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Die Erfindung betrifft einen Federträger mit zwei parallelgeschalteten Tragfedern gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 41 04 904 A1 ist ein Federträger bekannt, der zwei parallelgeschaltete Tragfedern aufweist. Eine erste Tragfeder ist zwischen einem ersten und einem zweiten Federteller verspannt. Die beiden Federteller können eine axiale Relativbewegung zueinander ausführen.
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Eine zweite Tragfeder ist zwischen einem dritten und einem vierten Federteller angeordnet, wobei der dritte Federteller mit einem Verstellzylinder in Wirkverbindung steht. Der Verstellzylinder ist Bestandteil eines Kopfteils, an dem auch der zweite Federteller abgestützt ist. Innerhalb des ringförmigen Verstellzylinders ist ein Ringkolben axial verschiebbar geführt. Das aus dem Verstellzylinder verdrängte Druckmedium wird von einem externen Speicher aufgenommen. Zwischen dem externen Speicher und dem Verstellzylinder ist ein Schaltventil eingebunden. Der konstruktive Zusammenhang des externen Speichers sowie des Schaltventils zum Kopfteil ist nicht offenbart.
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Die
DE 38 80 351 T2 offenbart einen Federzylinder mit ebenfalls zwei parallelen Tragfedern und einem Verstellzylinder in einem Kopfteil. Auch hier ist eine Druckmittelversorgung offensichtlich außerhalb des Kopfteils vorgesehen. Eine Beschreibung zur Druckmittelversorgung oder zum Speicher liegen nicht vor.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Federträger derart weiterzuentwickeln, dass ein Speicher für den Verstellzylinder sinnvoll angebunden ist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Speicher in dem Kopfteil angeordnet ist.
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Damit sind die beiden großvolumigen Baugruppen, Verstellzylinder und Speicher, in dem Kopfteil angeordnet, so dass insgesamt nur sehr kurze Strömungsverbindungen notwendig sind. Des Weiteren liegt ein gemeinsames Gehäuse vor, so dass sich die Montage stark vereinfacht.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das Kopfteil einen Ringzylinder für den Speicher auf. Dadurch wird der Bauraum besonders gut ausgenutzt.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch bildet eine Innenwandung des Ringzylinders eine Gleitfläche für einen Kolben des Verstellzylinders. Es müssen deshalb keine getrennten Bauteile für den Speicher und den Verstellzylinder vorliegen.
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Vorteilhafterweise ist in dem Ringzylinder ein unter Druck stehender Gasbag angeordnet ist. Es stellt sich deshalb überhaupt nicht das Problem einer sogenannten Doppelpassung, da der Gasbag eine geschlossene Hülle aufweist, die von der Wandung in Richtung des Speichers völlig unabhängig ist. Etwaige maßliche Abweichungen der Wandung spielen deshalb für die Funktion des Speichers überhaupt keine Rolle.
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Es ist vorgesehen, dass das Kopfteil eine Strömungsverbindung zwischen dem Verstellzylinder und dem Speicher aufweist, die mittels eines Schaltventils steuerbar ist. Damit ist das Kopfteil auch Träger des Schaltventils.
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Zusätzlich kann das Schaltventil mit einem Deckel des Kopfteils verbunden sein. Das Kopfteil stellt ein massives Bauteil dar, das das notwendige Volumen für die Strömungsverbindung und die Anbindung des Schaltventil aufweist. Somit sind keine Schlauchverbindung zwischen dem Verstellzylinder und dem Speicher notwendig.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das Kopfteil eine Vertiefung zur Aufnahme des Schaltventils auf. Damit wird eine plane Anschlussfläche am Kopfteil für den Federträger zur Befestigung an einem zu tragenden Bauteil erreicht.
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Bei einer Einfahrbewegung fährt der Kolben des Verstellzylinders in den von dem Ringzylinder radial begrenzten Bauraum ein. Dabei verlagert sich ein Ende der zweiten Tragfeder in diesen Bauraum, so dass die Innenwandung eine radial Stützfläche für die zweite Tragfeder bildet.
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Optional ist vorgesehen, dass zwischen dem Speicher und dem Verstellzylinder ein Rückschlagventil angeordnet ist, das in Strömungsrichtung zum Verstellzylinder eine Durchlassposition einnimmt. Für die Nachführung von Druckmedium bei einer Ausfederungsbewegung des Federträgers wird folglich keine Schaltbewegung des Schaltventils zwischen dem Speicher und dem Verstellzylinder benötigt.
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Bei einer Alternativvariante ist der Verstellzylinder als ein Ringzylinder ausgeführt, in dessen Innenbereich der Speicher angeordnet ist. Der Vorteil besteht darin, dass für den Verstellzylinder eine vergleichsweise große druckbeaufschlagbare Fläche zur Verfügung steht.
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Bevorzugt weist das Kopfteil eine Anschlussöffnung an einen mit Druckmedium gefüllten Speicherraum und eine Anschlussöffnung an den Gasbag auf. Über die beiden Anschlussöffnungen kann an dem Federträger eine Grundeinstellung vorgenommen werden, indem die Gas- und die Druckmediummenge aufeinander abgestimmt werden.
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Ein Deckel des Speichers kann mit einem Füllventil für Druckgas versehen sein. Bevorzugt ist der Speicher als Membranspeicher ausgeführt.
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Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verstellzylinder eine Versorgungshülse aufweist, auf der der Kolben des Verstellzylinders mit einer endseitig geschlossenen, eine Druckübertragungsfläche aufweisenden Anschlusshülse gleitet. Der Vorteil dieser Variante besteht in dem geringeren Druckmediumvolumenhaushalt zur Verstellung des Federträgers. Damit kann auch der Speicher kleiner dimensioniert werden.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Ersatzschaubild eines erfindungsgemäßen Federträgers
- 2 u. 3 Konstruktive Ausführung eines Federträgers nach 1
- 4 Alternativvariante zu den 2 und 3
- 5 Federträger mit Ringzylinder
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Die 1 zeigt ein Ersatzschaubild für einen Federträger 1 zwischen einem Rad 3 als ungefederte Masse und einem Aufbau 5, z. B. einem Fahrzeugaufbau oder auch einer Fahrzeugkabine für ein Nutzfahrzeug.
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Der Federträger 1 gemäß der 2 als konstruktive Ausführung der 1 umfasst eine erste Tragfeder 7, die zwischen einem ersten und einem zweiten Federteller 9; 11 verspannt ist. Diese erste Tragfeder 7 ist bevorzugt auf eine Grundlast abgestimmt, z. B. der Masse des Fahrzeugaufbaus 5 zuzüglich der Masse mindestens einer Person.
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Der ersten Tragfeder 7 ist funktional eine zweite Tragfeder 13 parallelgeschaltet, die zwischen einem dritten und einem vierten Federteller 15; 17 verspannt ist. Der erste und der dritte Federteller 9; 15 können auch von einem gemeinsamen Bauteil gebildet werden, das zwei Sitzflächen für die beiden Tragfedern 9; 13 aufweist.
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Der vierte Federteller 17 steht mit einem hydraulischen Verstellzylinder 19 in Wirkverbindung, über den die zweite Tragfeder 13 variabel vorspannbar ist, damit der Fahrzeugaufbau eine definierte Hublage einnimmt. Die definierte Hublage kann darin bestehen, dass der Fahrzeugaufbau einen bestimmten Abstand zur Fahrbahn einnimmt oder unabhängig von einem bestimmten Abstand eine horizontale Lage einnimmt.
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Der Verstellzylinder 19 ist Bestandteil eines Kopfteils 21 des Federträgers 1 und mit einem hydraulischen Speicher 23 innerhalb des Kopfteils 21 verbunden. Der Federträger arbeitet in diesem Ausführungsbeispiel passiv ohne Pumpe.
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Das Kopfteil 21 weist einen Ringzylinder 25 für den Speicher 23 auf. Der Ringzylinder 25 wird von einem Außenzylinder 27 und einem Innenzylinder 29 gebildet. Ein erster ringförmige Deckel 31 verschließt den Ringzylinder 25 endseitig. Ein zweiter Deckel 33 verschließt das gegenüberliegende Ende des Ringzylinders 25.
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Der erste und der dritte Federteller 9; 15 sind in einem Bauteil zusammengefasst und unabhängig von einer Fahrzeugachse oder einem Fahrzeugaufbau darstellt. Der zweite Federteller 11 ist als äußere Ringfläche des zweiten Deckels 33 ausgeführt.
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Eine radial nach innen weisende Wandung des Innenzylinders 29 bildet eine Gleitfläche 35 für einen Kolben 37 des Verstellzylinders 19. An diesem Kolben 37 ist der vierte Federteller 17 ausgeführt. Die zweite Tragfeder 13 erstreckt sich folglich bis in einen Hüllraum 39 des Innenzylinders 29, so dass die Wandung eine radial Stützfläche für die zweite Tragfeder 13 bilden kann.
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In der einfachsten Ausführung könnte der Kolben 37 als ein einfacher scheibenförmiger Körper ausgeführt sein, der innerhalb des Innenzylinders 29 gleitet und den vierten Federteller 15 trägt oder einteilig bildet. Bevorzugt weist der Verstellzylinder 19 eine Versorgungshülse 41 auf, die mit dem zweiten Deckel 33 verbunden ist und sich koaxial zum Innenzylinder in Richtung des dritten Federtellers 15 erstreckt. Endseitig ist die ortsfeste Versorgungshülse 41 offen und verbindet damit einen Strömungsweg 43 von einem Schaltventil 45 bis zu einer endseitigen Druckübertragungsfläche 47 als Teil einer mit dem Kolben 37 verbundenen Anschlusshülse 49, die auf der Versorgungshülse 41 abgedichtet gleitet und ebenfalls in Richtung des dritten Federtellers 15 verläuft. Eine Aufnahmeöffnung im Kolben 37 für die Durchführung der Anschlusshülse 41 ist mit mindestens einer Dichtung 51 bestückt, so dass ein Ringraum 53 innerhalb des Innenzylinders 29 frei von Druckmedium ist. Der von der Versorgungshülse 41 und der Anschlusshülse 49 begrenzte Raum ist permanent vollständig mit Druckmedium gefüllt. Die Druckübertragungsfläche ist die für die Druckkraft des Kolbens 37 auf die zweite Tragfeder 13 relevante Größe. Die Ringfläche des Kolbens 37 kann beliebig gewählt werden.
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In dem Ringzylinder 25 sind ein unter Druck stehender Gasbag 55 und ein Druckmediumvolumen angeordnet. Der Gasbag 55 umfasst einen flexible Hüllkörper 57 und einen Füllanschluss 59. Das Kopfteil bzw. der zweite Deckel 33 weist eine Anschlussöffnung 61 an einen mit Druckmedium gefüllten Speicherraum 63 und eine Anschlussöffnung 65 des Füllschlusses des Gasbags auf. Die 3 zeigt diese Merkmale in einem alternativen Schnittverlauf durch den Federträger 1 nach 2. Man kann also das Gasvolumen des Gasbags 55 und das Druckmediumvolumen im Speicherraum 63 getrennt voneinander einstellen, um eine bestimmte Federcharakteristik des Federträgers 1 zu erreichen.
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Das Kopfteil 21 verfügt des Weiteren über eine Strömungsverbindung 67 zwischen dem Verstellzylinder und dem Speicher 23, die mittels des Schaltventils 45 steuerbar ist. Das Schaltventil 45 kann als Schaltventil mit der Charakteristik 0-1 oder als Proportionalventil ausgeführt sein.
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Das Schaltventil 45 ist mit dem zweiten Deckel 33 des Kopfteils 21 verbunden. Dafür weist der Deckel 33 eine Vertiefung 69 zur Aufnahme des Schaltventils 45 auf. Dadurch ergibt sich eine plane Anschlussfläche 71 des Federträgers 1 an das zu tragende Bauteil 5. Die Vertiefung ist stufenförmig gestaltet und nimmt eine Magnetspule 73 auf, deren Anker 75 auf die Strömungsverbindung 67 einwirkt.
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Wie man insbesondere der 2 entnehmen kann, befinden sich die Anschlussöffnungen 61; 65 für den Speicherraum 63 und für den Gasbag 55 radial außerhalb der Vertiefung 69 für das Schaltventil 45, so dass auch eine Befüllung bzw. eine Anpassung der Volumina erfolgen kann, wenn das Schaltventil 45 bereits moniert ist. Man kann bei geöffnetem Schaltventil 45 den gesamten Verstellzylinder 19 befüllen.
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Wenn das Fahrzeug ausgehend von einer Standardbeladung zusätzlich beladen wird, dann werden sowohl die erste Tragfeder 7 wie auch die zweite Tragfeder 13 stärker vorgespannt, wodurch sich der Fahrzeugaufbau 5 bzw. der zweite und der vierte Federteller 11; 17 in Richtung des ersten und dritten Federtellers 9; 15 bewegen. Je nach Druckniveau innerhalb des Speichers 23 stellt sich folgendes Betriebsverhalten ein.
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Bei einem hohen Ausgangsdruck im Speicher 23 in Verbindung mit einer Zuladung wird das Schaltventil 45 geöffnet und/oder ein Rückschlagventil 75 (s. 1) öffnet. Das Druckmedium im Speicher 13 steht dann über die Strömungsverbindung 67 innerhalb des Kopfteils 21 in Verbindung mit dem Verstellzylinder 19 und sorgt für eine Hubbewegung, die den Kolben 37 zusammen mit dem vierten Federteller 17 in Richtung des dritten Federtellers 15 verschiebt. Das Dämpfmedium strömt dabei in die teleskopierbare Versorgungshülse 41 und die Anschlusshülse 49. Der Fahrzeugaufbau hebt sich wieder. Wenn der Druck im Speicher nicht ausreichen sollte, dann wird eine Ausfederungsphase des Federträgers 1 ausgenutzt, so dass das Druckmedium aus dem Speicher 23 in den von der Anschlusshülse 49 und der Versorgungshülse 41 gebildeten Druckraum nachströmen kann.
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Das Rückschlagventil 75 nimmt bei einer Einfederungsbewegung des angeregten Rades 3 wieder die Schließposition ein. Über die Schaltstellung des Schaltventils 45 und damit der Verbindung zwischen dem Speicher 23 und dem Verstellzylinder 19 bzw. der Größe des Druckraums wird die Kolbenposition und damit die neue Niveaulage bestimmt.
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Die 4 zeigt den Federträger 1 mit maximal eingefahrenem Kolben 37 in einer leichten Abwandlung zu der Variante nach den 2 und 3. Abweichend ragt das Schaltventil 45 über den zweiten Deckel 33 hinaus, so dass die Vertiefung 69 für das Schaltventil 45 im Deckel 33 kleiner ausfällt. In diesem Schnittverlauf ist auch das Rückschlagventil 75 erkennbar, das in einer Aufnahme 77 parallel versetzt ebenfalls im zweiten Deckel 33 angeordnet ist und dem Schaltventil 45 hydraulisch parallelgeschaltet ist.
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Die Ausführung des Federträgers 1 nach 5 stellt eine Abwandlung der 2 dar. Abweichend ist der Verstellzylinder 19 als ein Ringzylinder 25 ausgeführt, in dessen von dem Innenzylinder 29 des Kopfteils 21 begrenzten Innenbereichs der Speicher 23 angeordnet ist. Der Speicher 23 umfasst eine Membran 79, die ein Druckmediumvolumen 81 von ein einem Gasvolumen 83 trennt. Auf die Darstellung des Rückschlagventils wurde verzichtet. Es ist aber entsprechend der 1 dem Schaltventil 45 parallelgeschaltet und steht mit dem Speicher 23 in Verbindung.
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Auch bei dem Federträger nach 5 kann die Speichercharakteristik individuell eingestellt werden, indem ein Deckel 85 des Speichers 23 mit einem Füllventil 87 für Druckgas versehen ist. Wie auch bei den Varianten nach den Figuren bis 4 kann die Druckgasfüllung noch vorgenommen werden, wenn der Federträger 1 bereits vollständig montiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federträger
- 3
- Rad
- 5
- Aufbau
- 7
- erste Tragfeder
- 9
- erster Federteller
- 11
- zweiter Federteller
- 13
- zweite Tragfeder
- 15
- dritter Federteller
- 17
- vierter Federteller
- 19
- Verstellzylinder
- 21
- Kopfteil
- 23
- Speicher
- 25
- Ringzylinder
- 27
- Außenzylinder
- 29
- Innenzylinder
- 31
- erster Deckel
- 33
- zweiter Deckel
- 35
- Gleitfläche
- 37
- Kolben
- 39
- Hüllraum
- 41
- Versorgungshülse
- 43
- Strömungsweg
- 45
- Schaltventil
- 47
- Druckübertragungsfläche
- 49
- Anschlusshülse
- 51
- Dichtung
- 53
- Ringraum
- 55
- Gasbag
- 57
- Hüllkörper
- 59
- Füllanschluss
- 61
- Anschlussöffnung
- 63
- Speicherraum
- 65
- Anschlussöffnung
- 67
- Strömungsverbindung
- 69
- Vertiefung
- 71
- Anschlussfläche
- 73
- Magnetspule
- 75
- Rückschlagventil
- 77
- Aufnahme
- 79
- Membran
- 81
- Druckmediumvolumen
- 83
- Gasvolumen
- 85
- Deckel
- 87
- Füllventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4104904 A1 [0002]
- DE 3880351 T2 [0004]
