WO2011147613A2 - Selbstpumpendes federbein - Google Patents

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WO2011147613A2
WO2011147613A2 PCT/EP2011/055159 EP2011055159W WO2011147613A2 WO 2011147613 A2 WO2011147613 A2 WO 2011147613A2 EP 2011055159 W EP2011055159 W EP 2011055159W WO 2011147613 A2 WO2011147613 A2 WO 2011147613A2
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space
fluid
working
chamber
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Markus Renninger
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/02—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means
    • B60G17/04—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics
    • B60G17/044—Self-pumping fluid springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/02—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means
    • B60G17/04—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics
    • B60G17/048—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics with the regulating means inside the fluid springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2500/00—Indexing codes relating to the regulated action or device
    • B60G2500/30—Height or ground clearance

Definitions

  • the invention relates to a self-inflating strut according to the preamble of patent claim 1.
  • a self-pumping hydropneumatic strut with internal level control especially for motor vehicles, filled with an oil under the pressure of at least one arranged in a high pressure chamber and acting as a spring gas cushion working cylinder, which is divided by a piston supported by a hollow piston rod working in two working spaces, with a piston driven by the spring movements and oil from a low pressure chamber in the working chamber associated with the high pressure chamber piston pump which is provided with a high pressure chamber connecting the low pressure chamber first flow connection, wherein a further, axially spaced, the high pressure chamber connectable to the low pressure chamber second flow connection provided is that can be switched on or off via a valve is described in DE 10 2008 032 950 B3.
  • the vehicle body of a motor vehicle can be adjusted to two different levels, so that a normal level for a slow speed and a lowered level for a fast ride can be set.
  • oil is pumped from the low-pressure chamber into the high-pressure chamber until a bypass prevents the pumping work and thus adjusts the level.
  • the position of the bypass and the discharge openings can be used to determine the maximum and minimum height of the vehicle body.
  • the piston rod springs out, whereby the vacant discharge opening establishes a pressure equalization between the high and the low pressure chamber.
  • the vehicle body then drops back to vacant heights.
  • this known strut oil and a low pressure gas cushion are not separated from each other in the low pressure chamber. Accordingly, this strut can only be used in an installed position in which the axially movable Kobenstange protrudes upwards out of the working cylinder. Furthermore, an externally controllable valve is required to set different levels.
  • the present invention seeks to propose a self-pumping strut with internal level control that requires no external level sensors for level adjustment and can be used in any mounting position.
  • the invention is based on a self-pumping strut with internal level control, for example, for motor vehicles, with a fluid-filled, under the pressure of acting as a spring fluid working cylinder, in whose working space a hollow piston rod is sealed, into which a fixed to the working cylinder pump piston sealed protrudes, which promotes fluid in relative movements between the working cylinder and the piston rod fluid from the working space in a standing under higher fluid pressure than in the working chamber pressure chamber, and with flow connections between the pressure chamber and the working space for selectively setting a predetermined, dynamic, determined by the extension length of the piston rod levels.
  • This strut is according to the invention characterized in that the Kobenstange for selectively cooperating the axially and circumferentially spaced flow connections by means of a rotating device is rotatable.
  • the rotating device may be formed, for example, as a hydraulic, pneumatic or electric servomotor and be controlled via a selector switch to be operated by the driver directly or via a level control system. Additional level control valves are not required and the level set by rotating the piston rod is maintained during the ride regardless of the load on the vehicle.
  • the strut according to the invention can contain gas as fluid alone and work with or without damping effect of the piston rod movement.
  • At least two of the flow connections in the piston rod in the form of axially and circumferentially spaced holes with connection to the working space and at least one flow connection in the pump piston in the form of a bore with connection to the pressure chamber may be formed, which, depending on the rotational position the piston rod, communicate with each other and thereby determine a specifiable level.
  • a plurality of axially and circumferentially spaced holes may be provided in the piston rod to adjust corresponding, different levels of height can.
  • three axially and circumferentially spaced holes may be provided in the piston rod, one of which determines a high level, a normal level and a low level.
  • the flow connection may be formed in the piston rod in the form of an axially and circumferentially extending groove with connection to the working space and a flow connection in the pump piston in the form of a bore with connection to the pressure chamber, whereby depending on the rotational position of the piston rod continuously variable levels can be adjusted.
  • the working cylinder may be surrounded by a coaxial outer cylinder. An annular space formed thereby is then subdivided by means of a membrane or a separating piston into a pressure-gas-filled compensating space and a hydraulic fluid-filled compensating space.
  • the hydraulic fluid-filled Au Dermatraum is connected via openings in the working cylinder with the hydraulic fluid-filled working space.
  • the pressure chamber consists of a hydraulic fluid-filled, connected to channels or spaces in the pump piston fluid space and one of them separated by a separating piston or a membrane high pressure gas space.
  • the compressed gas in the high-pressure gas chamber acts indirectly on the hydraulic piston on the piston rod, as well as the compressed gas in the expansion chamber, which is ensured by the separation of the compressed gas filled spaces of the hydraulic fluid filled spaces by means of membranes or separating piston, that the strut according to the invention in any mounting position in the motor vehicle can be installed.
  • the pump piston can be produced in a simple manner from two coaxial, attached to a common intermediate wall of the working and outer cylinder tubes whose annular space is connected via passages in the intermediate wall with the fluid space, connected via the bore with the flow connections and closed at the free end while its central interior communicates with the fluid space and a pump space in the piston rod via a pressure valve opening to the fluid space.
  • the annular space between the outer and the inner tube may be suitably closed, for example by the outer tube is crimped inwardly at its free end, while the coaxial inner tube is flanged at its free end to the outside, and a sealing ring through these beadings is kept sealing.
  • the beads may also touch and sealingly connected together by an annular weld.
  • the piston rod Since the piston rod transmits the spring forces and possibly also the damping forces to the vehicle body, it must be strong and rigid. Accordingly, the wall thickness of the piston rod is so large that can be arranged in the wall of the piston rod communicating with the working space and the pump chamber via a suction valve opening to the pump chamber suction line.
  • the shock absorber according to the invention can be provided in a simple manner with a shock absorber function if the working space is divided into two spaces by a piston which is fastened to the piston rod and has controllable flow openings.
  • hydraulic fluid is displaced from one side of the piston to the other side of the piston, which can be adjusted by the controllable flow openings in the piston, a different damping effect during compression and rebound.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive
  • FIG. 2 is an enlarged detail view corresponding to detail detail A in Figure 1 showing the flow connections in the piston rod and the pump piston,
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a piston rod with flow connections according to a second embodiment
  • Fig. 4 is an enlarged detail of the seal of the free end of the pump piston.
  • An outer cylinder 24 of the strut according to the invention is fixed in a manner not shown, known manner on a vehicle body, not shown.
  • a piston rod 1 is connected in a manner not shown, known manner with an axis, not shown, of the vehicle.
  • the piston rod 1 is sealed by a cover 20 in a working space of a working cylinder 19, which is divided by a fixed to the piston rod 1 piston 7 in a lower working space 3 and an upper working space 31.
  • check valves 30 are arranged, which cause a different damping of the hydraulic fluid flow from the lower working chamber 3 in the upper working chamber 31 and vice versa, when the piston rod 1 moves inwardly and outwardly with the working piston 7 while driving.
  • a pump chamber 2 of the piston rod 1 protrudes from an outer tube 4 and an inner tube 6 formed pump piston which is sealingly fitted into the piston rod 1.
  • a formed between the outer tube 4 and the inner tube 6 annular space 14 is closed at the free end to the pump chamber 2 out through a ring plate and connected to a filled with hydraulic fluid space 8 via passages 26 in an intermediate wall 27.
  • a central inner space 25 in the inner tube 6 is open towards the pump chamber 2 and can be connected to the fluid space 8 via a pressure valve 9 arranged in the intermediate wall 27.
  • a high-pressure gas space 1 1 is separated from the fluid space 8 in a known manner by a displaceable separating piston 10 and closed by an end wall 12.
  • the fluid space 8, the separating piston 10 and the high-pressure gas space 1 1 form a high-pressure chamber 13, which is arranged in an outer cylinder 24 coaxially surrounding the working piston 19.
  • the aforementioned intermediate wall 27 separates the fluid space 8 from the upper working chamber 31 and a hydraulic fluid-filled compensation chamber 29 between the working cylinder 19 and the outer cylinder 24.
  • a gas-filled compensation chamber 1 6 in the annular space between the working cylinder 19 and the outer cylinder 24 is from the hydraulic fluid-filled compensation chamber 29 by a Membrane 15 separated.
  • the separation between the gas-filled and the hydraulic fluid-filled compensation chambers can be done as well as in the pressure chamber 13 by a separating piston, while the separating piston 10 may be replaced in the pressure chamber 13 by a membrane.
  • the hydraulic fluid-filled compensation chamber 29 communicates with the lower working chamber 3 via openings 23 in the working cylinder 19 in constant communication.
  • a suction line 22 is arranged, which extends in the wall of the piston rod 1 and is provided with a suction valve 21 opening to the pump chamber 2. Furthermore, in the piston rod 1 axially and circumferentially spaced leveling holes 5 and 18 are provided, of which the level 5 a lower level adjustment of the vehicle and the level 18, an upper level adjustment of the vehicle in conjunction with a arranged in the outer tube 4 of the pump piston Aufregelbohrung 17th determine.
  • the piston rod 1 is rotated by 180 ° by means of a rotating device 33, not shown in detail.
  • the rotating device 33 can in the simplest case a hand-operated handle on the piston rod 1 exist.
  • the rotary device 33 is a servomotor, which can be controlled via a level control system 34.
  • a switch for two or more level heights or a knob for continuously setting different levels heights can then be to set the desired level, a switch for two or more level heights or a knob for continuously setting different levels heights.
  • the piston rod 1 is rotated by means of the rotating device 33 by 180 ° to reach the low level.
  • the Aufregelbohrung 17 in the outer tube 4 of the pump piston and the upper leveling 18 then no longer come to cover.
  • the relative movement between the piston rod 1 and the working cylinder 19 while driving hydraulic fluid from the working chambers 3, 31 is sucked in via the suction line 22 and the suction valve 21 and conveyed via the pressure valve 9 into the pressure chamber 13.
  • the pressure in the work chambers 3, 31 and thus the piston rod extension force decreases.
  • the vehicle body moves as a result in the direction of low level until the lower level 5 and the Aufregelbohrung 17 come to cover and release a connection between the pressure chamber 13 and the working spaces 3, 31.
  • the hydraulic fluid flowing into the working spaces 3, 31 in this position prevents a further drop in the vehicle body, and the low level reached is also maintained, as already described with regard to the high level.
  • the sinking of the vehicle when loading leads to an overlap of the lower level 5 and the Aufregelbohrung 17, so that hydraulic fluid from the pressure chamber 13 into the working spaces 3, 31 can flow, which increases the pressure in the working spaces 3, 31 and thus the piston rod extension force, so that the vehicle body is raised until the set low level is reached again.
  • the embodiment according to FIG. 3 shows, in addition to the lower leveling bore 5 and the upper leveling bore 18, an aligning groove 32 which makes it possible to raise the vehicle body from the low level.
  • the Aufregelnut 32 penetrates the wall of the piston rod 1 radially preferably completely in the direction of the working space. 3
  • the Aufregelnut 32 extends, as shown in Fig. 3, at its beginning and end with a slight slope and therebetween with a constant pitch, so that when turning the piston rod 1 hydraulic fluid from the pressure chamber 13 in the working chambers 3, 31 can flow, there the Increases pressure and lifts the vehicle body.
  • the Aufregelnut 32 has therefore for gentle Aufregeln at their ends lower slopes and begins below the lower level 5 and ends above the upper leveling hole 18. If the piston rod 1, starting from the low level, rotated by 180 °, the vehicle body moves in a level above the high level. If the vehicle is parked in this position, it remains in this level position above the high level, which facilitates the entry and exit. After a certain distance, the vehicle body reaches the set, slightly lower high level due to the pumping movements.
  • the vehicle body occupies a level position in the middle between the high level and the low level. It can be seen that by a rotation from 0 to 180 ° a continuous adjustment of intermediate positions between the high level and the low level is possible.
  • Fig. 4 is an enlarged view of the sealing of the ends of the outer tube 4 with respect to the inner tube 6. While in Fig. 1 a sealing is achieved by a welded to the tube ends ring plate, Fig. 4 shows a simple seal without weld: The äuße- re pipe 4 is crimped inwardly at the lower end, while the inner tube 6 is crimped at the lower end to the outside. As a result, the annular space 14 is almost closed, and it can be a sealing ring 28 which almost fills the annular space 14, use, which is pressed by the pressure in the pressure chamber 13 sealingly against the flanges.
  • the pump piston may also be solid and then has a central through-bore between the pressure valve 9 and the pump chamber 2 and a reaching to Aufregelbohrung 17 desaxêt bore.
  • hydropneumatic struts Compared with the known self-pumping, hydropneumatic struts a very quick Aufregeln in the high level and a level control for load balance is given. No additional level sensors are required. Depending on the angular position of the piston rod, any level positions can be set continuously between an upper and a lower limit position, and an additional load is compensated even in the state in all level positions.

Abstract

Selbstpumpendes Federbein mit innerer Niveauregelung, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, mit einem fluidgefüllten, unter dem Druck des als Feder wirkenden Fluids stehenden Arbeitszylinder (19), in dessen Arbeitsraum (3, 31) eine hohle Kolbenstange (1) abgedichtet geführt ist, in die ein am Arbeitszylinder (19) befestigter Pumpenkolben (4, 6) abgedichtet hineinragt, der bei Relativbewegungen zwischen dem Arbeitszylinder (19) und der Kolbenstange (1) Fluid aus dem Arbeitsraum (3, 31) in eine unter höherem Fluiddruck als im Arbeitsraum (3, 31) stehende Druckkammer (13) fördert, und mit Strömungsverbindungen (5, 17, 18, 32) zwischen der Druckkammer (13) und dem Arbeitsraum (3, 31) zum wahlweisen Einstellen eines vorgebbaren, dynamischen, durch die Ausfahrlänge der Kolbenstange (1) bestimmten Niveaus, wobei die Kolbenstange (1) zum wahlweisen Zusammenwirken der axial und umfangsbezogen beabstandeten Strömungsverbindungen (5, 17, 18, 32) mittels einer Drehvorrichtung (33) drehbar ist.

Description

Selbstpumpendes Federbein
Die Erfindung betrifft ein selbstpumpendes Federbein gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Ein selbstpumpendes hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregelung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Öl gefüllten, 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 die Hochdruckkammer mit der Niederdruckkammer verbindenden ersten Strömungsverbindung versehen ist, wobei eine weitere, axial beabstandete, die Hochdruckkammer mit der Niederdruckkammer verbindbare zweite Strömungsverbindung vorgesehen ist, die über ein Ventil zu- bzw. abschaltbar ist, ist in der DE 10 2008 032 950 B3 beschrieben.
Durch die zwei Strömungsverbindungen ist der Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeuges auf zwei verschiedenen Niveaus einstellbar, so dass sich ein Normalniveau für eine Langsamfahrt und ein abgesenktes Niveau für eine schnelle Fahrt einstellen lässt. Durch das Abfahren der unebenen Fahrbahn wird so lange Öl aus der Niederdruckkammer in die Hochdruckkammer gepumpt, bis ein Bypass die Pumparbeit unterbindet und somit das Niveau einregelt. Über die Position des Bypasses und der Ablassöffnungen lassen sich die maximale und minimale Höhe des Fahrzeugaufbaus festlegen. Wird das Fahrzeug entladen, so federt die Kolbenstange aus, wobei die frei gewordene Ablassöffnung einen Druckausgleich zwischen der Hoch- und der Niederdruckkammer herstellt. Der Fahrzeugaufbau sinkt danach wieder auf Leerstandshö- he ab. Bei diesem bekannten Federbein sind in der Niederdruckkammer Öl und ein Niederdruckgaspolster nicht voneinander getrennt. Dementsprechend lässt sich dieses Federbein nur in einer Einbaulage verwenden, in der die axial bewegliche Kobenstange nach oben aus dem Arbeitszylinder herausragt. Des Weiteren ist zum Einstellen unterschiedlicher Niveaus ein extern ansteuerbares Ventil erforderlich.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein selbstpumpendes Federbein mit innerer Niveauregelung vorzuschlagen, dass keine externen Niveausensoren zur Niveaueinstellung erfordert und in jeder Einbaulage verwendbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Federbein gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen desselben in Unteransprüchen definiert sind.
Demnach geht die Erfindung aus von einem selbstpumpenden Federbein mit innerer Niveauregelung, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, mit einem fluidgefüllten, unter dem Druck des als Feder wirkenden Fluids stehenden Arbeitszylinder, in dessen Arbeitsraum eine hohle Kolbenstange abgedichtet geführt ist, in die ein am Arbeitszylinder befestigter Pumpenkolben abgedichtet hineinragt, der bei Relativbewegungen zwischen dem Arbeitszylinder und der Kolbenstange Fluid aus dem Arbeitsraum in eine unter höherem Fluiddruck als im Arbeitsraum stehende Druckkammer fördert, und mit Strömungsverbindungen zwischen der Druckkammer und dem Arbeitsraum zum wahlweisen Einstellen eines vorgebbaren, dynamischen, durch die Ausfahrlänge der Kolbenstange bestimmten Niveaus. Dieses Federbein ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Kobenstange zum wahlweisen Zusammenwirken der axial und umfangsbezogen beabstandeten Strömungsverbindungen mittels einer Drehvorrichtung drehbar ist. Die Drehvorrichtung kann beispielsweise als hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Stellmotor ausgebildet sein und über einen vom Fahrzeuglenker zu bedienenden Wahlschalter direkt oder über eine Niveauregelanlage ansteuerbar sein. Zusätzliche Ventile für die Niveauregelung sind nicht erforderlich und das durch Drehen der Kolbenstange eingestellte Niveau wird während der Fahrt, unabhängig von der Beladung des Fahrzeugs, eingehalten.
Das erfindungsgemäße Federbein kann als Fluid allein Gas enthalten und mit oder ohne Dämpfungswirkung der Kolbenstangenbewegung arbeiten.
Gemäß einer Ausführungsform für mindestens zwei Niveauhöhen können mindestens zwei der Strömungsverbindungen in der Kolbenstange in Form von axial und umfangsbezogen beabstandeten Bohrungen mit Verbindung zum Arbeitsraum sowie mindestens eine Strömungsverbindung in dem Pumpenkolben in Form einer Bohrung mit Verbindung zur Druckkammer ausgebildet sein, die, je nach Drehstellung der Kolbenstange, miteinander kommunizieren und dadurch ein vorgebbares Niveau bestimmen.
Mehrere axial und umfangsbezogen beabstandete Bohrungen können in der Kolbenstange vorgesehen sein, um entsprechende, unterschiedliche Niveauhöhen einstellen zu können. Beispielsweise können drei axial und umfangsbezogen beabstandete Bohrungen in der Kolbenstange vorgesehen sein, von denen eine ein hohes Niveau, eine ein normales Niveau und eine ein niedriges Niveau bestimmt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Strömungsverbindung in der Kolbenstange in Form einer sich axial und umfangsbezogen erstreckenden Nut mit Verbindung zum Arbeitsraum sowie eine Strömungsverbindung in dem Pumpenkolben in Form einer Bohrung mit Verbindung zur Druckkammer ausgebildet sein, wodurch sich je nach Drehstellung der Kolbenstange kontinuierlich veränderbare Niveaus einstellen lassen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Arbeitszylinder von einem koaxialen Außenzylinder umgeben sein. Ein dadurch gebildeter Ringraum ist dann mittels einer Membran oder eines Trennkolbens in einen druckgasgefüllten Ausgleichsraum und einen hydraulikflüssigkeitsgefüllten Ausgleichsraum unterteilt. Dabei ist der hydraulikflüssigkeitsgefüllte Augleichsraum über Öffnungen in dem Arbeitszylinder mit dem hydraulikflüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum verbunden. Außerdem ist hierbei vorgesehen, dass die Druckkammer aus einem hydraulikflüssigkeitsgefüllten, mit Kanälen bzw. Räumen im Pumpenkolben verbundenen Fluidraum sowie einem davon durch einen Trennkolben oder eine Membran abgetrennten Hochdruckgasraum besteht.
In diesem Fall wirkt das Druckgas im Hochdruckgasraum indirekt über die Hydraulikflüssigkeit auf die Kolbenstange, ebenso das Druckgas im Ausgleichsraum, wobei durch die Trennung der druckgasgefüllten Räume von den hydraulikflüssigkeitsgefüllten Räumen mittels Membranen oder Trennkolben gewährleistet ist, dass das erfindungsgemäße Federbein in jeder Einbaulage in das Kraftfahrzeug einbaubar ist.
Der Pumpenkolben lässt sich auf einfache Weise aus zwei koaxialen, an einer gemeinsamen Zwischenwand des Arbeits- und Außenzylinders befestigten Rohren herstellen, deren Ringraum über Durchlässe in der Zwischenwand mit dem Fluidraum verbunden ist, über die Bohrung mit den Strömungsverbindungen verbindbar und am freien Ende verschlossen ist, während deren zentraler Innenraum mit dem Fluidraum und einem Pumpenraum in der Kolbenstange über ein zum Fluidraum öffnendes Druckventil in Verbindung steht.
Der Ringraum zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr kann auf geeignete Weise verschlossen sein, beispielsweise indem das äußere Rohr an seinem freien Ende nach innen umgebördelt ist, während das koaxiale innere Rohr an seinem freien Ende nach außen umgebördelt ist, und ein Dichtring durch diese Umbördelungen abdichtend gehalten wird. Die Umbördelungen können sich auch berühren und durch eine ringförmige Schweißnaht abdichtend miteinander verbunden sein.
Da die Kolbenstange die Federkräfte und gegebenenfalls auch die Dämpfungskräfte auf den Fahrzeugaufbau überträgt, muss diese kräftig und biegesteif ausgebildet sein. Dementsprechend ist die Wandstärke der Kolbenstange so groß, dass sich in der Wand der Kolbenstange eine mit dem Arbeitsraum und dem Pumpenraum über ein zum Pumpenraum öffnendes Saugventil kommunizierende Saugleitung anordnen lässt.
Das erfindungsgemäße Federbein lässt sich auf einfache Weise mit einer Stoßdämpferfunktion versehen, wenn der Arbeitsraum durch einen an der Kolbenstange befestigten, steuerbare Durchflussöffnungen aufweisenden Kolben in zwei Räume unterteilt ist. Bei der Relativbewegung zwischen der Kolbenstange und dem Arbeitszylinder wird Hydraulikflüssigkeit von der einen Kolbenseite auf die andere Kolbenseite verdrängt, wobei sich durch die steuerbaren Durchflussöffnungen im Kolben eine unterschiedliche Dämpfungswirkung beim Einfedern und Ausfedern einstellen lässt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Federbeins gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht entsprechend dem Detailausschnitt A in Fig.1 mit Darstellung der Strömungsverbindungen in der Kolbenstange und im Pumpenkolben,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Kolbenstange mit Strömungsverbindungen gemäß einer zweiten Ausführungsform, und Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung der Abdichtung des freien Endes des Pumpenkolbens.
Ein Außenzylinder 24 des erfindungsgemäßen Federbeins ist in nicht dargestellter, bekannter Weise an einem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau befestigt. Eine Kolbenstange 1 ist in nicht dargestellter, bekannter Weise mit einer nicht dargestellten Achse des Fahrzeugs verbunden.
Die Kolbenstange 1 ist abgedichtet durch einen Deckel 20 in einen Arbeitsraum eines Arbeitszylinders 19 geführt, der durch einen an der Kolbenstange 1 befestigten Kolben 7 in einen unteren Arbeitsraum 3 und einen oberen Arbeitsraum 31 unterteilt ist. Im Kolben 7 sind Rückschlagventile 30 angeordnet, die eine unterschiedliche Dämpfung der Hydraulikflüssigkeitsströmung vom unteren Arbeitsraum 3 in den oberen Arbeitsraum 31 und umgekehrt bewirken, wenn sich die Kolbenstange 1 mit dem Arbeitskolben 7 während der Fahrt einwärts und auswärts bewegt.
In einen Pumpenraum 2 der Kolbenstange 1 ragt ein aus einem äußeren Rohr 4 und einem inneren Rohr 6 gebildeter Pumpenkolben, der in die Kolbenstange 1 dichtend eingepasst ist. Ein zwischen dem äußeren Rohr 4 und dem inneren Rohr 6 gebildeter Ringraum 14 ist am freien Ende zum Pumpenraum 2 hin durch eine Ringplatte verschlossen und mit einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Fluidraum 8 über Durchlässe 26 in einer Zwischenwand 27 verbunden. Ein zentraler Innenraum 25 im inneren Rohr 6 ist zum Pumpenraum 2 hin offen und mit dem Fluidraum 8 über ein in der Zwischenwand 27 angeordneten Druckventil 9 verbindbar.
Ein Hochdruckgasraum 1 1 ist vom Fluidraum 8 in bekannter Weise durch einen verschiebbaren Trennkolben 10 getrennt und durch eine Abschlusswand 12 verschlossen. Der Fluidraum 8, der Trennkolben 10 und der Hochdruckgasraum 1 1 bilden eine Hochdruckkammer 13, die in einem den Arbeitskolben 19 koaxial umgebenden Außenzylinder 24 angeordnet ist. Die erwähnte Zwischenwand 27 trennt den Fluidraum 8 von dem oberen Arbeitsraum 31 und von einem hydraulikflüssigkeitsgefüllten Ausgleichsraum 29 zwischen dem Arbeitszylinder 19 und dem Außenzylinder 24. Ein gasgefüllter Ausgleichsraum 1 6 im Ringraum zwischen dem Arbeitszylinder 19 und dem Außenzylinder 24 ist vom hydraulikflüssigkeitsgefüllten Ausgleichsraum 29 durch eine Membran 15 getrennt. Die Trennung zwischen den gasgefüllten und dem hydraulikflüssigkeitsgefüllten Ausgleichsräumen kann ebenso wie bei der Druckkammer 13 durch einen Trennkolben erfolgen, während der Trennkolben 10 in der Druckkammer 13 auch durch eine Membran ersetzt sein kann.
Der hydraulikflüssigkeitsgefüllte Ausgleichsraum 29 steht mit dem unteren Arbeitsraum 3 über Öffnungen 23 im Arbeitszylinder 19 in ständiger Verbindung.
Zwischen dem Pumpenraum 2 und dem Arbeitsraum 3 ist eine Saugleitung 22 angeordnet, die in der Wandung der Kolbenstange 1 verläuft und mit einem zum Pumpenraum 2 öffnenden Saugventil 21 versehen ist. Des Weiteren sind in der Kolbenstange 1 axial und umfangsbezogen beabstandete Niveaubohrungen 5 und 18 vorgesehen, von denen die Niveaubohrung 5 eine untere Niveaueinstellung des Fahrzeugs und die Niveaubohrung 18 eine obere Niveaueinstellung des Fahrzeugs in Verbindung mit einer in dem äußeren Rohr 4 des Pumpenkolbens angeordneten Aufregelbohrung 17 bestimmen.
Diese Bohrungen 5, 17, 18 ergeben je nach Drehstellung und Bewegung der Kolbenstange 1 Verbindungen zwischen dem unter dem hohen Druck des Gasraums 1 1 stehenden Fluidraum 8 und dem Ausgleichsraum 29 über die Öffnung 23 und dem unteren Arbeitsraum 3, wobei die Hydraulikflüssigkeit im Ausgleichsraum 29 und somit auch in den Arbeitsräumen 3 und 31 bei nicht kommunizierenden Bohrungen 5 und 17 bzw. 18 und 17 unter dem niedrigeren Druck im gasgefüllten Ausgleichsraum 1 6 stehen. Auf die Kolbenstange 1 wirken dabei der Druck in den Arbeitsräumen 3, 31 und im Ausgleichsraum 29 sowie der im Pumpenraum 2 herrschende Druck. Wird das Fahrzeug beladen, so sinkt dieses leicht ein. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung kommen die oberen Niveaubohrung 18 sowie die Aufregelbohrung 17 zur Überdeckung, und Hydraulikflüssigkeit aus dem Fluidraum 8 kann über den Ringraum 14 in die Arbeitsräume 3, 31 und den Ausgleichsraum 29 strömen. Des Weiteren kann auch Hydraulikflüssigkeit über die Saugleitung 22 und das Saugventil 21 in den Pumpenraum 2 strömen, wenn der Druck dort niedriger als in den Arbeitsräumen 3, 31 ist. Dadurch erhöht sich der Druck in diesen Räumen und die Fahrzeugkarosserie wird gegenüber der Fahrbahn angehoben, bis zwischen der oben Niveaubohrung 18 und der Aufregelbohrung 17 keine Überdeckung mehr vorhanden ist, so dass das der oberen Niveaubohrung 18 entsprechende Hochniveau trotz Beladung wieder erreicht wird.
Während der Fahrt kommt es zu ständigen Relativbewegungen zwischen dem Aufbau und der Achse des Fahrzeugs. Wird die Kolbenstange 1 aufgrund der Relativbewegung aus den Arbeitsräumen 3, 31 herausgezogen, strömt Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 3 über die Saugleitung 22 und das Saugventil 21 in den Pumpenraum 2. Taucht anschließend die Kolbenstange 1 in die Arbeitsräume 3, 31 ein, so wird die Hydraulikflüssigkeit durch den zentralen Innenraum 25 im inneren Rohr 6 und durch das Druckventil 9 in den Fluidraum 8 der Druckkammer 13 gefördert. Dadurch nimmt der Druck in der Druckkammer 13 zu und der Druck in den Arbeitsräumen 3, 31 sinkt. Infolgedessen verringert sich die Kolbenstangenausschubkraft und der Fahrzeugaufbau sinkt leicht ab. Damit kommen die Aufregelbohrung 17 und die obere Niveaubohrung 18 wieder zur Überdeckung und Hydraulikflüssigkeit kann aus der Druckkammer 13 in die Arbeitsräume 3 ,31 zurückströmen. Infolgedessen wird der Fahrzeugaufbau wieder leicht angehoben und erreicht das eingestellte Aufbauniveau, das auf diese Weise gehalten wird.
Um ein tieferes Niveaus des Fahrzeugaufbaus einzustellen, wird die Kolbenstange 1 mittels einer im Einzelnen nicht dargestellten Drehvorrichtung 33 um 180° gedreht. Die Drehvorrichtung 33 kann im einfachsten Fall aus einer von Hand zu betätigende Handhabe an der Kolbenstange 1 bestehen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Drehvorrichtung 33 um einen Stellmotor, der über eine Niveauregelanlage 34 ansteuerbar ist. Im Fahrzeug kann sich dann zum Einstellen des gewünschten Niveaus ein Schalter für zwei oder mehr Niveauhöhen oder ein Drehknopf zum kontinuierlichen Einstellen unterschiedlicher Niveauhöhen befinden.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird die Kolbenstange 1 mittels der Drehvorrichtung 33 um 180° verdreht, um das Tiefniveau zu erreichen. Die Aufregelbohrung 17 im äußeren Rohr 4 des Pumpenkolbens und die obere Niveaubohrung 18 kommen dann nicht mehr zur Überdeckung. Durch die Relativbewegung zwischen der Kolbenstange 1 und dem Arbeitszylinder 19 während der Fahrt wird über die Saugleitung 22 und das Saugventil 21 Hydraulikflüssigkeit aus den Arbeitsräumen 3, 31 angesogen und über das Druckventil 9 in die Druckkammer 13 gefördert. Dadurch sinkt der Druck in den Arbeitsräumen 3, 31 und damit die Kolbenstangenausschubkraft. Der Fahrzeugaufbau bewegt sich infolgedessen in Richtung Tiefniveau, bis die untere Niveaubohrung 5 und die Aufregelbohrung 17 zur Überdeckung kommen und eine Verbindung zwischen der Druckkammer 13 und den Arbeitsräumen 3, 31 freigeben. Die in dieser Stellung in die Arbeitsräume 3, 31 einströmende Hydraulikflüssigkeit verhindert ein weiteres Absinken des Fahrzeugaufbaus, und das erreichte Tiefniveau wird ebenso, wie bereits bezüglich des Hochniveaus beschrieben, eingehalten.
Wird das Fahrzeug im Tiefniveau beladen, ist ein Niveauausgleich in der gleichen Weise wie im Hochniveau möglich: Das Einsinken des Fahrzeugs bei Beladung führt zu einer Überdeckung der unteren Niveaubohrung 5 und der Aufregelbohrung 17, so dass Hydraulikflüssigkeit aus der Druckkammer 13 in die Arbeitsräume 3, 31 einströmen kann, wodurch sich der Druck in den Arbeitsräumen 3, 31 erhöht und damit auch die Kolbenstangenausschubkraft, so dass der Fahrzeugaufbau angehoben wird, bis das eingestellte Tiefniveau wieder erreicht ist. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zeigt zusätzlich zu der unteren Niveaubohrung 5 und der oben Niveaubohrung 18 eine Aufregelnut 32, die es erlaubt, den Fahrzeugaufbau aus dem Tiefniveau anzuheben. Die Aufregelnut 32 durchdringt die Wand der Kolbenstange 1 radial vorzugsweise vollständig in Richtung zum Arbeitsraum 3.
Die Aufregelnut 32 verläuft, wie in Fig. 3 dargestellt, an ihrem Anfang und Ende mit geringer Steigung und dazwischen mit einer konstanten Steigung, so dass beim Drehen der Kolbenstange 1 Hydraulikflüssigkeit aus der Druckkammer 13 in die Arbeitsräume 3, 31 strömen kann, dort den Druck erhöht und den Fahrzeugaufbau anhebt.
Die Aufregelnut 32 weist demnach für ein sanftes Aufregeln an ihren Enden geringere Steigungen auf und beginnt unterhalb der unteren Niveaubohrung 5 und endet oberhalb der oberen Niveaubohrung 18. Wird die Kolbenstange 1 , ausgehend vom Tiefniveau, um 180° gedreht, so bewegt sich der Fahrzeugaufbau in eine Niveaulage oberhalb des Hochniveaus. Wird das Fahrzeug in dieser Lage abgestellt, verbleibt es in dieser Niveaulage oberhalb des Hochniveaus, was das Ein- und Aussteigen erleichtert. Nach einer gewissen Fahrstrecke erreicht der Fahrzeugaufbau aufgrund der Pumpbewegungen das eingestellte, etwas tiefer liegende Hochniveau.
Wird die Kobenstange nur um 90° gedreht, nimmt der Fahrzeugaufbau eine Niveaulage in der Mitte zwischen dem Hochniveau und dem Tiefniveau ein. Es ist ersichtlich, dass durch eine Drehung von 0 bis 180° eine kontinuierliche Einstellung von Zwischenstellungen zwischen dem Hochniveau und dem Tiefniveau möglich ist.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung der Abdichtung der Enden des äußeren Rohrs 4 gegenüber dem inneren Rohr 6. Während in Fig. 1 eine Abdichtung durch eine an die Rohrenden angeschweißte Ringplatte erreicht wird, zeigt die Fig. 4 eine einfache Abdichtung ohne Schweißverbindung: Das äuße- re Rohr 4 ist am unteren Ende nach innen eingebördelt, während das innere Rohr 6 am unteren Ende nach außen eingebördelt ist. Hierdurch ist der Ringraum 14 fast geschlossen, und es lässt sich ein Dichtring 28, der den Ringraum 14 fast ausfüllt, einsetzen, der durch den Druck in der Druckkammer 13 abdichtend gegen die Bördelungen gepresst wird.
Statt aus einem äußeren Rohr 4 und einem Inneren Rohr 6 mit am freien Ende verschlossenen Ringraum 14 kann der Pumpenkolben auch massiv ausgebildet sein und weist dann eine zentrale Durchgangsbohrung zwischen dem Druckventil 9 und dem Pumpenraum 2 sowie eine bis zur Aufregelbohrung 17 reichende desaxierte Bohrung auf.
Gegenüber den bekannten selbstpumpenden, hydropneumatischen Federbeinen ist ein sehr schnelles Aufregeln in das Hochniveau sowie eine Niveauregelung zum Beladungsausgleich gegeben. Es sind keine zusätzlichen Niveausensoren erforderlich. Abhängig von der Winkelstellung der Kolbenstange lassen sich beliebige Niveaulagen kontinuierlich zwischen einer oberen und einer unteren Grenzlage einstellen, und eine zusätzliche Beladung wird bereits im Stand in allen Niveaulagen ausgeglichen.
Das Prinzip der drehbaren Kolbenstange zwecks mehrerer Niveaulagen ist auch bei Nivomaten konventioneller Bauart anwendbar. Diese fördern aus einem drucklosen Vorratsraum in den Arbeitsraum ( PArb.raum > Pvorrat)- Anders als hier mit PArb.raum < P Hochdruckkammer- Bezuqszeichenliste
Kolbenstange
Pumpenraum
Arbeitsraum
Äußeres Rohr
Untere Niveaubohrung
Inneres Rohr
Arbeitskolben
Fluidraum
Druckventil
Trennkolben
Hochdruckgasraum
Abschlusswand
Hochdruckkammer
Ringraum
Membran
Gasgefüllter Ausgleichsraum
Aufregelbohrung
Obere Niveaubohrung
Arbeitszylinder
Deckel
Saugventil
Saugleitung
Öffnung
Außenzylinder
Zentraler Innenraum
Durchlässe
Zwischenwand
Dichtring
Hydraulikflüssigkeitsgefüllter Ausgleichsraum
Rückschlagventile Arbeitsraum Aufregelnut Drehvorrichtung Niveauregelanlage

Claims

Patentansprüche
1 . Selbstpumpendes Federbein mit innerer Niveauregelung, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, mit einem fluidgefüllten, unter dem Druck des als Feder wirkenden Fluids stehenden Arbeitszylinder (19), in dessen Arbeitsraum (3, 31 ) eine hohle Kolbenstange (1 ) abgedichtet geführt ist, in die ein am Arbeitszylinder (19) befestigter Pumpenkolben (4, 6) abgedichtet hineinragt, der bei Relativbewegungen zwischen dem Arbeitszylinder (19) und der Kolbenstange (1 ) Fluid aus dem Arbeitsraum (3, 31 ) in eine unter höherem Fluiddruck als im Arbeitsraum (3, 31 ) stehende Druckkammer (13) fördert, und mit Strömungsverbindungen (5, 17, 18, 32) zwischen der Druckkammer (13) und dem Arbeitsraum (3, 31 ) zum wahlweisen Einstellen eines vorgebbaren, dynamischen, durch die Ausfahrlänge der Kolbenstange (1 ) bestimmten Niveaus, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (1 ) zum wahlweisen Zusammenwirken der axial und umfangsbezogen beabstandeten Strömungsverbindungen (5, 17, 18, 32) mittels einer Drehvorrichtung (33) drehbar ist.
2. Federbein nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Strömungsverbindungen in der Kolbenstange (1 ) in Form von axial und umfangsbezogen beabstandeten Bohrungen (5, 18) mit Verbindung zum Arbeitsraum (3, 31 ) sowie mindestens eine Strömungsverbindung in dem Pumpenkolben (4, 6) in Form einer Bohrung (17) mit Verbindung zur Druckkammer (13) ausgebildet sind, und je nach Drehstellung der Kolbenstange (1 ) miteinander kommunizieren und dadurch ein vorgebbares Niveau bestimmen.
3. Federbein nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strömungsverbindung in der Kolbenstange (1 ) in Form einer sich axial und umfangsbezogen erstreckenden Nut (32) mit Verbindung zum Arbeitsraum (3, 31 ) und eine Strömungsverbindung in dem Pumpenkolben (4, 6) in Form einer Bohrung (17) mit Verbindung zur Druckkammer (13) ausgebildet sind, und je nach Drehstellung der Kolbenstange (1 ) miteinander kommunizieren und dadurch ein kontinuierlich veränderbares Niveau bestimmen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (33) aus einem durch eine Niveauregelanlage (34) ansteuerbaren Stellmotor besteht.
5. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein koaxialer Außenzylinder (24) den Arbeitszylinder (19) mit Abstand umgibt, ein dadurch gebildeter Ringraum mittels einer Membran (15) oder eines Trennkolbens in einen druckgasgefüllten Ausgleichsraum (1 6) und einen hyd- raulikflüssigkeitsgefüllten Ausgleichsraum (29) unterteilt ist, wovon der hydrau- likflüssigkeitsgefüllte Ausgleichsraum (29) über Öffnungen (23) in dem Arbeitszylinder (19) mit dem hydraulikflüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum (3, 31 ) verbunden ist, und dass die Druckkammer (13) aus einem hydraulikflüssigkeitsgefüllten, mit Kanälen (14, 25) bzw. Räumen im Pumpenkolben (4, 6) verbundenen Fluidraum (8) und einem davon durch einen Trennkolben (10) oder eine Membran abgetrennten Hochdruckgasraum (1 1 ) besteht.
6. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben aus zwei koaxialen, an einer gemeinsamem Zwischenwand (27) des Arbeits- und Außenzylinders (19, 24) befestigten Rohren (4, 6) besteht, deren Ringraum (14) über Durchlässe (26) in der Zwischenwand (27) mit dem Fluidraum (8) verbunden ist, über die Bohrung (17) mit den Strömungsverbindungen (5, 18, 32) verbindbar und am freien Ende verschlossen ist, und deren zentraler Innenraum (25) mit dem Fluidraum (8) und einem Pumpenraum (2) in der Kolbenstange (1 ) über ein zum Fluidraum (8) öffnendes Druckventil (9) in Verbindung steht.
7. Federbein nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohr (4) an seinem freien Ende nach innen umgebördelt ist, dass das koaxi- ale, innere Rohr (6) an seinem freien Ende nach außen umgebördelt ist, und dass ein Dichtring (28) durch diese Umbördelung abdichtend gehalten wird.
8. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Wand der Kolbenstange (1 ) eine mit dem Arbeitsraum (3, 31 ) und dem Pumpenraum (2) über ein zum Pumpenraum (2) öffnendes Saugventil (21 ) kommunizierende Saugleitung (22) angeordnet ist.
9. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum durch einen an der Kolbenstange (1 ) befestigten, steuerbare Durchflussöffnungen aufweisenden Kolben (7) in zwei Räume (3, 31 ) unterteilt ist.
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