DE3801167C2 - Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung für 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 erhöhten Hydraulik­ druck im Arbeits- bzw. Federraum wird die Federkraft des Federbeins entsprechend vergrö­ ßert und demzufolge die statische Einfederung des Federbeins verringert.

Derartige selbstpumpende hydropneumatischen Federbeine mit innerer Niveauregelung haben sich in der Praxis bestens bewährt, besitzen jedoch die Eigenschaft, daß zum Hoch­ regeln eines durch Zuladung abgesunkenen Fahrzeugaufbaus je nach Straßenzustand meh­ rere hundert Meter oder auch einige Kilometer zurückgelegt werden müssen, ehe vom Pum­ penmechanismus genügend Hydraulikflüssigkeit 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 ausreichenden dynamischen Ein- und Ausfederns der Fahrzeugräder unter Umständen na­ hezu völlig versagen. Es ist leicht einzusehen, daß größte Schwierigkeiten u. a. auch dann auftreten können, wenn ein solches Fahrzeug z. B. in einer Tiefgarage o. ä. beladen wird und anschließend über eine vergleichsweise steil ansteigende Garagenauffahrt die Tiefga­ rage 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.

Aus der DE 31 22 272 A1 ist ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit inne­ rer Niveauregelung, mit dem eine niveaugeregelte Fahrzeugachse bei einer Zuladungsän­ derung sehr schnell, nämlich im Stillstand, wieder seine Niveaulage einnimmt, an sich bereits bekannt. Dazu dient ein unter Druck stehender Speicherraum, welcher zwischen Niederdruck-Vorratsraum und Hochdruck-Arbeitsraum angeordnet ist. Der innere Regelme­ chanismus dieses bekannten Federbeins ist konstruktiv jedoch vergleichsweise aufwendig und stellt fertigungstechnisch recht hohe Anforderungen.

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

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

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

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

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

In die hohle Kolbenstange 2 greift von der Kolbenseite her axial das ein Saugventil 11 tra­ gende freie Ende einer mechanisch mit dem Zylinderrohr verbundenen hohlen Pumpen­ stange 9 ein, welche über ein Leitungsröhrchen 26, z. B. in Form eines flexiblen Schlauches o. a., druck- und leitungsmäßig ständig mit einem flüssigkeitsgefüllten Niederdruck-Vorrats­ raum 8 in Verbindung steht.

Innerhalb der hohlen Kolbenstange 2 wird unterhalb des durch das Saugventil 11 abge­ schlossenen Endes der hohen 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 Ausfeder­ richtung 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 Kraft­ fahrzeuge,

• 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 Arbeitsraum druck­ mäßig 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 Kolbenseite her axial in sie ein­ tauchenden 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 Lei­ tungsverbindungen 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 Neutralstellung 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 Leitungs­ anschluß (16) sowohl in der Neutralstellung als auch - von der Neutralstellung ausge­ hend - über den maximalen Ausfederweg des Dämpferkolbens (3) durch den Dämpferkolben verschlossen ist, wohingegen er - von der Neutralstellung ausgehend - über den Einfederweg geöffnet ist.

2. Selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpferkolben (3) ein in Einfederrichtung weisendes erstes Hülsenteil (18) mit einer etwa dem maximalen Auffederweg entsprechenden axia­ len Länge und ein in Ausfederrichtung weisendes zweites Hülsenteil (19) mit einer etwa dem maximalen Einfederweg entsprechenden axialen Länge besitzt, wobei das erste Hülsenteil (18) von zylindrischer Außenform ist und beidendig je eine Ringdichtung (20) trägt, während das zweite Hülsenteil (19) von sich in Ausfederrichtung leicht verjüngender konischer Außenform ist.

3. Selbstpumpendes, hydropneumatisches Federbein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Federbein (1) ein externer Hochdruckspeicher (21) zugeordnet ist, daß jeweils der zweite Leitungsanschluß (16) unmittelbar und der erste Leitungsanschluß (17) unter Zwischenschaltung eines Druckbegrenzungsventils (22) mit dem Speicherraum (23) des Hochdruckspeichers (21) verbunden ist, und daß der Ablaß- bzw. Bypassausgang (24) des Druckbegrenzungsventils (22) mit dem Leitungsanschluß (15) verbunden ist.