-
Die Erfindung betrifft ein Federbein mit veränderlicher Federrate gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Aus der
DE 10 2014 207 055 A1 ist ein Federbein bekannt, dessen Tragfeder sich auf einem axial verstellbaren Federteller abstützt. Über die Axialverstellung kann die Tragkraft der Tragfeder verstellt werden. Funktional in Reihe zur mechanischen Tragfeder ist noch eine hydropneumatische Feder wirksam, die von einem Gasraum innerhalb eines Schwingungsdämpfers gebildet wird. Durch Zu- oder Abführen von Druckmedium kann das Druckniveau innerhalb der hydropneumatischen Feder verändert werden.
-
Mittels mehrerer Schaltventile in Kombination mit einer Druckmittelversorgung können die Niveaulage und die Gesamtfederrate der Tragkraftfedern eingestellt werden. Dafür ist allerdings auch nennenswerter Regelungsaufwand notwendig, insbesondere wenn man eine konstante Gesamtfederrate für eine Federkennlinie erreichen will. Beim Federn verändert sich der Druck im Gasraum, folglich ändert sich auch die Federrate der hydropneumatischen Feder und damit der Gesamtfederrate.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Federbein zu realisieren, das innerhalb einer wählbaren Federcharakteristik eine konstante Federrate aufweist.
-
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die mindestens eine weitere Tragfeder in ihrer Wirkung blockierbar ist.
-
Der große Vorteil der Erfindung liegt in der Einfachheit der Komponenten. Allein durch die gezielte Abschaltung einer einzelnen Feder wird eine veränderte Tragkraftkennlinie erreicht.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die mindestens eine weitere Tragfeder als eine Schraubenfeder ausgeführt. Dadurch lässt sich innerhalb einer vorgewählten Tragkraftkennlinie eine konstante Federratencharakteristik erreichen. Bei einer pneumatischen Feder wäre diese Eigenschaft aufgrund der Abhängigkeit der Federrate vom Betriebsdrucks nicht so einfach möglich.
-
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die weitere Tragfeder mit einem Stellzylinder parallel geschaltet, der blockierbar. Folglich muss die Tragfeder keine besonderen Spezifikationen aufweisen.
-
Im Hinblick auf eine kompakte Gesamtanordnung hüllt der Stellzylinder die weitere Tragfeder ein. Der Stellzylinder schützt die weitere Tragfeder gegen Umwelteinflüsse, aber bei Bedarf auch gegen Ausknickung, so dass eine große konstruktive Freiheit bei der Auslegung der weiteren Tragfeder vorliegt.
-
Die Blockfunktion kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem der Stellzylinder mit einem Druckmedium zumindest teilgefüllt ist, wobei mindestens ein Arbeitsmittelanschluss blockierbar ist.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Stellzylinder einen verschiebbaren Trennkolben aufweist, der ein Druckmediumvolumen zur Verstellung des verstellbaren Federtellers von der weiteren Tragfeder trennt. Diese Maßnahme fördert die getrennte Einstellbarkeit der weiteren Tragfeder im Verhältnis zur ersten Tragfeder.
-
Um auch extreme Fahrzustände meistern zu können, weist der zweite Stellzylinder einen Anschlag für den Trennkolben auf, der einen Vorspannungszustand der weiteren Feder definiert. Dadurch wird verhindert, dass bei einer voreingestellten Federrate und Niveaulage des Federbeins und einer plötzlichen Ausfahrbewegung des Federbeins ein Nachführen des Trennkolbens auftritt, was wiederum die Niveaulage und die Gesamtfederrate ggf. nachteilig beeinflussen würde.
-
Um den Aufwand hinsichtlich Anzahl und Komplexität einer Ventilanordnung möglicht gering zu halten ist vorgesehen, dass der Anschlag in Verbindung mit dem Trennkolben ein Abflussblockierventil für den zweiten Stellzylinder bildet.
-
Im Hinblick auf eine rasche Verstellbarkeit des Federbeins ist der zweite Stellzylinder als ein doppeltwirkender Stellzylinder mit mindestens zwei separaten Arbeitsmediumanschlüssen zur Verstellung des Trennkolbens ausgeführt. Der Stellzylinder kann aktiv eine definierte Position einnehmen, sodass z. B. reibungsbedingte Hystereseeinflüsse minimiert sind.
-
Im Hinblick auf einen einfachen Gesamtaufbau des Federbeins ist der erste Federtellers über einen hydraulischen Aktuator verstellbar, wobei der Stellzylinder und der Akttuator an einer gemeinsamen Druckmittelversorgung angeschlossen sind.
-
Der Stellzylinder für die weitere Tragfeder ist in einem zu einem Hubzylinder für den ersten Federteller getrennten Gehäuseteil ausgeführt. Dadurch ergeben sich größere Freiheiten bei der Auslegung der weiteren Tragfeder, aber auch hinsichtlich der Gesamtanordnung der Komponenten des Federbeins.
-
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
- 1 Schaltbild für ein verstellbares Federbein;
- 2 Konstruktion zu 1;
- 3 geänderte Schaltstellung zu 1
- 4 Konstruktion zu 3;
- 5-7 Varianten zur Anordnung der Komponenten.
-
Die 1 und 2 zeigen ein Federbein 1, wobei die 1 das Schaltbild für die Konstruktion nach 2 darstellt. Das Federbein 1 umfasst einen ersten Stellzylinder 3, der mit einem axial verstellbaren Federteller 5 für eine erste Tragfeder 7 zusammenwirkt. In dieser konkreten Ausführung bildet der Federteller 5 einen Kolben für den Stellzylinder 3.
-
Der Stellzylinder (3) wird über eine Druckmittelversorgungseinrichtung (9) mit einem Druckmedium versorgt. Die Druckmittelversorgungseinrichtung (9) umfasst eine Antriebseinrichtung 11 für eine Pumpe 13 und einen Speicher 15, aus dem die Pumpe 13 fördert und der aus dem Stellzylinder 3 abfließendes Druckmedium aufnimmt.
-
Funktional zwischen der Druckmittelversorgungseinrichtung 11 und dem Stellzylinder 3 ist eine erste Ventileinrichtung 17 angeordnet, über die willkürlich der Zustrom und der Abfluss von Druckmedium aus dem Stellzylinder 3 beeinflusst werden kann. Die Ventileinrichtung 17 ist hier beispielhaft als ein 3/3-Wegeventil ausgeführt und mit einer Rechnereinheit 19 verbunden.
-
Räumlich parallel, aber funktional in Reihe zu ersten Tragfeder 7 verfügt das Federbein 1 über eine zweite Tragfeder 21, die über einen zweiten Stellzylinder 23 in ihrer Tragkraft veränderbar ist. Die zweite Tragfeder 21 ist der ersten Tragfeder 7 funktional in Reihe geschaltet, weil eine erste Leitung 25 den ersten Stellzylinder 3 mit dem zweiten Stellzylinder 23 verbindet und in Abhängigkeit der Schaltstellung der Ventileinrichtung 17 das aus dem ersten Stellzylinder 3 verdrängte Druckmediumvolumen in den zweiten Stellzylinder 23 verdrängt wird und damit ein verschiebbarer Trennkolben 27 gegen die Kraft der zweiten Tragfeder 21 verschiebbar ist.
-
Der zweite Stellzylinder 23 ist als ein doppeltwirkender Stellzylinder ausgeführt und weist mindestens zwei separate Druckmediumanschlüsse 29; 31 zur Verstellung des Trennkolbens 27 auf. Der zweite Stellzylinder 23 ist abgesehen von dem Volumen der zweiten Tragfeder 21 innerhalb des Stellzylinders 23 und des Trennkolbens 27 stets vollständig mit Druckmedium gefüllt. Zwar verschiebt sich der Trennkolben 27 gegen die zweite Tragfeder 21, jedoch wird das über eine zweite Leitung 35 aus einem Tragfederraum 33 verdrängte Druckmedium entweder über die Druckmittelversorgungseinrichtung 9 in Verbindung mit der ersten Ventileinrichtung 17 oder über die Verdrängerbewegung aus dem ersten Stellzylinder 3 nachgefüllt.
-
Über eine zweite Ventileinrichtung 37, die baugleich zur ersten Ventileinrichtung 17 ausgeführt sein kann, in Verbindung mit der Druckmittelversorgungseinrichtung 9 kann der Tragfederraum 33 individuell gefüllt oder entleer werden.
-
Der zweite Stellzylinder 23 verfügt für das Druckmedium über den Druckmediumanschluss 29, der unabhängig von den Ventileinrichtungen 17; 37 blockierbar ist. Grundsätzlich könnte man den Druckmediumanschluss 29 blockieren, indem man den Tragfederraum blockiert. Bei einer Entlastung des ersten Stellzylinders kann dann jedoch in Grenzen das Druckmediumvolumen aus dem zweiten Stellzylinder unter Einfluss der zweiten Tragfeder 21 in Richtung des ersten Stellzylinders 3 verschoben werden. Dieser Effekt kann jedoch auch unerwünscht sein. Um diese Charakteristik beeinflussen zu können ist vorgesehen, dass der zweite Stellzylinder 23 für den Trennkolben 27 ein Anschlag 39 aufweist, der einen Vorspannungszustand der zweiten Tragfeder 21 definiert. Der Anschlag 39 in Verbindung mit dem Druckmediumanschluss 29 bildet ein Abflussblockierventil für den zweiten Stellzylinder 23.
-
Die 1 zeigt das Federbein nach 2 in einer weichen Tragfederkrafteinstellung. Dabei nimmt die erste Ventileinrichtung eine Schaltstellung „b“ ein, bei der erste Stellzylinder 3 von der Druckmittelversorgungseinrichtung 9 getrennt ist. Auch der zweite Stellzylinder 21 kann kein Druckmediumvolumen ausgehend von der Druckmittelversorgungseinrichtung 9 aufnehmen. Die zweite Ventileinrichtung 37 befindet sich in einer Schaltstellung „c“, bei der die Leitung 35 zwischen dem Tragfederraum 33 und der zweiten Ventileinrichtung 37 geöffnet ist. Folglich kann bei entsprechender Belastung der Tragfeder 21 über die Trennkolbenbewegung Druckmedium aus dem Tragfederraum 33 in den Speicher gefördert werden.
-
Bei einer Federbewegung der ersten Tragfeder 7 wird über das Druckmediumvolumen auch die zweite Tragfeder 21 belastet. Die Lastübertragung erfolgt über das Druckmediumvolumen in der ersten Leitung 25. Durch die Reihenschaltung der beiden Federn 7; 21 ergibt sich eine Federrate, die kleiner ist als die kleinere Federrate der beiden Tragfedern 7; 21.
-
Damit bildet der Stellzylinder 23 zusammen mit dem Federteller und den Druckmediumanschlüssen einen hydraulischen Aktuator, der an der gemeinsamen Druckmittelversorgungseinrichtung 9 angeschlossen ist.
-
Die
2 zeigt eine konzeptionelle Darstellung des Federbeins. Koaxial zu einem Schwingungsdämpfer
41, der über ein spezielles Dämpfventil
43 auch verstellbar sein kann, beispielhaft sei hier die
DE 198 22 448 A1 genannt, ist der erste Stellzylinder
3 außenseitig an einem Behälter
45 des Schwingungsdämpfers
41 fixiert. Der zweite Stellzylinder
23 ist radial zum ersten Stellzylinder
3 als eigenständiges Gehäuse
47 angeordnet. Zwischen dem ersten und dem zweiten Stellzylinder besteht vorteilhafterweise nur die Leitung
25. Folglich ist es auch sehr einfach den zweiten Stellzylinder
23 zum ersten Stellzylinder
3 zu positionieren.
-
Wie weiter aus der 2 ersichtlich ist, ist das Gehäuse 47 des zweiten Stellzylinders 23 innenseitig gestuft ausgeführt, wobei eine Stufe den besagten Anschlag 39 bildet. Die erste Leitung 25 erstreckt sich quer durch den zweiten Stellzylinder 23 und verbindet den ersten Stellzylinder 3 mit der Druckmittelversorgungseinrichtung 9, die hier ebenfalls nur schematisch dargestellt ist. Leitung 35 zwischen dem Tragfederraum 33 und der Druckmittelversorgungseinrichtung 9 ist offen, so dass der Trennkolben 27 axial gegen die Kraft der zweiten Tragfeder 21 verschiebbar ist.
-
Die 3 und 4 zeigen dasselbe Federbein bzw. das dasselbe Ersatzschaubild bei einer harten Federraten-Kennlinie. Ausgehend von der 1 wird die zweite Ventileinrichtung 37 in die Schaltstellung „a“ bewegt. Dadurch wird der Tragfederraum 33 über die Druckmittelversorgungseinrichtung 9 mit Druckmedium gefüllt, wodurch sich der Trennkolben 27 in eine Endlage bewegt, die durch den Anschlag 39 bestimmt wird. Danach nimmt die zweite Ventileinrichtung 37 wieder die Schaltstellung „b“ ein. Dadurch ist jede weitere Trennkolbenbewegung blockiert. Funktional ist der zweite Stellzylinder 23 außer Kraft gesetzt.
-
In einem weiteren Schritt wird die erste Ventileinrichtung 17 in die Schaltstellung „a“ bewegt. Dadurch wird zwar der Trennkolben 27 beaufschlagt, jedoch ist die druckbeaufschlagte Vorderseite kleiner als die druckbeaufschlagte Rückseite, so dass keine Trennkolbenbewegung einsetzt. Infolge der Druckmediumzufuhr in die erste Leitung 25 wird der Federteller 5 gegen die erste Tragfeder 7 im ersten Stellzylinder 3 angehoben, so dass die Vorspannung auf die erste Tragfeder 7 steigt. In diesem Betriebszustand wird die gesamte Tragkraft ausschließlich von der ersten Tragfeder 7 bereitgestellt.
-
Ist die gewünschte Vorspannung der ersten Tragfeder 7 erreicht, dann kann die erste Ventileinrichtung 17 die Schaltstellung „b“ einnehmen, so dass kein Energieeinsatz seitens der Druckmittelversorgungseinrichtung 9 zu leisten ist.
-
Soll z. B. aufgrund einer Reduzierung der Belastung auf das Federbein eine weichere Federraten-Kennlinie eingestellt werden, dann werden beide Ventileinrichtungen 17; 37 in Schaltstellung „c“ geschaltet. Das Druckmedium kann über die erste Leitung 25 und die zweite Leitung 35 wieder in den Speicher 15 zurückfließen.
-
Mit den 5 bis 7 sollen verschiedene Varianten der Anordnung von Federbein 1, zweiter Stellzylinder 23 und Druckmittelversorgungseinrichtung 9 gezeigt werden. In der 5 sind die Druckmittelversorgungseinrichtung 9 und der zweite Stellzylinder 23 starr miteinander verbunden, wobei eine ggf. flexible Schlauchverbindung die erste Leitung 25 zum ersten Stellzylinder 3 bildet.
-
Alternativ können auch alle drei Komponenten erster Stellzylinder-zweiter Stellzylinder Druckmittelversorgungseinrichtung, zu einer festverbundenen Einheit zusammengefasst sein.
-
Neben der achsparallelen Anordnung nach 6 soll mit der 7 beispielhaft gezeigt werden, dass der zweite Stellzylinder 23 und die Druckmittelversorgungseinrichtung 9 räumlich auch axial in Reihe angeordnet sein können. Dazu wird ein Hüllgehäuse 49 eingesetzt, dass die beiden Komponenten 23; 9 und die internen Strömungswege 25; 35 bereitstellt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Federbein
- 3
- erster Stellzylinder
- 5
- Federteller
- 7
- erste Tragfeder
- 9
- Druckmittelversorgungseinrichtung
- 11
- Antriebseinrichtung
- 13
- Pumpe
- 15
- Speicher
- 17
- erste Ventileinrichtung
- 19
- Rechnereinheit
- 21
- zweite Tragfeder
- 23
- zweiter Stellzylinder
- 25
- erste Leitung
- 27
- Trennkolben
- 29
- Druckmediumanschluss
- 31
- Druckmediumanschluss
- 33
- Tragfederraum
- 35
- zweite Leitung
- 37
- zweite Ventileinrichtung
- 39
- Anschlag
- 41
- Schwingungsdämpfer
- 43
- Dämpfventil
- 45
- Behälter
- 47
- Gehäuse
- 49
- Hüllgehäuse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014207055 A1 [0002]
- DE 19822448 A1 [0029]
