DE102005004969A1

DE102005004969A1 - Luftfeder- und Dämpfereinheit

Info

Publication number: DE102005004969A1
Application number: DE200510004969
Authority: DE
Inventors: Christian Schallmeier; Hermann Hoinkhaus; Christof Behmenburg; Jörg Kock
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Luftfeder- und Dämpfereinheit, insbesondere für Fahrwerke von Fahrzeugen, welche zwischen Karosserie und Fahrwerk angeordnet ist und mindestens zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume aufweist, die untereinander über Strömungskanäle verbunden sind, wobei in jeder Strömungsrichtung jeweils mindestens zwei mit Drosselventilen versehene parallel geschaltete Strömungskanäle vorhanden sind und mindestens einer der Strömungskanäle einen in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordneten verstellbaren Querschnitt aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder- und Dämpfereinheit, insbesondere für Fahrwerke von Fahrzeugen, welche zwischen Karosserie und Fahrwerk angeordnet ist und mindestens zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume aufweist, bei der mindestens ein Arbeitsraum jeweils mindestens teilweise durch bewegliche Wände begrenzt wird, insbesondere durch bewegliche Wände in Form von Roll- oder Faltenbälgen, bei der die Arbeitsräume untereinander über Strömungskanäle verbunden sind, und bei der die Strömungskanäle Drosselventile aufweisen.

Solche Luftfeder- und Dämpfereinheiten, kurz Luftdämpfer genannt, sind bekannt als komfortable Feder-Dämpfer-Einheiten für unterschiedlichste Fahrzeugtypen.

So offenbart die DE 101 15 980 eine Gasfeder-Dämpfer-Einheit mit einem in einem Zylindergehäuse verschiebbaren und gegenüber letzterem abgedichteten Kolben, der zwei Arbeitsräume unterteilt. Der Dämpferraum ist teilweise von einem Rollbalg nach außen begrenzt. Die im Kolben befindlichen Drosselventile sind dabei so gestaltet, dass abhängig von der Durchströmungsrichtung ein unterschiedlicher Strömungswiderstand vorhanden ist und der Ort des Umschlags von laminarer in turbulente Strömung angepasst wird. Bei den hier gezeigten Drosselventilen handelt es sich um fest eingestellte/eingeformte Drosseln ohne Regelungsfunktion.

In der DE 199 32 717 A1 wird eine Einrichtung offenbart, bei der zwei Arbeitsräume einer Gasfeder-Dämpfer-Einheit mit einem in einem Zylindergehäuse verschiebbaren abgedichteten Kolben unterteilt werden. Der Dämpferraum ist teilweise von einem Rollbalg nach außen begrenzt. Die im Kolben befindlichen Drosselventile sind dabei als mit Federscheiben belastete Ventile gestaltet, wobei die Federscheiben und Ventilquerschnitte abhängig von der Durchströmungsrichtung ausgebildet sind.

Aus der DE 43 34 007 A1 ist eine pneumatische Feder-Dämpfer-Einheit mit elektromagnetisch steuerbaren Überströmventilen bekannt, deren Verschlussorgane durch Ventilfederplättchen gebildet werden. Durch die Ventilfederplättchen verläuft der magnetische Fluss und die Ventilfederplättchen wirken in ihrer Schließlage mit zugeordneten Anlageflächen zusammen. Die Schließkraft ist durch einen steuerbaren Elektromagneten veränderbar, so dass eine Feder-Dämpfer-Einheit mit veränderlicher Abstimmung vorliegt. Mit dieser Feder-Dämpfer-Einheit ist es möglich, die maximale Schließkraft oder Vorspannung einzustellen und zu bestimmen, ab welchem Druck das Ventil öffnet.

Aus der DE 101 35 261 C1 ist eine Gasfeder-Dämpfer-Einheit mit Überströmdrosseln bekannt, die mit federnden Dichtscheiben verschlossen sind. Die federnden Dichtscheiben sind nicht fest eingespannt, sondern durch eine Federkraft nur für einen vorbestimmten Druckdifferenzbereich festgelegt. Nach Überschreiten eines bestimmten Druckes hebt der Einspannbereich ab, wobei die federnde Kraft zur Belastung der Dichtscheibe vorzugsweise durch eine ebenfalls federnde Ringscheibe aufgebracht wird.

Den bisherigen Ausführungsformen haftet jedoch der Nachteil an, dass eine Verstellmöglichkeit für die Dämpferkennung abhängig von der jeweiligen Fahrsituation im Sinne einer Umschaltung der Luftdämpfer auf eine andere Dämpfungs-Kennlinie entweder nur in geringem Umfang vorhanden oder überhaupt nicht gegeben ist. Der dynamische Differenzdruck an den Drosselventilen und der Volumenstrom sind maßgeblich für den Energieumsatz durch Dissipation und damit für die Dämpfungsarbeit. Bei der Luftdämpfung sind hohe Drücke und große Volumenströme zur Erzeugung der erforderlichen Dämpfungsarbeit nötig. Eine Beeinflussung der Dämpferkennung, d.h. der Dämpfungs-Kennlinie ist also insbesondere deswegen schwierig, weil bei den hier vorliegenden Gasdämpfungssystemen hohe Drücke und hohe Volumenströme zu schalten sind.

Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, eine Luftfeder- und Dämpfereinheit für Fahrwerke von Fahrzeugen bereitzustellen, bei der eine möglichst große Verstellbarkeit der Dämpferkennung erreicht wird, bei der neben großen Volumenströmen zwischen den Arbeitskammern auch große Druckdifferenzen geschaltet werden können, und die eine Anpassung und Reaktion auf unterschiedliche Untergrund- und Fahrsituationen ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Hierbei sind in jeder Strömungsrichtung jeweils mindestens zwei parallel geschaltete Strömungskanäle vorhanden, wobei mindestens einer der Strömungskanäle einen in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordneten verstellbaren Querschnitt aufweist. Durch eine solche Ausbildung sind einerseits hohe Drücke beherrschbar und andererseits auch die insbesondere für eine "weiche" Dämpferkennung erforderlichen großen Volumenströme schaltbar, indem nämlich der verstellbare Querschnitt auf seine größtmöglichen Durchlass geschaltet wird und somit der Volumenstrom über zwei parallele Kanäle aufgeteilt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß einer der parallelen Strömungskanäle einen nicht verstellbaren und zur Abstimmung einer harten Kennung ausgebildeten Querschnitt aufweist. Bei einer solchen Ausführung erreicht man, dass im ungeschalteten Zustand, also bei geschlossenem verstellbaren Querschnitt des parallelen Strömungskanales, stets die einen sicheren Fahrzustand repräsentierende „harte" Kennung vorliegt. Sinnvollerweise ist die entsprechende Konstruktion dann auch so ausgebildet, dass bei Regelungs- oder Stromausfall der Strömungskanal mit dem verstellbaren Querschnitt geschlossen ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß die Drosselventile als federbelastete Ventile ausgebildet sind. Hierbei sind etwa durch Schraubenfedern oder durch kegelförmige Federn belastete Ventilscheiben eingesetzt, oder aber auch als ggf. mehrlagig und als Federpakete aufgebaute Federscheiben. Solche Bauelemente erlauben einfachste Konstruktionen bei geringst möglichen Abmessungen. Selbstverständlich ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt und es können bei Bedarf auch im Stand der Technik bekannte und geregelt verstellbare Ventile eingesetzt werden, beispielsweise elektrisch schaltbare Magnetventile als Drosselventile.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß der verstellbare Querschnitt in Strömungsrichtung vor dem Drosselventil angeordnet ist. Bei den hier betroffenen und mit kompressiblen Medien arbeitenden Systemen ergibt sich dadurch eine stabile Schaltcharakteristik ohne Neigung zu Schalt- oder Eigenschwingungen im Strömungskanal.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß der verstellbare Querschnitt in einem solchen Abstand vor dem Drosselventil angeordnet ist dass eine gleichmäßige Druckbelastung der dem Druckmedium/Druckluft ausgesetzten Ventil-Druckfläche erfolgt. Insbesondere bei einer Bauart mit Scheibenfederventilen als Drosselventilen ist diese Eigenschaft wichtig, da es sonst zu Problemen beim Öffnen des Ventils kommen kann (Flattern).

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß die Drosselventile Bypass – Kanäle oder – Öffnungen für einen Teilstrom aufweisen. Hierdurch reduziert sich die in den Anfangsbereichen der entsprechenden Dämpfungskennlinien (Druck-Geschwindigkeits-Kennlinien) ausgeprägt hohe Steigung/Progression und es stellt sich ein etwas „sanfteres" und komfortableres Ansprechverhalten ein.

Im Sinne einer Weiterentwicklung der diesbezüglichen Vorteile im Hinblick auf eine an das Fahrverhalten sich anpassende Regelung oder Steuerung besteht eine weitere vorteilhafte Ausbildung darin, daß die Bypass – Kanäle oder – Öffnungen verstellbare Querschnitte aufweisen. Hierdurch wird eine weiter verfeinerte Beeinflussung der Anfangsbereichen der Dämpfungskennlinien ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß der im Strömungskanal und in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordnete verstellbare Querschnitt als ein den Kanalquerschnitt verringernder Flachschieber ausgebildet ist. Eine solche Ausbildung als Flachschieber, aber auch eine Ausbildung als Kugelschieber ähnlich den in Rohrleitungen vorhandenen Kugelhähnen, sind konstruktiv einfach zu realisieren und in ihrem dynamischen Verhalten beim schnellen Öffnen und Schließen der Querschnitte einfach zu beherrschen.

Gleiche Vorteile und darüber hinaus geringe Stellkräfte für die Verstellung des Querschnittes und eine überaus kompakte Bauweise lassen sich dadurch erreichen, daß der im Strömungskanal und in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordnete verstellbare Querschnitt als ein den Kanalquerschnitt verringernder Segment-Drehschieber ausgebildet ist. Hierbei sind eine bewegliche und eine feststehende Kreisscheibe in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Die feststehende Kreisscheibe weist ausgeschnittene Kreissegmente auf, etwa in Form von Kreisausschnitten, Bohrungen, Rhomben oder ähnlichen geometrischen Figuren. Die drehbare Kreisscheibe ist dann komplementär hierzu ausgebildet und deckt je nach Winkelstellung die ausgeschnittenen Kreissegmente der feststehenden Kreisscheibe ab oder öffnet sie.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß die zur Öffnung der Drosselventil erforderliche und durch Druckmedium/Druckluft entstehende Druckbelastung einstellbar ist. Hierdurch erhält man eine weitere Eingriffsmöglichkeit zur aktiven und genauen Anpassung und Regelung der Dämpferfunktionen.

Insbesondere ist hier eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Kennlinienprogression (Kennliniensteigung) im unteren Geschwindigkeitsbereich gegeben als auch zur Variation des Verhältnisses zwischen Ventil-Vorspannkraft und augenblicklicher Druckkraft zum Öffnen des Ventils.

Hierbei besteht eine weitere vorteilhafte und konstruktiv besonders einfache Ausbildung darin, daß die zur Öffnung des Drosselventils erforderliche Druckbelastung über eine Veränderung der dem Druckmedium/Druckluft ausgesetzten Ventil-Druckfläche einstellbar ist. Vorteilhafterweise geschieht dies dadurch, daß einzelne Segmente der dem Druckmedium/Druckluft ausgesetzten Ventil-Druckfläche abdeckbar und von der Druckbelastung entlastbar sind. Solche Segmente sind beispielsweise auch durch drehbare Segmentscheiben zu realisieren, die je nach Drehwinkel jeweils einen Teil der Ventil-Druckfläche überdecken. Das Volumen bzw. der Abstand zwischen Ventil-Druckfläche und Segmentscheiben muß hierbei natürlich sehr klein sein.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine mögliche Bauart einer Luftfeder- und Dämpfereinheit in einer Übersichtszeichnung, mit zwei mit Druckluft gefüllten Arbeitsräumen, bei der die Arbeitsräume untereinander über Strömungskanäle verbunden sind,
2a eine erfindungsgemäße und im Kolben der in 1 gezeigten Luftfeder- und Dämpfereinheit angeordnete Drossel- und Verstelleinrichtung, bei der zwei parallel geschaltete Strömungskanäle vorhanden sind und einer der Strömungskanäle einen in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordneten und mit einem Flachschieber verstellbaren Querschnitt sowie verstellbare Bypasskanäle aufweist,
2b ein Detail des Drosselventils mit einem verstellbaren Querschnitt gemäß 2a, nämlich die Bypass-Kanäle mit verstellbaren Querschnitte,
3 Dämpfungskennlinien für eine Luftfeder- und Dämpfereinheit mit einer Drossel- und Verstelleinrichtung gemäß 2a/2b,
4 eine Prinzipskizze eines Segment-Drehschiebers, wie er in einem Strömungskanal mit verstellbaren Querschnitt und in einer Reihenschaltung mit einem Drosselventil angeordneten ist,
5 Dämpfungskennlinien für eine Luftfeder- und Dämpfereinheit mit einer Drossel- und Verstelleinrichtung bei der ein den Kanalquerschnitt verringernder Segment-Drehschieber gem. 4 vorhanden ist,
6a eine Prinzipskizze einer in einer Luftfeder- und Dämpfereinheit angeordneten Drossel- und Verstelleinrichtung, bei der ein den Kanalquerschnitt verringernder Segment-Drehschieber gem. 4 vorhanden ist und bei der einzelne Segmente der dem Druckmedium/der Druckluft ausgesetzten Ventil-Druckfläche mit einer drehbaren Kreissegmentscheibe abdeckbar sind,
6b eine Prinzipdarstellung der Funktionsweise der zwei die Ventildruckfläche abdeckenden relativ zueinander verdrehbaren und als Kreissegmente ausgebildeten Scheiben und der Funktionsweise des den Kanalquerschnitt verringernden aus zwei relativ zueinander verdrehbaren Kreisscheiben bestehenden Drehschiebers
7 eine Schnittzeichnung einer Ausführung einer in einer Luftfeder- und Dämpfereinheit angeordneten Drossel- und Verstelleinrichtung gemäß 6a
8 eine Explosionszeichnung einer Ausführung einer in einer Luftfeder- und Dämpfereinheit angeordneten Drossel- und Verstelleinrichtung gemäß 6a
9 Dämpfungskennlinien für eine Luftfeder- und Dämpfereinheit mit einer Drossel- und Verstelleinrichtung gemäß 7 und 8,
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Luftfeder- und Dämpfereinheit 1 für ein Fahrwerk eines luftgefederten Personenkraftwagens. Die Luftfeder- und Dämpfereinheit weist zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume 2 und 3 auf. Die Druckluft wird über einen hier nicht näher dargestellten Kompressor, über zugehörige Ventile und Leitungen in bekannter Weise in die Arbeitsräume gefördert und kann ebenfalls über dieses System abgelassen werden. Üblicherweise besteht ein Luftfeder- oder Niveauregelsystem aus Druckluftanlage-/Druckluftversorgung und vier Luftfedermodulen, nämlich für jedes Rad eines, und wird insgesamt über eine Steuerungseinrichtung geregelt.
Die Arbeitsräume 2 und 3 sind in einem gemeinsamen topfförmigen, hier zylindrisch ausgebildeten Gehäuse 4 angeordnet und durch einen am Kopfende einer Kolbenstange 5 befindlichen, rotationssymmetrisch ausgebildeten Kolben 6 getrennt.
Der Kolben 6 ist innerhalb des zylindrischen Gehäuses 4 axial beweglich. Innerhalb des Kolbens 6 sind die im Weiteren näher dargestellten und die Arbeitsräume verbindenden Strömungskanäle angeordnet, wobei in jeder Strömungsrichtung jeweils mindestens zwei parallel geschaltete Strömungskanäle vorhanden sind, die Drosselventile aufweisen. Mindestens einer der Strömungskanäle weist dabei einen in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordneten verstellbaren Querschnitt auf, wie ebenfalls später näher dargestellt.
Der Kolben 6 und die Kolbenstange 5 werden jeweils durch Rollbälge 7, 8 und 9 innerhalb des zylindrischen Gehäuses abgedichtet und geführt. Die Außenflächen 10 und 11 des Kolbens und der Kolbenstange sowie die Innenfläche 12 des Zylinders sind jeweils über einen für das Abrollen der Rollbälge erforderlichen Bereich als rotationssymmetrische Abrollkonturen ausgebildet.
Ein zwischen dem Ende des zylindrischen Gehäuses und dem unteren Anschlußpunkt 13 zum Fahrwerk üblicherweise befindlicher Faltenbalg zum Schutz gegenüber Umgebungseinflüssen ist hier nicht näher dargestellt.
Die Luftfeder- und Dämpfereinheit weist weiterhin federnd ausgebildete Anschläge 14 und 15 auf, die bei entsprechender Belastung in der Druck- oder in der Zugstufenendlage den Kolbenweg/Federweg begrenzen, damit kein metallischer Kontakt entsteht.
Die Außenfläche des rotationssymmetrischen Kolbens 6 ist als ein sich nach oben verjüngender Kegelmantel ausgebildet. Dadurch weisen der erste Rollbalg 7 und der zweite Rollbalg 8 unterschiedliche wirksame Durchmesser 16 und 17 auf, die jeweils größer sind als der wirksame Durchmesser 18 des dritten Rollbalges 9. Der wirksame Durchmesser des ersten Rollbalges 16 ist kleiner ist als der wirksame Durchmesser 17 des zweiten Rollbalges. Durch die unterschiedlichen wirksamen Durchmesser 16 und 17 entsteht eine Differenzfläche (Kreisringfläche), die eine auf den Kolben wirkende und nach oben gerichtete Differenzkraft erzeugt.
Die jeweils wirksamen Durchmesser werden dabei gebildet und beeinflußt durch das Zusammenspiel der gegenüberliegenden rotationssymmetrischen Konturen des Kolbens 6 und des Gehäuses 4.
Die Differenzkraft „zieht" den Kolben damit tiefer in das topfförmige Gehäuse. Der dritte Rollbalg 9 besitzt jedoch einen so groß ausgelegten wirksamen Durchmessers 18, dass die Differenzkraft zusätzlich zur statischen oder dynamischen Belastung aufgefangen werden kann. Damit besitzt der dritte Rollbalg 9 aber auch einen relativ großen Radius in der ständig bewegten Rollfalte 19 und damit eine sehr hohe Lastspielfestigkeit.
Karosserieseitg ist die Luftfeder- und Dämpfereinheit über ein Federbein-Kopflager 20 mit dem Fahrzeug in bekannter Weise verbunden.
Die 2a zeigt nun im Detail und in prinzipieller Darstellung eine erfindungsgemäße und im Kolben der in 1 gezeigten Luftfeder- und Dämpfereinheit angeordnete Drossel- und Verstelleinrichtung 21, bei der zwei parallel geschaltete Strömungskanäle 22 und 23 vorhanden sind und einer der Strömungskanäle (22) einen in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil 24 angeordneten verstellbaren Querschnitt aufweist. Die Drosselventile 24 und 25 sind hier ausgebildet als federbelastete Ventilkörper 26 und 26', die durch kegelförmige Schraubenfedern 27 und 27' belastet werden. Die Verstelleinrichtung 21 ist dabei als ein den Kanalquerschnitt verringernder Flachschieber 28 ausgebildet. Die einzig mögliche Strömungsrichtung ist hierbei natürlich so, dass die federbelasteten Ventilkörper 26 und 26' durch die Strömung gegen den Federdruck der kegelförmigen Schraubenfedern 27 und 27' aufgedrückt werden, also in der 2a von unten nach oben.
Der Strömungskanal 23 weist hierbei einen und zur Abstimmung einer harten Kennung ausgebildeten nicht verstellbaren Querschnitt auf. Bei durch den Flachschieber 28 geschlossenem Querschnitt 22 des parallelen Strömungskanales liegt somit ein „harte" Kennung vor, wie es sich auch aus der Darstellung der Kennlinien in der 3 ergibt.
2b zeigt ein Detail der 2a, nämlich die Ausbildung des Drosselventils 24, bei dem die Bypass – Kanäle 29 ebenfalls verstellbare Querschnitte aufweisen. Die Verstelleinrichtung zur Verstellung der Bypass-Querschnitte ist dabei ebenfalls Flachschieber 30 ausgebildet.
3 zeigt die Dämpfungskennlinien für eine Luftfeder- und Dämpfereinheit mit einer solchen Drossel- und Verstelleinrichtung gemäß 2a, bei der nämlich ein den Kanalquerschnitt verringernder Flachschieber und zusätzlich ebenfalls über Flachschieber verstellbare Querschnitte in den Bypasskanälen vorhanden sind. Aufgetragen auf der Abszisse ist hierbei die Gas- bzw. Luftgeschwindigkeit während des Durchströmens in Normliter/min. Auf der Ordinate ist die Druckdifferenz in bar aufgetragen, die sich bei der Durchströmung ergibt. Dieses Druck-Geschwindigkeits-Diagramm entspricht damit den auch bei z.B. hydraulischen Dämpfern üblichen Darstellungen der Kennlinien im Kraft-Geschwindigkeits-Diagramm.
Die Kennlinie 31 zeigt dabei das Verhalten der Luftfeder- und Dämpfereinheit bei geschlossenem Flachschieber 28 und geschlossenem Bypasskanal 29, d.h. eine sehr "harte" und nur durch die geometrischen Verhältnisse und das Drosselventil des Strömungskanals 23 bestimmte Kennlinie. Die Kennlinie 32 zeigt das Verhalten der Luftfeder- und Dämpfereinheit bei einem mit einer hier vorliegenden Nennweite von 14 mm vollständig geöffnetem Flachschieber 28 und einem mit einer Nennweite von 8 mm vollständig geöffnetem Bypasskanal 29, d.h. eine sehr "weiche" und nur durch die Durchströmung beider Strömungskanale 22 und 23 bestimmte Kennlinie. Die dazwischen liegenden Kennlinien, auf die hier nicht im Einzelnen eingegangen werden soll, repräsentieren nur einige der möglichen unterschiedlichen Einstellungen der jeweiligen Öffnung des Flachschieber 28 und des Bypasskanals 29 und zeigen die Möglichkeit zur Anpassung auf unterschiedlichste Fahrsituationen.
4 zeigt eine Prinzipskizze eines Segment-Drehschiebers, wie er an Stelle eines Flachschiebers in einem Strömungskanal mit verstellbaren Querschnitt und in einer Reihenschaltung mit einem Drosselventil angeordneten ist. Der Drehschieber 33 besteht dabei aus aus zwei relativ zueinander verdrehbaren Kreisscheiben 34 und 35, wobei die Kreisscheibe 34 gehäusefest angeordnet und mit Ausnehmungen in Form von Kreisausschnitten 36 versehen ist. Die zweite Kreisscheibe 35 ist komplementär zur gehäusefesten Kreisscheibe 34 ausgebildet ist und kann über eine zentrale Achse oder Nabe verdreht werden. Somit sind durch Drehung der zweiten Kreisscheibe 35 die Ausnehmungen 36 der ersten Kreisscheibe 34 zu verschließen oder zu öffnen.
5 zeigt die Dämpfungskennlinien für eine Luftfeder- und Dämpfereinheit mit einer als Segment-Drehschiebers 33 gemäß 4 ausgebildeten Verstelleinrichtung. Aufgetragen auf der Abszisse ist hier wieder die Gas- bzw. Luftgeschwindigkeit während des Durchsttrömens in Normliter/min. Auf der Ordinate ist die Druckdifferenz in bar aufgetragen, die sich bei der Durchströmung ergibt.
Die Kennlinie 37 zeigt dabei das Verhalten der Luftfeder- und Dämpfereinheit bei geschlossenem Segment-Drehschieber 33, d.h. eine "harte" und nur durch die geometrischen Verhältnisse und das Drosselventil des parallelen anderen Strömungskanals bestimmte Kennlinie. Die Kennlinie 38 zeigt das Verhalten der Luftfeder- und Dämpfereinheit bei einem vollständig geöffnetem Segment-Drehschieber 33, d.h. eine sehr "weiche" und durch die Durchströmung beider paralleler Strömungskanale bestimmte Kennlinie. Die dazwischen liegenden Kennlinien, auf die hier wiederum nicht im Einzelnen eingegangen werden soll, repräsentieren die möglichen unterschiedlichen Einstellungen und zeigen die Möglichkeit zur Anpassung auf die jeweilige Fahrsituation. Erkennbar ist hier in dem Verlauf der jeweiligen Kennlinien der deutliche Unterschied bei der Anordnung eines Flachschiebers oder eines Segment-Drehschiebers zur Verstellung des Kanalquerschittes. Die Kennlinien verlaufen besonders im unteren Geschwindigkeitsbereich, wie bereits dargestellt, deutlich flacher, und erlauben daher ein sehr weiche Dämpfungscharakteristik mit sanftem Ansprechverhalten.
6a zeigt eine Prinzipskizze einer Drossel- und Verstelleinrichtung, bei der ein Segment-Drehschieber gem. 4 zur Veränderung des Strömungskanalquerschnitts vorhanden ist und bei der einzelne Segmente der dem Druckmedium/der Druckluft ausgesetzten Ventil-Druckfläche mit einer drehbaren Kreissegmentscheibe abdeckbar sind.
6b zeigt hierzu sowohl die Funktionsweise der relativ zueinander verdrehbaren und als Kreissegmente ausgebildeten Scheiben, die die Ventildruckfläche abdecken, als auch die Funktionsweise des den Kanalquerschnitt verringernden aus zwei relativ zueinander verdrehbaren Kreisscheiben bestehenden Drehschiebers, beides jeweils als Prinzipskizze.
In der Zusammenschau der 6a und 6b erkennt man die unterhalb des Scheibenfederventiles 39 in der Ebene A-A relativ zueinander verdrehbaren angeordnete und als Kreissegmente ausgebildeten Scheiben 40 und 41, die je nach Drehwinkel zu einer segmentweisen Abdeckung des Scheibenfederventiles 39 führen. Durch die Abdeckung des Scheibenfederventiles kommt es bei schnellen Druckänderungen nicht zu einem vollständigem Druckaufbau unterhalb und auf der gesamten Fläche des Scheibenfederventiles. Die Abdeckung bewirkt also insbesondere bei entsprechend hoher Dynamik, dass sich die druckbelastete Fläche unterhalb des Scheibenfederventiles reduziert, nämlich ausgehend von nahezu einer Kreisfläche bzw. Kreisringfläche auf die durch die Kreissegmentscheiben freigegebene Querschnittsfläche. Die Druckkraft, die durch den Gegendruck oberhalb des Scheibenfederventiles aufgebracht wird, ist bedingt durch die dort größere beaufschlagte Fläche wesentlich größer. Dies wirkt sich – relativ und in Bezug auf die zur Öffnung des Ventils nötige Kraft – wie eine sehr große Vorspannkraft auf das Scheibenfederventiles aus, die mit steigender Stellgröße, d.h geringer werdender Abdeckung durch die Kreissegmentscheiben geringer wird. Problematisch an diesem, für sich betrachteten positivem Verhalten ist, dass die aus der Flächendifferenz hervorgehende Differenzkraft sehr groß werden kann. Dies läßt sich jedoch positiv nutzen, indem Scheibenfederventile – oder auch andere federbelastete Ventile – eingebaut werden, die an sich eine geringe Vorspannkraft besitzen und erst bei entsprechender Abdeckung durch die Kreissegmentscheiben einen hohen Öffnungsdruck benötigen.
In einem ausreichenden Abstand unterhalb des Scheibenfederventiles befindet sich ein Segment-Drehschiebers, wie er bereits durch die 4 beschrieben ist. Der Drehschieber 33' besteht dabei aus den zwei Kreisscheiben 34' und 35', wobei die Kreisscheibe 34' als Teil des Gehäuses 42 ausgebildet und mit Ausnehmungen in Form von Kreisausschnitten 36' versehen ist. Die zweite Kreisscheibe 35' ist komplementär zur gehäusefesten Kreisscheibe 34' ausgebildet ist und kann über die mit dem Antrieb 43 verbundene Nabe 44 verdreht werden. Gleichzeitig ist bei dieser Ausbildung auch die Kreissegmentscheibe 40 als Teil des Gehäuses 42 ausgebildet, während die zweite Kreissegmentscheibe 41 mit der Nabe 44 verbunden ist. Diese Kopplung der drehbaren Scheiben über eine gemeinsame Nabe stellt bei entsprechender geometrischer Ausbildung des gesamten Strömungskanales eine konstruktiv und regelungstechnisch einfache Lösung dar; natürlich können die drehbaren Kreisscheiben 35' und 41 auch separat angetrieben werden.
7 und 8 zeigen die in 6a und 6b prinzipiell dargestellte Ausbildung noch einmal als kompakt gebaute Ausführungsform einer Drossel- und Verstelleinrichtung für einen Strömungskanal mit verstellbarem Querschnitt. Dieser Strömungskanal ist einer von mindestens zwei pro Strömungsrichtung, die in einem Trennkolben angeordnet sind, und die die Arbeitsräume in einer erfindungsgemäßen Luftfeder- und Dämpfereinheit miteinander verbinden.
Das aus zwei Aluminiumgußteilen 45 und 46 zusammengesetzte Drosselgehäuse 47 weist über den Umfang verteilte Durchtrittsquerschnitte 48 auf zur Verbindung zwischen den beiden Arbeitskammern sowie ein mutig durch ein Deckelstück 49 befestigtes und den Kanalquerschnitt 50 als Drosselventil federnd verschließendes Scheibenfederventil 51. Selbstverständlich kann das Drosselventil auch einteilig ausgebildet sein.
In Strömungsrichtung vor und anliegend an dem Scheibenfederventil 51 befindet sich ein erster und aus zwei relativ zueinander verdrehbaren und als Kreissegmente ausgebildeten Scheiben 52 und 53 bestehender Drehschieber 54 zur segmentweisen Abdeckung des Scheibenfederventiles 51.
Hierbei ist die erste Kreissegmentscheibe 52 im Drosselgehäuse 47 fixiert und die zweite Kreissegmentscheibe 53 über eine zentrale Achse bzw. Nabe 55 drehbar ausgebildet. Der zugehörige Antrieb ist hier nicht näher dargestellt.
In Strömungsrichtung vor dem ersten Drehschieber 54 ist ein zweiter und zum Scheibenfederventil 51 mit Hilfe einer Distanzhülse 56 beabstandeter Drehschieber 57 angeordnet, der aus zwei relativ zueinander verdrehbaren Kreisscheiben 58 und 59 besteht.
Die erste Kreisscheibe 58 des zweiten Drehschiebers 57 ist im Drosselgehäuse 47 fixiert und mit Ausnehmungen in Form von Kreisausschnitten 60 versehen. Die zweite Kreisscheibe 59 ist komplementär zur im Drosselgehäuse 47 fixierten Kreisscheibe 58 ausgebildet und über die zentrale Achse oder Nabe 55 drehbar, so dass durch Drehung der zweiten Kreisscheibe 59 die Ausnehmungen 60 in der ersten Kreisscheibe 58 geöffnet oder geschlossen werden können. Zur Fixierung und Führung der einzelnen Bauteile dient der Einsatzring 61.
9 zeigt zeigt die Dämpfungskennlinien für eine Luftfeder- und Dämpfereinheit mit einer Drossel- und Verstelleinrichtung gemäß 7 und B. Aufgetragen auf der Abszisse ist hierbei die Gas- bzw. Luftgeschwindigkeit während des Durchströmens in Normliter/min. Auf der Ordinate ist die Druckdifferenz in bar aufgetragen, der sich bei der Durchströmung ergibt. Die Kennlinie 62 zeigt dabei das Verhalten der Luftfeder- und Dämpfereinheit bei geschlossenem Drehschieber 57 und durch den Drehschieber 54 weitestmöglich abgedeckter Unterseite des Scheibenfederventils 51, d.h. eine sehr "harte" und im Wesentlichen durch die geometrischen Verhältnisse und das Drosselventil des parallelen Strömungskanals bestimmte Kennlinie. Die Kennlinie 63 zeigt das Verhalten der Luftfeder- und Dämpfereinheit bei einem vollständig geöffnetem Drehschieber 57 und einer durch den Drehschieber 54 minimal abgedeckter Unterseite des Scheibenfederventils 51, d.h. eine sehr "weiche" und nur durch die Durchströmung beider Strömungskanale 22 und 23 bestimmte Kennlinie. Die dazwischen liegenden Kennlinien, auf die hier nicht im Einzelnen eingegangen werden soll, repräsentieren nur einige der möglichen unterschiedlichen Einstellungen durch Drehung der Nabe 55 und zeigen die Möglichkeit zur Anpassung auf unterschiedlichste Fahrsituationen.

1: Luftfeder- und Dämpfereinheit
2: Arbeitsraum (Dämpferraum)
3: Arbeitsraum (Federraum)
4: Zylindrisches Gehäuse
5: Kolbenstange
6: Kolben
7–9: Rollbalg
10–12: Fläche mit Abrollkontur
13: Anschlußpunkt
14, 15: Federnder Anschlag
16–18: Wirksamer Durchmesser
19: Rollfalte
20: Federbein-Kopflager
21: Drossel- und Verstelleinrichtung
22, 23: Strömungskanal
23: Strömungskanal
24, 25: Drosselventil
26, 26': Ventilkörper
27, 27': Schraubenfeder
28: Flachschieber
29: Bypass-Kanal
30: Flachschieber
31, 32: Kennlinie
33, 33': Segment-Drehschieber
34, 34': Kreisscheibe
35, 35': Kreisscheibe
36: Kreisausschnitt
37, 38: Kennlinie
39: Scheibenfederventil
40, 41: Scheibe
42: Gehäuse
43: Antrieb
44: Nabe
45, 46: Aluminiumgußteil
47: Drosselgehäuse
48: Durchtrittsquerschnitt
49: Deckelstück
50: Kanalquerschnitt
51: Scheibenfederventil
52, 53: Scheiben
54: Drehschieber
55: Nabe
56: Distanzhülse
57: Drehschieber
58, 59: Kreisscheibe
60: Ausnehmung
61: Einsatzring
62: Kennlinie
63: Kennlinie

Claims

Luftfeder- und Dämpfereinheit, insbesondere für Fahrwerke von Fahrzeugen, welche zwischen Karosserie und Fahrwerk angeordnet ist und mindestens zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume aufweist, bei der mindestens ein Arbeitsraum jeweils mindestens teilweise durch bewegliche Wände begrenzt wird, insbesondere durch bewegliche Wände in Form von Roll- oder Faltenbälgen, bei der die Arbeitsräume untereinander über Strömungskanäle verbunden sind, und bei der die Strömungskanäle Drosselventile aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Strömungsrichtung jeweils mindestens zwei parallel geschaltete Strömungskanäle (22, 23) vorhanden sind, wobei mindestens einer der Strömungskanäle einen in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordneten verstellbaren Querschnitt aufweist.
Luftfeder- und Dämpfereinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Strömungskanäle (23) einen nicht verstellbaren und zur Abstimmung einer harten Kennung ausgebildeten Querschnitt aufweist.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselventile als federbelastete Ventile (24, 25, 39) ausgebildet sind.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Querschnitt in Strömungsrichtung vor dem Drosselventil angeordnet ist.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Querschnitt in einem solchen Abstand vor dem Drosselventil angeordnet ist dass eine gleichmäßige Druckbelastung der dem Druckmedium/Druckluft ausgesetzten Ventil-Druckfläche erfolgt.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselventile Bypass-Kanäle oder -Öffnungen für einen Teilstrom aufweisen.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Kanäle oder -Öffnungen verstellbare Querschnitte (29) aufweisen.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im Strömungskanal und in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordnete verstellbare Querschnitt als ein den Kanalquerschnitt verringernder Flachschieber (28) ausgebildet ist.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im Strömungskanal und in einer Reihenschaltung mit dem Drosselventil angeordnete verstellbare Querschnitt als ein den Kanalquerschnitt verringernder Segment-Drehschieber (33, 33', 57) ausgebildet ist.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Öffnung der Drosselventil erforderliche und durch Druckmedium/Druckluft entstehende Druckbelastung einstellbar ist.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Öffnung der Drosselventil erforderliche Druckbelastung über eine Veränderung der dem Druckmedium/Druckluft ausgesetzten Ventil-Druckfläche einstellbar ist.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Segmente der dem Druckmedium/Druckluft ausgesetzten Ventil-Druckfläche abdeckbar und von der Druckbelastung entlastbar sind.
Luftfeder- und Dämpfereinheit nach einem oder mehreren der Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einem in einer Reihenschaltung mit einem Drosselventil angeordneten verstellbaren Querschnitt versehene Strömungskanal eine in einem Drosselgehäuse (47) angeordnete Drossel- und Verstelleinrichtung mit einem mittig durch ein Deckelstück (49) befestigten und den Kanalquerschnitt (50) federnd verschließenden Scheibenfederventil (51) als Drosselventil aufweist, wobei das Drosselgehäuse (47) Durchtrittsöffnungen (48) zur Verbindung der Arbeitsräume der Luftfeder- und Dämpfereinheit aufweist, wobei in Strömungsrichtung vor und anliegend an dem Scheibenfederventil (51) ein erster und aus zwei relativ zueinander verdrehbaren und als Kreissegmente ausgebildeten Scheiben (52, 53) bestehender Drehschieber (54) zur segmentweisen Abdeckung des Scheibenfederventiles (51) angeordnet ist, wobei die erste Kreissegmentscheibe (52) im Drosselgehäuse (47) fixiert ist und die zweite Kreissegmentscheibe (53) über eine zentrale Achse oder Nabe (55) drehbar ausgebildet ist, wobei in Strömungsrichtung vor dem ersten Drehschieber (54) ein zweiter und zum Scheibenfederventil (51) beabstandeter, aus zwei relativ zueinander verdrehbaren Kreisscheiben (58, 59) bestehender Drehschieber (57) angeordnet ist, wobei die erste Kreisscheibe (58) des zweiten Drehschiebers (57) im Drosselgehäuse (47) fixiert und mit Ausnehmungen (60) in Form von Kreisausschnitten versehen ist und die zweite Kreisscheibe (59) komplementär zur im Drosselgehäuse (47) fixierten Kreisscheibe (58) und über eine zentrale Achse oder Nabe (55) drehbar so ausgebildet ist dass durch Drehung der zweiten Kreisscheibe (59) die Ausnehmungen (60) der ersten Kreisscheibe (58) zu öffnen oder zu schließen sind.