DE1655983A1

DE1655983A1 - Hydropneumatisches Federbein mit selbsttaetiger Niveauregulierung,insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1655983A1
Application number: DE19681655983
Authority: DE
Inventors: Erich Hahn
Original assignee: August Bilstein GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Priority date: 1968-02-22
Filing date: 1968-02-22
Publication date: 1971-07-01
Also published as: FR2002427A1; US3593977A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydropneumatiscb.es Federbein mit selbsttätiger Niveauregulierung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem mit Arbeitsflüssigkeit gefüllten Arbeitszylinder, einem darin gleitverschieblich und abdichtend geführten Tragkolben mit Kolbenstange, einer die im kolbenstangenabgewandten Raum des Arbeitszylinders befindliche, den Tragkolben beaufschlagende Arbeitsflüssigkeit unter Druck stellenden Hochdruckgaskammer, einer teilweise mit Arbeitsflüssigkeit gefüllten Vorratskammer, einer zwischen letzterer und dem Arbeitszylinderhochdruckraum befindlichen Pumpeinrichtung mit Pumpenkammer, die zwischen dem Arbeitszylinder und der Kolbenstange angeordnet sowie an ihrem dem Kolbenstangenzylinderdurchtritt zugewandten ütade durch einen auf der Kolbenstange befestigten Pumpenringkolben und an ihrem anderen Ende durch einen im Arbeitszylinder in der Nähe des Putnpenansaugventils fest eingebauten Zwischenring abgeschlossen ist, einem Pumpenauelaßventil, einem Abregelventil und in beiden tfederungarichtuugen dämpfenden Drosselventilen für die Arbeitsflüs-

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sigkeit,

Bei bekannten selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeinen obiger Art tritt im Federkennlinien-Verlauf im Hiveaubereich ein plötzlicher Anstieg der Dämpfer- bzw. Federungskraft auf, der den Fahrkomfort erheblich beeinträchtigt. Dieser plötzliche Kraftanstieg kommt dadurch zustande, daß sich beim Einfahren des Pumpenringkolbens in die Pumpenkammer der wirksame Kolbenstangenquerschnitt entsprechend sprunghaft vergrößert. Während nämlich vorher, d. h. bei nur wenig eingefahrener Kolbenstange der Arbeitsflüssigkeitsdruck auf eine einem dünneren KoIbens tangenteil entsprechend kleinere Querschnittsfläche wirkt, kommt es nach dem Einfahren des Ringkolbens in die Pumpenkammer zu einer entsprechenden wirksamen Querschnittevergrößerung, weil dann die in der Pumpenkammer befindliche Arbeitsflüssigkeit zusammen mit der in der Arbeitskammer befindlichen Flüssigkeit auf den gesamten, dem Ringkolben entsprechenden größeren Querschnitt wirken. Weiterhin ist es bei den bekannten hydropneumatischen Federbeinen dieser Art von Nachteil, daß ihr Tragkolben und ihre Pumpenventile keinen nennenswerten Dämpfungsbeitrag liefern, so daß für eine ausreichende Dämpfungswirkung besondere Drosselventile in einem den Arbeitszylinderhochdruckraum unterteilenden Drosselsteg vorgesehen werden müssen, was einen entsprechend verwickelten Aufbau sowie eine Verkürzung des Tragkolben-Arbeitshubes bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydropneumatisches selbstpumpendes Federbein mit selbsttätiger Niveauregulierung und doppelt wirkender Dämpfung zu schaffen,

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das die vorerwähnten Mangel nicht aufweist, vielmehr von einfacherer Bauart und verbesserter Wirkungsweise ist, wobei sowohl "beim Ausfedern als auch beim Einfedern Pumpenstöße bzw. Kraftsprünge vermieden werden und wobei zugleich eine durch die Pumparbeit lastabhängige Dämpfung ohne zusätzliche Drosselventile gleichfalls über den gesamten Ein- und Ausfahrhub erzielt wird. Das wird ausgehend von einem Federbein der eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß der die das Ansaugventil enthaltende Pumpenkammer einendig abschließende Zwischenring das während des gesamten Einfederungshubes zugleich als Drosselventil wirksame Pumpenauslaßventil enthält und mit dem ein beim Ausfedern öffnendes Drosselventil enthaltenden Tragkolben einen weiteren ringzylindrischen Pumpenraum zwischen dem Arbeitszylinder und der Kolbenstange einschließt, wobei weiterhin das Abregelventil bereits bei jirreichen der Fiveaulage öffnet. Auf diese Weise kommt man zu einem Federbein, dessen iumpeinrichtung über den gesamten Federungshub wirksam ist, mithin entsprechende Pumpenstöße bzw. Kraftsprünge beim Ausfedern vermieden werden. Die durch die Pumparbeit lastabhängige Dämpfung erstreckt sich über den gesamten Ein- und Ausfahrhub, wobei die Dämpfungskraft beim Einfedern im wesentlichen von dem im Pumpenzwischenring befindlichen Drosselbzw. Pumpenauslaßventil, dagegen beim Ausfedern von dem im Tragkolben vorhandenen Drosselventil erzeugt wird. Zusätzliche Drosselventile im Arbeitszylinderhochdruckraum sind daher entbehrlich.

Das Abregelventil ist vorteilhaft in der nach oben aus

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dem Arbeitszylinder herausgeführten Kolbenstange vorgesehen, und zwar am inneren Ende einer mit dem unter dem Tragkolben gelegenen Arbeitszylinderhochdruckraum in Verbindung stehenden, axialen Kolbenstangenbohrung. Das Abregelventil besitzt dabei eine Ventilbohrung, die in an sich bekannter Weise durch eine unter Feuerwirkung stehende Ventilstange zu schließen ist, welche in einem am Arbeitszylinderböden befestigten, in die Kolbenstangenbohrung hineinragenden Mitnehmerrohr begrenzt axial verschieblich geführt ist. Weiterhin ist dabei inu Arbeitszylinder eine zur Vorratskammer führende, vom Pumpenkolben überfahrbare Rücklaufbohrung angeordnet, die beim Öffnen des Abregelventils die Pumpenkammer mit der Vorratskammer verbindet. Hierdurch wird mit baulich sehr einfachen Mitteln das ständige Ablassen einer der Pumpenleistung entsprechenden Arbeitsflüssigkeitsmenge aus dem Arbeitszylinderhochdruckraum bei Erreichen dsr Niveaulage gewährleistet, die also durch ständiges Pumpen und Ablassen der Arbeitsdruckflüssigkeit bestimmt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der jirfindung enthält das Abregelventil eine mit einer Drosselscheibe und einem vorgeschalteten Sieb versehene Ventilbohrung. Dadurch kann letztere gegen Verstopfen wirksam geschützt und durch die Ventilstange auf betrieblich sichere Weise gesteuert, d. h. geschlossen oder geöffnet werden. Da das Abregelventil in der mit dem Fahrzeugrahmen verbundenen Kolbenstange, also verhältnismäßig ruhend angeordnet ist, wird dadurch auch eine zusätzliche Sicherheit gegen Druckabfall gewährleistet.

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Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß der oberhalb des Pumpenkolbens zwischen Arbeitszylinder und Kolbenstange befindliche RingrÄun teilweise mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist und außer der Rücklaufbohrung noch über eine weitere, nahe der Kolbenstangendurchtrittsöffnung gelegene Drosselbohrung mit der Vorratskammer verbunden ist. Auf diese Weise kann der vorerwähnte Ringraum als hydraulische Bremse bzw. hydraulischer Endanschlag beim Ausfedern der Kolbenstange verwendet werden.

Weitere Merkmale nach der Erfindung seien anhand der Zedehnung beschrieben, in der ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß beschaffenen hydropneumatischen Federbeins in axialem Längsschnitt dargestellt ist.

Das abgebildete Federbein besteht im wesentlichen aus dem Außenzylinder 1 und dem darin befindlichen Arbeitszylinder 2 sowie der darin axial verschieblich geführten Kolbenstange 3 mit dem an ihrem inneren Ende befindlichen !Dragkolben 4. Die Zylinder 1 und 2 sind über das Bodenstück 5, den ringartigen Zwischensteg 6 und die die Kolbenstangendichtung 7 sowie den Dichtungsring 8 enthaltende Abschlußscheibe 9 fest miteinander verbunden. Der obere Ringraum zwischen den beiden Zylindern 1 und 2 bildet die Vorratskammer 10, die teilweise mit Arbeitaflüssigkeit, insbesondere Dämpferöl 11, und mit einem darauf lastenden Druckgaspolster 12 gefüllt let. Im unteren Ringraum zwischen den beiden Zylindern befindet sich die Druckgaskanmer 15 sowie die dagegen

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durch die Schlauchmembran 14 abgetrennte Druckflüssigkeitskammer 15. Letztere steht mit dem unterhalb des Tragkolbens befindlichen Arbeitszylinder-Hochdruckraum 16 über die am unteren Ende des ArbeitsZylinders 2 vorhandenen Durchtrittsöffnungen 17 in flüssigkeitsleitender Verbindung.

An der Kolbenstange 3 ist der Pumpenringkolben 18 vorgesehen, der über seine Dichtungen 19 an der Innenwandung des ArbeitsZylinders 2 abdichtend anliegt. In dem darüber gelegenen Teil ist der Arbeitszylinder 2 mit einer Rücklaufbohrung 20 sowie nahe unterhalb des Kolbenstangendurchtritts bzw. der Abschlußscheibe 9 mit einer weiteren Drosselbohrung 21 versehen, die beide in der dargestellten Lage der Federbeinkolbenstange 3 den Ringraum 22 mit der Vorratskammer verbinden.

Unterhalb des Pumpenringkolbens 18 liegt zwischen dem Arbeitszylinder 2 und der Kolbenstange 3 die ringförmige Pumpenkammer 23, die nach unten durch den fest am Arbeitszylinder angeordneten, beispielweise sickenförmig damit verbundenen Zwischenring 24 abgeschlossen ist. Der Zwischenring 24 liegt mit an seinem Innenumfang vorhandenen Dichtungsringen 25 gleitverschieblich und abdichtend an der Kolbenstange 3 an. Er ist mit mehreren PumpenauslaQkanalen 26 versehen, die durch die federbelastete Ventilscheibe 27 abgedeckt sind. Dicht oberhalb des Zwischenringes 24 ist in dem Arbeitezylinder 2 das Pumpenansaugventil 28 vorgesehen. Der Zwischenring 24 schließt mit dem Tragkolben 4 einen weiteren ringzylindrlachen Puopenrauo 29 zwischen Arbelts-

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zylinder 2 und Kolbenstange 3 ein, der über die im Tragkolben 4 vorhandenen, durch die eingespannte Ventilfederscheibe 30 abgedeckten Drosselbohrungen 31 mit dem ArbeitszyUaderhochdruckraum 16 zu verbinden ist. An seinem Umfang ist der Tragkolben 4 mit Dichtungsringen 32 versehen, über die er an der Innenwandung des Zylinders 2 abdichtend anliegt.

Die Kolbenstange 3 ist an ihrem den Tragkolben 4 tragenden Ende mit einer ,xialbohrung 33 versehen, die mit dem Arbeitszylinderhochdruckraum 16 ständig verbunden ist. In die Kolbenstangenbohrung 33 ragt das am Bodenstück 5 des ArbeiteZylinders befestigte Mitnehmerrohr 34 hinein, in welchem die unter Wirkung der Schraubdruckfeder 35 stehende Ventilstange 36 begrenzt axial verschieblich geführt ist. Die Ventilstange 36 sitzt mit ihrem konisch ausgebildeten Ventilkopf 37 auf der entsprechend gestalteten Sitzfläche des Abregelventils 38, dessen Ventilbohrung 39 zu der Pumpenkammer 23 führt. In dem erweiterten ßohrungsteil des Abregelventilkörpers 38 befindet sich die mit einer engen Bohrung versehene Drosselscheibe 40 sowie ein letzterer vorgeschaltetes Sieb 41·

Beim Ausfedern der Kolbenstange 3 wird Öl aus der Vorratskammer 10 über das Ansaugventil 28 in die Pumpenkammer gefördert. Beim Einfedern wird die angesaugte Ölmenge unter geringem Druckanstieg über das im Zwischenring 24 gelegene Drossel- und Auslaßventil 26, 27 in den Pumpen- bzw. Dämpfungsraum 29 gefördert. Beim Ausfahren bzw. -federn der Kolbenstange 3 wird sodann die vorerwähnte Ölmenge über das

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im Tragkolben 4· gelegene Drosselventil 30, 31 in den Arbeitszylinder hoch druckra um 16 gedrückt. Der vorbeschriebene Pumpvorgang wiederholt sich solange, bis die Abregelventilstange 36 durch das Mitnehmerrohr 34- von der Sitzfläche des Abregelventils 38 abgehoben, mithin letzteres geöffnet wird. In dieser Stellung hat auch der Pumpenringkolben 18 die Rücklaufbohrung 20 überfahren, so daß dann die Pumpenkammer 23 mit der Vorratskammer 10 in Verbindung gelangt. Das über die Abregel-Ventilbohrung 39 aus dem Arbeitezylinderhochdruckraum 16 in die Pumpenkammer 23 gelangende öl kann also über die Rücklaufbohrung 20 weiter zur Vorratskammer 10 abfließen. Die AbStrömungsgeschwindigkeit bestimmt zusammen mit dem Pumpvolumen die Niveaulage, die also durch ständiges Pumpen und Ablassen der entsprechenden Ölmenge eingehalten wird. Bei verhältnismäßig weiten Ausfederungshüben dient der oberhalb des Pumpenkolbens 18 gelegene Ringraum 22 als hydraulische Bremse bzw. hydraulischer Endanschlag. Das im Ringraum 22 befindliche Öl wird dann durch den Pumpenkolben 18 über die Drosselbohrung 21 in die Vorratskammer 10 gedrückt .

Da bei dem neuen Federbein die Pumpe über den gesamten Hub wirksam ist, treten entsprechende Pumpenstösse bzw. Kraftsprünge lediglich an den Umkehrρunkten des Kraftdiagramme auf. Die durch die Pumparbeit lastabhängige Dämpfung erstreckt sich über den gesamten Bin- und Ausfahrhub. Da die Arbeitsdruckflüssigkeit die gesamte Querschnittsfläche des Tragkolbens 4 beaufschlagt, kann ihr Arbeitsdruck niedrig

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gehalten werden. Der Iragkolben 4 kann bis au das Bodenstück 5 des Arbeite Zylinders einfahren, wodurch insbesondere bei Verwendung des neuen Federbeins als Vorderachsbein, sogenanntes Me-Pherson-Federbein, zugleich eine sehr vorteilhafte Abstützung der Seitenlast gewährleistet ist. Schließlich besteht ein weiterer Vorteil des neuen Federbeins noch darin, daß sein Abregelventil 38 mit der in ihm befindlichen Drosselscheibe 40 durch das letztere vorgeschaltete Sieb 41 wirksam gegen ölVerschmutzungen geschützt wird, mithin eine gleichbleibende Abregelung der Arbeitsflüssigkeit ständig gewährleistet bleibt.

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Claims

Pate ntanaprüohe

· Hydropneumatisch.es Federbein mit selbsttätiger ITiveauregulierung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem mit Arbeitsflüssigkeit gefüllten Arbeitszylinder, einem darin gleitverschieblich und abdichtend geführten Tragkolben mit Kolbenstange, einer die im kolbenstangenabgewaudten Raum des ArbeiteZylinders befindliche, den Tragkolben beaufschlagende Arbeitsflüssigkeit unter Druck stellenden Hochdruckgaskammer, einer teilweise mit Arbeitsflüssigkeit gefüllten Vorratskammer, einer zwischen letzterer und dem Arbeitszylinderhochdruckraum befindlichen Pumpeinrichtung mit Pumpenkammer, die zwischen dem Arbeitszylinder und der Kolbenstange angeordnet sowie an ihrem dem Kolbenstangenzylinderdurchtritt zugewandten Ende durch einen auf der Kolbenstange befestigten Pumpenringkolben und an ihrem anderen Ende durch einen im Arbeitszylinder in der Nähe des Pumpenansaugventils fest eingebauten Zwischenring abgeschlossen ist, einem Pumpenauslaßventil, einem Abregelventil und in beiden Federungsrichtungen dämpfenden Drosselventilen für die Arbeitsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet ,daß der die das Ansaugventil (28) enthaltende Pumpenkammer (23 einendig abschließende Zwischenring (24·) das während des ge samten Einfederungshubes zugleich als Drosselventil wirksame Pumpenauelaßventil (26, 27) enthält und mit dem ein beim Ausfedern öffnendes Drosselventil (31) enthaltenden

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e Unterlagen {Art. 7 J1 AS \; Nr. I Satz 3 dea Xndermifleees.^v- *-^y·

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Iragkolben (4) einen weiteren ringzylindrischen Pumpenraum (29) zwischen dem Arbeitszylinder (2) und der Kolbenstange (3) einschließt, wobei weiterhin das Abregelventil (58) bereits bei Erreichen der Niveaulage öffnet.
2. Federbein nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß das Abregelventil (38) in der nach oben aus dem Arbeitszylinder (2) herausgeführten Kolbenstange (3), und zwar am inneren Ende einer mit dem unter dem Tragkolben (4) gelegenen Arbeitszylinder-Hochdruckraum (16) in Verbindung stehenden axialen KoIb ens tan gen bohrung (33) vorgesehen ist and eine Tentilbohrung (39) besitzt, die in an sich bekannter Weise durch eine unter Federwirkung stehende Ventilstange (36) zu schließen ist, welche in einem am Arbeitsaylltiderboden (5) befestigten, in die Kolbenstangenbohrung (33) hineinragenden Mitnehmerrohr (34) begrenzt axial verschieblich geführt ist, und daß weiterhin im Arbeitszylinder (2) eine zur Vorratskammer (10) führende, vom Pumpenkolben (18) überfahrbare Rücklaufbohrung (20) angeordnet ist, die beim Öffnen des Abregelventils (38) die Funkenkammer (23) mit der Vorratskammer (10) verbindet.
3. Federbein, insbesondere nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ventilbohrung (39) des Abregelventils (38) eine Drosselscheibe (40) und ein ihr vorgeschaltetes Sieb (41) vorhanden sind.

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4. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die im Pumpenkammer-Zwischenring (24) sowie im Tragkolben (4) vorhandenen, einseitig öffnenden Drosselventile aus durch Ventilfederplatten (27 bzw. 30) abgedeckten Flüssigkeitsdurchtrittskanälen (26 bzw. 31) bestehen.
5. Federbein nach den Ansprüchen 1 ibis 4, dadurch feekennzeichnet, daß der oberhalb des Pumpenkolbens (18) zwischen Arbeitszylinder (2) und Kolbenstange (3) befindliche Ringraum (22) teilweise mit Arbeitsflüssigkeit (11) gefüllt ist und außer der Rücklaufbohrung (20) noch über eine weitere, nahe der Kolbenstangendurchtrittsöffnung gelegene Drosselbohrung (21) mit der Vorratskammer (10) verbunden ist.
6. Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Arbeitszylinder (2) mit Abstand von einem Außenzylinder (1) umgeben ist, der in seinem oberen Teil die teilweise mit Arbeitsflüssigkeit (11) und einem Gaspolster (12) gefüllte Vorratskammer (10) und in seinem unteren !Teil die Druckgaskammer (13) sowie eine dagegen durch eine Schlauchmembran (14) abgetrennte Druckflüssigkeitskammer (15) einschließt, die mit dem Arbeitszylinder-Hochdruckraum (16) in ständiger flüssigkeitsleitender Verbindung steht.

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