DE102006037068A1

DE102006037068A1 - Federsystem

Info

Publication number: DE102006037068A1
Application number: DE200610037068
Authority: DE
Inventors: Lutz Meyer
Original assignee: Isringhausen GmbH and Co KG
Current assignee: Isringhausen GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem Federsystem mit einem schwingenden Teil 2, mit einem feststehenden Teil 1 und einer dazwischen angeordneten Luftfeder 3, die über eine Drossel 5 mit einem Zusatzvolumen 4 verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Luftfeder 3 vollständig mit einer Flüssigkeit 7 gefüllt ist, lediglich ein Teil des Zusatzvolumens 4 mit der Flüssigkeit 7 gefüllt ist und die gesamte dazwischen angeordnete Verbindungsleitung 8 inklusive der Drossel 5 mit der Flüssigkeit 7 gefüllt ist.
Die Erfindung befasst sich auch mit einem oben beschriebenen Federsystem, bei dem die Luftfeder 3 durch einen Zylinder 11 ersetzt ist, dessen kolbenseitiges Volumen 13 mit dem Zusatzvolumen 4 verbunden ist und dessen kolbenstangenseitiges Volumen 15 über eine Durchströmöffnung 16 mit der Umgebungsluft verbunden ist.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem Federsystem mit einem schwingenden Teil, mit einem feststehenden Teil und einer dazwischen angeordneten Luftfeder, die über eine Drossel mit einem Zusatzvolumen verbunden ist.
Federsysteme werden beispielsweise in Fahrzeugsitzen in Form von Scherenlenker-Schwingsystemen eingesetzt. Hierbei ist ein feststehender Teil, der mit dem Fahrzeug verbunden ist, mit einem schwingenden Teil, der mit der Sitzfläche verbunden ist, verbunden. Wird die Sitzfläche mit einer Masse – einer Person – belastet, ergeben sich Schwingungen im Fahrbetrieb, die möglichst verhindert werden sollen, damit der Komfort für die Person erhöht wird. Fahrzeugsitze mit pneumatischen vertikalen Systemen sind zur Begrenzung der Schwingwege – insbesondere, um Resonanzverstärkung zu minimieren – mit hydraulischen Dämpfern ausgestattet. Zur Änderung der Federkennlinie derartiger Schwingsysteme werden mit der Luftfeder verbundene zusätzliche Volumina verwendet. Es ist ebenfalls bekannt, die Einsteilbarkeit der Dämpfungskräfte über eine Änderung der Strömungsöffnungen im Stoßdämpfer zu erreichen. Zur Komfortsteigerung ist es auch bekannt, das vertikale Schwingsystem in einer oder mehreren Positionen – vorzugsweise stufenlos – blockieren zu können. Dies bedeutet, dass sich ein solches System ausschalten lässt. Wenn die Blockierung unabhängig von der Höhenregelung erfolgt, kann eine solche Luftfeder während der Blockierung maximal be- oder entlastet werden, was zu technischen und sicherheitstechnischen Problemen führen kann. Ein Nachteil der bekannten Systeme ist die hohe Komplexität und entsprechende Kosten für die Realisierung einer Kombination aus den bekannten Funktionen: Automatische Gewichtseinstellung mittels pneumatischer Ventilsteuerung; einstellbare Vertikalstoßdämpfung; stufenlose vertikale Blockierung; gefahrlose Entsperrbarkeit derselben in jeder Position – sowohl unbelastet als auch unter Last.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels der die vorstehend aufgeführten Funktionen in einfacher und preiswerter Art und Weise miteinander kombiniert werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Federsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Luftfeder vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die sich darüber hinaus über eine Drossel bis in ein Zusatzvolumen ausbreitet, wird eine Dämpfung von Schwingungen des beweglichen Teils gegenüber dem feststehenden Teil bewirkt. Dies erfolgt dadurch, dass die Drossel bei der Durchströmung der Flüssigkeit wie ein Stoßdämpfer wirkt. Man hat somit in sehr einfacher Art und Weise eine Kombination einer Feder mit einem Stoßdämpfer erreicht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Luftfeder, die Verbindung zum Zusatzvolumen (insbesondere die Drossel) und ein Teil des Zusatzvolumens ständig mit ausreichend Flüssigkeit befüllt sind. In der Luftfeder und im Zusatzluftvolumen herrscht im statischen Zustand der gleiche Druck, so dass die Verbindung gefahrlos geöffnet und geschlossen werden kann.
Diese Aufgabe wird auch durch ein Federsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Der Unterschied zum vorab beschriebenen Patentanspruch 1 liegt darin, dass die Luftfeder durch einen Zylinder ersetzt wird, dessen kolbenseitiges Volumen mit dem Zusatzvolumen verbunden ist und das mit der Flüssigkeit befüllt ist. Das kolbenstangenseitige Volumen des Zylinders ist dagegen mit Luft gefüllt, die über eine Durchströmöffnung mit der Umgebungsluft verbunden ist. Dadurch werden prinzipiell dieselben Vorteile erreicht, die schon im vorstehenden Absatz für die Luftfeder beschrieben wurden. Zusätzlich lässt sich der Zylinder in beide Richtungen, also sowohl auf Zug wie auch auf Druck, blockieren und hat im blockierten Zustand nicht die Flexibilität der Luftfeder. Da durch werden Resonanzen, die bei der Verwendung einer Luftfeder in ungünstigen Bereichen auftreten können, vermieden.
Vorzugsweise ist die Durchströmöffnung als Drosselelement ausgeführt. Dadurch wird eine Luftdämpfung erreicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der nicht mit der Flüssigkeit gefüllte Teil des Zusatzvolumens mit Luft gefüllt ist und dieses Luftvolumen mit einer Niveauregulierung des schwingenden Teils verbunden ist. Dadurch kann sehr einfach eine automatische Gewichtseinstellung erreicht werden, die sich automatisch auf das Gewicht der jeweiligen Person einstellt, die sich auf einem mit dem Federsystem ausgestatteten Fahrzeugsitz befindet. Systeme zur Einstellung des Fahrergewichts bei luftgefederten Sitzen sind hinlänglich bekannt und hier nicht erfindungswesentlich, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Drossel und/oder die Durchströmöffnung einstellbar, insbesondere vollständig schließbar sind. Durch die Einstellbarkeit wird erreicht, dass die Dämpfung je nach Notwendigkeit eingestellt werden kann. Durch das vollständige Verschließen der Drossel bzw. der Durchströmöffnung ist eine stufenlose Vertikalblockierung gegeben. Wenn die Verbindung zwischen der Luftfeder und dem Zusatzvolumen nicht vollständig geschlossen wird, herrscht während eines statischen Zustandes weiterhin in der Luftfeder und im Zusatzluftvolumen der gleiche Druck. Die automatische Gewichtseinstellung ist vorzugsweise weiterhin eingeschaltet. Damit wird erreicht, dass die Blockierposition gehalten wird und ein Entriegeln jederzeit problemlos möglich ist.
Besonders vorteilhaft sind die Drossel und/oder die Durchströmöffnung mit einer Steuerungsvorrichtung oder einer Regelvorrichtung verbunden. Bei einer dermaßen ausgestalteten Drossel kann durch die bekannten Vorrichtungen je nach Anwendungsfall sowohl eine Steuerung als auch eine Regelung der Härte bzw. der Dämpfung der Luftfeder vorgenommen werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Luftfeder ein zusätzliches, von dem mit der Flüssigkeit gefüllten Raum durch eine flexible Membran abgetrenntes Volumen vorhanden ist, das mit Luft gefüllt ist. Dadurch wird eine gut arbeitende Kombination aus einer Feder und einem Dämpfer realisiert. Somit ist es möglich, hochfrequente Anregungen zu isolieren, ohne dass das inkompressible Medium in Form der Flüssigkeit verschoben werden muss. Dies bewirkt dann die in der Kombination erwünschten Dämpfungskräfte, die dazu führen, größere Amplituden bei niedrigen Frequenzen gut zu dämpfen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Luftfeder einen Federbalg aufweist, der teilweise flexibel ausgestaltet ist. Dadurch kann die Federcharakteristik des gesamten Systems beeinflusst werden. Somit ist eine Anpassung auf spezielle Einsatzfälle möglich. Allein durch die Flexibilität des Federbalges können hochfrequente Anregungen mit geringer Amplitude abgefedert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Zusatzvolumen eine Membran, vorzugsweise aus Gummi, angeordnet ist, die die Flüssigkeit von der Luft trennt. Hierdurch wird ein Mischen der Medien verhindert und auch die horizontale Einbaulage des Zusatzvolumens ermöglicht, was mehr Freiheiten bei der konstruktiven Ausgestaltung einer solchen Federung erlaubt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Federsystems mit Luftfeder und
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Federsystems mit Zylinder.
Das in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Federsystem stellt schematisch einen Fahrzeugsitz dar, der in einer Fahrerkabine angeordnet ist und auf dem eine Person sitzt. Es handelt sich hierbei um ein vom Prinzip her bekanntes Scherenlenker-Schwingsystem, das im Folgenden deswegen nur insoweit erläutert wird, wie es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nötig ist. Die prinzipielle Ausgestaltung ist dem Fachmann hinreichend bekannt.
Der Fahrzeugsitz ist mit einem feststehenden Teil 1 auf einem Kabinenboden innerhalb der Fahrerkabine eines Fahrzeugs angeordnet. Ein schwingender Teil 2 wird durch eine Sitzfläche verkörpert. Auf der Sitzfläche sitzt regelmäßig eine – nicht dargestellte – Person. Ein solches massebelastetes Federsystem bewegt sich mit dem Kabinenboden und überträgt die Bewegungen des Fahrzeugs, beispielsweise beim Durchfahren eines Schlaglochs, auf den Insassen.
Zwischen dem schwingenden Teil 2 und dem feststehenden Teil 1 ist eine Luftfeder 3 angeordnet. Die Luftfeder 3 ist über eine Leitung 8, in die eine Drossel 5 eingebaut ist, mit einem Zusatzvolumen 9 verbunden. Die Luftfeder 3 ist vollständig mit einer inkompressiblen Flüssigkeit 7 gefüllt, so dass das gesamte von einem Federbalg 10 begrenzte Volumen ausgefüllt ist. Dies gilt ebenso für die Verbindungsleitung 8, die Drossel 5 sowie einen Teil des Zusatzvolumens 9. Dadurch wird im statischen Zustand gewährleistet, dass in der Luftfeder 3 und im Zusatzvolumen 4 der gleiche Druck herrscht, so dass die Verbindung gefahrlos geöffnet und geschlossen werden kann.
Als Flüssigkeit 7 kann jede bekannte, inkompressible Flüssigkeit verwendet werden, die für hydraulische Systeme geeignet ist. Darunter fallen insbesondere alle Flüssigkeiten, die in der Öl- und der Wasserhydraulik eingesetzt werden, wie zum Beispiel Hydrauliköle und Wasser-Glykol-Emulsionen.
Die Luftfeder 3 kann sowohl direkt zwischen dem feststehenden Teil 1 und dem schwingenden Teil 2 angeordnet sein, als auch indirekt zwischen diesen beiden Teilen.
Wird der schwingende Teil 2 mit einer Masse beaufschlagt, so wird das Volumen in der Luftfeder 3 verringert und ein Teil der darin enthaltenen Flüssigkeit 7 durch die Verbindungsleitung 8 und die Drossel 5 in das Zusatzvolumen 4 gepresst. Eine stufenlose Blockierung in der Höhe des Fahrzeugsitzes – also des schwingenden Teils 2 – kann dadurch erfolgen, dass die Drossel 5 beim Erreichen der gewünschten Höhe des schwingenden Teils 2 über dem feststehenden Teil 1 vollständig geschlossen wird.
Schließt man dagegen die Verbindung innerhalb der Drossel 5 nicht vollständig, so behält man ständig den Zustand gleichen Drucks innerhalb der Luftfeder 3 sowie im Zusatzluftvolumen 4 – wie es im statischen Zustand der Fall ist – bei. Dadurch bleibt auch bei einer Blockierfunktion die automatische Gewichtseinstellung weiterhin eingeschaltet. Sowohl das Blockieren als auch das Entriegeln ist in diesem Fall jederzeit problemlos möglich. Bei einer fast vollständig geschlossenen Drossel 5 kann eine stufenlose Festlegung des schwingenden Teils 2 erfolgen.
Durch die Drossel 5 wirkt die Luftfeder 3 gleichzeitig als Stoßdämpfer.
Durch den Einbau eines Überdruckventils (nicht gezeigt) parallel zur Drossel 5 zwischen der Luftfeder 3 und dem Zusatz volumen 4 wird der Insasse auf dem Fahrzeugsitz geschützt, da eine Kraftbegrenzung gegeben ist.
Eine Kombination aus einer Feder und einem Dämpfer wird weiterhin dadurch erreicht, dass innerhalb der Luftfeder 3 ein Volumen mittels einer flexiblen Membran (nicht gezeigt) von dem mit Flüssigkeit 7 gefüllten Raum abgetrennt ist. In diesem abgetrennten Volumen ist Luft vorhanden. Hierdurch können hochfrequente Anregungen isoliert werden, ohne dass die inkompressible Flüssigkeit 7 verschoben werden muss. Gleichzeitig ist insbesondere bei großen Amplituden bei niedrigen Frequenzen eine gute Dämpfung gegeben. Eine solche zusätzliche Ausstattung ist in der Figur nicht dargestellt. Dieses durch die Membran abgegrenzte Volumen kann sich an jeder beliebigen Stelle innerhalb der Luftfeder 3 befinden.
Um eine automatische Gewichtseinstellung zu erreichen, wird der Teil des Zusatzvolumens 4, der mit Luft 9 gefüllt ist, mit einer Niveau-Regulierung 6 verbunden. Hierbei sind sämtliche bekannten Niveau-Regulierungen einsetzbar, insbesondere ein Kompressor zur Erhöhung des Luftdrucks bzw. Erniedrigung des Luftdrucks innerhalb des Zusatzvolumens 4, der von einem Ortssensor zur Erfassung der Höhe des schwingenden Teils 2 über den feststehenden Teil 1 dient.
In 2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Federsystem dargestellt. Dieses ist sehr ähnlich zu demjenigen der 1 aufgebaut, wobei gleiche oder gleich wirkende Teile mit dem selben Bezugszeichen versehen sind.
Ein Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der 2 neben der 1 liegt darin, dass keine Niveauregulierung 6 vorhanden ist. Allerdings kann auch bei der Ausgestaltung gemäß 2 eine solche Niveauregulierung 6 eingebaut werden. Diese wurde hier lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht aufgenommen.
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen besteht darin, dass die Luftfeder 3 in 1 durch einen Zylinder 11 ersetzt ist, der zwischen den fest stehendem Teil 1 und dem schwingenden Teil 2 angeordnet ist.
Der Zylinder ist mit dem fest stehenden Teil 1 verbunden. Dagegen ist der schwingende Teil 2 über eine Kolbenstange 14 mit einem Kolben 15 verbunden, der sich innerhalb des Zylinders 11 hin und her bewegen kann. Das kolbenseitige Volumen 13 ist vollständig mit der aus 1 schon bekannten Flüssigkeit 7 gefüllt und über die ebenfalls bekannte Verbindungsleitung 8 via einer Drossel 5 mit dem Zusatzvolumen 4 verbunden. Dagegen ist das kolbenstangenseitige Volumen 15 über eine Durchströmöffnung 16 mit der Umgebungsluft verbunden.
Die Wirkungsweise des Zylinders 11 entspricht derjenigen der Luftfeder 3, wie sie oben zu 1 beschrieben wurde. Es wird deswegen davon abgesehen, diese hier nochmals auszuführen. Gegenüber der Luftfeder 3 hat der Zylinder 11 jedoch den Vorteil, dass er sich in beiden Richtungen (sowohl bei Zug wie auch bei Druck des Kolbens 12) blockieren lässt. Im blockierten Zustand weißt er keine Flexibilität auf, wie dies die Luftfeder 3 tut. Dadurch wird auch bei den Sonderfällen, bei denen die Luftfeder 3 eine Resonanzfrequenz in einem ungünstigen Bereich erzeugt, diese vollständig verhindert.
Besonders günstig ist es, wenn die Durchströmöffnung 16 als ein Drosselelement ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung hat den zusätzlichen positiven Effekt der Luftdämpfung.

1: Feststehender Teil
2: Schwingender Teil
3: Luftfeder
4: Zusatzvolumen
5: Drossel
6: Niveauregulierung
7: Flüssigkeit
8: Verbindungsleitung
9: Luft
10: Federbalg
11: Zylinder
12: Kolben
13: Kolbenseitiges Volumen
14: Kolbenstange
15: Kolbenstangenseitiges Volumen
16: Durchströmöffnung

Claims

Federsystem mit einem schwingenden Teil (2), mit einem feststehenden Teil (1) und einer dazwischen angeordneten Luftfeder (3), die über eine Drossel (5) mit einem Zusatzvolumen (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder (3) vollständig mit einer Flüssigkeit (7) gefüllt ist, lediglich ein Teil des Zusatzvolumens (4) mit der Flüssigkeit (7) gefüllt ist und die gesamte dazwischen angeordnete Verbindungsleitung (8) inklusive der Drossel (5) mit der Flüssigkeit (7) gefüllt ist.
Federsystem mit einem schwingenden Teil (2), mit einem feststehenden Teil (1) und einem dazwischen angeordneten Zylinder (11), dessen kolbenseitiges Volumen (13) über eine Drossel (5) mit einem Zusatzvolumen (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte kolbenseitige Volumen (13), lediglich ein Teil des Zusatzvolumens (4) und die gesamte dazwischen angeordnete Verbindungsleitung (8) mit einer Flüssigkeit (7) gefüllt ist; das kolbenstangenseitige Volumen (15) des Zylinders (11) mit Luft gefüllt ist und über eine Durchströmöffnung (16) mit der Umgebungsluft verbunden ist.
Federsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnung (16) als ein Drosselelement ausgebildet ist.
Federsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht mit der Flüssigkeit (7) gefüllte Teil des Zusatzvolumen (4) mit Luft (9) gefüllt ist und dieses Luftvolumen mit einer Niveauregulierung (6) des schwingenden Teils (2) verbunden ist.
Federsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niveauregulierung (6) einen die Höhe des schwingenden Teil (2) zum feststehenden Teil (1) erfassenden Sensor und einen von diesem gesteuerten Kompressor umfasst.
Federsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (5) und/oder die Durchströmöffnung (16) einstellbar, insbesondere vollständig schließbar, sind.
Federsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (5) und/oder die Durchströmöffnung (16) mit einer Steuerungsvorrichtung oder einer Regelvorrichtung verbunden sind.
Federsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche mit Ausnahme der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftfeder (3) ein zusätzliches, von dem mit der Flüssigkeit (7) gefüllten Raum durch eine flexible Membran abgetrenntes Volumen vorhanden ist, das mit Luft gefüllt ist.
Federsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche mit Ausnahme der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder (3) einen Federbalg (10) aufweist, der teilweise flexibel ausgestaltet ist.
Federsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche mit Ausnahme der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusatzvolumen (4) eine Membran, vorzugsweise aus Gummi, angeordnet ist, die die Flüssigkeit (7) von der Luft (9) trennt.