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Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches
Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend
aus einem Zylindergehäuse, das eine mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte und unter
dem Druck einer Gasfeder stehende Arbeitskammer, eine unter geringerem Druck stehende
Vorratskammer für die Hydraulikflüssigkeit und eine Pumpenkammer aufweist, und aus
einer hohlen, einen Druckgasraum enthaltenden Kolbenstange, die in die Arbeitskammer
eintaucht und mit einem Arbeitskolben versehen ist, an den sich ein hohler Pumpenstößel
anschließt, der ein als Rückschlagventil ausgebildetes Pumpenauslaßventil aufweist
und in ein die Pumpenkammer bildendes Pumpengehäuserohr hineinragt, das mit dem
Zylindergehäuse die Vorratskammer bildet, die durch ein Saugventil, ein Überdruckventil
und eine Abregeleinrichtung mit der Pumpenkammer verbindbar ist, die ihrerseits
oberhalb des Sollniveaus mit der Arbeitskammer in Verbindung steht.
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Bei einem bekannten selbstpumpenden hydropneumatischen Federbein obiger
Art (deutsche Auslegeschrift 1117 412) ist die die Hydraulikflüssigkeit in
der Arbeitskammer belastende Gasfeder in einem das mit Flüssigkeitsdurchlaßöffnungen
versehene Arbeitskammer-Zylindergehäuse ringförmig umgebenden, mit einer trennenden
Schlauchmembran versehenen Außenzylinder untergebracht, während der in der hohlen
Kolbenstange befindliche Druckgasraum über ein verschiebliches Trennorgan auf einen
gleichfalls in der Kolbenstange untergebrachtes, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten-
Speicherraum in der Weise einwirkt, daß darin ein größerer Druck als der maximale
Druck in der Arbeitskammer aufrechterhalten wird. Beim Absinken des Fahrzeuges infolge
Belastung wird dabei eine Verbindung zwischen der Arbeitskammer und dem Speicherraum
hergestellt, wodurch aus letzterem eine bestimmte Hydraulikflüssigkeitsmenge in
die Arbeitskammer gelangt und dadurch das Fahrzeug wieder in seine normale Lage
gehoben wird. Die laufende Nachfüllung des Speicherraumes mit Hydraulikflüssigkeit
erfolgt von der Vorratskammer über die Pumpenkammer, die zu diesem Zweck über ein
Pumpenauslaßventil mit dem Speicherraum verbunden ist. Bei Entlastung des Fahrzeuges
gibt der mit dem Arbeitskolben verbundene, hohle Pumpenstößel eine zum Vorratsraum
führende Abregelbohrung im Pumpengehäuserohr frei oder er fährt daraus sogar ganz
heraus, wodurch die Pumpenkammer in direkte offene Verbindung mit der Arbeitskammer
gelangt. Ein derart beschaffenes selbstpumpendes Federbein erfordert aber allein
schon wegen seines zusätzlich vorhandenen Speicherraumes und des zugehörigen besonderen
Druckgasraumes einen erheblichen baulichen sowie platzmäßigen Aufwand. Auch sind
dafür zusätzliche Ventile und Dichtungen notwendig, die angesichts der bei solchen
Federbeinen zu beherrschenden hohen Gasdrücke immer problematisch sind. Insbesondere
ist hier auch wegen der nur wandungsnahen Führung des Pumpenstößels im Pumpengehäuserohr
ein unkontrollierbarer Flüssigkeitsaustausch nicht zu vermeiden, wodurch Funktionsunsicherheiten
bedingt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstpumpendes hydropneumatisches
Federbein mit innerer Nievauregelung zu schaffen, das die vorerwähnten Mängel nicht
aufweist, vielmehr von überaus einfacher und kompakter Bauart ist sowie eine insbesondere
auch hinsichtlich seiner die Pump- und Abregelvorgänge steuernden Ventile einwandfreie
Funktionsweise gewährleistet. Das wird ausgehend von einem Federbein der eingangs
erwähnten Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Druckgasraum in der
mit der Arbeitskammer verbundenen hohlen Kolbenstange die die Hydraulikflüssigkeit
in der Arbeitskammer belastende eigentliche Gasfeder darstellt, und daß die Abregeleinrichtung
in an sich bekannter Weise als ein durch den Pumpenstößel betätigbares Abregelventil
ausgebildet ist, das in der äußersten Ausfahrstellung der Kolbenstange durch einen
am dem Arbeitskolben abgewandten Ende des Pumpenstößels vorgesehenen, gleichzeitig
zur Führung dienenden Betätigungsnocken aufgestoßen wird und das ständig entgegen
der Kraft seiner Ventilfeder durch den Druck in der Pumpenkammer belastet ist, so
daß es gleichzeitig als überdruckventil für die Pumpenkammer wirkt, wobei der Pumpenstößel
in an sich bekannter Weise innerhalb der Pumpenkammer mit Spiel und an ihrem Eingang
im Aufregelbereich dichtend geführt ist.
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Auf diese Weise kommt man zu einem selbstpumpenden hydropneumatischen
Federbein mit innerer Niveauregelung von außerordentlich einfacher und gedrängter
Bauweise. das nur die allernotwendigsten und keinerlei frei bewegliche, zu dynamischen
Unzulänglichkeiten führende Ventilteile enthält. Da das auf die Hydraulikflüssigkeit
in der Arbeitskammer wirkende Druckgas in der hohlen Kolbenstange untergebracht
ist, kann die Baubreite des Federbeines auf dessen Arbeitskammerbreite beschränkt
bleiben, während die Kolbenstange im Durchmesser entsprechend weit bemessen «-erden
und dadurch der Arbeitsdruck in der Arbeitskammer entsprechend reduziert werden
kann, so daß die Abdichtungsverhältnisse einfacher werden. Das Abregelventil ist
als statisch dichtendes Ventil ausgeführt und dadurch auch bei längerer Betriebsdauer
erheblich zuverlässiger als ein dynamisch arbeitendes Ventil. Infolge seiner vorteilhaft
einstellbaren Druckbelastung wirkt das Abregelventil zugleich als Überdruckventil
für die Pumpenkammer, so daß es bei Überschreiten eines maximal zulässigen Arbeitsdruckes
auch selbsttätig zu öffnen vermag, wodurch die Pumpwirkung ausbleibt.
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Wie schon erwähnt, ist es bei selbstpumpenden Federbeinen an sich
bekannt gewesen, das Abregelventil in der äußersten Ausfahrstellung der Kolbenstange
durch den Pumpenstößel zu öffnen (vgl. USA.-Patentschrift 3 179 401). Dabei
handelt es sich aber nicht um ein hydropneumatisches, sondern um ein hydromechanisches,
nämlich druckgasfreies Federbein, das aus einem Mehrrohrdämpfer mit Arbeitszylinder
und Kolbenstange sowie einer dazu parallelgeschalteten starken Schraubenfeder mit
einer zwischengeschalteten hydraulischen Stützkammer besteht, welche durch Zupumpen
oder Ablassen von dem Dämpferzylinder entnommener Hydraulikflüssigkeit die Niveauregelung
besorgt.
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Weiterhin ist es bei selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeinen
mit innerer Niveauregelung an sich bekannt, den Pumpenstößel mit Spiel im Pumpengehäuse
zu führen und ihn hiergegen an dessen Eingang abzudichten (deutsche Auslegeschrift
1135 779). Dabei handelt es sich aber um ein Mehrkammer-Federbein mit konzentrisch
zur Arbeitskammer angeordnetem Druckgasraum, wobei der mit
der die
Pumpenkammer enthaltenden hohlen Kolbenstange verbundene Arbeitskolben in dem Arbeitskammerzylinder
abdichtend geführt, mithin von der darin befindlichen, druckgasbelasteten Hydraulikflüssigkeit
nur einseitig beaufschlagt wird. Die Abregelung erfolgt über in dem Arbeitskammerzylinder
vorhandene, zur Vorratskammer führende Abregelöffnungen, die bei entsprechend weiten
Ausfahrstellungen des Arbeitskolbens durch letzteren freigelegt werden. Daher treten
auch hier durch den ständigen mechanischen Abrieb zwischen der Arbeitskolbendichtung
und den Abregelöffnungen im Arbeitskammerzylinder erhebliche Leckverluste auf, die
auf die Dauer zu beträchtlichen Funktionsstörungen führen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung erläutert.
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Das abgebildete hydropneumatische Federbein mit selbsttätiger Niveauregelung
besteht im wesentlichen aus einem Zylindergehäuse 4, das in eine Arbeitskammer 6,
in eine Vorratskammer 16 und in eine Pumpenkammer 17 unterteilt ist, einer in die
Arbeitskammer 6 eintauchenden, hohl ausgebildeten Kolbenstange 5 mit einem Arbeitskolben
7, einem die Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 6 belastenden Druckgasraum
27 und einem in der Pumpenkammer 17 verschiebbar gelagerten Pumpenstößel B. Am Durchtrittsende
der Kolbenstange 5 sind am Zylindergehäuse 4 eine Kolbenstangendichtung 2 und eine
Kolbenstangenführung 3 vorgesehen, die mittels einer Verschlußmutter 1 am Zylindergehäuseende
befestigt sind. Die Kolbenstangenführung 3 ist gegen das Zylindergehäuseende durch
einen Dichtring 28 abgedichtet. Der in der hohl ausgebildeten Kolbenstange 5 untergebrachte
Druckgasraum 27 ist von der im Kolbenstangeninneren sowie in der Arbeitskammer 6
befindlichen Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise Dämpfungsöl, durch eine Faltenmembran
25 getrennt, die an ihrer Stirnseite durch eine Verstärkungseinlage 26 zusätzlich
gestützt ist. Damit kann sich die Faltenmembran 25 in der ausgefahrenen Stellung
der Kolbenstange 5 bzw. im ausgebauten Zustand des Federbeins auf die Mündung einer
Axialbohrung 8' im Pumpenstößel 8 aufsetzen und die Mündung verschließen. Dadurch
kann der Austrittsdruck auf die Kolbenstange 5 im ausgebauten Zustand auf »Null«
gesenkt werden, und zwar unabhängig von dem im Druckgasraum 27 herrschenden Gasdruck,
da letzterer sich in diesem Falle nicht mehr auf die Flüssigkeitsfüllung des Federbeins
auszuwirken vermag.
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Der am Einfahrende der Kolbenstange 5 sitzende Arbeitskolben 7 ist
mit vorzugsweise ventilgesteuerten Drosselöffnungen 24 versehen, wodurch entsprechende
Dämpfungswirkungen erzielbar sind. An der der Kolbenstange 5 gegenüberliegenden
Seite des Arbeitskolbens 7 ist der Pumpenstößel 8 befestigt, dessen Axialbohrung
8' mit dem Kolbenstangeninneren sowie über im Arbeitskolben 7 befindliche Schrägkanäle
23 auch mit der übrigen Arbeitskammer 6 ständig in Verbindung steht. Am untern Ende
des Pumpenstößels 8 ist stirnseitig ein Rückschlagventil 13 angeordnet. Weiterhin
befindet sich hier ein nach außen leicht vorspringender Betätigungsnocken 11, der
sich an der Innenwandbohrung eines die Pumpenkammer 17 bildende Pumpengehäuserohres
9 satt führt. In seinem unteren Teil ist der Pumpenstößel 8 ferner mit einer sich
etwa über seine Hälfte erstreckenden Axialnut 10 versehen.
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Das Pumpengehäuserohr 9 ist oben mit einem vergleichsweise breit gehaltenen
Flansch 9' versehen, über den es im Zylindergehäuse 4 befestigt und durch einen
hier eingelassenen Dichtungsring 22 abgedichtet ist. Dadurch wird zwischen dem Pumpengehäuserohr
9 und dem unteren Teil des Zylindergehäuses 4 die Vorratskammer 16 für die Hydraulikflüssigkeit
gebildet. Durch ein gleichfalls im Flansch 9' des Pumpengehäuserohres 9 vorgesehenes
Dichtungspaket 21, das aus mehreren metallischen Kolbenringen besteht, die am Pumpenstößel
8 dichtend anliegen, ist die Pumpenkammer 17 gegenüber der Arbeitskammer 6 abgedichtet.
Im Pumpengehäuserohr 9, das mit seinem unteren Ende in eine napfartige Ausnehmung
4' im Zylindergehäuse eingreift und hier über die Dichtung 12 abgedichtet ist, sind
noch ein Saugventil 14 mit Saugkanälen 15 sowie ein Abregelventil19
vorgesehen. Letzteres wirkt mit dem am unteren Ende des Pumpenstößels 8 befindlichen
Betätigungsnocken 11 in der Weise zusammen, daß es in der äußersten Ausfahrstellung
der Kolbenstange 5 bzw. des Pumpenstößels 8 durch den Betätigungsnocken 11 entgegen
der Wirkung einer Ventilfeder 20 geöffnet wird.
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Wird die Kolbenstange 5 beim Einfedern eingefahren, so macht der Pumpenstößel
8 den gleichen Weg wie die Kolbenstange und verdrängt dabei eine seiner Volumenverdrängung
entsprechende Hydraulikflüssigkeitsmenge, die dadurch über das Rückschlagventil
13 in dessen Axialbohrung 8' und damit in die Arbeitskammer 6 gelangt. Die zusätzliche
Hydraulikflüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer 6 hat eine entsprechende Ausfahrbewegung
der Kolbenstange 5 zur Folge. Bei der Ausfahrbewegung beim nachfolgenden Ausfedern
saugt der durch das Dichtungspaket 21 abgedichtete Pumpenstößel
8 über das Saugventil 14 Öl aus der Vorratskammer 16 nach, das bei der erneuten
Einfahrbewegung des Pumpenstößels 8 wiederum über dessen Rückschlagventil 13 in
die Arbeitskammer 6 gelangt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Axialnut
10 das Dichtungspaket 21 überfährt und somit die Pumpenkammer 17 mit der
Arbeitskammer 6 in Verbindung kommt. Durch den Druckaustausch wird die Pumpe wirkungslos.
Das gewünschte, der mittleren Arbeitsstellung der Kolbenstange 5 entsprechende Niveau
ist hergestellt.
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Wird das Fahrzeug entlastet, dann tritt die Kolbenstange 5 so weit
aus, daß das Abregelventil 19 durch den Betätigungnocken 11 des Pumpenstößels 8
betätigt wird und das Öl aus der Arbeitskammer 6 über die Axialnut 10 und einen
im Ventilkörper des Abregelventils 19 gelegenen Verzögerungsschlitz 18 aus der Pumpenkammer
17 in die Vorratskammer 16 zurückströmen kann, bis das Niveau wieder hergestellt
ist. Die Ventilfeder 20 des Abregelventils 19 ist so bemessen bzw. eingestellt,
daß das Abregelventil 19 zusätzlich auch als Überdruckventil arbeiten kann und bei
Überschreiten eines maximalen Arbeitsdruckes in der Pumpenkammer 17 auch ohne Beaufschlagung
durch den Betätigungsnocken 11 zu öffnen vermag.
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Außer der vorerwähnten selbsttätigen lastabhängigen Niveauregelung
ermöglicht das abgebildete Federbein über den mit vorzugsweise ventilgesteuerten
Drosselöffnungen 24 versehenen Arbeitskolben 7
auch eine entsprechende
Dämpfung der Ein- und Ausfahrhübe der Kolbenstange, so daß das Federbein wie ein
Teleskopstoßdämpfer arbeitet.