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Die Erfindung betrifft eine Luftfeder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Luftfedersystem zur Federung eines Kraftfahrzeuges umfasst eine Vielzahl an Komponenten. Am Wesentlichsten sind dabei wenigstens eine tragende Luftfeder, welche von einem Verdichter mit Druckluft versorgt wird und ein Steuergerät zur Ansteuerung des Verdichtermotors und verschiedenster Ventile. In der Regel wird der Verdichter an einem frei zur Verfügung stehendem, Bauraum im Fahrzeug verbaut und über Druckleiten wird die Luftfeder mit Druckluft versorgt. Weiterhin ist die Luftfeder mittels elektronischer Signalleitungen mit dem Steuergerät verbunden, welches z.B. Schaltventile in der Luftfeder ansteuern kann. Somit resultiert aus der Verbindung von der Luftfeder mit dem Verdichter ein hoher Applikations- und Montageaufwand, wodurch sich hohe Systemkosten für das gesamte Luftfedersystem ergeben.
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Die derzeit am Markt etablierten Luftfederanwendungen für PKW sind daher auf das Premium- und das gehobene Mittelklasse Segment und vor allem auf die Fahrzeugklasse der SUVs beschränkt. Es handelt sich dabei überwiegend um volltragende Luftfedersysteme an Vorder- und Hinterachse (4-corner-Systeme). Systeme, die sich lediglich auf die beladungsrelevante Niveauregelung der Hinterachse beschränken, sind in diesem Segment weniger stark vertreten. Die Vorteile einer beladungsunabhängigen Niveauregelung kommen jedoch hauptsächlich in dem Segment der leichten Fahrzeuge der unteren Mittelklasse zur Geltung, bei denen das Verhältnis von Leergewicht zur Zuladung besonders stark abweicht (Kombinationskraftwagen). Aufgrund der hohen Systemkosten hat die Marktdurchdringung in diesen Fahrzeugklassen jedoch noch nicht stattgefunden.
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Die zwischen Fahrwerk und Fahrzeugkarosserie eingespannte Luftfeder weist einen mit Druckluft befüllbaren Rollbalg auf, welcher zwischen einem Luftfederdeckel und einem Abrollkolben befestigt ist. Im Betrieb steht der Rollbalg unter einem inneren Überdruck und rollt unter Last und bei Federbewegungen unter Bildung einer Rollfalte auf der Außenkontur des konzentrischen Luftfederkolbens ab. Eine gängige Luftfeder ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 200 388 A1 bekannt.
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Zur Luftversorgung der Luftfeder kommen als Verdichter üblicherweise 1- oder 2-stufige Verdichterkonzepte mit Hubkolben zum Einsatz. Im Verdichtergehäuse werden die Hubkolben über einen Elektromotor angetrieben und verdichten dabei Druckluft. Die verdichtete Druckluft wird anschließend über eine Trocknereinheit zu der Luftfeder geleitet. Zusätzlich befindet sich im Verdichtergehäuse eine Vielzahl von Ventilen und am Verdichtergehäuse ist ein Steuergerät angeordnet. Solch eine Verdichtereinheit ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 207 509 A1 bekannt, wobei bei diesem Verdichterkonzept die Luftfeder umständlich über Druck- und Signalleitungen mit dem Verdichter verbunden werden muss.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Luftfeder bereitzustellen, bei welcher die Druckluftzufuhr unmittelbar erfolgt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine Luftfeder für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, wobei die Luftfeder einen Luftfederdeckel und einen Luftfederkolben umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel und dem Luftfederkolben ein luftdicht eingespannter Luftfederbalg aus elastomerem Material teilweise einen mit Druckluft befüllbaren Arbeitsraum begrenzt und unter Ausbildung einer Rollfalte am Luftfederdeckel und/oder Luftfederkolben abrollt, wobei ein Luftverdichter in der Luftfeder integriert ist. Vorzugsweist ist der Luftfederbalg der Luftfeder von einer Außenführung umschlossen.
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Auf Vorteilhafterweise wird die sonst übliche externe Druckluftversorung einer Luftfeder erfindungsgemäß in diese integriert und eine funktionale Einheit bereitgestellt, welche alle notwendigen Komponenten eines Luftfedersystems in einem enthält. Damit werden die Kosten einer Hinterachsniveauregelung für einen Leichtlastkraftwagen (LLKW) erheblich reduziert. Durch die Reduzierung auf die notwendigsten Komponenten und Funktionen, muss kein Bauraum für einen externen Verdichter im Fahrzeug vorgehalten werden. Zudem reduziert sich der Montageaufwand, wodurch auch ein Nachrüsten dieses Systems mit geringem Aufwand möglich ist. In der Folge kann somit eine Hinterachsniveauregelung für LLKW zum Ausgleich hoher Zuladung bereitgestellt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Luftverdichter als wechselbare Einheit ausgeführt. Demnach ist es möglich unterschiedliche Luftverdichtereinheiten vorzusehen und gemäß den Anforderungen in die Luftfeder zu integrieren. Auch ein Austauschen bspw. einer defekten Einheit ist somit auf einfache Art und Weise ermöglicht.
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Bevorzugt ist der Luftverdichter in dem Luftfederdeckel oder in dem Luftfederkolben angeordnet. Um den Luftverdichter in der Luftfeder zu integrieren, bietet sich der im hohlzylindrischen Luftfederkolben oder Luftfederdeckel befindliche Raum an. In die Behälterform eines Luftfederkolbens oder Luftfederdeckels kann der bereits fertig zusammengebaute Luftverdichter, bspw. in Form einer Patrone, auf eine Art und Weise eingesetzt werden. Der Luftverdichter kann mittels entsprechender Fixierungen an der Innenwandung des Kolbens oder Deckels befestigt werden, wobei selbstverständlich auf eine entsprechende Druckdichtung gegenüber dem Arbeitsraum der Luftfeder zu achten ist.
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Der in der Luftfeder integrierte Luftverdichter arbeitet im offenen Luftversorgungsbetrieb, d.h. es wird Luft aus der Umgebung der Luftfeder angesaugt und in den Arbeitsraum der Luftfeder verdichtet, wobei Kolben oder Deckel entsprechende Öffnungen aufweisen. Über diese Öffnungen und den Verdichter kann auch Luft in die Umgebung abgelassen werden. Es ist auch durchaus möglich, dass der Verdichter nicht zwingend vollständig bzw. teilweise in der Luftfeder angeordnet ist. Dadurch, dass dieser teilweise aus dem Kolben herausragt wird eine bessere Wärmeabfuhr erreicht. Vorzugsweise kann die Wärmeabfuhr durch die Verwendung eines Wärmetauschers noch weiter verbessert werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Luftverdichter als ein Schwingkolbenverdichter ausgeführt. Bevorzugt umfasst der Schwingkolbenverdichter eine Kolbenstange mit einem Kolben. Weiter bevorzugt umfasst der Schwingkolbenverdichter mindestens eine Erregerspule und einen Dauermagneten. Besonders bevorzugt ist der Dauermagnet die Kolbenstange umschließend an dieser angeordnet.
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Beim Schwingkolbenverdichter führt die Kolbenstange mit Kolben eine oszillierende Bewegung aus. Diese wird durch ein wechselndes Magnetfeld in der Erregerspule erreicht, welche unter Strom versetzt wird und dadurch den Dauermagneten bewegt. Der sich zeitlich ändernde Strom in der Erregerspule erzeugt eine Induktionsspannung, mittels welcher der Dauermagnet zur Bewegung angeregt wird. Dadurch erfolgt ein Aufwärtshub der Kolbenstange mit Kolben, wodurch Luft in einem Verdichterraum verdichtet wird und anschließend in den Arbeitsraum der Luftfeder dringt. Beim Abwärtshub gelangt unverdichtete Luft aus der Umgebung über Öffnungen in den Verdichterraum des Schwingkolbenverdichters.
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Die Einheit aus Schwingkolbenverdichter kann schwingend im Kolben oder Deckel gelagert werden. Dabei kann die Anregung des Schwingkolbenverdichters in Eigenfrequenz des Schwingers (Einheit aus Kolben, Kolbenstange und Magnet) erfolgen, wodurch sich eine erhebliche Wirkungsgradsteigerung ergibt.
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Bei diesem System wird auf einen Elektromotor verzichtet und damit entfällt der Kommutator, wodurch sich die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert und zudem Verschleiß entfällt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Luftverdichter als ein Hubkolbenverdichter ausgeführt. Bevorzugt wird dabei der Hubkolbenverdichter von einem Elektromotor angetrieben.
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In einer anderen Ausführung ist der Luftverdichter als kompakter Hubkolbenverdichter ausgebildet, welcher von einem Elektromotor angetrieben ist. Dabei werden alle notwendigen Bauteile in einem Verdichtergehäuse untergebracht und in den Kolben oder Deckel eingesetzt. Wesentlich ist ein kleiner Elektromotor, welcher einen Hubkolben antreibt. Im Verdichterraum des Hubkolbenverdichters wird angesaugte Luft verdichtet und über eine Überströmungsleitung in den Arbeitsraum der Luftfeder befördet.
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Besonders bevorzugt kann der Hubkolbenverdichter dabei über ein Umlenkgetriebe oder über einen Exzenterantrieb von dem Elektromotor angetrieben werden. Die Ausführung des Hubkolbenverdichters mit einem Elektromotor getriebenen Hubkolbens ermöglicht eine hohe Gestaltungsfreiheit. So lässt sich z.B. eine zur Luftfederachse axiale Verdichtung durch ein Umlenkgetriebe realisieren. Hierbei wird der rotatorische Antrieb des Elektromotors über Kegelräder in einen linearen Hub des Kolbens umgewandelt. Eine andere Gestaltungsmöglichkeit ist es, den Hubkolben in radialer Richtung zur Luftfederachse auszurichten und über einen Exzenterantrieb den Linearhub auszuführen. Entsprechend unterschiedlichster Anforderungen an die Luftfeder kann der Verdichter schwingungstechnisch optimal ausgerichtet und ausgelegt werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Arbeitsraum der Luftfeder über ein Ventil mittels des Luftverdichters mit Druckluft befüllbar oder entleerbar. Um die im Luftverdichter verdichtete Luft entsprechend in den Arbeitsraum zu überführen und auch wieder abzulassen, ist an der Luftverdichtereinheit ein Ventil in Richtung Arbeitsraum vorgesehen. Dies kann bspw. durch ein einfaches Rückschlagventil ausgebildet sein oder aber auch als ein verschließ- und regelbares 2/2 oder 3/2-Wegeventil ausgeführt sein. Beim Schwingkolbenverdichter öffnet sich das Rückschlagventil druckabhängig vom Druck im Verdichtungsraum und beim Hubkolbenverdichter kann das 2/2 oder 3/2-Wegeventil z.B. elektronisch angesteuert werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an der Luftfeder ein Steuergerät zumindest zur Ansteuerung des Luftverdichters vorgesehen. Um den Luftverdichter anzusteuern ist ein Steuergerät notwendig, welches entweder die Magnetspulen des Schwingkolbenverdichters oder den Elektromotor des Hubkolbenverdichters ansteuert. Daher ist es vorteilhaft das Steuergerät an der Luftfeder anzuordnen. Mit dem Steuergerät wird die Luftfeder mit integriertem Luftverdichter um eine weitere essentielle Funktion zu einer eigenständigen Einheit erweitert. Es ist durchaus möglich mittels eines Steuergeräts die Ansteuerung eines weiteren Luftverdichters einer anderen Luftfeder vorzunehmen. Zusätzlich kann das Steuergerät auch das verschließ- und regelbare Ventil ansteuern.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist innerhalb oder außerhalb der Luftfeder ein Höhensensor zur Erkennung der Fahrzeughöhe angeordnet. Vorteilhafterweise bietet es sich an auch die Höhenerkennung an der Luftfeder vorzusehen. So können deren Höhensignale direkt von dem Steuergerät verarbeitet werden und in die Verdichtersteuerung einfließen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die Luftfeder mit einem Stoßdämpfer eine Luftfedereinheit. So kann die erfindungsgemäße Luftfeder auch in einer Luftfedereinheit bestehend aus der Luftfeder und einem Stoßdämpfer verwendet und an der Vorderachse eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden.
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Verwendung findet die Luftfeder in einem Fahrwerk, vorzugsweise in einem Luftfedersystem, für ein Kraftfahrzeug.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren.
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Es zeigen
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1 eine erste beispielsgemäße Luftfeder,
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2 den beispielsgemäßen Luftverdichter der 1,
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3 eine dritte beispielsgemäße Luftfeder und
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4 eine vierte beispielsgemäße Luftfeder.
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In der 1 ist eine freistehende Luftfeder 1 mit einer offenen Luftversorgung als ein einzelnes kompaktes Bauteil gezeigt. Die Luftfeder 1 besteht dabei aus einem elastomeren Luftfederbalg 2, wobei Luftfederbalg 2 mit einem Luftfederdeckel 3 und einem Luftfederkolben 4 einen luftdichten und mit Druckluft gefüllten Arbeitsraum 6 umschließt. Luftfederbalg 2 ist mit jeweiligen Spannringen 7 an Luftfederdeckel 3 und Luftfederkolben 4 druckfest eingespannt. Luftfederdeckel 3 und Luftfederkolben 4 sind mit nicht näher dargestellten gefederten und ungefederten Massen verbunden, beispielsweise ist Luftfederdeckel 3 an einer Fahrzeugkarossiere und Luftfederkolben 4 an einem Radträger befestigt.
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Arbeitsraum 6 der Luftfeder 1 ist unmittelbar mittels eines Luftverdichters 5 mit Druckluft befüllbar, wobei Luftverdichter 5 im hohlzylindrischen Luftfederkolben 4 angeordnet ist. Luftfederkolben 4 weist dabei eine Öffnung 30 als Luftzufuhr für den offen arbeitenden Luftverdichter 5 auf. D.h. Luftverdichter 5 saugt über Öffnung 30 Luft aus der Umgebung der Luftfeder 1 an und verdichtet diese in den Arbeitstraum 6. Mittels Befestigungselementen 10 ist Luftverdichter 5 schwingend im Luftfederkolben 4 gelagert bzw. aufgehangen. So ist zwischen Luftverdichter 5 und der Innenwandung des Luftferderkolbens 4 ein Bewegungsfreiraum vorgesehen, über welchen auch die Luftzufuhr des Verdichters 5 erfolgt.
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Luftverdichter 5 ist hierbei als Schwingkolbenverdichter ausgeführt, bestehend aus einem Kolben 14, einer Kolbenstange 15 mit Dauermagneten 21, welcher innerhalb eines wechselnden Magnetfelds oszillierende Bewegungen ausführt. Die Anregung des Magneten 21 erfolgt durch eine erste Erregerspule 22, welche unter Strom versetzt wird. Durch den daraus folgenden direkten Antrieb des Kolbens 14 lässt sich die Integration eines Verdichters 5 in eine Luftfeder 1 realisieren.
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Luftverdichter 5 umfasst weiter ein erstes (oberes) Verdichtergehäuseteil 11 und ein zweites (unteres) Verdichtergehäuseteil 12, wobei beide Verdichtergehäuseteile 11 und 12 hohlzylindrisch gestaltet und miteinander verbunden sind, wobei in axialer Lage zwischen ersten und zweiten Verdichtergehäuseteil 11, 12 ein ringförmiges Dichtelement 13 zur Abdichtung vorgesehen ist. Am äußeren Umfang der Verdichtergehäuseteile 11 und 12 sind Befestigungselemente 10 angeordnet um Luftverdichter 5 schwingend im Luftfederkolben 4 zu lagern. Selbstredend ist eine entsprechende Druckdichtung zwischen Verdichtergehäuse und Innenwandung des Luftfederkolbens 4 vorzusehen, damit Druckluft nicht aus dem Arbeitsraum 6 zwischen Verdichter 5 und Kolben 4 entweichen kann.
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Im Hohlzylinder des ersten Verdichtergehäuseteils 11 ist ein erstes Rückschlagventil 25 angeordnet, über welches die Druckluftbefüllung zum Arbeitsraum 6 erfolgt. Im hohlzylindrischen Raum des zweiten Verdichtergehäusteils 12 ist Kolben 14 mit Kolbenstange 15 angeordnet, wobei Kolben 14 in Richtung Rückschlagventil 25 weist und zusätzlich eine Kolbennase 19 ausweist. Am anderen Ende der Kolbenstange 15 ist diese von Dauermagneten 21 umgeben und zusätzlich ist eine Rückholfeder 27 an diesem Ende vorgesehen, wobei die gespannte Rückholfeder 27 Kolben 14 über Kolbenstange 15 nach dem Aufwärtshub zum Abwärtshub zurückholt.
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Des Weiteren ist in einer Ausnehmung des zweiten Verdichtergehäusteils 12 erste Erregerspule 22 angeordnet, wodurch Kolbenstange 15 mit Dauermagneten 21 angetrieben werden kann. Die erste Erregerspule 22 wird von einem sich zeitlich ändernen Strom durchflossen und durch die entstehende Induktionsspannung wird Dauermagnet 15 angeregt, wodurch Kolbenstange 15 mit Kolben 14 einen Aufwärtshub 14 ausführt und damit Luft verdichtet wird.
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Weiterhin verfügt das zweite Verdichtergehäuseteil 12 über einen Überströmungskanal 20 als Bypass-Leitung, welcher vom hohlzylindrischen Raum des zweiten Verdichtergehäusteils 12 sich im ersten Verdichtergehäuseteil 11 fortsetzt und im Hohlzylinder des ersten Verdicherteils 11 mündet, wo auch erstes Rückschlagventil 25 angeordnet ist.
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2 zeigt den als Schwingkolbenverdichter ausgebildeten Luftverdichter 5 der 1 in einer erweiterten Ausführungsform. Dieser setzt sich ebenfalls aus einem ersten (oberen) Verdichtergehäuseteil 11 und einem zweiten (unteren) Verdichtergehäuseteil 12 zusammen. Im Unterschied zur 1 umfasst das zweite Verdichtergehäuseteil 12 zu einem an seinem unteren Ende ein zweites (unteres) Rückschlagventil 26. Zweites Rückschlagventil 26 verschließt eine untere Öffnung des zweiten Verdichtergehäuseteils 12. Die Rückschlagventile 25 und 26 setzen sich aus einer Feder und einem Stopfen zusammen. Zum Anderen umfasst das zweite Verdichtergehäuseteil 12 im Unterschied zur 1 eine zweite Erregerspule 23 und eine Sensorspule 24.
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Oberhalb des Kolbens 14 ist ein Flatterventil 16 vorgesehen, welches mittels Befestigungselement 18 am Kolben 14 befestigt wird. Kolben 14 weist dabei als Durchgangsbohrungen mehrere Kolbenöffnungen 17 auf, welche durch das Flatterventil 16 verschlossen oder geöffnet werden können. An Kolbenstange 15 ist ebenso Dauermagnet 21 angeordnet und mittels der Erregerspulen 22 und 23 wird Dauermagnet 21 in Bewegung versetzt. Diese Bewegung führt zu einem Aufwärts- und Abwärtshub der Kolbenstange 15 mit Kolben 14. Zur Luftzuführ weist das zweite Verdichtergehäuseteil 12 eine seitliche Öffnung 29 auf, wodurch Luft in einen Kolbenraum 28 gelangen kann.
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Der Verdichterbetrieb des Luftverdichters 5 kann auf folgende Weise erfolgen. Der Kolben 14 befindet sich in seiner Ausgangsposition am unteren Totpunkt UT. Über die Öffnung 29 ist Luft als Arbeitsmedium um Kolbenraum 28 vorhanden. Für den Aufwärtshub wird der Dauermagnet 21 durch die erste Erregerspule 22 in eine Aufwärtsbewegung versetzt und durch die zweite Erregerspule 23 kann diese Bewegung fortgesetzt werden. Die oberhalb des Kolbens 14 befindliche Luft im Kolbenraum 28 wird durch den von Erregerspulen 22 und 23 mit Dauermagnet 21 initiierten Aufwärtshub durch Kolben 14 verdichtet. Dabei schließt Flatterventil 16 die Kolbenöffnungen 17 ab. Sobald der Druck im Kolbenraum 28 den Gegendruck des ersten Rückschlagventils 25 übersteigt, öffnet sich dieses und die verdichtete Luft kann in den Arbeitsraum der Luftfeder befördert werden. Gleichzeitig strömt unverdichtete Luft über Öffnung 29 in Kolbenraum 28.
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Für den Abwärtshub wird Dauermagnet 21 wieder durch die Erregerspulen 22 und 23 vom oberen Totpunkt OT aus in eine Abwärtsbewegung versetzt. Dabei öffnet sich Flatterventil 16 und über Kolbenöffnungen 17 kann Luft in Kolbenraum 28 oberhalb des Kolbens 14 gelangen.
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Die Bewegung des Dauermagneten 21 erfolgt druckabhängig. Da sich der Hub des Dauermagneten 21 und damit des Kolbens 14 bei konstant starker Anregung durch das Magnetfeld bei steigendem Gegendruck verringert und sich damit der Schadraum oberhalb des Kolbens vergrößern würde, erfolgt die Anregung des Dauermagenten 21 wegabhängig, damit dies nicht zu einer geringeren Förderleistung des Verdichters 5 führt. Außerdem wird ein Anschlagen des Kolbens 14 an den Totpunkten (Oberer Totpunkt, Unterer Totpunkt) verhindert. Hierzu wird ein Wegsensor in Form mindestens einer Sensorspule 24 vorgesehen, welche die Position oder Bewegung des Kolbens 14 bzw. der Kolbenstange 15 mit Dauermagnet 21 erfasst. Durch den bewegten Magneten 21 wird eine Spannung induziert, wobei die Größe der induzierten Spannung direkte Rückschlüsse auf die Position und die Geschwindigkeit des Kolbens 14 zulässt und damit sich auch indirekt der Druck im Arbeitsraum 6 der Luftfeder 1 bestimmen lässt.
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Durch eine entsprechende Programmierung eines Mikrocontrollers wird der Erregerstrom beispielsgemäß geschwindigkeitsabhängig kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes OT reduziert oder abgeschaltet, so dass Kolben 14 aufgrund seiner Trägheit bis zum oberen Totpunkt OT weiterschwingt ohne jedoch am Zylinderkopf, welcher durch das erste Verdichterteil 11 ausgebildet ist, anzuschlagen und so den Schadraum zu minimieren. Anschließend erfolgt eine Umsteuerung der Erregerspulen 22 und 23, wodurch der Schwinger (Einheit aus Kolben 14, Kolbenstange 15 und Dauermagnet 21) in Richtung unterer Totpunkt UT bewegt wird. Gleichzeitig wird das Ansaugen von Luft durch das Flatterventil 16 am Kolben 14 ermöglicht.
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Ein entsprechend notwendiges Steuergerät kann dezentral außerhalb der Luftfeder 1 verbaut werden und somit einen oder mehrere integrierte Verdichter in weiteren Luftfedern ansteuern. Es ist aber auch möglich ein Steuergerät in jede Luftfeder zu integrieren, sodass jeder Verdichter einer Luftfeder einzeln angesteuert werden kann. Somit steht eine eigenständige Luftfeder zur Verfügung, welche als funktionelle Einheit einen Verdichter und ein Steuergerät umfasst. Hierdurch reduziert sich die Montage des Luftfedersystems auf das Einsetzen der Luftfedern in die Federaufnahmen bzw. das Fahrwerk, sowie das Herstellen einer elektrischen Verbindung zum Fahrzeug. Als Eingangssignale für das Steuergerät können die Signale der überwiegend serienmäßig verbauten Höhensensoren der Leuchtweitenregulierung, sowie die Signale der Kolbensensoren verwendet werden.
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Zusätzlich zum Betrieb als Verdichter kann der Schwinger den unteren Totpunkt UT anfahren, wodurch ein überstehender Teil der Kolbenstange 14 das untere Rückschlagventil 26 öffnet, welches ein Entlüften der Luftfeder 1 bzw. des Arbeitstraums 6 ermöglicht. Dadurch kann ein zusätzliches Magnetventil zum Entlüften entfallen.
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Es ist möglich die Verdichtereinheit 5 auch in den Luftfederdeckel einer Luftfeder als schwingend gelagerte Patrone zu integrieren. Die Anregung des Schwingkolbenverdichters erfolgt in der Eigenfrequenz des Schwingers, wodurch sich erhebliche Wirkungsgradsteigerungen ergeben.
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Die 3 zeigt Luftfeder 1 mit dem integrierten Luftverdichter 5, wobei dieser als Hubkolbenverdichter 33 ausgebildet ist. Dabei werden die Verdichterkomponenten in einem Verdichtergehäuse 37 untergebracht, welches auf einfache Art und Weise als komplettes Bauteil, z.B. in Form einer Patrone, in Luftfederkolben 4 eingesetzt werden kann. Auch hierbei versteht es sich im Bereich der Patrone und der Innenwandung des Luftferkolben 4 eine Druckdichtung vorzusehen.
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Im Verdichtergehäuse 37 sitzt ein Elektromotor 31, welcher über ein Umlenkgetriebe 32 den Hubkolbenverdichter 33 antreibt. Mittels zweier Kegelräder des Umlenkgetriebes 33 wird der rotatorische Antrieb des Elektromotors 31 in einen Linearhub des Hubkolbenverdichters 33 umgewandelt. In der gezeigten beispielhaften Anordnung, findet eine zur Luftfederachse axiale Verdichtung statt. Von Hubkolbenverdichter 33 aus führt eine Überströmungsleitung 36 zum Arbeitsraum 6 der Luftfeder 1. Zwischen Überströmungsleitung 36 und Arbeitsraum 6 wird ein verschließ- und regelbares Ventil 34 vorgesehen, z.B. ein 3/2-Wegeventil. So kann Ventil 34 unterschiedliche Schaltstellungen zum Verschließen, zum Befüllen und zum Ablassen von Luft einnehmen.
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An dem Verdichtergehäuse 37 ist eine Öffnung 30 zur Atmosphäre vorgesehen, um Luft aus der Umgebung der Luftfeder 1 in das Innere des Verdichtergehäuses 37 anzusaugen. Über den Raum des Umlenkgetriebes 32 gelangt Luft in den Hubkolbenverdichter 33. Die vom Hubkolbenverdichter 33 verdichtete Druckluft wird über die Überströmungsleitung 36 und Ventil 34 in den Arbeitsraum 6 befördert.
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Hubkolbenverdichter 33 umfasst nachfolgende Bestandteile. Im Detail erfolgt die Ansaugung über einen Kolbenschaft, welcher mit Öffnung 30 verbunden ist und ein Kolben mit Flatterventil verdichtet beim Aufwärtshub die angesaugte Luft. Durch das Flatterventil wird der Verdichtungsraum oberhalb des Kolbens von dem Saugraum getrennt. Bei der Kolbenabwärtsbewegung dichtet ein Rückschlagventil im Zylinderkopf ab, damit die verdichtete Druckluft nicht entweichen kann. Es ist ebenfalls möglich auch direkt im Zylinderkopf Ein- und Auslassventile vorzusehen.
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Nach der 4 wird der Luftverdichter 5 ebenfalls als Hubkolbenverdichter 33 ausgeführt, welcher allerdings über einen Exzenterantrieb 35 von Elektromotor 31 angetrieben wird. Auch hierbei sitzen die Verdichterkomponenten in einem Verdichtergehäuse 37, welches auf einfache Art und Weise als komplettes Bauteil, z.B. in Form einer Patrone, in Luftfederkolben 4 eingesetzt werden kann. Ebenso gilt es im Bereich der Patrone und der Innenwandung des Luftferkolbens 4 eine Druckdichtung vorzusehen.
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In dem Verdichtergehäuse 37 sitzt ein Elektromotor 31, welcher über Exzenterantrieb 35 den Hubkolbenverdichter 33 antreibt. Der Linearkolben des Hubkolbenverdichters 33 wird dabei direkt vom Elektromotor 31 angetrieben. In der gezeigten beispielshaften Anordnung findet eine Verdichtung in radialer Richtung zur Luftfederachse statt.
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Von Hubkolbenverdichter 33 aus führt ebenfalls eine Überströmungsleitung 36 zum Arbeitsraum 6 der Luftfeder 1, wobei dazwischen ein verschließ- und regelbares Ventil 34 vorgesehen ist.
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An dem Verdichtergehäuse 37 ist eine Öffnung 30 zur Atmosphäre vorgesehen, um Luft aus der Umgebung der Luftfeder 1 in das Innere des Verdichtergehäuses 37 zum Hubkolbenverdichter 33 anzusaugen, welcher verdichtete Druckluft über die Überströmungsleitung 36 und Ventil 34 in Arbeitsraum 6 befördert.
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Hubkolbenverdichter 33 umfasst ebenso folgende Bestandteile. Im Detail erfolgt die Ansaugung über einen Kolbenschaft, welcher mit Öffnung 30 verbunden ist und ein Kolben mit Flatterventil verdichtet beim Aufwärtshub die angesaugte Luft. Durch das Flatterventil wird der Verdichtungsraum oberhalb des Kolbens von dem Saugraum getrennt. Bei der Kolbenabwärtsbewegung dichtet ein Rückschlagventil im Zylinderkopf ab, damit die verdichtete Druckluft nicht entweichen kann. Es ist ebenfalls möglich auch direkt im Zylinderkopf Ein- und Auslassventile vorzusehen.
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Der Aufbau als Elektromotorgetriebener Hubkolben 33 ermöglicht eine hohe Gestaltungsfreiheit des Bauraums in dem Luftfederkolben 4 oder Luftfederdeckel 3. So ist die Einbaulage des Hubkolbens 33 frei wählbar und die Saug- und Druckleitungen können durch entsprechende Kanäle oder Verbindungselemente im Luftfederdeckel 3 oder Luftfederkolben 4 realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfeder
- 2
- Luftfederbalg
- 3
- Luftfederdeckel
- 4
- Luftfederkolben
- 5
- Luftverdichter
- 6
- Arbeitsraum
- 7
- Spannring
- 8
- Abrollfläche
- 9
- Rollfalte
- 10
- Befestigungselement
- 11
- erstes Verdichtergehäuseteil
- 12
- zweites Verdichtergehäuseteil
- 13
- Dichtelement
- 14
- Kolben
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Flatterventil
- 17
- Kolbenöffnungen
- 18
- Befestigungselement
- 19
- Kolbennase
- 20
- Überströmkanal
- 21
- Dauermagnet
- 22
- erste Erregerspule
- 23
- zweite Erregerspule
- 24
- Sensorspule
- 25
- erstes Rückschlagventil
- 26
- zweites Rückschlagventil
- 27
- Rückholfeder
- 28
- Verdichterraum
- 29
- Öffnung
- 30
- Öffnung
- 31
- Elektromotor
- 32
- Umlenkgetriebe
- 33
- Hubkolben
- 34
- Ventil
- 35
- Exzenterantrieb
- 36
- Überströmungsleitung
- 37
- Verdichtergehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012200388 A1 [0004]
- DE 102014207509 A1 [0005]
