DE102006024049B4

DE102006024049B4 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung

Info

Publication number: DE102006024049B4
Application number: DE102006024049A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: US20070261931A1; DE102006024049A1

Abstract

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ölgefüllten, 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 Öl 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 und/oder Rückschlagventil aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei das Rückschlagventil und/oder die Drossel in Saugrichtung zu durchströmen ist, und dass der Pumpenzylinder über ein Auslassventil mit dem hochdruckseitigen...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ölgefüllten, 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 Öl 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 der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem eine Drossel und/oder Rückschlagventil aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei das Rückschlagventil und/oder die Drossel in Saugrichtung zu durchströmen ist, und dass der Pumpenzylinder über ein Auslassventil mit dem hochdruckseitigen Arbeitsraum verbunden ist, wobei mindestens zwei Ventile (Ablassventil, Einlassventil, Auslassventil) gleicher Bauart sind.
Es sind bereits selbstpumpende hydropneumatische Federbeine mit innerer Niveauregelung bekannt (z. B. DE 198 15 459 C2 , DE 196 48 859 C2 ), bei denen der Arbeitszylinder durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird und bei denen eine durch die Federbewegungen angetriebene und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe vorgesehen ist. Die Kolbenpumpe besteht dabei aus einem Pumpenzylinder, der durch die hohle Kolbenstange gebildet wird und an deren vorderen Ende die ein Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht. Bei diesem Stand der Technik sind insgesamt drei federbelastete Rückschlagventile vorgesehen, ein Einlass-, ein Auslass- und ein Ablassventil. Das Ein- und Auslassventil ist für die Pumparbeit der Kolbenpumpe und das Ablassventil ist für das gedrosselte Ablassen des Dämpfungsmittels beim Entlasten des Fahrzeugaufbaus notwendig. Nachteilig ist hierbei, dass jedes dieser Ventile eine unterschiedliche Bauart aufweist, so dass die damit verbundene Teilevielfalt einen nicht unerheblichen Logistik- und Montageaufwand erfordert. Insbesondere sind federbelastete Plattenventile derart groß, dass sie in einer verhältnismäßig dünnen Pumpenstange nicht montiert werden können.
Aus der DE 10 2004 011 632 B3 ist ein Federbein für Fahrzeuge bekannt, bei dem zwei gleiche Rückschlagventile dargestellt sind. Die Rückschlagventile sind federbelastet. Es handelt sich allerdings um eine schematische Darstellung, da in der dargestellten Art keine Montage der Bauteile möglich ist. Außerdem zeigt die Darstellung, dass als Gehäuse entweder die Pumpenstange oder die Kolbenstange selbst herangezogen wird.
In der US 3,213,972 ist ein Rückschlagventil dargestellt, welches zwar federlos ist, jedoch bildet der Dämpfungskolben das Gehäuse, außerdem ist der Gehäuseinnendurchmesser so bemessen, dass die Kugel mit radialem Spiel aufgenommen ist. Dieses Spiel ist notwendig, damit das Dämpfungsmittel die Kugel umströmen kann, nachteilig ist dabei, dass keine Führung der Kugel in Axialrichtung gegeben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einheitliches Ventil zu schaffen, welches für alle Anwendungsfälle im Federbein vorgesehen werden kann und dann aufgrund einer einfachen Bauart und insbesondere der entsprechenden Stückzahlen kostengünstig zu fertigen und einfach zu montieren ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Ventile aus einem, eine durchgängig zylindrische Außenkontur aufweisenden, Gehäuse, einem im Gehäuse angeordneten Ventilsitz, mindestens zwei Führungsstegen, einem federlosen Ventilkörper und einem für den Ventilkörper durch Formschluss hergestellten Verschluss bestehen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass ein einfaches Rückschlagventil vorgesehen ist, welches in seiner Basisversion lediglich aus zwei Bauteilen besteht und aufgrund einer durchgängig zylindrischen Außenkontur beidseitig in die jeweilige Baugruppe montiert werden kann.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zur Führung einer Kugel als Ventilkörper mindestens drei Führungsstege vorgesehen sind.
Es lässt sich darüber hinaus vorsehen, dass mindestens ein Ventil mit einem konstanten Durchlass versehen ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass der konstante Durchlass durch eine im Ventilsitz angeordnete Ablasskerbe gebildet wird.
Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform sieht vor, dass die Gehäuse oder Ventile im jeweiligen Bauelement eingepresst sind. Vorteilhaft ist hierbei, dass die eingepressten oder nur eingeschobenen Ventile im jeweiligen Bauelement zusätzlich verstemmt sind.
Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass als Formschluss mindestens teilweise Bestandteile des Gehäuses verformt werden, wobei die verformten Bestandteile des Gehäuses die oberen Bereiche der Führungsstege sind.
Weitere Ausgestaltungen sehen vor, dass der Ventilkörper federbelastet ist oder dass der Ventilkörper durch Eigengewicht auf dem Ventilsitz aufliegt.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Führungsstege durch Verformung den Formschluss bilden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper auf der dem Ventilsitz entgegengesetzten Seite durch ein Halteelement gehalten ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Halteelement mit mindestens einem Federelement auf den Ventilkörper einwirkt.
Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass das Halteelement mit mindestens zwei federnden, radial nach innen verlaufenden Federungen versehen ist.
Eine fertigungstechnisch einfache Ausführungsform ist vorgesehen, indem das Halteelement durch einen Formschluss im Gehäuse fixiert ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein im Schnitt
2 als Einzelheit eine Kolbenstange sowie eine Pumpenstange mit einer entsprechenden Anzahl von Ventilen im Schnitt
3 bis 5 jeweils ein Ventil als Einzelheit
6 bis 10 verschiedene Möglichkeiten eines Formschlusses zur Fixierung des Ventilkörpers gemäß den 3 bis 6.
Das in 1 dargestellte Federbein für Kraftfahrzeuge besteht im Wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 13, in dem ein Kolben 14 am Ende einer Kolbenstange 15 gleitet. Der Arbeitszylinder 13 ist zu beiden Seiten entsprechend abgedichtet und am Aufbau eines Fahrzeuges bzw. an der Achse eines Fahrzeuges in nicht gezeigter Weise befestigt. Die Dämpfungskräfte werden während des Fahrbetriebes durch die Dämpfungsventile 16 erzeugt.
Das Federbein gemäß 1 zeigt eine Ölpumpe, die aus der Pumpenstange 17 und der durch die hohle Kolbenstange 15 gebildeten Pumpenzylinder 18 besteht. Die durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufenen Bewegungen der Fahrzeugachse betätigen diese Ölpumpe, die ständig Öl gesteuert durch das Saugventil 9b, aus der Niederdruckkammer 19 über das Auslassventil 9c in den Arbeitszylinder und damit in die Hochdruckkammer 20 fördert. Dadurch werden der Kolben 14, die Kolbenstange 15 so lange auswärts geschoben, bis die dynamische Niveauregelung über eine Bypaßbildung einsetzt. Bei Entlastung des Systems wird die Abregelöffnung 21 der Pumpenstange 17 freigegeben, wobei das Fahrzeug wieder abregelt.
Das Ablassventil 9a dient im Wesentlichen dazu, dass es in Saugrichtung weit öffnet und in Ablassrichtung eine Drosselung herbeiführt, damit der Fahrzeugaufbau sanft abgeregelt werden kann. Der Vorteil dieses Ventils ist der, dass die Ablasskerbe 22 beim Saughub durch den abhebenden Ventilkörper 6 geöffnet und somit von Schmutzpartikeln freigespült werden kann. Somit wird einer Verstopfungsgefahr an dieser engen Drosselstelle entgegengewirkt. Die Ablassöffnung 16 ist aufgrund ihrer Größe drosselfrei und van daher nicht verstopfungsgefährdet.
Aus der 2 ist als Einzelheit ein Teilbereich einer Kolbenstange 15, eine Pumpenstange 17 sowie die Ventile 9a, 9b und 9c dargestellt. In der Pumpenstange 17 ist darüber hinaus noch die Abregelöffnung 21 vorgesehen, wie sie in der 1 bereits beschrieben wurde.
Bei den Ventilen 9a bis 9c handelt es sich um einfache federlose Kugel-Rückschlagventile, welche lediglich aus dem Gehäuse 1 und dem Ventilkörper 6, in diesem Fall als Kugel ausgebildet, bestehen. Durch die einfache, durchgängig zylindrische Außenkontur des Gehäuses 1 sind diese Ventile jeweils beidseitig in eine bestimmte Baugruppe montierbar.
Die Ventile der 3 bis 5 sind einheitlicher Bauart, sie können dabei mit einer Ablasskerbe 22 versehen werden, die im Dichtbereich des Ventilkörpers 6 angeordnet ist und die auch nachträglich beim Kalibrieren des Ventilsitzes 3 hergestellt werden kann. Aus Gründen der Verwechslungsgefahr können die jeweiligen Ventilgehäuse 1 z. B. eine optische Kennzeichnung tragen. Zur Montage der Gehäuse 1 in das jeweilige Bauteil ist ein Einpressen, ein Einschieben oder ein dichtes Verstemmen, oder dicht eingepresst und zusätzliche Verstemmung ohne weiteres denkbar.
Die 3 und 3a zeigen ein Gehäuse 1 vorzugsweise aus Sintereisen mit einer, der Anströmung dienenden Bohrung 2 und einem sich anschließenden Ventilsitz 3. Der Innenbereich des Gehäuses 1 ist mit drei Führungsstegen 4 versehen, die im oberen Bereich 5 unterschiedlich konturiert sein können. Der Ventilkörper 6 in Form einer Kugel lässt sich mit entsprechendem Führungsspiel zu den Führungsstegen 4 problemlos in das Gehäuse 1 einbringen.
Die 4 und 4a zeigen den Ventilkörper 6 wiederum als Kugel, wobei der Ventilkörper 6 durch sein Eigengewicht auf dem Ventilsitz 3 des Gehäuses 1 ruht. Die Linienberührung zwischen dem Ventilkörper 6 und dem Gehäuse 1 erfolgt unterhalb, aber dennoch in der Nähe des Kugeläquators des Ventilkörpers 6. Eine Verstemmung 7 der oberen Bereiche 5 der Führungsstege 4 sorgt zunächst dafür, dass der Ventilkörper unverlierbar gehalten ist. Die Darstellung der 4 zeigt das Ventil in geschlossener Position.
Aus der 5 ist ein Ventil zu entnehmen, welches in der angeströmten Position dargestellt ist. Der Ventilkörper 6 in Form der Kugel kommt nach einem vorbestimmten Öffnungshub an der Verstemmung 7 zur Anlage, auch hier erfolgt die Berührung des Ventilkörpers 6 gegenüber dem Gehäuse 1 oberhalb, aber dennoch in der Nahe des Kugeläquators.
Die durchgehende zylindrische Außenfläche 8 des Gehäuses 1 ermöglicht den Einbau des Ventils von beiden Richtungen her, um die Dichtwirkung des Ventils zu optimieren, kann der Ventilsitz 3 kalibriert und somit geglättet werden. Ebenso lässt sich in diesem Arbeitsgang gleichzeitig die zylindrische Außenfläche 8 des Gehäuses 1 maßlich Feinabstimmen.
Die 6 bis 10 zeigen die wichtigsten Arten der Verstemmung 7 des oberen Bereiches 5 der Führungsstege 4.
6 zeigt den oberen Bereich 5 als dünnen erhabenen segmentförmigen Führungssteg 4, der wie 6a zeigt, winkelig nach radial innen in Richtung des Zentrums durch eine Verstemmung 7 verformt ist.
7 besitzt zusätzlich einen Absatz 10, der ein exaktes Knicken an exakt dieser Stelle bewirkt.
8 und 8a deutet darauf hin, dass die Führungsstege 4 im Bereich der größten Materialanhäufung knicken. Ein Knickpunkt an der Stelle der größten Materialanhäufung verhindert bei einem Sintermetall einen Materialbruch, da das Sintermaterial relativ spröde ist.
9 und 10 stellen eine Möglichkeit einer Verstemmung 7 dar, indem mit einem stumpfen Stempel oder (10) einem spitzen Stempel eines entsprechenden Werkzeuges Werkstoff des Gehäuses 1 entsprechend nach innen getrieben wird.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Bohrung
3: Ventilsitz
4: Führungsstege
5: Oberer Bereich
6: Ventilkörper
7: Verstemmung
8: Außenfläche des Gehäuses
9: Ventile
10: Absatz
11
12
13: Arbeitszylinder
14: Kolben
15: Kolbenstange
16: Ventile
17: Pumpenstange
18: Pumpenzylinder
19: Niederdruckkammer
20: Hochdruckkammer
21: Abregelöffnung
22: Ablasskerbe

Claims

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ölgefüllten, 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 Öl 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 und/oder Rückschlagventil aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei das Rückschlagventil und/oder die Drossel in Saugrichtung zu durchströmen ist, und dass der Pumpenzylinder über ein Auslassventil mit dem hochdruckseitigen Arbeitsraum verbunden ist, wobei mindestens zwei Ventile (Ablassventil, Einlassventil, Auslassventil) gleicher Bauart sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (9) federlose Kugel-Rückschlagventile sind, die aus einem, eine durchgängig zylindrische Außenkontur aufweisenden, Gehäuse (1), einem im Gehäuse (1) angeordneten Ventilsitz (3), mindestens zwei Führungsstegen (4), einem Ventilkörper (6) und einem für den Ventilkörper (6) durch Formschluss hergestellten Verschluss bestehen.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung einer Kugel (6a) als Ventilkörper (6) mindestens drei Führungsstege (4) vorgesehen sind.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ventil (9) mit einem konstanten Durchlass versehen ist.
Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Durchlass durch eine im Ventilsitz (3) angeordnete Ablasskerbe (22) gebildet wird.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (1) oder Ventile (9) im jeweiligen Bauelement eingepresst sind.
Federbein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eingepressten oder nur eingeschobenen Ventile (9) im jeweiligen Bauelement zusätzlich verstemmt sind.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Formschluss mindestens teilweise Bestandteile des Gehäuses (1) verformt werden.
Federbein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verformten Bestandteile des Gehäuses (1) die oberen Bereiche (5) der Führungsstege (4) sind.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) federbelastet ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) durch Eigengewicht auf dem Ventilsitz (3) aufliegt.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstege (4) durch Verformung den Formschluss bilden.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) auf der dem Ventilsitz (3) entgegengesetzten Seite durch ein Halteelement (11) gehalten ist.
Federbein nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (11) mit mindestens einem Federelement auf den Ventilkörper (6) einwirkt.
Federbein nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (11) mit mindestens zwei federnden, radial nach innen verlaufenden Federungen (12) versehen ist.
Federbein nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (11) durch einen Formschluss im Gehäuse (1) fixiert ist.