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Die
Erfindung betrifft eine Luftfeder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1, ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 6 und zum anderen ein Verfahren zum Betrieb einer Luftfeder
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 7.
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Aus
der Patentschrift
DE
199 51 091 C2 ist eine Luftfeder bekannt, die einen schaltbaren
Anschlag mit einem quer zum Federweg einfahrbaren Anschlagelement
aufweist. Der schaltbare Anschlag ermöglicht zwei unterschiedliche
Einfederpositionen der Luftfeder. Über eine Veränderung
des Luftdruckes im Luftfederbalg ist ein Fahrzeugaufbau anheb- oder
absenkbar.
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Die
DE 102 36 591 A1 offenbart
einen Stoßdämpfer mit
einer ersten Tragfeder und einem gummielastischen Anschlagpuffer
als Zusatzfeder, wobei der Anschlagpuffer mittels einer Verstelleinheit
abhängig
vom Fahrzustand des Fahrzeuges zeitlich früher oder später in Wirkung bringbar ist.
Der Anschlagpuffer stützt
sich dabei über
eine weitere Feder am Dämpferrohr
ab.
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In
der gattungsbildenden
DE
199 35 865 A1 ist eine Luftfeder beschrieben, die einen
Anschlagpuffer aufweist, der mit einem über ein Kugelumlaufsystem in
Längsrichtung
der Luftfeder verstellbaren Anschlag früher oder später in Wirkung bringbar ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
alternative, Ausführungsform
eines verstellbaren Anschlages einer Luftfeder zur Verfügung zu
stellen und die Geländetauglichkeit
eines luftgefederten Fahrzeuges zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Luftfeder mit den Merkmalen des Anspruchs
1, einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und einem Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Luftfeder
zeichnet sich durch eine Vorrichtung aus, die eine Verriegelung
der Lage des Anschlagelementes zum Führungsrohr in axialer Richtung
ermöglicht.
Die Verriegelungsvorrichtung umfasst beispielsweise einen mechanischen
Verriegelungsmechanismus, der eine formschlüssige Verbindung zwischen dem
Anschlagelement und dem Führungsrohr
herstellt.
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Der
Arretierungsbolzen ist vorzugsweise radial zum Führungsrohr bewegbar. In verriegeltem
Zustand greift der Arretierungsbolzen in eine vorzugsweise kreisrund
ausgeführte Öffnung des
Anschlagelementes und des Führungsrohres.
Eine zur Betätigung
des Arretierungsbolzens vorgesehen Vorrichtung kann entweder in
oder an dem Führungsrohr oder
an dem Anschlagelement angeordnet sein. Selbstverständlich können auch
mehrere, am Umfang verteilte Arretierungsbolzen angeordnet sein. Der
Arretierungbolzen ermöglicht
die Darstellung einer kostengünstigen
und zuverlässig
arbeitenden mechanische Verriegelungsvorrichtung.
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In
Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Anschlagelement ein konzentrisch
zum Führungsrohr
angeordneten Rohrabschnitt. Die zum Führungsrohr der Kolbenstange
konzentrische Anordnung des Anschlagelementes ermöglicht eine
besonders kompakte Bauform der Luftfeder.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Anschlagelement über eine
Feder am Führungsrohr
abgestützt.
Die Feder drückt
das Anschlagelement in Richtung Anschlagpuffer. Das Anschlagelement
nimmt damit bei nicht belastetem Anschlagpuffer zum Führungsrohr
eine definierte Position ein, in der eine Verriegelung möglich ist.
Ist das Anschlagelement nicht verriegelt, so trifft bei einem Einfedervorgang
der Anschlagpuffer auf das Anschlagelement, das Anschlagelement
wird zurückgedrückt bis
dieses am Führungsrohr
anliegt und die gesamte Luftfeder im Endanschlag bis auf Block zusammengedrückt ist. Damit
weist die Luftfeder in vorteilhafter Weise im nicht verriegelten
Zustand einen zweistufigen Endanschlag auf. Über die Abstimmung der Feder
ist die Gesamtfederkennlinie der Luftfeder beim Durchfedern bis
auf Block progressiv beeinflussbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung elektrisch,
mechanische oder pneumatisch betätigbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kolbenstange im Führungsrohr über einen
Kolben, der Mittel zur Dämpfung
einer Aus- und Einfederbewegung umfasst, geführt. Der Kolben im Führungsrohr
weist beispielsweise Ventile auf, die bei einer Ein- oder Ausfederbewegung
mit Fluid wie Hydrauliköl
oder Luft durchströmt
werden. Aufgrund des Strömungswiderstandes
ist die Kolbenbewegung bedämpft.
In vorteilhafter Weise ist durch dies Anordnung ein kompakt bauendes
Luftfeder-Dämpferelement
herstellbar.
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Ein
eine erfindungsgemäße Radaufhängung umfassendes
Fahrzeug zeichnet sich durch eine erfindungsgemäße Luftfeder aus. In vorteilhafter
Weise ist beispielsweise bei einer Einzelradaufhängung die Bodenfreiheit über Verschiebung
und Verriegelung des Anschlagelementes gegenüber dem Führungsrohr bei auf Block eingefederter
Luftfeder vergrößerbar.
Selbstverständlich
kann die erfindungsgemäße Luftfeder
auch bei einem Fahrzeug mit Starrachse eingesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Niveauanhebung des Fahrzeugaufbaues
gleichzeitig eine als Druckanschlag wirkende Anschlagfläche verschoben
und mit dem Führungsrohr
verriegelt wird, wodurch die Bodenfreiheit bei auf Block eingefederter
Luftfeder erhöht
wird. In vorteilhafter Weise wird bei dem Verfahren der Federweg
der Luftfeder so eingestellt, dass dieser vor und nach der Anhebung
gleich groß ist,
d. h. die dem Führungsrohr
und die dem Deckel zugeordnete Anschlagsflächen weisen vor und nach der Anhebung
des Fahrzeugaufbaus einen gleich großen Abstand auf. Damit ergibt
sich auch bei auf Block eingefederten Luftfedern eine der Anhebung
des Fahrzeugaufbaus entsprechend erhöhte Bodenfreiheit. Aufgrund
einer beladungsunabhängigen
Eigenfrequenz der Luftfeder in Verbindung mit dem konstant gehaltenen
Federwegs tritt bei unterschiedlichen Aufbauniveaus keine Veränderung
der Federungseigenschaften ein.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Luftfeder
im Längsschnitt,
wobei ober- und unterhalb der Mittellinie zwei unterschiedliche
Arbeitspositionen dargestellt sind.
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Die
Luftfeder weist zwei schematisch dargestellte Anlenkpunkte 18a, 18b auf,
die an nicht gezeigten Anlenkstellen wie einem Fahrzeugaufbau und
gegenüber
dem Fahrzeugaufbau beweglich angeordneten, radführenden Achsteilen angeordnet sind.
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Die
Luftfeder umfasst ferner einen Rollbalg 1 der einerseits
mit einem Deckel 2 und anderseits mit einem Abrollkolben 3 luftdicht
verbunden ist. Der Abrollkolben 3 umgreift konzentrisch
ein Führungsrohr 4 und
ist mit diesem gleichfalls luftdicht verbunden. Der Deckel 2,
der Rollbalg 1 und der Abrollkolben 3 umgrenzen
ein Luftvolumen 5. Über
eine Öffnung 6 kann zur
Erhöhung
oder Absenkung des Druckes dem Luftvolumen 5 Luft zu- oder
abgeführt
werden.
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Mit
dem Deckel 2 ist eine Kolbenstange 7 verbunden,
die in dem Führungsrohr 4 über einen nicht
gezeigten Kolben in Längsrichtung
geführt
ist. Durch am Kolben angeordnete Ventile und/oder Bohrungen ist
der Kolben neben der Führungsfunktion auch
für eine
Dämpfungsfunktion
nutzbar. Ein bei Ein- und Ausfederbewegungen im Führungsrohr 4 vom
Kolben verdrängtes
Fluid ist beim Hindurchströmen
durch die Ventile und Bohrungen stark bedrosselt, dadurch ist eine
Dämpfung
realisiert.
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Dem
Deckel 2 ist ein sich konzentrisch um die Kolbenstange 7 erstreckendes
Pufferelement 8 zugeordnet. Das Pufferelement 8 begrenzt
den Einfederweg der Luftfeder, bei einer maximalen Einfederung der
Luftfeder ist das Pufferelement 8 einer dem Führungsrohr
zugeordneten Anschlagfläche 9a und einer
dem Deckel 2 zugeordneten Anschlagsfläche 9b eingespannt
und verformt sich soweit, bis sich die Luftfeder im Endanschlag
befindet und keine weitere Einfederung mehr möglich ist. Diesen Zustand bezeichnet
man unter anderem als ein Einfedern bis auf Block. Eine elastische
Verformung des Anschlagpuffers 8 verhindert einen zu großen Steifigkeitssprung beim
Einfahren der Luftfeder bis auf Endanschlag. Ein Anschlagelement 10 umfasst
die dem Führungsrohr 4 zugeordnete
Anschlagfläche 9a.
Das Anschlagelement 10 stützt sich am Führungsrohr 4 an
der Anlagefläche 17 ab.
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Zwischen
dem Anschlagelement 10 und einem mit dem Führungsrohr 4 verbundenen
Wegbegrenzungselement 12 ist eine die Bauteile auseinanderspreizende
Feder 11 angeordnet. Solang das Pufferelement 9 nicht
am Anschlagelement 10 anliegt, drückt die Feder 11 das
Anschlagelement 10 vom Führungsrohr 4 weg,
bis dieses an dem Wegbegrenzungselement 12 anliegt. Das
Wegebegrenzungselement 12 ist als ein konzentrisch zum
Führungsrohr angeordneter
Ring ausgeführt.
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Im
Führungsrohr 4 ist
eine zwei Bolzen 14 umfassende Verriegelungsvorrichtung 13 vorgesehen.
Liegt das Anschlagelement 10 wie vorab beschrieben am dem
Wegbegrenzungselement 12 an, so werden bei Aktivierung
der Verriegelungsvorrichtung 13 die im Führungsrohr 4 in
einer Bohrung 19a radial verschieblich angeordneten Bolzen 14 nach außen in die
im Anschlagelement 10 vorgesehen Bohrungen 19b verschoben.
Das Anschlagelement 10 ist dann über die auf Scherung beanspruchbaren Bolzen 14 mit
dem Führungsrohr 4 verriegelt.
Je nach Gegebenheiten ist die im oder am Führungsrohr 4 angeordnete
Verriegelungsvorrichtungen 13 elektrisch, hydraulisch oder
pneumatisch aktivierbar.
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In
vorteilhafter Weise bietet die erfindungsgemäße Luftfeder die Möglichkeit,
die von dem Anschlagelement 10 umfasste Anschlagfläche 9a gegenüber dem
Führungsrohr 4 in
zwei Positionen als Druckanschlag wirken zu lassen. Eine erste Position 15 ist
unterhalb der Mittellinie der Figur dargestellt, die Verriegelungsvorrichtung 13 ist
nicht aktiviert und das Anschlagelement 10 liegt bei zusammengedrückter Feder 11 an
der Anlagefläche 17 am
Führungsrohr 4 an.
Ausgehend von einer beabstandeten Lage des Pufferelementes 8 von
der Anschlagfläche 9a trifft
während
einem Einfahrvorgang der Kolbenstange 7 in das Führungsrohr 4 das
Pufferelement 8 auf das federbelastete Anschlagelement 10.
Das Anschlagelement 10 schiebt sich bei gleichzeitigem
Zusammendrücken
der Feder 11 weiter in Richtung Führungsrohr 4, bis
das Anschlagelement 10 stirnseitig am Führungsrohr 4 an der
Anlagefläche 17 anliegt.
Durch die Parallelschaltung der Feder 11 zur Luftfeder
ist die Gesamtfederkraft gesteigert. Über eine gezielte Abstimmung
der Feder 11 ist das Federungsverhalten positiv beeinflussbar,
selbstverständlich
kann auch eine Feder mit progressiver oder degressiver Kennlinie
eingesetzt werden.
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Die
stirnseitige Anlage des Anschlagelementes 10 an der Anschlagsfläche 17 des
Führungsrohrs 4 definiert
die erste Position 15. In der Position 15 nehmen
die Anlenkpunkte 18a, 18b der Luftfeder bei einer
Einfederung bis auf Block einen Abstand a ein.
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Oberhalb
der Mittellinie ist der Druckanschlag in einer zweiten Position 16 dargestellt,
das Anschlagelement 10 liegt am Wegbegrenzungselement 12 an
und die aktivierte Verriegelungsvorrichtung 13 fixiert
das Anschlagelement 10 in einer zweiten Position 16 axial
unverschieblich zum Führungsrohr.
Gegenüber
der ersten Position 15 ist der Abstand a bei einer Einfederung
auf Block um das Maß b
erhöht,
d. h. die Anlenkpunkte 18a, 18b der Luftfeder
nehmen bei einer Einfederung bis auf Block einen Abstand a + b ein.
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Beispielsweise
lässt sich
bei Geländefahrzeugen
die zur Verfügung
stehende Bodenfreiheit durch Druckerhöhung an den Luftfedern und
einer damit verbundenen Anhebung des Aufbaus erhöhen. Bei Fahrzeugen mit Einzelradaufhängung ergibt
sich das Problem, dass die vorab getätigte Anhebung des Aufbaus
bezüglich
Vergrößerung der
Bodenfreiheit unwirksam ist, wenn die Luftfedern weiterhin bis zur ersten
Position 15 des Anschlagelementes einfedern. Um auch bei
bis auf Block eingefederten Rädern
eine Vergrößerung der
Bodenfreiheit sicher zu stellen, wird der Druckanschlag in der zweiten
Position 16 fixiert. Damit weist das Fahrzeug auch bei
vollständig,
bis auf Block eingefederten Luftfedern eine um das Maß b erhöhte Bodenfreiheit
auf.
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Bevorzugt
ist bei einer Anhebung des Aufbaus um einen vorgegebenen Betrag
der Druckanschlag 10 um denselben Betrag zu verschieben,
so dass in allen Fahrsituationen die Bodenfreiheit entsprechend
dem Betrag der Anhebung vergrößert ist. Damit
sind in vorteilhafter Weise bei angehobenem und nicht angehobenem
Fahrzeug vom Federweg beeinflussten Fahreigenschaften wie beispielsweise Roll-
oder Nickbewegungen unverändert.
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- 1
- Rollbalg
- 2
- Deckel
- 3
- Abrollkolben
- 4
- Führungsrohr
- 5
- Luftvolumen
- 6
- Öffnung für Luft-
zu und Abfuhr
- 7
- Kolbenstange
- 8
- Pufferelement
- 9a
- Anschlagfläche Führungsrohr
zugeordnet
- 9b
- Anschlagfläche Deckel
zugeordnet
- 10
- Anschlagelement
- 11
- Feder
- 12
- Wegbegrenzungselement
- 13
- Verriegelungsvorrichtung
- 14
- Bolzen
- 15
- Erste
Position Druckanschlag
- 16
- Zweite
Position Druckanschlag
- 17
- Anlagefläche
- 18a
- Anlenkpunkt
- 18b
- Anlenkpunkt
- 19a
- Bohrung
im Führungsrohr
- 19b
- Bohrung
im Anschlagelement