DE10329746B4 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein - Google Patents
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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 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) sich aus mindestens einer radial und mindestens einer axial
verlaufenden Bohrung (19) zusammensetzt und der auf der Umfangsfläche mündende Bereich
der radial verlaufenden Bohrung in einer mindestens teilweise umlaufenden,
ringförmigen
Ausnehmung (12) endet, wobei das Außenrohr (2) in die...
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Fderbein 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. - Aus der
DE 198 49 222 A1 ist ein Federbein bekannt, bei dem in einer Zwischenwand eine Strömungsverbindung angeordnet ist, die schematisch darge stellt ist, wobei auf die Ausführbarkeit der Strömungsverbindung nicht näher eingegangen wurde. - Des weiteren ist in der
DE 101 04 358 C1 ein Federbein dargestellt, welches zur Verbindung einer Füllbohrung mit der Hochdruckgaskammer in der Kolbenstangenführung eine Strömungsverbindung aufweist, die aus einem axial und einem radial verlaufenden Bereich besteht. Die Ringnut in der Kolbenstangenführung dient lediglich der Befüllung der Hochdruckkammer mit Gas, während die Befestigung des Außenrohres gegenüber der Kolbenstangenführung durch ein Bördeln erfolgt. - 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 Standardschwingungsdämpfer 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 sich aus mindestens einer radial und mindestens einer axial verlaufenden Bohrung zusammensetzt und der auf der Umfangsfläche mündende Bereich der radial verlaufenden Bohrung in einer mindestens teilweise umlaufenden, ringförmigen Ausnehmung endet, wobei das Außenrohr in die Ausnehmung formschlüssig hinein verformt wird und dass die Zwischenwand mit einem ringförmigen Ansatz versehen ist, der abgedichtet in die Niederdruckkammer hineinragt.
- 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.
- Des weiteren ist von Vorteil, dass die Zwischenwand bis hin zur Pumpenstangenbefestigung starr ausgeführt ist und eine radial in Richtung der Pumpenstange verlaufende Bohrung aufweist.
- Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal 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.
- Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass als Bohrung eine Stufenbohrung vorgesehen ist, in deren erstem Teil das Saugrohr fixiert ist.
- 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 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 weitere Einzelheit der Zwischenwand im vergrößertem Maßstab -
5 als Einzelheit eine Zwischenwand, einen Trennkolben in vergrößertem Maßstab. - Das in
1 dargestellte Federbein1 besteht im wesentlichen aus dem Außenrohr2 , den Arbeitsräumen28 und29 , welche durch den Dämpfungskolben7 im Arbeitszylinder24 gebildet werden. - Die Hochdruckkammer
4 setzt sich aus den Arbeitsräumen28 ,29 sowie dem Dämpfungsmittelreservoir und dem Hochdruckgas, welches durch den Trennkolben6 getrennt wird, zusammen. Die Zwischenwand3 trennt die Niederdruckkammer5 von der Hochdruckkammer4 . - Das selbstpumpende hydropneumatische Federbein
1 ist in der1 in einer Einbaulage dargestellt, bei dem die Kolbenstange8 unten angeordnet ist, das heißt die Kolbenstange8 ist mit der Radaufhängung verbunden, während das Außenrohr2 mit dem Fahrzeugaufbau in Verbindung steht. In der Niederdruckkammer5 sowie in der Hochdruckkammer4 ist Dämpfungsmittel und Druckgas untergebracht, wobei der Trennkolben6 in der Hochdruckkammer4 das Dämpfungsmittel vom Druckgas trennt. Durch das Ein- und Ausfedern der einen Dämpfungskolben7 tragenden Kolbenstange8 wird das Dämpfungsmittel über eine Verbindungsöffnung9 der Zwischenwand3 verschoben. Eine an der Zwischenwand3 befestigte Pumpenstange10 stellt in Verbindung mit der hohlen Kolbenstange8 eine mechanische Kolbenpumpe dar, die durch die Fahrbahnunebenheiten in Betrieb genommen wird. Es wird dabei das Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer5 über ein Saugrohr11 in die Hochdruckkammer4 gepumpt, wobei sich der Druck in der Hochdruckkammer4 erhöht und die Kolbenstange8 zur Niveauregelung des Fahrzeugaufbaus nach außen geschoben wird. Der Pump- und Regelmechanismus ist aus derEP 0.033.839 - Die
2 zeigt die Zwischenwand3 in vergrößertem Maßstab, wobei die Zwischenwand3 in das Außenrohr2 eingeschoben und über eine ringförmige Ausnehmung12 z.b. über eine Verstemmung13 axial gesichert ist. Die Verstemmung13 ist vorzugsweise an mehreren Stellen umfangsverteilt angeordnet oder lässt sich ebenfalls über den gesamten Umfang anordnen. Oberhalb der ringförmigen Ausnehmung12 ist eine Hochdruckdichtung14 und unterhalb eine Niederdruckdichtung15 vorgesehen. Die Hochdruckdichtung14 dichtet die Hochdruckkammer4 gegenüber der Niederdruckkammer5 ab, wobei die Niederdruckdichtung15 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 Strömungsverbindung17 in die Pumpenstangenaufnahme18 . In Richtung der Niederdruckkammer5 ist eine Bohrung19 vorgesehen, welche mit einem kleineren Durchmesser20 in die Strömungsverbindung17 mündet und deren größerer Durchmesser21 für die Aufnahme des Saugrohres11 herangezogen wird. Es befindet sich lediglich der kleinere Durchmesser20 der Bohrung19 im Bereich der abgrenzenden Dichtungen15 und22 , so dass das Außenrohr2 in seinem Außendurchmesser klein ausgeführt werden kann. - Die Zylinderrohrdichtung
22 dichtet ebenfalls die Hochdruckkammer4 gegenüber der Niederdruckkammer5 ab. Die Pumpenstange10 wird über eine Scheibe23 in Verbindung mit dem Arbeitszylinder24 gehalten. Eine Pumpenstan gendichtung25 dichtet die Hochdruckkammer4 gegenüber der Niederdruckkammer5 ab. Der Ringkanal26 dient dazu, dass der Durchgang27 der Scheibe23 nicht lageorientiert eingebaut werden muss. Zur drosselfreien Durchströmung des Dämpfungsmittels können eine oder mehrere Verbindungsöffnungen9 in den Ringkanal26 münden. - Die
3 zeigt ein Federbein1 , bei dem die Kolbenstange8 nach oben gerichtet ist, so dass das Außenrohr2 mit dem Fahrwerk des Fahrzeuges und die Kolbenstange8 mit dem Aufbau des Fahrzeuges verbunden ist. Die Zwischenwand3 trennt dabei wieder die Hochdruckkammer4 von der Niederdruckkammer5 , wobei sich das Gas der Niederdruckkammer5 im oberen Bereich, das heißt im Bereich der Kolbenstangenführung30 sammelt. Hierdurch benötigt die Zwischenwand3 lediglich die Strömungsverbindung17 , nicht jedoch ein Saugrohr, wie es in1 mit Bezugszeichen11 dargestellt ist. - In der
4 ist als Einzelheit die Zwischenwand3 in vergrößertem Maßstab dargestellt, wobei das Dämpfungsmittel lediglich über die Bohrung19 (ohne Saugrohr) bzw. der Strömungsverbindung17 in die Pumpenkammer der Pumpenstange10 gesaugt bzw. wieder zurück transportiert wird. Eine Niederdruckdichtung, wie sie in2 mit Bezugszeichen15 bezeichnet ist, kann bei dieser Einbaulage entfallen, da kein Druckgas angesaugt werden kann. - Die
5 zeigt in vergrößertem Maßstab die Zwischenwand3 einschließlich des Trennkolbens6 , 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 ge stalten, ist der Trennkolben6 auf der dem Gasraum zugewandten Seite der Hochdruckkammer4 mit einer Ausbuchtung31 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 (4)
- 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 ) sich aus mindestens einer radial und mindestens einer axial verlaufenden Bohrung (19 ) zusammensetzt und der auf der Umfangsfläche mündende Bereich der radial verlaufenden Bohrung in einer mindestens teilweise umlaufenden, ringförmigen Ausnehmung (12 ) endet, wobei das Außenrohr (2 ) in die Ausnehmung (12 ) formschlüssig hinein verformt wird und dass die Zwischenwand (3 ) mit einem ringförmigen Ansatz versehen ist, der abgedichtet in die Niederdruckkammer hineinragt. - Federbein nach Anspruch 1, 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 als Bohrung (
19 ) eine Stufenbohrung vorgesehen ist, in deren erstem Teil das Saugrohr (11 ) fixiert ist. - Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Stufenbohrung die Dichtungen (
15 ,22 ) im Bereich der den kleineren Innendurchmesser aufweisenden Bohrung angeordnet sind.
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