WO2007033626A1 - Federvorrichtung, insbesondere für einen fahrersitz - Google Patents

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WO2007033626A1
WO2007033626A1 PCT/DE2005/002096 DE2005002096W WO2007033626A1 WO 2007033626 A1 WO2007033626 A1 WO 2007033626A1 DE 2005002096 W DE2005002096 W DE 2005002096W WO 2007033626 A1 WO2007033626 A1 WO 2007033626A1
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WO
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air spring
spring
spring device
air
damper
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PCT/DE2005/002096
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Inventor
Gerhard Wessely
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Phoenix Traffic Technology Gmbh
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    • B60N2/506Seat guided by rods

Definitions

  • the invention relates to a spring device consisting at least of:
  • An upper and lower structure which are arranged at a variable height distance from each other, the upper and lower frame are each formed as a frame or plate, again the superstructure with a support body, in particular in the form of a driver's seat, is in communication during the substructure mounted on a foundation;
  • a scissor handle system comprising two parallel scissor arms, each with a crossing and middle hinge point, wherein the two scissor arms are fastened on two opposite sides of the upper and lower structure so that the height distance is adjustable;
  • An air spring assembly comprising two end portions, which are equipped with connection possibilities, and an air spring bellows made of elastomeric material, which encloses a loop forming a volume-elastic air chamber, wherein the loop corresponds to the free outer surface of a rolling piston in the context of the rebound and rebound.
  • a generic spring device is presented in European patent EP 0 988 512 B1 (FIG. 1).
  • An air spring arrangement with the air spring (air spring module) referred to basic components air spring bellows, cover and rolling piston extends from the superstructure to the base of the spring device.
  • an external controllable damper (vibration damper) is also available, which also extends from the superstructure to the substructure, wherein in the region of the upper and lower ball joints, comprising mostly spherical hinge eyes and pins, are available.
  • the spring device is also equipped with a position sensor. With regard to the procedure, reference is made to the block diagram (Fig. 2, 3) of the patent cited above.
  • a disadvantage of a such spring device is that it is prone to failure, so that optionally the spring as well as damping effect is no longer sufficient.
  • pneumatic spring arrangements are widely used in vehicle construction (passenger cars, utility vehicles and rail vehicles), and in the context of a wide variety of designs.
  • simple air spring design comprising the above-mentioned basic components
  • air spring assembly as air spring damper unit (LFD unit) is used.
  • LFD unit air spring damper unit
  • the relevant air spring or LFD technology reference is made, for example, to the following documents: DE 36 41 623 C2, DE 199 32 717 A1, DE 199 52 919 A1, DE 100 01 018 A1, DE 103 47 934 A1, DE 103 14621 A1, EP 0 866 759 B1, EP 0 897 489 B1 and WO 2004/109149 A1
  • the object of the invention is to provide a generic spring device, in particular for a driver's seat, based on a simple as well as trouble-free concept.
  • a toggle lever system comprising two parallel toggle lever, each with a central pivot point, is present, the two toggle are arranged side by side with the two scissor arms and are also attached to the upper and lower structure, that the height distance adjustable is; - The two intersection and middle pivot points of the scissor arms and the two central pivot points of the toggle are each connected by a yoke, all hinge points come to rest on a between the upper and lower structure located transverse center plane; and that
  • the two yokes serve as mounting brackets for the two end portions of the horizontally extending air spring assembly, without the air bag is disturbed in its rebound and rebound, the two yokes in the region of the hinge points in the fully rebound state the farthest distance with the same height distance and in the Fully compressed state have the shortest path with the lowest height difference between the top and bottom.
  • the air spring arrangement is preferably designed as an air spring damper unit (LFD unit) in that the air spring and the damper act as integrated components in the axial direction of the air spring arrangement, in contrast to the embodiment according to EP 0 988 512 B1 (FIG ).
  • LFD unit air spring damper unit
  • FIG. 1 The following variants are of particular importance in this connection:
  • the LFD unit includes a concentric vibration damper inside the air spring. This concept is often referred to as Heilfederbein.
  • the LFD unit comprises a concentrically arranged hydraulic vibration damper, which is equipped in particular with an adjustable damper characteristic.
  • the LFD unit includes a concentric gas damper.
  • the gas is mostly air.
  • the gas damper communicates directly with the air chamber of the air spring and operates at the same working pressure as the air spring. Air and damper chamber come as an n-chamber system
  • the gas damper is separated from the air chamber of the air spring by low-friction sealing elements so that a higher pressure within the gas damper than within the air chamber is adjustable.
  • the gas damper optionally also serves as a reservoir for feeding the air spring.
  • the LFD unit works with automatic level control based on default values. Alternatively, this can also work with externally adjustable variable level position.
  • the air bag is cylindrical, conical or contoured with respect to its meridian section and includes a static and dynamic range (loop area).
  • the air spring bellows in each case has an embedded, in particular thread-like reinforcement, in particular again in the form of cords, to form an air-tight and pressure-tight Belginnen für, a single or multi-layer reinforcing layer and a bellows outer layer.
  • thread-like reinforcement in particular again in the form of cords
  • the thread-like strength member runs such that with respect to two layers, a crossing angle is formed.
  • a crossing angle is formed.
  • Such a bellows is also called Wienlagenbalg.
  • the crossing angles are constant or inconstant, which is the case in particular in the case of a contoured air spring bellows.
  • the crossing angle is usually chosen to provide a self-stabilizing effect of the "limit angle" with respect to a maximum diameter, however, if the crossing angle is chosen so that this stabilizing limit angle is not achieved, a supporting outer diameter limiting guide is required.
  • the thread-like reinforcement runs in axial Balgraum. Such a bellows is also referred to as Axialbalg.
  • Axialbalg At this Reinforcement constellation is usually used a supporting outer guide.
  • the two bellows ends are in particular by means of clamping rings, clamps, clamping plate or the like on the lid on the one hand and on the rolling piston on the other hand attached.
  • clamping rings For reinforcing the bellows can be thickened (EP 0 839 676 A1). Separate elastomer rings are also used (EP 0 929 759 B1). The scorching of the bellows ends on the cover or rolling piston is also possible (DE 40 11 517 A1).
  • FIG. 1 shows a spring device for a driver's seat.
  • FIG. 2a shows a spring device with an LFD unit, comprising a concentrically arranged hydraulic vibration damper, in the fully rebound state
  • FIG. 2b shows a spring device with an LFD unit, comprising a concentrically arranged hydraulic vibration damper, in the fully spring-loaded state
  • 3a shows a spring device with an LFD unit, comprising a concentrically arranged gas damper, in the fully rebound state
  • FIG. 3b shows a spring device with an LFD unit, comprising a concentrically arranged gas damper, in the fully spring-loaded state.
  • Fig. 1 shows a driver's seat 1 with a spring device 2, which is shown here only simplified, without details of the air spring assembly, which is now shown in Figs. 2a, 2b and Fig. 3a, 3b in detail.
  • the spring device 3 comprises a superstructure 4 and substructure 5, which are arranged in the fully rebound state at a height distance H to each other.
  • Upper and lower frame are each formed as a four-sided frame.
  • the superstructure is in communication with the driver's seat 1 ( Figure 1) while the substructure is mounted on a foundation.
  • the scissor handle system comprises two parallel scissor arms 6, each with a crossing and middle pivot point X, the two scissor arms on two opposite sides (here one-sided view) of the upper and lower structure are fixed so that the height distance H is adjustable, under the point of view of effective rebound and rebound.
  • the one end of the arm 7 within the side region of the superstructure 4 fixed, but rotatably fixed (mounting and joint position 8).
  • the handlebar 7 is slidably fixed within the side region of the substructure 5 by means of a slide rail 9 (fixing and sliding position 10).
  • the handlebar 11 With the handlebar 11, the connection to the upper and lower structure in the same manner as the handlebar 7, but under the inverse of the two positions 8 and 10.
  • toggle lever system comprising two parallel toggle levers 12 each having a central pivot point Y, the two toggle levers being arranged side by side with the two scissor arms 6.
  • the attachment of the toggle lever at the other end of the upper and lower structure is again such that the height distance H is adjustable.
  • the two ends of the toggle lever within the side region of the upper and lower structure fixed, but rotatably fixed (mounting and joint position 13).
  • the two intersection and middle articulation points X of the scissor arms 6 and the two middle articulation points Y of the toggle 12 are each connected by a yoke, all hinge points X and Y come to lie on a between the upper and lower structure located transverse center plane Z to lie.
  • the two yokes are designed in particular as U-shaped pressed and stiffened components.
  • the two yokes and the hinge points X and Y are arranged at an adjustable distance S to each other, also from the viewpoint of an effective buckling and rebound.
  • the two yokes now serve as mounting brackets for the two end regions A and B of the horizontally extending air spring assembly 14 with air spring bellows 15 with a substantially cylindrical Meridianschnitt, cover 16, rolling piston 17 with free outer surface 18 and outer guide 19.
  • the air spring assembly is as an LFD unit with a concentrically arranged hydraulic vibration damper 20 equipped.
  • a housing 21 in this case comprises the end region of the rolling piston.
  • the end portion A of the air spring assembly, formed from the cover and outer guide, is here with the yoke (crossing and hinge point X) of the scissor handle system in conjunction.
  • the end portion B formed substantially from the housing 21 is connected to the yoke (hinge point Y) of the bellcrank system.
  • the housing can also serve an extended rolling piston or a tubular damper component for connection.
  • the air spring arrangement 14 is in the fully spring-loaded state, with the two yokes having the shortest distance S 'in the region of the articulation points X and Y, while at the same time the smallest height distance H' of the superstructure 4 and substructure 5.
  • the air spring bellows 15 corresponds to the free outer surface 18 (FIG. 2 a) of the rolling piston, to form a loop 22.
  • the spring device 23 is equipped with the same scissor link and joint system as in Fig. 2a with an air spring assembly 24, which is equipped in this embodiment as LFD unit with a concentrically arranged gas damper 25.
  • the end portion A of the air spring assembly is here a cup-shaped cover 26, while the end portion B consists of a housing with integrated rolling piston 28, which in turn has a free outer surface 29.
  • the air spring bellows 30, which during compression coincides with the free outer surface of the rolling piston, forming a loop 32 (FIG. 3b).
  • the rolling piston has a diameter extension 31 within its circulation area. Here is also the final position the loop 32.
  • all other components of the air spring assembly of metal or plastic are formed with metal-like properties.
  • the plastic is in particular glass fiber reinforced (EP 1 110 010 B1). In this way, an effective connection of the end regions formed from these materials A and B of the air spring assembly is ensured to the two yokes.
  • the end region A facing the cover forms the connection to the yoke of the scissor steering system, while the end region B facing the rolling piston assumes the connection to the yoke of the toggle lever system.
  • This is the usual constellation.
  • the cover of an air spring assembly is usually connected to the body, while the rolling piston or a Dämpferbaubeil is provided with a chassis connection.
  • air spring assemblies with a cover connection to the chassis and a rolling piston connection to the body are increasingly being used here as well.
  • Rolling piston free outer surface (rolling surface)
  • Rolling piston free outer surface (rolling surface)

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

Federvorrichtung (3), bestehend wenigstens aus: einem Ober- und Unterbau (4, 5), wobei der Oberbau mit einem Fahrersitz in Verbindung steht; einem Scherenlenkersystem, umfassend zwei parallel verlaufende Scherenlenker (S) mit jeweils einem Kreuzungs- und mittleren Gelenkpunkt (X); einer Luftfederanordnung (14), umfassend zwei Endbereiche (A, B), wobei zusätzlich zu dem Scherenlenkersystem ein Kniehebelsystem, zwei parallel verlaufende Kniehebel (12) mit jeweils einem mittleren Gelenkpunkt (Y), vorhanden ist, und die beiden Kreuzungs- und mittleren Gelenkpunkte (X) der Scherenlenker (6) sowie die beiden mittleren Gelenkpunkte (Y) der Kniehebel (12) jeweils durch ein Joch miteinander verbunden sind, wobei sämtliche Gelenkpunkte (X, Y) auf einer zwischen Ober- und Unterbau (4, 5) sich befindenden Quermittenebene (Z) zu liegen kommen; und die beiden Joche als Befestigungskonsolen für die beiden Endbereiche (A, B) der horizontal verlaufenden Luftfederanordnung (14) dienen.

Description

Federvorrichtung, insbesondere für einen Fahrersitz
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Federvorrichtung, bestehend wenigstens aus:
- einem Ober- und Unterbau, die in einem variablen Höhenabstand zueinander angeordnet sind, wobei Ober- und Unterbau jeweils als Rahmen oder Platte ausgebildet sind, wobei wiederum der Oberbau mit einem Tragkörper, insbesondere in Form eines Fahrersitzes, in Verbindung steht, während der Unterbau auf einem Fundament montiert ist;
- einem Scherenlenkersystem, umfassend zwei parallel verlaufende Scherenlenker mit jeweils einem Kreuzungs- und mittleren Gelenkpunkt, wobei die beiden Scherenlenker an zwei gegenüberliegenden Seiten des Ober- und Unterbaues so befestig sind, dass der Höhenabstand regulierbar ist; sowie
- einer Luftfederanordnung, umfassend zwei Endbereiche, die mit Anbindungsmöglichkeiten ausgestattet sind, und einen Luftfederbalg aus elastomerem Werkstoff, der unter Ausbildung einer Schlaufe eine volumenelastische Luftkammer umschließt, wobei die Schlaufe im Rahmen der Ein- und Ausfederung mit der freien Außenfläche eines Abrollkolbens korrespondiert.
Eine gattungsgemäße Federvorrichtung wird in der europäischen Patentschrift EP 0 988 512 B1 (Fig. 1) vorgestellt. Eine Luftfederanordnung mit den als Luftfeder (Luftfedermodul) bezeichneten Grundbauteilen Luftfederbalg, Deckel und Abrollkolben erstreckt sich dabei vom Oberbau zum Unterbau der Federvorrichtung. Neben dieser Luftfeder ist zusätzlich ein externer steuerbarer Dämpfer (Schwingungsdämpfer) vorhanden, der sich ebenfalls vom Oberbau zum Unterbau erstreckt, wobei im Bereich des Ober- und Unterbaues Kugelgelenke, umfassend zumeist kugelige Gelenkaugen und Zapfen, vorhanden sind. Die Federvorrichtung ist zudem mit einem Positionssensor ausgerüstet. Hinsichtlich des Verfahrensablaufes wird auf das Blockschema (Fig. 2, 3) der oben zitierten Patentschrift verwiesen. Nachteilig bei einer derartigen Federvorrichtung ist, dass diese störanfällig ist, so dass gegebenenfalls die Feder- wie auch Dämpfungswirkung nicht mehr ausreichend ist.
Darüber hinaus ist bekannt, bei einer gattungsgemäßen Federvorrichtung die Luftfederanordnung nur innerhalb des Bereiches von Unterbau und dem Kreuzungsund mittleren Gelenkpunkt des Scherenlenkersystems wirken zu lassen. Nachteilig bei einer derartigen Konstruktion ist, dass sich die Luftfeder nicht geradlinig bewegt, sondern eine Schwenkbewegung ausführt, was eine starke Belastung nach sich zieht. Außerdem müssen bei einer Verwendung eines zusätzlichen Schwingungsdämpfers auch hier Kugelgelenke eingesetzt werden, da Dämpfer nur eine geradlinige Bewegung ausführen können. Kugelgelenke sind jedoch verschleißanfällig, zumal der Schwingungsdämpfer im Rahmen der Ein- und Ausfederung ständigen Winkeländerungen ausgesetzt ist.
Luftfederanordnungen finden darüber hinaus im Fahrzeugbau (PKW, Nutz- und Schienenfahrzeuge) eine breite Anwendung, und zwar im Rahmen einer breiten Konstruktionsvielfalt. Neben der einfachen Luftfederausführung, umfassend die oben genannten Grundbauteile, kommt dabei eine Luftfederanordnung als Luftfeder- Dämpfer-Einheit (LFD-Einheit) zum Einsatz. Hinsichtlich der diesbezüglichen Luftfeder- bzw. LFD-Technologie wird beispielsweise auf folgende Druckschriften verwiesen: DE 36 41 623 C2, DE 199 32 717 A1 , DE 199 52 919 A1 , DE 100 01 018 A1, DE 103 47 934 A1, DE 103 14621 A1, EP 0 866 759 B1, EP 0 897 489 B1 und WO 2004/109149 Al
Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht nun die Aufgabe der Erfindung darin, eine gattungsgemäße Federvorrichtung, insbesondere für einen Fahrersitz, bereitzustellen, die auf einem einfachen wie auch störungsfreien Konzept beruht.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass
- zusätzlich zu dem Scherenlenkersystem ein Kniehebelsystem, umfassend zwei parallel verlaufende Kniehebel mit jeweils einem mittleren Gelenkpunkt, vorhanden ist, wobei die beiden Kniehebel seitengleich mit den beiden Scherenlenkern angeordnet sind und dabei ebenfalls so mit dem Ober- und Unterbau befestigt sind, dass der Höhenabstand regulierbar ist; - die beiden Kreuzungs- und mittleren Gelenkpunkte der Scherenlenker sowie die beiden mittleren Gelenkpunkte der Kniehebel jeweils durch ein Joch miteinander verbunden sind, wobei sämtliche Gelenkpunkte auf einer zwischen Ober- und Unterbau sich befindenden Quermittenebene zu liegen kommen; und dass
- die beiden Joche als Befestigungskonsolen für die beiden Endbereiche der horizontal verlaufenden Luftfederanordnung dienen, ohne dass der Luftfederbalg in seiner Ein- und Ausfederung gestört wird, wobei die beiden Joche im Bereich der Gelenkpunkte im voll ausgefederten Zustand den weitesten Abstand bei gleichzeitig größtem Höhenabstand sowie im voll eingefederten Zustand den kürzesten Weg bei gleichzeitig geringstem Höhenabstand von Ober- und Unterbau aufweisen.
Die Luftfederanordnung ist dabei vorzugsweise als Luftfeder-Dämpfer-Einheit (LFD- Einheit) ausgebildet, indem die Luftfeder und der Dämpfer in Achsrichtung der Luftfederanordnung als integrierte Bauteile wirken, und zwar im Gegensatz zu der Ausführung gemäß EP 0 988 512 B1 (Fig. 1). Folgende Varianten sind in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung:
- Die LFD-Einheit umfasst einen konzentrisch angeordneten Schwingungsdämpfer innerhalb der Luftfeder. Diese Konzeption wird häufig auch als Luftfederbein bezeichnet.
- Die LFD-Einheit umfasst einen konzentrisch angeordneten hydraulischen Schwingungsdämpfer, der insbesondere mit einer verstellbaren Dämpfercharakteristik ausgestattet ist.
- Die LFD-Einheit umfasst einen konzentrisch angeordneten Gasdämpfer. Das Gas ist dabei zumeist Luft. Der Gasdämpfer steht direkt mit der Luftkammer der Luftfeder in Verbindung und arbeitet mit demselben Arbeitsdruck wie die Luftfeder. Luft- und Dämpferkammer kommen dabei als ein n-Kammer-System
(n > 2) zur Anwendung, beispielsweise in Form einer Luftkammer und zwei Dämpferkammern. Die einzelnen Kammern sind dabei insbesondere durch Ventilplatten von einander getrennt. AIs Alternative hierzu ist der Gasdämpfer durch reibungsarme Dichtungselemente so von der Luftkammer der Luftfeder getrennt, dass innerhalb des Gasdämpfers ein höherer Druck als innerhalb der Luftkammer einstellbar ist. In dieser Konstellation dient der Gasdämpfer gegebenenfalls auch als Vorratsbehälter zur Speisung der Luftfeder.
Die hier vorgestellten Gasfeder-Dämpfer-Kombinationen haben die Kurznomenklatur GFD.
Unabhängig von den hier vorgestellten Varianten arbeitet die LFD-Einheit mit selbsttätiger, sich an Vorgabewerten orientierender Niveauregelung. Alternativ hierzu kann diese auch mit von außen einstellbarer variabler Niveaulage arbeiten.
Der Luftfederbalg ist in Bezug auf dessen Meridianschnitt zylindrisch, konisch oder konturiert gestaltet und umfasst dabei einen statischen und dynamischen Bereich (Schlaufenbereich). Der Luftfederbalg weist dabei jeweils einen eingebetteten, insbesondere fadenförmigen Festigkeitsträger auf, insbesondere wiederum in Form von Cordfäden, und zwar unter Ausbildung einer luft- und druckdichten Balginnenschicht, einer ein- oder mehrlagigen Festigkeitsträgerschicht sowie einer Balgaußenschicht. Hinsichtlich des Verlaufes des fadenförmigen Festigkeitsträgers kommen folgende zwei Varianten zur Anwendung:
- Der fadenförmige Festigkeitsträger verläuft derart, dass in Bezug auf zwei Lagen ein Kreuzungswinkel gebildet wird. Einen derartigen Luftfederbalg nennt man auch Kreuzlagenbalg. Die Kreuzungswinkel sind konstant oder verlaufen inkonstant, was insbesondere bei einem konturierten Luftfederbalg der Fall ist. Der Kreuzungswinkel ist zumeist so gewählt, dass eine selbst stabilisierende Wirkung des „Grenzwinkels" in Bezug auf einen maximalen Durchmesser erfolgt. Ist dagegen der Kreuzungswinkel so gewählt, dass dieser stabilisierende Grenzwinkel nicht erreicht wird, ist eine stützende Außenführung zur Durchmesserbegrenzung erforderlich.
- Der fadenförmige Festigkeitsträger verläuft in axialer Balgrichtung. Einen derartigen Luftfederbalg bezeichnet man auch als Axialbalg. Bei dieser Festigkeitsträgerkonstellation wird zumeist eine stützende Außenführung verwendet.
Die beiden Balgenden werden insbesondere mittels Klemmringen, Spannschellen, Spannteller oder dergleichen am Deckel einerseits und am Abrollkolben andererseits befestigt. Zwecks Verstärkung können die Balgenden aufgedickt sein (EP 0 839 676 A1 ). Auch separate Elastomerringe werden verwendet (EP 0 929 759 B1). Auch das Anvulkanisieren der Balgenden am Deckel bzw. Abrollkolben ist möglich (DE 40 11 517 A1 ).
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Federvorrichtung für einen Fahrersitz;
Fig. 2a eine Federvorrichtung mit einer LFD-Einheit, umfassend einen konzentrisch angeordneten hydraulischen Schwingungsdämpfer, im voll ausgefederten Zustand;
Fig. 2b eine Federvorrichtung mit einer LFD-Einheit, umfassend einen konzentrisch angeordneten hydraulischen Schwingungsdämpfer, im voll eingefederten Zustand;
Fig. 3a eine Federvorrichtung mit einer LFD-Einheit, umfassend einen konzentrisch angeordneten Gasdämpfer, im voll ausgefederten Zustand;
Fig. 3b eine Federvorrichtung mit einer LFD-Einheit, umfassend einen konzentrisch angeordneten Gasdämpfer, im voll eingefederten Zustand.
Fig. 1 zeigt einen Fahrersitz 1 mit einer Federvorrichtung 2, die hier nur vereinfacht dargestellt ist, und zwar ohne Details der Luftfederanordnung, was nun in den Fig. 2a, 2b und Fig. 3a, 3 b im Einzelnen aufgezeigt wird.
Nach Fig. 2a umfasst die Federvorrichtung 3 einen Oberbau 4 und Unterbau 5, die im voll ausgefederten Zustand in einem Höhenabstand H zueinander angeordnet sind. Ober- und Unterbau sind dabei jeweils als vierseitige Rahmen ausgebildet. Der Oberbau steht mit dem Fahrersitz 1 (Fig. 1 ) in Verbindung, während der Unterbau auf einem Fundament montiert ist.
Das Scherenlenkersystem umfasst zwei parallel verlaufende Scherenlenker 6 mit jeweils einem Kreuzungs- und mittleren Gelenkpunkt X, wobei die beiden Scherenlenker an zwei gegenüberliegenden Seiten (hier einseitige Darstellung) des Ober- und Unterbaues so befestigt sind, dass der Höhenabstand H regulierbar ist, und zwar unter dem Gesichtspunkt einer wirksamen Ein- und Ausfederung. Hierzu wird das eine Ende des Lenkers 7 innerhalb des Seitenbereiches des Oberbaues 4 fest, jedoch drehbeweglich fixiert (Befestigungs- und Gelenkposition 8). An seinem anderen Ende wird der Lenker 7 innerhalb des Seitenbereiches des Unterbaues 5 mittels einer Gleitschiene 9 gleitend fixiert (Befestigungs- und Gleitposition 10). Mit dem Lenker 11 erfolgt die Anbindung am Ober- und Unterbau in gleicher Weise wie beim Lenker 7, jedoch unter dem Umkehrprinzip der beiden Positionen 8 und 10.
Zusätzlich zu dem Scherenlenkersystem ist ein Kniehebelsystem, umfassend zwei parallel verlaufende Kniehebel 12 mit jeweils einem mittleren Gelenkpunkt Y, vorhanden, wobei die beiden Kniehebel seitengleich mit den beiden Scherenlenkern 6 angeordnet sind. Die Befestigung des Kniehebels am anderen Ende des Ober- und Unterbaues erfolgt wiederum derart, dass der Höhenabstand H regulierbar ist. Hierzu werden die beiden Enden des Kniehebels innerhalb des Seitenbereiches des Ober- und Unterbaues fest, jedoch drehbeweglich fixiert (Befestigungs- und Gelenkposition 13).
Die beiden Kreuzungs- und mittleren Gelenkpunkte X der Scherenlenker 6 sowie die beiden mittleren Gelenkpunkte Y der Kniehebel 12 sind jeweils durch ein Joch miteinander verbunden, wobei sämtliche Gelenkpunkte X und Y auf einer zwischen Ober- und Unterbau sich befindenden Quermittenebene Z zu liegen kommen. Die beiden Joche sind insbesondere als U-förmig gepresste und ausgesteifte Bauteile ausgebildet. Die beiden Joche bzw. die Gelenkpunkte X und Y sind in einem regulierbaren Abstand S zueinander angeordnet, und zwar ebenfalls unter dem Gesichtspunkt einer wirksamen Ein- und Ausfederung. Die beiden Joche dienen nun als Befestigungskonsolen für die beiden Endbereiche A und B der horizontal verlaufenden Luftfederanordnung 14 mit Luftfederbalg 15 mit im Wesentlichen zylindrischen Meridianschnitt, Deckel 16, Abrollkolben 17 mit freier Außenfläche 18 und Außenführung 19. Die Luftfederanordnung ist dabei als LFD- Einheit mit einem konzentrisch angeordneten hydraulischen Schwingungsdämpfer 20 ausgestattet. Ein Gehäuse 21 umfasst dabei den Endbereich des Abrollkolbens. Der Endbereich A der Luftfederanordnung, gebildet aus Deckel und Außenführung, steht hier mit dem Joch (Kreuzungs- und Gelenkpunkt X) des Scherenlenkersystems in Verbindung. Bei einem Luftfederbalg ohne Außenführung übernimmt insbesondere ein topfförmiger Deckel die Anbindung. Der Endbereich B, gebildet im Wesentlichen aus dem Gehäuse 21, ist dagegen mit dem Joch (Gelenkpunkt Y) des Kniehebelsystems verbunden. Anstelle des Gehäuses kann auch ein verlängerter Abrollkolben oder ein rohrförmiges Dämpferbauteil zur Anbindung dienen.
Im voll ausgefederten Zustand gemäß Fig. 2a haben die beiden Joche im Bereich der Gelenkpunkte X und Y den weitesten Abstand S bei gleichzeitig größtem Höhenabstand H von Oberbau 4 und Unterbau 5.
Nach Fig. 2b befindet sich die Luftfederanordnung 14 im voll eingefederten Zustand, wobei die beiden Joche im Bereich der Gelenkpunkte X und Y den kürzesten Abstand S' bei gleichzeitig geringstem Höhenabstand H' von Oberbau 4 und Unterbau 5 aufweisen. Der Luftfederbalg 15 korrespondiert dabei mit der freien Außenfläche 18 (Fig. 2a) des Abrollkolbens, und zwar unter Ausbildung einer Schlaufe 22.
Nach Fig. 3a ist die Federvorrichtung 23 bei gleichem Scherenlenker- und Gelenksystem wie bei Fig. 2a mit einer Luftfederanordnung 24 ausgerüstet, die bei diesem Ausführungsbeispiel als LFD-Einheit mit einem konzentrisch angeordneten Gasdämpfer 25 ausgestattet ist. Der Endbereich A der Luftfederanordnung ist hier ein topfförmiger Deckel 26, während der Endbereich B aus einem Gehäuse mit integrierten Abrollkolben 28 besteht, der wiederum eine freie Außenfläche 29 besitzt. Zwischen den beiden Endbereichen A und B wirkt der Luftfederbalg 30, der bei der Einfederung mit der freien Außenfläche des Abrollkolbens unter Ausbildung einer Schlaufe 32 (Fig. 3b) korrespondiert. Der Abrollkolben weist innerhalb seines Umlaufbereiches eine Durchmessererweiterung 31 auf. Hier liegt auch die Endposition der Schlaufe 32. In dieser Position erfährt die Luftfeder die größte erreichbare Stellkraft, mit der die Kniehebel schließlich wieder auseinander gedrückt werden. Beim Ausfedern sinkt die erforderliche Stellkraft mit der flacher werdenden Stellung der Kniehebel. Allerdings sollten die Kniehebel in ihrer durch die erforderliche Sitzhöhe vorgegebenen Endstellung noch eine gewisse Neigung (Grundneigung) beibehalten, damit keine Selbsthemmung der Federvorrichtung auftritt.
Mit Ausnahme des Luftfederbalges sowie gegebenenfalls Dichtungselementen und Puffern, die sämtlich aus elastomerem Werkstoff bestehen, sind alle anderen Bauteile der Luftfederanordnung aus Metall oder Kunststoff mit metallähnlichen Eigenschaften gebildet. Der Kunststoff ist dabei insbesondere glasfaserverstärkt (EP 1 110 010 B1). Auf diese Weise ist eine wirksame Anbindung der aus diesen Werkstoffen gebildeten Endbereiche A und B der Luftfederanordnung an die beiden Joche gewährleistet.
In den beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2a, 2b und Fig. 3a, 3b bildet der den Deckel zugewandte Endbereich A die Anbindung an das Joch des Scherenlenksystems, während der dem Abrollkolben zugewandte Endbereich B die Anbindung an das Joch des Kniehebelsystems übernimmt. Dies ist die übliche Konstellation. Aber auch eine Umkehrkonzeption ist möglich. So ist im Fahrzeugbau der Deckel einer Luftfederanordnung zumeist mit der Karosserie verbunden, während der Abrollkolben bzw. ein Dämpferbaubeil mit einer Fahrwerksanbindung versehen ist. Jedoch werden zunehmend auch hier Luftfederanordnungen mit einer Deckelanbindung am Fahrwerk sowie einer Abrollkolbenanbindung an die Karosserie eingesetzt.
Bezugszeichenhste
Fahrersitz
Federvorrichtung
Federvorrichtung
Oberbau
Unterbau
Scherenlenker (Scherenlenkersystem)
Lenker
Befestigungs- und Gelenkposition
Gleitschiene
Befestigungs- und Gleitposition
Lenker
Kniehebel (Kniehebelsystem)
Befestigungs- und Gelenkposition
Luftfederanordnung
Luftfederbalg
Deckel
Abrollkolben (Tauchkolben) freie Außenfläche (Abrollfläche)
Außenführung hydraulischer Schwingungsdämpfer
Gehäuse
Schlaufe (Rollfalte)
Federvorrichtung
Luftfederanordnung
Gasdämpfer
Deckel (Luftfedertopf)
Gehäuse
Abrollkolben (Tauchkolben) freie Außenfläche (Abrollfläche)
Luftfederbalg 31 Durchmessererweiterung des Abrollkolbens
32 Schlaufe (Rollfalte)
A Endbereich der Luftfederanordnung
B Endbereich der Luftfederanordnung
H maximaler Höhenabstand
H' geringster Höhenabstand
S weitester Abstand der Joche
S' kürzester Abstand der Joche
X Kreuzungs- und mittlerer Gelenkpunkt des Scherenlenkersystems
Y mittlerer Gelenkpunkt des Kniehebelsystems
Z Quermittenebene

Claims

Patentansprüche
1. Federvorrichtung (2, 3, 23), bestehend wenigstens aus:
- einem Ober- und Unterbau (4, 5), die in einem variablen Höhenabstand (H, H') zueinander angeordnet sind, wobei Ober- und Unterbau jeweils als Rahmen oder Platte ausgebildet sind, wobei wiederum der Oberbau mit einem Tragkörper, insbesondere in Form eines Fahrersitzes (1), in Verbindung steht, während der Unterbau auf einem Fundament montiert ist;
- einem Scherenlenkersystem, umfassend zwei parallel verlaufende Scherenlenker (6) mit jeweils einem Kreuzungs- und mittleren Gelenkpunkt (X), wobei die beiden Scherenlenker an zwei gegenüberliegenden Seiten des Ober- und Unterbaues (4, 5) so befestig sind, dass der Höhenabstand (H, H') regulierbar ist; sowie
- einer Luftfederanordnung (14, 24), umfassend zwei Endbereiche (A, B), die mit Anbindungsmöglichkeiten ausgestattet sind, und einen Luftfederbalg (15, 30) aus elastomerem Werkstoff, der unter Ausbildung einer Schlaufe (22, 32) eine volumenelastische Luftkammer umschließt, wobei die Schlaufe im Rahmen der Ein- und Ausfederung mit der freien Außenfläche (18, 29) eines Abrollkolbens (17, 28) korrespondiert;
dadurch gekennzeichnet, dass
- zusätzlich zu dem Scherenlenkersystem ein Kniehebelsystem, umfassend zwei parallel verlaufende Kniehebel (12) mit jeweils einem mittleren Gelenkpunkt (Y), vorhanden ist, wobei die beiden Kniehebel seitengleich mit den beiden Scherenlenkern angeordnet sind und dabei ebenfalls so mit dem Ober- und Unterbau (4, 5) befestigt sind, dass der Höhenabstand (H, H') regulierbar ist;
- die beiden Kreuzungs- und mittleren Gelenkpunkte (X) der Scherenlenker (6) sowie die beiden mittleren Gelenkpunkte (Y) der Kniehebel (12) jeweils durch ein Joch miteinander verbunden sind, wobei sämtliche Gelenkpunkte (X, Y) auf einer zwischen Ober- und Unterbau (4, 5) sich befindenden Quermittenebene (Z) zu liegen kommen; und dass
- die beiden Joche als Befestigungskonsolen für die beiden Endbereiche (A, B) der horizontal verlaufenden Luftfederanordnung (14, 24) dienen, ohne dass der Luftfederbalg (15, 30) in seiner Ein- und Ausfederung gestört wird, wobei die beiden Joche im Bereich der Gelenkpunkte (X, Y) im voll ausgefederten Zustand den weitesten Abstand (S) bei gleichzeitig größtem Höhenabstand (H) sowie im voll eingefederten Zustand den kürzesten Abstand (S') bei gleichzeitig geringstem Höhenabstand (H') von Ober- und Unterbau (4, 5) aufweisen.
2. Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfederanordnung (14, 24) eine Luftfeder-Dämpfer-Einheit bildet, indem die Luftfeder und der Dämpfer in Achsrichtung der Luftfederanordnung als integrierte Bauteile wirken.
3. Federvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder- Dämpfer-Einheit einen konzentrisch angeordneten Schwingungsdämpfer innerhalb der Luftfeder umfasst.
4. Federvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder- Dämpfer-Einheit einen konzentrisch angeordneten hydraulischen Schwingungsdämpfer (20) umfasst.
5. Federvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Schwingungsdämpfer mit einer verstellbaren Dämpfercharakteristik ausgestattet ist.
6. Federvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder- Dämpfer-Einheit einen konzentrisch angeordneten Gasdämpfer (25) umfasst.
7. Federvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdämpfer direkt mit der Luftkammer der Luftfeder in Verbindung steht und mit demselben Arbeitsdruck arbeitet wie die Luftfeder.
8. Federvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdämpfer durch reibungsarme Dichtungselemente so von der Luftkammer der Luftfeder getrennt ist, dass innerhalb des Gasdämpfers ein höherer Druck als innerhalb der Luftkammer einstellbar ist.
9. Federvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdämpfer als Vorratsbehälter zur Speisung der Luftfeder dient.
10. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfederanordnung, insbesondere die Luftfeder-Dämpfer-Einheit, mit selbsttätiger, sich an Vorgabewerten orientierender Niveauregulierung arbeitet.
11. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfederanordnung, insbesondere die Luftfeder-Dämpfer-Einheit, mit von außen einstellbarer variabler Niveaulage arbeitet.
12. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederbalg (15, 30) in Bezug auf dessen Meridianschnitt zylindrisch, konisch oder konturiert gestaltet ist.
13. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederbalg (15, 30) einen eingebetteten Festigkeitsträger, insbesondere fadenförmigen Festigkeitsträger, insbesondere wiederum in Form von Cordfäden, aufweist, und zwar unter Ausbildung einer luft- und druckdichten Balginnenschicht, einer ein- oder mehrlagigen Festigkeitsträgerschicht sowie einer Balgaußenschicht.
14. Federvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der fadenförmige Festigkeitsträger so verläuft, dass in Bezug auf zwei Lagen ein Kreuzungswinkel gebildet wird.
15. Federvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der fadenförmige Festigkeitsträger in axialer Balgrichtung verläuft.
16. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederbalg (15) mit einer stützenden Außenführung (19) versehen ist.
17. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollkolben (17, 28) innerhalb seines Auslaufbereiches eine Durchmessererweiterung (31) erfährt.
18. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Joche als U-förmig gepresste und ausgesteifte Bauteile ausgebildet sind.
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