DE3434659C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Druckminderventils als Regelventil.

Ein in Rede stehendes Druckminderventil ist aus der DE-OS 25 50 877 bekannt. Dieses Druckminderventil weist ein Ein- und ein Auslaßventil auf, mit jeweils einem Ventilsitz und einem elastisch angepreßten Stellglied, wobei die Stellglieder des Einlaßventils und des Auslaßventils verbunden sind, 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, bei dem der Sitz des Einlaßventils durch das Gehäuse gebildet wird, der Sitz des Auslaßventils durch die Vorderseite des Stellkolbens, bei dem die zu dem Auslaßventil gehörige Entlüftungsleitung durch den Stellkolben in die Atmosphäre geführt ist und bei dem der Stellkolben rückseitig an einer Druckfeder anliegt.

Aus der DE-AS 12 82 475 ist eine Luftfederanlage mit pneumatischer Dämpfung bekannt, 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 erzwungenden 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 Dämpfungsein­ richtung verbunden ist. Das ingesamt in der Luftfeder und dem Ausgleichsraum enthaltende Gasvolumen ist indessen konstant und gewährleistet ein konstantes Niveau des von der Luftfeder abgestützten Körpers.

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 Vorderseite mit vorgespanntem Gas des mittleren Druckes PM beaufschlagt und betätigt bei einer Verschiebung durch äußere Kräfte ein Ventil. Hierdurch wird eine Rückführung des Kolbens in die Ausgangslage bewirkt, somit eine Niveauregulierung, und zugleich eine Isolierung und Dämpfung der erregenden Schwingung angestrebt. Letzteres soll dadurch erfolgen, daß die beiderseits auf dem Kolben lastenden Drücke während dessen Aufwärtsbewegung aneinander angeglichen werden bzw. durch Entlüften des den Kolben rückseitig begrenzenden Raumes in die Atmosphäre während seiner Abwärtsbewegung. Die von der jeweiligen Kolbenstellung abhängige Ventilbetätigung berücksichtigt indessen nicht die Phasenschiebung des momentanen Gasdruckes in der Luftfeder in bezug auf die zugehörige Kolbenstellung, wenn Schwingungen einer höheren Frequenz eingeleitet werden. Die diesbezüglichen Zusammenhänge werden beispielsweise in der Formel 2.33 "Shock and Vibration Handbook", McGraw-Hill Book Company, 1961, Seite 2 bis 9, erläutert.

Sie sind als physikalische Gesetzmäßigkeit aufzufassen und schließen die Erzielung einer guten Isolier- und Dämpfungswirkung aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Verwendung eines Druckminderventils aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Druckminderventil als Regelventil in einer Luftfeder verwendet ist, wobei die untereinander verbundenen, federbelasteten Stellglieder des Ein- und Auslaßventils eine Eigenfrequenz haben, die oberhalb der Frequenz von Schwingungen liegt, die betriebsbedingt in die Luftfeder eingeleitet werden.

Die in Rede stehende 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 eine 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 Randlenker 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 erfindungsgemäß ein speziell modifizierter Druckregler angeordnet ist. Dieser kann ähnlich der bekannten, jedoch bisher für Federungszwecke nicht verwendeten Ausführung nach der DE-OS 25 50 877 ausgebildet sein und wird nachfolgend näher erläutert.

Ein Merkmal des bei der in Rede stehenden 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 und genügt durch die gegenseitige Abstimmung von deren Eigenfrequenz mit der Frequenz der eingeleiteten Schwingungen für deren Betätigung. 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 eingeleitete Schwingungen ist hiervon die Folge. Sie findet Ausdruck in der in Fig. 1 gezeigten Gegenüberstellung der Übertragungsfunktion einer Gasdruckfeder nach der eingangs behandelten DE-AS 12 82 475 und der 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 ent­ sprechender Effekt ist bei der durch die Kurve "B" charaterisierten, vorgeschlagenen Aus­ führung nicht vorhanden. Sie weist darüber hinaus durch die Verwendung eines Druckreglers mit ausreichend hoher Ansprechempfindlichkeit eine bessere Isolierung hoch­ frequenter 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 Schwingungen liegt, die betriebsbedingt in die Luftfeder eingeleitet werden. Diese Forderung läßt sich technisch unter Ver­ wendung relativ kleinformatig gebauter Druckregler leicht erfüllen, was dem Wunsch nach einer Geschwichtsersparnis sehr entgegenkommt. Dem Fachmann gegebenenfalls erforderlich erscheinende Niveauregler können in ihrer Funktion den eingangs beschriebenen entsprechend.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung der in Rede stehenden Luftfeder. Diese wird nachfolgend näher erläutert.

Die in Fig. 2 gezeigte Luftfeder umfaßt einen gasgefüllten Gummibalg, der die Karosserie eines Kraftfahrzeuges auf dem zugehörigen Radlenker abstützt. Der Innenraum 13 der Luft­ feder 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 Ge­ häuses gelagert ist.

Die aus dem Druckgasreservoir zugeführte Druckluft gelangt im linken Teil des Druckreglers zunächst in die Speicher­ kammer 17. Diese ist durch das Einlaßventil 11 mit der Vor­ kammer 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 senk­ rechter Richtung nach oben vorspringenden Zapfen auf. Dieser bildet seinerseits das Stellglied des Auslaßventils 1 mit einem Ventilsitz, der in der Stirnfläche des Stellkolbens 3 angeordnet ist. Der Stellkolben 2 ist in diesem Sinne ra­ dial innerhalb seines Ventilsitzes von der Entlüftungs­ leitung 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 Ver­ wendung 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 24 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 Steuer­ kammer 9. Diese ist durch die Ausgleichsleitung 10 mit der Vorkammer 4 und somit im Innenraum 13 der Luftfeder ver­ bunden. Der im Innenraum 13 der Luftfeder herrschende Druck lastet daher zu jedem Zeitpunkt zugleich auch auf der Vorder­ seite des Stellkolbens 3.

Zur Funktion ist folgendes auszuführen:

Bei vollkommen entleertem System herrscht im Innenraum 13 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 zu­ geführte 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 Druck­ medium 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 un­ mittelbar 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 be­ dingt, 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 ent­ weichen. 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.

Es sei nun angenommen, daß sich betriebsbedingt ein Druckabfall im Innenraum 13 der Luftfeder ergibt. Ein ent­ sprechender Druckabfall an der die Steuerkammer 9 be­ grenzenden 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 1, welches auf dem Ventil­ sitz des Auslaßventils ruht, wird hierdurch nach unten ver­ schoben und bedingt ein Anheben des Stellgliedes des Ein­ laßventils 11 von seinem Ventilsitz. Zusätzliches Druckgas kann dadurch in den Innenraum 13 der Luftfeder nachströmen und bewirkt hier einen Druckanstieg. Dieser wird 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 be­ nötigte Druckregler zeichnet sich durch einen sehr ein­ fachen Aufbau aus und durch eine besonders gute Be­ triebssicherheit. Er gewährleistet, daß störende Schwin­ gungen von den beiden an die Luftfeder angeschlossenen Teilen nicht aufeinander übertragen werden können und er­ möglicht 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 be­ kanntgewordenen Ausführungen. Dennoch ist durch die Stell­ schraube oder einen sinngemäß auf die Druckfeder wirkenden Kolben eine Modifizierung des Betriebsverhaltens von außen sehr leicht möglich, beispielsweise im Hinblick auf die Niveauregulierung eines Kraftfahrzeuges. Für Kraftfahr­ zeuge, die neben der Straße auch in offenem Gelände be­ nutzt werden müssen, ist diese Möglichkeit von großer Bedeutung.

• Bezugszeichenliste  1 Auslaßventil
   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
  22 Ventilsitz
  23 Stellglied

Claims (1)

1. Verwendung eines Druckminderventils als Regelventil in einer Luftfeder, wobei die untereinander verbundenen, feder­ belasteten Stellglieder des Ein- und des Auslaßventils eine Eigenfrequenz haben, die oberhalb der Frequenz von Schwingungen liegt, die betriebsbedingt in die Luftfeder eingeleitet werden.