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Luftfeder für Fahrzeuge Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Luftfederung
für Fahrzeuge, die aus einem Luftzylinder mit einem Kolben besteht, wobei Zylinder
und Kolben durch einen Rollbalg miteinander verbunden sind und wobei der Luftzylinder
durch einen zweiten, nur mit ihm verbundenen Rollbalg in zwei unabhängig voneinander
mit Luft füllbare Teilräume unterteilt ist.
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Mit diesem Merkmal löst die Erfindung des Hauptpatentes die Aufgabe,
daß in einfacher Weise und ohne daß die Luftfeder für das übliche Federn zu weich
wäre, die luftgefederte Fahrzeugachse in den Fahrzeugkörper eingezogen werden kann.
Die Arbeitsweise ist dabei so gedacht, daß die Luft des vom zweiten Rollbalg abgeteilten
Teilraumes an der Federarbeit überhaupt nicht beteiligt ist und die Füllung dieses
Teilraumes nur zum Einziehen und Ausfahren des Achskörpers geändert wird. Zur Federung
ist allein die Luft des anderen Teilraumes herangezogen.
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Die Erfindung des Hauptpatents ist auch bereits so weit ausgestaltet
worden, daß die Luftfeder eine progressive Kennlinie hat. Diese weitere Ausgestaltung
ist dadurch gekennzeichnet, daß das vom zweiten Balg abgeteilte Luftvolumen von
einem bestimmten Federweg an mit höherem Ausgangsdruck als das andere Luftvolumen
an der Federung beteiligt ist.
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Für beide Anordnungen ist angenommen, daß sich die Wand des zweiten
Balges unter dem Druck der im abgeteilten Raum befindlichen Preßluft nicht dehnt.
Dies kann durch genügend starke Gewebe des Festigkeitsträgers aus z. B. Nylon oder
durch Stahlgewebe erreicht werden. Diese Lösung kann aber den Nachteil mit sich
bringen, daß die Balgwand sehr dick ausfallen muß, so daß beim Einziehen der Achse
des Fahrzeuges die Umkehrwulst des zweiten Balges einen großen Radius erfordern
würde. Hierdurch bedingt müßte der Zwischenraum zwischen der Kolbenwand und der
Wand des Luftfederzylinders relativ groß gewählt werden, wodurch wiederum die Umkehrwulst
des Luftfederbalges vergrößert werden müßte, was dessen Lebensdauer wesentlich herabsetzen
würde. Besonders aber wird der wirksame Durchmesser des Luftfederkolbens dadurch
kleiner, so daß im Luftfederraum und im Prallbalgraum höhere Drücke angewendet werden
müssen, wodurch die Anlage schwerer wird. Auch bei Verwendung von Stahlcord würde
sich durch dessen Steifigkeit für den Prallbalg ein großer Rollradius ergeben mit
denselben Auswirkungen auf den Luftfederbalg.
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Um zu günstigeren Ergebnissen zu kommen, müssen dünnwandige Bälge
verwendet werden. Ein dünnwandiger zweiter Balg würde sich aber unter dem Druck
im abgeteilten Zylinderraum in unzulässiger Weise dehnen. Beim Einfedern weicht
dann infolge der Rückstellkraft der Wand des zweiten Balges der Balgboden in erheblichem
Maße nach oben aus, so daß eine zu flache Federkennlinie, d. h. eine unbrauchbare,
viel zu weiche Kennlinie, entsteht.
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Die Erfindung will diese Nachteile zuverlässig verhindern und schlägt
hierzu vor, daß die Ausdehnung des zweiten Balges unabhängig von der Balgwandspannung
zwangsweise begrenzt ist.
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Mit dem Merkmal der Erfindung kann als zweiter Balg ein Balg mit üblicher
sehr dünner und hochelastischer Wand verwendet werden, ohne daß der Balg eine unzulässig
große Ausdehnung erfahren müßte.
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Als Mittel zur Verhinderung einer unzulässig weiten Ausdehnung des
zweiten Balges schlägt die Erfindung zugfeste, aber druckweiche Mittel, insbesondere
Seile, vor, damit die Begrenzungsmittel nicht das Entleeren des zweiten Balges beim
Einziehen der Fahrzeugachse behindern. Mit dem gleichen Ziel wird vorgeschlagen,
daß die Seile einen Teil der von der Balgwand aufgenommenen Ausdehnungskräfte aufnehmen.
Dadurch können dünne Seile verwendet werden, die sich leicht umlegen lassen. Damit
insbesondere dickere Seile nicht durch unkontrolliertes Umlegen das Einziehen der
Fahrzeugachse behindern, wird weiter noch vorgeschlagen, daß das Umlegen der Seile
beim Entleeren des vom zweiten Balg eingeschlossenen Teilraumes von auf die Seile
einwirkenden Federn gesteuert wird.
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Die Seile sollen nach einem weiteren Erfindungsmerkmal zwischen dem
Zylinderdeckel und einer unteren Abschlußplatte des zweiten Rollbalges eingehängt
sein. Dem Einhängen sollen dabei ein Gelenkzapfen gelagerte Seilkauschen dienen.
Bisher
wurde eine Luftfüllung in dem vom zweiten Balg abgeteilten Zylinderraum angenommen,
die als eine Zusatzfeder wirken kann. Wird auf diese Zusatzfederwirkung verzichtet,
dann kann der abgeteilte Zylinderraum zum Straffen der Seile mit Flüssigkeit statt
mit in den vom zweiten Balg abgeteilten Teilraum eingefüllter Luft gefüllt werden.
Diese Lösung bringt den Vorteil, daß man es in der Hand hat, beträchtliche, jedoch
eindeutig begrenzte Rückstellkräfte in der Wand des zweiten Balges auszunutzen:
Das Einfüllen der Flüssigkeit in den vom zweiten Balg abgeteilten Raum soll von
einer hydraulisch-pneumatischen Druckflasche aus erfolgen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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Fig. 1 bis 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt;
Fig. 4 und 5 zeigen Hilfsschemata zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnungen
nach der Erfindung; Fig. 6 und 7 zeigen Diagramme von Anordnungen nach der Erfindung.
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Im Fahrzeugkörper ist der Zylinder 1 der Luftfeder befestigt. Der
Kolben 2 ist mit seiner Kolbentange 3 gelenkig mit der gefederten Fahrzeugachse
verbunden. Das radiale Spiel zwischen Kolben 2 und Zylinder 1 ist in bekannter Weise
durch den beiderseits abgestützten Rollbalg 4 gedichtet. Der Rollbalg ist
mit seinem inneren Ringwulst 5 nach der Art schlauchloser Reifen auf dem Kolben
2 gehalten. Der äußere Ringwulst 6 des Rollbalges ist gasdicht zwischen dem Zylinder
1 und dessen Deckel 7 eingespannt. Der vom Zylinder 1, dem Kolben 2, dem Rollbalg
4 und dem Zylinderdeckel 7 eingeschlossene Raum ist mit dem künftig als Prallbalg
8 bezeichneten zweiten Rollbalg in die Zylinderteilräume 9 und
10 unterteilt. Der äußere Ringwulst 11 des Prallbalges 8 ist
unter Zuhilfenahme eines Zwischenringes 12 zusammen mit dem Rollbalg
4
zwischen dem Zylinder 1 und dem Zylinderdeckel 7 eingespannt. Der innere
Ringwulst 13 des Prallbalges 8 ist mit einem Klemmring 14 auf einer unteren
Abschlußplatte 15 festgeklemmt. Symmetrisch zur Längsachse des Zylinders 1 und in
Umfangsrichtung mit gleichen Abständen sind am Zylinderdeckel 7 drei Seile 16 gelagert,
die die Abschlußplatte 15 tragen. Die Befestigung der Seile am Zylinderdeckel 7
und an der Abschlußplatte 15 erfolgt mit Seilkauschen 17, um die die Seile geschlungen
sind und die mit ihren Seitenzapfen 18
schwenkbar im Zylinderdeckel 7 bzw.
der Abschlußplatte 15 gelagert sind. Jedes Seil ist entweder zu einem endlosen Ring
verspleißt (Fig. 1; Spleißungen 19), oder die Seilenden sind um die Seilkauschen
geschlungen und mit Schlössern 20, 21 am Seil gehalten (Fig: 2).
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Im normalen Betrieb sind die Zylinderräume 9 und
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mit Druckluft gefüllt, wobei der Luftdruck im Raum 9 wesentlich höher ist
als der Luftdruck im Raum 10. Der Abstand zwischen einem elastischen Anschlagring
23 des Kolbenbodens und der unteren Abschlußplatte 15 ist so bemessen, daß nach
einem bestimmten Teilfederweg 22 der Anschlagring 23 an der unteren Abschlußplatte
15 zur Auflage kommt und beim weiteren Einfedern das Luftvolumen im Raume
10 komprimiert wird. Dabei ist eine progressiv ansteigende Federkennlinie
gegeben. Die maximale Größe des Federweges 22 ist von der Länge der Seile 16 abhängig,
weil diese Seile selbst bei erheblicher Luftdrucksteigerung im Teilraum 9 eine Verringerung
des Federweges 22 durch unzulässige Längen des Prallbalges 8 verhindern. Die Seilquerschnitte
müssen so bemessen sein, daß sie bei maximalem Druckanstieg im Teilraum 9 nicht
reißen. Es ist dabei aber zu berücksichtigen, daß' ein Teil dieser Druckkräfte von
dem Prallbälg 8 aufgenommen und deshalb nicht von den Seilen 16 aufgenommen werden
muß. Um das zu ermöglichen, hat der Prallbalg 8 im entspannten Zustand eine geringere
Länge, so daß ein Teil des im Teilraum 9 herrschenden Luftdruckes zunächst einmal
den Prallbalg 8 auf seine gewünschte, von der Länge der Seile 16 abhängige Länge
bringt.
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Zum Einziehen der Fahrzeugachse in den Fahrzeugkörper werden die Teilräume
9 und 10 entleert. Beim Heranschieben des Kolbens 2 und der unteren Allschlußplatte
15 an den Zylinderdeckel 7 legt sich jedes endlose Seil 16 der Fig. 1 infolge seiner
Steifigkeit zu einem von den anderen Seilen unabhängigen Ring: Dieses Legen der
Seile ist bei den einfachen Seilen der Fig. 2 nicht ohne weiteres gewährleistet:
Das Schlappwerden der Seile wird deshalb von Wickelfedern 24 gesteuert, die an der
unteren Abschlußplatte 15 gehalten sind, mit ihren freien Enden auf je eines der
Seile einwirken und sich beim Schlappwerden der Seile entspannen, um diese nebeneinanderzulegen
(Fig: 2).
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Dadurch, daß Seile mit relativ geringem Durchmesser verwendet werden,
die sich einwandfrei umlegen lassen und eine gewisse Rückstellkraft der Prallbalgivatid
also eine gewisse Längung in Nullage zugelassen wird; weicht der Prallbalgboden
15 beim Einfedern et'Was nach oben aus, wodurch die Kennlinie flacher wird als bei
nicht dehnbarer Prallbalgwand. In den Behelfs-Schemata der Fig. 4 und 5 und mit
en Kennlinien der Fig. 6 und 7 wird die Wirkungsweise der Anordnung näher erläutert.
Der Raum 30 entspricht dabei den Luftfederraum 10 der Fig. 1 und 2. Der Raum
@ 33
entspricht dem Prallbalgraum 9 der Fig. 1 und 2. Der Kolben 31 stellt
die Luftfeder, der Differentialkolben 32 den Prallbalg bzw. die Prallbalgluftfeder
dar. Pi'sei die Kraft der Luftfeder, P2 die Kraft auf den Prallbalg vom Luftfederraum
aus, P, auf den Prallbalg Vom Prallbalgraum aus.
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Im Gleichgewichtszustand ist P2 = P3-Da die wirksame Fläche von P2
aus baulichen Gründen größer als die wirksame Fläche von P, ist, wird P, um einen
gewissen Faktor a größer als Pi. Es ist also Pa=a.Pi. Wird beim Einfedern P2 größer
als P3, so inuß der Prallbalgboden ach oben bis zum neuen Gleichgewichtszustand
ausweichen.
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Die Werte können nun so gewählt werden, daß nach einem gewissen Ausweichweg
es Prallbalgbodens der Kolben 31 auf dem Kolben 32 zum Aufsitzen kommt wie in Fig.
5 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Trag' kraft der Luftfederanordnung p9.-t
= (P3 - P3) + pi: Eine auf diese Weise entstandene Federkennlini°e zeigt Fig. 6.
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In Nullstellung steuert in üblicher Weise das Höhenregelventil die
Federkraft Po ein. Der Prallbalgboden hat vom Lufkfederkolben den Abstand a. Beim
Einfedern des Luftfederkolbens weicht der Prailbalgboden dem Gleichgewichtszustand
entsprechend aus. Nach der Wegstrecke b des Prallbalgbodens kommt der
Luftfederkolben
auf dem Prallbalgboden, wie in Fig. 5 schematisch gezeigt, zum Aufsitzen. Beim weiteren
Einfedern schiebt der Kolben den Prallbalgboden vor sich her, wobei die Kennlinie
von PI über Pu bis PIn verläuft. Die Kurve PI bis PII entsteht durch die Kurve der
Rückstellkraft der Prallbalgwand. Bei Prr wird die Rückstellkraft Null, wobei die
Kennlinie von PII bis PjIi annähernd eine gerade Linie ist. Entsprechend dem Diagramm
nach Fig. 7 ist die Kennlinie des Prallbalges nicht eine Gerade entsprechend dem
gestrichelten Linienzug, sondern sie fällt nach dem ausgezogenen Linienzug ab.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 erfolgt das Straffen der Seile
16 nicht durch den Luftdruck im Teilraum 9,
sondern durch in den Teilraum
9 eingefüllte Flüssigkeit, um beträchtliche Rückstellkräfte des Prallbalges ausnutzen
zu können. Das Nachfüllen der Flüssigkeit in den Teilraum 9 erfolgt mit der hydraulisch-pneumatischen
Druckflasche 25 über eine Leitung mit einem Sperrschieber 26 und dem Rückschlagventil
27. Erhöhung des Luftdruckes in der Druckflasche 25 und geschlossener Sperrschieber
26 lassen Flüssigkeit in den Teilraum 9 zuströmen, bis die Seile 16 eine weitere
Ausdehnung des Prallbalges 8 verhindern. Eine Verringerung des Luftdruckes in der
Druckflasche 25 läßt bei geöffnetem Sperrschieber 26 zum Einziehen der Fahrzeugachse
Druckmittel aus dem Teilraum 9 in die Druckflasche 25 zurückströmen. Es ist dabei
darauf zu achten, daß der Abstand 22 größer sein muß als der Einfederweg des Kolbens
2 bei maximaler einseitiger ; Einfederung einer Achse.