DE4018712A1 - Luftfeder mit umschaltbarer federsteifigkeit - Google Patents
Luftfeder mit umschaltbarer federsteifigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Luftfeder mit umschaltbarer Feder
steifigkeit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte Luftfeder (EP 01 66 702 A2) besteht aus einer
von einem flexiblen Rollbalg begrenzten Hauptluftkammer,
wobei eine Stirnseite des Rollbalgs mit einem in Axialrich
tung und in die Hauptluftkammer hinein beweglichen Kolbenteil
verbunden ist, so daß die Hauptluftkammer ein variables Ar
beitsluftvolumen enthält. Weiter ist eine durch feste Wände
begrenzte Zusatzluftkammer mit einem konstanten Zusatzluft
volumen und mit einem gemeinsamen Wandbereich zur Hauptluft
kammer vorgesehen. Am gemeinsamen Wandbereich ist eine steuer
bare Ventilvorrichtung zur schaltbaren Verbindung oder
Trennung des Arbeitsluftvolumens und des Zusatzluftvolumens
angeordnet.
Je nach Zuschaltung oder Trennung des Zusatzluftvolumens wird
ersichtlich über eine Luftvolumenänderung die Federsteifig
keit der Luftfeder verändert.
Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, wird einer
seits, um den Fahrkomfort zu erhöhen, eine möglichst weiche
Federung angestrebt, andererseits aber eine gute Quer- und
Längsstabilität, das heißt, geringe Seitenneigung und ein ge
ringes Wankverhalten bei Kurvenfahrten und geringe Nicknei
gung beim Bremsen, gefordert. Diese gegensätzlichen Forderun
gen sind bei Fahrzeugen mit Luftfedern durch Ausführungen mit
umschaltbarer Federsteifigkeit zu realisieren.
Bei Fahrzeugen mit einer Wankregelung ist es notwendig, die
Federsteifigkeit bei Fahrmanövern von ca. 1 Hertz auf ca. 2
Hertz Aufbaueigenfrequenz zu erhöhen. Mit dieser Erhöhung der
Wanksteifigkeit kann auf den sonst bei luftgefederten Fahrzeu
gen notwendigen Stabilisator verzichtet werden. Bei Zweikam
merluftfedern mit Rollbalg läßt sich das wirksame Federvolu
men nur soweit reduzieren, daß eine Aufbaueigenfrequenz von
ca. 1,2 bis 1,4 Hertz entsteht. Hiermit kann aber nicht auf
einen Stabilisator verzichtet werden.
Bei der oben genannten, bekannten Luftfeder (EP 01 66 702 A2)
sind das Zusatzvolumen und die Ventilvorrichtung am beweg
lichen Kolbenteil angebracht, wobei der Rollbalg mit seinen
Wänden frei liegt. Damit ergibt sich eine relativ lange Bau
weise mit einem Rollbalg großer Eigenfedersteifigkeit. Die
Steuerleitungen für die bewegliche Ventilvorrichtung müssen
flexibel und beweglich angeschlossen werden.
Bei einer ähnlichen, bekannten Zweikammerluftfeder (DE-OS
15 30 632) mit umschaltbarer Federsteifigkeit wird die Steue
rung der Zuschaltung des Zusatzluftvolumens durch niederfre
quente Druckänderungen über Membranschalter durchgeführt.
Eine bekannte Luftfeder (US-PS 21 15 072) mit flexiblen Bäl
gen enthält eine Ventilsteuerung, dergestalt, daß Druckluft
aus einem Vorratsbehälter jeweils so zugeführt wird, daß
unter Berücksichtigung des Beladezustands der Karosserieab
stand vom Boden bzw. die Bodenfreiheit gleich bleibt.
Eine bekannte Ventilvorrichtung zwischen zwei Druckkammern
unterschiedlichen Drucks (DE-OS 37 23 033), z. B. einer Zwei
kammerluftfeder, enthält zur Reduzierung der Betätigungskraft
eine auf dem Ventilkörper gelagerte Hilfsventilvorrichtung,
wobei deren Durchlaßquerschnitt wesentlich kleiner ist als
der von der gesamten Ventilvorrichtung zu öffnende oder zu
verschließende Durchlaßquerschnitt. Durch die Betätigungsvor
richtung wird nun stets erst der kleinere Ventilkörper der
Hilfsventilvorrichtung von seinem Ventilsitz und erst danach
der größere Ventilkörper der eigentlichen Ventilvorrichtung
von seinem Ventilsitz abgehoben.
Eine bekannte Luftfeder in Verbindung mit einem Stoßdämpfer
(DE-OS 35 22 869) enthält eine fahrzeuggeschwindigkeitsabhän
gige Hart/Weich-Umschaltung, wobei auch hier eine Hauptluft
kammer mit einer Zusatzluftkammer gesteuert verbunden werden
kann. Der konkrete Aufbau der Luftfeder in Verbindung mit dem
Stoßdämpfer ist im Prinzip auch aus der DE-PS 34 03 648 be
kannt. Die Zusatzluftkammer ist dabei oberhalb der Hauptluft
kammer angebracht, der Rollbalg liegt jedoch mit seinen Außen
wänden auch hier frei innerhalb einer Spiralfeder. Die Steuer
elemente für eine Umschaltsteuerung in Form einer Kolbenstan
ge sind mit dem Kolbenteil der Luftfeder verbunden und somit
auch hier ungünstig an den beweglichen Achsteilen befestigt. Auch
in einer weiter bekannten Zweikammerluftfeder (EP 01 93 035 B1)
ist die Zusatzluftkammer oberhalb der Hauptluftkammer
angebracht, wobei jedoch auch hier die Rollbalgwände frei lie
gen.
Bei einer Fluidfeder (DE-OS 31 14 882) mit kompressiblem Flüs
sigkeitsvolumen und mehreren Kammern ist eine Einrichtung zum
Kompensieren eventueller Fluidverluste bekannt. Diese Einrich
tung umfaßt einen Fluidvorrat, Einrichtungen zum Übertragen
eines Drucks auf das Fluid in dem Vorratsreservoir sowie ein
Steuerventil, das das Reservoir mit der Fluidkammer verbin
det.
Erfindungsgemäß wird die Zusatzluftkammer formschlüssig außen
um die Hauptluftkammer bzw. den Rollbalg herum angeordnet,
wobei der Rollbalg mit seiner Außenfläche an der umgebenden
Innenwand der Zusatzluftkammer anliegt und abrollt und sich
radial nach außen abstützt. Da die Zusatzluftkammer dabei den
Rollbalg übergreift, wird vorteilhaft eine flache, kompakte
Bauweise erzielt. Die Innenwand des Zusatzvolumens, an der
der Rollbalg mit seiner Wand anliegt, hat Führungs- und Stütz
eigenschaften, so daß eine Verringerung der Eigenfedersteifig
keit des Rollbalgs möglich ist, wobei eine radiale Druckkom
ponente nach außen von der festen Innenwand der Zusatzluftkam
mer aufgenommen wird. Der Wirkdurchmesser ändert sich nur un
wesentlich in Abhängigkeit vom Balgdruck. Durch die radiale
Abstützung des Rollbalgs können von der Luftfeder auch ge
wisse Seitenkräfte aufgenommen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist an der oberen axia
len Stirnseite der Luftfeder am gemeinsamen, festen Wandbe
reich zwischen der Hauptluftkammer und der Zusatzluftkammer
die Ventilvorrichtung angebracht. Damit ist die Ventilvorrich
tung am Fahrzeugaufbau befestigt und nicht, z. B. über das Kol
benteil, mit den beweglichen Achsteilen verbunden. Elektri
sche oder pneumatische Steuerleitungen zur Ventilvorrichtung
brauchen somit vorteilhaft nicht flexibel angeschlossen zu
werden, sondern können fest am Fahrzeugaufbau installiert
sein.
Da dabei die Ventilvorrichtung im oberen Teil der Hauptluft
kammer liegt, kann in an sich bekannter Weise zur Abstimmung
der Federsteifigkeit in die Hauptluftkammer teilweise Flüssig
keit eingefüllt werden. Um einen Übertritt der Flüssigkeit in
die Zusatzluftkammer zu verhindern, werden zweckmäßig Prall
siebe vorgesehen.
Durch die Erfassung der Lage der Flüssigkeitsoberfläche mit
Hilfe eines Niveausensors kann zudem auf einfache Weise ein
Signal über den gerade anliegenden Federweg zur Weiterverar
beitung in einer Niveauregulierung bzw. Wankregelung erhalten
werden.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau mit der die Hauptluftkam
mer umgebenden Zusatzluftkammer kann die Luftfeder derartig
hart geschaltet werden, daß eine ausreichende Wanksteifigkeit
auch ohne Stabilisator gegeben ist, so daß ein Stabilisator
am Fahrzeug wegfallen kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
einer Luftfeder und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform
einer Luftfeder.
In Fig. 1 ist eine Luftfeder 1 einer ersten Ausführungsform
dargestellt, mit einer von einem flexiblen Rollbalg 2 be
grenzten Hauptluftkammer 3. Eine Stirnseite des Rollbalgs 2
ist als festes, in Axialrichtung in die Hauptluftkammer 3
hinein bewegliches Kolbenteil 4 ausgebildet, wodurch die
Hauptluftkammer 3 ein variables Arbeitsluftvolumen enthält.
Das Kolbenteil 4 ist beim Einbau der Luftfeder 1 in ein Fahr
zeug mit den Achsteilen verbunden.
Weiter ist eine Zusatzluftkammer 5 vorgesehen, die formschlüs
sig außen um die Hauptluftkammer 3 bzw. den Rollbalg 2 herum
angeordnet ist, so daß der zylindrisch ausgeführte Rollbalg 2
mit seinen Außenflächen an der umgebenden Innenwand 6 der Zu
satzluftkammer anliegt bzw. sich darauf abrollt und in radia
ler Richtung nach außen abstützt.
Die Zusatzluftkammer 5 ist dabei als Doppelhohlzylinder ausge
führt, mit einer äußeren Zylinderwand 7 und der Zylinderinnen
wand 6. An der unteren Stirnseite ist die Zusatzluftkammer 5
zwischen den Zylinderwänden 6, 7 durch eine untere Stirnwand
8 verschlossen. In axialer Richtung erstrecken sich der Dop
pelhohlzylinder bzw. die Zylinderwände 6, 7 soweit nach
unten, daß der zylindrische Außenbereich des Rollbalgs auch
bei Hochniveau, das heißt, maximal gestreckter Luftfeder bei
maximalem Ausfederweg, umfaßt wird.
Der Zustand für eine mittlere Normalniveaulage ist in Fig. 1
dargestellt. Die Lage des Hochniveaus (bezogen auf einen wei
ter unten erläuterten Flüssigkeitsstand) ist mit der Linie 9,
das Normalniveau mit der Linie 10 und das Tiefniveau, entspre
chend einer maximal eingefederten Luftfeder, mit der Linie 11
bezeichnet.
An der oberen Stirnseite liegt ein gemeinsamer Wandbereich 12
zwischen der Hauptluftkammer 3 und der Zusatzluftkammer 5,
wobei sich diese über diesen Wandbereich 12 zur axialen Luft
federmitte hin erstreckt und von einem Deckel 13 nach oben
abgeschlossen wird.
In der axialen Mitte am gemeinsamen Wandbereich 12 liegt eine
Ventilvorrichtung 14, mit der steuerbar die Zusatzluftkammer
5 mit der Hauptluftkammer 3 verbunden werden kann.
Zur Abstimmung der Federsteifigkeit ist in an sich bekannter
Weise Flüssigkeit in der Hauptluftkammer 3 enthalten, wobei
die Linien 9, 10, 11 den Flüssigkeitsstand entsprechend Hoch
niveau, Normalniveau und Tiefniveau angeben.
Ein Prallsieb 15 ist in der Hauptluftkammer 3 vor den Verbin
dungsöffnungen 16, 17 an der Ventilvorrichtung 14 angebracht,
um ein Übertreten der Flüssigkeit in den Bereich der Zusatz
luftkammer 5 zu verhindern. Die Ventilvorrichtung 14 enthält
einen steuerbaren, federbelasteten Kolben 18, der die Verbin
dungsöffnungen 16 freigibt (linke Seite der Zeichnung) oder
verschließt (rechte Seite der Zeichnung).
Bei der Ventilvorrichtung 14 handelt es sich um ein 2/2-Wege
ventil als Umschaltventil, das über eine (schematisch angedeu
tete) pneumatische Steuerleitung 19 über ein 3/2-Magnetventil
20 betätigt wird. Eine solche pneumatische Betätigung hat den
Vorteil, daß mit einem einzigen Magnetventil alle Bälge einer
Achse (z. B. 4 Bälge einer Hinterachse) oder alle Bälge eines
Fahrzeugs gleichzeitig umgeschaltet werden können. Stromlos
bzw. drucklos ist die Ventilvorrichtung 14 geschlossen.
Der Anschluß 21 ist für den Energiezufluß und eine Niveauregu
lierung vorgesehen.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Luftfeder ge
zeigt, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs
form im wesentlichen lediglich durch einen zusätzlichen
Niveausensor 22 unterscheidet. Daher sind alle anderen Gleich
teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeich
net.
Der Niveausensor 22 ist stabförmig ausgebildet und ragt von
oben her in den Bereich der Hauptluftkammer 3 hinein. Wie aus
Fig. 2 ersichtlich, taucht er dabei mit seinem wirksamen Sen
sorbereich so weit ein, daß er alle Flüssigkeitsniveaus vom
Hochniveau (Linie 9) bis zum Tiefniveau (Linie 11) umfaßt.
Das Kolbenteil 4 ist hier ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt,
wobei der Niveausensor 22 beim Einfedern auch in dieses Kol
benteil 4 eintaucht. Mit dem Niveausensor wird einerseits der
Flüssigkeitsstand überwachbar und andererseits wird ein Sig
nal für den gerade anliegenden Federweg zur Weiterverarbei
tung in einer Niveauregulierung oder Wankregelung erhalten.
Damit wird der Flüssigkeitsstand auf einfache Weise als Maß
für die Niveaulage der Luftfeder herangezogen.
Claims (9)
1. Luftfeder mit umschaltbarer Federsteifigkeit, mit einer
von einem flexiblen Rollbalg begrenzten Hauptluftkammer,
wobei eine Stirnseite des Rollbalgs mit einem in Axialrich
tung und in die Hauptluftkammer hinein beweglichen Kolbenteil
verbunden ist, so daß die Hauptluftkammer ein variables Ar
beitsluftvolumen enthält, mit einer durch feste Wände begrenz
ten Zusatzluftkammer mit einem konstanten Zusatzluftvolumen
und mit einem gemeinsamen Wandbereich zur Hauptluftkammer und
mit einer steuerbaren Ventilvorrichtung an dem gemeinsamen
Wandbereich zur schaltbaren Verbindung oder Trennung des Ar
beitsluftvolumens und des Zusatzluftvolumens, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zusatzluftkammer formschlüssig außen um die
Hauptluftkammer (3) bzw. den Rollbalg (2) herum angeordnet
ist und damit der Rollbalg (2) mit seiner Außenfläche an der
umgebenden Innenwand (6) der Zusatzluftkammer (5) anliegt.
2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hauptluftkammer (3) rohrförmig zylindrisch ausgebildet ist,
mit einem die Zylinderwände bildenden Rollbalg (2), daß an
einer Stirnseite der Hauptluftkammer das Kolbenteil (4) ange
ordnet ist und daß an der anderen Stirnseite der gemeinsame,
feste Wandbereich (12) gebildet ist, an dem die Ventilvorrich
tung (14) angeordnet ist.
3. Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zusatzluftkammer (5) als Doppelhohlzylinder ausgeführt ist,
mit einer äußeren Zylinderwand (7) und einer im radialen Ab
stand dazu liegenden, inneren Zylinderwand (6), wobei die
innere Zylinderwand als umgebende Innenwand an der zylindri
schen Außenfläche des Rollbalgs anliegt, daß sich der Doppel
hohlzylinder in axialer Richtung auf die Seite mit dem Kolben
teil (4) zu soweit erstreckt, daß der zylindrische Bereich
des Rollbalgs (2) auch bei auf Hochniveau (Linie 9) ge
streckter Luftfeder (1) umfaßt wird, und der Doppelhohlzylin
der zwischen den Zylinderwänden (6, 7) durch eine Stirnwand
(8) verschlossen ist und daß sich die Zusatzluftkammer (5)
über den stirnseitigen, gemeinsamen Wandbreich (12) zur axia
len Luftfedermitte hin erstreckt und dort die Ventilvorrich
tung (14) angebracht ist.
4. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Hauptluftkammer (3) Flüssigkeit (Flüssig
keitsniveau 9, 10, 11) zur Abstimmung der Federsteifigkeit
enthalten ist.
5. Luftfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Hauptluftkammer (3) vor den Verbindungsöffnungen (16, 17)
der Ventilvorrichtung (14) mit der Zusatzluftkammer (5) wenig
stens ein Prallsieb (15) angeordnet ist, das den Durchtritt
der Flüssigkeit in die Zusatzluftkammer (5) bei geöffneter
Ventilvorrichtung (14) verhindert.
6. Luftfeder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Niveausensor (22) von oben her orstfest in die Flüs
sigkeit eingesetzt ist, der die Lage der Flüssigkeitsoberflä
che erfaßt, wodurch einerseits der Flüssigkeitsstand überwach
bar ist und andererseits ein Signal für den gerade anliegen
den Federweg zur Weiterverarbeitung in einer Niveauregelung
oder Wankregelung erhalten wird.
7. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilvorrichtung (14) aus einem pneumati
schen 2/2-Wegeventil als Umschaltventil besteht, das über
eine pneumatische Steuerleitung (19) betätigt wird, die ihrer
seits von einem 3/2-Magnetventil (20) versorgt wird.
8. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilvorrichtung (14) aus einem direkt
elektrisch betätigten 2/2-Wegeventil als Umschaltventil be
steht.
9. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilvorrichtung (14) beim Fehlen der
Hilfsenergie, das heißt, stromlos bzw. drucklos, geschlossen
ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ITMI911541A IT1247985B (it) | 1990-06-12 | 1991-06-05 | Molla pneumatica con rigidezza commutabile |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4018712A DE4018712A1 (de) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | Luftfeder mit umschaltbarer federsteifigkeit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4018712A1 true DE4018712A1 (de) | 1991-12-19 |
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ID=6408215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4018712A Withdrawn DE4018712A1 (de) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | Luftfeder mit umschaltbarer federsteifigkeit |
Country Status (3)
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DE (1) | DE4018712A1 (de) |
FR (1) | FR2663100B1 (de) |
IT (1) | IT1247985B (de) |
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