DE102006013072B3

DE102006013072B3 - Selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheit

Info

Publication number: DE102006013072B3
Application number: DE102006013072A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schmitz; Roland Krupp
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: US8042791B2; US20070221457A1

Abstract

Selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheit mit innerer Niveauregelung, mit einem ölgefüllten unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem in diesem verschiebbaren Dämpfungskolben am Ende einer hohlen Kolbenstange, deren Hohlraum als Pumpenraum 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, und dass eine Abregelöffnung in der Pumpenstange zu einem Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen vorgesehen ist, wobei im Pumpenraum zwischen dem Hochdruckgaspolster und dem Niederdruckgaspolster mindestens eine druckabhängig wirkende Drosselstelle vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheit mit innerer Niveauregelung, mit einem ölgefüllten unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem in diesem verschiebbaren Dämpfungskolben am Ende einer hohlen Kolbenstange, deren Hohlraum als Aufnahme einer Pumpe mittels 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, und dass eine Abregelöffnung in der Pumpenstange zu einem Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen vorgesehen ist.

Es sind bereits selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheiten mit innerer Niveauregelung bekannt ( DE 10 2004 009 224 B3 ), bei denen der Dämpfungskolben in einem Arbeitszylinder axial verschiebbar angeordnet ist, wobei dieser Dämpfungskolben unter dem Druck von einem Hochdruckgaspolster und einem Niederdruckgaspolster steht. Der Dämpfungskolben ist am Ende einer hohlen Kolbenstange angeordnet, wobei der Hohlraum der Kolbenstange als Pumpenraum ausgebildet ist, indem eine am Arbeitszylinder be festigte Pumpenstange in die hohle Kolbenstange hineinragt und beim Ausfahren der Kolbenstange Öl aus einem Reserveraum ansaugt und beim Einfahren der Kolbenstange dieses Öl in den Arbeitsraum fördert. Bei Erreichen des Fahrzeugniveaus wird eine Abregelbohrung freigegeben, so dass es innerhalb der Feder-Dämpfer-Einheit zu einem Druckausgleich kommt. Die eigentliche Drossel ist hierbei als Bypaß ausgebildet, wobei der Durchfluss des Öles vom Hochdruckraum in den Niederdruckraum durch einen vorbestimmten Querschnitt festgelegt ist. Die Öldurchflussmenge ist bei einem derartigen konstanten Querschnitt sehr stark druckabhängig, wobei diese Druckabhängigkeit prinzipiell unerwünscht ist.

Darüber hinaus aus der DE 198 15 459 C2 , insbesondere aus den 1 und 2 eine selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheit mit innerer Niveauregelung bekannt, mit einem ölgefüllten unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem in diesem verschiebbaren Dämpfungskolben am Ende einer hohlen Kolbenstange, deren Hohlraum als Aufnahme einer Pumpe mittels 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, und dass eine Abregelöffnung in der Pumpenstange zu einem Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen vorgesehen ist, wobei im Pumpenraum zwischen dem Hochdruckgaspolster und dem Niederdruckgaspolster parallel zu einem Rückschlagventil eine druckabhängig wirkende starre Drosselstelle vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheit mit innerer Niveauregelung zu schaffen, bei der die Öldurchfluß menge durch die Drosselbohrung druckunabhängig ist, wobei dieser Querschnitt bei hohen Drücken kleiner als bei niedrigen Drücken sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Pumpenraum zwischen dem Hochdruckgaspolster und der in das Niederdruckgaspolster mündenden Abregelöffnung mindestens eine druckabhängig wirkende Drosselstelle vorgesehen ist, die in einem Element im Pumpenraum druckabhängig axial verschiebbar angeordnet ist, wobei das Element auf der, dem Hochdruckgaspolster entgegengesetzt angeordneten, Stirnseite mit einer Federkraft beaufschlagt ist, so dass die Drosselstelle wegabhängig absperrbar ist.

Hierbei ist von Vorteil, dass die Öldurchflussmenge variabel gestaltet werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist, dass zur Gestaltung des variablen Ablassquerschnittes (Drosselstelle) die Drosselstelle mit einem fest eingestellten Drosselquerschnitt versehen wird, welcher axial verschiebbar angeordnet ist. Das Element ist dabei vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und als Federkraft eine mechanische und/oder eine Gasfeder vorgesehen.

Nach einem wesentlichen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass als feste Drosselstelle eine Bohrung, Kerbe, Nut etc. angeordnet ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Element auf seinem Außenumfang mindestens eine Dichtung aufweist, die gegenüber der Innenwand des Pumpenraums abdichtet.

Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Innenwandung des Pumpenraums mindestens einen Anschlag aufweist, der der axialen Begrenzung des Elementes dient.

Vorteilhaft ist hierbei, dass zur Absperrung ein kegeliges Element vorgesehen ist, welches mit der Bohrung der Drosselstelle zusammenwirkt. Als weiterer Vorteil ist zu sehen, dass das kegelige Element einen konstanten Durchlass aufweist.

Eine wesentliche Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine Abregelöffnung in der Wandung des Pumpenraums vorgesehen sind. Vorteilhaft ist hierbei, dass das aus dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum fließende Öl das Element in Richtung der Niederdruckseite bewegt und dabei eine oder mehrere seitlich im Pumpenraum angeordnete Abregelöffnungen überfährt und so eine oder mehrere Abregelöffnungen schließt bzw. öffnet. Beim Verschließen sämtlicher Abregelöffnungen erfolgt lediglich ein Druckausgleich über die feste Drosselstelle im Element.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Drosselstelle mit einem Rückschlagventil versehen ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 eine selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheit mit innerer Niveauregelung, im Schnitt
2 bis 10 verschiedene Ausführungsformen einer Drosselstelle als Einzelheit im Schnitt.
Die in 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheit 21 für Kraftfahrzeuge besteht im Wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 22, in dem ein Dämpfungskolben 23 am Ende einer hohlen Kolbenstange 24 gleitet. Der Arbeitszylinder 22 ist auf der einen Seite durch eine Stirnwand und auf der anderen Seite durch die Kolbenstangenführung abgeschlossen, durch die die hohle Kolbenstange 24 abgedichtet nach außen tritt. Über der Stirnwand ist das Feder-Dämpfer-Einheit mittels eines Befestigungsauges am Aufbau des Fahrzeugs und am unteren Ende des Feder-Dämpfer-Einheits die Kolbenstange 24 mittels eines weiteren Befestigungsauges an der Achse des Fahrzeuges, in nicht dargestellter Weise, befestigt. Der Arbeitszylinder 22 ist von einer ringförmigen, zum Teil mit Öl und zum Teil mit Gas gefüllten Ausgleichskammer umgeben, die durch eine Zwischenwand in ein Hochdruckgaspolster 18 und ein Niederdruckgaspolster 19 unterteilt ist. Das Hochdruckgaspolster 18 in der Hochdruckkammer 18a ist von einem Ölraum durch eine Trennwand 26 getrennt. Im völlig abgeregelten, das heißt im nicht hochgepumpten Zustand herrscht in der Niederdruckkammer 19 gleicher Druck wie in der Hochdruckkammer 18.
Die Niederdruckkammer 19 sowie die Hochdruckkammer 18 sind mit dem Arbeitszylinder 22 verbunden. Der Arbeitszylinder 22 wird vom Dämpfungskolben 23 in zwei Arbeitsräume unterteilt, dabei besitzt der Dämpfungskolben 23 für die Zug- und Druckstufe Dämpfungsventile.
Die eigentliche Niveauregelung des selbstpumpenden hydropneumatischen Feder-Dämpfer-Einheits 21 erfolgt über die Pumpenstange 25, welche zusammen mit dem Hohlraum der Kolbenstange 24 eine Pumpe bildet. Über Ventile wird während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges durch die Relativbewegung der Pumpenstange 25 gegenüber der Kolbenstange 24 Dämpfungs mittel aus der Niederdruckkammer 19 in die Arbeitsräume gefördert, dabei wird der Dämpfungskolben 23 so lange auswärts bewegt, bis ein Bypaß 28 eine Verbindung zwischen dem Pumpenraum 29 und dem unteren Arbeitsraum herstellen.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Pumpwirkung der Pumpe unterbunden, es regelt sich die dynamische Niveauhöhe des Fahrzeuges ein. Bei Entlastung des Fahrzeuges wird der Dämpfungskolben 23 durch das Hochdruckgaspolster 18 zunächst weiter ausgeschoben, bis es über die dann offene Abregelöffnung 27 zu einem Druckausgleich innerhalb des Feder-Dämpfer-Einheites 21 kommt, bei der anschließend die Kolbenstange 24 mit dem Dämpfungskolben 23 einwärts geschoben wird.
Aus der 2 ist als Einzelheit eine Drosselstelle 1 dargestellt, die in einem Element 2 im Pumpenraum 3 axial beweglich angeordnet ist. Das Element 2 ist dabei zylindrisch oder mit einem vom zylindrischen Querschnitt abweichenden Querschnitt versehen.
Um den Ablassquerschnitt variabel zu gestalten, wird die Drosselstelle 1 mit einem fest eingestellten Querschnitt im Element 2 angeordnet. Dieses Element 2 gleitet in der Pumpenstange 25. Wenn das Öl aus der Hochdruckkammer 18 in die Niederdruckkammer 19 fließt, wird das Element 2 in Richtung des Niederdruckes bewegt und überfährt dabei eine oder mehrere in der Pumpenstange 25 eingebrachte Abregelöffnungen 4. Hierdurch wird die Verbindung zum Niederdruckgaspolster 19 unterbrochen. Durch den Querschnitt der Drosselstelle 1 gleicht sich der Öldruck auf beiden Seiten des Elementes 2 aus. Eine Federkraft 5, in Form einer mechanischen Feder 5a, bewegt das Element 2 bei Druckaus gleich in Richtung des Hochdruckgaspolsters 18, so dass wieder Öl in die Niederdruckkammer fließen kann. Es stellt sich nun ein Gleichgewicht zwischen den Druckdifferenzen und der Federkraft 5 ein. Der effektive Ablassquerschnitt vergrößert sich, je kleiner die Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckgaspolster 18 und dem Niederdruckgaspolster 19 wird.
Durch die Anordnung des Elements 2 wird erreicht, dass bei einer starken Verzögerung des Fahrzeuges (z.B. Vollbremsung) und dadurch einer kurzzeitigen Öffnung der Abregelöffnungen 27, der Ölverlust aus der Hochdruckkammer 18 in die Niederdruckkammer 19 verringert bzw. sogar unterbunden wird, und somit ein Absinken des Fahrzeughecks verlangsamt bzw. ganz unterbunden wird.
In 3 ist eine Variante dargestellt, bei der das Element 2 eine Dichtung 6 enthält, um Spaltleckagen zwischen dem Element 2 und dem Pumpenraum 3 vor dem Durchfließen der Drosselstelle 1 zu verhindern.
4 sieht im Pumpenraum 3 einen Anschlag 7 vor, der als metallischer Ventilsitz zum Anschlag des Elementes 2 dient.
5 zeigt ein Element 2, welches mit einer weiteren Dichtung 8 versehen ist, so dass eine Spaltleckage nach dem Durchfließen der Drosselstelle 1 am Element 2 verhindert werden kann.
Eine weitere Variante ist in 6 dargestellt, bei der das Element 2 bei axialer Verschiebung innerhalb des Pumpenraumes 3 auf ein kegeliges Element auftrifft, so dass das kegelige Element als Ventil einen Öldurchfluss von der Drosselstelle 1 zur Niederdruckkammer unterbricht.
In der 7 ist im Prinzip eine Ausführung gemäß 6 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass dem kegeligen Element 9 ein konstanter Durchlass 10 zugeordnet ist, so dass ständig ein minimaler Ölstrom zwischen der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer, je nach Druckverhältnissen, fließen kann.
Als weitere Ausbildung zeigt die 8 einen Steuerring 11, der dem Element 2 vorgeschaltet ist und auf dem sich die mechanische Feder 5a abstützen kann.
In der 9 ist eine Drosselstelle 1 dargestellt, bei der das Element 2 wiederum axial beweglich im Pumpenraum 3 angeordnet ist, hierbei ist außer der mechanischen Feder 5a zusätzlich noch eine Gasfeder 12 vorgesehen. Die Gasfeder 12 wird durch ein Trennelement (z.B. Trennkolben, Membrane) 13 mittels einer Dichtung 14 vom ölbeaufschlagten Pumpenraum 3 getrennt. Bei hohen Drücken wird die resultierende Kraft der Feder 5a reduziert, so dass noch eine zusätzliche effektivere Verzögerung erzielt werden kann.
Als weitere Möglichkeit ist 10 vorgesehen, bei der es sich im Prinzip um eine Variante gemäß 9 handelt, jedoch mit dem Unterschied, dass das Trennelement 13 mit einer weiteren Feder 15 beaufschlagt wird, wobei über eine Bohrung 16 eine Verbindung zum Niederdruckraum hergestellt wird. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform entspricht prinzipiell der Ausführungsform gemäß 9.

1: Drosselstelle
2: Element
3: Pumpenraum
4: Abregelöffnung
5: Federkraft, 5a mechanische
6: Dichtung
7: Anschlag
8: Dichtung
9: kegeliges Element
10: konstanten Durchlass
11: Steuerring
12: Gasfeder
13: Trennkolben
14: Dichtung
15: Feder
16: Durchgangsbohrung
17: Innenwandung
18: Hochdruckgaspolster
19: Niederdruckgaspolster
20: Stirnseite
21: Feder-Dämpfer-Einheit
22: Arbeitszylinder
23: Dämpfungskolben
24: Kolbenstange
25: Pumpenstange
26: Trennwand
27: Ablaßbohrung
28: Bypaß
29: Pumpraum
30: Rückschlagventil

Claims

Selbstpumpende hydropneumatische Feder-Dämpfer-Einheit mit innerer Niveauregelung, mit einem ölgefüllten unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem in diesem verschiebbaren Dämpfungskolben am Ende einer hohlen Kolbenstange, deren Hohlraum als Aufnahme einer Pumpe mittels 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, und dass eine Abregelöffnung in der Pumpenstange zu einem Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpenraum (3) zwischen dem Hochdruckgaspolster (18) und dem Niederdruckgaspolster (19) mindestens eine druckabhängig wirkende Drosselstelle (1) vorgesehen ist, die in einem Element (2) im Pumpenraum (3) druckabhängig axial verschiebbar angeordnet ist, wobei das Element (2) auf der, dem Hochdruckgaspolster entgegengesetzt angeordneten, Stirnseite (20) mit einer Federkraft (5) beaufschlagt ist, so dass die Drosselstelle (1) wegabhängig absperrbar ist.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Federkraft (5) eine mechanische (5a) und/oder eine Gasfeder (12) vorgesehen ist.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als feste Drosselstelle (1) eine Bohrung, eine Kerbe oder eine Nut angeordnet ist.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (2) auf seinem Außenumfang mindestens eine Dichtung (6, 8) aufweist, die gegenüber der Innenwand (17) des Pumpenraums (3) abdichtet.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (17) des Pumpenraums (3) mindestens einen Anschlag (7) aufweist, der der axialen Begrenzung des Elementes (2) dient.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Absperrung ein kegeliges Element (9) vorgesehen ist, welches mit der Bohrung der Drosselstelle (1) zusammenwirkt.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kegelige Element (9) einen konstanten Durchlass (10) aufweist.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Abregelöffnung (4) in der Wandung des Pumpenraums (3) vorgesehen ist.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (1) mit einem Rückschlagventil (30) versehen ist.