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Gas- oder Flüssigkeitsfederungssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gas- oder Flüssigkeitsfederungssystem, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, mit einem mindestens einen Steuerkolben enthaltenden und mit
den Fahrzeugluftfedem in Verbindung stehenden Drucksteueraggregat. Die Erfindung
besteht darin, daß pneumatisch oder hydraulisch wirkende Servomittel vorhanden sind,
z. B. das Druckmedium einer mittleren Kammer bzw. eines Kammerteils des Druckzylinders,
welche ständig die Innenseite bzw. die Innenseiten der Steuerkolben beaufschlagen,
wobei der bzw. die Steuerkolben als nachgiebige Kolben z. B. aus Gummi ausgebildet
und am Zylindergehäuse befestigt sind.
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Es ist eine ältere Patentanmeldung bekannt, in der ein Gasfederungssystem
vorgeschlagen wird, bei dem die Luftfedern durch einen jeweils an jeder Radachse
starren Luftbehälter miteinander verbunden sind und innerhalb jedes Luftbehälters
eine bewegliche, das Luftvolumen der Luftfeder der einen Fahrzeugseite von dem der
Luftfeder der anderen Fahrzeugseite abteilende Trennwand angeordnet ist. Die Trennwand
ist dabei entweder als Kolben oder, wenn sie durch eine Stange verbunden ist, als
Doppelkolben ausgebildet. Diese Ausführung hat aber den Nachteil, daß es sich bei
den schon genannten Kolben um starre metallische Teile handelt, die erfahrungsgemäß
pneumatisch sehr schwierig abzudichten sind. Ungenügend abgedichtete Kolben führen
jedoch, wie allgemein bekannt, zu Leckverlusten. Um die Funktion des gesamten Federungssystems
des älteren Patents zu gewährleisten, müssen diese Leckverluste in irgendeiner Form
ausgeglichen werden. Dies geschieht in der an sich bekannten Weise, daß mittels
einer Pumpe aus einem weiteren Behälter ein gasförmiges Medium in den eigentlichen
starren, mit den Luftfedern in Verbindung stehenden Luftbehälter gepumpt wird.
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Es ist noch eine weitere ältere Patentanmeldung bekannt, in der eine
Gasfederung für Fahrzeuge vorgeschlagen wird, bei der als Steuerkolben in einem
Zusatzzylinder ein nachgiebiger, im wesentlichen aus einer festen Grundplatte und
einer Membran bestehender Kolben zur Verwendung kommt, wobei die Membran einerseits
an der einen Teil des Kolbens bildenden Grundplatte und andererseits an der Zylinderwand
befestigt ist. Es handelt sich aber hierbei um eine Anordnung, mit deren Hilfe es
möglich ist, die Federcharakteristik so zu verändern, daß der für den jeweiligen
Fall günstigste Betriebszustand erzielt wird.
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Sowohl mit dem Gegenstand der ersten älteren Patentanmeldung als auch
mit dem Gegenstand der zweiten älteren Patentanmeldung ist der Effekt gemäß der
vorliegenden Erfindung nicht erzielbar.
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Nach der Erfindung wird erreicht, daß das geschlossene Federungssystem
einen kontinuierlichen Ausgleich am Fahrzeug schafft, ferner nur eine einmalige
Füllung mit Druckluft benötigt wird und auf einen Kompressor, einen Hochdruckbehälter,
Solenoide und Steuerventile und selbstverständlich auf eine kontinuierliche Wiederergänzung
der Luft in den Luftfedern verzichtet wird. In das geschlossene. Federungssystem
können Staub, Feuchtigkeit und korrodierende Bestandteile nicht eindringen, und
es sind keine Vereisungsprobleme zu berücksichtigen. Die Verwendung einer motorantriebsseitigen
Druckkammer setzt Anforderungen an die Motorleistung sowohl beim Füllen als auch
beim Entleeren der Luftfeder herab. Die Vorrichtung arbeitet leise oder nahezu geräuschlos.
Bei Verwendung eines zusätzlichen Schalters kann eine Freilaufsteuerung geschaffen
werden, durch die die Lage der Kolben unabhängig vom Steuerzustand des Gebers aufrechterhalten
wird. Diese zusätzliche Vorrichtung ist von Bedeutung, wenn zeitlich vorübergehende
Zustände berücksichtigt werden müssen, z. B. beim Ansetzen eines Wagenhebers, beim
»Hängen« des Fahrzeugs od. dgl.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Luftfeder mit einem
Zylindergehäuse verbunden, in dem ein Kolben gleitet. Die Luftfeder wird in vorbestimmter
Weise mit Druckluft gefüllt. Der Kolben wird von einem Motor angetrieben, der über
Leitungen
mit einem elektrischen Geber- (Schalter) verbunden ist,
welcher in Abhängigkeit von der Kraftfahrzeughöhe arbeitet. Der Geber kann von einem
vorderen Schwingarm zwecks Betätigung des Motors für die Vorderfeder gesteuert werden
oder auch vom Differentialgehäuse, um den Motor für die Hinterfeder einzuschalten.
Die Bewegung des Kolbens verändert den Luftdruck in der Luftfeder und bewirkt somit
ihre Ausdehnung bzw. Zusammenziehung.
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Falls ein Paar von Luftfedern mit nur einem Zylindergehäuse verbunden
ist, ist eine einander entgegengesetzte Anordnung der Kolben möglich, und sie können
über ein Paar Schraubenspindeln, die über ein Paar Gewindebolzen mit einem Antriebszahnrad
starr verbunden sind, nur durch einen Motor betätigt werden. Es kann vorzugsweise
für den Motor eine Hilfskraft vorgesehen sein, indem die Fläche hinter dem Kolben
mit Druckluft gefüllt wird, wodurch die Arbeitsleistung des Motors weniger beansprucht
bzw. ein kleinerer Motor erforderlich wird.
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Das Zylindergehäuse ist hermetisch abgedichtet, und die Kolben können
an sich eine beliebige Form aufweisen, müssen jedoch der Forderung genügen, daß
sie Luft in die Luftfeder drücken, ohne daß undichte Stellen entstehen.
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Das erfindungsgemäße Gas- oder Flüssigkeitsfederungssystem hat den
Vorteil, daß es aus einer geringen Anzahl von Teilen besteht, schnell montiert werden
kann, billig in der Herstellung ist und über relativ längere Betriebsdauer sicher
arbeitet.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß dieses Gas- oder Flüssigkeitsfederungssystem
keiner oder nur einer geringen Wartung bedarf, da keine Schmierungs- oder Kühlungsprobleme
berücksichtigt zu werden brauchen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend
in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, die schematische Ausführungsbeispiele
darstellen. Es zeigt Abb. 1 eine perspektivische Darstellung des Gesamtsystems,
eingebaut im Kraftfahrzeugrahmen, Abb.2 eine vergrößerte und teilweise im Schnitt
gehaltene Darstellung des Zylindergehäuses mit einem Paar von Membrankolben in ihrer
äußersten stirnseitigen Lage, Abb. 3 einen Querschnitt durch den Zylinder nach Abb.
2, Abb.4 eine vergrößerte, teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der Kolben.
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Abb. 1 zeigt den Fahrzeugrahmen 10 mit einem Paar von vorderen Luftfedern
11 und einem Paar von hinteren Luftfedern 12, die in bekannter Weise
zwischen abgefederten und starren Teilen des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Die
Luftfedern 11 sind über Druckmittelleitungen 13 mit einem hermetisch abgedichteten
Drucksteueraggregat 14 verbunden. Die hinteren Luftfedern 12 sind in ähnlicher Weise
über Druckmittelleitungen 16 mit einem hinteren Drucksteueraggregat 17 verbunden.
Drucksteueraggregate 14,17 können in ihrer Ausbildung und Anordnung identisch ausgeführt
sein. Das in Abb. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Zweipunktsteuerung
der Radaufhängung, bei der die vordere Steuerung mit Hilfe eines an einen Teil des
Fahrzeugrahmens 10 befestigten Gebers 18 erfolgt, der von einem Schwingarm 19 betätigt
wird. Schwingarm 19 ist an Aufhängearmen 21 befestigt, die ihrerseits schwenkbar
in an sich bekannter Weise am Achsschenkelflansch 22 angebracht sind. Schwingarm
19 ist unmittelbar zwischen einem Paar von Armen 23 auf dem Geber 18 angeordnet.
Die Bewegung des Schwingarmes nach vorn bzw. hinten betätigt den Geber (Schalter).
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Drucksteueraggregat 14 ist eine vollständig abgedichtete Einheit mit
einem Hauptzylindergehäuse 24 und einem Paar von Stirndeckeln 26, die mit Hilfe
von Klemmringen 27 an das Gehäuse befestigt sind. Ein Paar von Membrankolben 28
aus Gummi sind am Membranrand 29 zwischen den Stirndeckeln 26 und dem Zylindergehäuse
24 ebenfalls mit Hilfe der Klemmringe 27 gehalten. Die Deckel 26 enthalten ein Luftventil
31, das das Auffüllen der Luftfedern 11 oder 12 auf ein vorbestimmtes Druckniveau
gestattet. Jeder der Membrankolben 28 ist mit einem innen mit Gewinde versehenen
Schaft 32 verbunden, wobei Schaft 32 mit einem Gewindebolzen 33 im Eingriff steht.
Gewindebolzen 33 ist an ein Innenzahnrad 34 befestigt. Innenzahnrad- 34 wird von
einer Schneckenspindel 36 angetrieben, die von einem im Gehäusevorsprung 38 des
Zylindergehäuses 24 angeordneten Elektromotor 37 betätigt wird, wobei Motor 37 in
beiden Drehrichtungen laufen kann. Es sind Kontakte 39 vorgesehen, die an den Geber
18 (nicht dargestellt) in bekannter Weise befestigt sind, und ferner elektrische
Leitungen, um in bekannter Weise einen elektrischen Stromkreis zu bilden. Membrankolben
28 und ihre Antriebsmittel sind: axial fluchtend im Zylindergehäuse 24 mit Hilfe
eines Führungskörpers 41 gelagert, der an das Gehäuse 24 innen angeschweißt ist.
Eine Anzahl von Durchlässen 42 sind im Führungskörper 41 vorhanden, um eine ungehinderte
Luftbewegung der Druckluft von einer zur anderen Seite des Führungskörpers zu ermöglichen.
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Aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß die Membrankolben 28 wirksam das Drucksteueraggregat
14 in zwei Außenkammern 43 und eine Zentralkammer 44 beiderseits des Führungskörpers
41 aufteilen. Es ist nur eine Außenkammer 43 dargestellt. Die Außenkammern
sind mit der entsprechenden Luftfeder über eine Leitung verbunden. Die Zentralkammer
44 enthält ebenfalls ein Einlaßventil 46, so daß sie mit Druckluft gefüllt
werden kann. Diese Auffüllung der Zentralkammer gestattet die Herabsetzung der Arbeitsbelastung
auf den Motor bzw. ermöglicht die Anwendung eines kleineren Motors.
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Bei der hinteren Radaufhängung enthält ein Druck-Steueraggregat 17
die gleichen Teile wie vorhin die Einheit 14, steht jedoch über elektrische (nicht
dargestellte) Mittel mit einem elektrischen Geber 47 in Verbindung, der durch Verbindungsarme
48, 49 vom Differential aus betätigt wird.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Kammern 43 und 44 enthalten
Druckluft von einem vorbestimmten Druckniveau. Der eingeschaltete Elektromotor 37
verstellt die Kolben nach außen, wodurch Druckluft zusätzlich in die entsprechende
Luftfeder bzw. Luftfedern gedrückt wird, die Feder sich ausdehnt und den Fahrzeugabstand
von der Fahrbahn vergrößert. Ist es erforderlich, das Fahrzeug zu senken, so arbeitet
der Motor in anderer Drehrichtung, wodurch die Kolben zurückgezogen werden und der
Luftdruck in der Luftfeder sinkt. Die Motorarbeit wird hier durch den Federdruck
unterstützt, während bei der erstgenannten Arbeitsweise der Luftdruck in der Zentralkammer
44 die Kolbenbewegung verstärkt. Selbstverständlich ist die Anwendung eines
Drucksteueraggregates
für jedes einzelne Rad möglich. Hierbei würde die Drucksteuerung über je einen Motor
erfolgen. Die Zentraldruckluftkammer an der Innenseite der Membrankolben könnte
weggelassen werden, wenn eine genügende Servokraft zur Bewegung der Membrankolben
vorhanden ist. Wenn jedoch eine Servokraft benutzt werden soll, unterteilt sich
das Drucksteueraggregat im Prinzip in zwei Kammern.
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Eine weitere Ausführungsform des Membrankolbens ist in Abb. 4 dargestellt.
Hier sind Rollbeläge bzw. Rollmembranen angewandt, die zusammen einen Steuerkolben
52 ganz oder teilweise einschließen. Rollbeläge 53 und 54 können nach vorwärts und
rückwärts abrollen und sind zu diesem Zweck an zwei voneinander in Abstand angeordneten
Stellen am Umfang des Zylindergehäuses 56, z. B. bei 57 und 58, befestigt. Nach
einmaliger Auffüllung der Luftfedern über Luftventil 31 ist ein geschlossenes Luftfederungssystem
geschaffen, das die Verstellung der Fahrzeughöhe in vertikaler Richtung durch einfache
Drucksteigerung der Luft in der Feder ermöglicht.