-
Die Erfindung betrifft ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Aus der
DE 10 2008 032 950 B3 ist ein hydropneumatisches Federbein bekannt, das die Einstellung von zwei Zielniveaulagen ermöglicht. Dazu verfügt das Federbein über einen ersten Kanal zwischen einem Niederdruckraum und einem Hochdruckraum mit einer ersten Anschlussöffnung und einen zweiten Kanal zwischen diesen beiden Räumen mit einer zweiten Anschlussöffnung, wobei zwischen den beiden Anschlussöffnungen auf einer Längsachse einer Pumpenstange ein axialer Abstand besteht, der für den Höhenunterschied zwischen den beiden Niveaulagen bestimmend ist.
-
Über ein Sperrventil kann festgelegt werden, welche Niveaulage vorgesehen ist. Ein Parameter kann z. B. die Fahrgeschwindigkeit sein, um z. B. bei höheren Geschwindigkeiten eine Fahrzeugabsenkung zu erreichen. Andererseits kann man z. B. für ein Nutzfahrzeug vorsehen, dass für eine Be-oder Entladung eine Absenkung der Niveaulage sinnvoll ist. Bei Sportwagen wird teilweise eine Anhebung des Fahrzeugaufbaus bei niedrigen Geschwindigkeiten erwünscht.
-
Das Aggregat stößt jedoch dann an die konstruktiven Grenzen, wenn das Federbein an einer Fahrzeugachse einen größeren Abstand zum Radaufstandspunkt aufweist. Dann muss bei der Berechnung der erforderlichen Federkraft ein sogenanntes Übersetzungsverhältnis berücksichtigt werden. Das Übersetzungsverhältnis beschreibt die Länge des Radhebelarms zum Dämpferhebelarm in einer Fahrzeugachse. In die Gleichung der Feder- und Dämpfkraftberechnung geht das Übersetzungsverhältnis, das in der Regel größer ist als 1, quadratisch ein. Dieser mathematische Zusammenhang führt zu einer extremen Drückerhöhung im Hochdruckraum, wenn ein nennenswertes Übersetzungsverhältnis auftritt. Ein vergleichbares Problem tritt dann auf, wenn große Kolbenstangenstellwege gefordert werden.
-
Dieser Effekt ist mit einer herkömmlichen Schraubendruckfeder sehr einfach zu beherrschen, jedoch nicht mit einem selbstpumpenden hydropneumatischen Federbein.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das gattungsgemäße Federbein derart weiterzuentwickeln, dass es auch bei einem signifikanten Übersetzungsverhältnis und/oder großen Kolbenstangenstellwegen einsetzbar ist.
-
Die Aufgabe wird dadurch gelöst dass das Federbein einen Federteller für eine Tragfeder mit einer über die Arbeitsbewegung der Verdrängerstange betriebenen Verschiebeeinrichtung aufweist.
-
Ein Teil der Traglast des Federbeins wird von einer zusätzlichen Tragfeder übernommen, die durch die Verstellung des Federtellers in ihrem Tragkraftanteil einstellbar ist. Dabei kann auf Fremdenergie für die Verschiebeeinrichtung verzichtet werden. Mit dem verstellbaren Federteller für eine mechanische Tragfeder kann das Federbein auch bei einem ungünstigen Übersetzungsverhältnis, wie es u. a. auch bei Motorrädern an der Hinterachse vorkommt, eingesetzt werden, ohne das die Druckbelastungsgrenzen überschritten werden.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Verschiebeeinrichtung an den Hochdruckbereich angeschlossen. Damit steht ein ausreichendes Druckniveau zur Verfügung, das auch für größere Radlasten geeignet ist.
-
Im Hinblick auf eine möglichst freie Dimensionierung der Komponenten, die für die Gasfeder und für die Verschiebeeinrichtung wirken, wird eine maximale Ausfahrposition der Verschiebeeinrichtung durch einen Anschlag begrenzt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann der Anschlag auch elastisch ausgeführt sein, um einerseits Anschlaggeräusche zu minimieren und einen weiteren Federweg bereitzustellen, der z. B. dann wirksam wird, wenn sich das Arbeitsmedium innerhalb der Verschiebeeinrichtung aufgrund einer Erwärmung ausdehnt und damit einer Drucksteigerung ausgesetzt wäre, die nun von dem elastischen Anschlag kompensiert wird.
-
Aus demselben Grund wird eine maximale Einfahrposition durch einen Anschlag begrenzt. Über die Begrenzung der maximalen Einfahrposition kann der Traglastanteil der Kolbenstange ausgenutzt werden, indem man die Gasfeder stärker vorspannt und damit das positive Eigenfrequenzverhalten des Federbeins weiterhin zur Verfügung steht. Auch der zweite Anschlag kann elastisch ausgeführt sein, um ein Anschlaggeräusch bei einer raschen Einfahrbewegung des Ringkolbens in den Ringzylinder der Verschiebeeinrichtung zu verhindern.
-
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist ein Rückfluss von Betriebsmedium aus der Verschiebeeinrichtung in den Hochdruckbereich durch ein Rückschlagventil blockiert. Es soll verhindert werden, dass bei einer Ein- oder Ausfederungsbewegung des Federbeins und einer gleichzeitigen Absenkung des Federtellerniveaus Druckmedium aus der Verschiebeeinrichtung zurück in den Hochdruckbereich gefördert wird. Bei einer Ausführungsform weist das Rückschlagventil auch in der Blockierposition einen wirksamen Restquerschnitt auf. Der Restquerschnitt dient einzig der Vermeidung eines überhöhten Spitzendrucks, jedoch nicht um nennenswerte Volumenströme zuzulassen. Deshalb ist der Begriff „Blockierposition“ sinnvoll, auch wenn keine vollständige Blockierfunktion gewünscht ist.
-
Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Ventileinrichtung als ein 3/2-Wegeventil ausgeführt ist. Grundsätzlich wäre auch der Einsatz von jeweils einem Blockierventil in den beiden Kanalsystemen möglich, doch bietet diese Variante einen Bauraumvorteil und vereinfacht die Verlegung der Kanalsysteme im Federbein.
-
Man kann das Rückschlagventil auch direkt in der Ventileinrichtung anordnen, um die Ventileinrichtung insgesamt zu vereinfachen.
-
Um den Federteller möglichst schnell und ohne Fremdenergie absenken zu können, ist eine Rücklaufleitung der Verschiebeeinrichtung an das Kanalsystem für die niedrigere Niveaulage angeschlossen.
-
Optional kann vorgesehen sein, dass das zweite Kanalsystem mit einem Rückschlagventil bestückt ist, das in Strömungsrichtung ausgehend vom kolbenstangenfernen Arbeitsraum zur Verschiebeeinrichtung öffnet und in Gegenrichtung schließt. Ein derartiges Rückschlagventil sorgt stets für definierte Strömungsabläufe innerhalb des Federbeins, insbesondere bei komplexen Überlagerungen aus Laständerung, Federwegen und Schaltstellungen der Ventileinrichtung zur Steuerung des Federbeins.
-
Anhand der folgenden Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
- 1 - 5 Hydropneumatisches Federbein in verschiedenen Niveaulagen
- 6 Federbein nach 1 mit zusätzlichem Rückschlagventil im Kanalsystem
- 7 Detaildarstellung zur Ventileinrichtung nach der 1 - 6
- 8 Detaildarstellung zu Anschlägen nach der 1 - 6
-
Die 1 bis 4 zeigen ein hydropneumatisches selbstpumpendes Federbein 1 in verschiedenen Niveaulagen. Das Federbein 1 umfasst einen vollständig mit Arbeitsmedium gefüllten Arbeitszylinder 3, der von einem mit Dämpfventilen bestückten Kolben 5 an einer Kolbenstange 7 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9; 11 unterteilt wird. Der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 9 wird von einer Kolbenstangenführung 13 abgeschlossen. Ein Boden 15 begrenzt den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11.
-
Der Arbeitszylinder 3 wird von einem Behälter 17 umschlossen, wobei zwischen dem Arbeitszylinder 3 und dem Behälter 17 ein durch eine Ringscheibe 19 axial zweigeteilter Ringraum vorliegt.
-
Die Kolbenstange 7 ist mit einer in Richtung des Bodens 15 offenen Hohlkammer 21 ausgeführt, in die eine am Boden 15 fixierte Pumpenstange 23 auch bei maximaler Ausfahrposition der Kolbenstange 7 eingreift. Die Kolbenstange 7 und die Pumpenstange 23 bilden eine Pumpeinrichtung, wobei die Hohlkammer 21 die Pumpenkammer und die Pumpenstange 23 einen Pumpenkolben bilden.
-
Die Pumpenkammer
21 ist über eine Saugleitung
25, die zwei Rückschlagventile
27; 29 aufweist, mit einem Niederdruckbereich
30 verbunden. Der Niederdruckbereich
30 ist mit Arbeitsmedium gefüllt, das unter einer Gasvorspannung steht, und erstreckt sich zwischen dem äußeren Ringbereich des Bodens
15 und der Ringscheibe
19. In Richtung des Arbeitszylinders
3 ist ein Trennzylinder
31 zwischen dem Boden
15 und der Ringscheibe
19 verspannt, so dass ein Ringkanal
33 zwischen dem Boden
15 und einem Ringraumbereich oberhalb der Ringscheibe
19 besteht. In diesem Ringraumbereich ist beispielhaft eine Membranhülse
35 fixiert, die mit dem Behälter
17 einen gasgefüllten Druckraum
37 bildet. Ein innerer Ringraumbereich
39 ist vollständig mit Arbeitsmedium gefüllt und bildet einen Ausgleichsraum für die Kolbenstange. Grundsätzlich könnte der Druckraum
37 auch über alternative Mittel vorgespannt werden, z. B. über einen Gasbag wie er aus der
DE 198 35 222 A1 bekannt ist.
-
Im dem Arbeitszylinder 3 sind bodennah zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 und dem Ringkanal 33 mehrere Anschlussöffnungen 41 ausgeführt, so dass das Volumen aus dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 in den inneren Ringraumbereich 39 verdrängt werden kann. Der kolbenstangenseitige und der kolbenstangenferne Arbeitsraum 9; 11 sowie der Ringkanal 33 und der innere Ringraumbereich 39 bilden einen Hochdruckbereich.
-
Die Pumpenstange 23 verfügt über zwei axial beabstandete Anschlussöffnungen 43; 45, die hubabhängig von einer Steuerhülse 46 als Teil der Kolbenstange 7 abgedeckt werden können. Eine erste obere Anschlussöffnung 43 ist an das Kanalsystem der Saugleitung 25 zum Niederdruckbereich 30 angeschlossen und definiert eine obere Konstruktionslage, die bei einer variablen Beladung eingehalten werden soll. Die erste Anschlussöffnung und die Saugleitung bilden ein erstes Kanalsystem 47.
-
Eine zweite unterer Anschlussöffnung 45 steht für eine zweite Konstruktionslage, die ebenfalls bei einer variablen Beladung eingenommen werden soll. Auch diese Anschlussöffnung 45 verbindet den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 über ein zweites Kanalsystem 49, 61 mit dem Niederdruckbereich 30. In dem zweiten Kanalsystem 49 ist eine Ventileinrichtung 51 mit den Schaltstellungen „a“ und „b“ angeordnet, über die das zweite Kanalsystem 49, 61 willkürlich mit dem Niederdruckbereich 30 verbunden oder getrennt werden kann.
-
Hydraulisch parallel zu der Ventileinrichtung 51 besteht ein dritter Kanal 53 zu einer Verschiebeeinrichtung 55, die einen axial verstellbaren Federteller 57 für eine Tragfeder 59 umfasst. Der dritte Kanal 53 ist an das zweite Kanalsystem 49 angeschlossen. Der dritte Kanal 53 wird während des Verstellbetriebs in zwei Richtungen durchströmt, ausgehend vom Arbeitsraum 11, um den Federteller 57 anzuheben und für den Rückstrom aus der Verschiebeeinrichtung 55 durch die Ventileinrichtung 51 in den Niederdruckbereich 30. Ein vierter Kanal 61 bildet eine Rücklaufleitung von der Ventileinrichtung 51 zum Niederdruckbereich 30. Dieser Kanal ist abhängig von der Schaltstellung der Ventileinrichtung 51, die als ein 3/2-Wegeventil ausgeführt ist.
-
Ein Rückstrom über den vierten Kanal 61 ist nicht möglich, da der Hochdruckbereich stets mindestens denselben Druck aufweist wie der Niederdruckbereich.
-
Ein fünfter Kanal 77 verbindet den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 mit der Ventileinrichtung 51 bedingt durch eine Rückschlagventilfunktion in der Ventileinrichtung 51 kann der fünfte Kanal 77 nur einseitig vom kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 zur Verschiebeeinrichtung 55 durchströmt werden.
-
Wenn sich das Federbein in der in 1 dargestellten Position befindet, d. h. die Anschlussöffnung 43 ist offen, dann sind der Niederdruckbereich 30 und der Hochdruckbereich, kolbenstangenferner Arbeitsraum 11 und Ringraum 39, miteinander über die Saugleitung 25 verbunden. Würde man die Position der Kolbenstange fixieren, dann könnten sich die Druckniveaus des Niederdruckbereichs 30 und des Hochdruckbereichs angleichen. In der Praxis kommt dieser Zustand nur dynamisch (kurzzeitig) oder genau statisch bei einer Entladung/Entlastung des Federbeins vor.
-
Wenn die Verbindung zwischen den beiden Druckbereichen offen ist, dann sinkt durch den Druckabbau im Hochdruckbereich auch die Stützkraft auf den Kolbenstangenquerschnitt. Folglich fährt die Kolbenstange ein und verschließt dabei die Anschlussöffnung 43. Dann stellt sich wieder ein Druckunterschied zwischen dem Niederdruckbereich und dem Hochdruckbereich ein, der bei einer Einfahr- oder Einfederungsbewegung noch gesteigert wird.
-
Die Verschiebeeinrichtung 55 umfasst einen Ringzylinder 63, der an dem äußeren Behälter 17 fixiert ist. In dem Ringzylinder 63 ist ein Ringkolben 65 axial verschiebbar und abgedichtet geführt. Eine obere Deckfläche des Ringkolbens bildet den Federteller 57 für die Tragfeder 59.
-
Ein erster behälterseitiger Anschlag 67 bestimmt eine maximale Ausfahrposition des Federtellers 57 bzw. des Ringkolbens 65. Ein zweiter Anschlag 69, der z. B. von einer Stirnfläche des Ringzylinders 63 gebildet wird, begrenzt eine maximale Einfahrposition des Ringkolbens 65 im Ringzylinder 63. Die maximale Einfahrposition kann aber auch im Ringzylinder durch entsprechende Maßnahmen begrenzt werden.
-
Die Tragfeder 59 verfügt im unbeladenen Zustand eines Fahrzeugs über einen Traganteil, der deutlich größer ist als der Traganteil der Kolbenstange mit der Gasfeder im Hochdruckbereich. Der geringere Traganteil der Gasfeder auf die Kolbenstange ergibt sich allein aufgrund der deutlich kleineren Tragfläche gleich Querschnittsfläche der Kolbenstange 7 im Vergleich zur druckbeaufschlagten Fläche des Ringkolbens 65 der Verschiebeeinrichtung 55. In der Position gemäß 1, bei der sich die Kolbenstange 7 oberhalb ein oberen Niveaulage befindet, kann das Verhältnis der Tragkraft der Kolbenstange 7 zur Tragfeder 59 durchaus 1: 5 sein, d. h. die Tragkraft der Tragfeder 59 ist fünfmal größer als die Tragkraft der Kolbenstange 7 in Verbindung mit dem Druck im Druckraum 37.
-
Unabhängig von der Schaltstellung der Ventileinrichtung 51 wird bei dieser Kolbenstangenposition Arbeitsmedium über die erste Anschlussöffnung 43 in den Saugkanal 25 und weiter vorbei an dem Rückschlagventil 29, das nicht vollständig schließt, in den Niederdruckbereich 30 zurückfließen. Bleibt der Kolben 5 nach der Einfahrbewegung oberhalb der ersten Anschlussöffnung 43, dann wird keine Pumpfunktion ausgeübt, da der Pumpenraum 21 mit dem Hochdruckbereich über eine Bypassnut 71 in Verbindung steht.
-
Parallel dazu wird der Ringzylinder 63 der Verschiebeeinrichtung 55 über das zweite Kanalsystem 49 und bei einer Schaltstellung „b“ der Ventileinrichtung über den fünften Kanal 77 mit Arbeitsmedium versorgt. Aufgrund der Dimensionierung des Kolbenstangenquerschnitts im Verhältnis zum Ringkolbenquerschnitt wird die Verschiebeeinrichtung 55 bevorzugt mit Arbeitsmedium gefüllt. Deshalb befindet sich der Federteller 57 bei einer Hubbewegung des Kolbens 5 oberhalb der ersten Anschlussöffnung 43 stets am ersten Anschlag 67.
-
Die 2 zeigt das identische Federbein 1 nach 1 in einer Hublage des Kolbens 5 zwischen den beiden Anschlussöffnungen 43; 45. Die Ventileinrichtung 51 befindet sich in der Schaltstellung „b“. Die Pumpeinrichtung fördert Arbeitsmedium aus dem Niederdruckbereich 30 in den Hochdruckbereich 11; 39 und hebt die Kolbenstange 7 wieder an, bis die Bypassnut 71 wieder offen ist. Der Druckunterschied zwischen dem Hochdruckbereich 11; 39 und dem Ringzylinder 63 sorgt für eine Ausfahrbewegung des Federtellers 57. Dabei wird direkt über das zweite Kanalsystem 49 und über den fünften Kanal 77, 53 Arbeitsmedium in die Verstelleinrichtung 55 gefördert.
-
Die Ventileinrichtung 51 befindet sich bei identischen Kolbenstangenpositionen wie in Figur 2 für die weitere Beschreibung gemäß 3 in der Schaltstellung „a“. Der Hochdruckbereich 11; 39 und der Niederdruckbereich 30 sind nun mit einander über das zweite Kanalsystem 49 und den vierten Kanal 61 verbunden. Der kolbenstangenferne Arbeitsraum 11 ist einerseits mit der zweiten Anschlussöffnung 45 über das zweite Kanalsystem 49 an den Niederdruckbereich 30 und über die bodennahen Anschlussöffnungen 41 mit dem Hochdruckbereich 39 verbunden. Es findet eine Druckabsenkung des Hockdruckbereichs zum Niederdruckbereich 30 statt. Dadurch sinkt die Kolbenstange 7 ein, bis die Kolbenstange die zweite Anschlussöffnung 45 erreicht hat. Ist die zweite Anschlussöffnung 45 abgedeckt, dann ist die Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich blockiert und es findet keine weitere Druckabsenkung statt. Aber es fließt weiterhin Öl aus der Ventileinrichtung über die Kanäle 53, 61 in den Niederdruckbereich 30 zurück bis der Ringtrennkolben 65 seinen zweiten Anschlag 55 erreicht hat. Es kann sich also, je nach Beladung, eine Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckbreich 11, 39 und dem Niederdruckbereich 30 einstellen. Die zweite Anschlussöffnung 45 bestimmt damit die zweite untere Niveaulage. Folglich kann durch die Ventileinrichtung 51 willkürlich zwischen den beiden Niveaulagen, bestimmt durch die Positionen der Anschlussöffnungen 43; 45, gewechselt werden.
-
Bei einer Einfederungsbewegung der Kolbenstange 7 wird Arbeitsmedium über die geöffnete zweite Anschlussöffnung 45 und das geöffnete 3/2-Wegeventil 51 gemäß Schaltstellung „a“ einerseits in den Niederdruckbereich 30 und weiterhin in die Verschiebeeinrichtung 55 gefördert. Die Pumpeinrichtung 7; 21; 23 führt bei einer Ausfahrbewegung zwar eine Pumpfunktion aus, doch wird das Pumpvolumen gleich wieder in den Niederdruckbereich 30 gefördert, da der Niederdruckbereich 30 und der Hochdruckbereich 11; 39 über das zweite Kanalsystem 49 miteinander verbunden sind.
-
Die 4 zeigt das Federbein 1 in seiner zweiten, der unterer Niveaulage in Verbindung mit der Ventileinrichtung 51 in der Schaltstellung „a“. Bei jeder Einfederungsbewegung wird auch der Ringkolben 65 der Verschiebeeinrichtung 55 in dem Ringzylinder 63 angeströmt, solange die zweite Anschlussöffnung 45 und damit das zweite Kanalsystem 49 offen sind. Das Arbeitsmedium kann über den dritten Kanal 53 in die Verschiebeeinrichtung 55 gefördert werden. Ist die zweite Anschlussöffnung 45 durch die Kolbenstangenposition in Verbindung mit der Schaltstellung „a“ geschlossen, dann wird die Verschiebeeinrichtung 55 nicht mehr mit Arbeitsmedium versorgt. Ein Rückfluss aus der Verschiebeeinrichtung 55 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 kann nicht erfolgen, da die zweite Anschlussöffnung 45 auch bei einer Einfederungsbewegung über die zweite Anschlussöffnung 45 hinaus in Richtung des Bodens 15 permanent verschlossen wäre. Es könnte jedoch Arbeitsmedium über den dritten Kanal 53 und durch die Ventileinrichtung 51 und den vierten Kanal 61 aus der Verschiebeeinrichtung 55 in den Niederdruckraum 30 entweichen, da bei einer Einfederungsbewegung auch die Tragfeder 59 stärker vorgespannt wird, die Vorspannung über den Ringkolben 65 auf das Druckmedium übertragen wird, das deshalb den Druckausgleich mit dem Niederdruckraum 30 verursacht. Ein Rückfluss aus der Verschiebeeinrichtung 55 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 ist in der Schaltstellung „a“ blockiert.
-
Die Pumpfunktion der Pumpeinrichtung steht weiter zur Verfügung, so dass aus dem Niederdruckbereich 30 über die Saugleitung 25 und die Pumpenkammer 21 und einer Füllleitung 73 in der Kolbenstange 7 Arbeitsmedium in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 gefördert werden kann, bis die zweite Anschlussöffnung 45 wieder freigegeben ist.
-
Bei einer weiteren Beladung des Federbein, wird sich der Anteil der Federrate der Gasfeder 37 für die Tragkraft der Kolbenstange 7 im Verhältnis zur Tragfeder 59 erhöhen, da der Druck im Hochdruckbereich steigt, der Druck im Ringzylinder 63 jedoch nicht, da der Ringzylinder weder über den zweiten noch über den fünften Kanal 49; 77 mit Arbeitsmedium versorgt werden kann. Damit kann die Eigenfrequenz des Federbeins konstant gehalten werden.
-
Die 5 zeigt das Federbein 1 in der Niveaulage gemäß der 3, jedoch mit der Ventileinrichtung 51 in der Schaltstellung „b“, bei der die Verbindung zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 und dem Niederdruckbereich 30 über das zweite Kanalsystem 49 verschlossen ist. In Gegenströmungsrichtung kann aus dem Ringzylinder 63 kein Arbeitsmedium über das zweite Kanalsystem 49 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 nachgefördert werden, solange sich der Kolben 5 unterhalb der zweiten Anschlussöffnung 45 befindet.
-
Bei einer Einfederungsbewegung wird Druckmedium aus dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 durch den fünften Kanal 77 über die Ventileinrichtung 51 in die Verschiebeeinrichtung 55 gefördert. Es wird jedoch parallel dazu eine Pumpfunktion ausgeführt, bei der Arbeitsmedium aus dem Niederdruckbereich 30 in den Hochdruckbereich gefördert wird. Die Pumpfunktion ist im Hubbereich der Kolbenstange 7 zwischen der zweiten Anschlussöffnung 45 und dem Boden 15 stets wirksam.
-
Bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 7 kann kein Arbeitsmedium aus der Verschiebeeinrichtung 55 in den Niederdruckbereich 30 oder in den Hochdruckbereich zurückfließen. Der Rückfluss über das zweite Kanalsystem 49 ist solange gesperrt wie die zweite Anschlussöffnung 45 abgedeckt ist und der Rückfluss über den fünften Kanal 77 durch eine Rückschlagventilfunktion innerhalb der Ventileinrichtung 51 verhindert wird. Auch ein Rückfluss in den Niederdruckraum 30 ist nicht möglich. Damit ist die Verstelleinrichtung 55 in Einfahrrichtung hydraulisch blockiert.
-
Die 6 zeigt eine Abwandlung des Federbeins 1 nach 1. Grundsätzlich werden die Volumenströme innerhalb des Federbeins 1 durch die Belastung, die Ventilstellung der Ventileinrichtung 51 und die Federungsbewegungen der Kolbenstange 7 bestimmt.
-
Einfache Grundprinzipien des Federbeins 1 bestehen z. B. darin, dass der Federteller 57 in Verbindung mit der Schaltstellung „b“ der Ventileinrichtung 51 am ersten Anschlag 67 und in der Schaltstellung „a“ am zweiten Anschlag 69 anliegt, da die Verschiebeeinrichtung 55 dann am Niederdruckbereich 30 angeschlossen ist.
-
Aufgrund der Druckverhältnisse im Hochdruckbereich und in der Verschiebeeinrichtung 55 sollte sichergestellt sein, dass in der Schaltstellung „b“ der Ventileinrichtung 51 kein Arbeitsmedium aus der Verschiebeeinrichtung 55 in den Hochdruckbereich zurückfließen kann. Diese Frage stellt sich insbesondere dann, wenn sich die Kolbenstange zwischen den beiden Anschlussöffnungen 43; 45 befindet.
-
Es kann aber sein, dass sich die Belastung des Federbeins 1 ändert, insbesondere reduziert, zeitgleich eine Ausfederungsbewegung stattfindet und sich ggf. noch die Schaltstellung der Ventileinrichtung 51 ändert. Dadurch könnten schwer bestimmbare Volumenströme auftreten. Um stets die Volumenströme gezielt lenken zu können, verfügt das zweite Kanalsystem 49 über ein Rückschlagventil 79, das in Strömungsrichtung vom kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 in Richtung der Verschiebeeinrichtung 55 öffnet und in Gegenrichtung schließt. Dann ist ein zwingend festgelegter Zusammenhang zwischen den Schaltstellungen der Ventileinrichtung 51 und der Verschiebeeinrichtung 55 gegeben. Folglich kann dann in der Schaltstellung „b“ der Ventileinrichtung 51 unter keinen Umständen Arbeitsmedium aus der Verschiebeeinrichtung 55 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 zurückfließen.
-
Sollte sich die Kolbenstange 7 unterhalb der zweiten Anschlussöffnung 45 und sich die Ventileinrichtung 51 die Schaltstellung „b“ befinden, dann nimmt die Verschiebeeinrichtung 55 die maximale Ausfahrposition am ersten Anschlag 67 ein. Dadurch ist das Arbeitsmediumvolumen innerhalb des zweiten Kanalsystems 49, des dritten Kanals 53 und des Ringzylinders 63 eingeschlossen. Eine Temperaturerhöhung während des Betriebs des Federbeins 1 würde zu einer deutlichen Drucksteigerung innerhalb dieses Arbeitsmediumvolumens führen.
-
Eine Möglichkeit das Problem der Drucksteigerung zu beherrschen könnte z. B. darin bestehen, dass man den ersten Anschlag 67 derart ausführt, dass die normalen Spitzenbelastungen aufgenommen werden und der erste Anschlag 67 seine bestimmungsgemäße Ausfahrposition einnimmt. Wenn der Anschlag 67 z. B. von einer Feder abgestützt wird oder selbst aus einem elastischen Material besteht, dann könnten auch darüber hinausgehende Belastungen kompensiert werden, indem der Ringkolben 65 etwas weiter ausfährt und dabei die Elastizität des Anschlags 67 ausnutzt.
-
Alternativ kann man auch vorsehen, dass das Rückschlagventil 75 nicht hermetisch schließt, sondern auch in der Schließposition einen kleinen Restquerschnitt 81 offen lässt, der für einen Ausgleich z. B. einer thermisch bedingten Spitzenlast sorgt.
-
Eine weitere Variante könnte z. B. darin bestehen, dass das Rückschlagventil 75 vom Eingangsdruck in den Kanalsystemen 49; 53 gesteuert wird und bei einer Spitzenlast das Rückschlagventil 75 etwas öffnet und damit den fünften Kanal 77 über einen kleinen Restquerschnitt zum kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 freigibt, der wiederum an den Ringraumbereich 39 und damit an den elastischen Druckraum 37 angeschlossen ist.
-
Die 7 zeigt zum besseren Verständnis einen Ausschnitt der Ventileinrichtung 51 mit einem Rückschlagventil 75 ohne Drucksteuerung, bei dem ein permanent offener Restquerschnitt 75 vorliegt.
-
Die 8 beschränkt sich auf einen vergrößerten Halbschnitt der Verschiebeinrichtung 55. Diese Ausführungsform der Verschiebeeinrichtung 55 verfügt über einen ersten elastischen Anschlag 67, der beispielhaft aus einem festen Anschlag in Form eines starren Rings 83 und einer sich daran abstützenden Feder 85 mit einer Anschlagscheibe 87 umfasst. Der Federteller 57 liegt bei der Schaltstellung „b“ der Ventileinrichtung im Normalbetrieb an der Anschlagscheibe 87 an. Die Feder 85 weist noch einen Restfederweg 89 auf. Dieser Restfederweg 89 kann zur Kompensation einer thermisch bedingten Wärmeausdehnung des in der Verschiebeinrichtung 55 gekammerten Arbeitsmediums dienen. Ein weiterer positiver Effekt besteht darin, dass bei einer raschen Ringkolbenbewegung kein Anschlaggeräusch beim Auftreffen am ersten Anschlag 67 auftritt.
-
Auch der zweite Anschlag 69 kann vorteilhafterweise eine Elastizität 91, z. B. in der Bauform eines Elastomerrings, aufweisen, um ein Anschlaggeräusch des Ringkolbens 65 auf dem Ringzylinder 63 zu vermeiden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Federbein
- 3
- Arbeitszylinder
- 5
- Kolben
- 7
- Kolbenstange
- 9
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 11
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 13
- Kolbenstangenführung
- 15
- Boden
- 17
- Behälter
- 19
- Ringscheibe
- 21
- Hohlkammer
- 23
- Pumpenstange
- 25
- Saugleitung
- 27
- Rückschlagventil
- 29
- Rückschlagventil
- 30
- Niederdruckbereich
- 31
- Trennzylinder
- 33
- Ringkanal
- 35
- Membranhülse
- 37
- Druckraum
- 39
- Ringraumbereich
- 41
- Anschlussöffnung
- 43
- erste Anschlussöffnung
- 45
- zweite Anschlussöffnung
- 46
- Steuerhülse
- 47
- erstes Kanalsystem
- 49
- zweites Kanalsystem
- 51
- Ventileinrichtung
- 53
- dritter Kanal
- 55
- Verschiebeeinrichtung
- 57
- Federteller
- 59
- Tragfeder
- 61
- vierter Kanal
- 63
- Ringzylinder
- 65
- Ringkolben
- 67
- erster Anschlag
- 69
- zweiter Anschlag
- 71
- Bypassnut
- 73
- Füllleitung
- 75
- Rückschlagventil
- 77
- fünfter Kanal
- 79
- Rückschlagventil
- 81
- Restquerschnitt
- 83
- Ring
- 85
- Feder
- 87
- Anschlagscheibe
- 89
- Restfederweg
- 91
- Elastizität
