DE102015200705A1

DE102015200705A1 - Hydropneumatische Federung mit passiv lastabhängiger Dämpfventilverstellung

Info

Publication number: DE102015200705A1
Application number: DE102015200705.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Meyer; Holger Kirchner; Norbert Ackermann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Hydropneumatische Federung, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange zusammen mit einem Kolben eine axiale Hubbewegung ausführt, wobei der Kolben den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum unterteilt, wobei ein druckvorgespannter Ausgleichsraum das von der Kolbenstange verdrängte Volumen kompensiert, wobei die Kolbenstange mit einer Pumpenstange eine Pumpeinrichtung bildet, die an einen druckvorgespannten Vorratsraum angeschlossen ist, wobei ein lastabhängiges Dämpfventil mit einem Ventilkörper mit entgegengesetzt wirksamen druckbeaufschlagten Flächen jeweils an einen der druckvorgespannten Räume angeschlossen ist, wobei der Ventilkörper als eine Hülse ausgeführt ist und die Pumpenstange ein Führungselement für den Ventilkörper bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydropneumatische Federung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2005 010 255 A1 ist eine hydropneumatische Federung mit passiv lastabhängiger Dämpfventilverstellung bekannt. Das Grundprinzip der passiv verstellbaren Dämpfventileinstellung besteht darin, dass Dämpfventil zwei entgegengesetzt ausgerichtete druckbeaufschlagte Flächen aufweist, wobei jeweils eine druckbeaufschlagte Fläche mit jeweils einem separaten Druckspeicher verbunden ist. In Abhängigkeit der auf die Federung einwirkenden Last verändert sich das Druckverhältnis der beiden Druckspeicher zueinander.
In der DE 10 2005 010 255 A1 sind der prinzipielle Aufbau einer derartigen Federung und verschiedene Ausführungsformen des lastabhängig verstellbaren Dämpfventils offenbart, jedoch ausschließlich im Detailierungsgrad eines Prinzipschaubilds.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine konkrete Konstruktion für eine hydropneumatische Federung bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Ventilkörper als eine Hülse ausgeführt ist und die Pumpenstange ein Führungselement für den Ventilkörper bildet.
Der hohle Ventilkörper bietet eine platzsparende Möglichkeit das lastabhängige Dämpfventil in einer hydropneumatischen Federung anzuordnen. Es können eine konventionelle Kolbenstange und eine konventionelle Pumpenstange verwendet werden, so dass auf ausgereifte Bauteile zurückgegriffen werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung trägt der Zylinder ein Dämpfventilgehäuse für den Ventilkörper. Eine Befestigung gleich welcher Art am Zylinder ist vergleichsweise einfach realisierbar.
Eine besonders kompakte und funktional zuverlässige Ausführung wird u. a. dadurch erreicht, dass das Dämpfventilgehäuse eine Sitzfläche für den Ventilkörper aufweist.
Im Hinblick auf eine Grunddämpfung verfügt die hydropneumatische Federung über mindestens ein weiteres Dämpfventil. Dabei ist vorgesehen, dass das Dämpfventilgehäuse ein dem lastabhängigen Dämpfventil parallel geschaltetes Dämpfventil trägt. Es besteht damit die Möglichkeit einer Baueinheit aus lastabhängigen Dämpfventil und einem konventionellen Dämpfventil.
Bevorzugt ist einer der druckvorgespannten Räume zwischen dem Zylinder und einem Zwischenrohr angeordnet, wobei an dem Zwischenrohr endseitig eine Verschlusseinheit angeordnet ist, die einen Aufnahmeraum für eine den Ventilkörper vorspannenden Ventilfeder aufweist. Auch bei dieser Anordnung steht eine einfache und kompakte Bauform im Vordergrund.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Arbeitsräume zum Aufnahmeraum der Verschlusseinheit abgedichtet. Damit kann man das lastabhängig Dämpfventil zumindest in Grenzen überprüfen, bevor die gesamte Federung montiert ist.
Des Weiteren kann eine Abstützfläche für die Ventilfeder in ihrer axialen Position zum Aufnahmeraum verschiebbar ausgeführt sein. Diese Bauform bietet die Möglichkeit das lastabhängige Dämpfventil ggf. in seiner Kennlinie zu korrigieren.
Optional weist der Ventilkörper einen Federteller für die Ventilfeder aufweist. Dadurch kann der Windungsdurchmesser der Ventilfeder deutlich vom Hülsendurchmesser des Ventilkörpers abweichen.
Zudem kann die Pumpenstange mit der Abstützfläche in Wirkverbindung stehen und damit leicht montierbar sein.
Die einzige Figur beschreibt eine hydropneumatische Federung 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zwischen einer Fahrzeugachse und einem Fahrzeugaufbau. Die hydropneumatische Federung in der Bauform eines Schwingungsdämpfers 1 umfasst einen Zylinder 3, in dem eine Kolbenstange 5 zusammen mit einem Kolben 7 eine axiale Hubbewegung ausführt. Der Kolben 7 unterteilt den Zylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9; 11. Das bei einer Hubbewegung der Kolbenstange 5 verdrängte Volumen wird von einem druckvorgespannten Ausgleichsraum 13 kompensiert. Der Ausgleichsraum 13 wird von einem Zwischenrohr 15 begrenzt, das mit dem Zylinder einen Ringraum darstellt, in dem bevorzugt ein gasgefüllter Druckkörper 17 angeordnet ist, um den Ausgleichsraum die notwendige Druckvorspannung zu liefern. Die Kolbenstange 5 ist auf einem in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 11 gerichteten Ende mit einer Sacklochöffnung 19 ausgeführt und bildet mit einer darin eintauchenden Pumpenstange 21 eine Pumpeinrichtung 23. Die Pumpeinrichtung 23 ist über einen zentralen Kanal 25 in der Pumpenstange 21 an einem Vorratsraum 27 angeschlossen, der ebenfalls unter einer Druckvorspannung steht. Somit verfügt der Schwingungsdämpfer über zwei Räume, die jeweils mit Dämpfmedium gefüllt sind und unter einer Druckvorspannung stehen.
Der Kolben verfügt über eine Dämpfventilanordnung, umfassend ein Zugdämpfungsventil 29 und ein Druckdämpfungsventil 31. Bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 5 bzw. des Kolbens 7 ist das Zugdämpfungsventil 29 wirksam, hingegen bei einer Einfahrbewegung erzeugt das Druckdämpfungsventil 31 eine Dämpfkraft.
Des Weiteren trägt der Zylinder 3 ein Dämpfventilgehäuse 33 für ein lastabhängiges Dämpfventil 35. Das lastabhängige Dämpfventil 35 verfügt über einen Ventilkörper 37, der als eine Hülse ausgeführt ist, wobei die Pumpenstange 21 ein Führungselement für den Ventilkörper 37 bildet. Direkt oder mittelbar zentriert die Pumpenstange den Ventilkörper 37 radial zum Dämpfventilgehäuse 33. Das Dämpfventilgehäuse 33 weist eine Sitzfläche 39 für den Ventilkörper 37 auf. Die Sitzfläche 39 wird von einer Stirnseite des Dämpfventilgehäuses 33 gebildet, wobei die Stirnseite zum Kolben 7 ausgerichtet ist.
Der Ventilkörper 37 selbst weist einen rohrförmigen Grundquerschnitt mit einem endseitigen Flansch 41 auf. Ein Ringkanal 43 zwischen dem Ventilkörper 37 und dem Dämpfventilgehäuse 33 bildet eine Strömungsverbindung zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 und dem Ausgleichsraum 13.
Das Dämpfventilgehäuse 33 trägt ferner einen Boden 45, das über ein Bodenventil 47 eine Dämpfkraft bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 5 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 erzeugt. Das Bodenventil 47 ist hydraulisch dem lastabhängigen Dämpfventil 35 parallel geschaltet. Abflussseitig ist das Bodenventil 47 ebenfalls an den Ausgleichsraum 13 angeschlossen.
An dem Zwischenrohr 15 ist eine Verschlusseinheit 49 angeordnet, die den Ausgleichsraum 13 endseitig hydraulisch dicht verschließt. Des Weiteren ist das Dämpfventilgehäuse 33 des lastabhängigen Dämpfventils 35 über den Flansch 41 zwischen einer Stirnseite des Zylinders 3 und einer Stirnfläche der Verschlusseinheit 49 verspannt. Die Verschlusseinheit 49 verfügt über eine zentrale Durchgangsöffnung 51, in der einerseits die Pumpenstange 21 verläuft aber auch der Ventilkörper 37 die Verschlusseinheit 49 durchdringt. Das der Sitzfläche 39 gegenüberliegende Ende des Ventilkörpers 37 verfügt über einen Federteller 53 für eine Ventilfeder 55, die das Dämpfventil 35 in Öffnungsrichtung vorspannt. Die Ventilfeder 55 ist zusammen mit dem Federteller 53 in einem Aufnahmeraum 57 der Verschlusseinheit 49 angeordnet. Dieser Aufnahmeraum 57 ist durch eine Dichtung 59 in der Verschlusseinheit 49 aber auch durch eine Dichtung 61 zwischen der Pumpenstange 21 und dem Ventilkörper 37 sowie einer Dichtung 63 zwischen dem Zwischenrohr 15 und der Verschlusseinheit 49 vom Arbeitsraum 11 und dem Ausgleichsraum 13 hydraulisch dicht abgeschlossen.
Die Ventilfeder 55 ist zwischen dem Federteller 53 und einer Abstützfläche 65, die den Aufnahmeraum 57 axial in Richtung eines Bodens 67 als Teil eines äußeren Behälters 69 abschließt, verspannt. An dieser Abstützfläche 65 ist auch die Pumpenstange 21 befestigt. Über eine Gewindeverbindung 71 zwischen der Abstützfläche 65 und der Verschlusseinheit 49 kann die axiale Position der Abstützfläche 65 variiert werden, um z.B. die Vorspannung der Ventilfeder 55 zu justieren.
Der äußere Behälter 69 begrenzt mit dem Zwischenrohr 15 und der Verschlusseinheit 49 den ringförmigen Vorratsraum 27.
Der Ventilkörper 37 des lastabhängigen Dämpfventils 31 verfügt über eine druckbeaufschlagte Ringfläche 73, deren Querschnitt vom Rohrquerschnitt des Ventilkörpers bestimmt wird. Eine zweite druckbeaufschlagte Fläche 75 bildet der Federteller 53, der über einen Radialkanal 77 in der Verschlusseinheit 49 an den Vorratsraum 27 angeschlossen ist. Folglich wirkt eine resultierende Verstellkraft auf den Ventilkörper 37 des verstellbaren Dämpfventils 35, die aus den beiden gegenläufigen Kräften gebildet wird, nämlich der mechanischen Kraft der Ventilfeder 55, die das Dämpfventil in Öffnungsrichtung bewegt und der hydraulischen Dämpfkräft, die auf die druckbeaufschlagten Flächen 73; 75 am Ventilkörper 37 wirksam sind.
Bei einer Hublage des Schwingungsdämpfers 1 im Bereich der Konstruktionslage, das heißt der Schwingungsdämpfer befindet sich in der optimalen Hublängeneinstellung, ist eine Verbindung 79 zwischen dem Vorratsraum 27 und den Arbeitsräumen 9; 11 über die Pumpenstange 21 und die Pumpeneinrichtung 23 verschlossen. Dann wirkt der Schwingungsdämpfer wie ein konventioneller Schwingungsdämpfer, da das lastabhängige Dämpfventil 35 zumindest teilweise geöffnet ist. Auch bei einer Kolbenstangenposition, die einer Minderbelastung des Schwingungsdämpfers entspricht, so dass die Arbeitsräume 9; 11 über die Pumpeinrichtung 23 mit dem Vorratsraum 27 verbunden sind, ist das verstellbare Dämpfventil 35 in der maximalen Öffnungsposition und dient dann als ein Bypassventil zum Bodenventil 47, so dass eine minimale Dämpfkraft auftritt. Fährt die Kolbenstange über die Konstruktionslage hinaus weiter in den Zylinder 3 ein, dann wirkt nicht nur die Pumpeinrichtung 23 in dem Sinne, dass über diese aus dem Vorratsraum 27 Dämpfmedium in den Zylinder 3 eingepumpt wird, sondern durch den Druck im Arbeitsraum 11 im Verhältnis zur Gegenkraft der Ventilfeder 55 wird das lastabhängige Dämpfventil 35 in eine Schließposition bewegt, so dass dann das Bodenventil 47 im Wesentlichen die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers bestimmt. Bei jeder Ausfahrbewegung der Kolbenstange kann Dämpfmedium aus dem Ausgleichsraum 13 über ein Rückschlagventil 81 als Teil des Bodens in den Arbeitsraum 11 nachströmen. Somit kann durch die Pumpeinrichtung 23 nicht nur eine Ausfahrkraft auf die Kolbenstange 5 erzeugt werden, sondern eine weitere passive Kraft in Form einer lastabhängigen Dämpfkraft genutzt werden.
Bezugszeichenliste

1: hydropneumatische Federung
3: Zylinder
5: Kolbenstange
7: Kolben
9: kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
11: kolbenstangenferner Arbeitsraum
13: Ausgleichsraum
15: Zwischenrohr
17: Druckkörper
19: Sacklochöffnung
21: Pumpenstange
23: Pumpeinrichtung
25: Kanal
27: Vorratsraum
29: Zugdämpfventil
31: Druckdämpfventil
33: Dämpfventilgehäuse
35: lastabhängiges Dämpfventil
37: Ventilkörper
39: Sitzfläche
41: Flansch
43: Ringkanal
45: Boden
47: Bodenventil
49: Verschlusseinheit
51: Durchgangsöffnung
53: Federteller
55: Ventilfeder
57: Aufnahmeraum
59: Dichtung
61: Dichtung
63: Dichtung
65: Abstützfläche
67: Boden
69: äußerer Behälter
71: Gewindeverbindung
73: Ringfläche
75: druckbeaufschlagte Fläche
77: Radialkanal
79: Verbindung
81: Rückschlagventil

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 102005010255 A1 [0002, 0003]

Claims

Hydropneumatische Federung (1), umfassend einen Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) zusammen mit einem Kolben (7) eine axiale Hubbewegung ausführt, wobei der Kolben (7) den Zylinder (3) in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum (9; 11) unterteilt, wobei ein druckvorgespannter Ausgleichsraum (13) das von der Kolbenstange (5) verdrängte Volumen kompensiert, wobei die Kolbenstange (5) mit einer Pumpenstange (21) eine Pumpeinrichtung (23) bildet, die an einen druckvorgespannten Vorratsraum (27) angeschlossen ist, wobei ein lastabhängiges Dämpfventil (35) mit einem Ventilkörper (37) mit entgegengesetzt wirksamen druckbeaufschlagten Flächen (73; 75) jeweils an einen der druckvorgespannten Räume (13; 27) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (37) als eine Hülse ausgeführt ist und die Pumpenstange (21) ein Führungselement für den Ventilkörper (37) bildet.
Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) ein Dämpfventilgehäuse (33) für den Ventilkörper (37) trägt.
Hydropneumatische Federung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfventilgehäuse (33) eine Sitzfläche (39) für den Ventilkörper (37) aufweist.
Hydropneumatische Federung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfventilgehäuse (33) ein dem lastabhängigen Dämpfventil (35) parallel geschaltetes Dämpfventil (47) trägt.
Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der druckvorgespannten Räume (13; 27) zwischen dem Zylinder (3) und einem Zwischenrohr (15) angeordnet ist, wobei an dem Zwischenrohr (15) endseitig eine Verschlusseinheit (49) angeordnet ist, die einen Aufnahmeraum (57) für eine den Ventilkörper (37) vorspannenden Ventilfeder (55) aufweist.
Hydropneumatische Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsräume (9; 11) zum Aufnahmeraum (57) der Verschlusseinheit abgedichtet sind.
Hydropneumatische Federung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstützfläche (65) für die Ventilfeder (55) in ihrer axialen Position zum Aufnahmeraum (57) verschiebbar ausgeführt ist.
Hydropneumatische Federung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (37) einen Federteller (53) für die Ventilfeder (55) aufweist.
Hydropneumatische Federung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenstange (21) mit der Abstützfläche (65) in Wirkverbindung steht.