DE102004047898A1

DE102004047898A1 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein

Info

Publication number: DE102004047898A1
Application number: DE102004047898A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: DE102004047898B4; US20060071377A1; US7370849B2

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, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in dem 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 eine Drossel aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, wobei in der Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und der Drossel eine Filtervorrichtung angeordnet 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, mit einer durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in dem 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 eine Drossel aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet.

Es sind bereits derartige Federbeine bekannt ( DE 198 57 595 C2 ), bei denen der Arbeitszylinder durch einen von einer hohlen Kolbenstange getragenen Ar beitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird und bei denen durch die hohle Kolbenstange ein Pumpenzylinder gebildet wird, wobei in diesen Pumpenzylinder zur Bildung einer Kolbenpumpe eine Pumpenstange eintaucht. Die hydraulische Kolbenpumpe ist während des Fahrbetriebes ständig in Betrieb, so dass die durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufenen Bewegungen der Fahrzeugachse und der an ihr befestigten Kolbenstange ständig Öl in den Arbeitszylinder fördert. Die Kolbenstange wird dabei so lange auswärts geschoben, bis das dynamische Niveau aufgrund einer Bypass-Regelung erreicht ist. Ab dieser Stellung wird ein weiteres Hochpumpen unterbunden. Bei entladenem Fahrzeug federt der Fahrzeugaufbau zunächst aus, bis eine Abregelöffnung der Pumpenstange eine Verbindung zwischen dem mit Hochdruck beaufschlagten Arbeitszylinder und dem Niederdruckraum freigibt. Nachteilig ist hierbei, dass die Abregelöffnung an dieser Stelle auch eine Drosselfunktion hat, damit das entladene Fahrzeug nicht zu schnell absinkt, bzw. dass während der Fahrt nicht zu viel Druckverlust entsteht. Dabei entsteht die Gefahr, dass das von der Hochdruckkammer über die Abregelöffnung in die Niederdruckkammer zurückströmende Öl die Abregelöffnung verstopft, so dass das hydropneumatische Federbein unbrauchbar wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfache, funktionssichere und unempfindliche Niveauregelung zu schaffen, bei der das Zusetzen der Abregelöffnung durch im Öl vorhandene Schmutzpartikel vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und der Drossel eine Filtervorrichtung angeordnet ist.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass das von der Hochdruckkammer über die Abregelöffnung in die Niederdruckkammer zurückströmende Öl die Abregelöffnung nicht zusetzt, wobei darüber hinaus gewährleistet ist, dass beim Öffnen des Überlastventils das Öl durch die Bohrung der Pumpenstange ungedrosselt in die Niederdruckkammer zurückfließen kann. Andererseits wird die Bohrung der Pumpenstange in entgegengesetzter Richtung für das Hochpumpen des Federbeines weiterhin genutzt.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abregelöffnung in die Strömungsverbindung mündet, wobei zwischen dem Endbereich der Strömungsverbindung und der Drossel die Filtervorrichtung angeordnet ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Strömungsverbindung nur einseitig durchströmbar ist.

Eine weitere günstige Ausführungsform sieht vor, dass die Strömungsverbindung koaxial zur Mittenachse der Pumpenstange angeordnet ist.

Nach einem wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass als Filtervorrichtung ein scheibenförmiges Element vorgesehen ist. Alternativ ist vorgesehen, dass die Filtervorrichtung kreisringförmig gestaltet ist und koaxial zur Mittenachse des Federbeines verläuft.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Filtervorrichtung mindestens teilweise zylindrisch ausgebildet ist. Dabei lässt sich mit Vorteil die Filtervorrichtung aus einem Sinterwerkstoff oder aus einem Kunststoff- und/oder Stahlgewebe herstellen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung im Schnitt
2 eine Ausführungsform einer Strömungsverbindung im Schnitt
3 bis 6 verschiedene Ausführungsformen einer Filtervorrichtung im Schnitt.
Das in 1 dargestellte selbstpumpende hydropneumatische Federbein mit innerer Niveauregelung für Kraftfahrzeuge besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 12 des Federbeins 11, in dem ein Arbeitskolben 13 am Ende einer Kolbenstange 14 gleitet. Der Arbeitszylinder 12 ist auf der einen Seite durch einen Boden und auf der anderen Seite durch einen Deckel abgeschlossen, durch den die Kolbenstange 14 abgedichtet nach außen tritt. Der Boden und die Kolbenstange sind mittels Befestigungselementen am Aufbau des Fahrzeugs bzw. an der Achse des Fahrzeuges in nicht gezeigter Weise befestigt. Der Arbeitszylinder 12 ist von einer ringförmigen, zum Teil mit Öl und zum Teil mit Gas gefüllten Ausgleichskammer umgeben, die durch eine Zwischenwand in eine Hochdruckkammer 3 und eine Niederdruckkammer 4 unterteilt ist. Die Hochdruckkammer 3 ist durch eine Membran 15 in einen Öl- und einen Gasraum getrennt. In der Niederdruckkammer 4 sind Öl und ein Niederdruckgaspolster nicht voneinander getrennt. Der Ölspiegel ist gestrichelt angedeutet. Im völlig abgeregel ten, das heißt im nicht hochgepumpten Zustand herrscht in der Niederdruckkammer 4 gleicher Druck wie in der Hochdruckkammer 3. Der stirnseitige Arbeitsraum 9a zwischen Arbeitskolben 13 und dem Boden steht mit dem Ölraum der Hochdruckkammer 3 über den Kanal 16 in Verbindung. Der stirnseitig zwischen Arbeitskolben 13 und dem Deckel angeordnete Arbeitsraum 9b arbeitet über Ventile des Arbeitskolbens 13 mit dem stirnseitigen Arbeitsraum 9a des Arbeitszylinders 12 zusammen. Die Pumpenstange 10 bildet zusammen mit dem Hohlraum der Kolbenstange 14 einen Pumpenzylinder, der eine Ölpumpe bildet. Die durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufenen Bewegungen der Fahrzeugachse und der an ihr befestigten Kolbenstange 14 betätigen diese Ölpumpe, die ständig Öl, gesteuert durch das Saugventil 17, aus der Niederdruckkammer 4 über das Druckventil 18, durch den Kanal 19 in den Arbeitszylinder 12 fördert. Dadurch werden der Arbeitskolben 13, die Kolbenstange 14 so lange auswärts geschoben, bis das dynamische Niveau aufgrund einer Bypass-Regelung erreicht ist. Bei entladenem Fahrzeug federt der Fahrzeugaufbau zunächst aus, bis die Abregelöffnung 2 der Pumpenstange 10 eine Verbindung zwischen dem mit Hochdruck beaufschlagten Arbeitsraum 9a und der Niederdruckkammer 4 freigeben. Dadurch setzt die Abregelfunktion ein.
Die Pumpenstange 10 ist zusätzlich noch mit einem Überlastventil 1 versehen, das im Falle einer extremen Überladung des Fahrzeugs öffnet, so dass das Pumpvolumen über die Bohrung 5 der Pumpenstange 10 in die Niederdruckkammer 4 befördert wird. Das Überlastventil 1 schützt das Federbein 11 vor druckbedingten Schäden. Eine extreme Überladung des Fahrzeugs äußert sich dann auch dadurch, dass die Niveauhöhe im Fahrbetrieb nicht mehr erreicht wird.
Ausgehend von der Abregelöffnung 2 erstreckt sich parallel zur Bohrung 5 der Pumpenstange 10 eine Strömungsverbindung 6 bis in den Bodenbereich des Federbeins. In dieser Strömungsverbindung 6 ist eine Filtervorrichtung 7 angeordnet, wobei zwischen der Filtervorrichtung 7 und der Niederdruckkammer 4 eine Drossel 8 angeordnet ist. Durch diese Anordnung können im Öl vorhandene Schmutzpartikel, die im Verhältnis große Abregelöffnung 2 und die daran anschließende Strömungsverbindung 6 problemlos passieren und werden durch die Filtervorrichtung 7 daran gehindert, in die Drossel 8 zu gelangen und diese unter Umständen zu verstopfen. Die Strömungsverbindung 6 wird nur in dieser Richtung durchströmt, so dass eventuell herausgefilterte Schmutzpartikel nicht mehr zurück bzw. erneut in den Umlauf des Öles gelangen können.
Aus der 2 ist eine Variante zu entnehmen, bei der die Abregelöffnung 2 in die Strömungsverbindung 6 mündet, wobei die Strömungsverbindung 6 als ringförmige Strömungsverbindung durch Zuhilfenahme einer Hülse 20 ausgebildet ist.
Im unteren Bereich der Strömungsverbindung 6 der in 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich die Filtervorrichtung 7, welche in den 3 und 4 als Einzelheit dargestellt ist.
Dabei ist in 3 die Filtervorrichtung 7 als scheibenförmiger Filter ausgebildet, der koaxial um die Mittenachse der Pumpenstange 10 angeordnet ist. Die Strömungsverbindung 6 ist dabei ebenfalls als Ringkanal ausgebildet. Ausgehend von dem ringförmigen Kanal endet die Strömungsverbindung 6 an der Drossel 8, welche gemäß 2 anschließend in die Niederdruckkammer 4 mündet.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer ringförmigen Strömungsverbindung 6, wobei die Filtervorrichtung 7 beispielsweise in dieser Ausführungsform aus einer hülsenähnlichen Vorrichtung besteht, deren eigentlicher Filter aus Kunststoff- und/oder Stahlgewebe hergestellt ist, wobei die beiden Stirnseiten durch entsprechend dickere Ausführungsformen zur Fixierung in der Pumpenstange 10 ausgebildet sind. Diese Ausführung gewährleistet eine Vergrößerung der Filterfläche gegenüber der ringförmigen Ausführung gemäß 3, die Filterfeinheit aller aufgezeigten Varianten sollten stets so gewählt werden, dass kleinste Schmutzpartikel im Öl, die von der Größe her die Abregelöffnung 8 zusetzen könnten, von der Filtervorrichtung 7 herausgefiltert werden.
Zur weiteren Vergrößerung der Filteroberfläche ist gemäß 5 eine Filtervorrichtung 7 vorgesehen, die topfförmig in der Strömungsverbindung 6 angeordnet ist und eine entsprechende Vergrößerung der Filteroberfläche gewährleistet.
Aus der 6 ist eine weitere Variante einer Filtervorrichtung 7 dargestellt, diese könnte beispielsweise aus einem Sinterwerkstoff hergestellt werden, so dass das Material des Sinterfilters je nach Verpressungsgrad in der Strömungsverbindung 6 unterschiedliche Filterfeinheiten ermöglicht. Weitere bekannte Filtermaterialien sind selbstverständlich bei diesem Federbein anwendbar.

1: Überlastventil
2: Abregelöffnung
3: Hochdruckkammer
4: Niederdruckkammer
5: Bohrung (Pumpenstange)
6: Strömungsverbindung
7: Filtervorrichtung
8: Drossel
9: Arbeitsraum
10: Pumpenstange
11: Federbein
12: Arbeitszylinder
13: Arbeitskolben
14: Kolbenstange
15: Membran
16: Kanal
17: Saugventil
18: Druckventil
19: Kanal
20: Hülse

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, 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 eine Drossel aufweisenden und in die Niederdruckkammer mündenden Abregelkanal verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strömungsverbindung (6) zwischen dem Arbeitsraum (9) und der Drossel (8) eine Filtervorrichtung (7) angeordnet ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abregelöffnung (2) in die Strömungsverbindung (6) mündet, wobei zwischen dem Endbereich der Strömungsverbindung (6) und der Drossel (8) die Filtervorrichtung (7) angeordnet ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (6) nur einstufig durchströmbar ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (6) koaxial zur Mittenachse der Pumpenstange (10) angeordnet ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtervorrichtung (7) ein scheibenförmiges Element (7a) vorgesehen ist.
Federbein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (7) kreisringförmig gestaltet ist und koaxial zur Mittenachse des Federbeines (11) verläuft.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (7) mindestens teilweise zylindrisch ausgebildet ist.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Filtervorrichtung (7) aus einem Sinterwerkstoff besteht.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (7) aus einem Kunststoff- und/oder Stahlgewebe besteht.