DE19951091C2 - Luftfeder für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Praxis bekannte Luftfedern werden in Verbindung mit Fahrzeugen genutzt, für die über die Einfederposition hinaus fallweise ein weiteres Absenken des Fahrzeuges, oder zumindest einer Fahrzeugseite gewünscht wird, sei es um eine möglichst tiefe Ladeposition zu erreichen, eine abgesenkte Einstiegsposi­ tion oder eine verbesserte Zugangsposition, beispielsweise beim Transport von Körperbehinderten.

Wird über die Einfederposition hinaus eine Absenkposition ange­ boten, die durch Entlüften des Federbalges erreicht wird, so bedeutet dies, bezogen auf eine lediglich zwischen Einfederpo­ sition und Ausfederposition im Niveau veränderbare Luftfeder, ein zusätzliches Luftvolumen mit der Folge, dass, bezogen auf einen vorgegebenen Luftdruck, die Fahreigenschaften durch man­ gelnde Progressivität des Federeinsatzes verschlechtert werden, nämlich schwammig werden oder dass, bei gleichbleibendem Luft­ volumen, eine härtere Federgrundabstimmung gewählt werden muss, um ein Durchschlagen zu verhindern, was Komforteinbußen mit sich bringt.

Für eine Fahrzeugfederung eine Luftfeder zu schaffen, über die in jeder beliebigen Stellung die komplette Fahrzeugfederung in der entsprechenden Niveaulage zu fixieren ist, ist aus der gat­ tungsbildenden DE 195 39 151 A1 bekannt. Hierbei wird druckab­ hängig die jeweilige Federlage der Luftfeder eingestellt und ü­ ber eine Anschlagbegrenzung gesichert. Als Anschlagbegrenzung ist unter anderem ein spindelgetriebener Verstellanschlag vor­ gesehen, gegen den sich für eine jeweils gewünschte Höhenlage die Feder durch Druckabbau absenkt und abstützt, mit dem Ziel, für einen jeweiligen Ladevorgang die gewünschte Ladehöhe stabil festzulegen.

Des Weiteren ist aus der DE-AS 15 05 454 eine Fahrzeugfederung bekannt, bei der in Hintereinanderschaltung eine mechanische Feder, beispielsweise eine Schraubenfeder und eine Luftfeder vorgesehen sind und der Luftfeder die Funktion eines lastabhän­ gig regelbaren, bereichsweise federnden Widerlagers zukommt. Dies dadurch, dass die Luftfeder in beiden Richtungen, d. h. bezüglich des Ein- und des Ausfederns, durch Anschläge begrenzt ist, also außerhalb eines mittleren Federbereiches blockiert ist. Ziel dieser Konstruktion ist es, auch bei großen Lastun­ terschieden zwischen leerem und vollbeladenem Fahrzeug die sta­ tische Last des Fahrzeuges in dem dem freien Hubweg der Luftfe­ der - als Widerlager - entsprechenden mittleren Bereich der Kennlinie der Federung weich aufzunehmen.

In Verbindung mit mechanischen Federabstützungen für Fahrzeuge ist es bekannt, zur Veränderung von deren Höhenlage bzw. zur Veränderung der Tragkraft einen der die Schraubenfeder abstüt­ zenden Federteller über einen hydraulischen Stellzylinder in Höhenrichtung zu verlagern (DE 196 32 805 C2, EP 0 761 482 A1, EP 0 661 184 A1).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftfeder für Kraftfahrzeuge dahingehend auszubilden, dass über den Federweg zwischen ein- und ausgefederter Federposition hinausgehend eine Absenkpositi­ on angefahren werden kann, ohne dass die Möglichkeit des Anfah­ rens einer Absenkposition die Federabstimmung und die Feder­ funktion im Bereich zwischen der Einfeder- und Ausfederposition nachteilig oder einschränkend beeinflusst.

Erreicht wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1, wobei die Anschlagbegrenzung der Federstrecke gegen die Absenkstrecke ein Durchschlagen der Feder verhindert und ein zusätzlicher Freiheitsgrad bei der Federabstimmung ermöglicht wird. Letzte­ res in Weiterbildung der Erfindung dadurch, dass insbesondere bei Ausgestaltung der Anschlagbegrenzung als schaltbarer An­ schlag in Verbindung mit der der Einfederposition entsprechen­ den Anschlagposition eine Zusatzfeder, insbesondere eine E­ lastomerzusatzfeder in Wirkeinsatz gebracht werden kann, wobei diese Zusatzfeder so angeordnet sein kann, dass sie sowohl in der der Einfederposition entsprechenden Anschlagposition wie auch, nach Wegfall dieser Anschlagposition, am Ende der Absenk­ strecke wirksam ist. Zweckmäßigerweise wird dem Abrollzylinder die insbesondere elastomere Zusatzfeder zugeordnet.

Die über die Anschlagbegrenzung aufzunehmenden Kräfte lassen sich sicher beherrschen, wenn bei zwischen einem Aussenzylinder und einem in diesen einlaufenden Abrollzylinder der Federbalg geführt ist und der Aussenzylinder mit einer quer zur Verschie­ berichtung sich erstreckenden Führung für ein Anschlagelement ausgestattet ist. Die Führung kann zweckmäßigerweise anschlie­ ßend an den Überdeckungsbereich des Federbalgs zum Außenzylin­ der vorgesehen und als dem Innenumfang des Aussenzylinders zu­ geordnete Schiebenutführung ausgebildet sein, in der als An­ schlagelement ein halbmondförmiges Ringsegment mit seinem äuße­ ren Rand geführt ist, wobei der Verschiebeweg bevorzugt kleiner als die Nuttiefe ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematisierte Schnittdarstellungen einer Luftfeder gemäß der Erfindung in verschie­ denen Federpositionen, und

Fig. 4 eine schematisierte Schnittdarstellung durch die Luftfeder entsprechend der Schnittführung IV-IV in Fig. 1.

In den einander entsprechenden, verschiedene Federpositionen einer Luftfeder zeigenden Schemadarstellungen ist die Luftfeder insgesamt mit 1 bezeichnet und umfasst einen Aussenzylinder 2, einen koaxial hierzu liegenden, in den Aussenzylinder 2 ein­ fahrbaren Abrollzylinder 3 als Luftfederkolben und einen zwi­ schen Aussenzylinder 2 und Abrollzylinder 3 liegenden Federbalg 4. Der Abrollzylinder 3 ist dem Mantel 5 eines Stossdämpfers 6 zugeordnet, bei koaxialer Anordnung des Abrollzylinders 3 zum Mantel 5. Am vom Abrollzylinder 3 abgelegenen Ende ist der Man­ tel 5 des Stossdämpfers 6 mit einer Befestigungsöse 7 versehen, über die beispielsweise der Anschluss an den Achskörper eines Kraftfahrzeuges oder an ein Teil einer unabhängigen Radaufhän­ gung eines Kraftfahrzeuges, so beispielsweise deren Radträger erfolgen kann.

Der Mantel 5 des Stossdämpfers 6 nimmt in bekannter, hier nicht dargestellter Weise einen Dämpferkolben auf, der mit der über den Mantel 5 an dem dem Abrollzylinder 3 zugeordneten Ende stirnseitig herausgeführten Kolbenstange 8 verbunden ist, die zum Aussenzylinder 2 fest angeordnet ist, wobei die Kolbenstan­ ge 8, oder auch der Aussenzylinder 2 gegenüberliegend zur Be­ festigungsöse 7 mit einer Befestigungsöse 9 versehen ist. Diese dient bevorzugt der Anlenkung an der Karosserie des nicht dar­ gestellten Fahrzeuges. Eine entsprechende Umkehrung in der An­ ordnung der Luftfeder 1 zwischen Achse und Aufbau liegt im Rah­ men der Erfindung. Abrollzylinder 3, Federbalg 4 und Aussenzy­ linder 2 umgrenzen das Federvolumen 10, das in Abhängigkeit vom Federzustand veränderlich ist, wobei die Darstellungen gemäß Fig. 1 bis 3 verschiedene Stellungen der Luftfeder 1 zeigen, von denen die gemäß Fig. 1 der Ausfederposition, die gemäß Fig. 2 der Einfederposition und jene gemäß Fig. 3 der Absenkpo­ sition entsprechen. Die Federstrecke 11 zwischen voller Ausfe­ derposition 12 und voller Einfederposition 13 entspricht dem für den Fahrbetrieb nutzbaren Federweg. An die Federstrecke 11 schließt über die Einfederposition 13 hinausgehend eine Absenk­ strecke 14 an, die gegen die Federstrecke 11 durch eine An­ schlagbegrenzung 15 abgegrenzt ist und die ausgehend von der Einfederposition 13 in einer Absenkposition 16 endet.

Die Anschlagbegrenzung 15 ist im Ausführungsbeispiel als schaltbarer Anschlag ausgebildet, dessen Aufbau die schemati­ sierte Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 näher zeigt. Hierbei liegt die Anschlagbegrenzung 15 anschließend an den Überde­ ckungsbereich des Federbalges 4 zum Aussenzylinder 2, so dass keine wechselseitige Beeinflussung oder gar Abdichtprobleme entstehen.

Die entsprechend der Absenkstrecke 14 dem Boden 17 des Aussen­ zylinders 2 vorgelagert angeordnete Anschlagbegrenzung 15 be­ steht im Ausführungsbeispiel aus zwei Anschlagelementen in Form von halbmondförmig gekrümmten, flächigen Ringsegmenten 18 und 19, die einander gegenüberliegend in symmetrischer Anordnung zur Federachse 20 vorgesehen sind und denen als im Aussenzylin­ der 2 vorgesehene Führung eine nach innen offene Umfassungsnut als Ringnut 21 zugeordnet ist, die in dem in Überdeckung zu den Abflachungen 23, 24 am Außenumfang der Endbereiche der Ringseg­ mente 18, 19 liegenden Bereich eine Geradführung 25 für die Ringsegmente 18 und 19 bildet.

Die Ringsegmente 18 und 19 sind jeweils, wie schematisiert dar­ gestellt, mit einem Stellglied in Form eines Stellkolben 26, 27 verbunden, und zwar über eine Kolbenstange 28 bzw. 29, die den Aussenzylinder 2 abgedichtet durchsetzt. Die Stellkolben 26, 27 sind in Richtung auf die Federachse 20, also in Richtung auf die der Anschlagposition der Ringsegmente 18 und 19 entspre­ chende Lage über Federn 30, 31 belastet. In Fig. 4 rechtssei­ tig ist für das Ringsegment 19 die zurückgezogene Position ge­ zeigt, in der der Verschiebeweg in Richtung auf die Absenkposi­ tion freigegeben ist, und in der der Kolben 27 gegen die Kraft der ihn abstützenden Feder 31 verschoben ist.

Fig. 3 zeigt eine entsprechende pneumatische oder hydraulische Druckversorgung, wobei ein 3/2-Wege-Ventil 32 vorgesehen ist, das bevorzugt elektrisch betätigt ist und zweckmäßigerweise derart mit einer Schaltlogik verbunden ist, dass die Anschlag­ stellung nur bei Fahrzeugstillstand aufgegeben und die Absenk­ position nur bei Fahrzeugstillstand angefahren werden kann. Ein gegebenenfalls zusätzlicher Eingriff über eine Handsteuerung kann vorgesehen werden.

Befinden sich, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, die Ringseg­ mente 18 und 19 in ihrer Anschlagstellung, wie für dass Ringseg­ ment 18 auch in Fig. 4 dargestellt, so liegen sie im Verschie­ beweg des Abrollzylinders 3, dem eine als Elastomerfeder ausge­ bildete Zusatzfeder 33 zugeordnet ist. Diese ist beispielsweise als die Kolbenstange 8 umschließender Ringkörper ausgebildet und bildet ein Anschlag- bzw. Pufferelement, das in Abhängig­ keit von der gewählten Form und den dadurch bestimmten Quer­ schnitten sowie in Abhängigkeit von der Federrate des verwende­ ten Materials in seiner Kennlinie bestimmt werden kann und da­ durch die Möglichkeit bietet, die Kennung der Luftfeder, ohne Änderung der Luftfedervolumina, zusätzlich zu beeinflussen, so dass über die Zusatzfeder 33 ein weiterer Freiheitsgrad bei der Federabstimmung gewonnen wird.

Wird die Anschlagbegrenzung 15 durch Zurückziehen der Ringseg­ mente 18, 19 bei Druckbeaufschlagung der Kolben 26, 27 freige­ geben, so kann der Abrollzylinder 3 und mit ihm der Dämpfer 6 über die voll eingefederte Position gemäß Fig. 2 hinaus in die Absenkposition gemäß Fig. 3 eingefahren werden, wobei über die Zusatzfeder 33 und deren Abstützung gegen den Boden 17 des Aus­ senzylinders 2 in dieser Absenkposition bei druckentlasteter Luftfeder 1 eine Abstützung für den Abrollzylinder 3 gegeben ist.

Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung die die Anschlagbegren­ zung 15 bildenden Ringsegmente 18 und 19 in Richtung auf ihre Anschlagstellung über die Federn 30 und 31 belastet sind, wird diese Anschlagstellung unabhängig von einer Druckversorgung si­ chergestellt.

Fällt umgekehrt die Druckversorgung für die Kolben 26, 27 aus, über die die Ringsegmente 18 und 19 aus ihrer Anschlagstellung abgedrängt werden können, so lässt sich das Ausfahren der Luft­ feder 1 bei entsprechender Druckbeaufschlagung - ungeachtet der durch Federkraft in Richtung auf die Federachse 20, also in Richtung ihrer Anschlagstellung belasteten und gegen die Elastomerfeder 33 gegebenenfalls zur Anlage kommenden Ringseg­ mente 18 und 19 - sicherstellen, wenn die Zusatzfeder 33 eine Grundform aufweist, die ein Abgleiten der Ringsegmente 18 und 19 an der Zusatzfeder 33 beim Ausfahren der Luftfeder 1 von der Position gemäß Fig. 3 in die Position gemäß Fig. 2 bzw. 1 er­ möglicht. Ist die Anschlagbegrenzung 15 überfahren, so nimmt sie automatisch ihre Sperrstellung ein. Durch entsprechende Staffelung der Anschlagbegrenzung, sei es durch die Form der Anschlagelemente, sei es durch die Form der Zusatzfeder, sei es durch eine gestaffelte Anordnung von Anschlagelementen längs der Federstrecke 11 bzw. der Absenkstrecke 14 läßt sich das Ge­ samtverhalten der Luftfeder erfindungsgemäß weiter variieren.

Durch die Erfindung ist bei einer Luftfeder für Kraftfahrzeuge die durch Ausfederposition und Einfederposition bestimmte Fe­ derstrecke gegen die in Richtung auf eine Absenkposition an­ schließende Absenkstrecke durch eine Anschlagabgrenzung abge­ trennt, wobei der im Übergang zwischen Federstrecke und Absenk­ strecke liegende und die Federstrecke gegen die Absenkstrecke abgrenzende Anschlag nur in eine Freigabeposition überführbar ist, wenn das Fahrzeug stillsteht.

Claims (10)

1. Luftfeder für Kraftfahrzeuge, die eine durch eine Einfeder­ position und eine Ausfederposition begrenzte Federstrecke auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Federstrecke (11) ausgehend von der Einfeder­ position eine Absenkstrecke (14) anschließt, deren Absenkposi­ tion durch Druckabbau erreichbar ist, und eine Anschlagbegren­ zung (15) der Federstrecke (11) gegen die Absenkstrecke (14) vorgesehen ist, welche einen schaltbaren Anschlag mit zumindest einem quer zum Federweg einfahrbaren Anschlagelement (Ringseg­ ment (18; 19)) aufweist.

2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der einen Außenzylinder (2), einen Federbalg (4) und einen Abrollzylinder (3) als Luftfederkolben für den Federbalg (4) aufweisenden Luftfeder (1) das Ringsegment (18; 19) in den Verschiebeweg des Abrollzylinders (3) einfährt.

3. Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ringsegment (18; 19) an den Überdeckungsbereich des Federbalges (4) zum Außenzylinder (2) anschließt.

4. Luftfeder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringsegment (18; 19) flächig und in Draufsicht halb­ mondförmig ausgebildet ist.

5. Luftfeder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringsegment (18; 19) in einer Umfangsnut (Ringnut 21) innerhalb des Aussenzylinders (2) geführt ist.

6. Luftfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringsegment (18; 19) im Bereich seiner Schenkelenden radial außen zur Verschieberichtung parallele Abflachungen (23, 24) als Führungsflächen aufweist, denen nutseitig eine entspre­ chende Geradführung (25) zugeordnet ist.

7. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ringsegment (18; 19) als Anschlagelement ein Stell­ glied (Kolben 28; 29) zugeordnet ist, das in Richtung auf seine Anschlagstellung federbelastet ist.

8. Luftfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellglied ein Stellkolben (28; 29) vorgesehen ist, der aus seiner Anschlagstellung gegen Federkraft druckbeauf­ schlagt verschiebbar ist.

9. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abrollzylinder (3) in Richtung auf die Anschlagbegren­ zung (15) vorgelagert eine Zusatzfeder (33) zugeordnet ist.

10. Luftfeder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (33) als Elastomerfeder ausgebildet ist.