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Luftfederung für Fahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftfederung
für Fahrzeuge -- insbesondere Kraft- und Schienenfahrzeuge - mit an einem mit dem
Fahrzeugoberbau verbundenen Rahmen. angeordneten Luftfederbälgen biegsamer Wandung
als Federungskörper, wobei die Fahrzeugachse oder das das Rad tragende Bauteil zwischenzwei
derartigenLuftfederbälgen eingebaut ist.
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Bekannt sind Luftfederungen, bei denen Luftfederbälge über den Rädern
angeordnet sind. Hierbei sind die Bälge unmittelbar miteinander oder mit festen
Zusatzbehältern verbunden, die wiederum mittels Ventilen über Speiseleitungen mit
den festen Druckluftbehältern in Verbindung stehen. Diese Ausführungsarten ergeben
eine harte Federung mit hohen Drücken; bei den Konstruktionen mit unmittelbarer
Speisung der Bälge ergibt sich ein großer Verschleiß an Bälgen verbunden mit einer
hohen Anfälligkeit gegen Störungen. Bei allen diesen Ausführungen ist der hohe Bedarf
an Druckluft ein Nachteil. Das macht es erforderlich, große Vorratsmengen an Druckluft
hohen Druckes zu speichern, wofür ein großer Einbauraum, der für Transportleistung
des Fahrzeuges verlorenge:ht, benötigt wird. Weiterhin bedingt eine solche Anlage
einen leistungsfähigen Kompressor, der ständig die durch das Abblasen bei Erreichen
der maximalen Federungsausschläge eintretenden Luftverluste ersetzen muß und dabei
ständig einen Teil der für die Fortbewegung des Fahrzeuges vorgesehenen Leistung
beansprucht.
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Bei Luftfederungen für Fahrzeuge mit Luftfederungskörpern aus hiegsarnen
Wandungen ist es auch bekannt, nahe den Rädern über und unter der Radachse Luftkissen
anzuordnen. Hierbei ist das Luftkissen. unter der Radachse der einen Seite mit dem
Luftkissen oberhalb der Radachse der anderen Seite durch eine enge Leitung verbunden.
Bei plötzlichen Druck.inderungen infolge der Fahrbahnstöße in dem belasteten Luftkissen
kann sich der Druck nicht sofort durch die enge Leitung zu dem anderen Kissen ausgleichen.
Es treten hohe Drücke in den Luftkissen auf und große Geschwindigkeiten in den Leitungen,
so daß die Fahrzeugfederung zu hart wird und erst, wenn das Hindernis überwunden
ist, der Ausgleich vollzogen ist.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, derartige Luftkissen in einem
mit dem Fahrzeugoberbau verbundenen Rahmen zu lagern und zu führen. Hierbei wird
durch die Rahmenkonstruktion das Gewicht der ganzen Federung unnötig erhöht, während
durch die Verbindung der oberen und unteren Kissen mittels einer Leitung die erwünschte
Wirkung einen sofortigen Druckausgleich durch Zuschalten der nicht beaufschlagten
Luftkissen herbeizuführen, nichtverwirklicht wird. Auch hier treten hohe Drücke
auf, die einen baldigen Verschleiß der Luftkissen herbeiführen. Schließlich ist
eine Luftfederung bekannt, bei welcher in einem mit dem Fahrgestellrahmen verbundenen
starren Behälter übereinander zwei mit Rück-Schlagventilen versehene und mit Druckluft
aufpumpbare Gummikissen angeordnet sind, zwischen denen sich ein im Behälter geführter
Kolben, dessen Kolbenstange mit der Radachse verbunden ist, federnd abstützt. Infolge
der Führung der mit der Radachse verbundenen Kolbenstange in einer Buchse des einen
mit Druckluft aufgepumpten Gummikissens ist die Güte der Federung von der einwandfreien
Beschaffenheit der Dichtung der Kolbenstange in der Buchse abhängig. Bei den auftretenden
hohen Drücken führt eine derartige Dichtung unweigerlich zu Unzuträglichkeiten.
Infolge der horizontalen und axialen Spiele der Radlagerung sind Verklemmungen unvermeidlich
und ist eine einwandfreie Dichtung nicht erreichbar.
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Demgegenüber besteht die Erfindung bei Luftfederungen für Fahrzeuge
gemäß der eingangs beschriebenen Art darin, daß der gesamte geschlossene Rahmen
als Zusatzluftbehälter, und die- Ventile durch innerhalb der Federbälge angeordnete
Gummihohlfedern betätigt werden. Die Schwingungsausschläge der Achse nach oben und
unten in Richtung der Luftfederbälge werden bestimmt durch den Füllungsgrad der
Bälge an sich sowie durch besondere Gummihohlfedern mit einer flach anlaufenden
Kennlinie, so daß die Kennung der Luftfederung durch die Federkennung der Gummihohlfedern
nicht zu stark verfälscht wird. Bekanntlich ist der Verlauf der Federungskennlinie
der Luftfederbälge äußerst flach und wenig progressiv ansteigend. In den Endlagen
wird durch den Anschlag der Gummihohlfedern nach oben und unten jeweils ein Ventil
bestätigt, daß die Verbindung des jeweiligen Luftfederbalges mit dem als Rahmen
ausgebildeten Zusatzluftbehälter schließt bzw. öffnet. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, daß bei völlig zusammengedrückter
oder zum Anschlag
gekommenen Gummihohlfeder ein Speiseventil geöffnet wird, wobei zusätzlich Druckluft
aus einem Vorratsbehälter zugeführt oder aus dem Zusatzbehälter bzw. Luftfederbalg
abgeblasen wird.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß die Fahrzeugachse
weitgehend mit dem in den Luftfederbälgen und dem geschlossenen, als Rahmen ausgebildeten
Zusatzbehälter federnd schwingen kann, ohne daß jeweils Druckluft zugeleitet werden
muß oder abgeblasen wird. Ein Teil der Federungsarbeit wird nämlich durch die Gummihohlfedern
ausgeübt, deren Federkennlinien sich zu der äußerst flachen Kennlinie dieses Luftfedersystems
so addieren, daß eine Federkennung erzielt wird mit etwa gleichbleibender Frequenz
über einen weiten Arbeitsbereich, ohne daß bei verhältnismäßig geringen Federwegänderungen
bereits aus den Versorgungsanlagen Druckluft zugeführt werden muß, oder ohne daß
Luft aus den Federbälgen abgeblasen wird. Infolge der kombinierten Kennung der Luftfederung
mit der Federkennung der Gummihohlfeder tritt bei größerem Federweg der Achse eine
starke Progressivität auf, die eine Bremsung hervorruft, ohne daß e@s bis zum Endanschlag
und damit wiederum zum Abblasen von Luft oder zur erneuten Speisung aus den Vorratsbehältern
mittels Druckluft kommt. Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen wird durch diese
erfindungsgemäße Ausbildung der Druckluftverbrauch äußerst gering gehalten. Zusätzliche
Bauelemente, wie hydraulische Stoßdämpfer und Anschlagpuffer, die den Federweg begrenzen
sollen, sind nicht erforderlich, da durch die Anordnung der Luftbälge mit den Gummihohlfedern
als Betätigungsorgane für das Zuschalten der Zusatzluftbehälter eine harte Federung
vermieden und gleichzeitig eine Dämpfung des Rückschlags bewerkstelligt wird. Bei
einer Luftfederung, bei der die Füllung des Federbalgs ständig durch Steuerventile
beeinflußt wird, werden die Betätigungsorgane für die Ventile, vor allen Dingen
die Stößelführungen. infolge der ständigen Zitterschwingungen während der Fahrt
überaus stark beansprucht und sind einem ständigen Verschleiß unterworfen. Diese
Gefahr ist demgegenüber bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Luftfederung behoben.
Ebenfalls reagiert das Federungssystem und die Betätigung der Ventile infolge der
zwischengeschalteten Gummifedern mit einer gewissen Verzögerung.
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In den Zeichnungen werden beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Luftfederung ; beschrieben. In Fig. 1 ist die Fahrzeugachse 3 zwischen den Federbälgen
1 und 2 angebracht. Die Federbälge 1 und 2 sind in einen geschlossenen Rahmen 4
aus rohr-oder kastenförmigen Profilen eingespannt, der gleichzeitig als Zusatzluftbehälter
für die Luftfederbälge dient. Dieser Rahmen 4 ist fest mit dem Fahrzeugaufbau 5
verbunden. Der Rahmen 4 hat einen Anschluß 6, der zum Vorratsluftbehälter bzw. zum
Ventil für die Änderung der Füllung des Rahmenzusatzbehälters führt.
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Durch das Verhältnis der Größe der beiden Bälge zueinander ist die
Federweichheit der Abfederung bestimmt. Würde der Balg 1 und der Balg 2 das gleiche
Volumen sowie auch die gleiche Höhe aufweisen, so würde bei gleicher Füllung der
Bälge in dem gezeichneten Zustand in Mitte Achse 3 zwischen den beiden Bälgen sich
Gleichgewicht ergeben. Bei weiterer Belastung des Wagenaufbaus wird der Balg 1 mehr
zusammengedrückt, während der Balg 2 um den gleichen Weg auseinandergezogen und
damit entlastet wird. Es wirkt hierbei eine sich verändernde Kraft der Belastung
des Balgs 1 durch den Fahrzeugaufbau entgegen, wodurch eine sehr weiche Federung
erzielt wird, ohne daß die einzelnen Bälge übermäßig groß ausgebildet sein müssen,
und man auch mit einem verhältnismäßig kleinen Zusatzluftbehäiter auskommt. Bei
einer kleineren Ausbildung des Balgs 2 gegenüber dem Balg 1 wird die Federkennung
härter.
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Bei weiterer Einfederung infolge Belastung des Fahrzeugaufbaus durch
Ladung oder infolge dynamischer Kräfte kommt eine Gummifeder 7 mit einem Ventil
8 in Berührung, das durch die Beaufschlagung mittels der Gummifeder geschlossen
wird. Infolge der Ausbildung der Gummifeder 7 mit einem verhältnismäßig großen Federweg
und einer weich anlaufenden Kennlinie erfolgt der Druckanstieg nachdem Schließen
des Ventils 8 in dein Federbalg 1 nur allmählich, ohne daß die Gesamtcharakteristik
der gewünschten Federung wesentlich verfälscht wird. Durch Wahl des Abstandes der
oberen Auflagefläche 9 der Gummihohlfeder mit der Betätigungsplatte 10 des Ventils
wird der Verlauf der Federkennung ebenfalls beeinflußt. Hierdurch wird erreicht,
daß nicht bei jedem Stoß bzw. bei jeder größeren Durchfederung des Fahrzeuges Luft
verbraucht oder abgeblasen wird. Infolge der Charakteristik der Gummifeder in Verbindung
mit der Federung der im Luftbalg befindlichen Luft ist die Federung auch bei plötzlichen
Stößen immer noch derartig, daß harte Anschläge und plötzliche Druckerhöhungen vermieden
werden. Bei der Rückfederung wird umgekehrt der Balg 2 zusammengedrückt, bei weiterer
Rückfederung kommt die Auflagefläche 9 der unteren Gummihohlfeder 7 mit der Betätigungsplatte
10 des Ventils 8 in Berührung und schließt dieses Ventil. Hierdurch wird sowohl
die Luft in dem Federbalg 2 komprimiert und gleichzeitig die untere Gummihohlfeder
7 zusammengedrückt, bis das Svstern in Stillstand gerät. Hierbei wird der Federbalg
1 sich ausdehnen. Die beiden Ventile 8 oben und unten zur Verbindung der Luftvolumina
der Federbälge 1 und 2 mit dem rahmenförmigen Zusatzbehälter 4 sind in der als Beispiel
der in Fig. 1 dargestellten Ausführung normalerweise offen und werden durch die
Beaufschlagung mittels Guiuinihohlfederii geschlossen.
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Es ist in gleicher Weise eine Ausführung denkbar nach Fig. 3, wonach
die Ventile 8 so ausgebildet sind, daß sie normalerweise geschlossen sind und lediglich
das Luftvolumen in den einzelnen Federbälgen anfänglich zur Federung herangezogen
wird. Bei weiterer Einfederung wird durch die Beaufschlagung der Betätigungsplatte
des Ventils 1O die Verbindung zu dem rahmenförmigen Zusatzbehälter 4 geöffnet und
dadurch ein weiteres Luftvolumen der Federung zugeschaltet, so daß die Federung
also hinsichtlich des Federungsmediums Luft weicher wird, jedoch gleichzeitig infolge
der Charakteritik der Gummifeder 7 progressiv ansteigt. DieseAusführungsart ist
in Fig.3 dargestellt. Bei dieser Anordnung erhält man eine abgesetzte Federungskennlinie,
die in dem mittleren Arbeitsbereich eine erwünschte weiche Federkennung ergibt und
ebenfalls mit wenig Luftverbrauch und geringen Querschnitten der L uftfederbälge
auskommt.
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Die einzelnen Figuren bedeuten beispielsweise; Fig.1 Abfederung durch
Luftfederbälge mit Guminihohlfeder, wobei die Ventile normalerweise offen sind und
erst durch die Beaufschlagung durch die Gummihohlfedern geschlossen werden;
Fig.
2 zeigt eine Seitenansicht mit einem Schnitt durch den rahmenförmigen Zusatzbehälter;
Fig. 3 zeigt beispielsweise eine Ausführung, bei der die Ventile normalerweise geschlossen
sind und erst durch die Beaufschlagung der Gummihohlfedern geöffnet werden; Fig.
4 zeigt eine Seitenansicht der Fig. 3 mit einem Schnitt durch den rahmenförmigen
Zusatzbehälter. Über den Wortlaut der Ansprüche hinausgehende Teile der Beschreibung
und der Ausführungsbeispiele dienen nur der Erläuterung und sind nicht Gegenstand
der Erfindung.