DE102008004609B4

DE102008004609B4 - Aktives hydropneumatisches Federbein

Info

Publication number: DE102008004609B4
Application number: DE200810004609
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Cytrynski
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: DE102008004609A1

Abstract

Aktives hydropneumatisches Federbein (1) insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei das aktive hydropneumatische Federbein (1) zwischen einem Fahrzeugaufbau und einem Radträger angeordnet ist, und einen Hydraulikzylinder (2) und einen ersten Hydrospeicher (3) und wenigstens einen zweiten Hydrospeicher (4) aufweist, die mit dem Hydraulikzylinder (2) über eine Leitungsanordnung (9; 12) hydraulisch verbunden sind, wobei sich in der Leitungsanordnung (9; 12) zwischen Hydraulikzylinder (2) und Hydrospeichern (3; 4) ein Dämpfungsventil (10; 17) und/oder ein Sperrventil (16) befindet und wobei der erste Hydrospeicher (3) über eine erste Verbindungsleitung (9) der Leitungsanordnung (9; 12) mit dem Hydraulikzylinder (2) und der mindestens zweite Hydrospeicher (4) über eine zweite Verbindungsleitung (12) der Leitungsanordnung (9; 12) mit dem Hydraulikzylinder (2) verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (16) in der zweiten Verbindungsleitung (12) angeordnet ist und anhand eines den Betriebszustand beschreibenden Fahrzeugsignals angesteuert und geschlossen wird, wobei bei in Sperrstellung befindlichem Sperrventil (16) der Hydraulikzylinder (2) über die erste...

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives hydropneumatisches Federbein mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 41 38 208 A1 bekannt.
Die Offenlegungsschrift zeigt ein Federungssystem bestehend aus wenigstens einem Hydraulikzylinder und wenigstens zwei Hydrospeichern, insbesondere Membranspeichern, mit unterschiedlichen Vorspannungen. Durch das manuelle Betätigen von Schaltern lassen sich wahlweise, abhängig von einer auf das Fahrzeug einwirkenden Stützlast, die Hydrospeicher über Ventilanordnungen mit dem wenigstens einen Hydraulikzylinder verbinden. Abhängig von der Vorspannung des gewählten Hydrospeichers erfolgt somit eine Anpassung des Niveaus an die Stützlast. Weiterhin weist die dargestellte Ausführung ein Sperrventil auf, durch das der Hydraulikzylinder komplett von den Hydrospeichern getrennt oder mit diesen verbunden werden kann.
Ferner ist in der DE 101 15 978 C2 eine Gasfeder-Dämpfereinheit offenbart, die eine Federeinheit und eine dazu beabstandete Dämpfereinheit umfasst, wobei die Federeinheit einen Federraum und ein Schaltventil, insbesondere ein Sperrventil, aufweist und wobei die Federeinheit über eine Druckluftleitung mit der Dämpfereinheit, insbesondere dem ersten Dämpferraum der Dämpfereinheit, pneumatisch verbunden ist. Weiterhin weist die Dämpfereinheit einen zweiten Dämpferraum auf, der über Drossel-Elemente mit dem ersten Dämpferraum pneumatisch verbunden ist.
Das in der Federeinheit angeordnete elektrische Schaltventil wird im Betriebszustand mittels Steuersignal geöffnet. Weiterhin erfolgt in Ruhestellung unter Fortfall des Steuersignals die Schließung des elektrischen Schaltventils. Mithin ist im Betriebszustand der Federraum mit dem ersten Dämpferraum verbunden bzw. im Ruhezustand von diesem getrennt.
Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die durch Temperaturschwankungen verursachten Niveauänderungen, insbesondere bei einem abgestellten Fahrzeug, zu minimieren und weiterhin die Fahrsicherheit während des Betriebs zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 gelöst.
Dadurch, dass das Sperrventil in der zweiten Verbindungsleitung angeordnet ist und anhand eines den Betriebszustand beschreibenden Fahrzeugsignals angesteuert und geschlossen wird, kann der mindestens zweite Hydrospeicher von dem Hydraulikzylinder fluidisch getrennt werden. Vorteilhaft ist dabei, dass eine Niveauänderung des Fahrzeugniveaus bei Temperaturänderungen auf Grund der Volumenausdehnung des Hydraulikfluids reduziert wird.
Ferner ist bei geschlossenem Sperrventil der erste Hydrospeicher über die erste Verbindungsleitung mit dem Hydraulikzylinder verbunden, wodurch weiterhin eine Federung ermöglicht ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Beim Abstellen des Fahrzeugs und dem dadurch erzeugten Fahrzeugsignal „abgestelltes Fahrzeug” kann eine temperaturbedingte Änderung des Fahrzeugniveaus minimiert werden.
Das Fahrzeugsignal „abgestelltes Fahrzeug” kann auf einfache Weise erzeugt werden, wenn der Motor abgestellt und/oder die Handbremse betätigt und/oder der Wählhebel bei einem Automatikgetriebe in die Parkstellung und/oder die Zündung ausgeschaltet und/oder die Fahrertüre geöffnet und/oder das Fahrzeug verschlossen wird.
Zweckmäßigerweise wird das Sperrventil bei einem Fahrzeugsignal „Fehler” geschlossen, wenn eine Fehlfunktion des aktiven hydropneumatischen Federbeins festgestellt wurde. Dadurch wird die Fahrsicherheit während des Betriebs gewährleistet.
Weiterhin kann der erste Hydrospeicher gegenüber dem mindestens zweiten Hydrospeicher ein größeres Volumen aufweisen.
Zweckmäßigerweise ist der erste Hydrospeicher als Membranspeicher und der mindestens zweite Hydrospeicher als Kolbenspeicher ausgeführt. Dadurch erhält man eine kostengünstige Lösung bei gleichzeitig geringer Permeation.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser einer Kolbenstange eines im Hydraulikzylinder angeordneten Kolbens mindestens 89 von 100 Teilen des Rohrinnendurchmessers des Hydraulikzylinders einnimmt. Auf diese Weise wird die Hydraulikfluidmenge im Hydraulikzylinder minimiert.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur ein aktives hydropneumatisches Federbein in blockschaltbildähnlicher Prinzipdarstellung.
Die Figur zeigt ein aktives hydropneumatisches Federbein 1 mit einem Hydraulikzylinder 2, einem ersten Hydrospeicher 3 und einem zweiten Hydrospeicher 4.
Der Hydraulikzylinder 2 weist in axialer Richtung einen gleitbeweglichen Kolben 5 mit einer aus dem Hydraulikzylinder 2 herausragenden Kolbenstange 8 auf, die an ihrem freien Ende 6 ein Element 7 zur radseitigen Montage aufweist. Der Kolben 5 ist auf der der Kolbenstange 8 gegenüberliegenden Seite mit einem Hydraulikfluid, insbesondere Hydrauliköl, beaufschlagt. In der vorliegenden bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Rohrinnendurchmesser des Hydraulikzylinders 2 minimal größer als der Durchmesser der Kolbenstange 8, wodurch sich die Hydraulikfluidmenge im Hydraulikzylinder 2 verringert. Beispielsweise kann der Durchmesser der Kolbenstange 8 etwa im Bereich von 85–95% des Innendurchmessers des Zylindergehäuses liegen.
Das Federbein 1 ist mittels einer Lageranordnung 11 am nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugaufbau eines Fahrzeugs angebracht. Beispielsgemäß ist der erste Hydrospeicher 3 an der dem Element 7 entgegengesetzten Axialseite des Hydraulikzylinders 2 angeordnet, so dass die Lageranordnung 11 am ersten Hydrospeicher 3 vorgesehen ist. Alternativ hierzu könnte die Lageranordnung 11 auch unmittelbar am Zylindergehäuse des Hydraulikzylinders 2 sitzen, wobei der erste Hydrospeicher 3 dann seitlich am oder um das Zylindergehäuse des Hydraulikzylinders 2 angeordnet sein könnte.
Die beiden Hydrospeicher weisen jeweils ein Trennelement 13 auf, durch das das Volumen der Hydrospeicher 3, 4 in einen ersten, mit Hydraulikfluid beaufschlagten Bereich 14 und in einen zweiten, mit Gas gefüllten Bereich 15 geteilt wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der erste Hydrospeicher 3 als Membranspeicher mit einer Membran als Trennelement 13 ausgebildet, der gegenüber dem zweiten Hydrospeicher 4 – vorzugsweise einem Kolbenspeicher mit einem Kolben als Trennelement 13 – einen höheren Vorspanndruck und ein größeres Volumen aufweist. Durch die hohe Vorspannung und eine kleine Membranfläche im ersten Hydrospeicher 3 kann eine durch die Diffusion des als Federelement verwendeten Gases in das Hydraulikfluid verursachte Steifigkeitserhöhung der Grundfederung minimiert werden.
Die ersten Bereiche 14 der beiden Hydrospeicher 3, 4 sind über eine Leitungsanordnung 9, 12 mit dem Hydraulikzylinder 2 hydraulisch verbunden. Die hydraulische Anbindung des ersten Hydrospeichers 3 erfolgt in axialer Verlängerung des Hydraulikzylinders 2 über eine erste Verbindungsleitung 9, wobei diese ein verstellbares Dämpfungsventil 10 aufweist.
Die hydraulische Anbindung des zweiten Hydrospeichers 4 an den Hydraulikzylinder 2 erfolgt über eine zweite Verbindungsleitung 12, die auf der der Kolbenstange 8 entgegengesetzten Seite des Kolbens 5 in den Hydraulikzylinder 2 mündet und daher sozusagen hydraulisch parallel zur ersten Verbindungsleitung 9 vorgesehen ist. Die zweite Verbindungsleitung 12 weist ein Sperrventil 16 auf, das durch ein den Betriebszustand des Fahrzeugs beschreibendes Fahrzeugsignal automatisch umschaltbar ist und mithin betriebszustandsabhängig geschlossen und geöffnet werden kann. Zwischen dem Sperrventil 16 und dem zweiten Hydrospeicher 4 ist ferner ein passives Dämpfungsventil 17 vorgesehen. Zwischen dem Sperrventil 16 und dem passiven Dämpfungsventil 17 ist die zweite Verbindungsleitung 12 an eine Hydraulikfluidversorgung 20 angeschlossen, so dass Hydraulikfluid zum Federbein 1 zugeführt oder vom Federbein 1 abgeführt werden kann.
Bei geschlossenem Sperrventil 16 ist der Hydraulikzylinder 2 von der Hydraulikfluidversorgung 20 und dem zweiten Hydrospeicher 4 abkoppelt. Der über das passive Dämpfungsventil 17 an die zweite Verbindungsleitung 12 angebundene zweite Hydrospeicher 4 nimmt lediglich in einem definierten Druckbereich Hydraulikfluid auf oder gibt Hydraulikfluid ab. Außerhalb des Druckbereichs verharrt der zweite Hydrospeicher 4 in einer Betriebsposition, die eine minimierte Permeation erlaubt. Der erste Bereich 14 des zweiten Hydrospeichers 4 kann in den Endlagen durch zusätzliche Dichtungen gegenüber dem zweite Bereich 15 abgedichtet werden.
Neben Membran- und Kolbenspeicher sind ebenso Metallfaltenspeicher oder weitere Speicherkonzepte für den ersten und/oder zweiten Hydrospeicher 3, 4 einsetzbar.
Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, kann das Sperrventil 16 abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs zwischen seiner Offen- und seiner Sperrstellung umgeschaltet werden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel des Federbeins 1 ist es vorgesehen, das Sperrventil 16 durch ein den Betriebszustand des Fahrzeugs beschreibendes Fahrzeugsignal anzusteuern. Das Fahrzeugsignal verursacht das Schließen des Sperrventils 16, wenn erkannt wird, dass das Fahrzeug abgestellt oder geparkt wurde. Es wird sozusagen ein Fahrzeugsignal „abgestelltes Fahrzeug” hervorgerufen, das das Sperrventil 16 schließt. Durch das automatische Schließen des Sperrventils 16 beim Abstellen des Kraftfahrzeuges, wird der Hydraulikzylinder 2 von der Hydraulikfluidversorgung 20 und dem zweiten Hydrospeicher 4 abgetrennt, sodass die das Fahrzeugniveau bestimmende Menge an Hydraulikfluid vermindert wird. Bei in Sperrstellung befindlichem Sperrventil 16 wird das Fahrzeugniveau durch die im Hydraulikzylinder 2 und das im ersten Bereich 14 des ersten Hydrospeichers 3 befindliche Volumen an Hydraulikfluid bestimmt. Da mit dem Hydraulikzylinder 2 eine geringe Menge an Hydraulikfluid verbunden ist als bei geöffnetem Sperrventil 16 sind Niveauänderungen des Fahrzeugniveaus bei Temperaturänderungen auf Grund der Volumenausdehnung des Hydraulikfluids reduziert.
Das Hervorrufen des Fahrzeugsignals „abgestelltes Fahrzeug” und mithin die Erkennung des abgestellten oder geparkten Fahrzeugs kann durch eine oder mehrere der folgenden Ereignisse erfolgen:

– der Motor wird abgestellt,
– die Handbremse wird betätigt,
– ein Automatikgetriebe wird in die Parkstellung gebracht,
– die Zündung wird ausgeschaltet,
– die Fahrertüre wird geöffnet,
– das Fahrzeug wird verschlossen.

Zusätzlich oder alternativ kann das das Sperrventil 16 schließende Fahrzeugsignal erzeugt werden, wenn am Federbein 1 eine Fehlfunktion oder ein Defekt erkannt wurde.

Claims

Aktives hydropneumatisches Federbein (1) insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei das aktive hydropneumatische Federbein (1) zwischen einem Fahrzeugaufbau und einem Radträger angeordnet ist, und einen Hydraulikzylinder (2) und einen ersten Hydrospeicher (3) und wenigstens einen zweiten Hydrospeicher (4) aufweist, die mit dem Hydraulikzylinder (2) über eine Leitungsanordnung (9; 12) hydraulisch verbunden sind, wobei sich in der Leitungsanordnung (9; 12) zwischen Hydraulikzylinder (2) und Hydrospeichern (3; 4) ein Dämpfungsventil (10; 17) und/oder ein Sperrventil (16) befindet und wobei der erste Hydrospeicher (3) über eine erste Verbindungsleitung (9) der Leitungsanordnung (9; 12) mit dem Hydraulikzylinder (2) und der mindestens zweite Hydrospeicher (4) über eine zweite Verbindungsleitung (12) der Leitungsanordnung (9; 12) mit dem Hydraulikzylinder (2) verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (16) in der zweiten Verbindungsleitung (12) angeordnet ist und anhand eines den Betriebszustand beschreibenden Fahrzeugsignals angesteuert und geschlossen wird, wobei bei in Sperrstellung befindlichem Sperrventil (16) der Hydraulikzylinder (2) über die erste Verbindungsleitung (9) mit dem ersten Hydrospeicher (3) verbunden ist.
Aktives hydropneumatisches Federbein (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (16) bei einem Fahrzeugsignal „abgestelltes Fahrzeug” geschlossen wird.
Aktives hydropneumatisches Federbein (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsignal „abgestelltes Fahrzeug” erzeugt wird, wenn der Motor abgestellt und/oder die Handbremse betätigt und/oder der Wählhebel bei einem Automatikgetriebe in die Parkstellung und/oder die Zündung ausgeschaltet und/oder die Fahrertüre geöffnet und/oder das Fahrzeug verschlossen wird.
Aktives hydropneumatisches Federbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (16) bei einem Fahrzeugsignal „Fehler” geschlossen wird, wobei das Fahrzeugsignal „Fehler” erzeugt wird wenn eine Fehlfunktion des aktiven hydropneumatischen Federbeins (1) festgestellt wurde.
Aktives hydropneumatisches Federbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydrospeicher (3) gegenüber dem mindestens zweiten Hydrospeicher (4) ein größeres Volumen aufweist.
Aktives hydropneumatisches Federbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydrospeicher (3) als Membranspeicher und der mindestens zweite Hydrospeicher (4) als Kolbenspeicher ausgeführt ist.
Aktives hydropneumatisches Federbein (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser einer Kolbenstange (8) eines im Hydraulikzylinder (2) angeordneten Kolbens (5) mindestens 89 von 100 Teilen des Rohrinnendurchmessers des Hydraulikzylinders (2) einnimmt.