DE20219883U1 - Luftfeder mit integriertem Steuerventil - Google Patents

Luftfeder mit integriertem Steuerventil

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Description

Reg.-Nr. 15 730 -4- ' \i "· . *: ' .: . j £0/2.2002
ZF Sachs AG - Schweinfurt Gebrauchsmusteranmeldung
Luftfeder mit integriertem Steuerventil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Luftfeder entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die DE 100 03 045 A1 beschreibt eine Luftfeder mit einem integrierten Steuerventil, wobei das Steuerventil von einem Steuerelement betätigt wird, dessen Wirklänge kürzer ist als die Hublänge der Luftfeder. Dazu ist das Steuerelement axial schwimmend gelagert und wird von einem Federelement vorgespannt, so dass das Steuerelement der Hubbewegung des Außenrohres folgt, bis ein Anschlag die weitere Steuerbewegung des Steuerelements begrenzt, wobei das Außenrohr eine Wirkverbindung zum Steuerelement löst.
Der Kontakt des Anschlags des Steuerelements mit dem Abrollrohr oder einem dieser Baugruppe verbundenen Bauteil ist in Abhängigkeit der Ausfederungsgeschwindigkeit des Steuerelements hörbar und kann als störend empfunden werden. Ein ähnlicher Effekt kann auftreten, wenn die Luftfeder aus einem Ausfederungszustand die angestrebte Niveaulage erreicht und das Außenrohr wieder die Wirkverbindung mit dem Steuerelement herstellt.
Bei der Basiskonstruktion gemäß der DE 44 09 252 A1 tritt dieses Problem nicht auf, da das Steuerelement mit dem Abrollrohr fest verbunden ist und folglich
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Reg.-Nr. 15 730 -5- * .'· ": . &Iacgr; *.·! · j fc0/f2.2002
niemals eine Relativbewegung zwischen diesen beiden Bauteilen Geräusche verursachen kann.
Die DE 1 056 488 C offenbart eine Luftfeder mit einem innerhalb des Rollbalgs angeordneten Ventil, das die Druckluftversorgung des Federraums innerhalb des Rollbalgs ansteuert. Der Rollbalg weist eine Falte auf, deren Kontur sich hubabhängig ändert. Diese Änderung der Rollbalgkontur wird von einem Hebelgestänge abgegriffen, das wiederum das Ventil zur Steuerung der Druckluftversorgung betätigt.
10
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Geräuschprobleme bei einer Luftfeder zu minimieren und dabei eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Steuerelement eine Stützfläche aufweist, die sich bei maximaler Einschubposition des Steuerelements an einer Stirnfläche des Abrollrohres abstützt.
Das Abrollrohr ist stabil dimensioniert und kann auch große Kräfte problemlos aufnehmen. In der maximalen Einschubposition wirken auf das Steuerelement nur noch die Kräfte der ersten Feder, jedoch keine weiteren Tragkräfte.
Des weiteren ist vorgesehen, das die Stützfläche von einem Federteller für eine zweite Feder gebildet wird, deren Kraftrichtung gegen die erste Feder wirksam ist, die Stellung des Steuerelements mitbestimmt.
Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Steuerelement von den Federkräften beider Federn in den Extremlagen gehalten wird, ohne dass ein fester Anschlag für die Bestimmung der Extremlagen während des Betriebs des Steuerelements notwendig ist. Die Federn unterbinden prinzipbedingt jedes Geräusch, so dass es für Außenstehende akustisch nicht wahrnehmbar ist, wenn die Federn das Steuerelement in einem Gleichgewichtszustand halten.
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Zur Vermeidung eines Anschlaggeräusches bei Erreichen einer Endstellung des Steuerelementes bezogen auf die Baugruppe Abrollrohr ist funktional zwischen der Stützfläche des Steuerelements und dem Abrollrohr ein elastischer Anschlag angeordnet. Im Hinblick auf einen möglichst einfachen Montageablauf weist das Steuerelement einen Axialanschlag auf, der eine Montageendstellung des Steuerelements bestimmt.
In dem Zusammenhang sind die Federrate und der Federweg der zweiten Feder derart abgestimmt, dass im Endmontagezustand der Luftfeder unabhängig von der momentanen Hublage der Axialanschlag außer Eingriff bleibt.
In weiterer konstruktiver Ausgestaltung stützt sich die zweite Feder an der Baugruppe Außenrohr ab und weist zumindest ab einer definierten Niveaulage in Einfederungsrichtung der Luftfeder eine größere Federkraft auf als die erste Feder. Es besteht zwischen der Baugruppe Abrollrohr und dem Steuerelement ein permanenter Kontakt, so dass zwangsläufig auch keine Kontaktgeräusche auftreten können. Ausgehend von der maximalen Ausfederungslage bis zur Niveaulage ist es ausreichend, wenn die zweite Feder eine gleichgroße Kraft aufweist, wie die erste Feder. Es besteht zwar eine gefederte Verbindung zwischen der Baugruppe Abrollrohr und dem Steuerelement, aber durch die steifere zweite Feder wird die Übertragung der Änderungen des Hubwegs der Luftfeder fehlerfrei auf das Steuerelement gewährleistet.
So kann die zweite Feder von einem Elastomer gebildet werden.
Dabei weist der Federteller in Richtung der zweiten Feder mindestens eine partielle Erhebung auf, die einen Volumenanteil des Elastomers verdrängt, bis der Federteller mit einer größeren Oberfläche auf den Elastomer einwirkt. Durch den Volumenanteil und dessen räumliche Ausgestaltung kann die Federrate des E-lastomers sehr genau den Erfordernissen der auf das Steuerelement wirksamen Kräfte angepasst werden. Man kann z. B. eine erste Federstufe erreichen, die mit
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Reg.-Nr. 15 730 -7- * /· '· . : .* . j ;2Q.f2.2002
einer kleinen Kraft dafür sorgt, dass auch bei ungünstigen Längentoleranzverhältnissen der die Druckluftversorgung beeinflussenden Bauteile ein Kontakt des Axialanschlags vermieden werden kann, ohne dass ein nennenswerter Fehler bei der Betätigung des Steuerventils auftritt.
5
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden:
Es zeigt:
10
Fig. 1 Anwendungsbeispiel der Erfindung
Fig. 2 Luftfeder mit der maximalen Hublänge
Fig. 3 Luftfeder mit der minimalen Hublänge
Die Fig. 1 zeigt eine Einbausituation für eine Luftfederungsanlage 1 zwischen einem Fahrgestell 3 und einer relativ zum Fahrgestell 3 schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente, wie einem Fahrerhaus 5 oder eine Fahrzeugachse 7. Dabei ist mindestens eine Luftfeder 9 über einen Versorgungsanschluss 11 mit einer Druckquelle 13 verbunden, wobei ein Steuerventil 15 als Teil der Luftfeder 9 zwischengeschaltet ist. Die Versorgung erfolgt mittels eines Kompressoraggregates.
Die Fig. 2 beschränkt sich in ihrer Darstellung auf die Luftfeder 9. Diese Luftfeder 9 weist ein Außenrohr 19 auf, an dem das eine Ende eines Federbalges 21 befestigt ist, während das andere Ende des Federbalges 21 auf einem Abrollrohr 23 eingespannt ist. Das Abrollrohr 23 ist durch Dichtungen 25 gegenüber einem Behälterrohr 27 abgedichtet. Ein unter Druck stehender Federraum 29 wird von dem Federbalg 21 und dem Außenrohr 19 begrenzt.
Eine Kolbenstange 31, die zusammen mit dem Behälterrohr 27 Bestandteil eines Schwingungsdämpfers ist, steht in Wirkverbindung mit dem Außenrohr 1 9. Die Luftfeder 9 besteht damit aus zwei zueinander beweglichen Luftfederbaugrup-
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Reg.-Nr. 15 730 -8- '.·:.: .* . j 20.42.2002
pen. Eine erste Luftfederbaugruppe umfasst das Außenrohr mit der Kolbenstange und ggf. Anbauteilen, wie einem Anschlagpuffer. Zu einer zweiten Luftfederbaugruppe gehört das Abrollrohr 23 und das Behälterrohr 27, sowie den an diesen genannten Komponenten befestigten Teilen.
Innerhalb des Abrollrohres 23 ist ein Versorgungsanschluss 33 angeordnet, der in eine Druckluftzuführleitung 35 für das Steuerventil 1 5 übergeht. Dabei mündet die Druckluftzuführleitung 35 im Federraum. Am Ausgang der Druckluftzuführleitung 35 in den Federraum 29 ist das Steuerventils 1 5 angeordnet, das die Druckluftzufuhr beeinflusst.
Das Steuerventil 15 ist beispielhaft als 3/2- Wegeventil dargestellt. Man kann sich sicherlich auch eine Steuerventil vorstellen, bei dem eine Schaltstellung mit gleichzeitig blockierter Abführ- und Druckluftzufuhrleitung ausgeführt ist, die im Bereich der Normallage des Hubweges der Luftfeder eingenommen wird. Es zeigt, kann alternativ sinnvollerweise auch ein 3/3 Wegeventil eingesetzt werden.
Innerhalb eines Ringraums 23a des Abrollrohres 23 ist ein Steuerelement 37 angeordnet, das ein nicht dargestelltes Übertragungsglied betätigt, das wiederum verschiedene Schaltstellungen des Steuerventils 1 5 bestimmt. Das Steuerelement kann stabförmig oder auch als Zylinder ausgeführt sein und ist in Längsrichtung schwimmend zum Abrollrohr gelagert, wobei es sich auf einer ersten Feder 43 abstützt, die wiederum auf einer Abstützfläche 23b des Abrollrohres anliegt. Des weiteren greift an dem Steuerelement 37 eine zweite Feder 73 an, deren anderes Ende am Außenrohr oder einem ortsfesten Bauteil dieser Baugruppe befestigt ist. Die zweite Feder wird von einem Elastomer gebildet. Es kann aber auch eine vorgespannte Schraubenfeder verwendet werden. In der dargestellten Figur befindet sich die Luftfeder momentan in einer Hublage, die größer ist als eine definierte Niveaulage. Die Lage des Steuerelementes wird von den Kräften der beiden gegeneinander wirksamen Federkräften der Federn 43; 73 bestimmt, wobei die Federkraft der ersten Feder 43 ausgehend von der maximalen Einfederungsstellung bis zur Niveaulage größer ist als die Federkraft der zweiten Feder 73. Es besteht
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Reg.-Nr. 15 730 -9- *'·':.: .* . : &Sgr;20,&Tgr;2.2002
ein permanenter Kontakt zwischen dem Steuerelement und beiden Federn 43; 73.
An dem Steuerelement ist eine nicht dargestellte Führungsbahn ausgeführt. Mit Änderung der Hublage des Steuerelementes 37 gegen die Federkräfte der ersten und zweiten Feder 43; 73 ergibt sich eine Änderung des Stellweges relativ zum Steuerventil 15.
Das Steuerventil 1 5 ist als Drehschieberventil ausgeführt Die Führungsbahn wirkt mit einem Drehschieberventilkörper zusammen, wobei ein radialer Versatz der Führungsbahn über einen Eingriff des Drehschieberventilkörpers mit der Führungsbahn zu einer Drehbewegung führt, wenn die Führungsbahn eine translatorische Relativbewegung ausgehend von der Bezugsstellung ausführt. Bezüglich einer möglichen Ausgestaltung des Drehschieberventils wird auf den Inhalt der DE 44 09 252 A1 verwiesen.
Das Steuerelement ist mit einem Federteller 77 ausgeführt, der mindestens eine partielle Erhebung 78 aufweist, um eine gestufte Kennliniencharakteristik der zweiten Feder 73 zu erreichen. Die partiellen Erhebungen verdrängen kleine Volumenteile des Elastomers als Feder 73 und erzeugen damit eine kleine erste Federkraft der Feder 73, bis der Federteller mit einer größeren Oberfläche am E-lastomer angreift, und damit eine zweite größere Federkraft am Elastomer erzeugt. Die Federkraft 73 der zweiten Feder ist zumindest ab Erreichen der Niveaulage in Einfederungsrichtung größer als die Federkraft der ersten Feder 43.
Dann wirkt eine zweite deutlich größere Federkraft, das der gesamte Federteller an der zweiten Feder angreift. Damit wird erreicht, dass die gegeneinander gerichteten Federkräfte der Federn 43; 73 keine Fehlstellung des Steuerelements bezogen auf das Außenrohr zulassen. Eine Fehlstellung des Steuerelements bezogen auf das Außenrohr ist derart zu verstehen, dass eine Hublage der Luftfeder kleiner als Niveaulage auch von dem Steuerelement bezogen auf das Steuerventil im Sinne von Zuführen von Luft nachgeführt wird.
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Ausgehend von der Fig. 2 mit der maximalen Ausfederungsposition der Luftfeder wird das Steuerelement 37 von dem Außenrohr in Verbindung mit der zweiten Feder 73 gegen die Kraft der ersten Feder 43 in Richtung des Abrollrohres 23 verschoben. Die Fig. 3 zeigt in diesem Zusammenhang die maximale Einfederungsstellung der Luftfeder. Dabei nimmt das Steuerelement eine Endstellung ein, bei der ein funktional zwischen dem Steuerelement 37 und dem Abrollrohr 23 angeordneter elastischer Anschlag 79 wirksam wird. Dafür verfügt der Federteller 77 über eine Stützfläche 80 in Richtung des Abrollrohres, die von einem Kragen 82 gebildet wird. Die Kraft der zweiten Feder 73 wird damit unter Umgehung des Steuerelements 37 in das Abrollrohr 23 in eine Stirnfläche, die den Anschlag 79 trägt, geleitet.
Wie man aus der Zusammenschau der Fig. 2 und 3 erkennt, kann die Baugruppe Außenrohr 19 ab dem Einsatz der Setzfläche 80 auf dem elastischen Anschlag 79 am Abrollrohr eine axiale Relativbewegung zum Steuerelement 37 ausführen, bei der nur noch die zweite Feder 73 weiter vorgespannt wird. Deshalb kann das Steuerelement bezogen auf die Hublänge der Luftfeder ebenfalls sehr kurz dimensioniert werden.
Insbesondere in der Fig. 3 ist erkennbar, dass das Steuerelement einen Axialanschlag 81 aufweist, der eine Montageendstellung des Steuerelements 37 bestimmt und an einer Haltefläche 84 des Abrollrohres oder einer Befestigungshülse für das Steuerventil 1 5 innerhalb des Abrollrohres 23 anliegt. Bei der Montage wird das Abrolirohr zusammen mit dem Steuerventil 15 und der ersten Feder 43 sowie dem Steuerelement zur Baugruppe Abrollrohr montiert. Die erste Feder drückt dabei das Steuerelement 37 zwangsläufig aus dem Ringraum 23a heraus. Damit die Baueinheit für den weiteren Montageablauf handhabbar ist, bestimmt der Axialanschlag eine Montageendstellung. Im Endmontagezustand, wenn die zweite Feder 73 wirksam wird, ist der Axialanschlag außer Eingriff, da die Federrate und Federweg der zweiten Feder entsprechend zur ersten Feder abgestimmt sind. Insbesondere die erste kleine Federkraft des Elastomers 73 verhindert einen Kontakt des Axialanschlages. Etwaige Toleranzprobleme zwischen den Behälter-
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teilen, dem Abrollrohr und der Außenrohrbaugruppe werden durch die erste kleinere Federkraft der zweiten Feder kompensiert.
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Claims (8)

1. Luftfeder mit einem zwischen einem Außenrohr und einem Abrollrohr angeordneten Rollbalg, mit mindestens einem innerhalb der Luftfeder angeordneten Steuerventil mit den Steuerstellungen Zuführen, Blockieren- und Abführen von Druckluft, welches über ein ebenfalls innerhalb der Luftfeder angeordnetes Steuerelement angesteuert wird, das an einem der beiden relativ zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen Außenrohr- oder Abrollrohr angreift, wobei das Steuerelement eine Wirklänge aufweist, die kürzer ist als die Hublänge der Luftfeder und von einer Feder gegen eine der zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen vorgespannt ist, wobei das Steuerelement relativ zu den Luftfederbaugruppen schwimmend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (37) eine Stützfläche (80) aufweist, die sich bei maximaler Einschubposition des Steuerelements (37) an einer Stirnfläche des Abrollrohres (23) abstützt.
2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (80) von einem Federteller (77) für eine zweite Feder (73) gebildet wird, die der ersten Feder (43) entgegengerichtet ist und die Stellung des Steuerelements (37) mitbestimmt.
3. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass funktional zwischen der Stützfläche (80) des Steuerelements (37) und dem Abrollrohr (23) ein Anschlagdämpfelement (79) angeordnet ist.
4. Luftfeder nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (37) einen Axialanschlag (81) aufweist, der eine Montageendstellung des Steuerelements (37) bestimmt.
5. Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federrate und der Federweg der zweiten Feder (73) derart abgestimmt sind, dass im Endmontagezustand der Luftfeder (9) unabhängig von der momentanen Hublage der Axialanschlag (81) außer Eingriff bleibt.
6. Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Feder (73) an der Baugruppe Außenrohr (19) abstützt und zumindest ab Erreichen der Niveaulage in Einfederungsrichtung der Luftfeder (9) eine größere Federkraft aufweist als die erste Feder (43).
7. Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder (73) von einem Elastomer gebildet wird.
8. Luftfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (77) in Richtung der zweiten Feder (73) mindestens eine partielle Erhebung (78) aufweist, die einen Volumenanteil des Elastomers ververdrängt, bis der Federteller mit einer größeren Oberfläche auf den Elastomer einwirkt.
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