und stangenförmigem Betätigungsmittel

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Luftfederanordnung mit einer integrierten Steuerventilanordnung zur Druckluftbeaufschlagung einer zwischen einem Außenrohr, einem Abrollrohr und einem diese Bauteile verbindenden Luftfederbalg gebildeten Federdruckkammer, wobei die Steuerventilanordnung aus einem einzelnen Belüftungsventil und einem einzelnen Entlüftungsventil besteht, die durch ebenfalls integrierte mechanische Betätigungsmittel nach Maßgabe der Luftfederhubstellung zum Be- oder Entlüften der Federdruckkammer betätigbar sind.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Fahrzeugtechnik. Im Bereich des Fahrwerks von Nutzfahrzeugen kommen beispielsweise Schwingungsdämpfer zum Einsatz, die ein meist hydraulisches Dämpfungselement und eine hiermit zusammenwirkende Luftfederanordnung umfassen. Im Sinne einer integrierten Bauweise weist das Dämpfungselement üblicherweise ein Behälterrohr auf, welches mit einem Abrollrohr der Luftfeder verbunden ist, wobei das Abrollrohr über einen als Rollbalg wirkenden Luftfederbalg mit einem konzentrisch und relativ zum Abrollrohr axial beweglich angeordneten Außenrohr verbunden ist. Der Luftfederbalg, das Abrollrohr sowie das Außenrohr begrenzen eine unter Luftdruck zur Federung stehende Federdruckkammer.

Mit derartigen Schwingungsdämpfern ist beispielsweise die Aufhängung eines Fahrerhauses auf einem Fahrwerk eines Nutzfahrzeuges ausgestattet, um die von der Straße über die Rad-

LK: aufhängung in das Fahrwerk eingeleiteten Schwingungen vom Fahrerhaus weitgehend fern zu halten.

Hintergrund der Erfindung

Aus der DE 10 2010 012 346 AI geht eine Luftfederanordnung für ein Nutzfahrzeug hervor, bei welcher innenliegend eine Steuerventilanordnung vorgesehen ist, um Druckluft bezüglich der Federdruckkammer zu- oder abzuführen. Über ebenfalls innerhalb der Federdruckkammer angeordnete mechanische Betätigungsmittel ist die Steuerventilanordnung je nach Höhenniveau ansteuerbar. Gewöhnlich wird der Federdruckkammer Druckluft zugeführt, wenn die Luftfeder auf Mindesthöhenniveau abfällt, um die Federungseigenschaften wieder herzustellen. Eine Entlüftung der Federdruckkammer erfolgt dagegen dann, wenn das Höhenniveau der Federanordnung reduziert werden soll.

Zu diesem Zweck besteht die Steuerventilanordnung bei diesem Stand der Technik gemäß einer der Ausführungsformen aus zwei Einzelventilen zum jeweils Be- und Entlüften der Federdruckkammer. Beide Einzelventile sind seitens des Abrollrohrs angeordnet und werden über ein federvorgespanntes mechanisches Betätigungsmittel, dass seitens des Außenrohres angebracht ist, betätigt. Das federvorgespannte mechanische Betätigungsmittel wirkt dabei entgegen einem ebenfalls federvorgespannten Betätigungsstößel der beiden Einzelventile. Je nach Federstärke und Grad der Federermüdung kann sich durch diese technische Lösung ein unbestimmter Schaltpunkt für die Ventilbetätigung ergeben. Insbesondere weil die Betätigungsstößel bei diesem Stand der Technik von unterschiedlicher Länge sind und gleichsinnig betätigt werden, kann es zu unerwünschten Überlagerungen von Schaltzuständen kommen.

Die EP 1 327 538 A2 offenbart eine Luftfederanordnung mit ebenfalls integrierter Steuerventilanordnung zur Be- oder Entlüftung der Federdruckkammer. Die Betätigung der Steuerven- tilanordnung erfolgt hier über ein ebenfalls innerhalb der Luftfeder angeordnetes Steuerelement, das an einem der beiden relativ zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen Abrollrohr oder Außenrohr angreift. Das Steuerelement weist eine Wirklänge auf, welche kürzer ist als die Hublänge der Luftfeder und von einer Feder gegen eine der zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen vorgespannt ist. Darüber hinaus ist das Steuerelement relativ zu beiden Luftfederbaugruppen schwimmend gelagert, in dem eine zweite Feder, deren Kraftrichtung entgegen der vorgenannten ersten Feder wirksam ist, die Stellung des Steuerelements mitbestimmt. Durch die schwimmende Lagerung können sich ebenfalls über die Lebensdauer hinweg Undefinierte Schaltzustände einstellen. Dies bedeutet, dass eine Be- oder Entlüftung der Federdruckkammer nicht wie gewünscht bei einer definierten Hubstellung der Luftfederanordnung zuverlässig ausgelöst wird.

Die DE 100 03 054 AI offenbart eine andere Luftfederanordnung mit integrierter Steuerventilanordnung sowie mechanische Betätigungsmittel zur Betätigung der Steuerventilanordnung. Das Betätigungsmittel weist eine Führungsbahn auf und greift an einem der beiden relativ zueinander beweglichen Luftfederbaugruppen an. Zusammenwirkend hiermit ist die Steuerventilanordnung als Drehschieberventil ausgebildet, wobei die Führungsbahn der Betätigungsmittel kürzer ausgeführt ist als die Hublänge der Luftfeder und die Betätigungsmittel in lösbarer Wirkverbindung mit der diese tragende Luftfederbaugruppe steht. Zwar ist durch diesen Mechanismus eine korrektere Ventilbetätigung erzielbar, allerdings erfolgt eine Ventilbetätigung nicht über den gesamten Luftfederhubweg, so dass es zumindest in extremen Endlagenpositionen zu Undefinierten Schaltstellungen kommen kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Luftfederanordnung mit einer integrierten Steuerventilanordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass über die gesamte Lebenszeit eine zuverlässige Be- und Entlüftung der Federdruckkammer in allen Hubstellung sichergestellt wird. Die Aufgabe wird ausgehend von einer Luftfederanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Belüftungsventil der Steuerventilanordnung gegenüberliegend dem Entlüftungsventil mit einander zugewandten Betätigungsstößeln angeordnet ist, wobei die dazwischenliegend hierauf einwirkenden mechanischen Betätigungsmittel eine am Außenrohr oder Abrollrohr einseitig angebrachte Schaltstange umfassen, deren einander gegenüberliegende und je einem der Betätigungsstößel zugeordneten Gleitbahnen zur hubstellungsabhängigen Ventilbetätigung auf die Betätigungsstößel einwirken.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch die federlose Ankopplung der mechanischen Betätigungsmittel an die Steuerventilanordnung diesbezügliche Fertigungstoleranzen und Ermüdungserscheinungen keinen Einfluss auf die Schaltzustände der Steuerventilanordnung haben. Über den gesamten Luftfederhubweg ist die Schaltstellung des Belüftungsventils und des Entlüftungsventils und insbesondere die relative Schaltstellung zueinander stets definiert, so dass es insbesondere auch nicht zu Überströmverlusten während eines Schaltstellungswechsels kommen kann. Die erfindungsgemäße Lösung bildet eine Art Zwangsführung der Ventilbetätigung, welche mit einem geringen bauteiltechnischen Aufwand erreicht wird.

Im Hinblick auf eine besonders bauraumsparende Lösung wird vorgeschlagen, dass die Betätigungsstößel von Belüftungsventil und Entlüftungsventil in einem stumpfen Winkel zueinander angeordnet sind, um die Ventilanordnung im Bereich des Abrollrohres zu integrieren. Der stumpfe Winkel liegt dabei horizontal gegenüber der Längsachse der Luftfederanordnung innerhalb des zylindrischen Abrollrohres und nutzt somit einen hierin vorhandenen hohlzylin- dersegmentförmigen Bauraum zur platzsparenden Unterbringung der Steuerventilanordnung. Diese kann auch in eine entsprechend dicke Wandung des zylindrischen Abrollrohres integriert werden.

Vorzugsweise sind das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil als federrückgestellte monostabile 2/2-Wege-Schieberventile ausgebildet. Die Rückstellfeder dient dabei dem Andrücken des Betätigungsstößels an die zugeordnete Gleitbahn der Schaltstange. Durch die Trennung der Steuerventilanordnung in zwei mit einfacher Ventilfunktion ausgebildeten Einzelventilen lässt sich ein besonders robuster Aufbau erzielen.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die einseitige Anbringung der Schaltstange am Außenrohr oder Abrollrohr der Luftfederanordnung über eine Gelenkanordnung oder dergleichen zum Ausgleich der nicht-axialen Relativbewegungen zwischen Außenrohr und Abrollrohr erfolgt. Durch die Ankopplung der

Schaltstange über die Gelenkanordnung sind die während des Betriebes der Luftfederanordnung auftretenden Relativbewegungen ausgleichbar, ohne dass die Präzision der Ventilbetätigung hierdurch beeinflusst wird.

Die derart einseitig am Außenrohr oder Abrollrohr gelenkig angebrachte Schaltstange ist gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme an der gegenüberliegenden Baugruppe, nämlich dem Abrollrohr bzw. Außenrohr, entlang der Längsbewegung geführt. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Schaltstange in eine korrespondierende Ausnehmung unter Wahrung einer geringfügigen Spielpassung hineinragt. Die Spielpassung ist dabei so zu bemessen, dass einerseits die Axialbewegung mit der Schaltstange nicht behindert wird und andererseits ein möglichst geringes Passungsspiel vorhanden ist, um die Präzision der Ventilbetätigung sicherzustellen.

Im Hinblick auf die Ausgestaltung der den beiden Ventilen je zugeordneten Gleitbahnen der Schaltstange wird vorgeschlagen, dass diese einen oberen, dem Belüftungsventil zugeordne- ten Bahnabschnitt zur Betätigung desselben im Bereich einer unteren Hubstellung der Luftfederanordnung vorgesehen ist, wogegen das Entlüftungsventil durch eine diesen Bahnabschnitt gegenüberliegenden Bahnabschnitt unbetätigt bleibt. Dies bewirkt ein Wiederauffüllen der Federdruckkammer mit Druckluft, falls die Federbelastung ansteigt und/oder nicht mehr genügend Druckluft für eine wirksame Luftfederung zur Verfügung steht.

Andererseits können die Gleitbahnen der Schaltstange einem dem Entlüftungsventil zugeordneten unteren Bahnabschnitt zum Betätigen des Entlüftungsventils im Bereich einer oberen Luftfederhubstellung und einen diesen gegenüberliegenden Bahnabschnitt zum Beibehalten der Schließstellung des Belüftungsventils umfassen. Hierbei kann Druckluft aus der Federdruckkammer entweichen, falls sich die Federbelastung verringert und insoweit ein für den gewünschten Grad der Luftfederung zu hoher Luftdruck innerhalb der Federdruckkammer herrscht.

Zwischen dem vorstehend erläuterten Bereich einer zu niedrigen Luftfederhubstellung und zu hohen Luftfederhubstellung wird im Bereich eines mittleren Bahnabschnitts der Gleitbahnen der Schaltstange das Belüftungsventil und auch das Entlüftungsventil in der Schließstellung gehalten. Dies erfolgt während des normalen Luftfederbetriebs, bei welchem weder eine Belüftung noch Entlüftung der Federdruckkammer erforderlich ist, weil die gewünschten Federungseigenschaften vorhanden sind.

Zur Erleichterung der Ventilbetätigung wird gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass zwischen der Gleitbahn der Schaltstange und der Stirnseite des zugeordneten Betätigungsstößels ein Wälzelement angeordnet ist. Dieses Wälzelement kann beispielsweise ein Wälzlagerelement in Form eines Zylinder- oder Kugelelements aus Stahl sein. urzbeschreibung der Zeichnung

Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Luftfederanordnung mit integrierter Steuerventilanordnung,

Figur 2 eine schematische Steuerventilanordnung in einer oberen Luftfederhubstellung,

Figur 3 eine schematische Darstellung der Luftfederanordnung in einer unteren Luftfederhubstellung, und

Figur 4 eine schematische Darstellung der Luftfederanordnung in einer mittleren Luftfederhubstellung.

Detailbeschreibung eines Ausführungsbeispiels

Gemäß Figur 1 besteht die Luftfederanordnung im Wesentlichen aus einem Außenrohr 1 mit oberer Befestigungsöse 2 zur Anbringung an ein Fahrerhaus eines nicht weiter dargestellten Nutzfahrzeuges sowie einem Abrollrohr 3 mit unterer Befestigungsöse 4 zur Anbringung in der Luftfederanordnung an einem Fahrgestell des Nutzfahrzeuges. Das Außenrohr 1 ist mit dem Abrollrohr 3 durch einen Luftfederbalg 5 verbunden, so dass sich zwischen dem Außenrohr 1, dem Abrollrohr 3 und dem Luftfederbalg 5 eine Federdruckkammer 6 bildet. Die Luftfeder wirkt mit einem integriertem hydraulischen Stoßdämpfer 7 zusammen, welcher zum Abdämpfen der gefederten Masse dient.

Die Federdruckkammer 6 der Luftfederanordnung lässt sich über eine integrierte Steuerventilanordnung, bestehend aus einem einzelnen Belüftungsventil 8 und einem einzelnen Entlüftungsventil 9, je nach Belastung mit Druckluft beaufschlagen. Das Belüftungsventil 8 und das Entlüftungsventil 9 sind durch ebenfalls integrierte mechanische Betätigungsmittel in Form einer seitens des Außenrohrs 1 angebrachten Schaltstange 10 nach Maßgabe der Luftfederhubstellung ansteuerbar.

Gemäß Figur 2 ist das Entlüftungsventil 9 gegenüberliegend dem Belüftungsventil 8 mit einander zugewandten Betätigungsstößeln 8a und 9a angeordnet. Die rechtwinklig hierzu entlang des Luftfederhubs bewegbare Schaltstange 10 weist zwei gegenüberliegend hieran ausgebildete Gleitbahnen 1 la und 1 lb auf. Während die Gleitbahn I Ia dem Belüftungsventil 8 zugeordnet ist und mit dessen Betätigungsstößel 8a zusammenwirkt, wirkt die gegenüberliegende Gleitbahn I Ib mit dem Entlüftungsventil 9 über dessen Betätigungsstößel 9a zusammen. Die Gleitbahnen I Ia und 1 lb der Schaltstange 10 erstrecken sich über den gesamten Luftfederhubweg, um stets eine definierte Schaltstellung der Steuerventilanordnung sicherzustellen. Die einseitig am Außenrohr 1 über eine Kugelgelenkanordnung 12 angebrachte Schaltstange 10 ist seitens des Abrollrohres 3 über einen Führungskanal 13 entlang der Längsbewegung geführt. Das Belüftungsventil 8 und das Entlüftungsventil 9 sind als federrückgestellte monostabile 2/2-Wege-Schieberventile ausgebildet. Die jeweils integrierten Rückstellfedern 8c bzw. 9c beaufschlagen den zugeordneten Betätigungsstößel 8a bzw. 9a, der über ein Wälzlagerelement 8b bzw. 9b an der zugeordneten Gleitbahn 1 la bzw. 1 lb der Schaltstange 10 zur Anlage kommt. In der hier dargestellten Schaltstellung betätigt ein unterer Bahnabschnitt 1 lb' das Entlüftungsventil 9 im Bereich einer oberen Luftfederhubstellung. Der gegenüberliegende Bahnabschnitt I Ia' betätigt das Belüftungsventil 8 nicht, so dass, in Ergebnis dessen eine Entlüftung der Federdruckkammer herbeigeführt wird.

Bei der in Figur 3 dargestellten Schaltstellung betätigt die Schaltstange 10 im Bereich einer niedrigen Luftfederhubstellung über den oberen Bahnabschnitt I Ia" des Belüftungsventils 8. Der dem Bahnabschnitt I Ia" gegenüberliegende Bahnabschnitt I Ib" sorgt für eine Beibehaltung der Schließstellung des Entlüftungsventils 9. In Folge dessen wird in der dargestellten niedrigen Luftfederhubstellung die Federdruckkammer belüftet.

Gemäß Figur 4 ist zwischen dem beidseits unteren Bahnabschnitt I Ia' und 1 lb' der

Schaltstange 10 und deren beidseits oberen Bahnabschnitt I Ia" und 1 lb" ein beidseits mittlerer Bahnabschnitt I Ia" ' und I Ib' " vorgesehen. Im mittleren Bahnabschnitt I Ia' " und 1 lb' " werden sowohl das Belüftungsventil 8 als auch das Entlüftungsventil 9 in ihrer jeweiligen Schließstellung gehalten. Dieser mittlere Bahnabschnitt der I Ia' " und 1 lb' " der

Schaltstange 10 entspricht einer mittleren Luftfederhubstellung, bei welcher weder eine Entlüftung noch eine Belüftung der Federdruckkammer durchgeführt wird.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die Steuerventilanordnung seitens des Außenrohrs 1 anstatt des Abrollrohrs 3 zu integrieren und die diese betätigende Schaltstange 10 seitens des Abrollrohres 1.

Bezugszeichenliste

1 Außenrohr

2 Befestigungsöse

3 Abrollrohr

4 Befestigungsöse

5 Luftfederbalg

6 Federdruckkammer

7 Stoßdämpfer

8 Belüftungsventil

9 Entlüftungsventil

10 Schaltstange

11 Gleitbahn (-abschnitt)

12 Kugelgelenkanordnung

13 Führungskanal

A Arbeitsanschluss

P Speisedruckanschluss

R Entlüftungsanschluss