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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Vorrichtungen zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder sind hinlänglich bekannt.
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So offenbart zum Beispiel die
DE 10 2016 120 194 A1 eine Vorrichtung zur Niveauregulierung eines Fahrzeugsitzes. Hierbei ist ein Zusatzvolumen eines Zusatzvolumenmoduls mit einer Luftfeder fluidisch verbunden. Die Luftfeder und das Zusatzvolumen bilden ein Gesamtvolumen, in welchem ein annähernd identischer Druck vorliegt. Die Vorrichtung weist ein Hilfsvolumen auf, welches mit dem Zusatzvolumen fluidisch gekoppelt ist. Durch eine Förderung durch Umpumpen eines Fluids zwischen dem Hilfsvolumen und dem Zusatzvolumen kann ein Innendruck des Zusatzvolumens und indirekt der Luftfeder gesteuert werden, ohne dass eine externe Druckluftversorgung, zum Beispiel durch einen Kompressor, erforderlich ist. So kann über die Vorrichtung eine Höhenregelung eines Fahrersitzes erfolgen, indem als Regelgröße die Sitzhöhe zugrunde gelegt wird. In Abhängigkeit der Belastung des Sitzes kann der Druck innerhalb des Zusatzvolumenmoduls und somit auch der Luftfeder vergrößert oder verringert werden, sodass die gewünschte Sitzhöhe konstant gehalten werden kann. Nachteiliger Weise muss eine Umverteilung der Fluidmenge aktiv durch Umpumpen erfolgen, was einen erhöhten Energiebedarf zum Antrieb der Pumpe mit sich bringt.
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Die
DE 10 2005 023 090 A1 betrifft eine Kabinenlagerung eines Nutzfahrzeugs mit einem Zusatzvolumen zur Regelung der Kraft-Weg Kennlinie einer Luftfeder während einer Ausstell- und bzw. oder Rückstellfederbewegung der Luftfeder.
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Die bekannten Zusatzvolumenmodule weisen eine Vielzahl von Komponenten auf, die miteinander montiert werden müssen. Üblicher Weise weist ein Zusatzvolumenmodul eine äußere Führungshülse auf, wobei die Führungshülse als rohrförmiger Hohlkörper ausgebildet ist. Im Inneren des Durchmessers der Führungshülse ist eine Mittelplatte angeordnet. Die Mittelplatte ist mit der Führungshülse verschraubt. Der Verbund aus Mittelplatte und Führungshülse ist axial relativ beweglich zu einem Zylinder. Die Mittelplatte und der Zylinder bilden ein Volumen, das durch axiales Verschieben des Verbundes aus Führungshülse und Mittelplatte vergrößert oder verkleinert werden kann. Das Volumen ist durch wenigstens einen Schlauchrollbalg luftdicht nach außen hin abgedichtet. Bei axialer Verschiebung des Verbundes aus Mittelplatte und Führungshülse kann der Schlauchrollbalg in einem Freiraum zwischen dem Zylinder und der Führungshülse eine Rollfalte ausbilden. Der Schlauchrollbalg ist mit Klemmringen auf der Mittelplatte fixiert. Zur Verhinderung der Bildung einer Rollfalte des Schlauchrollbalgs zwischen Mittelplatte und Führungshülse sind zusätzliche Stützringe zwischen den Klemmringen und der Führungshülse vorgesehen.
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Nachteiliger Weise ist die Montage der einzelnen Komponenten zu einem Zusatzvolumenmodul aufwendig und erfordert viele Montageschritte.
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So erfolgt die Verbindung der Führungshülse mit der Mittelplatte über mehrere Schraubverbindungen. Hierbei kann in der Fertigung ein erhöhtes Fehlerpotenzial gegeben sein.
Falls Schrauben ungleichmäßig oder mit einem falschen Drehmoment angezogen werden, kann dies die Funktionsfähigkeit des Zusatzvolumenmoduls beeinträchtigen.
Herausragende Schraubenköpfe können zudem den Bauraumbedarf des Luftverteilermoduls erhöhen.
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Außerdem bringen die Stützringe den Nachteil mit sich, dass sich die Stützringe über die Zeit lockern können. Ein Lockern der Stützringe kann zu ungewünschten Klappergeräuschen führen.
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Ein Lockern der Stützringe kann außerdem zu dem ungewünschten Effekt führen, dass der Schlauchrollbalg nicht mehr ausreichend und definiert abgestützt werden kann. Somit kann der Schlauchrollbalg an ungewünschter Stelle eine Rollfalte ausbilden.
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Weiterhin erhöhen die Stützringe die Bauteilvielfalt und somit auch den Montageaufwand und die gesamte Komplexität des Zusatzvolumenmoduls.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder bereitzustellen, welche die zuvor beschriebenen Nachteile gegenüber den aktuellen Lösungen ausräumt. Insbesondere soll die Vorrichtung durch eine Verringerung der Anzahl der Komponenten kompakter, zuverlässiger, kostengünstiger und einfacher zu montieren sein.
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Lösung der Aufgabe
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
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Anspruch 6 offenbart ein Luftfedersystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Anspruch 7 offenbart eine Sitzfederung mit einem Luftfedersystem.
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Anspruch 8 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer Sitzfederung.
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Anspruch 9 offenbart Kabinenlagerung mit einem Luftfedersystem.
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Anspruch 10 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer Kabinenlagerung.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Vorteile der Erfindung
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Die in dem Anspruch 1 offenbarte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder weist eine Führungshülse, eine Mittelplatte und einen ersten Zylinder auf, wobei Führungshülse und Mittelplatte miteinander verbindbar sind und der Verbund aus Führungshülse und Mittelplatte gegenüber dem ersten Zylinder axial verschiebbar ist. Die Mittelplatte und der erste Zylinder sind ausgebildet, ein Volumen zu bilden, wobei das Volumen durch axiales Verschieben des Verbunds aus Führungshülse und Mittelplatte vergrößerbar oder verkleinerbar ist.
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Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse und die Mittelplatte miteinander kraftschlüssig oder formschlüssig oder kraft- und formschlüssig verbindbar sind.
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Mit anderen Worten gesagt bildet die Vorrichtung ein Zusatzvolumen einer Luftfeder. Das Zusatzvolumen und die Luftfeder bilden ein Gesamtvolumen, welches mit einer vorgegebenen Luftmenge befüllt werden kann.Die Luftmenge kann je nach Bedarf auf das Zusatzvolumen und bzw. oder die Luftfeder aufgeteilt werden, indem die Luftmenge zumindest teilweise in den Innenraum der Luftfeder geleitet oder der Luftfeder zumindest teilweise wieder entzogen werden kann. So kann durch das Zusatzvolumen der Druck oder die Höhe der Luftfeder geregelt werden.
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Der beschriebene Zusammenhang folgt dem Boyle-Mariott'schen Gasgesetz
, wobei P1 und V1 die Zustandsgrößen innerhalb der Luftfeder und P2 und V2 die Zustandsgrößen innerhalb des Zusatzvolumens beschreiben.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Zusatzvolumen mit einem Volumen der Luftfeder einer Sitzfederung eines Fahrzeugs verbunden sein. Für den Fall, dass das Fahrzeug eine Bodenwelle überfährt, soll die Bewegung durch die Sitzfederung abgefangen werden. Die Höhe des Sitzes soll also unverändert bleiben, um eine Aufwärtsbewegung des Sitzes, die den Fahrkomfort mindern würde, zu verhindern. Um den Stoß abfedern zu können, kann der Druck in der Luftfeder durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zeitweise reduziert werden, indem das Volumen in der Vorrichtung durch axiales Verschieben des Verbundes aus Führungshülse und Mittelplatte vergrößert wird. So kann die Luftmenge aus dem Volumen der Luftfeder in das nun vergrößerte Zusatzvolumen der Vorrichtung überströmen und der Druck innerhalb der Luftfeder wird gesenkt.
Mit anderen Worten gesagt funktioniert die erfindungsgemäße Vorrichtung wie eine Luftpumpe.
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Die Führungshülse und die Mittelplatte sind miteinander kraftschlüssig oder formschlüssig oder kraft- und formschlüssig verbindbar. Eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Führungshülse und Mittelplatte kann zum Beispiel durch Aufschrumpfen erfolgen, indem Führungshülse und Mittelplatte als eine Übermaßpassung gefertigt sind. Durch Erwärmen der Führungshülse oder Abkühlen der Mittelplatte oder durch Erwärmen der Führungshülse und Abkühlen der Mittelplatte können die Führungshülse und die Mittelplatte miteinander zusammengefügt werden.
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Eine formschlüssige Verbindung kann durch Umformen der Führungshülse erfolgen, sodass die Führungshülse die Mittelplatte zumindest teilweise formschlüssig umgibt. Durch ein Umformen der Führungshülse kann auf vorteilhafte Weise auf die Verwendung von Stützringen verzichtet werden, die das Ausbilden einer Rollfalte eines Schlauchrollbalges verhindern sollen. Bei einer Spaltgröße zwischen Führungshülse und Mittelplatte von weniger als 3 mm kann das Ausbilden einer Rollfalte des Schlauchrollbalges ausgeschlossen werden. Der Schlauchrollbalg dient zur Abdichtung des durch die Mittelplatte und den ersten Zylinder gebildeten Volumens.
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Die zuvor beschriebenen Verbindungen können auch in Kombination miteinander erfolgen. Es zeigt sich als besonders vorteilhaft, dass durch eine kraft- und bzw. oder formschlüssige Verbindung auf zusätzliche Verbindungselemente verzichtet werden kann. So kann der Montageaufwand durch eine geringere Anzahl an Komponenten verringert werden. Gleichzeitig können die Bauteilkosten gesenkt werden.
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Die Führungshülse kann aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. Die Wahl des Werkstoffes richtet sich unter anderem danach, auf welche Art und Weise die Führungshülse mit der Mittelplatte verbunden wird. C4C eignet sich als kohlenstoffarmer Stahlwerkstoff bevorzugt für eine ausschließlich kraftschlüssige Verbindung. Für eine formschlüssige Verbindung oder eine Kombination aus kraft- und formschlüssiger Verbindung kann vorzugsweise aus unterschiedlichen Aluminiumwerkstoffen gewählt werden. Beispielsweise seien EN AW 5754 H111, EN AW 5754 Hx4, EN AW 5154A Hx4 genannt. Die hier nur beispielsweise genannten Werkstoffe schließen die Verwendung anderer Werkstoffe nicht aus. Auch können die genannten Werkstoffe jeweils sowohl für eine ausschließlich kraftschlüssige Verbindung, eine ausschließlich formschlüssige Verbindung oder eine Kombination aus kraft- und formschlüssiger Verbindung verwendet werden. Die Wandstärke der Führungshülse kann in einem Bereich zwischen 1 bis 2,5 mm liegen.
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Die Mittelplatte kann wahlweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff wie PA 6.6 GF 30 oder PA 6.6 GF 35 ausgebildet sein. Ein Polyamidwerkstoff kann insbesondere für besonders leichtbauende Konstruktionen ausgewählt werden. Als weitere Alternative kann aus verschiedenen Aluminium- oder Magnesiumwerkstoffen gewählt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist zwischen Mittelplatte und erstem Zylinder mindestens ein Schlauchrollbalg angeordnet.
Es zeigt sich als besonders vorteilhaft, dass der Schlauchrollbalg das durch die Mittelplatte und den ersten Zylinder gebildete Volumen nach außen abdichtet. Schlauchrollbälge weisen einen besonders luftundurchlässigen elastomeren Aufbau auf und eignen sich daher besonders gut als Dichtelement. Weiterhin sind Schlauchrollbälge dynamisch hochbelastbar und ausreichend flexibel verformbar, um sich an Konturen zur Abdichtung anschmiegen zu können. Durch Einbetten eines Polyamidgewebes kann der Schlauchrollbalg zusätzlich verstärkt werden und einem Berstdruck von bis zu 30 bar standhalten. Durch die Fähigkeit, eine Rollfalte auszubilden, kann der Verschleiß des Dichtelementes bei einander gegenüber abzudichtenden und beweglichen Elementen gering gehalten werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist der mindestens eine Schlauchrollbalg mit mindestens einem Klemmring an der Mittelplatte fixierbar.
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Es kann auf diese Weise eine besonders einfach zu montierende Fixierung des Schlauchrollbalges an der Mittelplatte erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist mindestens ein Stützring zur Vermeidung einer Rollfalte zwischen Klemmring und Führungshülse angeordnet. Insbesondere ist der Stützring bei einer kraftschlüssigen Verbindung von Führungshülse und Mittelplatte besonders vorteilhaft, da der Stützring das Ausbilden einer Rollfalte des Schlauchrollbalges in ungewünschten Bereichen vermeiden kann. Der Stützring kann den Schlauchrollbalg mit anderen Worten gesagt in Richtung der Längsachse führen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt steht das Volumen der Vorrichtung fluidisch mit dem Volumen der Luftfeder in Verbindung.
Durch Verbinden beider Volumina und den dadurch ermöglichten Volumenaustausch zwischen der Vorrichtung und der Luftfeder kann auf besonders vorteilhafte Weise eine unmittelbare Anpassung des Luftdrucks innerhalb der Luftfeder erfolgen. Dies ermöglicht eine schnelle Regelung des Luftdrucks oder der Höhe der Luftfeder.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht in einem Luftfedersystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Hierdurch lassen sich die zuvor beschriebenen Vorteile einer Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder auf ein Luftfedersystem übertragen. Das Luftfedersystem umfasst dabei eine Luftfeder sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht in einer Sitzfederung mit einem erfindungsgemäßen Luftfedersystem.
Es kann so eine Sitzfederung mit den zuvor beschriebenen Vorteilen eines Luftfedersystems mit einer Luftfeder sowie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder bereitgestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht in einem Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Sitzfederung.
Es kann so ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen oder ein landwirtschaftliches Fahrzeug, mit einer Sitzfederung mit den zuvor beschriebenen Vorteilen eines Luftfedersystems mit einer Luftfeder sowie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder bereitgestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht in einer Kabinenlagerung mit einem erfindungsgemäßen Luftfedersystem.
Es kann so eine Kabinenlagerung mit den zuvor beschriebenen Vorteilen eines Luftfedersystems mit einer Luftfeder sowie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder bereitgestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht in einem Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kabinenlagerung.
Es kann so ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen oder ein landwirtschaftliches Fahrzeug, mit einer Kabinenlagerung mit den zuvor beschriebenen Vorteilen eines Luftfedersystems mit einer Luftfeder sowie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder bereitgestellt werden.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
- 1 die Schnittdarstellung einer Vorrichtung mit einer Verschraubung einer Führungshülse und einer Mittelplatte gemäß dem Stand der Technik.
- 2 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer kraft- und formschlüssigen Verbindung von Führungshülse und Mittelplatte.
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Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in zylindrischen Koordinaten mit einer Längsachse X, einer zur Längsachse X senkrecht ausgerichteten radialen Richtung R sowie einer um die Längsachse X umlaufenden Umfangsrichtung U. Die Längsachse X, die radiale Richtung R und die Umfangsrichtung U können gemeinsam auch als Raumrichtungen X, R, U bzw. als zylindrische Raumrichtungen X, R, U bezeichnet werden.
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1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung 1 zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder. Die Vorrichtung 1 wird im weiteren Verlauf der Figurenbeschreibung auch Zusatzvolumenmodul 1 genannt. Eine Führungshülse 2 ist mit einer Mittelplatte 3 durch mehrere in Umfangsrichtung U angeordnete Schrauben 10 verbunden. Der Verbund aus Führungshülse 2 und Mittelplatte 3 ist entlang der Längsachse X relativ beweglich zu einem ersten Zylinder 8 und einem zweiten Zylinder 9. Die Mittelplatte 3 und der erste Zylinder 8 bilden ein Volumen 5, das durch axiales Verschieben des Verbundes aus Führungshülse 2 und Mittelplatte 3 vergrößert oder verkleinert werden kann. Die Mittelplatte 3 kann also als ein entlang der Längsachse X, innerhalb des ersten Zylinders 8 verfahrbarer Kolben umschrieben werden. Das Volumen 5 ist durch einen Schlauchrollbalg 4 nach außen abgedichtet. Ein weiterer Schlauchrollbalg 4 dichtet ein durch die Mittelplatte 3 und den zweiten Zylinder 9 gebildetes Volumen nach außen ab. Das durch die Mittelplatte 3 und den zweiten Zylinder 9 gebildete abgeschlossene Volumen kann zur Dämpfung des beweglichen Verbunds aus Führungshülse 2 und Mittelplatte 3 bzw. zum Kraftausgleich des Volumens 5 dienen. So kann die erforderliche Kraft zum Verschieben des Verbundes aus Führungshülse 2 und Mittelplatte 3 verringert werden. Die Schlauchrollbälge 4 sind jeweils mit Klemmringen 7 auf der Mittelplatte 3 luftdicht fixiert. Durch Ausbildung einer Rollfalte kann der Verschleiß der Schlauchrollbälge 4 geringgehalten werden. Außerdem ermöglicht die Rollfalte ein kraftsparendes Abrollen des Schlauchrollbalgs. Durch das Abrollen der Schlauchrollbälge 4 auf dem ersten Zylinder 8 und dem zweiten Zylinder 9 und der inneren Wand der Führungshülse 2 kann während der Bewegung des Verbunds aus Führungshülse 2 und Mittelplatte 3 eine Relativbewegung zwischen Schlauchrollbalg 4, erstem und zweitem Zylinder 8, 9 und Führungshülse 2 vermieden werden. Zur Verhinderung der Bildung einer ungewünschten Rollfalte der Schlauchrollbälge 4 zwischen Mittelplatte 3 und Führungshülse 2 sind Stützringe 6 zwischen den Klemmringen 7 und der Führungshülse 2 vorgesehen. Das Volumen 5 steht über einen Luftanschluss 11 fluidisch mit dem Volumen der Luftfeder in Verbindung. Der Luftanschluss 11 kann auch zum Befüllen des durch Luftfeder und Volumen 5 gebildeteten Gesamtvolumens genutzt werden. Das Volumen 5 kann je nach Bedarf in den Innenraum der Luftfeder geleitet oder der Luftfeder wieder entzogen werden. Durch Veränderung des Luftvolumens innerhalb der Luftfeder über das Volumen 5 kann der Druck innerhalb der Luftfeder oder die Höhe der Luftfeder geregelt werden.
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2 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Steuerung eines Innendrucks einer Luftfeder mit einer kraft- und formschlüssigen Verbindung von Führungshülse 2 und Mittelplatte 3. Das Funktionsprinzip beruht auf den Erläuterungen zur 1, die auch für die Funktion des Zusatzvolumenmoduls der 2 Gültigkeit haben. Anstelle der Schraubverbindung aus 1 erfolgt die Verbindung von Führungshülse 2 und Mittelplatte 3 durch eine kraft- und formschlüssige Verbindung, indem die Führungshülse 2 die Mittelplatte 3 zumindest teilweise formschlüssig umgibt und die Führungshülse 2 zusätzlich kraftschlüssig mit der Mittelplatte 3 verpresst ist. Durch ein Umformen der Führungshülse 2 kann auf vorteilhafte Weise auf die Verwendung von Stützringen 6 verzichtet werden, da die umgeformte Führungshülse die Ausbildung einer Rollfalte der Schlauchrollbälge 4 unterbindet, wenn eine Spaltgröße h zwischen Führungshülse 2 und Mittelplatte 3 weniger als 3 mm beträgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung / Zusatzvolumenmodul
- 2
- Führungshülse
- 3
- Mittelplatte
- 4
- Schlauchrollbalg
- 5
- Volumen
- 6
- Stützring
- 7
- Klemmring
- 8
- Erster Zylinder
- 9
- Zweiter Zylinder
- 10
- Schraube
- 11
- Luftanschluss
- R
- radiale Richtung
- U
- Umfangsrichtung
- X
- Längsachse
- h
- Spaltgröße
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016120194 A1 [0003]
- DE 102005023090 A1 [0004]
