DE10244484C1

DE10244484C1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung

Info

Publication number: DE10244484C1
Application number: DE10244484A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP4384888B2; US20040118648A1; KR100895836B1; US7118099B2; KR20040026633A; JP2004270921A

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.

Bezugszeichenliste

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

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.