DE19959197B4 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung - Google Patents

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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 den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, die mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum bei Erreichen eines Basisniveaus mit der Niederdruckkammer verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass dem Federbein (2) ein Stellantrieb (3) zugeordnet ist, der das Federbein (2) in vertikaler Richtung derart verschiebt, dass das Federbein (2) zur Veränderung des Basisniveaus zwischen Karosserie und Fahrwerk verlängert oder verkürzt wird.

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 den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe, die mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum bei Erreichen eines Basisniveaus mit der Niederdruckkammer verbindet.
  • Es sind bereits selbstpumpende hydropneumatische Federbeine mit innerer Niveauregelung bekannt (z.B. DE 198 18 116 C1 ), bei denen eine durch die Federbewegungen angetriebenen und Öl aus einer Niederdruckkammer in den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum fördernden Kolbenpumpe vorgesehen ist. Das Federbein hält durch diese Pumpe angetrieben, das Fahrzeugniveau je nach Beladungszustand in einem konstanten Abstand vom Boden. Es handelt sich dabei um eine mechanische Baueinheit, deren Basisniveau keinerlei elektrische oder elektronische Regelung bedarf. Es hat sich allerdings in der Praxis herausgestellt, dass es Anwendungsfälle gibt, die mehr als eine Niveaulage des Fahrzeugaufbaus benötigen.
  • Es sind darüber hinaus fremdgespeiste Niveauregeleinrichtungen bekannt, die über Hydraulik oder Druckluft in der Lage sind, den Aufbau des Fahrzeuges, unabhängig vom Belastungszustand in verschiedene Höhenpositionen zu bringen und federnd zu halten. Es könnte z.B. ein mittleres Niveau des Fahrzeugaufbaus der Stadtfahrt dienen, ein unteres Niveau des Fahrzeugaufbaus aus aerodynamischen Gründen der Autobahnfahrt und ein hohes Niveau des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Boden zur Vermeidung von Aufbauaufsetzern bei einer Geländefahrt von Vorteil sein.
  • Selbstpumpende Niveauregeleinrichtungen können lediglich eine einzige Niveaulage beherrschen. Fremdgespeiste Niveauregeleinrichtungen sind sehr komplex aufgebaut, dabei benötigt eine Luftfeder nicht nur einen entsprechend großen Bauraum, sondern auch einen Kompressor, einen Lufttrockner und Druckmittelleitungen, die sich im gesamten Fahrzeug erstrecken. Bei hydropneumatischen Anlagen (Federzylinder) ist es ähnlich, denn hier werden ausgehend von einer im Motorraum untergebrachten Ölpumpe mit Ölreservoir ebenfalls Druckmittelleitungen zu den einzelnen Federzylindern benötigt.
  • Zur Herstellung von unterschiedlichen anfahrbaren Niveauhöhen sind desweiteren Wegerfassungssysteme (Höhensensoren) erforderlich, die sich im Einbau im Fahrzeug oft schwierig unterbringen lassen, da sie zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Achse des Fahrwerkes eingebaut werden müssen. Soll das Fahrzeug auch Schiefladungen ausgleichen können, so wird für jedes Rad ein Sensor erforderlich, wobei dann die Wegsignale über eine entsprechende Elektronik und einen Regelkreis verarbeitet werden müssen.
  • Darüber hinaus sind jeweils selbstpumpende hydropneumatische Federbeine mit innerer Niveauregelung bekannt (z.B. DE 197 21 053 A1 , DE 196 35 880 A1 ), bei denen sich lediglich ein bestimmtes Fahrzeugniveau bei Volllast oder bei Teillast entsprechend einstellt.
  • Es sind weitere Schwingungsdämpfer bekannt (z.B. DE 34 33 918 C1 ), bei denen jeweils die Schraubenfeder beaufschlagt wird, um mit einfachen Mitteln eine Tragkraftänderung der Schraubenfeder vorzunehmen. Da die Schraubenfeder auf dem jeweiligen Federteller abgestützt ist und sich außerdem gegenüber der Karosserie abstützt, bewirkt die erhöhte Federvorspannung ein entsprechendes Anheben des Fahrzeugaufbaus.
  • Weitere Lösungen (z.B. 42 12 696 A1, DE 23 60 149 B2 ) sind dagegen mit einem Schwingungsdämpfer versehen, bei dem eine Fahrzeughöhenverstellung derart vorgenommen wird, dass im Radträger im Befestigungsbereich des Federbeins ein hydraulischer Druckraum ausgebildet ist und das in den Radträger hineinragende Ende des Federbeins als hydraulischer Kolben ausgeführt ist, so dass der gesamte Schwingungsdämpfer axial verschiebbar angeordnet ist. Es lässt sich hierbei eine Verstellung der Fahrzeughöhe vornehmen.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln eine Niveauregeleinrichtung mit mehr als einer Niveaulage geschaffen werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Federbein ein Stellantrieb zugeordnet ist, der das Federbein in vertikaler Richtung derart verschiebt, dass das Federbein zur Veränderung des Basisniveaus zwischen Karosserie und Fahrwerk verlängert oder verkürzt wird.
  • Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung, dass ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein in Verbindung mit einem Stellantrieb die vorgenannte Aufgabe problemlos erfüllt. Dabei ist von Vorteil, dass das Federbein mit mechanischen Mitteln unabhängig vom Beladungszustand ein gewünschtes Niveau einnimmt, ohne dass dazu eine elektrische oder elektronische Regelung notwendig ist. Der zusätzlich angeordnete Stellantrieb dient anschließend der Veränderung des Basisniveaus, so dass beides unabhängig vom Fahrzeugbeladungszustand arbeitet.
  • Nach einer fertigungstechnisch einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stellantrieb als separates Bauteil ausgebildet ist und zwischen Federbein und Fahrkarosserie oder Fahrwerk angeordnet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass ein serienmäßiges Federbein mit einem als eine Baueinheit ausgebildeten Stellantrieb verbunden werden kann und als ganzes in das Fahrzeug einbaubar ist.
  • Nach einer günstigen Ausführungsform lässt sich eine Baueinheit dadurch schaffen, dass der Stellantrieb integrierter Bestandteil des Federbeines ist.
  • Unabhängig davon, ob der Stellantrieb als separates Bauteil oder im Federbein integriert ist, lässt sich nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vor sehen, dass der Stellantrieb elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch antreibbar ist.
  • Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, dass der Stellantrieb eine Selbsthemmung aufweist.
  • Zur Erzielung eines Stellantriebes mit Selbsthemmung ist vorgesehen, dass der Stellantrieb als Spindeltrieb oder Schneckentrieb ausgebildet ist.
    •
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
  • Es zeigt:
  • 1 bis 4 verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten des Federbeines mit Stellantrieb im Fahrzeug
  • 5 ein Federbein im Schnitt, zusammen mit einem als separates Bauteil ausgebildeten Stellantrieb
  • 6 bis 9 Federbeine mit integriertem Stellantrieb im Fahrzeug angeordnet
  • 10 ein Federbein mit innerer Niveauregelung mit einem integrierten Stellantrieb als Einzelteil, teils im Schnitt.
  • Aus der 1 ist eine Niveauregeleinrichtung 1 zu entnehmen, die aus einem selbstpumpenden hydropneumatischen Federbein 2 und einem separaten Stellantrieb 3 besteht. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Federbein 2 teiltragend ausgeführt, also mit einer Tragfeder 4 versehen. Das selbstpumpende hydropneumatische Federbein 2 kann im Bedarfsfall auch volltragend, also ohne eine mechanische Tragfeder 4 ausgeführt sein. Wird das Fahrzeug im Stand auf Vollast beladen (wie dargestellt), federt der Aufbau zunächst entsprechend der Federrate ein.
  • Aus der 2 ist zu entnehmen, daß die Niveauregeleinrichtung 1 auf Basisniveau angehoben wurde. Dies ist der Fall nach einer gewissen Fahrstrecke, da das selbstpumpende hydropneumatische Federbein 2 wie an sich bekannt, über die Fahrbahnanregungen aufgeregelt wird, wobei wie aus der 1 bereits zu entnehmen, der Stellantrieb 3 in der gleichen Position verbleibt. Dieses hier in 2 dargestellte Basisniveau wird z.B. im Stadtverkehr beibehalten und ist beladungsunabhängig.
  • Aus der 3 ist die Niveauregeleinrichtung 1 gemäß 1 im Geländebetrieb zu entnehmen. Um ein Aufsetzen der Karosserie auf dem Boden zu vermeiden, wird das Niveau über den Stellantrieb 3 angehoben.
  • Aus der 4 ist die Niveauregeleinrichtung 1 bei Schnellfahrten (etwa Autobahn) zu entnehmen, hierbei ist der Fahrzeugaufbau über den Stellantrieb 3 abgesenkt, was für die Aerodynamik von Vorteil ist.
  • Die 5 zeigt ein selbstpumpendes hydropeumatisches Federbein 2 mit innerer Niveauregelung gemäß dem Stand der Technik, wobei am oberen Befestigungselement der Stellantrieb 3 vorgesehen ist. Der Stellantrieb 3 ist gegenüber dem Federbein 2 gelenkig angeordnet. Durch ein fahrbahnbedingtes Ein- und Ausfedern der Kolbenstange 5 wird eine innere Kolbenpumpe mit Ein- und Auslaßventil 6, 7 betätigt, dabei wird Öl aus dem Niederdruckraum 8 in den Hochdruckraum 9 gefördert, so daß das hinter einer Membran 10 eingekammerte Gas 11 vorgespannt wird und die Kolbenstange 5 auswärts geschoben wird. Der Bypaß 12 setzt nach und nach die Pumpwirkung außer Kraft und das Niveau des Fahrzeugaufbaus regelt sich ein. Beim Entladen des Fahrzeuges wird die Kolbenstange kurzzeitig noch weiter auswärts geschoben, so daß die Ablaßbohrung 13 mit dem Arbeitsraum des Arbeitszylinders in Verbindung tritt und für das Abregeln des Fahrzeugaufbaus sorgt. Der mit der Kolbenstange 5 verbundene Kolben ist mit Zug- und Druckdämpfungsventilen 14, 15 zur Erzeugung von Dämpfungskräften ausgestattet.
  • Aus den 6 bis 9 ist eine Niveauregeleinrichtung 1 zu entnehmen, welche im Prinzip mit den 1 bis 4 vergleichbar ist, mit dem Unterschied, daß der Stellantrieb 3 Bestandteil des Federbeines 2 ist. Bei diesen Ausführungsformen ist der Stellantrieb 3 im Gehäuse des Federbeines 2 integriert, so daß Federbein 2 und Stellantrieb 3 ein einziges Bauteil sind.
  • Aus der 10 ist als Einzelheit ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein 2 dargestellt, welches im Prinzip mit dem in 5 dargestellten vergleichbar ist. Im oberen Bereich des Gehäuses 16 ist der Stellantrieb 3 im Federbein 2 integriert, dabei ist das Befestigungsteil 17 gegenüber dem Ge häuse 16 des Federbeines 2 relativ axial beweglich angeordnet. Der Stellantrieb 3 kann dabei gegenüber der Führung 18 mittels einer Spindel, Schnecke oder dergleichen elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben werden.
    • 1
    Niveauregeleinrichtung
    2
    selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein
    3
    Stellantrieb
    4
    Tragfeder
    5
    Kolbenstange
    6
    Einlaßventil
    7
    Auslaßventil
    8
    Niederdruckraum
    9
    Hochdruckraum
    10
    Membran
    11
    Gaspolster
    12
    Bypaß
    13
    Ablaßbohrung
    14
    Zugventil
    15
    Druckventil
    16
    Gehäuse
    17
    Befestigungsteil
    18
    Führung

Claims (6)

  1. 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, die mit einer in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder verschließbaren Abregelöffnung den mit der Hochdruckkammer verbundenen Arbeitsraum bei Erreichen eines Basisniveaus mit der Niederdruckkammer verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass dem Federbein (2) ein Stellantrieb (3) zugeordnet ist, der das Federbein (2) in vertikaler Richtung derart verschiebt, dass das Federbein (2) zur Veränderung des Basisniveaus zwischen Karosserie und Fahrwerk verlängert oder verkürzt wird.
  2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (3) als separates Bauteil ausgebildet ist und zwischen Federbein und Fahrkarosserie oder Fahrwerk angeordnet ist.
  3. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (3) integrierter Bestandteil des Federbeines ist.
  4. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (3) elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch antreibbar ist.
  5. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (3) eine Selbsthemmung aufweist.
  6. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (3) als Spindeltrieb oder Schneckentrieb ausgebildet ist.
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