DE19818116C1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Fe­ derbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens eines in einer Hochdruckkammer an­ geordneten 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 ange­ triebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkam­ mer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet ist, in die eine am Arbeitszylinder be­ festigte Pumpenstange eintaucht und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit der Niederdruckkam­ mer verbindet.

Es sind bereits selbstpumpende hydropneumatische Federbeine mit innerer Niveauregelung bekannt (z. B. DE 44 16 641 A1, DE 36 30 757 A1), bei denen eine durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruck­ kammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe vorgesehen sind. Der Pumpenzylinder ist dabei durch die hohle Kolbenstange gebildet, das Öl wird in der Druckstufe aus der Niederdruckkam­ mer in die Hochdruckkammer gepumpt. Bei diesem Federbein ist von Nachteil, daß solche Federbeine die in der Druckstufe das Öl fördern zu einer Pump­ stößigkeit neigen. Unter Pumpstößigkeit ist der Kraftsprung in der Druckstufe gemeint, der je nach Verdrängergröße den Fahrkomfort negativ beeinflussen kann.

Darüber hinaus sind hydropneumatische Stoßdämpfer bekannt (z. B. DE 195 05 711 A1), bei denen das Öl in der umgekehrten Weise, also in der Zug­ stufe des Stoßdämpfers, gefördert wird. Beim Einfedern des Rades wird das Öl aus der Niederdruckkammer über einen Kanal und über ein Einlaßventil in eine Pumpkammer gesaugt, während beim Ausfedern des Rades das in der Pump­ kammer eingekammerte Öl durch die Ringfläche des Pumpkolbens über ein Auslaßventil in die Hochdruckkammer gefördert wird. Bei einer derartigen Aus­ führungsform wird zwar ein komfortables Einfedern des Fahrzeugrades, ohne die sogenannte Pumpstößigkeit, erzielt. Nachteilig ist jedoch, daß das Fahr­ zeugrad in der Ausfederbewegung behindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches selbstpumpendes hydropneu­ matisches Federbein zu schaffen, bei dem die Pumparbeit auf die Zug- und Druckstufe verteilt wird, so daß ein harmonischer Federungs- und Dämpfungs­ komfort erzielt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen der Niederdruckkammer und dem Pumpenzylinder ein Rückschlagventil und zwi­ schen dem Pumpenzylinder und dem mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitszylinder ein weiteres Rückschlagventil angeordnet ist, und daß der Kol­ ben den Pumpenzylinder in zwei Räume unterteilt, die ab einem bestimmten Niveaubereich des Arbeitskolbens am Kolben vorbei über eine Strömungsver­ bindung ständig miteinander in Verbindung stehen.

Bei dieser Ausbildung ist von Vorteil, daß ohne großen konstruktiven Mehrauf­ wand eine Pumpeinrichtung geschaffen wird, die sowohl in der Zugstufe C71 aus dem Pumpenzylinder in den hochdruckseitigen Arbeitsraum fördert, als auch in der Druckstufe.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Nieder­ druckraum über eine Strömungsverbindung in der Pumpenstange mit dem Pum­ penzylinder verbunden ist und daß das Rückschlagventil im Bereich der Strömungsverbindung angeordnet ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß das Rückschlagventil in der Wandung zwischen dem Niederdruckraum und dem Arbeitszylinder angeordnet ist.

Nach einer wesentlichen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die im Pumpen­ zylinder axial beweglich angeordnete Pumpenstange einen Kolben aufweist, in dessen Bereich mindestens eines der Rückschlagventile angeordnet ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen sche­ matisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 und 2 ein Federbein im Schnitt

Fig. 3 einen Ausschnitt im Bereich der Pumpenstange im Schnitt

Fig. 4 bis 6 verschiedene Ausführungsformen des Pumpenzylinders als Ein­ zelheit

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Federbeins im Schnitt

Das in Fig. 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Federbein mit innerer Niveauregelung besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 9, der durch den Dämpfungskolben 16 in zwei Arbeitsräume unterteilt wird. Der Dämpfungskolben 16 ist an einer Kolbenstange 21 befestigt und unterteilt den Arbeitszylinder 9 in zwei mit unter Hochdruck stehende Arbeitsräume 11. Die hochdruckseitigen Arbeitsräume 11 sind mit einer Hochdruckkammer 20 ver­ bunden und werden von einem Gaspolster 23 beaufschlagt.

Die eigentliche Kolbenpumpe des Federbeines besteht aus der Pumpenstange 1, deren Kolben 6 im Pumpenzylinder 5 axial bewegbar angeordnet ist. Der Pumpenzylinder 5 ist durch den Hohlraum der Kolbenstange 21 gebildet. Zwischen der Niederdruckkammer 19 und dem Pumpenzylinder 5 befindet sich ein erstes Rückschlagventil 2 während zwischen dem Pumpenzylinder 5 und dem mit der Hochdruckkammer 20 verbundenen hochdruckseitigen Arbeitsraum 11 ein weiteres Rückschlagventil 3 vorgesehen ist.

In der Fig. 1 befindet sich der Kolben 6 im unteren Hubbereich, so daß die Kolbenpumpe in Funktion ist. Dabei wird üblicherweise Öl aus der Niederdruck­ kammer 19 über die Pumpeinrichtung in die Hochdruckkammer 20 gefördert. Das Gaspolster 23 wird dabei vorgespannt, so daß der ständig anwachsende Hochdruck in dem hochdruckseitigen Arbeitsraum 11 die Kolbenstange 21 nach außen treibt.

Bei entsprechend ausgeschobener Kolbenstange 21 wie dies in Fig. 2 darge­ stellt ist, bewegt sich der Kolben 6 in einen Bereich des Pumpenzylinders 5, in dem die Wandung des Pumpenzylinders 5 mit einer Strömungsverbindung 15 versehen ist. In diesem Bereich umströmt das Öl den Kolben 6, so daß die Pumpwir­ kung der Zugstufe ausgeschaltet wird. Der Einsatz des Bypaßes 22 hebt letzt­ lich auch die Pumpwirkung der Druckstufe auf. Die nähere Funktionsweise des Pumpenvorganges wird im einzelnen in Fig. 3 beschrieben.

In der Fig. 3 ist als Einzelheit der Arbeitszylinder 9 dargestellt, in dem der Dämpfungskolben 16 axial beweglich angeordnet ist und die Dämpfungsventile 17 für die Zugstufe und die Dämpfiungsventile 18 für die Druckstufe des Feder­ beines zur Erzielung entsprechender Dämpfungskräfte herangezogen werden. Der Dämpfungskolben 16 ist mit der Kolbenstange 21 verbunden, während der Hohlraum der Kolbenstange 21 als Pumpenzylinder 5 ausgebildet ist, mit einer unteren Pumpkammer 5a und einer oberen Pumpkammer 5b. Die Pumpenstan­ ge 1, welche mit ihrem Kolben 6 innerhalb des Pumpenzylinders 5 axial beweg­ bar angeordnet ist, ist am Boden des Federbeines befestigt und besitzt eine Strömungsverbindung 4, welche mit der Niederdruckkammer 19 verbunden ist.

Während des Fahrbetriebes wird in der Zugstufe des Dämpfungskolbens 16 Öl aus der Niederdruckkammer 19 über die Strömungsverbindung 4 am Rück­ schlagventil 2 vorbei in die untere Pumpkammer 5a gefördert. Voraussetzung hierfür ist, daß der Kolben 6 sich, entgegen der Darstellung in Fig. 3, im Be­ reich der Wandung 7 des Pumpenzylinders 5 befindet und nicht im Bereich der Strömungsverbindung 15. Parallel zu der Befüllung der unteren Pumpkammer 5a wird das Öl der oberen Pumpkammer 5b über das Auslaßventil 10 in den hochdruckseitigen Arbeitsraum 11 gefördert.

Die Ablaßbohrung 12 wird von einer Hülse 13 abgedeckt und dichtet somit die obere Pumpkammer 5b gegenüber der Niederdruckkammer 19 ab. Die Rege­ lung der Ablaßbohrung 12 erfolgt, wenn beim Ausfedern der Kolbenstange 21 die Ablaßbohrung 12 am Dämpfungskolben 16 vorbei bis in den hochdruck­ seitigen Arbeitsraum 11 gelangt und anschließend ein Druckausgleich vom hochdruckseitigen Arbeitsraum 11 über die Ablaßbohrung 12 der Strömungs­ verbindung 4 und der Niederdruckkammer 19 erfolgt. Die Feder 14 wird dabei vorgespannt.

In der Druckstufe schließt das Rückschlagventil 2 und das weitere Rückschlag­ ventil 3 öffnet sich. Das bedeutet, daß die untere Pumpkammer 5a mit der oberen Pumpkammer 5b kommuniziert und unter Druck gesetzt wird, wobei die in den Pumpenzylinder 5 eintauchende Pumpenstange 1 das Öl über das Aus­ laßventil 10 in den hochdruckseitigen Arbeitsraum 11 fördert.

Das Verhältnis der Fördermenge in der Zug- und in der Druckstufe läßt sich über die Dimensionierung der Flächen zueinander beliebig gestalten. Dabei handelt es sich um zwei Verdrängerflächen

Die im Pumpenzylinder 5 befindliche Hülse 8 ist mit einer Strömungsverbindung 15 versehen, die dafür sorgt, daß ab einem bestimmten Niveaubereich des Dämpfungskolbens 16 ein weiteres fördern von Öl in der Zugstufe in den hoch­ druckseitigen Arbeitsraum 11 unterbunden wird. Die druckstufenseitige Unter­ bindung der Pumpwirkung wird durch den Bypaß 22 herbeigeführt, da er wegabhängig den hochdruckseitigen Arbeitsraum 11 mit dem Pumpenzylinder 5 verbindet.

Aus den Fig. 4 bis 6 ist als Einzelheit eine Hülse 8 dargestellt, wobei in der Fig. 4 eine einzige Strömungsverbindung vorgesehen ist, während wie die Draufsicht aus Fig. 5 zeigt, besitzt die Hülse 8 in Fig. 5 drei über den Umfang verteilt angeordnete Strömungsverbindungen 15. Aus der Fig. 6 ist eine Hülse 8 zu entnehmen, bei der im oberen Bereich die Strömungsverbindung 15 durch eine konische Aufweitung des Durchmessers der Hülse 8 erzielt wird, in diesem Bereich ist der Kolben 6 nicht mehr dicht, so daß ständig Öl von der unteren Pumpkammer 5a in die obere Pumpkammer 5b strömen kann.

In der Fig. 7 ist ein Federbein dargestellt, bei dem die Hochdruckkammer 20 über einen Trennkolben 24 gegenüber dem Gaspolster 23 abgedichtet ist. Die Niederdruckkammer 19 befindet sich im Austrittsbereich der Kolbenstange 21, wobei ansonsten die eigentliche Kolbenpumpe mit der in Fig. 1 und 2 darge­ stellten Ausführungsform vergleichbar ist.

In der Zugstufe fließt das Öl von der Niederdruckkammer 19 über den Kanal 4 und das Rückschlagventil 2 in die untere Pumpkammer 5a. Gleichermaßen wird das Öl der oberen Pumpkammer 5b über das Auslaßventil 10 in den hochdruck­ seitigen Arbeitsraum 11 gefördert. Das Rückschlagventil 3 ist dabei geschlos­ sen.

In der Druckstufe wird das Volumen der Pumpenstange 1 aus dem Pumpen­ zylinder 5 über das Auslaßventil 10 in den hochdruckseitigen Arbeitsraum 11 gefördert. Die Strömungsverbindung 15 in der Hülse 8 wird bei dieser Aus­ führungsform gemäß der Fig. 6 als konischer Bereich realisiert. Die Ablaß­ bohrung 12 ist direkt im Arbeitszylinder 9 des Federbeines untergebracht, die Dämpfung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel nicht durch den Dämpfungs­ kolben 16 direkt, sondern durch Bohrungen 25 im Arbeitszylinder 9.

Bezugszeichenliste

1

- Pumpenstange

2

- Rückschlagventil

3

- Rückschlagventil

4

- Strömungsverbindung

5

- Pumpenzylinder

6

- Kolben

7

- Wandung des Pumpenzylinders

8

- Hülse

9

- Arbeitszylinder

10

- Auslaßventil

11

- hochdruckseitiger Arbeitsraum

12

- Ablaßbohrung

13

- Hülse

14

- Feder

15

- Strömungsverbindung

16

- Dämpfungskolben

17

- Dämpfungsventil (Zug)

18

- Dämpfungsventil (Druck)

19

- Niederdruckkammer

20

- Hochdruckkammer

21

- Kolbenstange

22

- Bypaß

23

- Gaspolster

24

- Trennkolben

25

- Bohrungen

Claims (4)

1. Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveau­ regelung, 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, deren Pumpenzylinder durch die hohle Kolbenstange gebildet ist, in die eine am Arbeitszylinder befestigte Pumpenstange eintaucht und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit der Niederdruck­ kammer verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Niederdruckkammer (19) und dem Pumpenzylinder (5) ein Rückschlagventil (2) und zwischen dem Pumpenzylinder (5) und dem mit der Hochdruckkammer (20) verbundenen Arbeitszylinder (11) ein weiteres Rück­ schlagventil (3) angeordnet ist, und daß der Kolben (6) den Pumpenzylinder (5) in zwei Räume (5a, 5b) unterteilt, die ab einem bestimmten Niveaubereich des Arbeitskolbens (16) am Kolben (6) vorbei über eine Strömungsverbin­ dung (15) ständig miteinander in Verbindung stehen.

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckraum (19) über eine Strömungsverbindung (4) in der Pumpenstange (1) mit dem Pumpenzylinder (5) verbunden ist und daß das Rückschlagventil (2) im Bereich der Strömungsverbindung (4) angeordnet ist.

3. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (2) in der Wandung zwischen dem Niederdruck­ raum (19) und dem Arbeitszylinder (11) angeordnet ist.

4. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Pumpenzylinder (5) axial beweglich angeordnete Pumpenstange (1) einen Kolben (6) aufweist, in dessen Bereich mindestens eines der Rück­ schlagventile (2, 3) angeordnet ist.