DE10329746A1

DE10329746A1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein

Info

Publication number: DE10329746A1
Application number: DE10329746A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: KR20050003997A; KR101012711B1; US20050001402A1; US7021434B2; DE10329746B4

Abstract

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ölgefüllten, 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 Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, die mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit der Niederdruckkammer verbindet, wobei zwischen dem Pumpenraum und der Niederdruckkammer eine durch eine Zwischenwand verlaufende, unterhalb des Ölspiegels mündende, Strömungsverbindung vorgesehen ist, wobei die Strömungsverbindung in der Zwischenwand angeordnet ist, wobei die Strömungsverbindung im Bereich der Niederdruckkammer mindestens eine Bohrung zur Aufnahme eines Saugrohres aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinders, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, die mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit der Niederdruckkammer verbindet, wobei zwischen dem Pumpenraum und der Niederdruckkammer eine durch eine Zwischenwand verlaufende, unterhalb des Ölspiegels mündende, Strömungsverbindung vorgesehen ist.

Es sind bereits derartige selbstpumpende hydropneumatische Federbeine mit innerer Niveauregelung bekannt (EP 0.033.839 A2), bei denen der Arbeitszylinder unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer ange ordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters steht. Dabei bildet die hohle Kolbenstange zusammen mit einer Pumpenstange eine Kolbenpumpe, so dass durch die Federbewegungen des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Fahrwerk Dämpfungsmittel aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum gefördert wird. Bei dem dargestellten Federbein handelt es sich um eine Einrohr-Ausführung, bei der die Hochdruckkammer axial hinter den Arbeitsräumen im Außenrohr angeordnet ist und wobei diese Hochdruckkammer durch einen Trennkolben das Dämpfungsmittel vom Druckgas trennt. Die Hochdruckkammer und die Niederdruckkammer sind dabei durch eine Zwischenwand voneinander getrennt, die zusätzlich noch die Aufgabe hat, die Pumpenstange federnd zu halten. Die federnde Haltung der Pumpenstange dient der Verminderung der Pumpstößigkeit. Nachteilig ist bei dieser Ausführungsform, dass das Saugrohr aus der Niederdruckkammer heraus die Zwischenwand durchdringt um anschließend wiederum durch die Zwischenwand in die Pumpenkammer zu münden. Diese Konstruktion benötigt einen relativ großen Außendurchmesser und um den Außendurchmesser nicht weiter zu vergrößern ist das Saugrohr in der Zwischenwand dicht eingeklebt. Diese Klebung wird aufgrund des Hochdrucks in der Hochdruckkammer und der federnden Pumpenstangenbewegung stark belastet. Die spiralförmige Ausführung des Saugrohres besitzt im Hinblick auf die Gesamtlänge, insbesondere bei Kälte, einen hohen Saugwiderstand und müsste demzufolge einen entsprechend großen lichten Innendurchmesser aufweisen, so das wiederum mit einer Vergrößerung des Außendurchmessers des Gesamtfederbeins zu rechnen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein zu schaffen, welches einen extrem kleinen Außenrohrdurchmesser ermöglicht, so dass sich dieses Federbein im Ersatzbedarf gegen einen Standard schwingungsdämpfer austauschen lässt. Darüber hinaus soll die Saugrohranordnung nicht mehr durch den Innendruck der Hochdruckkammer beaufschlagt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Strömungsverbindung in der Zwischenwand angeordnet ist, wobei die Strömungsverbindung im Bereich der Niederdruckkammer mindestens eine Bohrung zur Aufnahme eines Saugrohres aufweist.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass die Strömungsverbindung ausgehend von der Pumpenkammer bis hin zur Niederdruckkammer direkt in der Zwischenwand angeordnet ist und somit nicht mehr vom Hochdruck der Hochdruckkammer beeinflusst wird, darüber hinaus ist nur noch ein Saugrohr in eine Bohrung der Zwischenwand aufzunehmen.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass die Strömungsverbindung sich aus mindestens einer radial und mindestens einer axial verlaufenden Bohrung zusammensetzt.

Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass als Bohrung eine Stufenbohrung vorgesehen ist, in deren erstem Teil das Saugrohr fixiert ist.

Des weiteren ist vorgesehen, dass die Zwischenwand mit einem ringförmigen Ansatz versehen ist, der abgedichtet in die Niederdruckkammer hineinragt. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Zwischenwand bis hin zur Pumpenstangenbefestigung starr ausgeführt ist und eine radial in Richtung der Pumpenstange verlaufende Bohrung aufweist. Ausgehend von der Niederdruckkammer verläuft eine Stufenbohrung, die mit ihrem kleineren Durchmesser in die vorgenannte radiale Bohrung mündet, so dass lediglich der kleinere Durchmesser der Stufenbohrung den Bereich der angrenzenden Dichtungen durchläuft, um somit den größeren Durchmesser der Stufenbohrung zur Aufnahme des kurzgehaltenen und damit drosselfreien Saugrohres zur Verfügung zu stellen. Es wird dadurch ein Federbein mit einem kleinen Außenrohrdurchmesser geschaffen.

Der weitere Vorteil besteht darin, dass bei einer Einbaulage, bei der die Kolbenstange unten angeordnet ist, das Saugrohr druckausgeglichen ist und der Hochdruck in dieser Einbaulage keine Angriffsfläche aufweist. Sollte das Federbein derart eingebaut werden, dass die Kolbenstange oben angeordnet ist, wird das Saugrohr und die äußere Dichtung nicht mehr benötigt, weil das Gas aus der Niederdruckkammer nicht mehr angesaugt werden kann, denn es befindet sich im Bereich der Kolbenstangenführung und nicht im Bereich der Zwischenwand.

Eine einfache Fixierung der Zwischenwand ist vorgesehen, indem der auf der Umfangsfläche mündende Bereich der radial verlaufenden Bohrung in einer mindestens teilweise umlaufenden, ringförmgen Ausnehmung endet. Mit Vorteil wird dabei das Außenrohr in die Ausnehmung formschlüssig hinein verformt.

Eine einwandfreie und sichere Abdichtung wird dadurch erreicht, dass bei einer Stufenbohrung die Dichtungen im Bereich der den kleineren Innendurchmesser aufweisenden Bohrung angeordnet sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein im Schnitt
2 einen Ausschnitt im Bereich der Zwischenwand in vergrößertem Maßstab
3 ein Federbein mit Einbaulage der Kolbenstange oben
4 eine wertere Einzelheit der Zwischenwand im vergrößertem Maßstab
5 als Einzelheit eine Zwischenwand, einen Trennkolben in vergrößertem Maßstab.
Das in 1 dargestellte Federbein 1 besteht im wesentlichen aus dem Außenrohr 2, den Arbeitsräumen 28 und 29, welche durch den Dämpfungskolben 7 im Arbeitszylinder 24 gebildet werden.
Die Hochdruckkammer 4 setzt sich aus den Arbeitsräumen 28, 29 sowie dem Dämpfungsmittelreservoir und dem Hochdruckgas, welches durch den Trennkolben 6 getrennt wird, zusammen. Die Zwischenwand 3 trennt die Niederdruckkammer 5 von der Hochdruckkammer 4.
Das selbstpumpende hydropneumatische Federbein 1 ist in der 1 in einer Einbaulage dargestellt, bei dem die Kolbenstange 8 unten angeordnet ist, das heißt die Kolbenstange 8 ist mit der Radaufhängung verbunden, während das Außenrohr 2 mit dem Fahrzeugaufbau in Verbindung steht. In der Niederdruck kammer 5 sowie in der Hochdruckkammer 4 ist Dämpfungsmittel und Druckgas untergebracht, wobei der Trennkolben 6 in der Hochdruckkammer 4 das Dämpfungsmittel vom Druckgas trennt. Durch das Ein- und Ausfedern der einen Dämpfungskolben 7 tragenden Kolbenstange 8 wird das Dämpfungsmittel über eine Verbindungsöffnung 9 der Zwischenwand 3 verschoben. Eine an der Zwischenwand 3 befestigte Pumpenstange 10 stellt in Verbindung mit der hohlen Kolbenstange 8 eine mechanische Kolbenpumpe dar, die durch die Fahrbahnunebenheiten in Betrieb genommen wird. Es wird dabei das Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer 5 über ein Saugrohr 11 in die Hochdruckkammer 4 gepumpt, wobei sich der Druck in der Hochdruckkammer 4 erhöht und die Kolbenstange 8 zur Niveauregelung des Fahrzeugaufbaus nach außen geschoben wird. Der Pump- und Regelmechanismus ist aus der EP 0.033.839 bekannt.
Die 2 zeigt die Zwischenwand 3 in vergrößertem Maßstab, wobei die Zwischenwand 3 in das Außenrohr 2 eingeschoben und über eine ringförmige Ausnehmung 12 z.b. über eine Verstemmung 13 axial gesichert ist. Die Verstemmung 13 ist vorzugsweise an mehreren Stellen umfangsverteilt angeordnet oder lässt sich ebenfalls über den gesamten Umfang anordnen. Oberhalb der ringförmigen Ausnehmung 12 ist eine Hochdruckdichtung 14 und unterhalb eine Niederdruckdichtung 15 vorgesehen. Die Hochdrudkdichtung 14 dichtet die Hochdruckkammer 4 gegenüber der Niederdruckkammer 5 ab, wobei die Niederdruckdichtung 15 druckausgeglichen ist und lediglich dafür sorgt, dass kein Druckgas angesaugt werden kann.
Um die Zwischenwand in ihrer Bauhöhe niedrig zu halten, verläuft ausgehend von der ringförmigen Ausnehmung 12 eine Strömungsverbindung 17 in die Pumpenstangenaufnahme 18. In Richtung der Niederdruckkammer 5 ist eine Bohrung 19 vorgesehen, welche mit einem kleineren Durchmesser 20 in die Strömungsverbindung 17 mündet und deren größerer Durchmesser 21 für die Aufnahme des Saugrohres 11 herangezogen wird. Es befindet sich lediglich der kleinere Durchmesser 20 der Bohrung 19 im Bereich der abgrenzenden Dichtungen 15 und 22, so dass das Außenrohr 2 in seinem Außendurchmesser klein ausgeführt werden kann.
Die Zylinderrohrdichtung 22 dichtet ebenfalls die Hochdruckkammer 4 gegenüber der Niederdruckkammer 5 ab. Die Pumpenstange 10 wird über eine Scheibe 23 in Verbindung mit dem Arbeitszylinder 24 gehalten. Eine Pumpenstangendichtung 25 dichtet die Hochdruckkammer 4 gegenüber der Niederdruckkammer 5 ab. Der Ringkanal 26 dient dazu, dass der Durchgang 27 der Scheibe 23 nicht lageorientiert eingebaut werden muss. Zur drosselfreien Durchströmung des Dämpfungsmittels können eine oder mehrere Verbindungsöffnungen 9 in den Ringkanal 26 münden.
Die 3 zeigt ein Federbein 1, bei dem die Kolbenstange 8 nach oben gerichtet ist, so dass das Außenrohr 2 mit dem Fahrwerk des Fahrzeuges und die Kolbenstange 8 mit dem Aufbau des Fahrzeuges verbunden ist. Die Zwischenwand 3 trennt dabei wieder die Hochdruckkammer 4 von der Niederdruckkammer 5, wobei sich das Gas der Niederdruckkammer 5 im oberen Bereich, das heißt im Bereich der Kolbenstangenführung 30 sammelt. Hierdurch benötigt die Zwischenwand 3 lediglich die Strömungsverbindung 17, nicht jedoch ein Saugrohr, wie es in 1 mit Bezugszeichen 11 dargestellt ist.
In der 4 ist als Einzelheit die Zwischenwand 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt, wobei das Dämpfungsmittel lediglich über die Bohrung 19 (ohne Saugrohr) bzw. der Strömungsverbindung 17 in die Pumpenkammer der Pumpenstange 10 gesaugt bzw. wieder zurück transportiert wird. Eine Niederdruckdichtung, wie sie in 2 mit Bezugszeichen 15 bezeichnet ist, kann bei dieser Einbaulage entfallen, da kein Druckgas angesaugt werden kann.
Die 5 zeigt in vergrößertem Maßstab die Zwischenwand 3 einschließlich des Trennkolbens 6, wobei für ein Maximum an Hubausnutzung bzw. der Ausnutzung des Druckgasvolumens ein möglichst kleines Maß X ausschlaggebend ist. Um diese Ausnutzung des Druckgasvolumens möglichst optimal zu gestalten, ist der Trennkolben 6 auf der dem Gasraum zugewandten Seite der Hochdruckkammer 4 mit einer Ausbuchtung 31 versehen.

1: Federbein
2: Außenrohr
3: Zwischenwand
4: Hochdruckkammer
5: Niederdruckkammer
6: Trennkolben
7: Dämpfungskolben
8: Kolbenstange
9: Verbindungsöffnung
10: Pumpenstange
11: Saugrohr
12: ringförmige Ausnehmung
13: Verstemmung
14: Hochdruckdichtung
15: Niederdruckdichtung
16: Zylinderrohrdichtung
17: Strömungsverbindung
18: Pumpenstangenaufnahme
19: Bohrung
20: kleiner Durchmesser
21: großer Durchmesser
22: Zylinderrohrdichtung
23: Scheibe
24: Arbeitszylinder
25: Pumpenstangendichtung
26: Ringkanal
27: Durchgang
28: Arbeitsraum
29: Arbeitsraum
30: Kolbenstangenführung
31: Ausbuchtung

Claims

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitszylinders, der durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, die mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit der Niederdruckkammer verbindet, wobei zwischen dem Pumpenraum und der Niederdruckkammer eine durch eine Zwischenwand verlaufende, unterhalb des Ölspiegels mündende, Strömungsverbindung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (17) in der Zwischenwand (3) angeordnet ist, wobei die Strömungsverbindung (17) im Bereich der Niederdruckkammer (5) mindestens eine Bohrung (19) zur Aufnahme eines Saugrohres (11) aufweist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (17) sich aus mindestens einer radial und mindestens einer axial verlaufenden Bohrung zusammensetzt.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bohrung (19) eine Stufenbohrung vorgesehen ist, in deren erstem Teil das Saugrohr (11) fixiert ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (3) mit einem ringförmigen Ansatz versehen ist, der abgedichtet in die Niederdruckkammer hineinragt.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Umfangsfläche mündende Bereich der radial verlaufenden Bohrung in einer mindestens teilweise umlaufenden, ringförmigen Ausnehmung (12) endet.
Federbein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (2) in die Ausnehmung formschlüssig hinein verformt wird.
Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Stufenbohrung die Dichtungen (15, 22) im Bereich der den kleineren Innendurchmesser aufweisenden Bohrung angeordnet sind.