DE19635880A1

DE19635880A1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung

Info

Publication number: DE19635880A1
Application number: DE19635880A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: KR970075458A; KR100483446B1; DE19635880C2

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 und mit Ventilen versehenen Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Nieder druckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum för dernden Kolbenpumpe, bestehend aus einem durch die hohle Kolbenstange gebildeten Pumpenraum und einer mit dem Arbeitszylinder verbundenen Pum penstange.

Es sind bereits selbstpumpende hydropneumatische Federbeine bekannt (z. B. DE-PS 38 40 790, DE-PS 39 14 385), bei denen über die Kolbenpumpe des Fe derbeines während der Fahrt des Fahrzeuges Dämpfungsmittel so lange in den Arbeitszylinder gepumpt wird, bis die Niveaulage des Fahrzeuges erreicht ist. Nach Erreichen der Niveaulage gibt der Arbeitszylinder eine Abregelöffnung frei, so daß unter Zuhilfenahme eines Kurzschlusses (Bypaß) ein weiteres Hoch regeln des Fahrzeugaufbaus vermieden wird. Um bereits bei Beladung des Fahrzeuges sofort nach dem Starten des Fahrzeuges die Niveaulage zu er reichen, besteht die Möglichkeit, Öl bei stehendem Fahrzeug in den Arbeitsraum über einen Druckspeicher zu befördern. Der Druckspeicher ist im Gegensatz zur Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer mit einem höheren Druck be aufschlagt, so daß bei Fahrzeugbeladung die Kolbenstange im Stand in das Federbein eintaucht und somit ein Bypasssystem zwischen dem Druckspeicher und der Hochdruckkammer geöffnet wird. In der Regel reicht das Volumen des Druckspeichers für eine einmalige Betätigung aus, so daß während der darauf folgenden Fahrt durch die Kolbenpumpe eine erneute Aufladung des Druckspei chers erfolgen muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Federbein mit innerer Niveauregelung so wei terzubilden, daß auf einfache Weise bei stehendem Fahrzeug ein Aufregeln auf Niveaulage des Fahrzeugaufbaus möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das im Pum penraum befindliche Dämpfungsmittel durch ein Antriebselement druckbeauf schlagbar ist.

Hierbei ist von Vorteil, daß über das Antriebselement der Druck im Pumpenraum erhöht wird, so daß durch Öffnen der entsprechenden Ventile ein Druck ausgleich zwischen dem Pumpenraum und dem mit dem Hochdruckraum in Verbindung stehenden Arbeitsraum erfolgt, dabei wird ohne Zufuhr von Öl bzw. Fluid oder Dämpfungsmittel ein Aufregeln des Fahrzeugaufbaus im Stand er reicht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Antriebselement innerhalb des Federbeines angeordnet ist oder daß das Antriebselement außer halb des Federbeines angeordnet ist und über eine Strömungsverbindung mit dem Pumpenraum verbunden ist.

Eine günstige Ausführungsform sieht dabei vor, daß als Antriebselement ein Kolben-Zylinder-Aggregat vorgesehen ist, wobei über den Kolben ein Fluid komprimierbar ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht hierbei vor, daß der Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates durch einen Exzenter angetrieben wird.

Darüber hinaus ist vorgesehen, daß als Antriebselement druckerzeugende Ag gregate vorgesehen sind, die von einer Antriebsart, wie z. B. Kolben-Zylinder abweichen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Dämpfungsmittel direkt vom Antriebselement beaufschlagt oder es läßt sich derart ausbilden, daß das Fluid gegenüber dem Dämpfungsmittel durch ein Trennelement getrennt ist. Die letztere Ausführungsform gewährleistet die Möglichkeit einer einfachen Nach rüstung, denn bei Vorsehen entsprechender Anschlüsse sind die Dämpfungs mittel führenden Räume und Verbindungen in sich geschlossen, während über eine entsprechende Anschlußmöglichkeit ein entsprechendes Antriebselement nachgerüstet werden kann.

Zur Erzielung einer entsprechenden Trennung zwischen Fluid und Dämp fungsmittel sind Trennelemente vorgesehen, die je nach Ausführungsform als Membran, als Trennkolben, oder als Stufenkolben ausgebildet sein können.

Diese Trennelemente sind dabei fertigungstechnisch günstig jeweils im Bereich der Kolbenstange angebracht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß als Antriebselement ein Aktuator in der Kolbenstange integriert ist oder im Arbeitszylinder angeordnet und über eine Verbindung in der Pumpenstange mit dem Pumpenraum verbun den ist.

Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß das Antriebselement ein Ein- und Auslaßventil einer mechanischen Pumpe, gebildet von Pumpenstange und Pumpenraum, beaufschlagt.

Zur Schaffung eines Gesamtsystems in einem Fahrzeug ist vorgesehen, daß mindestens zwei Federbeine zu einem System zusammengeschaltet werden. Mit Vorteil sind dabei die Pumpenräume von mindestens zwei Federbeinen von ei nem Antriebselement druckbeaufschlagt.

Darüber hinaus ist vorgesehen, daß im Kolben-Zylinder-Aggregat eine der an geschlossenen Federbeine entsprechende Anzahl von Kolben von einem Ex zenter angetrieben werden.

Zur Erzielung eines Druckausgleiches zwischen den Leitungen und dem Exzen terraum ist vorgesehen, daß die Antriebswelle des Exzenters gegenüber der Atmosphäre über eine Dichtung abgedichtet ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Federbein mit innerer Niveauregelung im Schnitt

Fig. 2 bis 4 als Einzelheit entsprechende Anschlüsse des Antriebsaggregats an den Pumpenraum

Fig. 5 ein Federbein mit einem im Arbeitszylinder integrierten Aktuator

Fig. 6 ein Federbein im Schnitt mit integriertem Aktuator in der Kolbenstange

Fig. 7 zwei Federbeine, welche über ein gemeinsames Antriebsaggregat be aufschlagt werden

Fig. 8 bis 10 ein Antriebsaggregat in drei Ansichten, teils geschnitten.

Das in Fig. 1 dargestellte Federbein mit innerer Niveauregelung für Kraftfahr zeuge besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 1 des Federbeines, in dem ein Arbeitskolben 18 am Ende einer Kolbenstange 2 gleitet. Der Arbeits zylinder 1 ist auf der einen Seite durch einen Boden und auf der anderen Seite durch einen Deckel abgeschlossen, durch den die Kolbenstange 2 abgedichtet nach außen tritt. Der Boden und die Kolbenstange 2 sind mittels Befestigungs vorrichtungen am Aufbau des Fahrzeuges bzw. an der Achse des Fahrzeuges in nicht dargestellter Weise befestigt. Der Arbeitszylinder 1 ist von einer ringförmi gen, zum Teil mit Öl und zum Teil mit Gas gefüllten Ausgleichskammer umge ben, die durch eine Zwischenwand in eine Hochdruckkammer 6 und eine Nie derdruckkammer 5 unterteilt ist. Die Hochdruckkammer 6 ist durch einen Ring trennkolben 19 in die mit Dämpfungsmittel gefüllte Hochdruckkammer 6 und in den mit Gas gefüllten Teil 6a unterteilt.

Im völlig abgeregelten, das heißt im nicht hochgepumpten Zustand herrscht in der Niederdruckkammer 5 und der Hochdruckkammer 6 gleicher Druck. Die Niederdruckkammer 5 steht über die Ausnehmung 20, dem unteren Arbeitsraum 4, dem Einlaßventil 21, dem Pumpenraum 7, dem Auslaßventil 22 und dem oberen Arbeitsraum 3 mit der Hochdruckkammer 6 in Verbindung. Am Boden des Arbeitszylinders 1 ist die Pumpenstange 8 befestigt, welche zusammen mit dem Pumpenraum 7 der hohlen Kolbenstange 2 eine Kolbenpumpe bildet. Während der teleskopartigen Bewegung der Kolbenstange 2 gegenüber dem Arbeitszylinder 1 taucht die Pumpenstange 8 in den Pumpenraum 7 ein, so daß in der Zugstufe Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer 5 über die Aus nehmung 20 am Einlaßventil 21 vorbei in den Pumpraum 7 strömt. Während der Druckstufe schließt das Einlaßventil 21 und das Dämpfungsmittel aus dem Pumpenraum 7 gelangt über das Auslaßventil 22 in den oberen Arbeitsraum 3 und spannt somit den Hochdruckraum 6 vor.

Während des Stillstandes des Fahrzeuges, das heißt die Kolbenstange 2 be wegt sich gegenüber dem Arbeitszylinder nicht, würde bei Beladung des Fahr zeuges und Erhöhung des Fahrzeuggewichts ein Absinken des Fahrzeugauf baus erfolgen, indem die Kolbenstange 2 langsam in den Arbeitszylinder 1 ein taucht. Ein Anheben des Fahrzeugaufbaus läßt sich in diesem Zustand nur durch Druckerhöhung im Hochdruckraum 6 erzielen. Hierzu wird ein Antriebs element 9 zugeschaltet, welches in der Fig. 1 als Kolben-Zylinder-Aggregat 11 ausgebildet und über die Strömungsverbindung 10 mit dem Pumpenraum 7 ver bunden ist. Der Kolben 12 des Kolben-Zylinder-Aggregates 11 komprimiert und entspannt ständig das Dämpfungsmittel im Pumpenraum 7, wobei Dämp fungsmittel aus der Niederdruckkammer 5 über die Ausnehmung 20 und dem Einlaßventil 21 in den Pumpraum 7 und von dort aus über das Auslaßventil 22 in den oberen Arbeitsraum 3 gelangt. Da die Hochdruckkammer 6 mit dem obe ren Arbeitsraum 3 in Verbindung steht, wird das Gas der Hochdruckkammer 6a vorgespannt. Durch die Druckerhöhung in der Hochdruckkammer 6 wandert die Kolbenstange 2 auswärts, ohne Fremdeinspeisung von zusätzlichem Dämp fungsmittel.

In der Fig. 2 ist als Einzelheit eine Kolbenstange 2 zusammen mit dem Pum penraum 7 dargestellt, wobei das Antriebselement 9 eine eigene Versorgung mit Fluid besitzt, welche vom Dämpfungsmittel des Federbeins über den Trennkol ben 13 getrennt ist.

In der Fig. 3 ist zur Trennung von Fluid und Dämpfungsmittel ein Stufentrenn kolben 14 vorgesehen, während in Fig. 4 die Trennung über eine Membran 15 vorgenommen wird. Diese Lösungen gemäß Fig. 2 bis 4 eignen sich zum nachträglichen Einbau einer sogenannten Standregelung, indem das Dämp fungsmittel im Federbein den Trennkolben 13, den Stufentrennkolben 14 oder die Membran 15 zur Anlage an der dem Pumpenraum 7 gegenüberliegenden Seite zwingt, wobei erst nach Anbau des Antriebsaggregates 9 über die Strö mungsverbindung 10 eine Druckbeaufschlagung des Trennkolben 13, Stufen trennkolben 14 oder Membran 15 ermöglicht. Der nachträgliche Einbau des An triebsaggregats 9 erfordert allerdings eine Füll- und Entlüftungseinrichtung 23.

Aus der Fig. 5 ist ein Federbein zu entnehmen, bei dem das Antriebselement 9 in Form eines Aktuators 16 im Gehäuse des Federbeines angeordnet ist. Der Trennkolben 13 trennt das Fluid angetrieben durch das Antriebselement 9 vom Dämpfungsmittel des Federbeins. Die Beaufschlagung des Dämpfungsmittels im Pumpenraum 7 durch den Aktuator 16 wird über eine Verbindung 17 der Pum penstange 8 gewährleistet.

In der Fig. 6 ist ein Aktuator 16 in der Kolbenstange 2 integriert. Der Aktuator 16 ist dabei elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbar. Auch die ser Aktuator 16 komprimiert das Dämpfungsmittel im Pumpenraum 7, so daß über das Auslaßventil 22 eine Vorspannung des Hochdruckraumes 6 gewähr leistet ist.

In Fig. 7 sind zwei zu einem System zusammengeschaltete Federbeine dar gestellt. Die Federbeine entsprechen im Prinzip dem Ausführungsbeispiel ge mäß Fig. 1, wobei das Antriebselement 9 über jeweils eine Strömungsverbin dung 10 mit dem Pumpenraum 7 der entsprechenden Kolbenstange 2 verbun den ist. Das Antriebselement 9 besteht bei dieser Ausführung aus einem Kol ben-Zylinder-Aggregat 11 und einem Elektromotor 27.

Aus den Fig. 8 bis 10 ist das in Fig. 7 dargestellte Antriebselement 9 in drei Ansichten, teils geschnitten dargestellt. Der Elektromotor 27 ist über eine Welle mit der Antriebswelle 25 des Kolben-Zylinder-Aggregates 11 verbunden. Die Antriebswelle 25 treibt dabei direkt einen Exzenter 24 an, welcher entsprechend seiner Drehbewegung die Kolben 12a und 12b im jeweiligen Zylinder beauf schlagt. Die Fig. 10 zeigt, daß gegebenenfalls Rückholfedern 28 zur Beauf schlagung der Kolben 12a und 12b verwendet werden können. Durch den um laufenden Exzenter werden die Kolben 12a und 12b gegenläufig beaufschlagt, so daß im Exzenterinnenraum das Volumen des Fluids konstant bleibt. Die Ab dichtung der Antriebswelle 25 erfolgt durch die Dichtung 26, auf diese Weise wird im Exzenterinnenraum sowie in den Strömungsverbindungen 10 gleicher Druck herrschen. Durch die Vermeidung von Dichtungen an den Kolben wird ein reibungsarmer Antrieb geschaffen, der mit entsprechend weniger Leistung, das heißt mit einem kleineren Elektromotor 27 auskommen kann. Da der Exzenter 24 im Exzenterraum innerhalb der Strömungsverbindung angeordnet ist, wird er gleichzeitig durch das Fluid geschmiert, gekühlt und unterliegt somit einem ge ringen Verschleiß.

Bezugszeichenliste

1 Arbeitszylinder
2 Kolbenstange
3 Arbeitsraum
4 Arbeitsraum
5 Niederdruckkammer
6 Hochdruckkammer
7 Pumpenraum
8 Pumpenstange
9 Antriebselement
10 Strömungsverbindung
11 Kolben-Zylinder-Aggregat
12 Kolben
13 Trennkolben
14 Stufenkolben
15 Membran
16 Aktuator
17 Verbindung
18 Arbeitskolben
19 Ringtrennkolben
20 Ausnehmung
21 Einlaßventil
22 Auslaßventil
23 Füll- und Entlüftungseinrichtung
24 Exzenter
25 Antriebswelle
26 Dichtung
27 Elektromotor
28 Rückholfeder

Claims

1. Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveaurege lung, 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 und mit Ventilen ver sehenen 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 Kol benpumpe, bestehend aus einem durch die hohle Kolbenstange gebildeten Pumpenraum und einer mit dem Arbeitszylinder verbundenen Pumpenstange, dadurch gekennzeichnet, daß das im Pumpenraum (7) befindliche Dämpfungsmittel durch ein Antrieb selement (9) druckbeaufschlagbar ist.

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (9) innerhalb des Federbeines angeordnet ist.

3. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (9) außerhalb des Federbeines angeordnet ist und über eine Strömungsverbindung (10) mit dem Pumpenraum (7) verbunden ist.

4. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebselement (9) ein Kolben-Zylinder-Aggregat (11) vorgesehen ist, wobei über den Kolben (12) ein Fluid komprimierbar ist.

5. Federbein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) des Kolben-Zylinder-Aggregates (11) durch einen Exzen ter (24) angetrieben wird.

6. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebselement (9) druckerzeugende Aggregate vorgesehen sind, die von einer Antriebsart, wie z. B. Kolben-Zylinder abweichen.

7. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel direkt vom Antriebselement (9) beaufschlagt wird.

8. Federbein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid gegenüber dem Dämpfungsmittel durch ein Trennelement ge trennt ist.

9. Federbein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennelement eine Membran (15), ein Trennkolben (13), ein Stufen kolben (14) etc. vorgesehen ist.

10. Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebselement (9) ein Aktuator (16) in der Kolbenstange (2) inte griert ist.

11. Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebselement (9) ein Aktuator (16) im Arbeitszylinder (1) angeord net und über eine Verbindung (17) in der Pumpenstange (8) mit dem Pum penraum (7) verbunden ist.

12. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (9) ein Ein- und Auslaßventil (21, 22) einer mecha nischen Pumpe, gebildet von Pumpenstange (8) und Pumpenraum (7), be aufschlagt.

13. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Federbeine zu einem System zusammengeschaltet werden.

14. Federbein nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenräume (7) von mindestens zwei Federbeinen von einem An triebselement (9) druckbeaufschlagt sind.

15. Federbein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben-Zylinder-Aggregat (11) eine der angeschlossenen Federbeine entsprechende Anzahl von Kolben (12a, 12b) von einem Exzenter (24) ange trieben werden.

16. Federbeine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (25) als Exzenter (24) gegenüber der Atmosphäre über eine Dichtung (26) abgedichtet ist.