DE10200553C1 - Luftfeder mit integriertem Steuerventil - Google Patents
Luftfeder mit integriertem SteuerventilInfo
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Abstract
Luftfeder mit mindestens einem innerhalb der Luftfeder angeordneten Steuerventil mit den Steuerstellungen Zuführen, Blockieren und Abführen von Druckluft, welches über ein ebenfalls innerhalb der Luftfeder angeordnetes Steuerelement angesteuert wird, das an einem der beiden relativ zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen Außenrohr oder Abrollrohr angreift, wobei das Steuerelement eine Wirklänge aufweist, die kürzer ist als die Hublänge der Luftfeder und von einer Feder gegen eine der zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen vorgespannt ist, wobei das Steuerelement relativ zu den Luftfederbaugruppen schwimmend gelagert ist und eine zweite Feder, deren Kraftrichtung gegen die erste Feder wirksam ist, die Stellung des Steuerelements mitbestimmt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Luftfeder entsprechend dem Oberbegriff von Patentan
spruch 1.
Die DE 100 03 045 A1 beschreibt eine Luftfeder mit einem integrierten Steuer
ventil, wobei das Steuerventil von einem Steuerelement betätigt wird, dessen
Wirklänge kürzer ist als die Hublänge der Luftfeder. Dazu ist das Steuerelement
axial schwimmend gelagert und wird von einem Federelement vorgespannt, so
dass das Steuerelement der Hubbewegung des Außenrohres folgt, bis ein An
schlag die weitere Steuerbewegung des Steuerelements begrenzt, wobei das Au
ßenrohr eine Wirkverbindung zum Steuerelement löst.
Der Kontakt des Anschlags des Steuerelements mit dem Abrollrohr oder einem
dieser Baugruppe verbundenen Bauteil ist in Abhängigkeit der Ausfederungsge
schwindigkeit des Steuerelements hörbar und kann als störend empfunden wer
den. Ein ähnlicher Effekt kann auftreten, wenn die Luftfeder aus einem Ausfede
rungszustand die angestrebte Niveaulage erreicht und das Außenrohr wieder die
Wirkverbindung mit dem Steuerelement herstellt.
Bei der Basiskonstruktion gemäß der DE 44 09 252 A1 tritt dieses Problem nicht
auf, da das Steuerelement mit dem Abrollrohr fest verbunden ist und folglich
niemals eine Relativbewegung zwischen diesen beiden Bauteilen Geräusche ver
ursachen kann.
Die DE 10 56 488 C offenbart eine Luftfeder mit einem innerhalb des Rollbalgs
angeordneten Ventil, das die Druckluftversorgung des Federraums innerhalb des
Rollbalgs ansteuert. Der Rollbalg weist eine Falte auf, deren Kontur sich hubab
hängig ändert. Diese Änderung der Rollbalgkontur wird von einem Hebelgestänge
abgegriffen, das wiederum das Ventil zur Steuerung der Druckluftversorgung be
tätigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik be
kannten Geräuschprobleme bei einer Luftfeder zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine zweite Feder, deren
Kraftrichtung gegen die erste Feder wirksam ist, die Stellung des Steuerelements
mitbestimmt.
Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Steuerelement von den
Federkräften beider Federn in den Extremlagen gehalten wird, ohne dass ein fes
ter Anschlag notwendig ist. Die Federn unterbinden prinzipbedingt jedes Ge
räusch, so dass es für Außenstehende akustisch nicht wahrnehmbar ist, wenn
die Federn das Steuerelement in einem Gleichgewichtszustand halten.
In weiterer konstruktiver Ausgestaltung stützt sich die zweite Feder an der Bau
gruppe Außenrohr ab. Bei dieser Variante besteht zwischen der Baugruppe Ab
rollrohr und dem Steuerelement ein permanenter Kontakt, so dass zwangsläufig
auch keine Kontaktgeräusche auftreten können.
Dazu ist es sinnvoll, dass die zweite Feder zumindest ab einer definierten Niveau
lage in Einfederungsrichtung der Luftfeder eine größere Federkraft aufweist als
die erste Feder. Ausgehend von der maximalen Ausfederungslage bis zur Niveau
lage ist es ausreichend, wenn die zweite Feder eine gleichgroße Kraft aufweist,
wie die erste Feder. Es besteht zwar eine gefederte Verbindung zwischen der
Baugruppe Abrollrohr und dem Steuerelement, aber durch die steifere zweite Fe
der wird die Übertragung der Änderungen des Hubwegs der Luftfeder fehlerfrei
auf das Steuerelement gewährleistet.
So kann die zweite Feder von einem Elastomer gebildet werden.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit dass eine Schraubenfeder verwendet
wird, wobei dann vorteilhafterweise das Steuerelement mit einem Federteller für
die zweite Feder ausgeführt ist.
Bei dieser Variante kann ein besonders kurzbauendes Steuerelement eingesetzt
werden, da man das Steuerelement schon eine Endposition einnehmen lassen
kann, beispielsweise bei einer Einfederungsbewegung des Außenrohres, aber
durch die zweite Feder eine weitere Relativbewegung der Baugruppe Außenrohr
in Richtung des Steuerelementes zulassen kann, da dieser Weg von der zweiten
Feder ausgeglichen wird. Für die Funktion des Steuerventils ist es unerheblich, ob
die Luftfeder geringfügig oder sehr weit von einer vorgegebenen Niveaulage aus-
oder eingefedert ist. Es wird unabhängig vom Absolutweg jeweils Druckluft zu-
oder abgeführt.
Zur Vermeidung eines Anschlaggeräusches bei Erreichen einer Endstellung des
Steuerelementes bezogen auf die Baugruppe Abrollrohr ist funktional zwischen
dem Steuerelement und der Baugruppe Abrollrohr ein elastischer Anschlag ange
ordnet ist.
Bei einer Alternativvariante ist dass ein Zughaltemittel eine Endstellung des Steu
erelements gegen die Federkraft der ersten Feder bestimmt.
Vorteilhafterweise ist das Zughaltemittel als eine zweite Feder in der Bauform
einer Zugfeder ausgeführt, die an der Baugruppe Abrollrohr angreift.
Des weiteren ist funktional zwischen einer Kontaktfläche der Baugruppe Abroll
rohr und einer Kontaktfläche des Steuerelements eine Anschlagdämpfefement
angeordnet.
Im Hinblick auf einen möglichst einfachen Montageablauf weist das Steuerele
ment einen Axialanschlag auf, der eine Montageendstellung des Steuerelements
bestimmt.
In dem Zusammenhang sind die Federrate und der Federweg der zweiten Feder
derart abgestimmt, dass im Endmontagezustand der Luftfeder unabhängig von
der momentanen Hublage der Axialanschlag außer Eingriff bleibt.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert
werden:
Es zeigt:
Fig. 1 Anwendungsbeispiel der Erfindung
Fig. 2 erste Ausführungsvariante
Fig. 3 alternatives Steuerventil
Fig. 4-7 weitere Ausführungsvariante
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 Druck
luftzufuhr beeinflusst.
Das Steuerventil 15 ist als Schaltbild beispielhaft als 3/2-Wegeventil dargestellt.
Man kann sich sicherlich auch eine Steuerventil vorstellen, bei dem eine Schalt
stellung mit gleichzeitig blockierter Abführ- und Druckluftzufuhrleitung 35; 63
ausgeführt ist, die im Bereich der Normallage des Hubweges der Luftfeder einge
nommen wird. Wie die Fig. 3 zeigt, kann alternativ sinnvollerweise auch ein 3/3
Wegeventil eingesetzt werden.
Innerhalb eines Ringraums 23a des Abrollrohres 23 ist ein Steuerelement 37 an
geordnet, das ein Übertragungsglied 69 betätigt, das wiederum verschiedene
Schaltstellungen des Steuerventils 15 bestimmt. Das Steuerelement kann stab
förmig oder auch, wie gestrichelt dargestellt, als Zylinder ausgeführt sein und ist
in Längsrichtung schwimmend zum Abrollrohr gelagert, wobei es sich auf einer
ersten Federelement 43 abstützt, die wiederum auf einer Abstützfläche 23b des
Abrollrohres anliegt. Des weiteren greift an dem Steuerelement 37 als ein Zughal
temittel eine zweite Feder 73 in der Bauform einer Zugfeder an, deren anderes
Ende am Abrollrohr oder einem ortsfesten Bauteil dieser Baugruppe befestigt ist.
In der dargestellten Figur befindet sich die Luftfeder momentan in einer Hublage,
die größer ist als eine definierte Niveaulage. Dabei besteht ein Abstand zwischen
einer Kontaktfläche 67 des Steuerelements und einer Kontaktfläche 19a der Bau
gruppe Außenrohr 19. Die Kontaktfläche 67 des Steuerelements wird von einem
Anschlagdämpfelement 75 gebildet. Der Abstand wird von den Kräften der bei
den gegeneinander wirksamen Federkräften der Federn 43; 73 bestimmt, wobei
die Federkraft der ersten Feder 43 ausgehend von der maximalen Einfederungs
stellung bis zur Niveaulage größer ist als die Federkraft der zweiten Feder 73 o
der eines anderen Zughaltemittels, beispielsweise einem Seil.
Bei einer Einfahrbewegung der Luftfeder kommt die Kontaktfläche 19a des Au
ßenrohres auf dem Anschlagdämpfelement 75 des Steuerelements 37 zur Anla
ge. Folglich kann es zu keinen Geräuschproblemen in Verbindung mit dem Steu
erelement kommen, wenn die Luftfeder eine Hublage außerhalb der Niveaulage
einnimmt.
An dem Steuerelement ist eine Führungsbahn 39 in Form einer schiefen Ebene
ausgeführt. Mit Änderung der Hublage des Steuerelementes 37 gegen die Feder
kräfte der ersten und zweiten Feder 43; 73 ergibt sich eine Änderung des radia
len Stellweges s relativ zum Steuerventil 15, 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 Fig. 4 bis 6 zeigen eine Alternativlösung zur Fig. 2 in verschiedenen Hub
lagen der Luftfeder 9. Der wesentliche Aufbau ist identisch mit der Fig. 2. Ab
weichend wird ein Steuerventil 15 eingesetzt, das als Drehschieberventil ausge
führt ist und von einem Steuerelement 37 betätigt wird, das eine Führungs
bahn 39 aufweist, die in Umfangsrichtung ausgehend von einem Bezugspunkt
(Fig. 7) der Führungsbahn 39 radial versetzt ausgeführt ist. Diese Führungs
bahn 39 wirkt mit einem Drehschieberventilkörper zusammen, wobei ein radialer
Versatz 39a der Führungsbahn 39 über einen Eingriff des Drehschieberventil
körpers mit der Führungsbahn zu einer Drehbewegung führt, wenn die Führungs
bahn eine translatorische Relativbewegung ausgehend von der Bezugsstellung
ausführt. Bezüglich einer möglichen Ausgestaltung des Drehschieberventils wird
auf den Inhalt der DE 44 09 252 A1 verwiesen.
Des weiteren besteht ein Unterschied zu Lösung nach Fig. 2 darin, dass das
Steuerelement unabhängig von der momentanen Niveaulage der Luftfeder stets in
Kontakt zur Baugruppe Außenrohr 19 steht. Dazu stützt sich die zweite Feder 73
an dem Außenrohr 19 ab, die permanent hubunabhängig von der Luftfeder vor
gespannt ist. Es besteht die Möglichkeit, dass die zweite Feder von einem E
lastomer gebildet wird. Ohne funktionale Einschränkungen ist jedoch auch die
Anwendung einer Schraubenfeder möglich, wobei dafür das Steuerelement mit
einem Federteller 77 ausgeführt ist. (s. Fig. 5) Die Federkraft 73 der zweiten Fe
der ist zumindest ab Erreichen der Niveaulage in Einfederungsrichtung größer als
die Federkraft der ersten Feder 43. Damit wird erreicht, dass die gegeneinander
gerichteten Federkräfte der Federn 43; 73 keine Fehlstellung des Steuerelements
bezogen auf das Außenrohr zulassen. Eine Fehlstellung des Steuerelements be
zogen auf das Außenrohr ist derart zu verstehen, dass eine Hublage der Luftfeder
kleiner als Niveaulage auch von dem Steuerelement bezogen auf das Steuerventil
im Sinne von Zuführen von Luft nachgeführt wird.
Ausgehend von der Fig. 4 mit der maximalen Ausfederungsposition der Luftfeder
und der Fig. 5 mit der angestrebten Niveaulage wird das Steuerelement von dem
Außenrohr in Verbindung mit der zweiten Feder 73 gegen die Kraft der ersten
Feder 43 in Richtung des Abrollrohres verschoben. Die Fig. 6 zeigt in diesem Zu
sammenhang die maximale Einfederungsstellung der Luftfeder. Dabei nimmt das
Steuerelement eine Endstellung ein, bei der ein funktional zwischen dem Steuer
element 37 und der Baugruppe Abrollrohr 23 angeordneter elastischer Anschlag
79 wirksam wird.
Wie man aus der Zusammenschau der Fig. 4 bis 6 erkennt, kann die Baugruppe
Außenrohr 19 ab dem Einsatz des elastischen Anschlags 79 an der Baugruppe
Abrollrohr eine axiale Relativbewegung zum Steuerelement 37 ausführen, bei der
nur noch die zweite Feder 73 weiter vorgespannt wird. Deshalb kann das Steuer
element bezogen auf die Hublänge der Luftfeder ebenfalls sehr kurz dimensioniert
werden.
Insbesondere in der Fig. 4 ist erkennbar, dass das Steuerelement einen Axialan
schlag 81 aufweist, der eine Montageendstellung des Steuerelements 37 be
stimmt. Bei der Montage wird das Abrollrohr zusammen mit dem Steuerventil 15
und der ersten Feder 43 sowie dem Steuerelement zur Baugruppe Abrollrohr
montiert. Die erste Feder drückt dabei das Steuerelement 37 zwangsläufig aus
dem Ringraum 23a heraus. Damit die Baueinheit für den weiteren Montageablauf
handhabbar ist, bestimmt der Axialanschlag eine Montageendstellung. Im End
montagezustand, wenn die zweite Feder 73 wirksam wird, ist der Axialanschlag
außer Eingriff, da die Federrate und Federweg der zweiten Feder entsprechend
zur ersten Feder abgestimmt sind.
Die vorstehend beschriebene Problematik mit der Handhabbarkeit der Baugruppe
Abrollrohr bzgl. der Hubbegrenzung des Steuerelements stellt sich bei der Varian
te nach Fig. 2 nicht unbedingt, da die erste Feder 43 und die zweite Feder 73
jeweils an der Baugruppe Abrollrohr angreifen und damit schon eine Montage
endstellung von den beiden Federn 43 und 73 bestimmbar ist.
Claims (11)
1. Luftfeder mit einem zwischen einem Außenrohr und einem Abrollrohr ange
ordneten Rollbalg, mit mindestens einem innerhalb der Luftfeder angeordne
ten Steuerventil mit den Steuerstellungen Zuführen, Blockieren- und Abführen
von Druckluft, welches über ein ebenfalls innerhalb der Luftfeder angeordne
tes Steuerelement angesteuert wird, das an einem der beiden relativ zueinan
der beweglichen Luftfederbaugruppen Außenrohr- oder Abrollrohr angreift,
wobei das Steuerelement eine Wirklänge aufweist, die kürzer ist als die Hub
länge der Luftfeder und von einer Feder gegen eine der zueinander bewegli
chen Luftfederbaugruppen vorgespannt ist, wobei das Steuerelement relativ
zu den Luftfederbaugruppen schwimmend gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine zweite Feder (73), deren Kraftrichtung gegen die erste Feder (43)
wirksam ist, die Stellung des Steuerelements (37) mitbestimmt.
2. Luftfeder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die zweite Feder (73) an der Baugruppe Außenrohr (19) abstützt.
3. Luftfeder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Feder (73) zumindest ab Erreichen der Niveaulage in Einfede
rungsrichtung der Luftfeder (9) eine größere Federkraft aufweist als die erste
Feder (43).
4. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Feder (73) von einem Elastomer gebildet wird.
5. Luftfeder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerelement (37) mit einem Federteller (77) für die zweite Fe
der (73) ausgeführt ist.
6. Luftfeder nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass funktional zwischen dem Steuerelement (37) und der Baugruppe Abroll
rohr (23) ein elastischer Anschlag (79) angeordnet ist, der eine Endstellung
des Steuerelements (37) bestimmt.
7. Luftfeder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Zughaltemittel eine Endstellung des Steuerelements (37) gegen die
Federkraft der ersten Feder (43) bestimmt.
8. Luftfeder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zughaltemittel von einer zweiten Feder (73) gebildet wird, die als
Zugfeder ausgeführt ist und an der Baugruppe Abrollrohr (23) angreift.
9. Luftfeder nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass funktional zwischen einer Kontaktfläche (19a) der Baugruppe Außen
rohr (19) und einer. Kontaktfläche (67) des Steuerelements (37) ein An
schlagdämpfelement (75) angeordnet ist.
10. Luftfeder nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerelement (37) einen Axialanschlag (81) aufweist, der eine
Montageendstellung des Steuerelements (37) bestimmt.
11. Luftfeder nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federrate und der Federweg der zweiten Feder (73) derart abge
stimmt sind, dass im Endmontagezustand der Luftfeder (9) unabhängig von
der momentanen Hublage der Axialanschlag (81) außer Eingriff bleibt.
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