DE10221833B4

DE10221833B4 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein

Info

Publication number: DE10221833B4
Application number: DE10221833A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: KR20030089436A; US6871845B2; KR100965918B1; US20030213664A1; JP2003336682A; JP4217530B2; DE10221833A1

Abstract

Selbstpumpendes, hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, mit einem mit Dämpfungsmittel gefüllten, unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem im Arbeitszylinder verschiebbar angeordneten Kolben. Dabei ist der den Arbeitszylinder in zwei Arbeitsräume unterteilende Kolben am Ende einer Kolbenstange angeordnet, wobei der Hohlraum der Kolbenstange als Pumpenzylinder einer am Arbeitszylinder befestigten Pumpenstange zur Bildung einer Pumpe dient und durch Federbewegungen Dämpfungsmittel von einer Niederdruckkammer in eine Hochdruckkammer fördert, um einen Fahrzeugaufbau auf Niveau zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Pumpe (12) erzeugten, die Kolbenstange (2) auswärts bewegenden Kraft, eine Federkraft entgegengerichtet ist, und dass die die Federkraft erzeugende Einrichtung im Federbein (1) integriert ist, wobei die Federkraft unabhängig von der Kolbenbewegung permanent auf die Kolbenstange (2) wirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes, hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, mit einem mit Dämpfungsmittel gefüllten, unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem im Arbeitszylinder verschiebbar angeordneten Kolben. Dabei ist der den Arbeitszylinder in zwei Arbeitsräumen unterteilende Kolben am Ende einer Kolbenstange angeordnet, wobei der Hohlraum der Kolbenstange als Pumpenzylinder einer am Arbeitszylinder befestigten Pumpenstange zur Bildung einer Pumpe dient und durch Federbewegungen Dämpfungsmittel von einer Niederdruckkammer in eine Hochdruckkammer fördert, um einen Fahrzeugaufbau auf Niveau zu halten.

Es sind bereits selbstpumpende, hydropneumatische Federbeine mit innerer Niveauregelung bekannt (z.B. DE 198 36 487 A1 ), die für Pkw-Anwendungen gedacht sind. Ein derartiger Pkw besitzt ein Fahrwerk, welches normalerweise aus einer Tragfeder und einem Stoßdämpfer besteht. Für den Fall, dass ein selbstpumpendes, hydropneumatisches Federbein eingesetzt werden soll, wird die Tragfeder durch eine schwächere Tragfeder ersetzt, da der überwiegende Anteil der Zuladung bei einem Pkw von dem selbstpumpenden, hydropneumatischen Federbein getragen und geregelt wird. Ein derartiges Federbein arbeitet dahingehend, dass über eine in der hohlen Kolbenstange angeordnete Pumpenstange und einem Ein- und Auslassventil durch die Relativbewegung zwischen Aufbau des Fahrzeuges und der Achse des Fahrzeuges, Dämpfungsmittel aus dem Niederdruckraum in den Hochdruckraum gepumpt wird. Beide Räume sind teils mit Öl und Gas gefüllt, wobei auf der Hochdruckseite ein Trennelement aus Diffusionsgründen Öl und Gas voneinander trennt. Wenn die Pumpe durch Straßenunebenheiten in Betrieb ist, steigt der Druck im Hochdruckraum und im Niederdruckraum fällt der Druck, so dass die Kolbenstange eine Auswärtsbewegung vornimmt. Bei Erreichen des Niveaus des Fahrzeugaufbaues wird über einen Bypass erreicht, dass keine weitere Auswärtsbewegung des Fahrzeuges vorgenommen wird.

Nachteilig ist hierbei, dass derartige Federbeine nicht für blattgefederte Nutzfahrzeuge (Kleinlieferwagen oder dergleichen), bei denen hohe Zuladungen gefordert werden, ausgelegt sind. Die Blattfeder übernimmt nicht nur Aufgaben der Achsführung, sondern auch der Abstützung des Drehmomentes, so dass das Abschwächen dieser Blattfeder nicht möglich ist. Der Einsatz eines derartigen Federbeines mit selbstpumpender, hydropneumatischer innerer Niveauregelung ist jedoch mit einer ungeänderten Blattfeder aufgrund der extrem großen Leerstandsüberhöhung nicht möglich.

Des weiteren sind niveauregelnde Feder-Dämpfer-Einheiten bekannt (Reimpell, Fahrwerktechnik 1989, S. 236-238), bei denen eine innere Zusatzfeder vorgesehen ist, die als Zuganschlagfeder wirkt und daher nur im Endbereich dem Dämpfungskolben als Anschlag dient.

Außerdem sind Federungssysteme bekannt (z.B. DE 42 34 217 A1 , DE 40 08 831 A1 ), deren Kolben-Zylinder-Einheiten mit externen Federspeichern zusammenwirken. Diese Federspeicher übernehmen die Funktion der herkömmlichen Schraubenfeder.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein selbstpumpendes, hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung zu schaffen, bei der auch blattgefederte Nutzfahrzeuge mit hoher Zuladung auf ein bestimmtes, vorgegebenes Niveau geregelt werden können, ohne dass das Grundkonzept der im Fahrzeug vorhandenen Federung geändert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der durch die Pumpe erzeugten, die Kolbenstange auswärts bewegenden Kraft, eine Federkraft ent gegengerichtet ist, und dass die die Federkraft erzeugende Einrichtung im Federbein integriert ist, wobei die Federkraft unabhängig von der Kolbenbewegung permanent auf die Kolbenstange wirkt.

Bei dieser Lösung ist von Vorteil, dass die im Fahrzeug vorhandene Blattfederkonstruktion beibehalten werden kann und somit Fahrwerke problemlos auf Niveauregelung umrüstbar sind. Da die Blattfeder das Fahrzeug im Leerzustand extrem weit ausfedern lässt, ist eine weitere der Kolbenstangenausfahrkraft entgegenwirkende Federkraft vorgesehen, die den Fahrzeugaufbau auf ein entsprechendes Niveau herunterzieht.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass als Federkraft eine Druckfeder vorgesehen ist, oder dass als Federkraft eine pneumatische und/oder eine hydropneumatische Feder vorgesehen ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass entweder eine Druckfeder im Federbein integriert werden kann, oder aber durch einen weiteren mit Gas und Dämpfungsmittel gefüllten Raum, eine pneumatische Feder untergebracht ist. Dabei wird die Zugdämpfung über Ventile hergestellt, die in einer Strömungsverbindung zwischen der pneumatischen Feder und dem unteren Arbeitsraum angeordnet sind.

Eine konstruktiv und fertigungstechnisch einfache Lösung ist vorgesehen, wenn eine Druckfeder derart angeordnet ist, dass sie sich einerseits am Federbein und andererseits direkt oder indirekt an der Kolbenstange abstützt. Mit Vorteil lässt sich hierbei die Feder derart koaxial außerhalb des Federbeines anordnen, so dass durch eine entsprechende zylindrische Verlängerung der Kolbenstange in Richtung des Federbeines eine Kammer geschaffen wird, die die Druckfeder derart aufnimmt, dass äußere Umwelteinflüsse keine Auswirkung haben.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Federkraft ein über Ventile steuerbares Gaspolster angeordnet ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 Ein Federbein mit einer Druckfeder im Schnitt;
2 ein Federbein mit einer hydropneumatischen Feder im Schnitt.
Das in 1 dargestellte selbstpumpende, hydropneumatische Federbein 1 mit innerer Niveauregelung besteht im Wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 16 des Federbeines 1, in dem ein Kolben 11 am Ende einer Kolbenstange 2 gleitet. Der Arbeitszylinder 16 ist auf der einen Seite durch einen Boden und auf der anderen Seite durch einen Deckel abgeschlossen, durch die die Kolbenstange 2 abgedichtet nach außen tritt. Der Boden und die Kolbenstange 2 sind mit Befestigungselementen versehen und am Aufbau des Fahrzeuges bzw. an der Achse des Fahrzeuges, in nicht gezeigter Weise, befestigt. Der Arbeitszylinder 16 ist mit einer teils mit Öl, teils mit Gas gefüllten Niederdruckkammer 6 bzw. Hochdruckkammer 7 verbunden. Der Arbeitszylinder 16 wird vom Kolben 11 in zwei Arbeitsräume 17 und 18 unterteilt. Der Kolben 11 selbst besitzt für die Zug- und Druckstufe Dämpfungsventile.
Die eigentliche Niveauregelung des selbstpumpenden, hydropneumatischen Federbeins erfolgt über die Pumpenstange 3, welche zusammen mit dem Hohlraum der Kolbenstange 2 eine Pumpe 12 bildet. Über ein Einlassventil 4 und einem Auslassventil 5 wird während des Fahrbetriebes durch die Relativbewegung der Pumpenstange 3 gegenüber der Kolbenstange 2 Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer 6, vorbei am Einlassventil 4 und Auslassventil 5, in den unteren Arbeitsraum 18 gefördert. Dabei wird der Kolben 11 solange auswärts bewegt, bis der Bypass 9 eine Verbindung zwischen der Kammer der Pumpe 12 und dem unteren Arbeitsraum 18 herstellt. Ab diesem Niveau ist das dynamische Niveau erreicht, da die Pumpwirkung unterbunden ist. Ein weiteres Ausschieben des Kolbens 2 wird anschließend bei Erreichen der Abregelbohrung 10 endgültig vermieden.
Die Hochdruckkammer 7 ist durch eine Membran 8 von einem Gaspolster 19 getrennt.
Bei Entlastung des Fahrzeuges wird der Kolben 2 durch die Gasvorspannung in der Hochdruckkammer 7 zunächst weiter auswärts geschoben, bis es über die dann offene Abregelbohrung 10 zu einem Druckausgleich innerhalb des Federbeines kommt, bei der anschließend die Kolbenstange 2 zusammen mit dem Kolben 11 einwärts geschoben wird.
Koaxial außerhalb des Federbeines 1 ist die Druckfeder 13 angeordnet, die sich mit ihrem einen Ende im oberen Bereich des Federbeines 1 und mit ihrem unteren Bereich an einem Vorsprung einer axialen Verlängerung der Kolbenstange 2 abstützt. Die Druckfeder 13 entwickelt somit eine Kraft, die die Kolbenstange 2 versucht einwärts zu schieben, während die Pumpe 12 des Federbeines bei Straßenunebenheiten eine Kraft im unteren und oberen Arbeitsraum 18, 17 bereit hält, die den Kolben 11 des Federbeines 1 auswärts schieben möchten.
Aus der 2 ist im Prinzip ein Federbein 1 gemäß der 1 dargestellt, mit dem Unterschied, dass als Feder eine hydropneumatische Feder 14 vorgesehen ist, die die kolbenstangenseitige Ringfläche des Kolbens 11 druckbeaufschlagt. Beim Ausfedern des Kolbens 11 wird Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer 6 in die Pumpe 12 gefördert, wobei das Ventil 15d öffnet und Dämpfungsmittel aus der Hochdruckkammer 7 in den oberen Arbeitsraum 17 strömen kann. Gleichermaßen wird die Ausfederbewegung über das Ventil 15a gedämpft. Federt der Kolben 11 ein, so wird das in der Pumpe 12 befindliche Dämpfungsmittel in den oberen Arbeitsraum 17 gedrückt, wobei das Ventil 15b öffnet und die Druckdämpfung das Ventil 15c übernimmt. Unabhängig von der Bewegung des Kolbens 11 steht die pneumatische Feder 14 über die Ventile 15a/15b permanent mit dem unteren Arbeitsraum 18 in Verbindung.

1: Federbein
2: Kolbenstange
3: Pumpenstange
4: Einlassventil
5: Auslassventil
6: Niederdruckkammer
7: Hochdruckkammer
8: Membran
9: Bypass
10: Abregelbohrung
11: Kolben
12: Pumpe
13: Druckfeder
14: pneumatische Feder
15: Ventile
16: Arbeitszylinder
17: Arbeitsraum
18: Arbeitsraum
19: Gaspolster

Claims

Selbstpumpendes, hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, mit einem mit Dämpfungsmittel gefüllten, unter dem Druck von Gaspolstern stehenden Arbeitszylinder und einem im Arbeitszylinder verschiebbar angeordneten Kolben. Dabei ist der den Arbeitszylinder in zwei Arbeitsräume unterteilende Kolben am Ende einer Kolbenstange angeordnet, wobei der Hohlraum der Kolbenstange als Pumpenzylinder einer am Arbeitszylinder befestigten Pumpenstange zur Bildung einer Pumpe dient und durch Federbewegungen Dämpfungsmittel von einer Niederdruckkammer in eine Hochdruckkammer fördert, um einen Fahrzeugaufbau auf Niveau zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Pumpe (12) erzeugten, die Kolbenstange (2) auswärts bewegenden Kraft, eine Federkraft entgegengerichtet ist, und dass die die Federkraft erzeugende Einrichtung im Federbein (1) integriert ist, wobei die Federkraft unabhängig von der Kolbenbewegung permanent auf die Kolbenstange (2) wirkt.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Federkraft eine Druckfeder (13) vorgesehen ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Federkraft eine pneumatische und/oder eine hydropneumatische Feder (14) vorgesehen ist.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckfeder (13) derart angeordnet ist, dass sie sich einerseits am Federbein (1) und andererseits direkt oder indirekt an der Kolbenstange (2) abstützt.
Federbein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (13) koaxial außerhalb des Federbeines (1) angeordnet ist.
Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Federkraft ein über Ventile (15) steuerbares Gaspolster (14) angeordnet ist.