DE3801167A1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches federbein mit innerer niveauregelung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 genannten Art, wie es beispielsweise aus der DE-AS 12 87 454 bekannt ist oder unter der Bezeichnung BOGE Nivomat vertrieben wird.

Solche selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeine mit innerer Niveaurege­ lung, die auch in Kombination mit anderen tragenden Federn, z. B. Schrauben­ federn, eingesetzt werden können, übernehmen im Kraftfahrzeug die Funktion einer lastabhängigen hydropneumatischen Feder und zugleich die Funktion eines hydropneumatischen Dämpfers. Eine mit solchen Federbeinen ausgerüstete Fahrzeugachse federt bei Erhöhung der Fahrzeugbeladung zwar zunächst wie konventionell abgefederte Fahrzeugachsen gemäß der Federrate der vorange­ gangenen Belastung ein, wodurch der Fahrzeugaufbau entsprechend statisch abgesenkt wird, jedoch wird der Fahrzeugaufbau sobald das Fahrzeug fährt durch einen im Federbein eingebauten Selbstpumpenmechanismus selbsttätig wieder in die vorbestimmte Niveaulage zurückgestellt. Dieses "Hochpumpen" des Fahrzeugaufbaus wird bewirkt durch während der Fahrt beim Ein- und Aus­ federn der Fahrzeugräder auftretende pumpenartige axiale Relativbewegungen zwischen der einen flüssigkeitsgefüllten Pumpenraum bildenden hohlen Kolben­ stange des Federbeins und einer in diese Kolbenstange axial eintauchenden hohlen Pumpenstange, wodurch - unter Mithilfe eines Saugventils und eines Druckventils - Hydraulikflüssigkeit aus einem Niederdruck-Vorratsraum in einen Hochdruck-Arbeits- oder Federraum, in dem der Dämpferkolben des Feder­ beins axial verschiebbar gelagert ist, gepumpt wird. Durch den dadurch er­ höhten Hydraulikdruck im Arbeits- bzw. Federraum wird die Federkraft des Federbeins entsprechend vergrößert und demzufolge die statische Einfederung des Federbeins verringert.

Derartige selbstpumpende hydropneumatischen Federbeine mit innerer Niveau­ regelung haben sich in der Praxis bestens bewährt, besitzen jedoch die Eigen­ schaft, daß zum Hochregeln eines durch Zuladung abgesunkenen Fahrzeugaufbaus je nach Straßenzustand mehrere hundert Meter oder auch einige Kilometer zurückgelegt werden müssen, ehe vom Pumpenmechanismus genügend Hydraulik­ flüssigkeit aus dem Niederdruck-Vorratsraum in den Hochdruck-Arbeitsraum gepumpt und der Fahrzeugaufbau auf das gewünschte Niveau gehoben ist. Bei extrem ebenen Straßen kann der Selbstpumpenmechanismus wegen nicht ausreichen­ den dynamischen Ein- und Ausfederns der Fahrzeugräder unter Umständen nahezu völlig versagen. Es ist leicht einzusehen, daß größte Schwierigkeiten u. a. auch dann auftreten können, wenn ein solches Fahrzeug z. B. in einer Tief­ garage o. ä. beladen wird und anschließend über eine vergleichsweise steil ansteigende Garagenauffahrt die Tiefgarage verlassen will; in vielen Fällen wird es beim Auffahren auf die Garagenauffahrt zum Aufsetzen des Fahrzeuges kommen, weil die Bodenfreiheit beim Einfedern der Hinterräder noch nicht wieder ausreicht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein selbstpumpendes hydropneu­ matisches Federbein der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art unter weitgehender Beibehaltung eines konstruktiv an sich einfachen Aufbaus und seiner grundsätzlichen Funktionsweise so zu verbessern und auszubilden, daß mit ihm auch eine niveaugeregelte Fahrzeugabfederung geschaffen werden kann, bei der die geregelte Achse nach einer Zuladungsänderung sehr schnell, insbesondere noch im Stillstand wieder ihre Niveaulage erreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Aus der DE-OS 31 22 272 ist ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, mit dem eine niveaugeregelte Fahrzeugachse bei einer Zuladungsänderung sehr schnell, nämlich im Stillstand, wieder seine Niveaulage einnimmt, an sich bereits bekannt. Der innere Regelmechanismus dieses bekannten Federbeins ist konstruktiv jedoch vergleichsweise aufwendig und stellt fertigungstechnisch recht hohe Anforderungen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt den Längsschnitt eines selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeins mit innerer Niveauregelung gemäß der Erfindung. Dargestellt ist nur ein solches Federbein; es versteht sich, daß wie üblich für jedes Fahrzeugrad einer niveaugeregelten Achse ein solches Federbein vorgesehen ist.

Das Federbein 1 besteht wie üblich aus einem mit einer hohlen Kolbenstange 2 verbundenen Dämpferkolben 3 mit nicht näher bezeichneten Drossel- bzw. Dämpfungsventilen, der in einem flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum 4 des nicht weiter bezifferten Zylinderrohrs axial verschieblich gelagert ist und diesen in nur über die Dämpfungsventile des Dämpfungskolbens miteinander verbundene Teilräume unterteilt. Der Arbeitsraum steht über Durchlässe 7 druckmäßig mit einem flüssigkeitsgefüllten Federraum 5 in Verbindung, der von einer Gasfeder 6 unter Druck gehalten wird; eine die Gasfeder 6 vom Federraum 5 trennende elastische Membran ist mit 25 beziffert.

In die hohle Kolbenstange 2 greift von der Kolbenseite her axial das ein Saugventil 11 tragende freie Ende einer mechanisch mit dem Zylinderrohr verbundenen hohlen Pumpenstange 9 ein, welche über ein Leitungsröhrchen 26, z. B. in Form eines flexiblen Schlauches o. ä., druck- und leitungsmäßig ständig mit einem flüssigkeitsgefüllten Niederdruck-Vorratsraum 8 in Verbin­ dung steht.

Innerhalb der hohlen Kolbenstange 2 wird unterhalb des durch das Saugventil 11 abgeschlossenen Endes der hohlen Pumpenstange 9 ein Pumpenraum 13 gebildet, der einen durch ein Druckventil 12 verschlossenen Auslaß besitzt. Saug- und Druckventil 11 bzw. 12 lassen wie üblich nach Art üblicher Rückschlag­ ventile jeweils nur in einer Richtung und bei Vorliegen entsprechender Druck­ differenzen einen Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit zu. Während der Fahrt führt somit eine mit dem Ausfedern des Federbeins verbundene axiale Relativ­ bewegung zwischen Kolbenstange 2 und Pumpenstange 9 dazu, daß über die hohle Pumpenstange 9 und das sich öffnende Saugventil 11 Hydraulikflüssigkeit aus dem Niederdruck-Vorratsraum 8 heraus und in den Pumpenraum 13 gesaugt bzw. gepumpt wird; bei der anschließenden axialen Relativbewegung der Pumpen- und Kolbenstange in Einfederrichtung wird die Hydraulikflüssigkeit dann durch die eintauchende Pumpenstange bei geschlossenem Saugventil 11 und sich öffnendem Druckventil 12 aus dem Pumpenraum 13 herausgepumpt.

Im Gegensatz zu konventionellen selbstpumpenden Federbeinen, bei denen diese Hydraulikflüssigkeit unmittelbar in den Arbeitsraum gepumpt wird, gelangt sie beim erfindungsgemäßen Federbein zunächst nur in einen zwischen dem Druckventil 12 und dem Boden der hohlen Kolbenstange 2 gebildeten Auslaßraum 14, der einen ersten Leitungsanschluß 17 besitzt.

Das Federbein besitzt darüber hinaus zwei weitere Leitungsanschlüsse zur Herstellung externer Leitungsverbindungen. Ein zweiter Leitungsanschluß 16 mündet im Arbeitsraum 4 in Höhe der Neutralstellung des Dämpferkolbens 3 und ein dritter Leitungsanschluß 15 im Niederdruck-Vorratsraum 8.

Durch die Anordnung und besondere Bemessung des Dämpferkolbens 3 wird der zweite Leitungsanschluß sowohl in der Neutralstellung des Kolbens als auch - von der Neutralstellung ausgehend - während des Ausfederns des Dämpferkolbens, und zwar über den maximalen Ausfederweg, durch den Dämpferkolben 3 verschlossen, wohingegen er - von der Neutralstellung ausgehend - während des Einfederns des Dämpferkolbens, und zwar über den ganzen Einfederweg, geöffnet ist.

Der Dämpferkolben 3 ist zu diesem Zweck mit einem in Einfederrichtung weisen­ den ersten Hülsenteil 18 versehen, der eine kreiszylindrische Außenform besitzt und dessen axiale Länge etwa dem maximalen Ausfederweg des Kolbens entspricht, wobei an beiden axialen Enden dieses Hülsenteils mit der Zylinder­ innenwand zusammenwirkende Ringdichtungen 20 vorgesehen sind. Ein in Ausfederrichtung weisender zweiter Hülsenteil 19 des Dämpferkolbens 3 besitzt eine etwa dem maximalen Einfederweg entsprechende axiale Länge und weist eine sich in Ausfederrichtung leicht verjüngende konische Außenform auf.

Dieser zweite Hülsenteil wirkt als Steuerhülse, durch die der Zuleitungs­ querschnitt zum zweiten Leitungsanschluß 16 wegabhängig geregelt ist.

Jedem der selbstpumpenden hydropneumatischen Federbeine 1 ist jeweils ein externer Hochdruckspeicher 21 zugeordnet, dessen Speicherraum mit 23 beziffert ist. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Hochdruckspeicher mit einer Gasfeder 27, wobei Gasraum und Speicherraum durch eine elastische Membran 28 voneinander getrennt sind.

Die während der Fahrt infolge der auftretenden axialen Relativbewegungen zwischen Kolbenstange 2 und Pumpenstange 9 aus dem Niederdruck-Vorratsraum 8 herausgepumpte Hydraulikflüssigkeit wird nun aus dem Auslaßraum 14 über den ersten Leitungsanschluß 17 unter Zwischenschaltung eines Druckbegrenzungs­ ventils 22 in den Speicherraum 23 gepumpt, der mit dem im Arbeitsraum 4 mündenden zweiten Leitungsanschluß 16 unmittelbar verbunden ist. Die aus dem Niederdruck-Vorratsraum 8 herausgepumpte Hydraulikflüssigkeit gelangt also unter Zwischenschaltung des Hochdruckspeichers 21 in den Arbeitsraum 4 des Federbeins, und zwar dann und solange, wie der zweite Leitungsanschluß 16 nicht durch den ersten Hülsenteil 18 des Dämpferkolbens 3 verschlossen ist.

Durch das Druckbegrenzungsventil 22 ist dafür gesorgt, daß der Druck im Hochdruckspeicher einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet. Sobald der Hochdruckspeicher auf diesen Wert aufgeladen ist, wird die durch den ersten Leitungsanschluß 17 abgepumpte Hydraulikflüssigkeit nicht weiter in den Speicherraum 23 des Hochdruckspeichers 21, sondern über den mit dem dritten Leitungsanschluß 15 verbundenen üblichen Ablaß- bzw. Bypassausgang 24 des Druckbegrenzungsventils 22 wieder unmittelbar in den Niederdruck-Vorrats­ raum 8 befördert.

Bei der erfindungsgemäßen Niveauregelvorrichtung wird bei einer Erhöhung der Zuladung die Niveaulage des Fahrzeuges sehr schnell wieder hergestellt, weil nicht erst eine bestimmte Fahrstrecke zurückgelegt werden muß, sondern bereits im Stillstand mit dem "Hochpumpen" begonnen wird, weil die dazu benötigte Hydraulikflüssigkeit unverzüglich aus dem Hochdruckspeicher 21 in den Arbeitsraum 4 eingeleitet werden kann, da der zweite Leitungsan­ schluß 16 zu diesem Zeitpunkt durch die laständerungsbedingte Einfederung des Dämpferkolbens geöffnet ist. Je nachdem, wie groß die ladungsbedingte statische Einfederung des Dämpferkolbens jeweils ist, wird durch den als wegabhängige Steuerhülse wirkenden konisch gestalteten zweiten Hülsenteil 19 ein mehr oder weniger großer Zuleitungsquerschnitt freigegeben. Durch die Steuerhülse, d. h. durch den konischen zweiten Hülsenteil 19, wird eine lange Ausgleichszeit, d. h. eine wegabhängige Ausgleichszeit erzielt, so daß dynamische Radlastschwankungen nicht zu spürbaren Leistungsverlusten des Hochdruckspeichers führen können.

Auch nach Erreichen bzw. Wiedererreichen der Niveaulage ist die Pumpenwirkung von Kolben- und Pumpenstange nicht wirkungslos. Bei Fahrt wird vielmehr Hydraulikflüssigkeit über den ersten Leitungsanschluß 17 weiter solange in den Hochdruckspeicher 21 gepumpt, bis dieser aufgeladen ist; anschließend wird die Hydraulikflüssigkeit quasi im Freilauf aus dem Niederdruck-Vorrats­ raum 8 hinaus und über den dritten Leitungsanschluß 15 wieder in ihn hineinge­ pumpt.

Wie üblich besitzt die Pumpenstange 9 noch einen mit 10 bezifferten radialen Durchlaß, durch den Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 4 in den Nieder­ druck-Vorratsraum 8 abfließen kann, sobald die Niveaulage überschritten ist.

Claims (4)

1. Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung für Kraftfahrzeuge,

• a) mit einem flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum, in dem ein mit einer hohlen Kolbenstange verbundener Dämpferkolben axial verschieblich gelagert ist,
• b) mit einem von einer Gasfeder druckbeaufschlagten und mit dem Arbeits­ raum druckmäßig in Verbindung stehenden flüssigkeitsgefüllten Federraum,
• c) mit einem flüssigkeitsgefüllten Niederdruck-Vorratsraum und
• d) mit einem innerhalb der hohlen Kolbenstange zwischen dieser und dem durch ein Saugventil verschlossenen freien Ende einer von der Kolben­ seite her axial in sie eintauchenden hohlen Pumpenstange gebildeten flüssigkeitsgefüllten Pumpenraum, der einen durch ein Druckventil verschlossenen Auslaß besitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• e) das Federbein (1) drei Leitungsanschlüsse (15, 16, 17) zur Herstellung externer Leitungsverbindungen besitzt, von denen
• f) ein erster Leitungsanschluß (17) in einem zwischen Druckventil (12) und Boden der hohlen Kolbenstange (2) gebildeten Auslaßraum (14),
• g) ein zweiter Leitungsanschluß (16) im Arbeitsraum (4) in Höhe der Neutral­ stellung des Dämpferkolbens (3) und
• h) ein dritter Leitungsanschluß (15) im Niederdruck-Vorratsraum (8) mündet, und daß
• i) der Dämpferkolben (3) derart bemessen und angeordnet ist, daß der zweite Leitungsanschluß (16) sowohl in der Neutralstellung als auch - von der Neutralstellung ausgehend - über den maximalen Ausfederweg des Dämpferkolbens (3) durch den Dämpferkolben verschlossen ist, wohin­ gegen er - von der Neutralstellung ausgehend - über den Einfederweg geöffnet ist.

2. Selbstpumpendes Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpferkolben (3) einen in Einfederrichtung weisenden ersten Hülsenteil (18) mit einer etwa dem maximalen Ausfederweg entsprechenden axialen Länge und einen in Ausfederrichtung weisenden zweiten Hülsenteil (19) mit einer etwa dem maximalen Einfederweg entsprechen­ den axialen Länge besitzt, wobei der erste Hülsenteil (18) von zylindrischer Außenform ist und beidendig je eine Ringdichtung (20) trägt, während der zweite Hülsenteil (19) von sich in Ausfederrichtung leicht verjüngender konischer Außenform ist.

3. Niveauregelvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei der jedem geregelten Fahrzeug­ rad ein selbstpumpendes Federbein nach Anspruch 1 oder 2 zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Federbein (1) ein externer Hochdruck­ speicher (21) zugeordnet ist,
daß jeweils der zweite Leitungsanschluß (16) unmittelbar und der erste Leitungsanschluß (17) unter Zwischenschaltung eines Druckbegrenzungs­ ventils (22) mit dem Speicherraum (23) des Hochdruckspeichers (21) ver­ bunden ist,
und daß der Ablaß- bzw. Bypassausgang (24) des Druckbegrenzungsventils (22) mit dem dritten Leitungsanschluß (15) verbunden ist.