DE102006025826B4

DE102006025826B4 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein

Info

Publication number: DE102006025826B4
Application number: DE102006025826.6A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2026-06-03
Also published as: US20070175718A1; US7568562B2; KR101221927B1; DE102006025826A1; KR20070014083A

Abstract

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, 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, wobei sich die Kolbenstange auf dem als Feder wirkenden Gaspolster abstützt, und 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 und an ihrem vorderen Ende ein Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mit der Niederdruckkammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei eine erste Hochdruckkammer und eine zweite Hochdruckkammer vorgesehen sind, wobei die Hochdruckkammern derart zu- oder abschaltbar sind, indem sich die Kolbenstange in beiden Bewegungsrichtungen (Zug, Druck) auf dem Gaspolster entweder der Hochdruckkammer oder der zweiten Hochdruckkammer oder beider Hochdruckkammern abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hochdruckkammer (8; 9) zueinander hydraulisch parallel geschaltet und beide Hochdruckkammern (8; 9) an den bei einer Einfederungsbewegung der Kolbenstange (4) komprimierten Arbeitsraum (23) angeschlossen sind, wobei zwischen dem Arbeitsraum (23) und der zweiten Hochdruckkammer (9) ein Absperrventil (21) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, 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, wobei sich die Kolbenstange auf dem als Feder wirkenden Gaspolster abstützt, und 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 und an ihrem vorderen Ende ein Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mit der Niederdruckkammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet.
Selbstpumpende Federbeine mit innerer Niveauregelung sind bereits bekannt (z. B. DE 196 48 859 C2 ), bei denen die Kolbenstange im Betrieb des Fahrzeuges so lange auswärts geschoben wird, bis eine bestimmte Position eingenommen wird und zur Begrenzung der Höhenlage des Fahrzeuges eine Abregelöffnung freigegeben wird. In diesem Moment setzt die Abregelfunktion ein, indem aus dem mit Hochdruck beaufschlagten Arbeitszylinder das Öl über die Abregelöffnung zum Niederdruckraum fließt. Der Hochdruckraum besteht aus einem mit Öl gefüllten Bereich sowie einem gegenüber dem Öl abgedichtet angeordneten Gaspolster. Da die Federcharakteristik aufgrund eines Hochdruckgaspolsters leicht progressiv verläuft, reduziert dieses System unerwünschte Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrt oder bei einem abrupten Spurwechsel oder aber bei ähnlichen Fahrzuständen. Diese unerwünschte Wankbewegung tritt zusätzlich noch verstärkt auf, bei Fahrzeugen, die mit einem deutlich höheren Schwerpunkt versehen sind. Bei diesen Fahrzeugen ist das Problem der Wankbewegung unvermeidbar.
Es sind des Weiteren selbstpumpende Federbeine bekannt ( DE 39 14 385 C2 , US 5,941,508 ), bei denen jeweils in Reihe zu einer Hochdruckkammer eine zweite Hochdruckkammer vorgesehen ist, die durch die Bewegungen der Kolbenstange über die Kolbenpumpe gefüllt werden können, jedoch wird durch eine entsprechende Anordnung von Rückschlagventilen verhindert, dass die zweite Hochdruckkammer sich selbständig entleeren kann. Durch Betätigung eines entsprechenden Ventils lässt sich die zweite Hochdruckkammer entleeren, so dass sich diese Vorrichtung für eine Standregelung einsetzen lässt, bei der das Fahrzeug, welches im Stand beladen wurde, auf Niveau gebracht werden kann. Eine Erzeugung von verschiedenen Federkennlinien lässt sich mit dieser Konstruktion nicht verwirklichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung und zwei Hochdruckkammern zu schaffen, bei dem der unerwünschten Wankbewegung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Fahrzeuges mit einem hohen Aufbau, entgegen gewirkt werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dieser Anordnung ist von Vorteil, dass durch die Verwendung von zwei parallel angeordneten Hochdruckkammern im Bedarfsfall ein entsprechender Anteil des gesamten Hochdruckgaspolsters kurzfristig abgekoppelt werden kann und damit federungstechnisch nicht wirksam wird. Der dann noch aktive Anteil des Hochdruckgaspolsters erzeugt dabei eine wesentlich steilere, also auch fahrzeugstabilisierende Federungscharakteristik.
Des Weiteren ist von Vorteil, dass durch die Verwendung zweier voneinander trennbarer Hochdruckkammern das Federbein zwei unterschiedliche Federkennungseinstellungen ermöglicht, die auch im Fahrbetrieb anwendbar sind. Ist das gesamte Hochdruckvolumen wirksam, so federt die Kolbenstange auf dem gesamten Gasfedervolumen und die Dämpfungskennlinien verlaufen dadurch flacher, also komfortabler.
Wird eines der Gasfedervolumen ausgeschaltet, so sind die Dämpfungskraftkennlinien steiler und das Fahrwerk des Fahrzeuges erhält eine sportliche, härtere Einstellung.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit durch Zu- und Abschalten einer der Hochdruckkammern eine Wankstabilisierung für ein Fahrzeug auszubilden, indem die steilere Dämpfungskraftkennlinie nur im Bedarfsfall kurzfristig zugeschaltet werden kann.
Dabei ist mit Vorteil das Absperrventil extern ansteuerbar.
Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass in der ersten und/oder zweiten Hochdruckkammer das Gaspolster vom Öl getrennt ist.
Zur Erzielung eines elektronisch ansteuerbaren Gesamtsystems ist vorgesehen, dass das Absperrventil elektronisch im Bereich der dynamischen Niveaulänge oder an einem der Umkehrpunkte angesteuert und geschaltet wird. Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass die Ansteuerung in der Zug- und/oder Druckstufe erfolgt.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Gaspolster der ersten und zweiten Hochdruckkammer ungleich groß sind. Hierdurch lassen sich Variationen von Feder-Kennlinien erzielen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen näher dargestellt.
Es zeigt:
1 ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein im Schnitt
1a, 1b und 1c ein Absperrventil zwischen dem oberen Arbeitsraum und einer Hochdruckkammer als Einzelheit im Schnitt
1d, 1e und 1f eine weitere Ausführungsform eines Absperrventils
2 ein Dämpfungskraftkennliniendiagramm für das in 1 dargestellte Federbein.
Das in 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Federbein 1 für Kraftfahrzeuge besteht im Wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 2, in dem ein Kolben 3 am Ende einer Kolbenstange 4 gleitet. Der Arbeitszylinder 2 ist auf der einen Seite durch einen Boden 5 und auf der anderen Seite durch einen Deckel abgeschlossen, durch den die Kolbenstange 4 über die Kolbenstangenführung 6 nach außen abgedichtet heraustritt. Der Boden 5 ist mittels eines Befestigungsauges 7 am Aufbau des Fahrzeuges und die Kolbenstange 4 mittels eines weiteren Befestigungsauges 7 an der Achse des Fahrzeuges in nicht dargestellter Weise befestigt.
Der Arbeitszylinder 2 ist von zwei ringförmigen, zum Teil mit Öl und Gas gefüllten Hochdruckkammern 8, 9 umgeben, wobei in jeder Kammer 8, 9 das Öl vom Gas über ein Trennelement 10 getrennt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als Trennelement 10 eine gasdichte Wandung eines Gasbags vorgesehen, es sind jedoch ebenfalls Gummimembrane, Trennkolben oder ähnliche Bauteile möglich.
In der Niederdruckkammer 11 ist das Öl nicht vom Gas getrennt. Die dynamische Niveauhöhe des Fahrzeugaufbaus wird bei beladenem Fahrzeug erreicht, indem eine Kolbenpumpe 12, bestehend aus einer am Boden 5 befestigten Pumpenstange 13 und einer darüber gleitenden Steuerhülse 14, die wiederum mit der Kolbenstange 4 verbunden ist, durch die Fahrbahnanregung in Betrieb gesetzt wird. Dabei wird Öl aus der Niederdruckkammer 11 durch einen Kanal 15, ein Einlassventil 16, einen Pumpenraum 17 und über ein Auslassventil 18 in den Arbeitszylinder 2 gefördert. Das durch die eintauchende Kolbenstange 4 verdrängte Volumen des Öls korrespondiert dabei über die Öffnungen 19 des Arbeitszylinders 2 mit der inneren Hochdruckkammer 8, sowie über eine Verbindung 20 mit der äußeren Hochdruckkammer 9. Die Verbindung 20 zeigt ein Absperrventil 21 in geöffneter Position.
Die Niveauhöhe des Fahrzeugs ist erreicht, wenn der Bypaß 22 eine Verbindung zwischen dem oberen Arbeitsraum 23 und dem Pumpraum 17 herstellt, durch den damit erreichten Kurzschluss wird die Kolbenpumpe 12 wirkungslos. Entsprechend der Beladung des Fahrzeuges sind dann die Gasvolumen 24 und 25 der Hochdruckkammern 8 und 9 vorgespannt und übertragen ihren Druck auf die Kolbenstange 4, die wiederum den Aufbau des Fahrzeuges auf Niveau hält.
Durch das zum Hochpumpen benötigte Ölvolumen aus der Niederdruckkammer 11 hat das Niederdruckgas 26 an Volumen zugenommen und damit an Druck verloren. Das Federverhalten an der Kolbenstange 4 passt sich dem jeweiligen Beladungszustand des Fahrzeuges an, ein nur leicht beladenes Fahrzeug wird mit einer flachen, ein vollbeladenes Fahrzeug dagegen wird mit einer steileren Dämpfungskraftkennlinie bedämpft.
Wird das Fahrzeug entladen, so federt der Fahrzeugaufbau zunächst aus, so dass über die nunmehr freigewordene Ablassbohrung 27 ein Druckausgleich zwischen der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer erreicht wird und das Fahrzeug damit in eine Leerstandsposition einsinkt.
Die 1a zeigt den Verbindungsbereich des oberen Arbeitsraumes 23 mit der inneren 8 und der äußeren Hochdruckkammer 9. Ein geschlossenes Absperrventil 21 sperrt die Verbindung 20, so dass das äußere Gasvolumen 25 im Fahrbetrieb des Fahrzeuges federungstechnisch unwirksam ist. Maßgebend für die Federung ist nunmehr lediglich das innere Gasvolumen 24, das permanent über die Öffnung 19 mit dem oberen Arbeitsraum 23 in Verbindung steht. Aufgrund des kleineren Gasvolumens 24 wird die Federungscharakteristik in wünschenswerter Weise stark progressiv und wird damit kurzzeitig in einem bestimmten Hubbereich wirksam genutzt werden.
In 1b ist das Absperrventil 21 geöffnet, so dass das äußere Gasvolumen 25 und das innere Gasvolumen 24 parallel beaufschlagt werden und mit dem Arbeitsraum 23 in Wirkverbindung steht.
Die 1c zeigt eine Ausführung, bei der ausgehend vom Arbeitsraum 23 zwei Verbindungen 20 über je ein Absperrventil 21a und 21b in die innere 8 und äußere Hochdruckkammer 9 münden, wobei die Absperrventile 21a und 21b separat schaltbar sind.
In den 1d, 1e und 1f sind wiederum das innere 24 und äußere Gasvolumen 25 dargestellt, wobei das Absperrventil 21 in 1d derart geschaltet ist, dass lediglich das äußere Gasvolumen 25 beaufschlagt wird.
Die 1e zeigt das Absperrventil 21 in einer Position in der nur das innere Gasvolumen 24 mit dem Arbeitsraum 23 in Verbindung steht. Durch die Möglichkeit beide Gasvolumen 24 oder 25 einzeln zu beaufschlagen lassen sich je nach gewünschter Federkennlinie ohne weiteres ungleich große Gasvolumen verwenden.
Die 1f zeigt das Absperrventil 21 in einer Position, in der beide Gasvolumen 24 und 25 zusammen beaufschlagt werden.
Aus der 2 ist ein Kraft/Weg-Diagramm dargestellt, wobei die durchgehende Federkennlinie 28, die sich bei geöffnetem Absperrventil 21 und einem vorgegebenen Beladungszustand darstellt, komfortabel, das heißt weicher ist.
Wird das Kraftfahrzeug zügig durch eine Kurve gefahren, so kann beispielsweise über einen Querbeschleunigungssensor mit entsprechender Elektronik das Absperrventil 21 geschlossen werden. Dies sollte vorzugsweise innerhalb des Einfederhubes in der Nähe der dynamischen Niveaulänge geschehen. Ab diesem Schaltpunkt wirkt die stabilisierende Federkennlinie 29 und verhindert ein übermäßiges Wanken des Fahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeuges. Bei unterschiedlich großen Gasvolumen und einer Einzelschaltung lassen sich auch zwischen den Federkennlinien 28 und 29, Zwischenkennlinien 30 erzielen.
Günstig ist es, dass auf dem rückwärtigen Weg der stabilisierenden Federkennlinie 29, also beim Ausfedern, wieder der gleiche Schaltpunkt zum Öffnen des Absperrventils genutzt wird. Im Bereich der dynamischen Niveaulänge stellt sich zwischen der Hochdruckkammer und dem oberen Arbeitsraum eine Druckgleichheit ein, so dass beim Schalten des Absperrventils 21 keine spürbaren Kraftsprünge, die für den Fahrer unangenehm sind, auftreten.
Vorteilhaft ist bei diesem System, dass die lastabhängige Federkennlinienveränderung, das heißt dass die Abstützkraft mit zunehmender Beladung des Fahrzeuges in gewünschter Weise zunimmt.
Bezugszeichenliste

1: Selbstpumpendes Niveauregelelement
2: Arbeitszylinder
3: Kolben
4: Kolbenstange
5: Boden
6: Kolbenstangenführung
7: Befestigungsauge
8: Innere Hochdruckkammer
9: Äußere Hochdruckkammer
10: Trennelement
11: Niederdruckkammer
12: Kolbenpumpe
13: Pumpenstange
14: Steuerhülse
15: Kanal
16: Einlassventil
17: Pumpraum
18: Auslassventil
19: Öffnungen
20: Verbindung
21: Absperrventil
22: Bypass
23: Oberer Arbeitsraum
24: Inneres Gasvolumen
25: Äußeres Gasvolumen
26: Niederdruckgas
27: Ablassbohrung
28: Komfortable Federkennlinie
29: Stabilisierende Federkennlinie
30: Zwischenkennlinie

Claims

Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, 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, wobei sich die Kolbenstange auf dem als Feder wirkenden Gaspolster abstützt, und 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 und an ihrem vorderen Ende ein Saugventil tragende hohle Pumpenstange eintaucht, deren Bohrung mit der Niederdruckkammer verbunden ist, und mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung, die den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum mit einem in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei eine erste Hochdruckkammer und eine zweite Hochdruckkammer vorgesehen sind, wobei die Hochdruckkammern derart zu- oder abschaltbar sind, indem sich die Kolbenstange in beiden Bewegungsrichtungen (Zug, Druck) auf dem Gaspolster entweder der Hochdruckkammer oder der zweiten Hochdruckkammer oder beider Hochdruckkammern abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hochdruckkammer (8; 9) zueinander hydraulisch parallel geschaltet und beide Hochdruckkammern (8; 9) an den bei einer Einfederungsbewegung der Kolbenstange (4) komprimierten Arbeitsraum (23) angeschlossen sind, wobei zwischen dem Arbeitsraum (23) und der zweiten Hochdruckkammer (9) ein Absperrventil (21) vorgesehen ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (21) extern ansteuerbar ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten (8) und/oder zweiten Hochdruckkammer (9) das Gaspolster (24, 25) vom Öl getrennt ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (21) elektronisch im Bereich der dynamischen Niveaulänge oder an einem der Umkehrpunkte angesteuert und geschaltet wird.
Federbein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung in der Zug- und/oder Druckstufe erfolgt.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaspolster der ersten (8) und zweiten Hochdruckkammer (9) ungleich groß sind.