DE19838728C1

DE19838728C1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregulierung

Info

Publication number: DE19838728C1
Application number: DE1998138728
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2018-08-27

Abstract

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Arbeitsraum, einem zweiten Arbeitsraum, der im Arbeitszylinder durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Kolben gebildet wird, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenstange, die aus einer Pumpenstange und einem durch die hohle Kolbenstange gebildeten Pumpenzylinder besteht, wobei die Niederdruckkammer über eine in der Pumpenstange angeordnete Strömungsverbindung mit dem Pumpenzylinder verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Fe derbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wirkenden Gaspolsters stehenden Hochdruck-Arbeitsraum im Arbeitszylinder, einem zweiten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen, abgedichtet im Arbeitszylinder axial verschiebbaren Kolben, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbun denen Arbeitsraum fördernden Kolbenstange, die aus einer Pumpenstange und einem durch die hohle Kolbenstange gebildeten Pumpenzylinder besteht.

Derartige Federbeine sind bereits bekannt (z. B. DE-OS 195 47 535), bei denen der an einer Kolbenstange befestigte Kolben den Arbeitszylinder in zwei Ar beitsräume unterteilt und wobei zur Bildung einer Kolbenpumpe die Kolbenstan ge hohl ausgebildet ist. Im Hohlraum der Kolbenstange taucht eine Pumpen stange ein. Bei diesen Federbeinen wird der dämpfungsventillose Kolben kol benstangenseitig vom Niederdruck und pumpenstangenseitig vom Hochdruck beaufschlagt. Es wirken also zwei Gasfedern am Kolben gegeneinander, wobei die hieraus resultierende Kraft die eigentliche Tragfeder darstellt. Um entspre chende Tragfederkennlinien herstellen zu können, müssen unter anderem die Kolbenstirnflächen aufeinander abgestimmt werden. Dies hat zur Folge, daß der Kolbenstangendurchmesser variabel sein muß. Der Niederdruck beaufschlagt nicht nur die Kolbenringfläche, sondern den gesamten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum, so daß eine Kolbenstangendichtung am Ende des Arbeitszylinders erforderlich ist. Nachteilig ist hierbei, daß zwischen Kolbenstange und Kolben stangendichtung eine Reibung erzeugt wird, so daß zur Verminderung dieser Reibung die Kolbenstange nicht nur extrem maßgenau sondern auch ein Höchstmaß an Oberflächengüte aufweisen muß. Eine durch Schmutzpartikel oder hohe Seitenlast hervorgerufene Riefenbildung auf der Kolbenstange führt zwangsläufig zum Öl- und/oder Gasverlust im Arbeitszylinder.

Desweiteren sind Federbeine bekannt (z. B. T. Meller, Disertation, 1970, S. 6-11, DE-AS 12 54 031), welche eine innere Niveauregelung aufweisen und bei denen ein Arbeitsraum mit Druck eines Gaspolsters beaufschlagt wird. Der zweite Arbeitsraum ist dabei ebenfalls mit Dämpfungsmittel gefüllt und steht mit einer Niederdruckkammer in Verbindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbstpumpendes hydropneumatisches Feder bein mit innerer Niveauregelung zu schaffen, welches einerseits die gewünsch ten Federkennlinien erreicht und welches andererseits einen geringstmöglichen Öl- und/oder Gasverlust zwischen Kolbenstange und Kolbenstangendichtung erreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Niederdruck kammer über eine in der Pumpenstange angeordnete Strömungsverbindung mit dem Pumpenzylinder verbunden ist, der zweite kolbenstangenseitige Arbeits raum nicht mit Öl gefüllt ist und über eine Ausnehmung mit einem weiteren Raum verbunden ist.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß das Gas bzw. das Dämpfungs mittel von der Niederdruckkammer in die Hochdruckkammer gelangt, ohne daß der kolbenstangenseitig angeordnete Arbeitsraum beansprucht werden muß.

Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der zweite kolbenstan genseitige Arbeitsraum über die Ausnehmung mit einem von der Kolbenstange und einem Faltenbalg begrenzten Raum verbunden ist. Vorteilhaft ist hierbei, daß der Arbeitszylinder gegenüber der Atmosphäre lediglich über den Kolben abgedichtet ist, wobei der Niederdruckraum weder die Kolbenringfläche noch die Kolbenstangendichtung beaufschlagt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Raum außerhalb des Arbeitszylinders angeordnet ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Raum über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden ist.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß die Strömungsverbindung zwi schen der Niederdruckkammer und dem Pumpenzylinder mit einem Rück schlagventil versehen ist.

Desweiteren ist vorgesehen, daß im Boden zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum und der Hochdruckkammer Dämpfungsventile angeordnet sind.

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

Es zeigt:

Fig. 1 ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein im Schnitt

Fig. 2 bis 4 weitere Ausführungsformen eines Federbeines im Schnitt, jeweils mit unterschiedlicher Anordnung der Niederdruckkammer.

Das in Fig. 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Federbein besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 16, der durch den an der Kol benstange 17 befestigten Kolben 6 in zwei Arbeitsräume unterteilt ist. Der Ar beitszylinder 16 ist koaxial von einer Hochdruckkammer 5 umgeben. Die Hoch druckkammer 5 ist durch einen Trennkolben unterteilt, der Dämpfungsmittel von Gas trennt. In der Niederdruckkammer 1 sind Gas und Dämpfungsmittel unter gebracht. Der Arbeitszylinder 16 ist im oberen Bereich mit einem Boden verse hen, der der Aufnahme der Ventile zur Dämpfung in der Zug und Druckstufe dient. Der obere Arbeitsraum des Arbeitszylinders 16 ist über diese Ventile 11 mit der Hochdruckkammer 5 verbunden.

In diesem Boden ist ebenfalls die Pumpenstange 2 aufgenommen, die in die hohle Kolbenstange 17 eintaucht. Die hohle Kolbenstange bildet dabei den Pumpenzylinder 4, der über ein Rückschlagventil 3 und eine Strömungsverbin dung 13 mit der Niederdruckkammer 1 verbunden ist. An der Kolbenstange 17 ist gleichzeitig der Kolben 6 angeordnet, der abgedichtet im Arbeitszylinder 16 axial verschiebbar angeordnet ist. Durch den Kolben 6 im Arbeitszylinder 16 wird ein zweiter Arbeitsraum 7 gebildet, dieser zweite Arbeitsraum 7 ist ungefüllt und ist über eine Ausnehmung 8 mit dem von der Kolbenstange 17 und dem Faltenbalg 10 gebildeten Raum 15 verbunden. Der Raum 15 steht desweiteren über eine Öffnung 9 mit der Atmosphäre in Verbindung. Da der Kolben 6 über eine Dichtung 14 die Hochdruckkammer 5 abdichtet, kann beim Austritt der Kolbenstange 17 aus dem Gehäuse auf eine weitere Abdichtung verzichtet werden.

Durch Ein- und Ausfahren der Kolbenstange 17 werden die Dämpfungsventile 11 aktiviert, dabei wird Dämpfungsmittel aus der Niederdruckkammer 1 über das Rückschlagventil 3 in den Pumpenzylinder 4 und von dort aus über das Auslaß ventil 12 in die Hochdruckkammer 5 gefördert. Beim Entladen des Fahrzeuges federt die Kolbenstange 17 im Arbeitszylinder 16 aus, hierbei öffnet der Kolben 6 das Rückschlagventil 3 und es erfolgt anschließend ein Druckausgleich, so lange, bis der Aufbau des Fahrzeuges die Leerstandshöhe erreicht hat. Das Rückschlagventil 3 stützt sich im Pumpenzylinder 4 über eine Feder 19 ab, so daß beim Ausfahren des Kolbens 6 über den Ansatz 21 das Rückschlagventil 3 von der Pumpenstange 2 abgehoben wird und die Strömungsverbindung 13 eine direkte Verbindung von der Niederdruckkammer 1 zur Hochdruckkammer 5 freigibt. Hierdurch erfolgt ein Druckausgleich, so daß anschließend der Kolben 6 wieder in den Arbeitszylinder 16 eintaucht, das Rückschlagventil 3 durch die Feder 19 auf die Stirnseite der Pumpenstange 2 gedrückt und damit die Strö mungsverbindung 13 zur Niederdruckkammer 1 wieder verschließt.

Durch den ungefüllten zweiten Arbeitsraum 7 wird eine Abdichtung zwischen Kolbenstange 17 und dem Gehäuse überflüssig, auch werden keine hohen Ansprüche an die Oberflächenbeschaffenheit der Kolbenstange 17 gestellt, da die Abdichtungsfunktion zwischen Arbeitszylinder 16 und der im Kolben 6 ange ordneten Dichtung 14 gewährleistet sind.

Die vorgenannte Beschreibung bezieht sich auf selbstpumpende Niveauregel elemente mit integrierter geschwindigkeitsabhängiger Dämpfung. Wird die Dämpfung an anderer Stelle im Fahrzeug erzeugt, so sind anstelle der Dämp fungsventile 11 lediglich Durchlaßöffnungen vorgesehen.

Aus der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Nieder druckkammer 1 koaxial um den Arbeitszylinder 16 angeordnet ist, dabei schließt sich die Hochdruckkammer 5 stirnseitig an den Arbeitszylinder 16 an. Die Strö mungsverbindung 13 vom Pumpenzylinder 4 wird bis in den Grund der Nieder druckkammer 1 geführt, so daß sich das Gas im oberen Bereich einstellen kann, während sich das Dämpfungsmittel im unteren Bereich einfindet. Durch die Strömungsverbindung 13 bis in den Grund der Niederdruckkammer 1 ist gewähr leistet, daß auch bei allen Betriebsbedingungen Dämpfungsmittel angesaugt werden kann.

Die Hochdruckkammer 5 trennt das Dämpfungsmittel vom Gas durch den Trennkolben 18. Die Wirkungsweise ist prinzipiell mit der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 zu vergleichen.

Aus der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der sowohl die Niederdruckkammer 1 als auch die Hochdruckkammer 5 den Arbeitszylinder 16 koaxial umgibt, um somit eine kurze Baulänge zu gewährleisten. Bei dieser Ausführungsform ist das Gas in der Hochdruckkammer 5 vom Dämpfungsmittel durch eine elastische Membran 20 getrennt.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Niederdruckkammer 1 über einen Trennkolben 18 Gas vom Dämpfungsmittel trennt. Dies hat den Vorteil, daß der Trennkolben 18 dynamisch kaum beansprucht wird.

Bezugszeichenliste

1

- Niederdruckkammer

2

- Pumpenstange

3

- Rückschlagventil

4

- Pumpenzylinder

5

- Hochdruckkammer

6

- Kolben

7

- zweiter Arbeitsraum

8

- Ausnehmung

9

- Öffnung

10

- Faltenbalg

11

- Dämpfungsventile

12

- Auslaßventil

13

- Strömungsverbindung

14

- Dichtung

15

- Raum

16

- Arbeitszylinder

17

- Kolbenstange

18

- Trennkolben

19

- Feder

20

- Membran

21

- Ansatz

Claims

1. Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveau regelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ölgefüllten, unter dem Druck mindestens einer Hochdruckkammer angeordneten und als Feder wir kenden Gaspolsters stehenden Hochdruck-Arbeitsraum im Arbeitszylinder, einem zweiten kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einen von einer hoh len Kolbenstange getragenen, abgedichtet im Arbeitszylinder axial verschieb baren Kolben, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenstange, die aus einer Pumpenstange und ei nem durch die hohle Kolbenstange gebildeten Pumpenzylinder besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckkammer (1) über eine in der Pumpenstange (2) angeord nete Strömungsverbindung (13) mit dem Pumpenzylinder (4) verbunden ist, der zweite kolbenstangenseitige Arbeitsraum (7) nicht mit Öl gefüllt ist und über eine Ausnehmung (8) mit einem weiteren Raum (15) verbunden ist.

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite kolbenstangenseitige Arbeitsraum (7) über die Ausnehmung (8) mit einem von der Kolbenstange (17) und einem Faltenbalg (10) begrenz ten Raum (15) verbunden ist.

3. Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (15) außerhalb des Arbeitszylinders (16) angeordnet ist.

4. Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (15) über eine Öffnung (9) mit der Atmosphäre verbunden ist.

5. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung (13) zwischen der Niederdruckkammer (1) und dem Pumpenzylinder (4) mit einem Rückschlagventil (3) versehen ist.

6. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum (2) und der Hochdruckkammer (5) Dämpfungsventile (11) angeordnet sind.