DE3434659A1

DE3434659A1 - Luftfeder

Info

Publication number: DE3434659A1
Application number: DE19843434659
Authority: DE
Inventors: Willi 6900 Heidelberg Schweikert
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1986-04-03
Also published as: DE3434659C2; US4732077A; GB2164724A; GB8523305D0; FR2570781A1; FR2570781B1; GB2164724B

Description

Dr. H. Weissenfeld-Richters Höhnerweg 2-4

Patentanwältin « , ~ / _r r η 6940 Weinheim/Bergstr.

ς5 4 O 4 O O S3 Telefon (0 62 01) 80-8618

Telex 4 65 531

19. 9. 1984

Mo/F

M 334/Deu.

Anmelderin; Firma Carl Freudenberq, Weinheim

Luftfeder

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder zur Abstützung eines schwingenden Körpers auf einem Fundament, umfassend einen Federbalg mit variablem Innenraum, der durch eine Leitung mit einem Druckgasreseruoir verbunden ist, bei dem die Leitung wenigstens ein Gasein- und ein Gasauslaßventil aufweist, umfassend jeweils einen Ventilsitz und ein elastisch angepreßtes Stellglied, bei dem für die Öffnung maximal eines der beiden Ventile wenigstens ein auf der Vorderseite mit dem Druck des Innenraumes beaufschlagter Stellkolben vorgesehen ist, der in gleicher Richtung wie die Stellglieder in einem Gehäuse verschiebbar ist und wobei der Sitz des Gaseinlaßventils durch das Gehäuse gebildet ist.

Eine solche Luftfeder ist bekannt. Beispielsweise die DE-AS 12 82 475 nimmt Bezug auf eine Luftfederanlage mit pneumatischer Dämpfung, bei der die "eigentliche Luftfeder durch ein doppelt wirkendes Ventil mit einem Ausgleichsraum verbunden ist. Das Ventil wird beim· schwingungsverursachten Auftreten von Differenzdrücken zwischen der Luftfeder und dem Ausgleichsraum betätigt, was zu einer gewissen Kompensation des Über- oder Unterdruckes in der Luftfeder führt. Die damit erzielte Dämpfung ist jedoch noch unbefriedigend, weil die der erzwungenen Schwingung entgegenwirkende, gewollte Druckänderung in der Luftfeder nur in sehr engen Grenzen tatsächlich eintritt. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, daß in dem Ausgleichsraum und in der Gasdruckfeder ein im wesentlichen identischer Mitteldruck herrscht, so daß lediglich von dem Mitteldruck abweichende Druckänderungen ausgeglichen werden können. Diese grundsätzliche Situation ändert sich auch dann nicht, wenn das Ventil mit einer zusätzlichen Dämpfungseinrichtung verbunden ist.

Eine andere Luftfeder wird in der US-PS 29 65 372 beschrieben. Die nachgiebige und mit dem Erreger verbundene Begrenzungswand wird dabei durch einen Kolben gebildet, der in einem Zylinder hin- und herbewegbar ist. Der Kolben ist auf der einen Seite mit vorgespanntem Gas des mittleren Druckes PM beaufschlagt und betätigt bei einer Verschiebung durch äußere Kräfte ein Ventil, durch das der auf seiner Rückseite lastende Gasdruck dem vorderseitig wirksamen Gasdruck angepaßt wird. Diese gegenseitige Anpassung der beiderseitig herrschenden Gasdrücke geschieht durch Einspeisung von Gas eines PM übersteigenden Druckes aus einem Reservebehälter oder durch Ausblasen von vorgespanntem Gas in die Atmosphäre Die von der jeweiligen Kolbenstellung abhängige Ventilbetätigung berücksichtigt indessen nicht die Fasenschiebung des momentanen Gasdruckes in bezug auf die zugehörige

Kolbenstellung, wenn Schwingungen einer höheren Frequenz in die Luftfeder eingeleitet u/erden. Die in diesem Falle falsche Ventilbetätigung hat eine schlechte Isolierwirkung zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß eine bessere Isolierung von Schwingungen einer hohen Frequenz erzielt wird sowie eine bessere Dämpfung von Schwingungen im Resonanzbereich.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Luftfeder der· eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Die vorgeschlagene Luftfeder weist nur einen einzigen Arbeitsraum auf. Dieser wird nachfolgend als Innenraum bezeichnet. Er ist mit Gas des mittleren Druckes PM gefüllt, das die eigentliche Feder für den auf dem schwingenden Fundament gelagerten Körper bildet, beispielsweise einer Kfz-Karosserie, die auf den Radlenkern abzustützen ist. Die eigentliche Luftfeder kann dementsprechend einfach gestaltet sein und beispielsweise durch einen Hohlkörper aus Gummi gebildet werden, der einerseits an der Karosserie und andererseits an dem Radlenker festgelegt ist und dessen Innendruck in Abhängigkeit von der Art der eingeleiteten Schwingungen gezielt veränderbar ist. Der Innenraum der Luftfeder ist zur Erreichung dieses Zweckes durch eine Leitung mit einem Druckgasreservoir verbunden, in der ein speziell ausgebildeter Druckregler angeordnet ist. Dieser wird nachfolgend näher erläutert.

Ein \i/esentliches Merkmal des bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftfeder zur Anwendung gelangenden Druckreglers besteht darin, daß die Leitung, "durch die der Innenraum der Luftfeder mit dem Druckgasreservoir .verbunden ist, durch ein Einlaßventil versperrbar und: durch ein Auslaßventil in die Atmosphäre entlüftbar ist. Der im Innenraum der Luftfeder herrschende, aktuelle Druck dient als Steuerdruck für die Betätigung des Ein- und des Auslaßventils. Dadurch wird bei einem als Folge einer Einfederung auftretenden Druckanstieg das Auslaßventil geöffnet, so daß Luft in die Atmosphäre entweichen kann. Ein weiterer Druckanstieg wird dadurch vermieden. Bei einem durch eine Ausfederung verursachten Druckabfall in dem Innenraum wird demgegenüber das Einlaßventil geöffnet, wodurch Druckluft aus dem Druckgasreservoir in den Innenraum nachströmen kann und einen weitergehenden Druckabfall verhindert. Eine ausgezeichnete Kompensation der eingeleiteten Schwingungen ist hiervon die Folge. Sie findet Ausdruck in der in Figur 1 gezeigten Gegenüberstellung der Übertragungsfunktionen einer Gasdruckfeder nach der eingangs behandelten DE-AS 12 82 475 und der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführung. Die Übertragungsfunktion "A" der Ausführung nach dem Stande der Technik zeigt bei Einleitung von Schwingungen im Resonanzbereich ein Aufschaukeln des abgestützten Maschinenelementes ,· d . h . Schwingungsausschläge, die größer sind als die Amplitude der Erregerschwingung. Ein entsprechender Effekt ist bei der durch die Kurve "B" charakterisierten, erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführung nicht vorhanden. Sie weist darüberhinaus bei Verwendung eines Druckregler?? mit ausreichend hoher Ansprechempfindlichkeit eine bcsr.ci· Isolierung hochfrequenter Schwingungen auf, wobei unter "ausreichend hoch" in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen ist, daß die Eigenfrequenz der in dem Regler enthaltenen und untereinander verbundenen Stellglieder des Ein- und des Auslaßventils oberhalb der Frequenz von

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Schwingungen liegt, die betriebsbedingt in die Luftfeder eingeleitet werden. Diese Forderung läßt sich technisch unter Verwendung relativ kleinformatig gebauter Druckregler leicht erfüllen, was dem Wunsch nach einer Gewichtsersparnis sehr entgegen kommt.

Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftfeder. Diese wird nachfolgend näher erläutert:

Die in Figur 2 gezeigte Luftfeder umfaßt einen gasgefüllten Gummibalg, der die Karosserie eines Kraftfahrzeuges auf dem zugehörigen Radlenker abstützt. Der Innenraum 13 der Luftfeder ist durch eine Leitung 2 mit einem Druckgasreservoir verbunden, welche durch den Druckregler 14 hindurchgeführt ist.

Der Druckregler besteht äußerlich aus dem Gehäuse 19 und der Stellschraube 18, welche drehbar im Oberteil des Gehäuses gelagert ist.

Die aus dem Druckgasreservoir zugeführte Druckluft gelangt im linken Teil des Druckreglers zunächst in die Speicherkammer 17. Diese ist durch das Einlaßventil 11 mit der Vorkammer 4 verbunden. Der zugehörige Ventilsitz 22 bildet einen ortsfest gelagerten Bestandteil des Gehäuses 19, das zugehörige Stellglied 23 ist auf einer Druckfeder geringer Spannkraft gelagert und durch diese an den Ventilsitz 22 anpreßbar.

Das Stellglied des Einlaßventils 11 weist einen in senkrechter Richtung nach oben vorspringenden Zapfen auf. Dieser bildet seinerseits das Stellglied 1 des Einlaßventils mit einem Ventilsitz, der in der Stirnfläche des Stellkolbens

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3 angeordnet ist. Der Stellkolben 3 ist in diesem Sinne radial innerhalb seines Ventilsitzes von der Entlüftungsleitung 6 in senkrechter Richtung durchdrungen. Diese mündet in den entlüfteten Innenraum des Gehäuseoberteiles.

Der Stellkolben 3 ist in dem Gehäuse in senkrechter Richtung beweglich gelagert und durch eine Ringdichtung gegenüber der Gehäusewandung abgedichtet. Die Ringdichtung kann in Fällen, in denen eine besonders leichte Beweglichkeit des Stellkolbens erwünscht ist, beispielsweise bei einer Verwendung der Luftfeder zur Abstützung eines Fahrersitzes, durch eine Rollmembrane ersetzt sein.

An der Rückseite des Stellkolbens 3 liegt die Druckfeder 16 mit ihrer Stirnfläche an. Rückseitig ist die Druckfeder 16 auf einem Federteller gelagert, der durch Verdrehen der Stellschraube 18 mehr oder weniger stark an das Ende der Feder anpreßbar ist. Die Federkraft der Druckfeder 16 ist dadurch veränderbar.

Mit seiner Vorderseite begrenzt der Stellkolben 3 die Steuerkammer 9. Diese ist durch die Ausgleichsleitung 10 mit der Vorkammer 4 und somit im Innenraum 13 der Luftfeder verbunden. Der im Innenraum 13 der Luftfeder herrschende Druck lastet daher zu jedem Zeitpunkt zugleich auch auf der Vorderseite des Stellkolbens 3.

Zur Funktion ist folgendes auszuführen:

Bei vollkommen entleertem System herrscht im Innenraum der Luftfeder keinerlei Überdruck. Demzufolge kann auch keinerlei Überdruck auf der Vorderseite des Stellkolbens 3 lasten. Dieser wird als Folge davon durch die Druckfeder

16 nach unten bewegt, was bewirkt, daß das Stellglied des Einlaßventils 11 gegen die Kraft der Feder 12 von seinem Ventilsitz abgehoben wird. Aus dem Druckgasreservoir 2 zugeführte Druckluft kann dadurch das Einlaßventil passieren und in den Innenraum 13 der Luftfeder einströmen.

Der Druckanstieg im Innenraum 13 der Luftfeder bewirkt einen parallel verlaufenden Druckanstieg in der Steuerkammer 9 und als Folge hiervon eine zunehmende Kompensation der Kraft der Druckfeder 16. Der Stellkolben 3 wird dadurch nach oben angehoben, wobei das Stellglied des Einlaßventils, bedingt, durch die Kraft der Feder 12, seiner Bewegung folgt. Das Einlaßventil wird so schließlich geschlossen. Weiteres Druckmedium kann nicht mehr in den Innenraum 13 der Luftfeder nachströmen, ein weiterer Druckanstieg ist somit zunächst unterbunden.

Es sei nun angenommen, daß sich unter Betriebsbedingungen eine Einfederung der Luftfeder ergibt und als Folge hiervon ein Druckanstieg im Innenraum 13. Der Druckanstieg wird unmittelbar auf die Steuerkammer 9 übertragen und damit auf die Vorderseite des Stellkolbens 3, welcher dadurch aus seiner Ruhelage heraus nach oben bewegt wird. Das Stellglied des Auslaßventils, dieses ist starr mit dem auf seinem Sitz ruhenden Stellglied des Einlaßventils verbunden, vermag einer solchen Bewegung des Stellkolbens nicht zu folgen, was bedingt, daß das Stellglied des Auslaßventils 1 von dem in dem Stellkolben 3 befindlichen Ventilsitz abgehoben wird. Den normalen Druck übersteigendes Druckgas vermag dadurch über die Entlüftungsleitung 6 aus dem Innenraum 13 zu entweichen. Parallel zu dem hierdurch bedingten Druckabfall nähern sich das Stellglied und der Ventilsitz des Auslaß-ventils 1 wiederum einander an. Bei Erreichen des normalen Druckes ist das Auslaßventil wiederum geschlossen.

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Es sei nun angenommen, daß sich betriebsbedingt ein Druckabfall im Innenraum 13 der Luftfeder ergibt. Ein entsprechender Druckabfall an der die Steuerkammer 9 begrenzenden Vorderseite des Stellkolbens 3 "ist hiervon die Folge. Er bedingt, daß die Kraft der Druckfeder 16 nunmehr den Druck des vorderseitig auflastenden Gases übersteigt und eine Abwärtsverschiebung des Stellkolbens 3 bewirkt. Das Stellglied des Auslaßventils, welches auf dem Ventilsitz des Auslaßventils ruht, wird hierdurch nach unten verschoben und bedingt ein Abheben des Stellgliedes des Einlaßventils 11 von seinem Ventilsitz. Zusätzliches Druckgas kann dadurch in den Innenraum 13 der Luftfeder nachströmen und bewirkt hier einen Druckanstieg. Dieser v/ird beendet, wenn der momentan herrschende Druck erneut für eine Kompensation der Kraft der Druckfeder ausreichend ist, d.h. dem ursprünglichen Niveau entspricht.

Der für die Steuerung der vorgeschlagenen Luftfeder benötigte Druckregler zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus und durch eine besonders gute Betriebssicherheit. Er gewährleistet, daß störende Schwingungen von den beiden an die Luftfeder angeschlossenen Teilen nicht aufeinander übertragen werden können und ermöglicht so, beispielsweise in bezug auf Fahrzeug- oder Sitzfederungen, die Erzielung eines bisher nicht erreichten Fahrkomforts.

Daneben besteht ein besonders hervorzuhebender Vorteil des Druckreglers darin, daß dieser wenige Einzelteile umfaßt, als alle bisher in einschlägigen Verwendungen bekanntgewordenen Ausführungen. Dennoch ist durch die Stellschraube oder einem sinngemäß auf die Druckfeder wirkenden Kolben eine Modifizierung des Betriebsverhaltens von außen sehr leicht möglich, beispielsweise zur Veränderung der Höhenlage eines Kraftfahrzeuges. Für Kraftfahrzeuge, die neben der Straße auch in offenem Gelände benutzt werden müssen, ist diese Möglichkeit von großer Bedeutung.

Bezugszeichenliste

1 Auslaii ventil

2 Leitung

3 Stellkolben

4 Vorkammer

6 Entlüftungsleitung

9- Steuerkammer

10 Ausgleichsleitung

11 Einlaßventil

12 Feder

13 Innenraum

14 Druckregler

16 Druckfeder

17 Speicherkammer

18 Stellschraube

19 Gehäuse

24 Federteller

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Claims

Patentansprüche

1. Luftfeder zur Abstützung eines schwingenden Körpers auf einem Fundament, umfassend einen Federbalg mit variablem Innenraum, der durch eine Leitung mit einem Druckgasreservoir verbunden ist, bei dem die Leitung wenigstens ein Gasein- und ein Gasauslaßventil aufweist, umfassend jeweils einen Ventilsitz und ein elastisch angepreßtes Stellglied, bei dem für die Öffnung maximal eines der beiden Ventile wenigstens ein auf der Vorderseite mit

"dem Druck des Innenraumes beaufschlagter Stellkolben vorgesehen ist, der in gleicher Richtung wie die Stellglieder in einem Gehäuse verschiebbar ist und wobei der Sitz des Gaseinlaßventils durch das Gehäuse gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder des Gaseinlaßventils (11) und des Gasauslaßventils (l) verbunden sind, daß der Sitz des Gasauslaßventils (l) durch die Vorderseite des Stellkolbens (3) gebildet ist, daß die zugehörige Entlüftungsleitung (6) durch den Stellkolben (3) in die Atmosphäre geführt ist und daß der Stellkolben (3) rückseitig an einer Druckfeder (16) anliegt.

2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (3) durch wenigstens eine Ringmembrane gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist.

3. Luftfeder nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Stellkolben (3) abgewandte Ende der Druckfeder (16) an einem in Richtung der Druckfeder verstellbaren Federteller (24) anliegt.

4. Luftfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (24) durch eine Stellschraube (18) und/ oder Kolben verstellbar ist.