DE10244484C1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung - Google Patents
Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer NiveauregelungInfo
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Abstract
Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem dämpfungsmittelgefüllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinder, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Dämpfungsmittel aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet ist, in die eine am Arbeitszylinder befestigte und an ihrem vorderen Ende ein Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mit der Niederdruckkammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei der Arbeitskolben über mindestens ein Rückschlagventil in einer Richtung vom Dämpfungsmittel durchströmt wird, wobei von einem Arbeitsraum ein Kanal zu einem verstellbaren Dämpfungsventil verläuft, wobei das verstellbare Dämpfungsventil ein Stellelement aufweist, welches mit dem Druck der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer beaufschlagt wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Fe
derbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem
dämpfungsmittelgefüllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hoch
druckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden
Arbeitszylinder, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen
Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Feder
bewegungen angetriebenen und Dämpfungsmittel aus einer Niederdruck
kammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden
Kolbenpumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet ist,
in die eine am Arbeitszylinder befestigte und an ihrem vorderen Ende ein Saug
ventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mit der Nieder
druckkammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des
Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit
der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem in die Niederdruck
kammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei der Arbeitskolben über min
destens ein Rückschlagventil in einer Richtung vom Dämpfungsmittel durch
strömt wird, wobei von einem Arbeitsraum ein Kanal zu einem verstellbaren
Dämpfungsventil verläuft.
Es sind derartige Federbeine bekannt (DE 38 16 102 C1), bei denen der Ar
beitszylinder durch einen von einer Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in
zwei Arbeitsräume unterteilt wird und bei denen Rückschlagventile derart ange
ordnet sind, dass der Strömungsverlauf des Dämpfungsmittels gleichgerichtet
erfolgt. Das bedeutet, dass das Dämpfungsmittel unabhängig von der Be
wegungsrichtung des Arbeitskolbens ständig in einer Richtung strömt, wobei
das Dämpfungsmittel jeweils von einem Arbeitsraum über einen Kanal vorbei an
einem verstellbaren Dämpfungsventil direkt in den Hochdruckraum oder bei
ausgefahrener Kolbenstange bei entsprechenden Druckverhältnissen in den an
deren Arbeitsraum fließt. Da die hohle Pumpenstange über eine Bohrung mit
dem Niederdruckraum verbunden ist, fassen sich bei einer derartigen Ge
staltung sowohl eine innere Niveauregelung des Systems als auch eine extern
ansteuerbare, stufenlos einstellbare Dämpfungskraftregelung erzeugen.
Es sind darüber hinaus Federbeine bekannt (DE 29 44 831 A1, DE 23 56 802 B),
bei denen der Arbeitszylinder durch einen von einer Kolbenstange
getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird und bei denen der
Arbeitskolben mit Ventilen zur Erzeugung einer Dämpfungskraft versehen ist.
Dabei ist für jede Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens ein entsprechendes
Dämpfungsventil vorgesehen. Diese Dämpfungsventile dienen zur Erzeugung
einer bestimmten vorgegebenen Dämpfungskraft im jeweiligen Kolben
geschwindigkeits- und/oder Belastungsbereich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbstpumpendes hydropneumatisches Feder
bein mit innerer Niveauregelung so weiter zu bilden, dass sich die Dämpfung bei
steigender Zuladung oder auch bei entsprechender Entladung in der Zug- und
Druckstufe über den gesamten Hubbereich des Arbeitskolbens selbständig ein
regelt ohne Zuhilfenahme externer Ansteuerungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das verstellbare
Dämpfungsventil ein Stellelement aufweist, welches mit dem Druck der Hoch
druckkammer und der Niederdruckkammer beaufschlagt wird.
Vorteilhaft ist hierbei, dass durch den Druck der Hochdruckkammer und den
Druck der Niederdruckkammer, welche beide auf das Stellelement wirken, eine
Dämpfungskraft erzielt wird, die dem jeweiligen Beladungszustand entspricht.
Sobald eine Druckveränderung zwischen der Niederdruckkammer und der
Hochdruckkammer auftritt, passt sich automatisch das Stellelement des verstell
baren Dämpfungsventiles an die neue Situation an und ändert seine Einstellung
und damit auch die Dämpfungskraft in dem dann momentan herrschenden Be
ladungszustand.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass das Stell
element in mindestens einer Richtung federbeaufschlagt ist. Vorteilhaft ist hier
bei, dass durch eine Federbeaufschlagung des Stellelementes eine Grund
dämpfung erzielt werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Dämpfungsventil ein Ventil auf
weist, welches vom Stellelement gesteuert wird. Hierbei ist von Vorteil, dass das
Dämpfungsventil, welches das Stellelement aufweist mit dem eigentlichen, den
Strömungskanal verschließenden Ventil versehen ist, wobei dieses Ventil als
Federscheibenventil ausgebildet sein kann. Es sind jedoch auch noch andere
Ventilvarianten möglich, wie z. B. Sitzventil, Schraubenfederventil oder es lässt
sich auch lediglich ein Steuerschieber mit dem Stellelement verbinden.
Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform sieht vor, wenn das Stell
element in einem entsprechenden Gehäuse, einteilig mit dem Federbein ver
bunden oder auch als separates Bauteil herstellbar ist, wobei dann das Stell
element über entsprechende Strömungsverbindungen von der Hochdruck
kammer und/oder der Niederdruckkammer angeströmt werden. Dabei sieht eine
vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass mindestens eine Strömungsverbindung mit
einer Drosselstelle versehen ist.
Ein weiteres Merkmal sieht vor, dass das Steuerelement mit einem in einem
Gehäuse angeordneten Kolben versehen ist, dessen eine Stirnseite mit dem
Druck der Niederdruckkammer und dessen andere Stirnseite mit dem Druck der
Hochdruckkammer beaufschlagt wird.
Zur Erzielung einer vorgegebenen Eingangs- oder Enddämpfung ist vorge
sehen, dass das Stellelement mit mindestens einem Anschlag versehen ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar
gestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Ni
veauregelung und einem entsprechenden Dämpfungsventil im Schnitt
Fig. 2 als Einzelheit das in Fig. 1 dargestellte verstellbare Dämpfungsventil,
geschnitten.
Die in Fig. 1 dargestellte Niveauregelungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge be
steht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 27 des Federbeines, in dem ein
Arbeitskolben 28 am Ende einer Kolbenstange 5 gleitet. Der Arbeitszylinder 27
ist auf der einen Seite durch einen Boden und auf der anderen Seite durch ei
nen Deckel abgeschlossen, durch den die Kolbenstange 5 abgedichtet nach
außen tritt. Der Boden ist mittels Befestigungsteile am Aufbau des Fahrzeuges
und die Kolbenstange mittels eines Befestigungsteiles an der Achse des Fahr
zeuges in nicht dargestellter Weise befestigt.
Des weiteren zeigt das Federbein 1 eine Niederdruckkammer 2 und eine Hoch
druckkammer 3, die beide mit zum Teil Dämpfungsmittel und Druckgas gefüllt
sind, die Hochdruckkammer 3 ist dabei aus Diffusionsgründen mit einem Trenn
element 4 zur Abtrennung des Dämpfungsmittels gegenüber dem Druckgas ver
sehen.
Durch Ein- und Ausfedern der Kolbenstange 5 während des Fahrbetriebes des
Kraftfahrzeuges wird das Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer 2 über
die hohle Pumpenstange 6 und dem Rückschlagventil 7 in den Pumpraum 8 ge
saugt und von dort über ein weiteres Rückschlagventil 9 dem Arbeitsraum 10
zugeführt. Da der Arbeitsraum 10 mit der Hochdruckkammer 3 verbunden ist,
wird das Druckgas in der Hochdruckkammer 3 ständig weiter vorgespannt und
die Kolbenstange 5 zusammen mit dem Arbeitskolben 28 wird dabei auswärts
geschoben.
Ist die in Fig. 1 dargestellte Niveaulage erreicht, verhindert der Bypass 11 ein
weiteres Auswärtsschieben der Kolbenstange 7 bzw. des Arbeitskolbens 28.
Wird das Kraftfahrzeug entladen, so federt die Kolbenstange 5 weiter aus und
die Ablassbohrung 12 bekommt damit einen direkten Zugang zum Arbeitsraum
10 und sorgt für den Druckausgleich zwischen der Hochdruckkammer 3 und der
Niederdruckkammer 2, so dass anschließend der Fahrzeugaufbau wieder ab
gesenkt wird, das heißt die Kolbenstange 5 zusammen mit dem Arbeitskolben
28 taucht wieder in den Arbeitszylinder 27 ein.
Die Dämpfung des Federbeines 1 erfolgt im wesentlichen dadurch, dass durch
Einfedern der Kolbenstange 5 das Bodenrückschlagventil 13 schließt, wobei
sich das Kolbenrückschlagventil 14 öffnet. Das von der Kolbenstange 5 aus dem
Arbeitsraum 10 verdrängte Dämpfungsmittel wird über einen Ringkanal 15 durch
das Dämpfungsventil 16 geleitet und der Hochdruckkammer 3 zugeführt.
Durch Ausfedern der Kolbenstange 5 schließt das Kolbenrückschlagventil 14
und das Bodenrückschlagventil 13 öffnet sich. Jetzt strömt das Dämpfungsmittel
gemäß dem Kolbenringvolumen aus dem Arbeitsraum 10 über den Ringkanal 15
durch das Dämpfungsventil 16 in die Hochdruckkammer 3. Durch die Dimen
sionierung der Verdrängungsflächen (Kolbenstangenfläche/Kolbenringfläche)
können unterschiedliche Volumenströme erreicht werden, die dann zwar gleich
gerichtet das Dämpfungsventil 16 durchströmen, jedoch eine Variation an
Dämpfungsspreizung zwischen Zug- und Druckstufe zulassen. Obwohl die Kol
benstange 5 hohl ausgebildet ist, versteht der Fachmann unter dem Begriff Kol
benstangenfläche die Querschnittsfläche einer vollen Kolbenstange. Unter der
Bezeichnung Kolbenringfläche ist die der Kolbenstange 5 zugewandten Fläche
des Arbeitskolbens 28 gemeint, bestehend aus der Fläche, ausgehend von der
Innenwandung des Arbeitszylinders 27 bis zur Außenfläche der Kolbenstange 5.
Wenn die Kolbenstangenfläche und die Kolbenringfläche eine unterschiedliche
Größe aufweisen, wird ein unterschiedlich großes Volumen in der Druckstufe
sowie in der Zugstufe bewegt. Dies bedeutet, dass die Dämpfungskraft zwi
schen der Zug- und der Druckstufe bei gleicher Einstellung des Dämpfungsven
tiles 16 unterschiedlich groß auslegbar ist. Ein Steuerelement 17, im wesent
lichen als Kolben ausgebildet, trennt dichtend den Hochdrucksteuerraum 18 und
den Niederdrucksteuerraum 19 voneinander, wobei der Fortsatz des Steuer
elementes 17 dichtend einen Zwischenboden 20 durchsetzt, auf dessen anderer
Seite ein Ventil 21 angeordnet ist. Zwischen dem Steuerelement 17 und dem
Zwischenboden 20 ist eine Feder 22 angeordnet, die das Steuerelement 17 auf
den äußeren Anschlag 23 hält. Der Kanal 24a verbindet die Hochdruckkammer
3 mit dem Hochdrucksteuerraum 18 und der Kanal 24b die Niederdruckkammer
2 mit dem Niederdrucksteuerraum 19.
Wird das Dämpfungsventil 16 bei geringer Zuladung des Fahrzeuges ange
strömt, ist der Druckunterschied des Hochdrucksteuerraumes 18 und des Nie
derdrucksteuerraumes 19 lediglich geringfügig unterschiedlich, so dass das
Steuerelement 17 von der Feder 22 auf dem äußeren Anschlag 23 gehalten
wird.
Wird die Zuladung des Kraftfahrzeuges erhöht, so steigt auch der Druck des
Hochdrucksteuerraumes 18, wobei gleichzeitig der Druck des Niederdruck
steuerraumes 19 fällt. Die Folge ist eine Wegverstellung des Steuerelementes
17 gegen die Feder 22 und eine Anhebung der Dämpfungskraft, da das Ventil
21 mit einer größeren Vorspannung beaufschlagt wird. Damit die Druckschwan
kungen bei extrem großen Kolbenstangenhüben die Dämpfung nicht übermäßig
beeinträchtigt, ist eine Drossel 25, bevorzugt im Kanal 24a vorgesehen. Die
Drossel kann jedoch auch im Kanal 24b oder in beiden Kanälen 24a und 24b
vorgenommen werden.
Durch die Dimensionierung der druckbeaufschlagten Flächen am Steuerelement
17 bzw. durch die Wahl der Feder 22 lässt sich die Charakteristik der last
abhängigen Dämpfungsverstellung variieren. Soll ein Maximum an Dämpfung
nicht überschritten werden, so kann das Steuerelement 17 auf einen inneren
Anschlag 26 zur Anlage kommen.
Die Ausführung des Ventils 21, in Fig. 1 und 2 als Plattenventil ausgebildet,
lässt sich jedoch auch als Schraubenfederventil, Kombiventil oder eines ähn
lichen Ventils ausbilden.
1
Federbein
2
Niederdruckkammer
3
Hochdruckkammer
4
Trennelement (Membrane)
5
Kolbenstange
6
Pumpenstange
7
Rückschlagventil
8
Pumpraum
9
Rückschlagventil
10
Arbeitsraum
11
Bypass
12
Ablassbohrung
13
Bodenrückschlagventil
14
Kolbenrückschlagventil
15
Ringkanal
16
Dämpfungsventil
17
Stellelement
18
Hochdrucksteuerraum
19
Niederdrucksteuerraum
20
Zwischenboden
21
Ventil
22
Feder
23
äußere Anschlag
24
a Kanal
24
b Kanal
25
Drossel
26
innerer Anschlag
27
Arbeitszylinder
28
Arbeitskolben
Claims (8)
1. Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveaure
gelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem dämpfungsmittelge
füllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer ange
ordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinder,
der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben
in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen
angetriebenen und Dämpfungsmittel aus einer Niederdruckkammer in den
mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolben
pumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet ist, in
die eine am Arbeitszylinder befestigte und an ihrem vorderen Ende ein
Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mit der
Niederdruckkammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der
Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregel
öffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit
einem in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei
der Arbeitskolben über mindestens ein Rückschlagventil in einer Richtung
vom Dämpfungsmittel durchströmt wird, wobei von einem Arbeitsraum ein
Kanal zu einem verstellbaren Dämpfungsventil verläuft,
dadurch gekennzeichnet,
dass das verstellbare Dämpfungsventil (16) ein Stellelement (17) aufweist,
welches mit dem Druck der Hochdruckkammer (3) und der Niederdruck
kammer (2) beaufschlagt wird.
2. Federbein nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellelement (17) in mindestens einer Richtung federbeaufschlagt
ist.
3. Federbein nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Dämpfungsventil (16) ein Ventil (21) aufweist, welches vom Stell
element (17) gesteuert wird.
4. Federbein nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ventil (21) als Federscheibenventil ausgebildet ist.
5. Federbein nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellelement (17) über mindestens eine Strömungsverbindung (24)
von der Hochdruckkammer (3) und/oder der Niederdruckkammer (2) ange
strömt wird.
6. Federbein nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Strömungsverbindung (24) eine Drosselstelle (25)
aufweist.
7. Federbein nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerelement (17) mit einem in einem Gehäuse angeordneten
Kolben versehen ist, dessen eine Stirnseite mit dem Druck der Niederdruck
kammer (2) und dessen andere Stirnseite mit dem Druck der Hochdruck
kammer (3) beaufschlagt wird.
8. Federbein nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellelement (17) mit mindestens einem Anschlag (23, 26) ver
sehen ist.
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