DE102015216956B4 - Luftfeder für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Luftfeder für ein Kraftfahrzeug mit einem mit unter Druck stehendem Gas gefüllten Rollbalg (6), dessen eines Ende mit einer kappenartigen Lastaufnahme (5, 5') verbunden und dessen anderes Ende an einem Abrollkolben (7, 7', 7") befestigt ist, wobei die Lastaufnahme (5, 5') und der Abrollkolben (7, 7', 7") abhängig von einer die Lastaufnahme (5, 5') zum Abrollkolben (7, 7', 7") hin beaufschlagenden Kraft relativ zueinander bewegbar sind und mit einer innerhalb des Rollbalgs (6) angeordneten Sensoreinrichtung (16, 16', 16"), durch die der Abstand zwischen der Lastaufnahme (5, 5') und dem Abrollkolben (7, 7', 7") erfassbar und ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugbar ist, wobei an der Lastaufnahme (5, 5') ein sich in Richtung zum Abrollkolben (7, 7', 7") erstreckendes Druckstück (14') angeordnet ist, durch dessen dem Abrollkolben (7, 7', 7") zugewandter Endbereich ein Sensorkörper direkt oder indirekt entlang einer Sensorbahn (15') der Sensoreinrichtung (16, 16', 16") bewegbar antreibbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (16, 16', 16") ein der Position des Sensorkörpers auf der Sensorbahn (15') entsprechendes elektrisches Signal erzeugt und wobei die Sensorbahn eine sich kreisförmig erstreckende Sensorbahn (15') ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (14') verdrehgesichert ist und an seinem dem Abrollkolben (7"), zugewandter Endbereich ein Schloss (21) mit einer zum Druckstück (14') sich axial erstreckenden Schlossöffnung aufweist, in die eine axial ortsfeste, um eine Drehachse drehbar gelagerte Welle (22) gleichen Querschnitts ragt, die einen sich über die Länge der Welle (22) erstreckenden Wendelgang (23) aufweist, wobei von dem dem Druckstück (14') entfernten Ende der Welle (22) der Sensorkörper entlang der kreisförmigen Sensorbahn (15') bewegbar antreibbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen, mit einem mit unter Druck stehendem Gas gefüllten Rollbalg, dessen eines Ende mit einer kappenartigen Lastaufnahme verbunden und dessen anderes Ende an einem Abrollkolben befestigt ist, wobei die Lastaufnahme und der Abrollkolben abhängig von einer die Lastaufnahme zum Abrollkolben hin beaufschlagenden Kraft relativ zueinander bewegbar sind und mit einer innerhalb des Rollbalgs angeordneten Sensoreinrichtung, durch die der Abstand zwischen der Lastaufnahme und dem Abrollkolben erfassbar und ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugbar ist.
  • Derartige Luftfedern werden u.a. zur Federhauslagerung des Kraftfahrzeugs verwandt und sind erheblichen Kräften durch die Bewegungen des Fahrerhauses während des Fahrbetriebs ausgesetzt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen kostengünstigen und einfachen Aufbau geringer Defektanfälligkeit insbesondere aufgrund der darauf einwirkenden Fahrbetriebskräfte aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an der Lastaufnahme ein sich in Richtung zum Abrollkolben erstreckendes Druckstück angeordnet ist, durch dessen dem Abrollkolben zugewandter Endbereich ein Sensorkörper direkt oder indirekt entlang einer Sensorbahn der Sensoreinrichtung bewegbar antreibbar ist, wobei die Sensoreinrichtung ein der Position des Sensorkörpers auf der Sensorbahn entsprechendes elektrisches Signal erzeugt.
  • Diese Ausbildung weist im Wesentlichen einen einfachen mechanischen Aufbau auf, der weitgehend unempfindlich gegen ihn beaufschlagende Fahrbetriebskräfte ist. Dadurch ist er im Erheblichen defektunanfällig.
  • Zur Defektunanfälligkeit trägt weiter bei, dass die Sensoreinrichtung innerhalb des Rollbalgs angeordnet und so gegen äußere Einflüsse wie Verschmutzung und Nässe geschützt ist.
  • Je nach den vorhandenen Einbauraumverhältnissen kann die Sensorbahn eine sich linear erstreckende oder eine sich kreisförmig erstreckende Sensorbahn sein.
  • Grundsätzlich kann jeder geeignete Sensor für die Sensoreinrichtung angewandt werden.
  • Zur Vermeidung von mechanischem Verschleiß ist die Sensoreinrichtung vorzugsweise eine berührungslos erfassende Sensoreinrichtung.
  • Vorteilhaft kann dabei die Sensoreinrichtung eine magneto-induktive Sensoreinrichtung sein.
  • Dazu kann der Sensorkörper einen oder mehrere LC-Schwingkreise aufweisen und die Sensorbahn zwei Leiterbahnen tragen, von denen sich eine sinusförmig und die andere cosinusförmig entlang der Sensorbahn erstrecken.
  • Zur Umwandlung der zu erfassenden translatorischen Bewegung in eine Drehbewegung kann in einer anderen Ausführungsform das Druckstück verdrehgesichert sein und an seinem dem Abrollkolben zugewandter Endbereich ein Schloss mit einer zum Druckstück sich axial erstreckenden Schlossöffnung aufweisen, in die eine axial ortsfeste, um eine Drehachse drehbar gelagerte Welle gleichen Querschnitts ragt, die einen sich über die Länge der Welle erstreckenden Wendelgang aufweist, wobei von dem dem Druckstück entfernten Ende der Welle der Sensorkörper entlang der kreisförmigen Sensorbahn bewegbar antreibbar ist.
  • Damit kann der erforderliche Bauraum für die Sensoreinrichtung gering gehalten werden.
  • Dabei kann die Sensorbahn konzentrisch zur Drehachse der Welle auf einem Sensorbahnträger angeordnet und der Sensorkörper an dem dem Druckstück entfernten Ende der Welle angeordnet sein.
  • Um die Sensorbahn an eine von dem Druckstück entfernte Stelle positionieren zu können und/oder die Druckstückbewegung über- oder untersetzen zu können, kann aber auch von dem dem Druckstück entfernten Ende der Welle der Sensorkörper über ein Getriebe entlang der kreisförmigen Sensorbahn bewegbar antreibbar sein.
  • Ist dabei das Getriebe ein Winkelgetriebe und der Sensorkörper um eine zur Drehachse der Welle um einen Winkel geneigte Schwenkachse schwenkbar, so kann die Sensorbahn seitlich zum Druckstück angeordnet sein, wodurch die Baulänge der Luftfeder reduziert wird.
  • Eine sichere Bewegungsübertragung erfolgt dabei dadurch, dass das Getriebe ein Zahnradgetriebe ist.
  • Um Messfehler aufgrund von Zahnspiel im Zahnradgetriebe zu vermeiden kann das Abtriebsrad des Zahnradgetriebes in eine Drehrichtung mit einer Federkraft beaufschlagt sein, die geringer ist als die zum Drehantrieb des Zahnradgetriebes erforderliche Kraft.
  • Das von der Sensoreinrichtung erzeugte Signal kann für die verschiedensten Regelungen und Steuerungen verwendet werden, für die eine Information über den Abstand zwischen der Lastaufnahme und dem Abrollkolben benötigt wird.
  • Vorzugsweise ist das elektrische Signal einer Ansteuerelektronik zuführbar und von der Ansteuerelektronik ein Einlass- und/oder Auslassventil zum Innenraum des Rollbalgs ansteuerbar, wodurch unabhängig von der Belastung der Lastaufnahme ein konstanter Abstand zwischen der Lastaufnahme und dem Abrollkolben regelbar ist.
  • Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die Luftfeder ein Bauteil einer Fahrerhauslagerung eines Kraftfahrzeugs ist, so dass unabhängig von den Bewegungen des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs das Fahrerhaus weitgehend in ruhiger Lage gehalten wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • 1 ein Luftfederaggregat mit einem Schwingungsdämpfer und einer Luftfeder ohne Sensoreinrichtung im Längsschnitt
    • 2 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels von Abrollkolben, Lastaufnahme und Sensoreinrichtung einer Luftfeder entsprechend 1
    • 3 eine perspektivische Ansicht von Lastaufnahme und Sensoreinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels nach 2
    • 4 eine Frontansicht der Sensoreinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels nach 2 in maximal ausgefahrener Stellung
    • 5 eine Frontansicht der Sensoreinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels nach 2 in maximal eingefahrener Stellung
    • 6 eine Seitenansicht der Sensoreinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels nach 2 in maximal eingefahrener Stellung
    • 7 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels von Abrollkolben und Sensoreinrichtung mit Sensor einer Luftfeder
    • 8 eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels nach 7 von Abrollkolben und Sensoreinrichtung mit Zahnradgetriebe der Sensoreinrichtung einer Luftfeder
    • 9 eine perspektivische Ansicht der Sensoreinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels nach 7 mit Zahnradgetriebe der Sensoreinrichtung
    • 10 eine Seitenansicht mit Teilschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels von Abrollkolben und Sensoreinrichtung einer Luftfeder entsprechend 1
    • 11 eine perspektivische Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels einer Sensoreinrichtung einer Luftfeder entsprechend 1.
  • Das Luftfederaggregat in 1 besteht aus einer Luftfeder 1 und einem zu der Luftfeder 1 konzentrisch angeordneten Schwingungsdämpfer 2. Die Luftfeder 1 ist über einen Versorgungsanschluss 3 mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbunden, wobei ein Steuerventil 4 zwischengeschaltet ist.
  • Die Luftfeder 1 weist eine kappenartige Lastaufnahme 5 auf, an welcher das eine Ende eines Rollbalges 6 befestigt ist, während das andere Ende des Rollbalges 6 an einem Abrollkolben 7 befestigt ist.
  • Der Abrollkolben 7 weist eine durchgehende konzentrische Ausnehmung auf, in die ein Behälterrohr 8 des Schwingungsdämpfers 2 dicht eingesetzt ist.
  • Der Innenraum 9 des Rollbalgs 6 ist mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt.
  • Eine Kolbenstange 10 des Schwingungsdämpfers 2 ragt durch den Innenraum 9 des Rollbalgs 6 und ist mit ihrem freien Endbereich mit der Lastaufnahme tragend verbunden. Das freie Ende der Kolbenstange 10 ragt aus dem Innenraum 9 heraus und weist ein Befestigungselement 11 auf.
  • Das Steuerventil 4 ist im Innenraum 9 des Rollbalgs 6 an dem Abrollkolben 7 befestigt, wobei eine Druckluftzuführleitung 12 und eine Abführleitung 13 im Abrollkolben 7 zwischen dem Steuerventil 4 und dem Versorgungsanschluss 3 ausgebildet sind.
  • Die in den 2 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiele von Sensoreinrichtungen 16, 16', 16" sind dazu vorgesehen, zwischen der Lastaufnahme 5, 5' und dem Abrollkolben 7, 7', 7" angeordnet zu werden.
  • Das in den 2 bis 6 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt ein mit seinem einen Ende an einer Lastaufnahme 5' befestigtes und sich zu einem Abrollkolben 7' hin erstreckendes Druckstück 14, das in einer an dem Abrollkolben 7' befestigten und zur Lastaufnahme 5' gerichteten Sensorbahn 15 einer Sensoreinrichtung 16 linear zum Abrollkolben 7' hin verschiebbar geführt ist.
  • Die Sensoreinrichtung 16 ist eine magneto-induktive Sensoreinrichtung und weist an dem dem Abrollkolben 7' zugewandten Endbereich des Druckstücks 14 nebeneinander zwei LC-Schwingkreise 17 auf, die bei einer Relativbewegung von Lastaufnahme 5' und Abrollkolben 7' entlang zweier nicht dargestellter, auf der Sensorbahn 15 angeordneter Leiterbahnen bewegbar sind, von denen eine sinusförmig und die andere cosinusförmig sich entlang der Sensorbahn 15 erstrecken.
  • Eine Auswertung der Position der LC-Schwingkreise 17 auf der Sensorbahn 15 erfolgt in einer Auswerteelektronik 18, von der entsprechende elektrische Signale Steckerpins 19 einer Kontaktsteckerbuchse 20 zugeleitet werden.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung 16' ist in den 7 bis 9 und ein drittes Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung 16" ist in den 10 und 11 dargestellt.
  • Bei den Sensoreinrichtungen 16' und 16" ist ein mit seinem einen Ende verdrehgesichert an einer nicht dargestelleten Lastaufnahme befestigbares und sich zu einem Abrollkolben 7" hin erstreckendes Druckstück 14' vorhanden, das das in einer an dem Abrollkolben 7" befestigten und zur Lastaufnahme gerichteten Führung 29 der Sensoreinrichtungen 16' und 16" linear zum Abrollkolben 7" hin verschiebbar geführt ist.
  • An dem dem Abrollkolben zugewandten Endbereich des Druckstücks 14' ist ein Schloss 21 mit einer zum Druckstück sich axial erstreckenden Schlossöffnung angeordnet, in die eine an dem Abrollkolben 7" drehbar gelagerte Welle 22 gleichen Querschnitts ragt, welche einen Wendelgang 23 aufweist. Der Wendelgang 23 erstreckt sich über die Länge der Welle 22.
  • Eine Relativbewegung von Lastaufnahme und Abrollkolben 7" führt dazu, dass die Welle 22 eine Drehbewegung um ihre Längsachse ausführt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Sensoreinrichtung 16', die in den 7 bis 9 dargestellt ist, ist an dem dem Abrollkolben 7" zugewandten Ende der Welle 22 ein Eingangszahnrad 24 eines Winkelgetriebes 25 angeordnet, das in ein Abtriebsrad 26 des Winkelgetriebes 25 eingreift.
  • Von einer Abgangswelle 27 des Abtriebsrades 26 ist ein nicht dargestellter Sensorkörper entlang einer kreisförmig sich erstreckenden Sensorbahn 15' bewegbar.
  • Durch die Bewegung des Sensorkörpers entlang der Sensorbahn 15' ist ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugbar und den Steckerpins einer Kontaktsteckerbuchse 20' zugeleitbar.
  • Damit das Zahnspiel zwischen dem Eingangszahnrad 24 und dem Abtriebsrad 26 kompensiert wird, ist das Abtriebsrad 26 in eine Drehrichtung von einer Druckfeder 30 beaufschlagt, deren Kraft geringer ist als die zum Drehantrieb des Winkelgetriebes 25 erforderliche Kraft.
  • Wie in den 7 und 8 dargestellt, kann die gesamte Sensoreinrichtung innerhalb des Abrollkolbens 7" untergebracht sein. Das Gehäuse des Abrollkolbens 7" kann dabei stellenweise radial nach aussen verformt werden, um mehr Bauraum für die Sensoreinrichtung innerhalb des Abrollkolbens 7" zu schaffen. Der derartig verformte Abrollkolben weist dann eine Ausbuchtung 31 auf, wie es in den 7 und 8 gezeigt wurde.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 10 und 11 ist unmittelbar an dem dem Abrollkolben 7" zugewandten Ende der Welle 22 ein einen Sensorkörper bildender Dauermagnet 28 angeordnet, der sich entlang einer nicht dargestellten sich kreisförmig erstreckenden Sensorbahn bewegt.
  • Durch die Bewegung des Dauermagneten 28 entlang der Sensorbahn ist ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugbar und den Steckerpins einer Kontaktsteckerbuchse 20" zugeleitbar.
  • Der Dauermagnet 28 kann, wie in den 10 und 11 dargestellt, koaxial zu der Längsachse der Welle 22 angeordnet sein und sich zusammen mit der Welle 22 um deren Längsachse verdrehen, wenn die Welle 22 aufgrund der Relativbewegung der Lastaufnahme eine Drehbewegung um ihre Längsachse ausführt.
  • Ein Sensor 32 kann an der Kontaktsteckerbuchse 20" angrenzend angebracht sein, wobei der Sensor 32 derart ausgestaltet sein kann, dass dieser den Rotationswinkel des Dauermagneten 28 erkennt und ein entsprechendes elektrisches Signal zumindest mittelbar erzeugt und an die Steckerpins einer Kontaktsteckerbuchse 20" leitet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Luftfeder
    2
    Schwingungsdämpfer
    3
    Versorgungsanschluss
    4
    Steuerventil
    5
    Lastaufnahme
    5'
    Lastaufnahme
    6
    Rollbalg
    7
    Abrollkolben
    7'
    Abrollkolben
    7"
    Abrollkolben
    8
    Behälterrohr
    9
    Innenraum
    10
    Kolbenstange
    11
    Befestigungselement
    12
    Druckluftzuführleitung
    13
    Abführleitung
    14
    Druckstück
    14'
    Druckstück
    15
    Sensorbahn
    15'
    Sensorbahn
    16
    Sensoreinrichtung
    16'
    Sensoreinrichtung
    16"
    Sensoreinrichtung
    17
    Schwingkreise
    18
    Auswerteelektronik
    19
    Steckerpins
    20
    Kontaktsteckerbuchse
    20'
    Kontaktsteckerbuchse
    20"
    Kontaktsteckerbuchse
    21
    Schloss
    22
    Welle
    23
    Wendelgang
    24
    Eingangszahnrad
    25
    Winkelgetriebe
    26
    Abtriebsrad
    27
    Abgangswelle
    28
    Dauermagnet
    29
    Führung
    30
    Druckfeder
    31
    Ausbuchtung
    32
    Sensor

Claims (12)

  1. Luftfeder für ein Kraftfahrzeug mit einem mit unter Druck stehendem Gas gefüllten Rollbalg (6), dessen eines Ende mit einer kappenartigen Lastaufnahme (5, 5') verbunden und dessen anderes Ende an einem Abrollkolben (7, 7', 7") befestigt ist, wobei die Lastaufnahme (5, 5') und der Abrollkolben (7, 7', 7") abhängig von einer die Lastaufnahme (5, 5') zum Abrollkolben (7, 7', 7") hin beaufschlagenden Kraft relativ zueinander bewegbar sind und mit einer innerhalb des Rollbalgs (6) angeordneten Sensoreinrichtung (16, 16', 16"), durch die der Abstand zwischen der Lastaufnahme (5, 5') und dem Abrollkolben (7, 7', 7") erfassbar und ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugbar ist, wobei an der Lastaufnahme (5, 5') ein sich in Richtung zum Abrollkolben (7, 7', 7") erstreckendes Druckstück (14') angeordnet ist, durch dessen dem Abrollkolben (7, 7', 7") zugewandter Endbereich ein Sensorkörper direkt oder indirekt entlang einer Sensorbahn (15') der Sensoreinrichtung (16, 16', 16") bewegbar antreibbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (16, 16', 16") ein der Position des Sensorkörpers auf der Sensorbahn (15') entsprechendes elektrisches Signal erzeugt und wobei die Sensorbahn eine sich kreisförmig erstreckende Sensorbahn (15') ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (14') verdrehgesichert ist und an seinem dem Abrollkolben (7"), zugewandter Endbereich ein Schloss (21) mit einer zum Druckstück (14') sich axial erstreckenden Schlossöffnung aufweist, in die eine axial ortsfeste, um eine Drehachse drehbar gelagerte Welle (22) gleichen Querschnitts ragt, die einen sich über die Länge der Welle (22) erstreckenden Wendelgang (23) aufweist, wobei von dem dem Druckstück (14') entfernten Ende der Welle (22) der Sensorkörper entlang der kreisförmigen Sensorbahn (15') bewegbar antreibbar ist.
  2. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung eine berührungslos erfassende Sensoreinrichtung (16, 16', 16") ist.
  3. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (16) eine magneto-induktive Sensoreinrichtung (16) ist.
  4. Luftfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkörper einen oder mehrere LC-Schwingkreise (17) aufweist und die Sensorbahn (15') zwei Leiterbahnen trägt, von denen sich eine sinusförmig und die andere cosinusförmig entlang der Sensorbahn (15') erstreckt.
  5. Luftfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorbahn (15') konzentrisch zur Drehachse der Welle (22) auf einem Sensorbahnträger angeordnet und der Sensorkörper an dem, von dem Druckstück (14') entfernten Ende der Welle (22) angeordnet ist.
  6. Luftfeder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass von dem dem Druckstück (14') entfernten Ende der Welle (22) der Sensorkörper über ein Getriebe entlang der kreisförmigen Sensorbahn (15') bewegbar antreibbar ist.
  7. Luftfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Winkelgetriebe (25) ist und der Sensorkörper um eine zur Drehachse der Welle (22) um einen Winkel geneigte Schwenkachse schwenkbar ist.
  8. Luftfeder nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Zahnradgetriebe ist.
  9. Luftfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (26) des Zahnradgetriebes in eine Drehrichtung mit einer Federkraft beaufschlagt ist, die geringer ist als die zum Drehantrieb des Zahnradgetriebes erforderliche Kraft.
  10. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal einer Ansteuerelektronik (18) zuführbar ist und von der Ansteuerelektronik (18) ein Einlass- und/oder Auslassventil (4) zum Innenraum (9) des Rollbalgs (6) ansteuerbar ist.
  11. Luftfeder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (18) und/oder Einlass- und/oder Auslassventil (4) in oder an dem Abrollkolben (7) angeordnet ist.
  12. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder ein Bauteil einer Fahrerhauslagerung eines Kraftfahrzeugs ist.
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