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Die Erfindung betrifft eine Luftfeder mit interner Ventilansteuerung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 56 483 B ist eine Luftfeder mit interner Ventilansteuerung bekannt, bei der eine Hebeleinrichtung eingesetzt wird, um eine Federungsbewegung der Luftfeder in eine Verstellbewegung für eine Ventileinrichtung umzusetzen. Die Ventileinrichtung umfasst ein Druckluftzufuhrventil und ein Druckluftablassventil, die je nach Ausgestaltung der Hebeleinrichtung über eine gemeinsame Hebeleinrichtung,
2 der
DE 10 56 483 B oder über getrennte Hebeleinrichtung
3 angesteuert werden. Dadurch lässt sich zwischen den beiden Druckluftventilen eine Zwangssteuerung erreichen.
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Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Hebeleinrichtungen über die Wand des Luftfederbalgs angesteuert werden. Dafür ist ein Verbindungsglied der Ventileinrichtung mit der Innenwandung des Luftfederbalgs verbunden. Die Verbindung muss Zug- und Druckkräfte übernehmen, da der Luftfederbalg bei einer Kompression der Luftfeder eine radiale Aufweitung und bei einer Streckung eine radiale Kontraktion ausführt. Eine derartige Verbindung ist sehr schwer herstellbar und sicherlich nicht über die Betriebszeit der Luftfeder dauerfest. Des Weiteren wird offensichtlich davon ausgegangen, dass sich jede Falte des Luftfederbalgs gleichmäßig verformt. Diese Bedingung muss jedoch in der Realität nicht erfüllt werden, so dass Prinzip bedingt eine Fehlfunktion auftritt.
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Die Hebeleinrichtung umfasst einen Schwenkhebel mit einem Schwenklager. Endseitig verfügt der Schwenkhebel über ein Anschlusslager zu der Wand des Luftfederbalgs und über ein Drehgelenk zu einem Hebel.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass die radiale Dehnung des Luftfederbalgs deutlich kleiner ist als der mögliche axiale Federweg der Luftfeder. Folglich findet eine Untersetzung des Verstellwegs des Verbindungsglieds statt. Diese Untersetzung ist sicherlich vorteilhaft bei der Ausgestaltung der Ventileinrichtung, verschlechtert jedoch die Genauigkeit der Schaltpunkte, sodass die Einhaltung eines vorbestimmten Niveaus bei einem Fahrzeugaufbau deutlich schwieriger wird.
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Die
DE 10 2013 106 703 A1 offenbart eine Luftfeder mit in den Balg integrierter Niveaumesseinrichtung. Ein Winkelsensor verfügt über eine mechanische Kopplung, um den Abstand zwischen einem Deckel und einem Kolben der Luftfeder zu bestimmen.
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Die
DE 10 2011 108 249 A1 betrifft ebenfalls eine Luftfeder mit einem Steuerventil, wobei das Steuerventil über einen Hebel innerhalb eines Federraums der Luftfeder betätigt wird. Das Steuerventil ist zentral am Deckel der Luftfeder befestigt. Folglich kann diese Bauform einer Luftfeder nicht als ein Federbein mit einem zentralen Schwingungsdämpfer verwendet werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ventilansteuerung zu realisieren, bei der die Problematik der Montage behoben ist.
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Die Aufgabe wird durch die Luftfederanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der Vorteil besteht darin, dass der Luftfederbalg nicht mehr Teil der Mechanik der Ventilansteuerung ist. Der Schwenkhebel ist über das Schwenklager an der einen Komponente befestigt und muss im Bereich des Anschlusslagers nur noch mit der anderen Komponente verbunden werden.
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Bei einer Ausführungsform ist der Schwenkhebel als ein zweiseitiger Hebel ausgeführt. Der Begriff zweiseitiger Hebel ist derart zu verstehen, dass sich ein erster Abschnitt zwischen dem Schwenklager und dem Anschlusslager zu der Komponente und ein zweiter Abschnitt zwischen dem Schwenklager und der Ventileinrichtung erstrecken, wobei ein Abschnitt bezogen auf das Schwenklager gegenüber zum anderen Abschnitt verläuft.
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Wenn ein besonders großes Hebelverhältnis gewünscht wird, kann man vorsehen, dass der Schwenkhebel als ein einseitiger Hebel ausgeführt ist. Dann befinden sich beide Abschnitte auf derselben Seite bezogen auf das Schwenklager.
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Damit der Schwenkhebel nur einen begrenzten Schwenkwinkel ausführen muss, ist das Anschlusslager als eine Schubkurbellagerung ausgeführt. Wenn die Ventileinrichtung eine bestimmte Maximalstellung, z. B. maximal geschlossen oder maximal geöffnet, eingenommen hat, dann kann die Komponente noch einen weiteren Arbeitsweg ausführen, der dann nicht mehr von dem Schwenkhebel auf die Ventileinrichtung übertragen wird.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch weist die Schubkurbellagerung mindestens eine Rückstellfeder auf. Diese mindestens eine Rückstellfeder sorgt für eine definierte Betriebsposition des Anschlusslagers zur Ventileinrichtung.
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Man kann vorsehen, dass das Stützteil von einem die Luftfeder durchdringenden Kolben-Zylinderaggregat gehalten wird. Das Kolben-Zylinderaggregat lässt sich besonders einfach einsetzen, wenn der Schwenkhebel exzentrisch angeordnet ist und ein zentraler Freiraum für das Kolben-Zylinderaggregat zur Verfügung steht.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt.
- 1 Gesamtdarstellung der Luftfederanordnung
- 2 - 4 Schaltpositionen der Ventileinrichtung von 1
- 5 Draufsicht des Schwenkhebels
- 6 Betätigungseinrichtung mit einseitigem Schwenkhebel
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Die 1 zeigt eine vereinfachte Gesamtdarstellung einer Luftfederanordnung 1, mit einer Luftfeder 3, die in diesem Ausführungsbeispiel mit einem an sich bekannten Kolben-Zylinderaggregat in der Bauform eines Schwingungsdämpfers 5 beliebiger Bauform kombiniert ist. In diesem Fall trägt der Schwingungsdämpfer 5 mit seiner Kolbenstange 7 und mit seinem äußeren Zylinder 9 die Luftfeder.
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Die Luftfeder 3 umfasst einen luftgefüllten Federraum 11, der radial von einem Balg 13 begrenzt wird. Alternativ kann der Federraum auch in einem starren Zylinder in Verbindung mit einem teleskopischen Verdränger ausgeführt sein. Eine Kappe 15 der Luftfeder 3 ist mit der Kolbenstange 7 und ein Stützteil 17 mit dem äußeren Zylinder 9 verbunden.
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Über eine Betätigungseinrichtung 19 mit einem Schwenkhebel 20 wird in Abhängigkeit einer Niveaulage der Luftfeder, d. h. dem Abstand zwischen zwei Anschlussorganen 21; 23 der Luftfeder 3, eine Ventileinrichtung 25 angesteuert. In der 1 sind die maximalen Winkelstellungen und die mittlere Winkelstellung bei einer definierten Niveaulage der Luftfeder 3 dargestellt. Die Luftfeder 3 wird bevorzugt zwischen einer Fahrzeugkabine und einem Unterbau eingesetzt. Grundsätzlich wäre auch eine Anwendung als Teil eines Fahrwerks möglich.
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Der Schwenkhebel 20 weist in der definierten Niveaulage beispielhaft eine horizontale Lage auf und ein Schwenklager 22 des Schwenkhebels 20 ist an einer der Komponenten, Kappe 15 oder Stützteil 17 befestigt. In diesem Beispiel ist das Schwenklager 20 über einen Lagerbock 24 mit dem Stützteil 17 verbunden. Der Schwenkhebel 22 verfügt über zwei Anschlusslager 26; 28. Ein Anschlusslager 26 ist mit der anderen der beiden Komponenten, in diesem Fall der Kappe 15 und ein zweites Anschlusslager 28 ist mit der Ventileinrichtung 25 zumindest mittelbar verbunden. In diesem Fall wird eine Übertragungsstange 30 eingesetzt.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Schwenkhebel 20 als ein zweiseitiger Hebel ausgeführt. Ein erster Hebelabschnitt 32 erstreckt sich vom ersten Anschlusslager 26 bis zum Schwenklager 22 und ein zweiter Hebelabschnitt 34 auf der dem ersten Hebelabschnitt 32 gegenüberliegenden Seite liegt zwischen dem zweiten Anschlusslager 26 und dem Schwenklager 22 ein zweiter Hebelabschnitt 34 vor. Das Anschlusslager 26 zur Kappe ist als eine Schubkurbellagerung ausgeführt und umfasst ein kardanisches Gelenk, das in einer Axialführung 38 in Arbeitsrichtung der Luftfeder 3 und des Schwingungsdämpfers 5 verschiebbar ist. Die Axialführung 38 ist Bestandteil eines Gelenkgehäuses 40, dessen Rohrabschnitt 42 innenseitig eine Führungsbahn bildet. Endseitige Böden 44; 46 des Gelenkgehäuses 40 stützen Rückstellfedern 48; 50 ab, so dass sich das kardanische Gelenk 26 gegen die Kraft der Rückstellfedern 48; 50 relativ zur Kappe 15 verschieben kann.
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Der Schwenkhebel 20 und die Ventileinrichtung 25 sind exzentrisch zu der Kappe 15 und dem Stützteil 17 angeordnet und schaffen damit einen Freiraum für die Durchführung der Kolbenstange 7 durch den Federraum 11.
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Bei Bedarf kann der Schwenkhebel 20 auch mit einer radialen Ausformung zur Bildung des zentralen Freiraums 36 innerhalb des Federraums ausgeführt sein. (5)
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Die Ventileinrichtung 25 umfasst zumindest ein Druckluftzufuhrventil 29 und ein Druckluftablassventil 31, die beide in einem gemeinsamen Gehäuse 33 ausgeführt ist. Das Gehäuse 33 kann z. B. in oder an dem Stützteil 17 befestigt sein. Alternativ wäre auch eine Anordnung im Bereich der Kappe 15 denkbar und die Betätigungseinrichtung 19 wäre dann z. B. am äußeren Zylinder 9 oder am Stützteil 17 kraftübertragend gelagert.
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In der 2 ist die Ventileinrichtung 25 gemäß der 1 vergrößert und in der Niveaulage der Luftfeder dargestellt. Sowohl das Druckluftzufuhrventil 29 wie auch das Druckluftablassventil 31 sind als Sitzventile ausgeführt. Beide Ventile 29; 31 verfügen über separate Sitzventilkörper 35; 37, die mit zugeordneten Ventilsitzflächen 39; 41 zusammenwirken. Der Sitzventilkörper des Druckluftablassventils 31 bildet mit seiner Stirnfläche die Ventilsitzfläche 41 für den Sitzventilkörper 37 des Druckluftzufuhrventils 29. Beide Ventile 29; 31 sind auf einer gemeinsamen Gehäuseachse 43 angeordnet, sodass für die Sitzventilkörper 35; 37 rotationssymmetrische Bauteile verwendet werden können.
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Eine Trennwand 45 bildet mit einer in Richtung des Druckluftablassventils 31 weisenden Seite die Ventilsitzfläche 39 für das Druckluftablassventil 31. In der Trennwand 45 ist eine zylindrische Führungsbahn 47 für den Ventilsitzkörper 35 des Druckluftablassventils 31 ausgeführt, wobei der Ventilsitzkörper 35 die Trennwand 45 in jeder seiner möglichen Hublagen zumindest bis zum der Ventilsitzfläche 39 gegenüberliegenden Ende der Führungsbahn 47 durchdringt. In der Führungsbahn 47 ist seine gesamte Länge mindestens ein Strömungskanal 49, z. B. in der Form einer Längsnut, eingearbeitet.
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Der Ventilsitzkörper 35 des Druckluftablassventils 31 verfügt über einen rohrförmigen Grundkörper mit einem umlaufenden Flansch 51, an dem sich eine Schließfeder 53 abstützt, die den Ventilsitzkörper 35 auf die Ventilsitzfläche 39 vorspannt. In einer gehäuseseitigen Führungshülse 55 ist der Ventilsitzkörper 35 gelagert und zu einem Abluftsammelraum 57 als Teil des Gehäuses abgedichtet. Ein Kanal 58 im Ventilsitzkörper 35 verbindet einen Zufuhranschluss 59 am Gehäuse 33 mit der stirnseitigen Ventilsitzfläche 41. Der Abluftsammelraum 57 ist an einen Ablassanschluss 61 angeschlossen, wobei das Druckluftablassventil 31 konzentrisch zum Abluftsammelraum 57 angeordnet ist. Folglich lassen sich beide Anschlüsse 59; 61, zum einen für die Druckluft und zum anderen für einen Schalldämpfer, platzsparend am Gehäuse 33 versehen.
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Der Sitzventilkörper 37 des Druckzufuhrventils 29 verfügt über einen elastischen Verformungsbereich 63, der dafür sorgt, dass auf einem Hubweg der Luftfeder 3 beide Ventile 29; 31 gleichzeitig eine Schließstellung einnehmen. Grundsätzlich könnte man diese Betriebsposition auch mit einer alternativen Konstruktion realisieren, doch diese Bauform vereinfacht den Bauaufwand. Der Sitzventilkörper 37 ist zweigeteilt ausgeführt, wobei zwei Ventilkörperteile 37A; 37B relativ zueinander verschiebbar gelagert sind. Die beiden Ventilkörperteile 37A; 37B verfügen über eine topfartige Grundform und können teleskopisch ineinander geschoben werden. Zwischen Böden 65; 67 der Ventilkörperteile 37A; 37B ist eine Vorspannfeder 69 angeordnet, die die beiden Ventilkörperteile 37A; 37B zueinander positioniert. Ein Anschlag, z. B. in der Bauform eines Sicherungsrings, verhindert ein Auseinanderfallen des Sitzventilkörpers 37. An dem in Richtung des Luftfederraums 11 weisenden Ende des Sitzventilkörpers 37 greift die Betätigungseinrichtung 19 an.
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Der Sitzventilkörper 37 des Druckluftzufuhrventils 29 ist in einem zweiten schachtartigen Sammelraum 71 des Gehäuses 33 geführt, wobei auch dort eine Führungsbahn 73 eine Strömungsanbindung an den Federraum 11 aufweist. Beispielhaft kann die Strömungsanbindung von einem engen Ringspalt zwischen der Führungsbahn 73 und dem Sitzventilkörper 37 gebildet werden.
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Grundsätzlich können die Sitzventile 29; 31 auch noch eine progressive Volumenstromcharakteristik aufweisen, beispielsweise indem das Ventilkörperteil 37B einen Drosselfortsatz aufweist, der in den Kanal 58 des Sitzventilkörpers 35 des Druckluftzufuhrventils 29 eingreift oder die Trennwand 45 ist in Richtung des Sammelraums 71 mit einem Absatz ausgeführt, so dass erst ab einem gewissen Hubweg ein Ringspalt zwischen dem Absatz und dem Ventilkörperteil 37B als Drosselkanal überwunden ist.
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In der 2 sind beide Sitzventile 29; 31 geschlossen. Die Schließfeder 53 hält den Sitzventilkörper 35 gegen die Ventilsitzfläche 39 der Trennwand 45: Der andere Sitzventilkörper 37 wird von der Betätigungseinrichtung 19 gegen die Stirnfläche 41 des Sitzventilkörpers 35 gedrückt. Dabei kompensiert die Vorspannfeder 69 eine beschränkte Arbeitsbewegung der Luftfeder 3 und lässt die beiden Ventilkörperteile 37A; 37B eine entsprechende Relativbewegung zueinander ausführen. Damit wird eine gewisse Schaltberuhigung erreicht, wenn die Luftfeder um die definierte Soll-Niveaulage eine wechselnde Hubbewegung ausführt.
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In der 3 hat die Luftfeder 3 die Soll-Niveaulage überschritten, so dass die Betätigungseinrichtung 19 den Sitzventilkörper 37 gegen den Sitzventilkörpers 35 des Druckluftablassventils 31 drückt und dieser von der Ventilsitzfläche 39 an der Trennwand 45 abhebt. Dadurch kann Druckluft aus dem Federraum 11 über den Sammelraum 71 entlang der Führungsbahn 47 durch die Trennwand 45 in den Abluftsammelraum 57 und weiter zum Ablassanschluss 61 strömen. Dabei reduziert sich der Abstand der beiden Ventilkörperteile 37A; 37B des Ablassventils 31.
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Die 4 beschreibt den Betriebszustand, bei dem die Luftfeder 3 eine Hublage unterhalb der definierten Niveaulage eingenommen hat. Dabei bleibt der Sitzventilkörper 35 an der Ventilsitzfläche 37 der Trennwand 45 vorgespannt, während der Sitzventilkörper 37 von der Ventilsitzfläche des nun ortsfesten Sitzventilkörpers 41 abhebt. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Federraum 11 und dem Kanal 58 innerhalb des Sitzventilkörpers 35 des Druckluftzufuhrventils freigegeben und es kann Druckluft in den Federraum 11 einströmen.
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Mit der 6 soll gezeigt werden, dass der Schwenkhebel 20 der Betätigungseinrichtung 19 auch als ein sogenannter einseitiger Hebel ausgeführt sein kann. Beide Anschlusslager 26; 28 sind bezogen auf das Schwenklager 22 auf derselben Seite des Schwenkhebels 20 ausgeführt. Folglich ändern sich im Vergleich zur Ausführung nach 1 auch die Längenverhältnisse der Hebelabschnitte 32; 34. Im Vergleich zur 1 wird das Übersetzungsverhältnisse zwischen Hubweg der Luftfeder 3 und Stellweg des Schwenkhebels 20 nochmals vergrößert.
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Des Weiteren liegen im Vergleich zur Ausführung nach 1 genau gegenläufige Wege für die Ventilansteuerung vor. Bei einer Einfederungsbewegung der Luftfeder 3 wird in der 1 das obere der Ventile geöffnet, so dass das Ventil 29 das Druckluftzufuhrventil bildet. In der 6 wird bei derselben Betriebsbewegung das untere Ventil 31 geöffnet. Deshalb wären bei einer Ausführung gemäß der 6 im Vergleich zur 1 nicht die Ventile 29; 31 auszutauschen, sondern lediglich die Anschlüsse 59; 61.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfederanordnung
- 3
- Luftfeder
- 5
- Schwingungsdämpfer
- 7
- Kolbenstange
- 9
- äußerer Zylinder
- 11
- Federraum
- 13
- Balg
- 15
- Kappe
- 17
- Stützteil
- 19
- Betätigungseinrichtung
- 20
- Schwenkhebel
- 21
- Anschlussorgan
- 22
- Schwenklager
- 23
- Anschlussorgan
- 24
- Lagerbock
- 25
- Ventileinrichtung
- 26
- Anschlusslager
- 28
- Anschlusslager
- 29
- Druckluftzufuhrventil
- 30
- Übertragungsstange
- 31
- Druckluftablassventil
- 32
- erster Hebelabschnitt
- 33
- Gehäuse
- 34
- zweiter Hebelabschnitt
- 35
- Sitzventilkörper
- 36
- Freiraum
- 37
- Sitzventilkörper
- 38
- Axialführung
- 39
- Ventilsitzfläche
- 40
- Gelenkgehäuse
- 41
- Ventilsitzfläche
- 42
- Rohrabschnitt
- 43
- Gehäuseachse
- 44
- Boden
- 45
- Trennwand
- 46
- Boden
- 47
- Führungsbahn
- 48
- Rückstellfeder
- 49
- Strömungskanal
- 50
- Rückstellfeder
- 51
- Flansch
- 52
- radiale Ausformung
- 53
- Schließfeder
- 55
- Führungshülse
- 57
- Abluftsammelraum
- 58
- Kanal
- 59
- Zufuhranschluss
- 61
- Ablassanschluss
- 63
- Verformungsbereich
- 37A
- Ventilkörperteile
- 37B
- Ventilkörperteile
- 65
- Boden
- 67
- Boden
- 69
- Vorspannfeder
- 71
- Sammelraum
- 73
- Führungsbahn
