DE102004060778A1

DE102004060778A1 - Feder-Dämpfereinheit mit elektromechanisch einstellbaren Überströmventilen am Kolben und am Zylinder

Info

Publication number: DE102004060778A1
Application number: DE200410060778
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Krauss
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Feder- und Dämpfungseinheit, bestehend aus einem Zylindergehäuse (1) und einem im Zylindergehäuse eingepassten sowie doppelt wirkenden Trennkolben (6) mit einer aus dem Zylindergehäuse herausragenden Kolbenstange (7), bei der das Zylindergehäuse (1) einerseits und die Kolbenstange (7) andererseits mit zwei zueinander beweglichen Bauteilen verbindbar sind und bei welcher der Trennkolben (6) den Innenraum des Zylindergehäuses in einen beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum (9) sowie einen beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum (10) aufteilt und bei der zwischen der herausragenden Kolbenstange (7) sowie dem Zylindergehäuse (1) ein Rollbalg (14) befestigt ist, der einen beim Einfedern kleiner werdenden Federraum (17) umschließt. Zudem sind der Federraum (17) und der Dämpferraum (9) über Kanäle (18, 19) in der Kolbenstange (6) zu einem gemeinsamen Feder-Dämpferraum (9, 17) verbunden. Außerdem sind Überströmdrosseln (21, 22) vorhanden, die Gasräume der Feder-Dämpfereinheit miteinander verbinden. Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse in der Feder-Dämpfereinheit ist vorgesehen, dass die Überströmdrosseln (21, 22) derart ausgebildet und am Zylindergehäuse sowie am Trennkolben angeordnet sind, dass sowohl bei einem Einfedern als auch bei einem Ausfedern der Feder-Dämpfungseinheit das Gas in nur eine Strömungsrichtung "a" strömt.

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Feder- und Dämpfungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Pneumatische Feder- und Dämpfungseinheiten werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen genutzt. Sie bestehen bekanntermaßen im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse und einem doppelt wirkenden Trennkolben mit einer Kolbenstange, die mit ihrem freien Ende aus dem Gehäuse herausragt. Das Gehäuse sowie die herausragende Kolbenstange sind mit dem Fahrzeugaufbau einerseits und einer Radaufhängung andererseits verbunden. Zudem ist der herausragende Teil der Kolbenstange durch einen Rollbalg abgedeckt, der mit seinem einen Ende am zylindrischen Gehäuse und mit seinem anderen Ende am Kopf der Kolbenstange befestigt ist sowie einen Federraum umgrenzt.
Der Trennkolben und die Kolbenstange sind mit Dichtelementen ausgestattet, die den Innenraum des Gehäuses in einen beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum und einen beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum aufteilen. In der Regel ist der beim Einfedern kleiner werdende Dämpferraum über einen in der Kolbenstange befindlichen axialen Kanal mit dem vom Rollbalg eingeschlossenem Federraum verbunden, so dass ein kombinierter Feder-Dämpferraum ausgebildet ist.
Die Feder- und Dämpfereinheit ist im Einbauzustand über einen Zuleitungsanschluss mit einer Luftversorgungsanlage verbunden, welche das Druckniveau der eingeschlossenen Luft auf einem vorbestimmten Wert konstant hält. Zum Ausgleich der Luftmengen zwischen dem beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum und dem beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum während einer von außen auf die Feder- und Dämpfereinheit einwirkenden Kraft befindet sich im Trennkolben wenigstens eine Überströmdrossel mit definierten Durchströmöffnungen. Die Überströmdrosseln sind gemäß dem Stand der Technik in beiden Richtungen wirkend ausgelegt, wobei dieselben in der einen Richtung als Druckstufe mit einem erhöhten Durchströmwiderstand und in der anderen Richtung als Zugstufe mit einem geringeren Durchströmwiderstand ausgelegt sind.

So offenbart die DE 38 24 932 C1 derartige Überströmdrosseln an einer Feder- und Dämpfereinheit, die als offene Drosselbohrung mit einem für jede Durchflussrichtung vorbestimmten Durchströmwiderstand ausgebildet sind. Diese Überströmdrosseln sind also Konstantdrosseln, wodurch sich der Nachteil ergibt, dass diese Feder- und Dämpfereinheit für nur einen begrenzten Einsatzbereich nutzbar ist.

Die DE-G 84 13 300.7 beschreibt eine Feder- und Dämpfereinheit mit einer in zwei Richtungen durchströmbaren, federbelastet Überströmdrossel, bei der ein durch den Trennkolben führender Kanal an seinem einem Ende durch Federscheiben aus Stahlblech abgedeckt ist. Dabei sind die Federscheiben einerseits des Trennkolbens außen und anderseits des Trennkolbens innen gelagert, so dass sich die Federscheiben in der einen Richtung mit ihrem inneren Durchmesser und in der anderen Richtung mit ihrem äußeren Durchmesser von ihrer Lagerfläche abheben. Durch diesen Aufbau werden an der federbelasteten Überströmdrossel unterschiedliche Durchströmwiderstände realisiert.

Mit einer entsprechenden Auswahl der Federstärken kann eine besondere Dämpfungscharakteristik erreicht werden, die aber an den jeweiligen Anwendungsfall eng angepasst ist. Eine Anpassung der Feder- und Dämpfereinheit für andere Anwendungsfälle erfordert einen Austausch der Federscheiben oder eine Veränderung der Vorspannung derselben. Eine solche Umrüstung wird als aufwendig beurteilt, zumal für eine Verstellung der Vorspannung der Federscheiben zusätzliche technische Einrichtungen erforderlich sind.

Die DE 44 18 120 A1 offenbart dagegen eine Feder- und Dämpfereinheit mit einer verstellbaren Überströmdrossel, bei der die mechanischen Federkräfte eines Federplättchens an dem Trennkolben durch magnetische Kräfte unterstützt werden. Diese magnetischen Kräfte werden durch einen im Trennkolben angeordneten Elektromagneten erzeugt, der über elektrische Leitungen mit einer elektrischen Spannung versorgt und gesteuert wird.

Auch bei dieser Feder- und Dämpfereinheit ist die verstellbare Überströmdrossel so ausgebildet, dass über diese beim Einfedern bzw. Ausfedern ein Gas in beide Strömungsrichtungen geleitet wird. Dazu ist innerhalb des Kolbens eine Ringspule angeordnet, so dass der Kolben selbst einen Elektromagneten darstellt, dessen magnetischen Pole durch die Anlageflächen für das Federplättchen gebildet sind.

In Abhängigkeit von der Stärke eines durch die Ringspule fließenden elektrischen Stromes werden die Innenrandzone sowie die Außenrandzone des Federventilplättchens mit einer mehr oder weniger großen Kraft von den genannten Anlageflächen angezogen, wodurch die mechanische Schließkraft des Federplättchens verändert wird.

Durch diesen Aufbau sind die an der Überströmdrossel wirkenden Dämpfungskräfte an den konkreten Belastungsfall vergleichsweise einfach einstellbar. Dazu ist dieser Druckschrift entnehmbar, dass die magnetisch erzeugten Schließkräfte in Abhängigkeit von der Hubgeschwindigkeit der Federungshübe derart gesteuert werden, dass diese Schließkraft mit zunehmender Hubgeschwindigkeit ansteigt und bei verschwindender Hubgeschwindigkeit einen sehr geringen Wert hat.

Schließlich offenbart die nicht vorveröffentlichte DE [hier amtliches Aktenzeichen eintragen von Continental AG – Anmeldung 203-101-PWO.1/Ra vom 22.06.2004] eine pneumatische Feder- und Dämpfungseinheit, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Zylindergehäuse und einem im Zylindergehäuse eingepassten sowie doppelt wirkenden Trennkolben mit einer aus dem Zylindergehäuse herausragenden Kolbenstange, bei der das Zylindergehäuse einerseits und die Kolbenstange ande rerseits mit zwei zueinander beweglichen Bauteilen verbunden sind, und bei welcher der Trennkolben den Innenraum des Zylindergehäuses in einen beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum sowie einen weiteren, beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum aufteilt, und bei dem zwischen der herausragenden Kolbenstange sowie dem Zylindergehäuse ein Rollbalg befestigt ist, wobei der Rollbalg einen beim Einfedern kleiner werdenden Federraum umschließt. Zudem sind dieser Federraum und der Dämpferraum über Kanäle in der Kolbenstange zu einem gemeinsamen Feder-Dämpferraum verbunden, und der gemeinsame Feder-Dämpferraum sowie der Dämpferraum stehen über entgegengerichtet wirksame Überströmdrosseln miteinander in Verbindung. Schließlich ist bei dieser Feder- und Dämpfungseinheit vorgesehen, dass die Überströmdrosseln im Zylindergehäuse zwischen den beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum und dem beim Einfedern kleiner werdenden Federraum angeordnet sind.

Wie diese Darlegung des Standes der Technik verdeutlicht, sind lediglich pneumatische Feder- und Dämpfungseinheiten bekannt, bei denen Überströmdrosseln an dem Zylindergehäuse oder an dem Kolben angeordnet bzw. ausgebildet sind. Zudem sind bei den bekannten Feder- und Dämpfungseinheiten die Überströmdrosseln derart ausgebildet, dass das Gas beim Einfedern und Ausfedern im wesentlichen die gleichen, jedoch entgegengerichtete Strömungswege nutzt, und lediglich über unterschiedliche, strömungsrichtungsabhängig ausgebildeten Überströmdrosseln geführt wird. Dies ist mit strömungstechnischen Nachteilen verbunden.

Vor diesen Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Feder- und Dämpfungseinheit vorzustellen, die strömungsgünstiger ausgebildet ist. Zudem sollen die Überströmdrosseln so aufgebaut sein, dass diese hinsichtlich ihrer Drosselwirkung wie ein Regelventil einstellbar sowie vergleichsweise kostengünstig herstellbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Demnach geht die Erfindung aus von einer pneumatischen Feder- und Dämpfungseinheit, bestehend aus einem Zylindergehäuse und einem im Zylindergehäuse eingepassten sowie doppelt wirkenden Trennkolben mit einer aus dem Zylindergehäuse herausragenden Kolbenstange, bei der das Zylindergehäuse einerseits und die Kolbenstange andererseits mit zwei zueinander beweglichen Bauteilen verbindbar sind, und bei welcher der Trennkolben den Innenraum des Zylindergehäuses in einen beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum sowie einen weiteren, beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum aufteilt, und bei dem zwischen der herausragenden Kolbenstange sowie dem Zylindergehäuse ein Rollbalg befestigt ist, welcher einen beim Einfedern kleiner werdenden Federraum umschließt, wobei dieser Federraum sowie der Dämpferraum über Kanäle in der Kolbenstange zu einem gemeinsamen Feder-Dämpferraum verbunden sind, und Überströmdrosseln vorhanden sind, die Gasräume der Feder-Dämpfereinheit miteinander verbinden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist zudem vorgesehen, dass die Überströmdrosseln derart ausgebildet und am Zylindergehäuse sowie am Trennkolben angeordnet sind, dass sowohl bei einem Einfedern als auch bei einem Ausfedern der Feder- und Dämpfungseinheit das Gas in nur eine Strömungsrichtung „a" strömt.

Dieser konstruktive Aufbau der Feder-Dämpfereinheit führt zu einer gleichgerichteten Durchströmung des Gasfederdämpfers in nur einer Richtung „a". Beim Einfedern des Kolbens wird nur eine Überströmdrossel, nämlich die Druckstufendrossel (beispielsweise am Zylindergehäuse befestigt) durchströmt, währen die andere Überströmdrossel, nämlich die Zugstufendrossel (beispielweise im Trennkolben befestigt) geschlossen bleibt. Beim Ausfedern strömt die Luft durch die jetzt geöffnete Zugstufendrossel im Trennkolben, während dann die Druckstufendrossel am Zylindergehäuse geschlossen ist. In jedem Betriebsfall wird die hohle Kolbenstange dabei nur in eine Richtung durchströmt, etwa von oben nach unten, welches die betriebsbedingte Beschleunigung des Gases in der Feder-Dämpfereinheit erleichtert und dadurch mögliche Resonanzschwingungen reduziert.

Hinsichtlich des oben genannten Aufbaus einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Feder- und Dämpfungseinheit wird es als sinnvoll beurteilt, wenn die Überströmdrosseln strömungstechnisch hintereinander angeordnet und in die gleiche Richtung öffnend zueinander ausgerichtet sind.

Bevorzugt ist auch vorzusehen, dass eine der Überströmdrosseln an der Innenseite des Zylindergehäuses und eine andere Überströmdrossel am Trennkolben angeordnet ist. Dabei ist es möglich, dass die beim Ausfedern des Trennkolbens wirksame Überströmdrossel im Trennkolben oder am Zylindergehäuse angeordnet ist.

Gemäß einer anderen Variante der Erfindung ist es sehr vorteilhaft, wenn die Überströmdrosseln elektromagnetisch einstellbar ausgebildet sind. Es ist gemäß einer weiteren Variante aber auch möglich, dass eine der Überströmdrosseln elektromagnetisch einstellbar ausgebildet ist, während die andere Überströmdrossel wenigstens eine konventionelle Drosselbohrung aufweist und demnach nicht aktiv einstellbar ist.

Bevorzugt sind die elektromagnetisch einstellbaren Überströmdrosseln im bestromten Zustand schließend und im unbestromten Zustand öffnend ausgebildet.

In konkreter mechanischer Ausführung der elektromagnetisch einstellbaren Überströmdrosseln weisen diese jeweils einen ferromagnetischen Drosselgrundkörper mit einer Einströmöffnung auf, in dem eine Magnetspule angeordnet ist, wobei der Drosselgrundkörper an seiner von der Einströmöffnung wegweisende Seite durch ein Drosselscheibenpaket aus metallischen Scheiben verschließbar ist.

Zudem wird es als vorteilhaft erachtet, wenn die Feder- und Dämpfungseinheit so ausgebildet ist, dass der Strömungsweg „a" des Gases in der Feder- und Dämpfungseinheit bei Einfedern und beim Ausfedern des Kolbens geführt ist über den Federraum, die Einströmöffnung im Drosselgrundkörper einer ersten Überströmdrossel, durch diese erste Überströmdrossel, durch den beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum, durch eine zweite Überströmdrossel, durch den beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum, durch eine axiale Durchgangsbohrung in der Kolbenstange und über eine radiale Bohrung in der Kolbenstange zurück in den Federraum.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Feder- und Dämpfungseinheit gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass die elektromagnetisch einstellbaren Überströmdrosseln über Leitungen (Anschlussadapter 24) mit einer Steuerungseinheit verbunden sind, welche zudem mit Sensoren zur Erfassung und Verarbeitung der auf ein Fahrzeug wirkenden Kräfte, Beschleunigungen, Verstellwege und Verstellgeschwindigkeiten des Fahrwerks gegenüber dem Fahrzeugaufbau signaltechnisch in Verbindung steht, und/oder diese Informationen von einem anderen Steuerungsgerät (beispielsweise Anti-Blockiersystem, Niveauregelungssystem, Anti-Wank-System) über Datenübertragungsmittel zur Steuerung der Ventilstellung der Überströmdrosseln erhält.

Da die Überströmdrosseln bevorzugt aktiv verstellbar ausgeführt sind, kann man die Zugstufe und die Druckstufe der Feder- und Dämpfungseinheit jeweils getrennt voneinander verstellen. Im Gegensatz zu bekannten Feder-Dämpfereinheiten, bestehend aus einer Stahlfeder und einem hydraulischen Dämpfer, hat diese Verstellbarkeit vorteilhafte Auswirkungen auf die Dämpfung und die Federwirkung bzw. Federsteifigkeit. Zum Beispiel kann eine weichere Druckstufendrossel mit Komfortgewinn und eine härter Zugstufendrossel für ein fahrdynamisch günstiges Fahrzeugverhalten etwa per Schalterstellung gewählt und eingestellt werden.

Möglich ist die Nutzung einer erfindungsgemäßen Feder-Dämpfereinheit beispielsweise in einem Gelände-Motorrad oder in einem Gelände-Fahrzeug, bei dem die Feder-Dämpfereinheit zum Beispiel nach einem Sprung des Fahrzeugs im Gelände auf eine geringe Dämpfung, also hart eingestellt wird, um beim Landen des Fahrzeugs ein Durchschlagen des Federbeins zu verhindern. Demnach muss die Feder-Dämpfereinheit nicht von vornherein mit einer großen Federsteifigkeit versehen sein beziehungsweise so eingestellt sein, welches ja ein vergleichsweise unkomfortables Fahrverhalten im Normalbetrieb zur Folge hätte.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug mit Wegsensoren am Fahrzeugrad oder im Federbein ausgestattet ist, mit deren Hilfe ein diesbezügliches Steuerungsgerät für die einstellbaren Überstromdrosseln einen solchen Sprung des Fahrzeugs dadurch erkennt, dass bei laufendem Antriebsmotor alle Federbeine bzw. Feder-Dämpfereinheiten des Fahrzeugs länger als ein vorbestimmten Zeitraum vollständig ausgefedert sind. Trifft diese Bedingung zu, so kann die Feder-Dämpfereinheit durch entsprechende Betätigung der Überströmdrosseln aktiv und zeitlich begrenzt auf eine harte Einstellung eingestellt werden. Diese Steuerungsform ermöglicht zudem, dass auch Feder-Dämpfereinheiten mit relativ geringem Federweg sich im Fahrbetrieb ähnlich gut verhalten, wie konventionelle Feder-Dämpfereinheiten bzw. Federbeine mit größerem Federweg.

Eine weitere vorteilhafte Nutzungsmöglichkeit für eine erfindungsgemäß ausgebildete Feder-Dämpfereinheit ist darin zu sehen, dass bei extremen Fahrmanövern des Fahrzeugs, beispielsweise einen durch ein Anti-Blockiersystem für die Fahrzeugräder unterstützten Abbremsvorgang, die Druckdrosselstufen der Feder-Dämpfereinheiten an der Vorderachse und die Zugdrosselstufen der Feder-Dämpfereinheiten an der Hinterachse des Fahrzeugs auf die Betriebseigenschaft „hart" eingestellt werden. Sofern das Fahrzeug nur an der Hinterachse mit erfindungsgemäß ausgebildeten der Feder-Dämpfereinheiten ausgerüstet ist, beschränkt sich die Einstellung der Zugdrosselstufen auf die Betriebseigenschaft „hart" allein auf die Feder-Dämpfereinheiten an der Hinterachse.

Diese Einstellung reduziert bei einer solchen Bremsung wirkungsvoll eine Nickbewegung der Fahrzeugkarosserie um deren Querachse. Zudem ist dadurch eine übermäßige Verlagerung des Fahrzeugschwerpunktes in Richtung zur Vorderachse vermeidbar, welches die Überschlaggefahr reduziert und höhere Bremsverzögerungen des Fahrzeugs ermöglicht. Ähnliche Einstellungen der aktiv einstellbaren Überströmdrosseln sind auch in anderen Fahrsituationen möglich, beispielsweise bei starken Beschleunigungen, die mit einer zum Bremsen entgegengesetzten Aufbaubewegung des Fahrzeugs einhergehen, oder bei extremen Kurvenfahrten zum Wankausgleich des Fahrzeugs.

Die Erfindung wird nachfolgend an der einzigen der Beschreibung beigefügten Figur erläutert. In dieser Darstellung besteht eine pneumatische Feder- und Dämpfungseinheit aus einem Zylindergehäuse 1, das an einer Seite mit einem Zylinderdeckel 2 druckdicht verschlossen ist. Dieser Zylinderdeckel 2 besitzt ein Befestigungselement 3 zur Anlenkung zum Beispiel an einem Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeuges. Auf der vom Zylinderdeckel 2 abgewandeten Seite des Zylindergehäuses 1 ist an diesem ein querschnittsverengender Bund 4 mit einer Durchgangsbohrung angeformt. In dieser Durchgangsbohrung des Bundes 4 befindet sich ein Gleit- und Dichtelement 5.
Im Inneren des Zylindergehäuses 1 ist mit Spiel ein doppeltwirkender Trennkolben 6 mit einer Kolbenstange 7 eingesetzt, wobei der Trennkolben 6 an seinem Umfang mit einem Gleit- und Dichtelement 8 ausgestattet ist. Zudem durchdringt die Kolbenstange 7 den Bund 4 in seiner Durchgangsbohrung. Damit bilden sich auf der Kolbenseite des Trennkolbens 6 ein beim Einfedern des Trennkolbens 6 kleiner werdender Dämpferraum 9, und auf der Kolbenstangenseite des Trennkolbens 6 ein beim Einfedern desselben größer werdender Dämpferraum 10 aus.
An seinem aus dem Zylindergehäuse 1 herausragendem Ende besitzt die Kolbenstange 7 ein Befestigungselement 11 zur Anlenkung der Feder- und Dämpfungseinheit zum Beispiel an die Radaufhängung des Fahrzeuges. Mit diesem Befestigungselement 11 und daher auch mit der Kolbenstange 7 fest verbunden ist ein Abrollkolben 12 mit einer äußeren Abrollfläche 13 für einen Rollbalg 14.
Dieser Rollbalg 14 ist einerseits mit einer ersten Befestigungsmanschette 15 am Bund 4 des Zylindergehäuses 1 und andererseits mit einer zweiten Befestigungsmanschette 16 an dem zylindergehäusenahen Ende am Abrollkolben 12 fest und druckdicht befestigt. Damit ist zwischen der Kolbenstange 7 und dem Rollbalg 14 ein beim Einfedern des Trennkolbens 6 kleiner werdender Federraum 17 ausgebildet.
Der Dämpferraum 9, der Dämpferraum 10 und der Federraum 17 sind nun in besonderer Weise miteinander verbunden. So verfügt die Kolbenstange 7 über eine axiale Durchgangsbohrung 18 und im Bereich des Federraumes 17 über eine radiale Bohrung 19, die zusammen den beim Einfedern kleiner werdenden Federraum 17 und den beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum 9 zu einem gleichwirkenden Feder-Dämpferraum miteinander verbinden.
Im Bereich seines Bundes 4 besitzt das Zylindergehäuse 1 einen im Zylindergehäuse 1 ausgebildeten Ventilsitz 20, der eine als aktiv einstellbares Ventil ausgebildete Überströmdrossel 21 für die Druckstufe der Feder-Dämpfereinheit trägt, deren Aufbau weiter untern näher erläutert wird. Unmittelbar unterhalb des Ventilsitzes 20 ist im Bund 4 ein zum Federraum 17 führender Verbindungskanal 23 ausgebildet, so dass bei geöffneter Überströmdrossel 21 der Dämpferraum 10 und der Federraum 17 miteinander verbindbar sind.
Darüber zeigt die Figur, dass in Richtung zum Zylinderdeckel 2 hin an dem Trennkolben 6 eine weitere derart ausgebildete Überströmdrossel 22 angeordnet ist, über welche die Dämpferräume 9 und 10 miteinander verbunden werden können.
Die grundsätzliche Wirkungsweise einer solchen Feder- und Dämpfereinheit ist an sich bekannt und wird daher nur kurz erläutert. Durch die Wirkung einer geschlossenen Luftversorgungsanlage herrscht in Inneren der Feder- und Dämpfungseinheit stets ein Luftdruck mit einem vorbestimmten Druckniveau. Eine von Außen auf die Feder- und Dämpfungseinheit wirkende Last hat das Bestreben, den Trennkolben 6 in das Zylindergehäuse 1 einzuschieben. Dieser Bewegung wirkt eine Kraft entgegen, die sich aus dem im Inneren der Feder- und Dämpfungseinheit herrschenden Luftdruck und der Differenz der beiden sich axial gegenüberliegenden Flächen am Trennkolben 6 ergibt. Die se entgegenwirkende Kraft hält den Trennkolben 6 in seiner Position und damit die Radaufhängung sowie den Fahrzeugaufbau auf den gewünschten Abstand. Dabei ergibt sich die erwünschte Federwirkung durch die Kompressibilität der eingeschlossenen Luft.
Von besonderer Bedeutung für die Feder- und Dämpfungseinheit gemäß der Erfindung ist nun, dass sich durch die Anordnung der als aktiv einstellbare Ventile ausgebildeten Überströmdrosseln 21, 22 erreichen lässt, dass sowohl beim Einfedern des Kolbens 6 als auch beim Ausfedern desselben das in den Dämpferräumen 9 und 10 sowie in dem Federraum 17 befindliche Gas jeweils in die gleiche Strömungsrichtung „a" bewegt. Im Unterschied zu den eingangs genannten bekannten pneumatischen Feder- und Dämpfungseinheiten mit deren bei Ein- und Ausfedern oszillierenden Gasströmung lassen sich durch den hier vorgestellten Aufbau strömungstechnische Verluste vermeiden, so dass die Feder- und Dämpfungseinheit insgesamt leiser und schneller auf äußere Krafteinwirkungen und Bewegungsrichtungsänderungen des Fahrwerks zur Karosserie eines Fahrzeugs reagieren kann. Zudem erlauben die als aktiv einstellbare Ventile ausgebildeten Überströmdrosseln 21 und 22 eine vergleichsweise einfache Verstellung der Feder- und Dämpfungswirkung.
Die Überströmdrosseln 21 und 22 sind herstellkostensparend identisch und gemäß des Ausführungsbeispiels wie folgt ausgebildet: In einem ferromagnetischen Drosselgrundkörper 25, der im Ventilsitz 20 befestigt ist, ist eine Magnetspule 26 angeordnet, welche über nicht dargestellte elektrische Leitungen mit einer Spannungsquelle in Verbindung steht. Zudem weist der Drosselgrundkörper 25 eine Einströmöffnung 28 für das Betriebsgas der Feder-Dämpfereinheit auf. Den Drosselgrundkörper 25 gleichsam verschließend ist an dessen Oberseite ein Drosselscheibenpaket 27 von der Magnetkraft der Magnetspule 26 bewegbar angelenkt und liegt ohne Aktivierung der Magnetspule 26 auf dem Drosselgrundkörper 25 derart lose auf, dass eine Gasströmung die Überströmdrossel 21 bzw. 22 vergleichsweise leicht passieren kann.
Sobald ein elektrischer Strom über hier nicht weiter dargestellte Zuleitungen und einen Anschlussadapter 24 durch die Magnetspule 26 fließt, induziert dieselbe einen Magnetfluss über den Drosselgrundkörper 25 und das Drosselscheibenpaket 27, so dass ein Öffnen bzw. Anheben des Drosselscheibenpakets 27 vom Drosselgrundkörper 25 beim Durchströmen von Gas erschwert wird. Dies führt zu aktiv eingestellten erhöhten Feder-/Dämpferkräften der Feder-Dämpfereinheit. Entsprechend der Stromstärke in dem elektrischen Leiter der Magnetspule 26 kann die Feder-Dämpfereinheit in ihrem Betriebsverhalten demnach härter oder weicher eingestellt werden, wo bei diese Einstellung vorteilhafterweise sowohl in Zugstufenrichtung als auch in Druckstufenrichtung variabel und unabhängig voneinander einstellbar ist.
Vorteilhafterweise befinden sich an den Überströmdrosseln 21 bzw. 22 keine Teile, die zur Drosselverstellung verschoben oder mechanisch bewegt werden müssten. Als ebenfalls vorteilhaft erachtet wird zudem, dass die Schaltzeiten dieser Überströmdrosseln 21 bzw. 22 lediglich durch die Berechnungszeit für eine neue Einstellung in einer Steuerungseinrichtung und der Zeit bestimmt ist, welche für den Aufbau bzw. die Änderung des Magnetfeldes notwendig ist. Dieses ermöglicht extrem kurze Reaktionszeiten der Feder-Dämpfereinheit gemäß der Erfindung, worauf weiter unten noch eingegangen wird.
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Feder-Dämpfereinheit ist es nicht zwingend notwenig, dass beide Überströmdrosseln 21 bzw. 22 einstellbar ausgebildet ist. So kann beispielsweise eine Überströmdrossel 21 bzw. 22 wie beschrieben aktiv einstellbar und die andere Überströmdrossel konventionell mit einer Drosselbohrung ausgestattet sein. Auch andere Funktionsprinzipien der Überströmdrosseln 21 bzw. 22 sind möglich, ohne auf den durch die Erfindung verursachten vorteilhaften technischen Effekt verzichten zu müssen. Entscheidend ist nach derzeitigem Kenntnisstand lediglich, dass die beiden Überströmdrosseln 21 bzw. 22 am Zylindergehäuse 1 und am Trennkolben 6 derart angeordnet sind, dass sowohl beim Einfedern als auch bei Ausfedern des Trennkolbens 6 das Gas nur in eine Strömungsrichtung „a" bewegt wird.

1: Zylindergehäuse
2: Zylinderdeckel
3: Befestigungselement des Zylindergehäuses
4: Bund
5: Gleit- und Dichtelement
6: Trennkolben
7: Kolbenstange
8: Gleit- und Dichtelement
9: Beim Einfedern kleiner werdender Dämpferraum
10: Beim Einfedern größer werdender Dämpferraum
11: Befestigungselement der Kolbenstange
12: Abrollkolben
13: Abrollfläche
14: Rollbalg
15: Erste Befestigungsmanschette
16: Zweite Befestigungsmanschette
17: Beim Einfedern kleiner werdender Federraum
18: Axiale Durchgangsbohrung
19: Radiale Bohrung
20: Ventilsitz
21: Überströmdrossel für die Druckstufe
22: Überströmdrossel für die Zugstufe
23: Verbindungskanal
24: Anschlussadapter für elektrische Leitungen
25: Ferromagnetischer Drosselgrundkörper
26: Magnetspule
27: Drosselscheibenpaket
28: Einströmöffnung im Drosselgrundkörper
a: Strömungsrichtung beim Einfedern und beim Ausfedern

Claims

Pneumatische Feder- und Dämpfungseinheit, bestehend aus einem Zylindergehäuse (1) und einem im Zylindergehäuse eingepassten sowie doppelt wirkenden Trennkolben (6) mit einer aus dem Zylindergehäuse herausragenden Kolbenstange (7), bei der das Zylindergehäuse (1) einerseits und die Kolbenstange (7) andererseits mit zwei zueinander beweglichen Bauteilen verbindbar sind, und bei welcher der Trennkolben (6) den Innenraum des Zylindergehäuses (1) in einen beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum (9) sowie einen weiteren, beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum (10) aufteilt, und bei dem zwischen der herausragenden Kolbenstange (7) sowie dem Zylindergehäuse (1) ein Rollbalg (14) befestigt ist, der einen beim Einfedern kleiner werdenden Federraum (17) umschließt, wobei der Federraum (17) und der Dämpferraum (9) über Kanäle (18, 19) in der Kolbenstange (6) zu einem gemeinsamen Feder-Dämpferraum (9, 17) verbunden sind, und bei der Überströmdrosseln (21, 22) vorhanden sind, die Gasräume der Feder-Dämpfereinheit miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmdrosseln (21, 22) derart ausgebildet und am Zylindergehäuse (1) sowie am Trennkolben (6) angeordnet sind, dass sowohl bei einem Einfedern als auch bei einem Ausfedern der Feder- und Dämpfungseinheit das Gas in nur eine Strömungsrichtung „a" strömt.
Feder- und Dämpfungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmdrosseln (21, 22) strömungstechnisch hintereinander angeordnet und in die gleiche Richtung öffnend ausgerichtet sind.
Feder- und Dämpfungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überströmdrossel (21) an der Innenseite des Zylindergehäuses (1) und eine andere Überströmdrossel (22) am Trennkolben (6) angeordnet ist.
Feder- und Dämpfungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Ausfedern des Trennkolbens (6) öffnend wirksame Überströmdrossel (22) im Trennkolben (6) angeordnet ist.
Feder- und Dämpfungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Ausfedern des Trennkolbens (6) öffnend wirksame Überströmdrossel am Zylindergehäuse (1) angeordnet ist.
Feder- und Dämpfungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmdrosseln (21, 22) elektromagnetisch einstellbar ausgebildet sind.
Feder- und Dämpfungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Überströmdrosseln (21, 22) elektromagnetisch einstellbar ausgebildet ist, während die andere Überströmdrossel wenigstens eine konventionelle Drosselbohrung aufweist.
Feder- und Dämpfungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetisch einstellbaren Überströmdrosseln (21, 22) im bestromten Zustand schließend und im unbestromten Zustand öffnend ausgebildet sind.
Feder- und Dämpfungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetisch einstellbaren Überströmdrosseln (21, 22) jeweils einen ferromagnetischen Drosselgrundkörper (25) mit einer Einströmöffnung (28) aufweisen, in dem eine Magnetspule (26) angeordnet ist, und bei dem der Drosselgrundkörper (25) durch ein Drosselscheibenpaket (27) verschließbar ist.
Feder- und Dämpfungseinheit nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg „a" des Gases in der Feder- und Dämpfungseinheit bei Einfedern und beim Ausfedern des Kolbens (6) geführt ist über den Federraum (17), die Einströmöffnung (28) im Drosselgrundkörper (25) einer ersten Überströmdrossel (21), durch diese erste Überströmdrossel (21), durch den beim Einfedern größer werdenden Dämpferraum (10), durch die zweite Überströmdrossel (22), durch den beim Einfedern kleiner werdenden Dämpferraum (9), durch eine axiale Durchgangsbohrung (18) in der Kolbenstange (7) und über eine radiale Bohrung (19) in der Kolbenstange (6) zurück in den Federraum (17).
Feder- und Dämpfungseinheit nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetisch einstellbaren Überströmdrosseln (21, 22) über Leitungen (Anschlussadapter 24) mit einer Steuerungseinheit verbunden sind, welche mit Sensoren zur Erfassung und Verarbeitung der auf ein Fahrzeug wirkenden Kräfte, Beschleunigungen, Verstellweg und Verstellgeschwindigkeiten des Fahrwerks gegenüber dem Fahrzeugaufbau signaltechnisch in Verbindung steht, und/oder diese Informationen von einem anderen Steuerungsgerät (beispielsweise Anti-Blockiersystem, Niveauregelungssystem, Anti-Wank-System) über Datenübertragungsmittel zur Steuerung der Ventilstellung der Überströmdrosseln (21, 22) erhält.