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Die Erfindung betrifft eine Luftfederungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 44 09 252 A1 beschreibt eine Luftfederungsanlage, bei der eine Luftfeder eine interne Steuerung mittels einer Ventileinrichtung für die Zufuhr und das Ablassen von Luft aufweist. Danach ist es möglich und sinnvoll ein erstes Ventil für die Luftzufuhr und ein zweites, räumlich getrenntes Ablassventil vorzusehen, wobei beide Ventile von einer separaten Mechanik angesteuert werden können.
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In der Ausführung nach
7 der
DE 44 09 252 A1 sind beide Ventile in einem Drehschieberventil zusammenfasst. Dieses Drehschieberventil ist vergleichsweise teuer. In der
DE 10 56 488 B ist ebenfalls eine Luftfederungsanlage offenbart, bei der ein Längsschieberventil für dieselben Funktionen vorgeschlagen wird. Das Ventil ist nur prinzipiell dargestellt, sodass keine konstruktiven Details erkennbar sind. In der Realität dürfte jedoch eine zum Ventil nach der
DE 44 09 252 A1 ähnliche Situation vorliegen.
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Die
US 3 442 502 A offenbart eine Luftfederungsanlage mit einer Ventileinrichtung, die ein Druckluftzufuhrventil und ein Druckluftablassventil umfasst, wobei beide Ventile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und als Sitzventile ausgeführt sind. Die beiden Ventile weisen jeweils einen separaten Sitzventilkörper auf, wobei eine Ventilbewegung eines Sitzventilkörpers zumindest auf einem Hubbereich auf den anderen Sitzventilkörper übertragen wird. Jede Niveaulage der Luftfeder ist verbunden mit einer einzigen Ventilposition der beiden Sitzventile.
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Das Niveauregulierungsventil gemäß der
DE 101 13 199 A1 folgt demselben Konstruktionsprinzip wie die Ventileinrichtung der
US 3 442 502 A . Auch hier besteht durch die starre Betätigungseinrichtung stets eine einzige Ventilposition in Abhängigkeit der Niveaulage. Wenn der Fahrzeugaufbau jedoch um die Normalniveaulage, bei der beide Ventile geschlossen sind hochfrequent ein- und ausfedert, dann kann die Ventileinrichtung in Schwingung geraten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung zu realisieren, die deutlich kostengünstiger ist als die Konstruktionen aus dem Stand der Technik.
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Die Aufgabe wird durch eine Luftfederanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst.
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Der Vorteil besteht darin, dass nun eine kompakte Ventileinrichtung vorliegt, die aufgrund der Ausgestaltung der Ventile als Sitzventile insgesamt einfacher ist als im Stand der Technik, da praktisch keine Leckverluste auftreten und die Abdichtung innerhalb der Ventileinrichtung einen geringeren Aufwand erfordert.
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Um mit wenig konstruktiven Aufwand beide Sitzventile in Schließstellung zu halten, wenn die Luftfeder die Hublage für das gewünschten Niveau einnimmt, weist ein Sitzventilkörper eines der beiden Ventile proportional für einen Hubweg der Luftfeder, bei dem beide Ventile eine Schließstellung einnehmen, einen elastischen Verformungsbereich auf.
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Dazu ist der Sitzventilkörper in Hubrichtung des Sitzventils geteilt ausgeführt, wobei zwei Ventilkörperteile relativ zueinander verschiebbar ausgeführt sind.
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Für eine definierte Arbeitsweise des Sitzventils positioniert eine Vorspannfeder die beiden Ventilkörperteile zueinander.
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Ein weiterer Vorteil liegt dadurch vor, dass die beiden Ventile über eine gemeinsame Betätigungseinrichtung ansteuerbar sind. Damit kann eine Zwangskoppelung beider Ventile erreicht werden, wodurch eine Ventilstellung des einen Ventils stets mit einer definierten Ventilstellung des anderen Ventils verbunden ist.
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Im Hinblick auf eine raumsparende Anordnung sind die beiden Ventile auf einer gemeinsamen Gehäuseachse angeordnet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weisen die beiden Ventile jeweils einen separaten Sitzventilkörper auf, wobei eine Ventilbewegung eines Sitzventilkörpers zumindest auf einem Hubbereich auf den anderen Sitzventilkörper übertragen wird. Die Sitzventilkörper bilden somit einen Teil der Betätigungseinrichtung.
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Eine weitere Maßnahme für einen einfachen Aufbau der Ventileinrichtung besteht darin, dass eine Stirnfläche des einen Sitzventilkörpers eine Ventilsitzfläche für den anderen Sitzventilkörper bildet.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch bildet eine Führungsbahn für einen der Sitzventilkörper einen Strömungskanal der Ventileinrichtung. Dazu kann die Führungsbahn, die z. B. als eine Passbohrung ausgeführt ist, eine Längsnut aufweisen, die den Strömungskanal bildet.
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Optional kann die Ventileinrichtung für mindestens eines der Ventile eine progressive Volumenstromcharakteristik aufweisen. Der Vorteil besteht darin, dass im Bereich einer Hubendlage ein größerer Volumenstrom zugeführt oder abgelassen werden kann und damit einerseits ein Dämpfung des gesamten Systems erzielt wird und andererseits trotzdem eine schnelle Reaktion auf sich ändernde Niveaulagen erreicht werden kann.
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Vorteilhafterweise ist ein Luftsammelraum für eines der Sitzventile konzentrisch zu einem Luftsammelraum für das andere Sitzventil angeordnet, so dass Druckluftanschlüsse räumlich sehr nahe zueinander angeordnet werden können.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Gesamtdarstellung der Luftfederungsanlage
- 2 Ventileinrichtung zur 1
- 3u. 4 Weitere Betriebsstellungen der Ventileinrichtung nach 2
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Die 1 zeigt eine vereinfachte Gesamtdarstellung einer Luftfederungsanlage 1, mit einer Luftfeder 3, die in diesem Ausführungsbeispiel mit einem an sich bekannten Schwingungsdämpfer 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 Rollbalg 13 begrenzt wird. Alternativ kann der Federraum auch in einem starren Zylinder in Verbindung mit einem teleskopischen Verdränger ausgeführt sein. Eine Kopfplatte 15 des Federraums ist mit der Kolbenstange 7 verbunden und ein Stützgehäuse 17 mit dem äußeren Zylinder 9.
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Über eine Betätigungseinrichtung 19, z. B. in der Bauform einer Ventilstange, 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 nimmt die Luftfeder 3 eine vordefinierte Niveaulage ein, was durch eine horizontale Bezugslinie verdeutlicht werden soll. Die Luftfeder wird bevorzugt zwischen einer Fahrzeugkabine und einem Unterbau eingesetzt. Grundsätzlich wäre auch eine Anwendung als Teil eines Fahrwerks möglich.
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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 Stützgehäuse 17 befestigt sein. Alternativ wäre auch eine Anordnung im Bereich der Kopfplatte 15 denkbar und die Betätigungseinrichtung 19 wäre dann z. B. am äußeren Zylinder 9 oder am Stützgehäuse 17 kraftübertragend gelagert.
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In der 2 ist die Ventileinrichtung 25 gemäß der 1 vergrößert 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 Druckluftzufuhrventils 29 bildet mit seiner Stirnfläche die Ventilsitzfläche 41 für den Sitzventilkörper 37 des Druckluftablassventils 31. 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 Druckluftzufuhrventils 29 weisenden Seite die Ventilsitzfläche 39 für das Druckluftzufuhrventil 29. In der Trennwand 45 ist eine zylindrische Führungsbahn 47 für den Ventilsitzkörper 35 des Druckluftzufuhrventils 29 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 Druckluftzufuhrventils 29 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 Druckluftsammelraum 57 als Teil des Gehäuses abgedichtet. Ein Kanal 58 im Ventilsitzkörper 35 verbindet einen Ablassanschluss 59 am Gehäuse 33 mit der stirnseitigen Ventilsitzfläche 41. Der Druckluftsammelraum 57 ist an einen Leitungsanschluss angeschlossen, wobei das Druckluftzufuhrventil 29 konzentrisch zum Luftsammelraum 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 Druckablassventils 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 Druckluftablassventils 31 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 unterschritten, so dass die Betätigungseinrichtung 19 den Sitzventilkörper 37 gegen den Sitzventilkörpers 35 des Druckluftzufuhrventils 29 drückt und dieser von der Ventilsitzfläche 39 an der Trennwand 45 abhebt. Dadurch kann Druckluft über den Leitungsanschluss 61 in den Druckluftsammelraum 51 und weiter entlang der Führungsbahn in den anderen Sammelraum 71 jenseits der Trennwand 45 strömen, der mit dem Federraum 11 direkt verbunden ist. 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 oberhalb 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 aus dem Federraum 11 abströmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfederungsanlage
- 3
- Luftfeder
- 5
- Schwingungsdämpfer
- 7
- Kolbenstange
- 9
- äußerer Zylinder
- 11
- Federraum
- 13
- Rollbalg
- 15
- Kopfplatte
- 17
- Stützgehäuse
- 19
- Betätigungseinrichtung
- 21
- Anschlussorgan
- 23
- Anschlussorgan
- 25
- Ventileinrichtung
- 27
- Bezugslinie
- 29
- Druckluftzufuhrventil
- 31
- Druckluftablassventil
- 33
- Gehäuse
- 35
- Sitzventilkörper
- 37
- Sitzventilkörper
- 39
- Ventilsitzfläche
- 41
- Ventilsitzfläche
- 43
- Gehäuseachse
- 45
- Trennwand
- 47
- Führungsbahn
- 49
- Strömungskanal
- 51
- Flansch
- 53
- Schließfeder
- 55
- Führungshülse
- 57
- Druckluftsammelraum
- 58
- Kanal
- 59
- Ablassanschluss
- 61
- Leitungsanschluss
- 63
- Verformungsbereich
- 37A
- Ventilkörperteile
- 37B
- Ventilkörperteile
- 65
- Boden
- 67
- Boden
- 69
- Vorspannfeder
- 71
- Sammelraum
- 73
- Führungsbahn
