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Luftfedersystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf Luftfedersysteme, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer
Stülpfeder, einem Druckluftvorratsbehälter und einem Zusatzluftbehälter, wobei die
Stülpfeder über einem Stempel abrollt.
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Die praktische Anwendung der bekanntgewordenen Luftfederkonstruktionen
setzt voraus, daß am Fahrzeug ein Luftfederkompressor vorhanden ist, der gegebenenfalls
Druckverluste im Federsystem ausgleicht und beim Erhöhen der Zuladung durch entsprechende
Druckerhöhung das mittlere Arbeitsniveau wieder einstellen kann. Für größere Fahrzeuge,
wie etwa Omnibusse, Lkws usw., die bereits einen Kompressor für die Druckluftbremsen
haben, ist die Frage der Drucklufterzeugung kein Problem. Für kleinere Personenkraftwagen
jedoch würde es notwendig werden. Luftkompressoren oder ähnlich geartete mechanische
Vorrichtungen vorzusehen. Die bekannten vorteilhaften Eigenschaften .der Luftfedern
legen aber ihre Anwendung auch für kleinere Personenwagen nahe.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Luftfedersystem insbesondere für Kraftfahrzeuge
vorgeschlagen, das aus einer Stülpfeder, einem Druckluftvorratsbehälter und einem
Zusatzluftbehälter, wobei die Stülpfeder über einem Stempel abrollt, besteht. Die
Erfindung besteht darin, daß der unter und seitlich der Stülpfeder liegende Rollraum
ganz oder teilweise von einer luftdicht schließenden Membran abgeschlossen ist und
an diesen so gebildeten Druckraum ein Einlaßventil für Luft aus der Atmosphäre und
eine Leitung zum Druckluftvorratsbehälter angebracht ist, an dem an der Einmündung
dieser Leitung ein Rückschlagventil vorgesehen ist, so daß nur bei großer Einfederung
Luft aus dem Druckraum in den Druckluftvorratsbehälter strömen kann. Das Prinzip
der Arbeitsweise dieses Luftfedersystems bewirkt, daß die während der normalen Fahrt
auftretenden Luftstöße in der Feder in ihren Spitzendrucken durch ein Rückschlagventil
in den Preßluftreservebehälter abgeleitet werden. Dadurch führt das Fahrzeug stets
einen Luftbehälter mit sich, dessen Luftdruck um einige Atmosphären größer ist,
als es dem normalen Arbeitsdruck entspricht. Der Preßluftreservebehälter tritt dann
in Tätigkeit, wenn durch eine größere Belastung im Fahrzeug die Luftfeder aus ihrer
mittleren Arbeitsstellung herausgedrückt wird. Während der Fahrt wird in diesem
Zustand dann selbsttätig aus dem Preßluftreservebehälter Luft in das Luftfedersystem
übergeführt und die Feder wieder in die mittlere ; Arbeitsstellung zurückgebracht.
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Ein derartig ausgestaltetes Federsystem ist an sich auch ohne Kompressor
arbeitsfähig. Jedoch müssen die Luftverluste von Zeit zu Zeit ausgeglichen werden,
indem wie bei Reifen in angemessenen Abständen der Preßluftreservebehälter wieder
auf seinen Maximaldruck gebracht wird.
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Mit dem zeitweilig erforderlichen Aufpumpen des Reservebehälters sind
jedoch Unbequemlichkeiten verbunden. Um diesem Umstand zu begegnen, ist in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß die Membran einseitig am Abrollstempel
befestigt ist. An diesem so gebildeten Raum sind ein Einlaßventil und eine Leitung
zum Preßluftbehälter angebracht.
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Dadurch werden die Einfederungsimpulse des Balges benutzt, um Preßluft
zu erzeugen und sie sodann in einem Reservoir zu speichern. Zu diesem Zweck drückt
die sich abrollende Luftfeder die mit einer flexiblen, elastischen Membran abgeschlossene
Luftkammer zusammen und erzielt durch die eintretende erhebliche Volumenverminderung
eine .entsprechende Druckerhöhung. Diese Druckspitzen werden in das Luftreservoir
weitergeleitet, wobei ein Überschlagventil dafür sorgt, daß aus dem Reservoir keine
Luft unbeabsichtigt entweichen kann. Ein entsprechendes Überdruckventil begrenzt
den gewünschten Enddruck. Während des Ausfederungsvorganges ist der Membran auf
Grund ihrer Elastizität Gelegenheit gegeben, ihre Normalstellung wieder einzunehmen
und auf diese Weise mit Hilfe eines Überschlagventils in der Luftkammer wieder normalen
Atmosphärendruck eintreten zu lassen.
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Der dadurch selbsttätig sich aufbauende Luftdruck im Preßluftreservoir
wird dann herangezogen, wenn durch eine größere Belastung des Fahrzeuges die Luftfeder
aus ihrer mittleren Arbeitsstellung herausgedrückt wird. Sodann wird der sich verringernde
Abstand zwischen Fahrzeugachse und Fahrzeugaufbau mittels eines Fühlhebels ausgenutzt,
um einen Vierwegehahn
derart zu öffnen, daß ein Druckausgleich
zwischen Vorratsbehälter und Luftfederbehälter möglich wird. Ist der im Vorratsbehälter
aufgebaute Druck höher als der entstehende Innendruck der Luftfeder, so strömt so
lange Luft über, bis der gewünschte mittlere Abstand zwischen Fahrzeugachse und
Fahrzeugaufbau sich wieder einstellt. In diesem Augenblick schließt der Fühlhebel
das Überströmventil, und der Anlage ist Zeit und Gelegenheit gegeben, sich selbsttätig
wieder aufzuladen. Selbst wenn der aufgebaute Druck des Vorratsbehälters etwa nur
in gleicher Höhe mit dem Federsystem liegt, wird doch noch das gewünschte Überströmen
in der Stellung der größten Ausfederung möglich sein, da in dieser Arbeitsstellung
der Arbeitsdruck des Systems am niedrigsten ist.
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Wird durch Entlasten des Fahrzeuges der Abstand zwischen Fahrzeugachse
und Fahrzeugaufbau erhöht, so öffnet der Fühlhebel den Vierwegehahn in der Weise,
daß Luft aus dem Federungssystem so lange ausströmen kann, bis erneut Gleichgewicht
eingetreten ist.
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Das erfindungsgemäß gestaltete Luftfederungssystem arbeitet vollkommen
selbsttätig; es bedarf bei seiner Inbetriebnahme keiner zusätzlichen Druckquellen.
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Die Membran ist ihrer Aufgabe entsprechend mit Einlagen ausgestattet,
die unerwünschte Aufbauschungen verhindern, aber die gewünschte Zusammendrückung
zulassen können. Im einfachen Fall kann die Membran eine hohlzylindrische Form aufweisen,
wobei die Ränder derselben am Fuß des Stempels und an den unteren Rändern des glockenförmigen
Behälters angebracht sind. Diese Anordnung schafft den zusätzlichen Vorteil, daß
die Rollflächen des Stempels, auf dem der Rollbalg abrollt, vor Staub und Feuchtigkeit
geschützt sind und der Rollbalg selbst eine entsprechend verlängerte Lebensdauer
aufweist.
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Es ist aber auch möglich, den einen Rand der Membran nicht wie oben
beschrieben an den Rand des glockenförmigen Luftbehälters, sondern am Stempel selbst
anzubringen. Damit wird bewirkt, daß die Pumpe nur bei kräftigen Federstößen in
Betrieb genommen wird, so daß die Federung in ihrer Charakteristik keine nennenswerte
Veränderung erfährt. Diese Maßnahme hat außerdem eine Vereinfachung der Pumpvorrichtung
zur Folge.
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Die Erfindung wird an Hand dargestellter Ausführungsbeispiele näher
erläutert.
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Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Luftfedersystems nach der
Erfindung; Abb. 2 zeigt .eine spezielle Entwicklung, und Abb. 3 stellt eine Erläuterung
des Gesamtaufbaues, insbesondere des Steuerorgans, dar.
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In Abb. 1 wird ein Abrollstempel 1 von einem glockenförmigen Behälter
2 überdeckt. Beide sind durch einen Rollbalg 3 miteinander verbunden, wobei der
Rollbalg 3 an der einen Seite durch eine armierte Wulst 4 am oberen Behälter 2 befestigt
ist. Die untere, kleinere Wulst 5 ist mit dem Abrollkörper verbunden. Beim Einfedern
des Federsystem kann aus dem Behälter 2 im Laufe der Zeit Luft infolge der Diffusion
verlorengehen, so daß die Einstellung .der Feder in ihrer optimalen mittleren Arbeitsstellung
gefährdet ist. Um diesen Luftverlust auszugleichen, ist ein Druckluftvorratsbehälter
6 vorgesehen, aus dem nach Bedarf über den Vierwegehahn 7 Luft in das Federsit,
ein übergeführt werden kann. Ein Manometer 35 ermöglicht eine Kontrolle des jeweiligen
Luftdrucks im Druckluftvorratsbehälter 6. Diese Art der Konstruktion erfordert von
Zeit zu Zeit ein Neuauffüllen dieses Behälters 6. Das System kann eine weitere Verbesserung.
erfahren, da es nicht als völlig wartungsfrei angesehen werden kann.
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Erfindungsgemäß ist der Abrollraum zwischen Behälter 2 und Grundplatte
8 von einer Membran 9 umgeben. Diese Membran kann Wülste 10 und Verstärkungsringe
11 aufweisn, damit auch größere Druckdifferenzen aufgenommen werden können. Die
Wülste 10 werden durch entsprechende Klammern 12 gehalten.
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Beim Einfedern der Luftfeder wird der Raum 13 verkleinert und bewirkt
eine Kompression der Luft, die über die Rohrleitung 14 in den Druckluftvorratsbehälter
6 abgeleitet wird. Diese Leitung ist im Verhältnis zum Rauminhalt 13 sehr klein
gehalten. damit eine möglichst große Kompression zustande kommen kann.
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Der Druckluftvorratsbehälter 6 ist durch ein Rückschlagventil15 beim
Ausfedern des Federsystems gegen Druckverluste gesichert. Der beim Ausfedervorgang
sich vergrößernde Raum 13 saugt über das Rückschlagventil 16 Frischluft an. Außer
der Membran 9 können weitere Balgmembranen vorgesehen sein, die es zulassen, daß
der Pumpvorgang beim Ein- und Ausfedern zweistufig abläuft.
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In Abb. 2 ist eine ähnliche Ausführung wie in Abb. 1 dargestellt.
Der Abrollstempel l wird durch einen Rollbalg 3 wiederum mit dem glockenförmigen
Behälter 2 verbunden. Beim Einfedern des Federsystems nimmt der Rollbalg 3 die Stellung
3 a ein. Dadurch erfährt die kegelförmige Membran 17 eine Veränderung nach 17a,
wobei eine starke Verkleinerung des Luftvolumens 18 hervorgerufen wird. Dabei wird
die komprimierte Luft wiederum durch die Leitung 14 hindurch in den Druckluftvorratsbehälter
6 übergeführt. Der Abrollstempel 1 ist zweiteilig ausgeführt. Der ringförmige Aufsatz
19 klemmt die obere Kante der Membran 17 ein. Der untere Aufsatz 19 berücksichtigt
hinsichtlich seiner Außendurchmesser die sich beim Einfederungsvorgang anlegend
Membran 17. Die untere Kante der Membran 17 ist wulstförmig ausgebildet und durch
einen Metallkern 20 verstärkt. Ein Ringflansch 21 verbindet die Membran 17 mit der
Grundplatte B. Beim Ausfederungsvorgang nimmt die Membran 17 auf Grund ihrer Elastizität
ihre Ursprungslage wieder ein, wobei über das Rückschlagventil 16 die Luft ergänzt
wird. Die Membran 17 besteht aus hochelastischem gummiertem Gewebe, das die durch
den Einfederungsvorgang hervorgerufenen Deformationen zuläßt. Für die Ausbildung
der Membran 17 empfehlen sich als Gewebeeinlagen die aus dem modernen Reifenbau
gut bekannten vollsynthetischen Polyester- und Polyurethanfasern sowie ähnliches
Material.
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Eine Kombination der Ausführung nach Abb. 1 und 2 ermöglicht ein zweistufiges
Druckprinzip. In diesem Fall wäre beispielsweise die Membran 9 mit dem Volumen 13
die erste Stufe, die mit Hilfe der Membran 17 und des Volumens 18 in eine zweite
Druckstufe übergeführt werden kann. Auf diese Weise ist gegebenenfalls ein höherer
Drucksprung zu erzielen.
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In Abb. 3 wird das erfindungsgemäße Luftfedersystem in der Gesamtansicht
im Einbau gezeigt. Der Abrollstempel 1 ist auf dem Hebelarm 22 befestigt, wobei
der Hebelarm um einen Zapfen 23 drehbar gelagert ist und gleichzeitig dive Wagenachse
24 mittels einer Spannvorrichtung 25 trägt. Der glockenförmige
Behälter
2 stützt sich gegen den Fahrzeugaufbau 26 ab. In den Behälter 2 münden zwei Kanäle
27 und 28, wobei der untere 27 mit einem Rückschlagventi129 gesichert ist. Diese
beiden Kanäle sind an den Vierwegehahn 7 angeschlossen und können über die Kanäle
30 und 31 je nach Stellung des Kanals 32 im drehbaren Mittelstück 33 weitergeführt
werden. Das Drehstück 33 des Vierwegehahnes 7 bekommt seine Bestätigungsimpulse
durch die Hebelarme 34, die das Drehstück 33 mit der Achse 24 verbinden. In mittlerer
Federarbeitsstellung liegt der Kanal 32 des Vierwegehalines 7 tot, d. h., ein Druckluftausgleich
findet nicht statt. Bei einer Zuladung nähert sich die Achse 24 dem Fahrzeugaufbau,
so daß die Hebelstellung 34 in die Stellung 34a übergeht. Hierdurch verbindet der
Kanal 32 die Kanäle 31 und 27. Der Druckausgleich zwischen dem Druckluftvorratsbehälter
6 und dem Luftfederungssystem findet dann so lange statt, bis sich die Feder wieder
in mittlerer Arbeitsstellung befindet und die Betätigungshebel wieder die Stellung
34 eingenommen haben. Im umgekehrten Fall, bei Lastverminderung, entfernt sich die
Achse 24 vom Aufbau 26, wodurch der Hebelarm 34 in die Stellung 34b wechselt. Der
Kanal 32 verbindet jetzt die Kanäle 28 und 30, wodurch eine Druckverminderung
eintritt.
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Die Druckverminderung währt so lange, bis das Federungssystem seine
gewünschte mittlere Stellung wieder eingenommen hat und dadurch automatisch der
Verbindungskanal 32 verschlossen wird. Das Rückschlagventi129 verhindert bei Fühlhebelstellung
34a ein ungewolltes Rückfließen in den Behälter 6, wenn sich noch kein ausreichender
Druck aufgebaut haben sollte. Die Anordnung der Teile 27 bis 34b gehört nicht zum
Gegenstand der Erfindung und dient nur der Erläuterung.