpenstange 11 gegenüber der Kolbenstange 4 Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer 7, vorbei am Einlassventil 13 und Auslassventil 14, in die Arbeitsräume 10 und 9 gefördert. Dabei wird der Dämpfungskolben 3 so lange auswärts bewegt, bis der Bypaß 15 eine Verbindung zwischen der Kammer der Pumpe 12 und dem unteren Arbeitsraum 10 herstellt.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Pumpwirkung der Pumpe 12 unterbunden, es regelt sich die dynamische Niveauhöhe des Fahrzeuges ein. Bei Entlastung des Fahrzeuges wird der Dämpfungskolben 3 durch die Gasvorspannung in der Hochdruckkammer 8 zunächst weiter auswärts geschoben, bis es über die dann offene Abregelbohrung 18 zu einem Druckausgleich innerhalb des Federbeins kommt, bei der anschließend die Kolbenstange 4 mit dem Dämpfungskolben 3 einwärts geschoben wird.
Die Pumpenstangenbefestigung 19 wird detailliert in den nachfolgenden Figuren beschrieben.
Die 1a zeigt eine Pumpenstangenbefestigung 19 in noch nicht montiertem Zustand, wobei die Scheibe 20 aus einem Bodenbereich 21 und einem davon ausgehenden abgewinkelten Wandbereich 22 besteht. Vom Zentrum der Scheibe 20 geht ein Langloch 23 aus, welches geringfügig größer dimensioniert ist, als der Nutgrund 24 der Pumpenstange 11. Das Langloch 23 mündet in einer außermittigen Öffnung 25, deren Innendurchmesser geringfügig größer als der Außendurchmesser der Pumpenstange 11 ist.
Zur Montage der Pumpenstange 11 in die Scheibe 20 wird zunächst die Pumpenstange 11 durch die außermittige Öffnung 25 der Scheibe 20 geschoben, bis der Nutgrund 24 der Nut 30 der Pumpenstange 11 den Bodenbereich 21 der Scheibe 20 erreicht hat.
Die Endposition der Pumpenstange 11 nach dem horizontalen Verschieben im Langloch 23 ist in 1b dargestellt. Die zugehörige 1c zeigt die Pumpenstangenbefestigung 19 im Schnitt, es erscheint hier der abgewinkelte Randbereich 22 der Scheibe 20 nach oben gerichtet.
In der 1d ist die Scheibe 20 mit ihrem Langloch 23, dem Bodenbereich 21 sowie dem abgewinkelten Bereich 22 und der außermittigen Öffnung 25 in Draufsicht dargestellt.
Die Montage der Pumpenstange 11 zusammen mit der Scheibe 20 in die Stirnwand 5 ist in den 1e und 1f in zeitlicher Reihenfolge dargestellt. Zunächst wird gemäß 1e die Pumpenstange 11 in die Stirnwand 5 eingebracht, dabei ist die Scheibe 20 in ihrer ursprünglichen Form zu erkennen. Nach dem Verschließen gemäß 1f ist die Scheibe 20 über die Vorspannung des Arbeitszylinders 2 gegen die Stirnwand 5 gedrückt, die Bohrung 26 der Stirnwand 5 zentriert dabei die Pumpenstange 11 in radialer Richtung. Die Pumpenstange 11 ist somit gegenüber der Scheibe 20 unverlierbar gehalten, da ein Ausweichen in die außermittige Öffnung 25 nicht mehr möglich ist.
Aus der 2 ist ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein 1 mit innerer Niveauregulierung zu entnehmen, bei dem es sich um eine Langversion handelt. Die Hochdruckkammer 8 ist bei dieser Ausführung unterhalb der Stirnwand 5 angeordnet und eine axial verschiebbare Trennwand 16 trennt das Gaspolster 17 vom Dämpfungsmittel in der Hochdruckkammer 8. Durch Ein- und Ausfahren der Kolbenstange 4 wird das verdrängte Öl durch die Scheibe 20 bzw. der Stirnwand 5 bewegt.
In der 2a ist die Pumpenstangenbefestigung 19 kurz vor dem Verschließen des Federbeines dargestellt, der abgewinkelte Randbereich 22 der Scheibe 20 weist hierbei über den Umfang verteilt mehrere Öffnungen 27 auf. Diese Öffnungen 27 korrespondieren mit einer umlaufenden Nut 28 bzw. den sich anschließenden Durchgangsöffnungen 29 der Stirnwand 5.
Nach dem Verschluss des Federbeins wird gemäß 2b die Pumpenstangenbefestigung 19, im Prinzip wie in 1f bereits dargestellt, entsprechend verspannt. Die Scheibe 20 lässt sich aufgrund der umlaufenden Nut 28 der Stirnwand 5 beliebig drehversetzt einbauen, da die Öffnungen 27 mit der umlaufenden Nut 28 in Strömungsverbindung steht.
Die 2c zeigt die Scheibe 20 als Einzelteil in Draufsicht, die Öffnungen 27 befinden sich dabei im abgewinkelten Randbereich 22. Eine derartige Scheibe 20 mit entsprechenden Öffnungen 27 lässt sich dagegen auch bei den in 1 dargestellten Versionen problemlos einsetzen, so dass die Verwendung von Einheitsbauteilen möglich ist.

1: Federbein
2: Arbeitszylinder
3: Dämpfungskolben
4: Kolbenstange
5: Stirnwand
6: Stangenführung
7: Niederdruckkammer
8: Hochdruckkammer
9: Arbeitsraum
10: Arbeitsraum
11: Pumpenstange
12: Pumpe
13: Einlassventil
14: Auslassventil
15: Bypass
16: Trennwand
17: Gaspolster
18: Abregelbohrung
19: Pumpenstangenbefestigung
20: Scheibe
21: Bodenbereich
22: abgewinkelter Randbereich
23: Langloch
24: Nutgrund
25: außermittige Öffnung
26: Bohrung
27: Öffnungen
28: umlaufende Nut
29: Durchgangsöffnungen
30: Nut

Claims

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregulierung, mit einem ölgefüllten, unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem in diesem verschiebbaren Dämpfungskolben am Ende einer hohlen Kolbenstange, deren Hohlraum als Pumpenzylinder einer am Arbeitszylinder befestigten Pumpenstange dient, wobei beim Ausfahren der Kolbenstange Öl aus einem Reserveraum angesaugt und beim Einfahren der Kolbenstange in den Arbeitsraum gefördert wird, wobei die Pumpenstange die Stirnwand des Arbeitsraumes durchdringt und über eine in ihrem Endbereich angeordnete Scheibe axial fixiert und kardanisch beweglich gehalten ist, die Scheibe greift in eine Nut der Pumpenstange ein und ist mit ihrem Außenumfang axial zwischen dem Arbeitszylinder und der Stirnwand des Arbeitszylinders gehalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (20) zur Aufnahme der Pumpenstange (11) ein Langloch (23) aufweist, dessen erster Bereich einen, dem Nutgrund (24) der Nut (30) entsprechenden Durchmesser und dessen zweiter Bereich einen, dem Außendurchmesser der Pumpenstange (11) entsprechenden Durchmesser aufweist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich der Scheibe (20) mit der Mittelachse des Arbeitszylinders (2) fluchtet.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (21) der Scheibe (20) eine der Breite der Nut (30) entsprechende Dicke aufweist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (22) der Scheibe (20) abgewinkelt verläuft.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Scheibe (20) eine Tellerfeder vorgesehen ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Randbereich (22) der Scheibe (20) Öffnungen (27) vorgesehen sind, die mit Durchgangsöffnungen (29) der Stirnwand (5) kommunizieren.