DE10003045A1 - Luftfederungsanlage - Google Patents

Abstract

Luftfederungsanlage mit mindestens einer Luftfeder zwischen einem Fahrgestell und einer zum Fahrgestell schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente, einem innerhalb der Luftfedern angeordneten Steuerventil mit den Steuerstellungen Zuführen, Blockieren und Abführen von Druckluft, welches über ein ebenfalls innerhalb der Luftfeder angeordnetes Steuerelement angesteuert wird, das eine Führungsbahn aufweist und an einem der beiden relativ zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen Außenrohr oder Abrollrohr angreift, wobei das Steuerventil als Drehschieberventil ausgebildet ist, das über die Führungsbahn und einen Drehschieberventilkörper angesteuert wird, wobei die Führungsbahn des Steuerelementes kürzer ausgeführt ist als die Hublänge der Luftfeder, wobei die das Steuerelement betätigende Luftfederbaugruppe mit dem Steuerelement in lösbarer Wirkverbindung steht, die sich nur auf einen Teilbereich des Hubwegs der beiden Luftfederbaugruppen Außenrohr oder Abrollrohr beschränkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfederungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Pa­ tentanspruch 1.

Aus der DE 33 47 435 A1 ist eine Luftfederungsanlage bekannt. Ein grundsätzli­ ches Problem dieser Anlagen besteht darin, das Steuerventil bzw. die Betäti­ gungseinrichtung für das Steuerventil zu montieren und justieren, damit sich in Abhängigkeit eines Beladungszustandes bzw. einer Hublage der Luftfeder eine bestimmte Schaltstellung des Steuerventils einstellt.

Für die Montage des außenliegenden Niveau-Steuerventils sind zusätzlicher Bau­ raum und Montagematerial (Halter, Gestänge, Schrauben usw.) notwendig.

Bisher wurde bei der Montage die schwingende Fahrzeugkomponente relativ zum Fahrgestell in eine definierte Lage gebracht und in dieser Lage erfolgte die Justie­ rung der Betätigungseinrichtung. Dieser Arbeitsablauf ist schwer in eine Fließ­ bandfertigung zu integrieren.

Des weiteren kann während des Einsatzes eines luftgefederten Fahrzeuges in schwerem Gelände durch Schmutz und Feuchtigkeit die Funktionstüchtigkeit des außenliegenden Niveau-Steuerventils und damit des Fahrzeuges beeinträchtigt werden.

Aus der DE 34 27 902 A1 ist eine Luftfederungsanlage mit mindestens einer Luftfeder zwischen einem Fahrgestell und einer zum Fahrgestell schwingend ge­ lagerten Fahrzeugkomponente bekannt, mit einem Steuerventil zum Zuführen und Ablassen von Druckluft innerhalb der Luftfeder, wobei das Steuerventil über eine Betätigungseinrichtung angesteuert wird, die ebenfalls innerhalb der Luftfeder angeordnet ist.

Die gattungsbildende DE 44 09 252 C2 beschreibt eine Luftfederungsanlage mit mindestens einer Luftfeder zwischen einem Fahrgestell und einer zum Fahrgestell schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente, einem innerhalb der Luftfedern an­ geordneten Steuerventil mit den Steuerstellungen Zuführen, Blockieren- und Ab­ führen von Druckluft, welches über ein ebenfalls innerhalb der Luftfeder ange­ ordnetes Steuerelement angesteuert wird, das eine Führungsbahn aufweist und an einem der beiden relativ zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen Außen­ rohr oder Abrollrohr angreift, wobei das Steuerventil als Drehschieberventil aus­ gebildet ist, das über die Führungsbahn und einem Drehschieberventilkörper an­ gesteuert wird. Bei der Ausführungsvariante nach den Fig. 6 und 7 ist das Steuer­ element fest mit dem Außenrohr verbunden. Daraus ergibt sich der Umstand, daß die gesamte Länge des Steuerelementes innerhalb der Luftfeder unterge­ bracht werden muß. Folglich muß das Abrollrohr relativ nahe am Boden des Schwingungsdämpfers angeordnet werden. Damit ist aber der Wärmeaustausch zwischen dem Schwingungsdämpfer und der Umgebung eingeschränkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftfederungsanlage derart wei­ terzubilden, daß die bisherigen Montage- und Justierarbeiten vereinfacht, die Funktionstüchtigkeit selbst bei widrigen Umständen gewährleistet ist und sich dabei auf das System bezogen der Bau- und Bauraumaufwand zumindest verrin­ gert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Führungsbahn des Steuerelementes kürzer ausgeführt ist als die Hublänge der Luftfeder, wobei die das Steuerelement betätigende Luftfederbaugruppe mit dem Steuerelement in lösbarer Wirkverbindung steht, die sich nur auf einen Teilbereich des Hubwegs der beiden Luftfederbaugruppen Außenrohr oder Abrollrohr beschränkt.

Der große Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß das Abrollrohr durch die beschränkte axiale Baulänge in Richtung des oberen Ende des Schwingungs­ dämpfers verlagert werden kann und der Schwingungsdämpfer eine größere Kon­ taktfläche zur Umgebungsluft aufweist. Des weiteren verringert sich aufgrund der eingesparten Baulänge die Masse des Steuerelements.

Gemäß einem Unteranspruch wird die lösbare Verbindung zwischen einer der beiden Luftfederbaugruppen Außenrohr und Abrollrohr von Kontaktflächen je­ weils an dem Steuerelement und einer der beiden Luftfederbaugruppen gebildet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Steuerelement axial schwimmend innerhalb des Abrollrohres angeordnet. Wenn man das Drehschieberventil und das Steuerelement im Abrollrohr anordnet, kann der bisher notwendige Einstell­ vorgang entfallen.

So ist vorgesehen, daß das Federelement zwischen dem Steuerelement und einer Abstüzfläche des Abrollrohres angeordnet ist. Zur axialen Sicherung stützt sich das Steuerelement in einer Endstellung axial am Drehschieberventil ab. Bei einem Einfederungsvorgang kann das Steuerelement nicht unkontrolliert in axiale Schwingungen geraten. Man kann die Endstellung auch über einen Anschlag un­ abhängig vom Drehschieberventil ausführen, doch wären die Bauteil dann kom­ plizierter. Bei der Abstützung über das Drehschieberventil kann man eine einfache axiale Montage einhalten.

Des weiteren weist das Steuerelement in Umfangsrichtung eine Verdrehsicherung aufweist. Es soll verhindert werden, daß eine unkontrollierte Verdrehbewegung des Steuerelementes auftritt, die den Steuervorgang verfälschen könnte.

Neben einer einfachen Steuerstange kann das Steuerelement als ein Zylinder ausgeführt sein. Ein zylindrisches Steuerelement hat den Vorteil, daß sich allein aufgrund der geometrischen Form eine relativ hohe Festigkeit ergibt.

Dabei weist das Steuerelement eine taschenförmige Aussparung auf, in der die Führungsbahn angeordnet ist. Alternativ kann die Führungsbahn auch einteilig mit dem Steuerelement ausgeführt sein. Diese Variante bietet sich insbesondere bei einem Steuerelement aus Kunststoff an, das in größeren Stückzahlen produziert wird.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 Gesamtdarstellung eines Luftfederungssystems

Fig. 2 Schnitt durch eine Luftfeder mit Drehschiebersteuerventil

Fig. 4 Steuerelement mit Führungsbahn

Fig. 5 Schnittdarstellungen in verschiedenen Betriebspunkten

Fig. 6 Draufsicht zur Fig. 3

Fig. 7 Schnitt durch eine Luftfeder mit einem beliebig ansteuerbaren Steuerventil

Fig. 8 3/2-Wege-Steuerventil

Die Fig. 1 zeigt eine Einbausituation für eine Luftfederungsanlage 1 zwischen ei­ nem Fahrgestell 3 und einer relativ zum Fahrgestell 3 schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente, wie ein Fahrerhaus 5 oder eine Fahrzeugachse 7. Dabei ist mindestens eine Luftfeder 9 über einen Versorgungsanschluß 11 mit einer Druckquelle 13 verbunden, wobei ein Steuerventil 15 als Teil der Luftfeder 9 zwischengeschaltet ist. Die Versorgung erfolgt mittels eines Kompressoraggrega­ tes.

Die Fig. 2 beschränkt sich in ihrer Darstellung auf die Luftfeder 9. Diese Luftfe­ der 9 weist ein Außenrohr 19 auf, auf welchem das eine Ende eines Feder­ balges 21 befestigt ist, während das andere Ende des Federbalges 21 auf einem Abrollrohr 23 eingespannt ist. Das Abrollrohr 23 ist durch Dichtungen 25 gegen­ über einem Behälterrohr 27 abgedichtet. Ein unter Druck stehender Federraum 29 wird von dem Federbalg 21 und dem Außenrohr 19 begrenzt.

Eine Kolbenstange 31, die zusammen mit dem Behälterrohr 27 Bestandteil eines Schwingungsdämpfers ist, steht in Wirkverbindung mit dem Außenrohr 19. Die Luftfeder 9 besteht damit aus zwei zueinander beweglichen Luftfederbaugrup­ pen. Eine erste Luftfederbaugruppe umfasst das Außenrohr mit der Kolbenstange und ggf. Anbauteilen, wie einem Anschlagpuffer. Zu einer zweiten Luftfederbau­ gruppe gehört das Abrollrohr 23 und das Behälterrohr 27, sowie den an diesen genannten Komponenten befestigten Teilen.

Innerhalb des Abrollrohres 23 ist ein Versorgungsanschluß 33 angeordnet, der in eine Druckluftzuführleitung 35 für das Steuerventil 15 übergeht. Dabei mündet die Druckluftzuführleitung 35 im Federraum. Am Ausgang der Druckluftzuführlei­ tung 35 in den Federraum 29 ist das Steuerventils 15 angeordnet, das die Druckluftzufuhr beeinflußt.

Die Fig. 3 beschränkt sich auf einen Ausschnitt der Luftfeder 9 nach Fig. 2. In­ nerhalb eines Ringraums 23a des Abrollrohres 23 ist ein Steuerelement 37, das eine Führungsbahn 39 aufweist, die in Umfangsrichtung ausgehend von einem Bezugspunkt C-C (Fig. 4) der Führungsbahn 39 radial versetzt innerhalb ihres Axialverlaufes ausgeführt ist. Das Steuerelement kann stabförmig oder auch, wie gestrichelt dargestellt, als Zylinder ausgeführt sein und verfügt über eine ta­ schenförmige Aussparung 37a für die Führungsbahn 39. Alternativ kann die Füh­ rungsbahn auch einteilig mit dem Steuerelement ausgeführt sein. Diese Füh­ rungsbahn 39 wirkt mit einem Drehschieberventilkörper 41 (Fig. 3) zusammen, wobei ein radialer Versatz 39a der Führungsbahn 39 über einen Eingriff des Dreh­ schieberventilkörpers mit der Führungsbahn zu einer Drehbewegung führt, wenn die Führungsbahn eine translatorische Relativbewegung ausgehend von der Stel­ lung C-C ausführt. Das Steuerelement 37 ist in Längsrichtung schwimmend an­ geordnet und stützt sich dabei auf ein Federelement 43 ab, das wiederum auf einer Abstützfläche 23b des Abrollrohres anliegt.

Des weiteren weist das Steuerelement 37 eine dem Behälterrohr 27 angepaßte Kontur 45 auf, sowie Führungsleisten 87, die in eine entsprechende Gegenkon­ tur 49 (Fig. 6) des Abrollrohres 23 eingreifen, so daß über diese Verdrehsiche­ rung keine rotatorischen Relativbewegungen zwischen dem Steuerelement 37 und dem Drehschieberventilkörper 41 auftreten können.

Die Führungsbahn ist mit einer Kulisse ausgeführt, in die ein Übertragungszap­ fen 51 des Drehschieberventilkörpers 41 eingreift. Dabei ist die Führungsbahn 39 zentrisch zum Drehpunkt 53 des Drehschieberventilkörpers 41 eingearbeitet, um einerseits eine sichere kinematische Verdrehung sicherzustellen und andererseits jegliche Klemmkräfte zu vermeiden. Des weiteren weist die Führungsbahn end­ seitig eine Stützfläche 55 auf, so daß eine Endstellung des Steuerelementes 39 über den Übertragungszapfen 51 in Verbindung mit dem Federelement 43 defi­ niert wird.

Die Fig. 3 zeigt den Drehschieberventilkörper 41, wie er in die Führungsbahn 39 eingreift. Dabei ist der Drehschieberventilkörper 41 durch eine Halteschraube 57 Verbindung mit einer Haltefeder 59 in einer konischen Außenfläche 61 drehbar ausgeführt. Die besondere Form der Außenfläche vereinfacht die Abdichtung. Aus der Draufsicht nach Fig. 6 sind Abführ- und Druckluftzufuhrleitungen 63, 35 zu erkennen, die über zugehörige Stichleitungen 35a, 63a mit dem Steuerven­ til 15 in Eingriff bringbar sind. Der Drehschieberventilkörper 41 besitzt zwei win­ kelversetzte Steuerkanäle 35b, 63b, die in einem gemeinsamen Verbindungs­ kanal 65 münden.

Wie man aus der Fig. 2 entnehmen kann, steht die Luftfederbaugruppe Außen­ rohr in gelöster Wirkverbindung mit dem Steuerelement 37. Die lösbare Wirkver­ bindung besteht aus Kontaktflächen, die von der Innenseite 19a des Außenrohres und der Stirnfläche 67 gebildet wird. In der dargestellten Position ist ein Bela­ stungszustand der Luftfeder darstellt, der bei einer geringeren Belastung als der Normbelastung auftritt. Die Wirkverbindung zwischen dem Steuerelement 37 und dem Außenrohr 19 ist gelöst.

Bei einer Änderung der Belastung, ausgehend von einem Belastungszustand, der der voreingestellten Niveaulage entspricht, bei dem der Übertragungszapfen 51 die Position C-C der Führungsbahn 39 einnimmt und beide Steuerkanäle 35b, 63b außer Eingriff mit den Stichleitungen 35a, 63a sind, das Steuerventil 15 in der Blockierstellung ist, liegt Außenrohr 19 endseitig an der Stirnfläche 67 des Steu­ erelementes 37 an. Die Wirkverbindung zwischen der Luftfederbaugruppe Außen­ rohr und dem Steuerelement ist geschlossen. Bei einer Relativbewegung der Luft­ federbaugruppe Außenrohr zur Luftfederbaugruppe Abrollrohr führt das Steuere­ lement eine translatorische Relativbewegung zum Übertragungszapfen 51 des Steuerventils 15 aus, das durch den radialen Versatz 39a der Führungsbahn 39 eine Drehbewegung des Drehschieberventilkörpers 41 bewirkt, so daß sich ein Steuerkanal 35b, 63b mit der zugehörigen Stichleitung 35a, 63a zumindest teil­ überdeckt. Bei einer weiteren Belastungsänderung wird vom Übertra­ gungszapfen 51 ein weiterer radialer Versatz abgegriffen und in einem maximalen Übertrittquerschnitt des Drehschieberventilkörpers 51 umgesetzt. Im Falle einer Zunahme der Belastung fährt der Übertragungszapfen 51 die Führungsbahn 39 in Richtung Betriebspunkt D ab und gibt über die Stichleitung 35a die Druckluftzu­ führleitung 35 frei. Umgekehrt, bei einer Hubänderung in Ausfahrrichtung der Kolbenstange 31, so daß sich aufgrund der Federkraft des Federelementes 43 der Übertragungszapfen 51 in der Führungsbahn 39 in Richtung B bewegt, wird die Druckluftzuführleitung 35 verschlossen und die Ablaßleitung 63 geöffnet bis sich wiederum die Normallage entsprechend dem Punkt C-C der Führungsbahn 39 einstellt. Wird die Belastung auf die Luftfeder reduziert, hebt das Außenrohr von dem Steuerelement ab, da die Führungsbahn mit ihrer Stützfläche am Übertra­ gungszapfen anliegt. In dieser Position des Steuerelementes befindet sich das Drehschieberventil in der Abführbetriebsstellung. Für die Steuerung ist es völlig unerheblich, ob ein geringer oder ein größerer Abstand zwischen dem Außenrohr und dem Steuerelement vorliegt. Grundsätzlich gilt der einfache Zusammenhang, daß bei einem Abstand zwischen den beiden Elementen Luft aus dem Federraum abgeführt werden muß. Deshalb kann der bisherige Abschnitt 39b₅ aus der Fig. 6b der DE 44 09 252 C2 deutlich geringer dimensioniert werden. Diese Län­ geneinsparung steht für eine axiale Verlagerung des Abrollrohres in Richtung Kol­ benstangenaustrittsseite des Behälterrohres zur Verfügung.

Das Steuerelement 37 besitzt Mittel, um ein Übersteuern des Steuerventils 15 zu verhindern. Die Axiallänge der jeweiligen Führungsabschnitte 39b_i hat zur Folge, daß innerhalb dieser Hublängenbereiche keine Änderung des Übertrittquerschnitts erfolgt, wobei der maximale Versatz 39a direkt proportional dem Übertrittsquer­ schnitt ist. Die relativ geringen Versätze im Hublagenbereich um Punkt C-C der Führungsbahn 39 bedämpfen den Steuerkreis.

Die Ausführungsvarianten zur Bedämpfung des Steuerkreises arbeiten durch ihre Stufung derart, daß über den größeren Öffnungsquerschnitt möglichst schnell die angestrebte Hublagenvoreinstellung erreicht werden soll. Dabei handelt es sich um eine Grob-Steuerung. Sobald die ungefähre Voreinstellung der Hublage er­ reicht ist, wobei ein kleinerer Öffnungsquerschnitt für die Druckluft eingestellt ist, bewirkt die Fein-Steuerung, die zeitlich langsamer abläuft, die exakte Hublagen­ einstellung. Dadurch kann der Luftverbrauch reduziert werden. Selbstverständlich kann die Führungsbahn auch stufenlos ausgeführt sein, wobei aber die Unter­ scheidung zwischen Grob- und Fein-Steuerung erhalten bleiben soll.

Die Fig. 7 zeigt eine Variante einer Luftfeder 9, bei der ein beliebig verstellbares Steuerventil 15 eingesetzt wird. Das Steuerventil 15 ist als Schaltbild beispielhaft als 3/2-Wegeventil dargestellt. Man kann sich sicherlich auch eine Steuerventil vorstellen, bei dem eine Schaltstellung mit gleichzeitig blockierter Abführ- und Druckluftzufuhrleitung 35; 63 ausgeführt ist, die im Bereich der Normallage des Hubweges der Luftfeder eingenommen wird. Damit wird eine Funktion bei der Druckluftversogung entsprechend dem Führungsbahnverlauf nach Fig. 4 erreicht.

Das Steuerelement 37 betätigt ein Übertragungsglied 69, das wiederum ver­ schiedene Schaltstellungen des Steuerventils 15 bestimmt. An dem Steuerele­ ment ist eine Führungsbahn 39 in Form einer schiefen Ebene ausgeführt. Mit Än­ derung der Hublage des Steuerelementes 37 relativ zum Steuerventil 15 ergibt sich eine Änderung des radialen Stellweges s, ausgehend von der Führungsbahn auf das Übertragungsglied 69. Eine Rückstellfeder 71 sorgt für einen ständigen Kontakt des Übertragungsglieds 69 auf der Führungsbahn 39 und übt damit eine Stellkraft auf das Steuerventil 15 aus, wenn sich die Kolbenstange 31 der Luft­ feder in Ausfahrrichtung bewegt.

Wenn das Steuerelement 37 im Bereich der Führungsbahn 39 als Konus ausge­ führt ist, dann ist der Stellweg s für das Übertragungsglied 69 unabhängig von einer durch Vibrationen verursachten Drehbewegung des Steuerelementes 37. Man muß bei einer derartigen Ausgestaltung keinerlei Vorkehrungen für eine in umfangsrichtung ausgerichtete Einbau- und Betriebsstellung des Steuerelemen­ tes 37 zum Steuerventil 15 treffen.

Die Betätigung des Steuerelementes 37 durch das Außenrohr 19 über die Stirn­ fläche 67 entspricht der Beschreibung nach der Fig. 2, wobei die Führungsbahn ebenfalls eine Wirklänge aufweist, die etwa dem halben Hubweg der Luftfeder entspricht.

Claims (9)

1. Luftfederungsanlage mit mindestens einer Luftfeder zwischen einem Fahrge­ stell und einer zum Fahrgestell schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente, einem innerhalb der Luftfeder angeordneten Steuerventil mit den Steuerstel­ lungen Zuführen, Blockieren- und Abführen von Druckluft, welches über ein ebenfalls innerhalb der Luftfeder angeordnetes Steuerelement angesteuert wird und an einem der beiden relativ zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen Außenrohr-Abrollrohr angreift, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelementes (37) eine Wirklänge aufweist, die kürzer ist als die Hublänge der Luftfeder (9), wobei die das Steuerelement (39) betätigende Luftfederbaugruppe mit dem Steuerelement (37) in lösbarer Wirkverbindung steht, die sich nur auf einen Teilbereich des Hubwegs zwischen den beiden Luftfederbaugruppen Außenrohr (19) und Abrollrohr (23) beschränkt.

2. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung zwischen einer der beiden Luftfederbaugruppen Außenrohr (19) und Abrollrohr (23) von Kontaktflächen (19a; 67) jeweils an dem Steuerelement (37) und einer der beiden Luftfederbaugruppen gebildet wird.

3. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (37) axial schwimmend innerhalb des Abrollrohres (23) angeordnet ist.

4. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federelement (43) zwischen dem Steuerelement (37) und einer Ab­ stützfläche (23b) des Abrollrohres (23) angeordnet ist.

5. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Steuerelement (37) in einer Endstellung axial am Drehschieber­ ventil (15) abstützt.

6. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (37) in Umfangsrichtung eine Verdrehsiche­ rung (45; 47; 49) aufweist.

7. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (37) als Zylinder ausgeführt ist.

8. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (37) eine taschenförmige Aussparung (37a) aufweist, in der die Führungsbahn (39) angeordnet ist.

9. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (39) einteilig mit dem Steuerelement (37) ausgeführt ist.