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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 ein Rückschlagventil
aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei
das Rückschlagventil
und/oder die Drossel in Saugrichtung zu durchströmen ist/sind, der Pumpenzylinder über ein
Auslassventil mit dem hochdruckseitigen Arbeitsraum verbunden ist,
mindestens ein Ventil derart ausgebildet ist, dass als Ventilkörper eine
in einer Bohrung angeordnete Kugel vorgesehen ist, und ein im Endbereich
der Bohrung angeordnetes Halteelement die Kugel verliersicher hält und gleichzeitig
die Kugel federnd vorspannt.
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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.
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Darüber hinaus
ist aus der gattungsbildenden
DE 198 15 459 C2 bekannt, ein Ventil derart
auszubilden, dass als Ventilkörper
eine Kugel vorgesehen ist, wobei im Endbereich einer Bohrung ein
Halteelement die Kugel verliersicher hält und gleichzeitig federnd
vorspannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein geräuscharmes,
hochfrequent ansteuerbares Rückschlagventil
zu schaffen, welches ein Minimum an Bauraum aufweist und kostengünstig auch
unter Großserienbedingungen
herstellbar ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist zusammen mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1
vorgesehen, dass die Kugel in der Bohrung durch mindestens zwei
Führungsstege
geführt
ist und das Halteelement einen kreisförmig geschlossenen Außenbereich
aufweist, von dem ausgehend sich eine radial nach innen verlaufende
Federzunge bis in das Zentrum erstreckt, die eine Federvorspannung
auf die Kugel ausübt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Federzunge ebenfalls integraler
Bestandteil des Halteelementes ist, so dass sich die Vorsprünge, die
Federzunge sowie das Halteelement aus einem Bauteil herstellen lassen.
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Vorteilhaft
ist ebenfalls, dass die Kugel präzise
zwischen den Führungsstegen
geführt
wird. Das Halteelement, in Form einer innen gelochten konturierten
Federscheibe, beaufschlagt die Kugel derart, dass sie einerseits
federnd öffnen
kann und andererseits gleichzeitig in ihrem Hub begrenzt wird. Die Hubbegrenzung
der Kugel erfolgt dabei aus Geräuschgründen ebenfalls
federnd.
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Nach
einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass die Führungsstege über den
Umfang der Bohrung gleichmäßig verteilt
angeordnet sind.
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Nach
einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass das Halteelement
mindestens einem nach radial innen verlaufenden Vorsprung aufweist,
der als Hubbegrenzung der Kugel dient. Vorteilhaft ist hierbei,
dass die Hubbegrenzung der Kugel durch die Vorsprünge erfolgt,
wobei diese Vorsprünge
fe dernd ausgebildet sind, jedoch durch eine progressiv verlaufende
Federcharakteristik auch die entsprechende Hubbegrenzung vornehmen.
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Zur
Erzielung einer möglichst
drosselfreien Durchströmung
ist vorgesehen, dass die Führungsstege
sich axial nur über
einen Teilbereich der Bohrung erstrecken. Vorteilhaft ist hierbei,
dass die Führungsstege
unterhalb des Halteelementes freigestellt sind, so dass eine gleichmäßige Anströmung des Rückschlagventils
erfolgen kann.
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Nach
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass das Halteelement im Gehäuse formschlüssig fixiert
ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Formschluss des Halteelementes
durch Materialteile des Gehäuses über eine
Verstemmung gebildet wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
sieht vor, dass der mindestens eine radial verlaufende Vorsprung
axial federnd beweglich ist.
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Das
Halteelement lässt
sich im Ventilgehäuse
nicht nur formschlüssig
fixieren, sondern auch besteht die Möglichkeit, dass das Halteelement
mit dem Gehäuse
durch eine Klebung fixiert ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine
Klebung erfolgen kann, ein Schweißverfahren oder Lötverfahren
ist ebenso denkbar.
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Nach
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass das Gehäuse
ein hinterschnittfreies, formgebundenes Teil ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
sieht vor, dass die Führungsstege
des Gehäuses
gegenüber dem
Halteelement zumindest teilweise freigestellt sind.
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Vorteilhaft
ist hierbei, dass das Gehäuse
sintertechnisch oder presstechnisch hergestellt ist.
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Nach
einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass das Halteelement ein
scheibenförmiges Gebilde
ist.
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Vorteilhaft
ist hierbei, dass die Federzunge, zwecks weicherer Federkennung,
kreis- oder spiralförmig
ausgestaltet ist.
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Ein
weiteres Merkmal sieht vor, dass das Halteelement stanztechnisch
hergestellt ist, wobei das Halteelement aus einem Federdraht geformt
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Halteelement einen
für die
Verstemmung druckfesten Außenbereich
aufweist.
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Vorteilhaft
ist dabei, dass das Halteelement mit dem Gehäuse über eine Krallverbindung fixiert ist.
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Nach
einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass das Gehäuse an zumindest
einer Stirnseite eine Schneidkante zur dichten Befestigung in einer Aufnahmebohrung
aufweist.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 ein
selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein im Schnitt
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2 als
Einzelheit eine Kolbenstange sowie eine Pumpenstange mit einer entsprechenden Anzahl
von Ventilen im Schnitt
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3 bis 5 ein
Rückschlagventil,
teils im Schnitt, in Ansicht und in Draufsicht
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6 bis 8 eine
Explosionsdarstellung des in 3 bis 5 dargestellten
Rückschlagventils
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9 bis 9d verschiedenste
Formen der Fixierung des Halteelements gegenüber dem Ventilgehäuse
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10 bis 12 weitere
Halteelement-Ausführungen.
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Das
in 1 dargestellte Federbein für Kraftfahrzeuge besteht im
Wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 18, in dem ein Kolben 19 am
Ende einer Kolbenstange 20 gleitet. Der Arbeitszylinder 18 ist unterhalb
des Kolbens 19 mit der Hochdruckkammer 25 verbunden.
Das Gerät
ist am Aufbau eines Fahrzeuges bzw. an der Achse eines Fahrzeuges
in nicht gezeigter Weise befestigt. Die Dämpfungskräfte werden während des
Fahrbetriebes durch die Dämpfungsventile 21 erzeugt.
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Das
Federbein gemäß 1 zeigt
eine Ölpumpe,
die aus der Pumpenstange 22 und der durch die hohle Kolbenstange 20 gebildeten
Pumpenzylinder 23 besteht. Die durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufenen
Bewegungen der Fahrzeugachse betätigen
diese Ölpumpe,
die ständig Öl gesteuert durch
das Saugventil 1b, aus der Niederdruckkammer 24 über das
Auslassventil 1c in den Arbeitszylinder und damit in die
Hochdruckkammer 25 fördert. Dadurch
werden der Kolben 19, die Kolbenstange 20 so lange
auswärts
geschoben, bis die dynamische Niveauregelung über eine Bypaßbildung
einsetzt. Bei Entlastung des Systems wird die Abregelöffnung 26 der
Pumpenstange 22 freigegeben, wobei das Fahrzeug wieder
abregelt.
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Das
Ablassventil 1a 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 27 beim Saughub durch den abhebenden
Ventilkörper 28 geöffnet und
somit von Schmutzpartikeln freigespült werden kann. Somit wird
einer Verstopfungsgefahr an dieser engen Drosselstelle entgegengewirkt. Die
Abregelöffnung 26 ist
aufgrund ihrer Größe drosselfrei
und von daher nicht verstopfungsgefährdet.
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Aus
der 2 ist als Einzelheit ein Teilbereich einer Kolbenstange 20,
eine Pumpenstange 22 sowie die Ventile 1a, 1b und 1c dargestellt.
In der Pumpenstange 22 ist darüber hinaus noch die Abregelöffnung 26 vorgesehen,
wie sie in der 1 bereits beschrieben wurde.
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Aus
der 3 ist das Rückschlagventil 1 dargestellt,
mit einem Gehäuse 2,
welches vorzugsweise ohne Hinterschnitte, also formgebunden, ohne jegliche spanabhebende
Nacharbeit, werkzeugfallend hergestellt werden kann. Als Herstellverfahren ist
bei diesem Gehäuse
eine Sinter- oder Presstechnik zu bevorzugen.
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Das
Gehäuse 2 hat
eine zentrale Anströmbohrung 3,
die am Übergang
zur Bohrung 17 den Ventilsitz 4 bildet. Die Anströmbohrung 3 im
Bereich ihres Ventilsitzes 4 wird durch die als Ventilkörper 5 ausgebildete
Kugel verschlossen. Oberhalb des Ventilkörpers 5 ist ein Halteelement 6,
in Form einer innen konturierten Federscheibe so angeordnet, dass sie
einerseits am äußeren Rand
fest mit dem Gehäuse 2 verbunden
ist und andererseits den Ventilkörper 5 direkt
oder zumindest näherungsweise
federnd beaufschlagt.
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Das
Gehäuse 2 besitzt
eine Schneidkante 29 an mindestens einer Stirnseite, die
der dichten Befestigung in einer Aufnahmebohrung dient.
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4 zeigt
das in 3 dargestellte Rückschlagventil 1 in
geöffneter
Stellung, wobei der Ventilkörper 5 durch
die Anströmung über die
Anströmbohrung 3 vom
Ventilsitz 4, gegen die Federkraft des Halteelementes 6 bzw.
ihrer Federzunge 7 abhebt.
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Der
Ventilkörper 5 wird
dabei über
Führungsstege 8 zentriert
geführt,
die Strömung
umspült
zumindest teilweise auf dem Umfang über Längskanäle 9 den Ventilkörper 5 und
durchströmt
anschließend die
noch verbleibende Öffnung
des Halteelementes 6, wobei der Ventilkörper 5 durch drei
Vorsprünge 10 des
Halteelementes 6 in seinem Hub begrenzt ist.
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Der
Endanschlag des Ventilkörpers 5 kann dabei
federnd erfolgen, also auch Anschlaggeräusche vermeiden. Um eine möglichst
drosselfreie Durchströmung
zu gewährleisten,
sind insbesondere bei kleinsten Baugrößen dieser Rückschlagventilausführungen
die Führungsstege 8 unterhalb
des Halteelementes 6 durch einen Freigang 11 freigestellt.
Die Formgebung kann dabei individuell ausgebildet sein.
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5 zeigt
die Draufsicht des in 3 dargestellten Rückschlagventils 1,
mit einem Gehäuse 2 und
einem Halteelement 6, welches in Form einer flachen Federscheibe
ausgebildet ist. Das Halteelement 6 ist flach ausgeführt, da
sich so eine Handhabung als Schüttgut
anbietet, und somit maschinell ohne Beachtung eines Winkelversatzes
oder der jeweiligen Auflageseite in einen Zentrierabsatz 12 des Gehäuses 2 einlegbar
ist. Das Halteelement 6 weist eine Federzunge 7 auf,
die den Ventilkörper 5 federnd
beaufschlagt, wobei die drei Vorsprünge 10 dem Ventilkörper 5 als
Endanschlag in axialer Richtung dienen. Je nach Federsteifigkeit
der Federzunge 7 können
die Vorsprünge 10 auch
ganz entfallen, da der maximale Austrieb des Ventilkörpers 5 durch die
Strömung
oft sehr gering ist. Die Federzunge 7 stoppt dann den Ventilkörper 5 allein über die
Federsteifigkeit.
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Der Öffnungsdruck
des Rückschlagventils und
dessen Hub können
durch das Halteelement 6, deren Innenkonturierung und/oder
Dicke entsprechend variiert werden. Das Halteelement 6 ist
mit dem Gehäuse 2 fest
verbunden, z. B. durch Formschluss, Verkrallung, Verklebung oder
Verschweißung.
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Aus
der 6 ist eine Explosionsdarstellung zu entnehmen,
es zeigt ein extrem miniaturisiertes Rückschlagventil 1 mit
dem Gehäuse 2,
dem Ventilkörper 5 und
dem Halteelement 6. Zur Durchflussoptimierung haben die
Führungsstege 8 im
oberen Bereich einen Freigang 11, so dass das Halteelement ohne
feste Positionierung in den Zentrierabsatz 12 des Gehäuses 2 eingesetzt
werden kann.
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7 zeigt
das fertig montierte Rückschlagventil 1,
wobei das Halteelement 6 über örtliche Verstemmungen 13 mit
dem Gehäuse 2 fest
verbunden ist.
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8 zeigt
das Halteelement 6 zusammen mit dem Ventilkörper 5,
in einer Position, in der der Ventilkörper 5 die Federzunge 7 derart
beaufschlagt hat, dass die Vorsprünge 10 als Endanschlag
zum Einsatz kommen.
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Aus
den 9 bis 9d sind
verschiedene Versionen einer Befestigung des Halteelementes 6 gegenüber dem
Gehäuse 2 dargestellt. 7 zeigt das
in 3 dargestellte Prinzip der Fixierung des Halteelementes 6 gegenüber dem
Gehäuse 2 durch eine örtliche
Verstemmung. Eine Vergrößerung dieser örtlichen
Verstemmung 13 ist der 7a zu
entnehmen. Dabei können
diese örtlichen
Verstemmungen an mehreren Stellen über den Umfang des Gehäuses 2 verteilt
angeordnet sein.
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9b zeigt
ein Gehäuse 2,
bei dem über den
gesamten Umfang eine Verstemmung, also eine Rundumverstemmung 14 vorgenommen
wurde. Eine Schweiß-
oder Klebeverbindung 15 ist der 7c zu entnehmen.
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Aus
der 9d ist ein Halteelement 6 zu erkennen,
bei dem der äußere Rand
einen angewinkelten Bereich aufweist, der durch Eindrücken in
das Gehäuse 2 eine
Krallverbindung 16 bildet. Das Halteelement 6 ist
also durch einen entspre chenden Reibschluss in dem Zentrieransatz 12 des
Gehäuses 2 formschlüssig fixiert.
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10 zeigt
ein Halteelement 6, das sich im Zentrum mit seiner Federzunge 7 auf
dem Ventilkörper 5 federnd
abstützt.
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11 zeigt
die Draufsicht des Halteelements 6 aus 10.
Ein Vorsprung 10, der letztlich den Ventilkörper 5 hubbegrenzt,
kann je nach Federsteifigkeit auch entfallen. Je nach Gestaltung
der Federzunge 7 kommt es ohnehin, wenn gewünscht auch
frühzeitig,
zu einem Kontakt des Ventilkörpers 5 mit
dem Halteelement 6, so dass dieser nach Wunsch hubbegrenzt
werden kann. Die Federzunge 7 ist hier aufgrund einer weicheren
Federsteifigkeit kreis- oder auch spiralförmig ausgeführt.
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12 zeigt
ein Halteelement 6 aus Federstahldraht. Der äußere Rand
ist dabei kreisrund und für
eine Verstemmung druckfest ausgelegt.
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- 1
- Rückschlagventil
- 2
- Gehäuse
- 3
- Anströmbohrung
- 4
- Ventilsitz
- 5
- Ventilkörper
- 6
- Halteelement
- 7
- Federzunge
- 8
- Führungsstege
- 9
- Längskanäle
- 10
- Vorsprünge
- 11
- Freigang
- 12
- Zentrierabsatz
- 13
- örtliche
Verstemmung
- 14
- Rundumverstemmung
- 15
- Schweiß- oder
Klebeverbindung
- 16
- Krallverbindung
- 17
- Bohrung
- 18
- Arbeitszylinder
- 19
- Kolben
- 20
- Kolbenstange
- 21
- Dämpfungsventile
- 22
- Pumpenstange
- 23
- Pumpenzylinder
- 24
- Niederdruckkammer
- 25
- Hochdruckkammer
- 26
- Abregelöffnung
- 27
- Ablaßkerbe
- 28
- Ventilkörper
- 29
- Schneidkante