-
Die Erfindung betrifft ein selbstpumpendes hydropneumatisches Kolben-Zylinder-Aggregat mit einstellbarer Niveaulage.
-
Die
DE 10 2004 009 224 B3 beschreibt ein selbstpumpendes hydropneumatisches Kolben-Zylinder-Aggregat konventioneller Bauart, bei dem durch die konstruktive Auslegung eine bestimmte Niveaulage vorgegeben ist. Wird diese bestimmte Niveaulage verlassen, dann führt das Kolben-Zylinder-Aggregat eine Pumpfunktion aus, um z. B. den Fahrzeugaufbau anzuheben oder abzusenken, indem ein Hochdruck- und ein Niederdruckraum bei einer Ausfahrbewegung über Strömungsverbindungen miteinander verbunden sind, bis wiederum die bestimmte Niveaulage erreicht ist.
-
Eine Änderung der bestimmten Niveaulage, z. B. bei einer Schlechtwegstrecke oder einer Hochgeschwindigkeitsphase, ist nicht möglich.
-
Die
EP 2 243 645 A1 offenbart ein selbstpumpendes hydropneumatisches Kolben-Zylinder-Aggregat, das auf ein Kolben-Zylinder-Aggregat gemäß der
DE 10 2004 009 224 B3 basiert. Abweichend ist jedoch eine Verstellfunktion bei der Niveaulage möglich. Dazu verfügt das Kolben-Zylinder-Aggregat über einen Aktuator, der eine Hülse innerhalb der Kolbenstange verdreht. Die Hülse verfügt in Richtung der Pumpenstange über eine profilierte Stirnfläche, so dass über den Umfang der Hülse verschiedene Wirklängen der Hülse einstellbar sind. Die Wirklänge der Hülse bestimmt die angestrebte Niveaulage.
-
Dieses Konstruktionsprinzip ist mit mindestens zwei Nachteilen verbunden. So müssen alle Bauteile, die der Verstellfunktion dienen, bei der Montage drehorientiert justiert werden. Wenn z. B. die vom Aktuator angetriebene Hülse in Umfangsrichtung leicht verdreht montiert wird, dann stellt sich auch eine fehlerhaft andere Niveaulage ein.
-
In der
EP 2 243 645 A1 wird darauf hingewiesen, dass ein derartiges Aggregat auch an der Vorderachse eingesetzt werden kann. Bei einer Verwendung an einer lenkbaren Vorderachse führen die mit der Kolbenstange in Wirkverbindung stehende Hülse und eine mit dem Zylinder verbundene Pumpenstange eine rotatorische Relativbewegung aus, die zwangsläufig zu einer Verstellung der angestrebten Niveaulage des Kolben-Zylinder-Aggregats führt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein selbstpumpendes hydropneumatisches Kolben-Zylinder-Aggregat mit einstellbarer Niveaulage derart zu verbessern, so dass die aufgezeigten Nachteile behoben sind.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass über den Aktuator die axiale Position der Pumpenhülse zur Abregelbohrung verstellbar ist.
-
Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Pumpenhülse in Richtung der Abregelbbohrung eine rechtwinklig verlaufende Stirnfläche aufweisen kann. Bei der Montage muss auf keine besondere Ausrichtung der Pumpenhülse zur Pumpenstange geachtet werden. Auch würde sich eine rotatorische Relativbewegung zwischen der Pumpenstange und der Pumpenhülse nicht auf die Niveaulage des Kolben-Zylinder-Aggregats auswirken.
-
Bei einer ersten Ausführungsform ist der Aktuator als ein Drehaktuator ausgeführt und über ein Getriebe wird eine Drehbewegung des Aktuators in eine Axialbewegung der Pumpenhülse umgesetzt.
-
Vorteilhafterweise ist der Aktuator als ein Hohlwellenmotor ausgeführt, der auf der Pumpenhülse aufgesetzt ist. Der Hohlwellenmotor lässt sich in einem Gehäuse anordnen, so dass z. B. ein kolbenstangenseitiges Anschlussauge an dem Gehäuse befestigt werden kann.
-
Alternativ kann der Aktuator von einem Schneckenantrieb gebildet werden. Bei einem Schneckenantrieb kann ein Selbsthemmungseffekt zur Fixierung einer Pumpenhülsenposition genutzt werden.
-
Bei einer weiteren Variante wird der Aktuator von mindestens einem axial wirksamen Stellmagneten gebildet. Man kann auf ein Getriebe für die Pumpenhülse verzichten.
-
Eine Maßnahme zur Minimierung der Stellenergie für den Aktuator besteht darin, dass die Pumpenhülse einen Druckausgleichskanal aufweist, wobei die axial wirksamen druckbeaufschlagten Flächen an der Pumpenhülse derart dimensioniert sind, so dass die Pumpenhülse axial druckausgeglichen ist.
-
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Pumpenhülse mit einem Verstellkolben in Wirkverbindung steht, der eine druckbeaufschlagte Stellfläche aufweist, wobei ein Steuerventil die Druckmediumzufuhr zum Verstellkolben bestimmt. Die Druckzufuhr kann aus dem Kolben-Zylinderaggregat erfolgen, d. h. man benötigt keine Fremdenergie für die Verstellbewegung der Pumpenhülse.
-
Für den Betrieb des Verstellkolbens weist der Pumpenraum eine Strömungsverbindung zum Verstellkolben aufweist. Dadurch ist für die Strömungsverbindung nur ein geringer baulicher Aufwand notwendig.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die druckbeaufschlagte Fläche am Verstellkolben größer als die druckbeaufschlagten Flächen der Pumpenhülse im Pumpenraum und in einem Arbeitsraum.
-
Um möglichst viele Gleichteile mit einem konventionellen selbstpumpenden Kolben-Zylinder-Aggregat verwenden zu können, ist der Aktuator in einem Gehäuse angeordnet, das auf der Kolbenstange befestigt ist.
-
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
-
1 Gesamtdarstellung des Kolben-Zylinder-Aggregats mit einem Hohlwellenmotor
-
2 Schneckenantrieb für die Pumpenhülse
-
3 Spindelantrieb für die Pumpenhülse
-
4 Elektromagnetischer Aktuator für die Pumpenhülse
-
5 Hydraulischer Aktuator für die Pumpenhülse
-
Das in 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Kolben-Zylinder-Aggregat 1 für Kraftfahrzeuge besteht im Wesentlichen aus einem Arbeitszylinder 3, in dem ein Dämpfungskolben 5 am Ende einer hohlen Kolbenstange 7 gleitet. Der Arbeitszylinder 3 ist auf der einen Seite durch eine Stirnwand 9 und auf der anderen Seite durch eine Stangenführung 11 abgeschlossen, durch die die hohle Kolbenstange 7 abgedichtet nach außen tritt. Über die Stirnwand 9 ist das Kolben-Zylinder-Aggregat 1 mittels eines Befestigungsauges 13 an einer Achse des Fahrzeuges und die Kolbenstange 7 mittels eines weiteren, nicht dargestellten Befestigungsauges am Aufbau des Fahrzeuges befestigt. Der Arbeitszylinder 3 ist von einer ringförmigen, zum Teil mit Öl und zum Teil mit Gas gefüllten Ausgleichskammer 15 umgeben, die durch eine Zwischenwand 17 in eine Hochdruckkammer 19 und eine Niederdruckkammer 21 unterteilt ist. Ein Hochdruckgaspolster 23 in der Hochdruckkammer 19 ist von einem Ölraum 25 durch eine Trennwand 27 getrennt. In der Niederdruckkammer sind ein Öl- 29 und ein Niederdruckgaspolster 31 nicht voneinander getrennt. Im völlig abgeregelten, das heißt im nicht hochgepumpten Zustand, herrscht in der Niederdruckkammer 21 der gleiche Druck wie in der Hochdruckkammer 19.
-
Die Niederdruckkammer 21 sowie die Hochdruckkammer 19 sind über Kanäle 33; 35 mit dem Arbeitszylinder verbunden. Der Arbeitszylinder 3 wird vom Dämpfungskolben 5 in zwei Arbeitsräume 37; 39 unterteilt. Dabei besitzt der Dämpfungskolben 5 für die Zug- und Druckstufe Dämpfungsventile 41; 43.
-
Die Niveauregulierung des selbstpumpenden hydropneumatischen Kolben-Zylinder-Aggregats 1 erfolgt über eine zylinderseitig befestigte Pumpenstange 45, welche zusammen mit einer Pumphülse 47 innerhalb der Kolbenstange 7 eine Pumpe bildet. Über ein Einlassventil 49 und ein Auslassventil 51 wird während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges durch die axiale Relativbewegung der Pumpenstange 45 gegenüber der Kolbenstange 7 und der Pumpenhülse 47 Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer 21, durch das Einlassventil 49 und das Auslassventil 51, weiter durch den Ringkanal 52 in den Arbeitsraum 39 und in den Ölraum 25 gefördert. Dabei wird die Pumpenhülse 47 so lange auswärts bewegt, bis ein Bypaß 53 eine Verbindung zwischen einem Pumpenraum 55 der Pumpe und dem unteren Arbeitsraum 39 herstellt.
-
Bei einer Bypassverbindung ist die Pumpwirkung der Pumpe unterbunden. Es regelt sich eine angestrebte Niveauhöhe des Fahrzeuges ein. Bei Entlastung des Fahrzeuges wird die Pumpenhülse 47 zusammen mit der Kolbenstange 7 durch die Gasvorspannung in der Hochdruckkammer 19 weiter auswärts geschoben, bis sich über eine dann offene Abregelbohrung 57 in der Pumpenstange 45 ein Druckausgleich innerhalb des Kolben-Zylinder-Aggregats einstellt, bei der sich anschließend die Kolbenstange 7 mit dem Dämpfungskolben 5 einwärts bewegt.
-
Die Pumphülse 47 verfügt über einen Antriebsabschnitt 59, der mit einem Aktuator 61 in Wirkverbindung steht. Zwischen dem Antriebsabschnitt 59 und der Pumpenhülse 47 liegt eine Querschnittseinschnürung 63 vor, die eine gewisse radiale Elastizität zwischen der Pumpenhülse 47 und dem Antriebsabschnitt 59 bewirkt, um ggf. einen radialen Versatz zwischen der Pumpenhülse 47 und dem Antriebsabschnitt 59 auszugleichen. Der Antriebsabschnitt 59 verfügt über ein Bewegungsgewinde 65, das in ein entsprechendes Gegengewinde 67 eines an der Kolbenstange 7 befestigten Gehäuses 69 eingreift. In dem Gehäuse 69 ist auch der Aktuator 61 angeordnet, der in diesem Fall als Drehaktuator in der Bauform eines Hohlwellenmotors ausgeführt ist. Der Hohlwellenmotor, in der 1 nur prinzipiell dargestellt, wirkt auf eine Hohlwelle 71 mit einem Bewegungsgewinde. Die Hohlwelle 71 ist axial zwischen Lagerscheiben 73; 75 im Gehäuse 69 fixiert. Die Bewegungsgewinde der Hohlwelle 71 und des Antriebsabschnitts 59 der Pumpenhülse 47 bilden dabei ein Getriebe, das jede Drehbewegung der Hohlwelle 71 in eine Axialbewegung der Pumpenhülse 47 umsetzt, so dass über den Aktuator 61 die axiale Position der Pumpenhülse 47 zur Abregelbohrung 57 verstellbar ist. Wird die Pumpenhülse 47 z. B. in Richtung des Aktuators 61 axial verschoben, dann verringert sich eine axial Überdeckung 77 zwischen der Pumpenhülse 47 und der Abregelbohrung 57 und die angestrebte Niveaulage wird abgesenkt. Bei einer entgegengesetzten Verstellbewegung der Pumpenhülse 47 in Richtung der Stirnwand 9 des Arbeitszylinders 3 wird die Überdeckung 77 vergrößert und die Niveaulage angehoben.
-
Das Gehäuse 69 verfügt zudem über einen Befestigungsabschnitt für ein nicht dargestelltes Anschlussorgan, z. B. ein Gelenkauge, an ein abzustützendes Bauteil, z. B. eine Fahrzeugkarosserie.
-
Die 2 zeigt eine Variante, bei der alternativ zum Hohlwellenmotor als Aktuator ein Schneckenantrieb eingesetzt wird. An dem Antriebsabschnitt 59 der Pumpenhülse 47 ist ein Schneckenrad 81 befestigt, das von einer nicht dargestellten Schneckenwelle angetrieben wird. Über die Verbindung Schneckenrad-Schneckenwelle ist ohne Mehraufwand eine axiale Positionsfixierung der Pumpenhülse 47 gewährleistet, da der Schneckenantrieb selbsthemmend ist.
-
Die 3 zeigt, dass als Aktuator 61 auch ein ganz gewöhnlicher Spindelantrieb verwendbar ist, wobei das Gehäuse 69 eine Durchgangsöffnung 83 für die Anbindung an den Antriebsabschnitt 59 aufweist. Diese Lösung bietet sich insbesondere bei einem Anschlussorgan in der Bauform eines allgemein bekannten Stiftgelenks an.
-
In der 4 kommt als Aktuator 61 ein axial wirksamer Stellmagnet 85 zur Anwendung. Der Stellmagnet 85 umfasst in dieser Ausführungsform zwei Magnetspulen 87; 89, jeweils eine Magnetspule für eine Bewegungsrichtung der Pumpenhülse 47. Auf der Pumpenhülse 47 ist ein Magnetanker 91 aufgesetzt, der mit den Magnetspulen 87; 89 die Stellkräfte auf die Pumpenhülse 47 überträgt. Um die Stellkräfte für die Axialbewegung der Pumpenhülse 47 zu minimieren, weist die Pumpenhülse 47 einen Druckausgleichskanal 93 auf. Die axial wirksamen druckbeaufschlagten Flächen 95; 97 an der Pumpenhülse 47 sind derart dimensioniert, so dass die Pumpenhülse 47 axial druckausgeglichen ist. Der Druckausgleichskanal 93 ist an den Pumpenraum 55 angeschlossen.
-
Die 4 zeigt die Pumpenhülse 47 in einer oberen Endstellung, wobei die Pumpenhülse 47 die Magnetspulen 87; 89 axial vollständig durchdringt und einen axialen Längenzuschlag für den Hubweg der Pumpenhülse 47 aufweist.
-
In der 5 übt der Aktuator 61 keine direkte Kraft auf die Pumpenhülse 47 aus, sondern stellt ein Servo-Element in der Bauform eines Steuerventils 95 dar. Dazu steht die Pumpenhülse 47 mit einem Verstellkolben 99 in Wirkverbindung, der endseitig eine druckbeaufschlagte Fläche 101 aufweist. Der Verstellkolben 99 ist in dem Gehäuse 69 geführt, wobei das Gehäuse 69 einen Verstellzylinder bildet. Die druckbeaufschlagte Fläche 101 am Verstellkolben 99 im Verstellzylinder 103 ist größer ausgeführt als die druckbeaufschlagten Flächen der Pumpenhülse 97 (4) im Pumpenraum 47 und im Arbeitsraum 39. In dem Verstellzylinder 103 sind zwei Axialkanäle 105; 107 ausgeführt, wobei ein Axialkanal 105 ein Rückschlagventil 109 aufweist, das in Zuströmrichung in den Verstellzylinder 103 schließt. Zwischen einer Strömungsverbindung 111 in der Pumpenhülse 47 und den Axialkanälen 105; 107 ist das Steuerventil 95 in 3/2-Wegebauweise angeordnet. In einer ersten Schaltstellung ist der Axialkanal 105 mit dem Rückschlagventil 109 an die Strömungsverbindung 111 angeschlossen und der andere Axialkanal 107 ist blockiert. In einer zweiten Schaltstellung ist der Axialkanal 105 mit dem Rückschlagventil 109 gesperrt und der andere Axialkanal 107 ist an die Strömungsverbindung 111 angeschlossen.
-
Soll die Pumpenhülse 47 axial in Richtung der Stirnwand 9 (1) verschoben werden, um ein höhere Niveaulage anzustreben, dann wird das Steuerventil 95 derart verstellt, so dass der Axialkanal 107 hydraulisch gekoppelt und der Axialkanal 105 mit dem Rückschlagventil 109 zu der Strömungsverbindung 111 blockiert ist. Das im Pumpenraum 47 befindliche Druckmedium gelangt über die Strömungsverbindung 111 in den Verstellzylinder 103 und verschiebt die Pumpenhülse 47 aufgrund der größeren druckbeaufschlagten Fläche 101 am Verstellkolben 99 abwärts in Richtung der Stirnwand 9, so dass die Pumpenhülse 47 eine längere axiale Überdeckung 77 ausgehend von einer Stirnfläche 113 bis zur Abregelbohrung 57 aufweist. Eine längere Überdeckung 77 (1) führt zu der gewünschten Anhebung der Niveaulage, da die Pumpphase verlängert ist.
-
Soll die Pumpenhülse 47 in Richtung des Verstellzylinders 103 angehoben werden, also die Überdeckung 77 verkürzt werden, dann wird die Strömungsverbindung 111 mit dem Axialkanal 105, der das Rückschlagventil 109 aufweist, über das Steuerventil 95 verbunden. Bei einer Einfederungsbewegung der Kolbenstange 7 kann das Druckmedium nicht aus dem Verstellzylinder 103 entweichen, es wird aber auch kein Druckmedium zugeführt. Bei einer Ausfahrbewegungbewegung der Kolbenstange 7 bildet sich im Arbeitsraum 39 ein im Vergleich zum Verstellzylinder ein Unterdruck, so dass Druckmedium aus dem Verstellzylinder 103 über das geöffnete Rückschlagventil 109 über den Ringkanal 52 in den Arbeitsraum 39 gesaugt wird. Dadurch bewegt sich der Verstellkolben 99 mit der Pumpenhülse 47 aufwärts, d.h. die besagte Überdeckung 77 zwischen der Pumpenhülse 47 und der Abregelbohrung 57 reduziert wird. Folglich sinkt auch die vorgesehene Niveaulage des Kolben-Zylinder-Aggregats 1.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kolben-Zylinder-Aggregat
- 3
- Arbeitszylinder
- 5
- Dämpfungskolben
- 7
- Kolbenstange
- 9
- Stirnwand
- 11
- Stangenführung
- 13
- Befestigungsauge
- 15
- Ausgleichskammer
- 17
- Zwischenwand
- 19
- Hochdruckkammer
- 21
- Niederdruckkammer
- 23
- Hochdruckgaspolster
- 25
- Ölraum
- 27
- Trennwand
- 29
- Ölpolster
- 31
- Niederdruckgaspolster
- 33, 35
- Kanäle
- 37, 39
- Arbeitsräume
- 41, 43
- Dämpfungsventile
- 45
- Pumpenstange
- 47
- Pumpenhülse
- 49
- Einlassventil
- 51
- Auslassventil
- 52
- Ringkanal
- 53
- Bypass
- 55
- Pumpenraum
- 57
- Abregelbohrung
- 59
- Antriebsabschnitt
- 61
- Aktuator
- 63
- Querschnittseinschnürung
- 65
- Bewegungsgewinde
- 67
- Gegengewinde
- 69
- Gehäuse
- 71
- Hohlwelle
- 73, 75
- Lagerscheiben
- 77
- Überdeckung
- 79
- Befestigungsabschnitt
- 81
- Schneckenrad
- 83
- Durchgangsöffnung
- 85
- Stellmagnet
- 87, 89
- Magnetspule
- 91
- Magnetanker
- 93
- Druckausgleichskammer
- 95
- Steuerventil
- 97
- druckbeaufschlagte Fläche
- 99
- Verstellkolben
- 101
- druckbeaufschlagte Fläche
- 103
- Verstellzylinder
- 105,
- 107 Axialkanäle
- 109
- Rückschlagventil
- 111
- Strömungsverbindung
- 113
- Stirnfläche
-
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 102004009224 B3 [0002, 0004]
- EP 2243645 A1 [0004, 0006]
