DE102009045051A1 - Verstellbares Federbein - Google Patents
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Abstract
Verstellbares Federbein, umfassend eine Feder, die zwischen zwei Federtellern verspannt ist, wobei die Vorspannung der Feder über mindestens einen der beiden Federteller, der axial verschiebbar ist, einstellbar ist, indem ein Hydraulikraum einen Kolben aufweist, der mit dem verschiebbaren Federteller in Wirkverbindung steht, wobei der Hydraulikraum mit einem Hydraulikversorgungssystem verbunden ist, mit einem Schwingungsdämpfer, der mindestens einen mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum aufweist, in dem eine Kolbenstange eine axiale Verdrängerbewegung ausführt, wobei ein Ausgleichsraum das von der Kolbenstange verdrängte Dämpfmediumvolumen kompensiert, wobei das Hydraulikversorgungssystem eine Pumpe umfasst, der ein Speicher mit einer Druckvorspannung vorgeschaltet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein verstellbares Federbein gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- Aus der
DE 195 10 032 C2 ist ein verstellbares Federbein bekannt, bei dem ein Federteller des Federbeins mittels eines Elektromotors axial verstellbar ist. Der Elektromotor als Aktuator muss derart dimensioniert sein, dass eine einzelne Feder vorspannbar ist, um die erforderliche Traglast abstützen zu können. Damit ist u. U. ein für den Stromhaushalt eines Fahrzeugs spürbarer Strombedarf verbunden. - Die
DE 10 2005 001 736 B3 beschreibt einen Federträger, bei dem zwei Federn eingesetzt werden. Eine erste Feder sorgt für eine Grundlast und eine zweite Feder stützt dynamische Belastungen ab, die bei einer Federungsbewegung auftreten. Durch die Axialverstellung eines Federtellers für die zweite Feder kann der Energiebedarf des Aktuators reduziert werden. - Die
DE 195 29 580 C2 betrifft ein verstellbares Federbein, bei dem ein Federteller mit einem hydraulisch betätigten Kolben in Wirkverbindung steht. Dazu verfügt das Federbein über eine Hydraulikkammer, die von einer Außenwandung eines Schwingungsdämpfers und einem Außenzylinder, an dem der Federteller befestigt ist, gebildet wird. Der Schwingungsdämpfer stellt ein in sich abgeschlossenes Bauteil dar, das gemäß2 derDE 195 29 580 C2 zwei mit einem hydraulischen Medium gefüllte Arbeitsräume aufweist, denen in Reihe ein mit Gas gefüllter Ausgleichsraum zugeordnet ist. Zwischen dem Ausgleichsraum und einem Hohlraum zur Druckmediumverteilung in die Hydraulikammer ist ein Deckel fixiert. Über die Ausgestaltung der Druckversorgungseinrichtung ist nichts offenbart. - Aufgabe der vorliegenden ist ein verstellbares Federbein zu realisieren, das mit einem vergleichsweise geringen Energiebedarf betreibbar ist.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Hydraulikversorgungssystem eine Pumpe umfasst, der ein Speicher mit einer Druckvorspannung vorgeschaltet ist.
- Die Druckvorspannung übernimmt praktisch einen Traganteil, die die Feder zu leisten hat. Mit der Pumpe muss im Minimum nur noch der Traganteil der Feder bereitgestellt werden, der sich durch die angestrebte Traglast bei einer vorgegebenen Niveaulage eines Fahrzeugs ergibt.
- Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Ausgleichsraum des Schwingungsdämpfers an den Speicher des Hydraulikversorgungssystems angeschlossen ist. Bei verschiedenen Schwingungsdämpferbauformen, insbesondere bei einem so genannten Einrohrschwingungsdämpfer, wird die Dämpfkraft über das Druckniveau im Ausgleichsraum abgestützt. Diese Abstützfunktion übernimmt damit der Speicher.
- Gemäß einem weiteren vorteilhaften Unteranspruch wird die Funktion des Ausgleichsraums und des Speichers von einem einzigen druckvorgespannten Volumen ausgeführt. Daraus folgt, dass das Dämpfmedium im Schwingungsdämpfer mit dem Druckmedium im Hydraulikversorgungssystem identisch ist.
- In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind eine erste Anschlussleitung vom Speicher zum Hydraulikraum und eine zweite Leitung vom Speicher zum Arbeitsraum hydraulisch parallel geschaltet. Gerade dann, wenn die Abstützkraft der Feder größer sein soll, um die die Konstruktionslage einzuhalten, nämlich bei einer Einfederungsbewegung, wird auch über die Kolbenstangenbewegung Dämpfmedium = Druckmedium in den Hydraulikraum gefördert und damit die Vorspannung der Feder durch die Verschiebebewegung des Kolbens im Hydraulikraum vergrößert. Dieser Effekt wirkt sich ebenfalls Energiebedarfs optimierend für das Federbein aus.
- Dieser Effekt kann noch gesteigert werden, wenn ab einer definierten Einfahrposition der Kolbenstange das druckvorgespannte Volumen ein Maximum einnimmt und bei einer weiteren Kolbenstangeneinfahrbewegung das verdrängte Volumen gegen die Kraft der Feder vom sich vergrößernden Hydraulikraum aufgenommen wird. Das Volumen des Speichers kann durch diese Maßnahme auf ein Minimum begrenzt werden.
- Das druckvorgespannte Volumen wird über einen Trennkolben zu einem Vorspannelement separiert. Als Vorspannelement kann z. B. eine Gasfüllung in einem Druckraum dienen.
- Der Trennkolben kann mit einem Anschlag zusammenwirken, der das Maximum des druckvorgespannten Volumens bestimmt. Über diesen Anschlag wird der Umpumpeffekt des Schwingungsdämpfers in den Hydraulikraum eingeleitet.
- Zur Vermeidung von Anschlaggeräuschen wird der Anschlag von einem Federelement, z. B. einem elastischen Kunststoffelement, gebildet.
- Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass in der ersten Anschlussleitung die Pumpe und dazu parallel ein schaltbares Blockierventil angeordnet sind. Das Blockierventil dient dazu, bei Ausfall der Pumpe die Position des verstellbaren Federtellers zu fixieren.
- In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird das schaltbare Blockierventil in die Durchlassrichtung geschaltet, wenn die Energieversorgung für die Pumpe gesichert ist.
- Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
- Die einzige Figur zeigt ein verstellbares Federbein
1 , für eine beliebige Anwendung, mit einem Schwingungsdämpfer3 , der einen Zylinder5 umfasst, in dem eine Kolbenstange7 mit einem Kolben9 eine axiale Betriebsbewegung ausführt. Der Zylinder5 ist vollständig mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllt, wobei der Kolben9 den Zylinder5 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum11 ;13 unterteilt. Im Kolben9 ist pro Bewegungsrichtung mindestens ein Dämpfventil beliebiger Bauart ausgeführt, wobei das Dämpfventil auch willkürlich verstellbar sein kann. Das von der Kolbenstange7 verdrängte Dämpfmediumvolumen wird von einem außerhalb des Zylinders5 befindlichen größenveränderlichen Ausgleichsraum15 kompensiert. - An dem Zylinder
5 ist an einem Boden17 ein Anschlussorgan19 , beispielsweise ein Ringgelenk befestigt. Die Kolbenstange7 steht in ortsfester Wirkverbindung mit einem ersten Federteller21 für eine Feder23 . Ein zweiter Federteller25 verfügt über eine zylinderseitige Abstützung, wobei der zweite Federteller25 axialverschiebbar zum Zylinder5 ausgeführt ist. Der zweite Federteller25 steht in Verbindung mit einem axial beweglichen ringförmigen Kolben27 innerhalb eines Hydraulikraums29 , umschlossen von einem am Zylinder5 fixierten Gehäuse30 , das den Zylinder5 auf einem Längenabschnitt einhüllt. Der Hydraulikraum29 ist mit einem Hydraulikversorgungssystem31 verbunden, das einen Motor33 und eine Pumpe35 umfasst, die über eine erste Anschlussleitung37 aus einem Speicher39 Druckmedium bedarfsgerecht in den Hydraulikraum29 fördert, um eine Verstellbewegung des zweiten Federtellers25 anzusteuern. Über die Verstellbewegung des zweiten Federtellers25 kann die Vorspannung der Feder23 zwischen den beiden Federtellern21 ;25 einer äußeren Belastung angepasst werden, um eine definierte Kolbenstangenposition zu unterstützen. - Der Speicher
39 ist der Pumpe35 vorgeschaltet und verfügt über eine Druckvorspannung. Auch der Ausgleichsraum15 des Schwingungsdämpfers3 ist an den Speicher des Hydrauliksystems31 angeschlossen, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Funktion des Ausgleichsraums15 und die Funktion des Speichers39 für das Hydraulikversorgungssystem31 von einem einzigen druckvorgespannten Volumen ausgeführt wird. Dazu besteht eine zweite Anschlussleitung41 zwischen dem Speicher39 bzw. dem druckvorgespannten Volumen und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum13 des Schwingungsdämpfers3 . Das Dämpfmedium im Schwingungsdämpfer3 und das Druckmedium zur Verstellung des zweiten Federtellers25 sind identische Hydraulikmedien. Im Boden17 des Zylinders5 ist eine Anschlussöffnung43 ausgeführt. Prinzipiell kann der Anschluss auch im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum11 ausgeführt sein. Das druckvorgespannte Volumen wird über einen Trennkolben45 zu einem Vorspannelement separiert. Dieses Vorspannelement kann von einer mechanischen Feder oder auch einem Gasraum47 gebildet werden. - Je nach Auslegung der Größe des Speichers
39 und dem Verhältnis der Druckvorspannung am Trennkolben45 und der Vorspannung der Feder23 zwischen den Federtellern21 ;25 nimmt das druckvorgespannte Volumen bei der definierten Einfahrposition der Kolbenstange7 ein Maximum ein, wobei bei weiterer Kolbenstangenbewegung das Hydraulikmedium über die beiden Anschlussleitungen37 ,41 vom kolbenstangenfernen Arbeitsraum13 in den Hydraulikraum29 gefördert wird. Man kann vorsehen, dass der Trennkolben45 mit einem Anschlag49 außerhalb des druckvorgespannten Volumens bzw. des Ausgleichsraums zusammenwirkt, der das Maximum des druckvorgespannten Volumens bestimmt. Der Energiebedarf für die Pumpe35 wird gesenkt, da die Einfahrbewegung der Kolbenstange auf das Druckmedium eine Pumpbewegung ausübt. Um Anschlaggeräusche zu vermeiden kann der Anschlag49 von einem Federelement, z. B. einer Elastomerfeder gebildet werden. Der Mindestabstand zwischen dem Anschlag49 und dem Trennkolben45 bestimmt sich aus der thermischen Volumenänderung des druckvorgespannten Volumens und dem Volumen im Schwingungsdämpfer3 und den Anschlussleitungen37 ;41 . - Wenn die statische Last, die auf das Federbein
1 wirkt, ein vorbestimmtes Maß überschreitet und das Federbein1 deshalb die Last nicht der angestrebten Niveaulage halten kann, dann kann über die Pumpe35 Hydraulikmedium aus dem Speicher39 in den Hydraulikraum29 gefördert werden. Damit die Pumpe35 nur eine geringere Energie aufnehmen muss, um gegen die Kraft der Feder23 Hydraulikmedium zu fördern, unterstützt die Druckvorspannung über den Trennkolben45 auf das Hydraulikmedium die Förderarbeit. Über den Motor33 an der Pumpe35 muss nur der Druckunterschied zwischen dem Hydraulikraum29 und dem Druck im Speicher39 aufgebracht werden. Sollte der Motor33 und damit die Pumpe35 nicht fördern können, z. B. wegen eines Defekts der Energieversorgung des Motors33 , dann kann das druckvorgespannte Volumen bzw. der Speicher39 über ein schaltbares Blockierventil51 getrennt werden. Dazu ist das Blockierventil51 innerhalb der ersten Anschlussleitung37 der Pumpe35 parallel geschaltet. Sinnvollerweise wird das schaltbare Blockierventil51 nur dann in Durchlassrichtung geschaltet, wenn die Energieversorgung der Pumpe35 gesichert ist. Z. B. durch eine einfache elektrische Reihenschaltung der Pumpe35 zum Blockierventil51 kann diese funktionale Abhängigkeit erreicht werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Federbein
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- Zylinder
- 7
- Kolbenstange
- 9
- Kolben
- 11
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 13
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 15
- Ausgleichsraum
- 17
- Boden
- 19
- Anschlussorgan
- 21
- erster Federteller
- 23
- Feder
- 25
- zweiter Federteller
- 27
- Kolben
- 29
- Hydraulikraum
- 30
- Gehäuse
- 31
- Hydraulikversorgungssystem
- 33
- Motor
- 35
- Pumpe
- 37
- erste Anschlussleitung
- 39
- Speicher
- 41
- zweite Anschlussleitung
- 43
- Anschlussöffnung
- 45
- Trennkolben
- 47
- Gasraum
- 49
- Anschlag
- 51
- Blockierventil
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19510032 C2 [0002]
- DE 102005001736 B3 [0003]
- DE 19529580 C2 [0004, 0004]
Claims (10)
- Verstellbares Federbein (
1 ), umfassend eine Feder (23 ), die zwischen zwei Federtellern (21 ;25 ) verspannt ist, wobei die Vorspannung der Feder (23 ) über mindestens einen der beiden Federteller (25 ), der axial verschiebbar ist, einstellbar ist, indem ein Hydraulikraum (29 ) einen Kolben (27 ) aufweist, der mit dem verschiebbaren Federteller (25 ) in Wirkverbindung steht, wobei der Hydraulikraum (29 ) mit ein Hydraulikversorgungssystem (31 ) verbunden ist, mit einem Schwingungsdämpfer (3 ), der mindestens einen mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum (11 ,13 ) aufweist, in dem eine Kolbenstange (7 ) eine axial Verdrängerbewegung ausführt, wobei ein Ausgleichsraum (15 ) das von der Kolbenstange (7 ) verdrängte Dämpfmediumvolumen kompensiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikversorgungssystem (31 ) eine Pumpe (33 ) umfasst, der ein Speicher (39 ) mit einer Druckvorspannung vorgeschaltet ist. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsraum (
15 ) des Schwingungsdämpfers (3 ) an den Speicher (39 ) des Hydraulikversorgungssystems (31 ) angeschlossen ist. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Ausgleichsraums (
15 ) und des Speichers (39 ) von einem einzigen druckvorgespannten Volumen ausgeführt wird. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Anschlussleitung (
37 ) vom Speicher (39 ) zum Hydraulikraum (29 ) und eine zweite Leitung (41 ) vom Speicher (39 ) zum Arbeitsraum (11 ;13 ) hydraulisch parallel geschaltet sind. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ab einer definierten Einfahrposition der Kolbenstange (
7 ) das druckvorgespannte Volumen ein Maximum einnimmt und bei einer weiteren Kolbenstangeneinfahrbewegung das verdrängte Volumen gegen die Kraft der Feder (23 ) vom sich vergrößernden Hydraulikraum (29 ) aufgenommen wird. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das druckvorgespannte Volumen über einen Trennkolben (
45 ) zu einem Vorspannelement separiert wird. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (
45 ) mit einem Anschlag (49 ) zusammenwirkt, der das Maximum des druckvorgespannten Volumens bestimmt. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (
49 ) von einem Federelement bestimmt wird. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Anschlussleitung (
37 ) die Pumpe (33 ) und dazu parallel ein schaltbares Blockierventil (51 ) angeordnet sind. - Verstellbares Federbein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das schaltbare Blockierventil (
51 ) in die Durchlassrichtung geschaltet wird, wenn die Energieversorgung für die Pumpe (33 ) gesichert ist.
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20111202 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140401 |