Beschreibung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfedersystem, welches wenigstens eine Luftfeder mit mindestens einer Druckluftkammer veränderlichen Volumens hat, die an eine Kompressoreinheit als Druckluftgeber mit oder ohne einen Druckluftspeicher angeschlossen ist. Luftfedersysteme dieser Art sind an sich bekannt. Eine wesentliche Aufgabe dieser Systeme ist die Änderung des Höhenniveaus des Fahrzeugs. Auch wird mit dem Luftfedersystem die

Fahrdynamik und der Fahrkomfort verbessert. Insbesondere bei

Personenkraftwagen besteht jedoch das Problem der eingeschränkten

Unterbringungsmöglichkeit. Es steht immer weniger Platz für die Komponenten des Luftfedersystems zur Verfügung. Es werden deshalb Lösungen angestrebt die mit möglichst geringem Bauraum auskommen.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Luftfedersystem zu schaffen, welches die bei bisher bekannten Luftfedersystemen auftretenden Nachteile vermeidet und das zu einem vereinfachten Luftfedersystem führt, welches bei verbesserter oder gleichbleibender Federsteif ig keit zu konstruktiv kleineren Abmessungen der einzelnen Komponenten führt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. In den Unteransprüchen 2 bis 28 sind vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens wiedergegeben. Gemäß der Erfindung wird eine Verbesserung des Feder- und Dämpfungsverhalten des Luftfedersystems dadurch erreicht, dass in die Drucklufträume der Luftfedern und/oder des Druckluftspeichers adsorptives Material eingebracht wird. Durch das adsorptive Material kann das Luftvolumen in den Drucklufträumen um ein Vielfaches erhöht werden. Die Aufnahme der absorbierten Gasmoleküle steigt mit dem Anstieg des Drucks. Die Erkenntnis hieraus ist, dass durch das Einbringen von adsorptiven Material in die

Drucklufträume eine verbessert, insbesondere weichere Federung bzw.

Dämpfung erreicht werden kann. Möglich ist aber auch, durch die Einfügung von adsorptiven Material in die Drucklufträume eine Verringerung der äußeren Abmessungen der Luftfedern bzw. des Druckluftspeichervolumens zu reduzieren ohne dabei seine Feder- und Dämpfungseigenschaften zu verändern. Bei den Luftfedern wird eine bessere Federrate und bei den

Druckluftspeichern ein kleineres Bauvolumen erreicht.

Der Einsatz des adsorptiven Materials kann sowohl bei Luftfedersystemen mit einem offenen System oder auch mit einem geschlossenen System erfolgen. Bei einem offenen System ist die Kompressoreinheit unmittelbar mit der Außenluft verbunden, während bei einem geschlossenen System die Druckluft innerhalb der Kompressoreinheit des Druckspeichers verbleibt. In beiden Fällen kann für eine Veränderung des Höhenniveaus des Fahrzeugs der Druckluftspeicher mit oder ohne Kompressoreinheit an die Luftfeder des Fahrzeugs angeschlossen werden. Dabei ist es in vielen Fällen günstig, wenn der Druckluftspeicher als erster mit den Luftfedern verbunden wird, da hierdurch eine schnellere Druckerhöhung in den Luftfedern erfolgt, als wenn die Kompressoreinheit als erste angeschlossen wird, da dieselbe eine gewisse Verzögerung bei ihrer Inbetriebnahme hat.

Die Einbringung von adsorptiven Material in Drucklufträume von Luftfedern ist an sich durch die WO 2012/052776 A1 bekannt. Als adsorptives Material wird aktivierter Kohlenstoff (Aktivkohle) in Form von Granulat verwendet. Es zeigte sich, dass das Granulat eine gute Aufnahme der Gasmoleküle ergibt, jedoch ist die Positionierung des Granulats schwer zu erreichen. Auch wenn es beispielsweise durch Gitter in seiner Lage gehalten wird. Während des

Betriebs entstehen durch die Bewegung des Granulats unangenehme

Geräusche und außerdem ein mechanischer Abrieb als Staub, der zu einem Ausfall von Ventilen und anderen Teilen des Luftfedersystems, wie

beispielsweise auch des Trockners oder der Kompressoreinheit führen kann.

Um die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung das adsorptive Material in Form von porösen geometrischen

Elementen verwendet, welche in den Druckspeicher und/oder die Luftfedern eingefügt werden. Für die Herstellung der geometrischen Elemente wird ein körniges adsorptives Material verwendet, welches in geeigneter Weise in die gewünschte geometrische Form übergeführt wird. Die geometrische Form kann beispielsweise ein Zylinder sein, welcher in den Druckluftspeicher oder in die Luftfeder eingesetzt werden kann. Um einen guten Luftzugang zu dem adsorptiven Material aufrecht zu erhalten, kann das Element mit

Druckluftkanälen versehen sein. Diese Druckluftkanäle können beispielsweise aus in das Element eingelegten Faserbündel bestehen. Die Freiräume zwischen den einzelnen Fasern des Faserbündels lassen eine gute

Druckluftzufuhr zu dem adsorptiven Material zu. Die Befestigung der Elemente in den Luftfedern bzw. im Druckluftspeicher kann form-, kraft- oder

stoffschlüssig erfolgen. Die Herstellung der monolithartigen Elemente wird bevorzugt durch

Agglomeration eines körnigen Ausgangsstoffes durchgeführt. Dabei ist es günstig, wenn die Agglomeration durch einen Sintervorgang unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur erfolgt. Gegebenenfalls kann der

Agglomeration ein Harz als Bindemittel beigegeben sein. Das Harz wird so ausgewählt, dass es die Verbindung der körnigen Teile des adsorptiven Materials begünstigt ohne Abdeckung der Oberflächen der Körner um den Zugang der Druckluft zu dem adsorptiven Material nicht zu unterbrechen.

Bevorzugt werden die Elemente gesondert vom Einsatzort hergestellt. Die fertigen Teile werden dann in den Druckluftspeicher oder die Luftfedern eingesetzt. Möglich ist aber auch, dass die Agglomeration des bzw. der Elemente unmittelbar am Einsatzort erfolgt. Dieses kann beispielsweise durch den Auftrag einer Beschichtung auf die innenliegenden Oberflächen der Druckluftkomponenten erfolgen. Unter anderem kann die Beschichtung auch auf die Innenwand des Rollbalgs aufgetragen werden. Dabei ist es günstig, wenn die durch Beschichtung entstandenen Elemente von einer

luftdurchlässigen Schicht abgedeckt sind. Diese Abdeckschicht kann ebenfalls durch eine Beschichtung vor Ort gebildet sein. Hierfür kann ein

luftdurchlässiges Elastomer zur Anwendung gelangen.

Eine andere Möglichkeit zur Herstellung des geometrischen Elements besteht darin, dass das adsorptive Material in ein gasdurchlässiges Schaumstoffgefüge eingebettet ist. Dabei wird das körnige adsorptive Material in den Schaumstoff vor dessen Aufschäumung eingefügt. Bei der Anbringung des Elements durch Beschichtung kann auch hier ein aufschäumbares Elastomer verwendet werden.

Je nach Form des Raums in das die Elemente einzusetzen sind kann ein oder auch mehrere Element nebeneinander oder auch an verschiedenen Stellen eingesetzt werden.

Eine günstige Stelle für die Unterbringung des oder der Elemente bei einer Luftfeder ist der Innenraum des Abrollkolbens oder des Topfes. Bei Luftfedern, welche mit Zusatzbehältern versehen sind können die Elemente auch in die Zusatzbehälter eingefügt werden. Dabei können die Zusatzbehälter fest oder auswechselbar mit der Luftfeder verbunden sein. Die äußere Form der

Elemente wird in der Regel an die Form des Einsatzortes angepasst.

Allgemein ist festzuhalten, dass bei der Unterbringung der Elemente in einem Zusatzbehälter bei Bedarf die Luftfeder selbst einfacher gestaltet und auch das Speichervolumen des Zusatzbehälters reduziert werden kann. Dieses gilt auch, wenn im Druckluftsystem der Luftfedern ein Druckspeicher eingesetzt wird.

Bei einer Anbringung der Elemente am Rollbalg kann es vorteilhaft sein, wenn die Elemente durch die Seele des Rollbalgs selbst gebildet sind. Hierfür ist die Seele entsprechend auszubilden, indem sie auf ihrer innenliegenden Seite eine luftundurchlässige Wandung hat.

Allgemein ist die Verwendung eines körnigen adsorptiven Materials

vorgesehen. In vielen Fällen ist es von Vorteil, wenn eine feinkörnige Struktur vorliegt, da dieselbe bei kleinerem Bauvolumen ein höheres

Aufnahmevermögen für Gasmoleküle hat. Das bevorzugte Ausgangsmaterial ist ein aktivierter Kohlenstoff (Aktivkohle), welcher eine günstige Verarbeitung zulässt.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt in schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein offenes Luftfedersystem für ein Fahrzeug;

Fig. 2 ein geschlossenes Luftfedersystem; Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Luftfeder mit einem Aktivkohleelement im Luftfedertopf; Fig. 4 einen Schnitt durch einen Luftfedertopf mit einem ringförmigen

Aktivkohleelement;

Fig. 5 den Luftfedertopf nach Fig. 4 mit einem ringförmigen

Kohlenstoffelement mit nach innen gerichteten Einzelrippen;

Fig. 6 den Luftfedertopf mit einem seitlich angebrachten Zusatzvolumen mit mehreren Kohlestoffelementen;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Luftfeder mit einem

Kohlenstoffelement in einem inneren Behälter;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Abrollkolben aus Kunststoff mit einer Doppelwandung und einem eingesetzten Aktivkohleelement; Fig. 9 im Längsschnitt einen Luftfederdämpfer mit einem

Kohlenstoffelement im Abrollkolben am oberen Teil eines

Federdämpfers;

Fig. 10 einen Teilabschnitt eines Rollbalgs mit einer Beschichtung aus

Aktivkohle auf der Innenseite des Rollbalgs;

Fig. 1 1 eine Teilansicht des Rollbalgs mit einer Aktivkohleschicht in der

Seele des Rollbalgs mit einer durchlässigen Schicht auf der Innenseite der Seele; Fig. 12 ein Diagramm mit Angabe des statischen Aufnahmevermögens eines Elements aus Aktivkohle.

Ausführung der Erfindung

Das in der Fig. 1 gezeigte Luftfedersystem 1 besteht aus der

Kompressoreinheit 2 als Druckluftgeber, dem Druckluftspeicher 3, den

Luftfedern 4 und dem Ventilblock 5. Der Ventilblock 5 enthält die Ventile 6 für die einzelnen Luftfedern 4 und das Ventil 7 zum Druckluftspeicher 3. Außerdem ist noch das Ventil 8 vorhanden, welches für das Zu- bzw. Abschalten der Kompressoreinheit 2 dient. Über die Leitungen 1 1 und 12 ist die

Kompressoreinheit 2 mit der Umgebung verbunden, in den Druckluftspeicher 3 sind mehrere zylinderförmige Elemente 9 aus bzw. mit adsorptiven Material eingebracht. Die Elemente 9 sind zylinderförmig ausgebildet und haben eine Mehrzahl von Kanälen 10 für die Druckluft. In entsprechender Weise können auch die Luftfedern 4 mit adsorptiven Elementen versehen sein. Das

Aufnahmevermögen der Elemente 9 und damit auch die Ausbildung der Komponenten 3 und 4 ist abhängig von der Art der Elemente 9, ihrer Größe und ihrer Menge. Je größer das Aufnahmevermögen der Elemente 9 ist umso kleiner können die Komponenten 3 und 4 sein.

In der Fig. 1 ist auch die Unterbringung von einzelnen Aktivkohleelementen 9 in dem Druckluftspeicher 3 gezeigt. Diese Druckluftspeicher 3 gelangen zum Einsatz, wenn eine Speicherung der Druckluft von Vorteil ist. Über die

Kompressoreinheit 2 werden die einzelnen Luftfedern 4 und der Druckspeicher 10 mit Druckluft gefüllt. Über die Ventile 6 erfolgt die Steuerung der jeweiligen Strömungswege der Druckluft. Bei Bedarf können auch die Luftfedern 4 mit Aktivkohleelementen 9 ausgestattet sein. Das in der Fig. 2 gezeigte geschlossene Luftfedersystem 1 hat einen mit Fig. 1 vergleichbaren Aufbau mit der Abweichung, dass der Druckluftspeicher 3 direkt an die Kompressoreinheit 2 angeschlossen ist und die Druckluft in einem geschlossenen System bewegt wird. Die Leitung 13 stellt den Auffüllanschluss dar, welcher auch als Lufterneuerer dient. Die Ventilsteuerung für den

Druckluftspeicher 3 befindet sich im Gehäuse der Kompressoreinheit 2.

In Figur 3 ist eine Luftfeder 4 dargestellt, die im Wesentlichen aus dem

Luftfedertopf 20, dem Abrollkolben 23 und dem Abrollbalg 24 besteht. Die genannten Teile umschließen das Druckgasvolumen 25 der Luftfeder 4. Im Luftfedertopf 20 ist das Element 9 aus adsorptivem Material untergebracht, das aus aktiviertem Kohlenstoff besteht und welches geometrisch so ausgebildet ist, dass es den im Luftfedertopf 20 vorhandenen Freiraum ausfüllt. Im gewählten Beispiel ist der Topf 20 auf seiner zum Druckgasvolumen 25 gerichteten Seite durch die Ringscheibe 27 abgedeckt. Über den Kanal 28 und die Bohrung 29 steht das Volumen 25 mit dem Element 9 in Verbindung. Über das Ventil 30 kann der Durchfluss gesteuert werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine beliebige Zuschaltung der mit dem adsorptiven Material gefüllten Raum zum Gesamtvolumen 25. Hierdurch kann das

Aufnahmevermögen im Volumen 25 verändert werden und auch die

Federsteif ig keit sowie die Isolierungswirkung bzw. Dämpfung der Luftfeder 4 gesteuert werden. Durch rein physikalische Kräfte können die Moleküle aus den Gasen aus dem Volumen 25 durch die Aktivkohle gebunden werden, was zu einer größeren Gasaufnahme führt, wodurch sich die Federsteif ig keit der Luftfeder 4 verringert. Bei gleicher Federsteifigkeit ist es möglich, das

Basisvolumen der Luftfeder 4 zu verkleinern und dadurch weniger komplexe bzw. kleinere Bauteile zu verwenden.

In den Figuren 4 und 5 sind vereinfachte Ausbildungen eines Luftfedertopfes 20 gezeigt, bei denen in der Figur 4 ein ringförmiges Aktivkohlenstoffelement 9 eingesetzt ist, während in der Figur 5 ein vergleichbares Element 9 mit nach innen gerichteten Rippen 31 verwendet wird. Durch die rippenförmige

Ausbildung ergibt sich ein schnellerer Zutritt der Druckluft zu der Aktivkohle. Der hier vorgesehene Luftfedertopf 20 besteht aus dem Oberteil 32 und dem Unterteil 33, die beide miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann lösbar oder unlösbar gestaltet sein. Das Aktivkohleelement 9 ist in das Teil 33 des Luftfedertopfes 20 eingefügt.

Die Figur 6 zeigt den Luftfedertopf 20 mit einem seitlich angebrachten

Zusatzbehälter 34 in den mehrere Einzelelemente 9 eingesetzt sind. Der Zusatzbehälter 34 kann als austauschbare Kartusche ausgebildet sein. Die Befestigung der Kartusche erfolgt auf geeignete Weise am Luftfedertopf 20. Durch die variable Anzahl der Aktivkohleelemente 9 kann das

Aufnahmevermögen der Kartusche verändert werden. In dem Längsschnitt der Figur 7 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der das Aktivkohlenelement 9 in den Innenraum 35 eines gesonderten Behälters 36 eingefügt ist. Der Behälter 36 ist mit dem Luftfedertopf 20 verbunden und ragt bis in den Innenraum 35 des Abrollkolbens 23. Figur 8 zeigt eine Ausbildung des Abrollkolbens 23 aus Kunststoff. In diesem Fall ist der Abrollkolben 23 doppelwandig ausgebildet, wobei die Wände 37 und 38 gleiche Wandstärken haben. Die Verwendung von Kunststoff ermöglicht eine möglichst leichte Ausführungsform des Abrollkolbens 23. Der Innenraum 35 des Abrollkolbens 23 ist etwa bis zur Hälfte mit dem

Aktivkohlestoffelement 9 gefüllt. In das Element 9 können beispielsweise

Bohrungen 42 eingebracht sein um einen schnelleren Gasaustausch zwischen dem kohlenstofffreien Innenraum 35 und dem mit Kohlenstoff gefüllten

Raumvolumen 43 der Luftfeder 4 zu ermöglichen. Das Element 9 hat hier die Form eines Zylinders. Die Verwendung der Erfindung bei einem Luftfederdämpfer (Federbein) ist in der Figur 9 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform ist die

Grundausbildung des Luftfederdämpfers aus Luftfeder 4 und Dämpfer 45 beibehalten. Der Abrollkolben 23 dagegen ist mit einem vergrößerten

Innenvolumen 44 ausgestattet, welches das Kohlenstoffelement 9 aufnimmt. Der hohle zylinderförmige Innenraum des Abrollkolbens 23 ist über Öffnungen 46 mit dem Innenraum 25 oberhalb des Abrollkolbens 23 verbunden. Hierdurch wird ein erheblich größeres Aufnahmevermögen der Druckgasmenge erreicht, so dass auch der Luftfederdämpfer in seinen Abmessungen verringert werden kann.

In den Figuren 10 und 1 1 sind zwei Möglichkeiten gezeigt, bei denen auf die innenliegende Oberfläche 50 des Rollbalgs 24 eine Beschichtung 51 mit Aktivkohlebestandteilen aufgetragen ist. Die Figur 10 zeigt vereinfacht dargestellt die Deckschicht 52, die Fadenlage des Verstärkungsmaterials 53 und die innenliegende Seele 54. In der Figur 1 1 ist der Rollbalg 24 mit der Zwischenschicht 55 versehen, auf die ein Aktivkohleelement 9 aufgebracht ist, das von einer luftdurchlässigen porösen Schicht 56 abgedeckt ist. Eine weitere Möglichkeit für die Ausbildung der Aktivkohleelemente 9 besteht darin, dass die Elemente 9 aus einem gasdurchlässigen Schaumstoffgefüge gebildet sind, in das einzelne Aktivkohle-Teilchen eingebettet sind.

Die Fig. 12 zeigt im Diagramm das statisch mögliche Mehrvolumen an Druckluft in einem 2-Liter Behälter nach Einbringung von Aktivkohleelementen. Auf der Abszisse ist das erreichbare Mehrvolumen an Druckluft in Litern (L) bei der in den Behälter zugegebenen Menge an Aktivkohle in Millilitern (ml) ablesbar. So wird bei einer Zugabe eines Elements mit 400 ml Volumen ein Mehrvolumen an Druckluft im Behälter von 0,5 Liter erreicht bei einem Druck im Behälter von 4 bar.