DE10297307B4

DE10297307B4 - Zweikonstantige Luftfeder

Info

Publication number: DE10297307B4
Application number: DE10297307.5T
Authority: DE
Inventors: Mark R. Easter
Original assignee: Firestone Ind Products Co Nach Den Gesetzen Des Staates Indiana LLC; Firestone Industrial Products Company (nach Den Gesetzen Des Staates Indiana) LLC
Current assignee: Firestone Industrial Products Company (na Us LLC
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: US20030067103A1; DE10297307B8; US6698730B2; WO2003029687A1; DE10297307T5

Abstract

Luftfeder (1; 90) mit einstellbarer Konstante beinhaltend:ein erstes Endteil (8) und ein von dem ersten Endteil (8) beabstandetes zweites Endteil (7) und eine sich dazwischen erstreckende flexible Hülse (9), welche eine Luftkammer (12) ausbildet, wobei das erste Endteil (8) mit einem hohlen Inneren (21) ausgebildet ist, welches mit der Luftkammer (12) in Verbindung steht;eine in dem hohlen Inneren (21) des ersten Endteils (8) angeordnete Abtrennung (20; 93, 95), welche darin ein erstes Hilfsreservoir (22; 91) ausbildet; undein Steuerventil (35; 60; 80; 101), welches an dem ersten Endteil (8) angebracht ist und mit einer Druckluftzufuhr (2) verbunden ist, wobei das Ventil (35) einen Plungermechanismus enthält, welcher sich in das hohle Innere (21) des ersten Endteils (8) erstreckt und beweglich ist zwischen einer vollständig geschlossenen Position, in welcher keine Luft in die Luftkammer (12) oder aus der Luftkammer (12) gelassen wird, einer ersten offenen Position, in welcher Luft in die Luftkammer (12) zugeführt oder daraus entfernt werden kann, und einer zweiten offenen Position, welche den Luftfluss zwischen dem Hilfsreservoir (22; 91) und der Luftkammer (12) ermöglicht, um das effektive Volumen der Luftkammer (12) zu ändern, so dass die Federkonstante der Luftfeder (1) geändert wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Federsysteme und insbesondere ein für Fahrzeuge verwendetes Luftfedersystem. Die Erfindung betrifft spezieller eine Luftfeder, welche ein Hilfsreservoir aufweist, welches in einem der Endteile der Luftfeder ausgebildet ist und welches mit der Hauptluftkammer der Luftfeder in Verbindung steht, um es zu ermöglichen, dass die Federkonstante variiert wird, indem eine Verbindung zwischen der Hauptluftkammer und dem Hilfsreservoir bereitgestellt wird.
HINTERGRUNDINFORMATIONEN
Luftfedern sind für eine beträchtliche Anzahl von Jahren für verschiedenartige Anwendungen verwendet worden, welche eine Verwendung in Fahrzeugen zum Unterdrücken von Straßenerschütterung, welche beim Auftreffen des Rades auf einen Vorsprung oder eine Vertiefung in der Fahrbahn auf die Räder eines Fahrzeugs übermittelt wird, beinhalten.
Jede Luftfeder weist eine spezifische Federkonstante auf, welche von der Gestaltung der Luftfederkomponenten und ihrer Größe abhängt, was für das Fahrzeug, in welchem die Luftfeder angebracht ist, verschiedenartige Fahreigenschaften bereitstellt. Einer der Faktoren, welcher die Federkonstante bestimmt, ist das Volumen der innerhalb der flexiblen Hülse oder des Balgs der Luftfeder, welcher die Hauptluftkammer bildet, enthaltenen Luft. Ein Variieren des Luftvolumens in der flexiblen Hülse der Luftfeder ermöglicht es, verschiedenartige Federkonstanten zu erreichen. Dies kann durch verschiedenartige Maßnahmen bewerkstelligt werden, wie z.B. indem Luft durch verschiedene Steuerventile in die Luftfeder bereitgestellt wird oder daraus entfernt wird und durch die Verwendung von Hilfsluftreservoirs, welche strömend mit der Hauptluftfederkammer verbunden sind. Wenn ein Fahrzeugrad auf eine Vertiefung oder einen Vorsprung in der Fahrbahn trifft, wird Luft mittels eines Hilfsreservoirs in die Luftfeder eingeführt oder daraus entfernt, um das Luftvolumen zu ändern, wodurch die Federkonstante verändert wird, um für das Fahrzeug die gewünschten Fahreigenschaften bereitzustellen. Je kleiner das Volumen der Luftkammer, desto straffer wird das dadurch bereitgestellte Fahren sein.
Bislang bestanden Hilfsreservoirs für Luftfedern üblicherweise aus einem entfernt angebrachten Reservoir, welches durch einen Schlauch oder eine andere Fluidverbindungsleitung mit der Luftkammer der Luftfeder gekoppelt war. Einige Beispiele für solche Luftfedern gemäß dem Stand der Technik, welche Hilfsreservoirs enthalten, sind in den US-Patenten US 2 115 072 A , US 3 039 761 A , US 4 159 105 A , US 4 592 540 A , US 4 743 000 A , US 5 169 129 A und US 5 413 316 A dargestellt.
Andere Luftfedern verwenden eine zweikammerartige Art von Anordnung, in welcher ein Hilfsreservoir in der Luftfeder ausgebildet ist und mit der Luftfeder durch verschiedene gesteuerte Öffnungen in Verbindung steht. Beispiele für diese Zweikammer-Luftfedern gemäß dem Stand der Technik sind in den folgenden Patenten dargestellt.
US 4 592 540 A offenbart eine Luftfeder/Dämpfer-Kombination, in welcher eine Betätigungsvorrichtung zwei Funktionen aufweist, eine, den Stoßdämpfer einzustellen und eine, den Weg zu der zweiten Kammer zu öffnen. Es besteht jedoch kein Mechanismus zum Lenken von Luft in die Hauptluftfeder. Sie erfordert außerdem zusätzliche komplizierte Mechanismen und Öffnungen und liegt in zwei separaten Kammern vor, nicht eine innerhalb der anderen enthalten wie bei der vorliegenden Erfindung. Gleichermaßen sind die zwei Kammern in einer komplizierten Anordnung zusammengeschweißt und könnten zu einem Entweichen von Luft nach außerhalb der Luftkammer führen, während bei der vorliegenden Erfindung jegliche Lecks in der Hilfskammer in die Hauptkammer lecken und eine geringe Auswirkung auf den Betrieb der Erfindung haben.
US 4 598 929 A zeigt eine Luftfeder/Hydraulikdämpfer-Kombination, bei welcher die Hilfsluftfeder oberhalb der Hauptluftfeder angebracht ist und ihre Fluidverbindung damit durch eine Kolbenstange und eine in der Kolbenstange des Hydraulikdämpfers enthaltene Steuerstange gesteuert ist. Eine Betätigungsvorrichtung betreibt die Feder mit zwei separaten Kammern, und sie verwendet eine Steuerstange für sowohl die Luftfeder als auch den Stoßdämpfer und sie ist mit der Fähigkeit, die Federkonstante und Bewegungsdämpfung zu ändern, um das Fahren des Fahrzeugs zu steuern, ausgestattet.
US 4 666 135 A offenbart ein Luftfedersystem, welches eine Luftfeder/Dämpfer-Kombination, ein Hilfsreservoir und ein Steuerventil, welches durch eine Kombination aus Motor und Getriebe gedreht wird, um eine selektive Verbindung zwischen der Hilfsluftkammer und Hauptluftkammer der Luftfeder bereitzustellen, aufweist. Es verwendet keinen gesteuerten Plunger zum Lenken des Außenluftflusses in und aus der Luftfeder wie bei der vorliegenden Erfindung.
US 4 697 796 A offenbart eine Luftfeder/Hydraulikdämpfer-Kombination, bei welcher die Luftfeder zwei Kammern aufweist und einen Elektromotor zum Drehen eines Schafts verwendet, um eine Verbindung zwischen dem Paar von Luftkammern bereitzustellen, um deren effektives Volumen zu ändern.
US 4 735 401 A offenbart einen Stoßdämpfer, welcher eine Vielzahl von Luftkammern aufweist, welche durch ein Drehventil, das durch eine oben auf der Luftfeder angebrachte Betätigungsvorrichtung gesteuert ist, miteinander verbunden und getrennt werden. Die Steuerung lenkt jedoch nicht Luft in die Luftfederanordnung, wie es die vorliegende Erfindung tut, noch verwendet sie einen Plungermechanismus eines Solenoids, um beim Halten einer Trennplatte mitzuwirken, um das Hilfsreservoir zu bilden.
US 4 844 428 A zeigt eine weitere Luftfeder, welche eine Haupt- und eine Hilfsluftkammer aufweist, welche sich durch Verwendung eines Elektromotors und eines Kolbens zum Steuern der Fluidöffnung zwischen den verschiedenen Luftkammern in Fluidverbindung miteinander befinden. Der Kolben/Motor öffnet oder schließt nicht eine Kammer wie in der vorliegenden Erfindung und er stellt das Volumen in der immer geöffneten Kammer ein. Es ist außerdem zum Betrieb ein aufwändigerer Linearpositionierungsmotor, Motorsteuerung, Schraubengetriebe und Lagerung erforderlich und nicht darauf hingewiesen, wie die Luft in die und aus der Luftfeder gelenkt wird.
Weitere Federsysteme sind aus der DE 10 56 488 A , der DE 33 29 327 A1 , der DE 10 67 316 A , der DE 41 24 516 A1 , der DE 40 18 712 A1 und der DE 34 42 622 A1 bekannt.
Keines der Federsysteme gemäß dem Stand der Technik, welche zwei oder mehr Luftkammern zum Beeinflussen der Luftfederkonstante verwenden, gewährleistet jedoch ein Verbinden der Luftfeder mit einer entfernten Druckluftquelle, wie z.B. dem Kompressor, welcher sich in vielen Fahrzeugen, welche die Luftfeder verwenden, findet und welcher den Plunger eines Steuerventils zum Befestigen einer Trennplatte innerhalb des Endteils der Luftfeder nutzt, um das Hilfsreservoir auszubilden.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Luftfeder für Fahrzeugfederungssysteme bereit, welche eine durch einen flexiblen Balg gebildete Hauptluftkammer und eine in einem der Endteile davon ausgebildete Hilfsluftkammer aufweisen, welche sich in selektiver Fluidverbindung mit der Hauptluftkammer befindet, um zum Ändern der Luftfederkonstante das effektive Volumen zu ändern. Die erfindungsgemäße Luftfeder ist in Patentanspruch 1 definiert. Die abhängigen Patentansprüche definieren Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Luftfeder.
Die erfindungsgemäße Luftfeder verwendet eine Abtrennung, z.B. eine Trennplatte, welche in dem Inneren einer gewöhnlichen Endkappe angebracht ist, um die Hilfskammer auszubilden. Die Trennplatte kann in der Endkappe durch einen Plungermechanismus eines Solenoidventils gehalten sein, welches mit einer entfernten Druckluftquelle verbunden ist, wobei ein Plunger des Plungermechanismus für ein selektives Bereitstellen einer Verbindung zwischen dem Hilfsluftreservoir und der Hauptluftkammer oder für ein Bereitstellen einer Fluidverbindung zwischen der Druckluftzufuhr und der Hauptluftkammer drehbar oder linear beweglich sein kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht sieht vor, die Endkappe aus glasfaserverstärktem Material hoher Stärke auszubilden, wobei die Trennplatte darin schnappbefestigt und durch das Steuerventil gehalten ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, ein Solenoid mit zwei separaten, unabhängig beweglichen Plungern und Betätigungsspulen zum Steuern des Luftflusses zwischen dem Hilfsreservoir und der Hauptluftkammer und zwischen der Hauptluftkammer und der entfernten Druckluftquelle bereitzustellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, die Endkappe mit einer Vielzahl von Hilfsluftkammern zu versehen, welche durch einen solenoidgesteuerten Plunger strömend miteinander oder mit der Hauptluftkammer verbunden sind, wobei Abtrennungen in der Endkappe durch Schnappbefestigungseingriffe mit einem Gehäuse des Plungers angebracht sind, wodurch es den Abtrennungen ermöglicht wird, aus verschiedenartigen Materialien gebildet zu sein, wobei das Solenoid beim Einrasten der Abtrennungen in Position innerhalb der Endkappe mitwirkt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, zu ermöglichen, dass die Luftkammer innerhalb einer gewöhnlichen Endkappe ohne umfangreiche Modifikationen daran und ohne die Gesamthöhe und Ausmaße der Luftfeder zu beeinflussen, ausgebildet ist, wodurch es ermöglicht wird, dass die zweikonstantigen Eigenschaften ohne umfangreiche Modifikationen und Kosten erreicht werden können.
Die zweikonstantige Luftfeder der vorliegenden Erfindung ermöglicht es der Luftfeder außerdem, in ihrer gewöhnlichen Weise zu arbeiten, wobei Luft in und aus der Hauptluftkammer des flexiblen Balgs von einer entfernten Luftquelle ohne Verwendung des Hilfsreservoirs eingeführt wird, bis dasselbe benötigt wird, zu welcher Zeit eine selektive Bewegung des Solenoidplungers die gewünschte Verbindung zwischen den zwei Luftkammern bereitstellt und/oder den Luftfluss von der entfernten Quelle unterbricht.
Die vorhergehenden Vorteile, der Aufbau und die Funktion der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen leichter ersichtlich sein.
Figurenliste

1 ist eine Aufrissansicht mit weggebrochenen Abschnitten und im Schnitt, welche die verbesserte zweikonstantige Luftfeder zeigt;
2 ist eine Draufsicht der in 1 gezeigten Luftfeder mit weggebrochenen Abschnitten der Oberwand der Endkappe;
3 ist eine Schnittansicht, welche entlang Linie 3-3, 2 durchgeführt ist;
4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Abtrennung, welche das Hilfsluftreservoir ausbildet, welche aus der Endkappe der Luftfeder entfernt wurde;
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht ähnlich zu 3 mit einem linear beweglichen Plunger in einer ersten offenen Position, welche eine Verbindung zwischen einer entfernten Druckluftquelle und der Hauptluftkammer der Luftfeder bereitstellt;
5A ist eine Ansicht ähnlich zu 5, welche den linear beweglichen Plunger in einer vollständig geschlossenen Position zeigt;
5B ist eine Ansicht ähnlich zu 5 und 5A, welche den linear beweglichen Plunger in einer zweiten offenen Position zeigt, welche eine Verbindung zwischen dem Hilfsreservoir und der Hauptluftkammer bereitstellt;
6 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht der Endkappe mit einer modifizierten Steuerventilanordnung, welche zwei separate bewegliche Plunger zum selektiven Bereitstellen einer Verbindung zwischen dem Hilfsreservoir und der Hauptluftkammer und zwischen der entfernten Druckluftzufuhr und der Hauptluftkammer enthält;
7 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht der Luftfederendkappe, welche ein modifiziertes Steuerventil aufweist, welches einen darin angebrachten drehbaren Plunger enthält, der in einer ersten offenen Position gezeigt ist, welche eine Verbindung zwischen der Druckluftquelle und der Hauptluftkammer bereitstellt;
7A ist eine Ansicht ähnlich zu 7, welche den drehbaren Plunger in einer vollständig geschlossenen Position zeigt;
7B ist eine Ansicht ähnlich zu 7 und 7A, welche den drehbaren Plunger in einer zweiten offenen Position zeigt, welche eine Verbindung zwischen dem Hilfsreservoir und der Hauptluftkammer der Luftfeder bereitstellt;
8 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Luftfederendkappe, welche ein Paar von darin ausgebildeten Hilfsluftkammern und ein damit in Verbindung stehendes Steuerventil aufweist;
9 ist eine Schnittansicht von 8, welche das Steuerventil, das ein Paar von Plungern aufweist, von welchen jeder durch eine separate Spule gesteuert ist, mit einem inneren Plunger in einer geschlossenen Position und einem äußeren Plunger in einer offenen Position, welche eine Verbindung zwischen der Druckluftquelle und Hauptluftkammer bereitstellt, zeigt;
9A ist eine Ansicht ähnlich zu 9, welche den inneren Plunger in einer offenen Position zeigt, welche eine Verbindung zwischen dem äußeren Hilfsreservoir und der Hauptluftkammer bereitstellt; und
9B ist eine Ansicht ähnlich zu 9A, welche den inneren Plunger in einer offenen Position zeigt, welche eine Verbindung zwischen beiden Hilfsreservoirs und der Hauptluftkammer bereitstellt.

Überall in den Zeichnungen beziehen sich ähnliche Ziffern auf ähnliche Teile.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein erstes Ausführungsbeispiel der verbesserten Luftfeder der vorliegenden Erfindung ist allgemein mit 1 bezeichnet und speziell in 1-5B dargestellt. Eine Luftfeder 1 ist mit einer Druckluftzufuhr 2, wie z.B. einem Kompressor, oder mit anderen Fluidarten durch eine Zufuhrleitung 3 verbunden dargestellt. Die Luftfeder 1 gehört zu dem Typ, welcher dazu ausgestaltet ist, zwischen beabstandeten Konstruktionskomponenten eines Fahrzeugs, welche mit 4 und 5 bezeichnet sind, oder zwischen separat beweglichen Komponenten anderer Arten von Einrichtungen angebracht zu werden. Wenn bei einem Fahrzeug verwendet, federt die Luftfeder Straßenerschütterung ab, welche beim Auftreffen der Reifen auf eine Vertiefung oder einen Vorsprung in der Fahrbahn auf die Fahrzeugreifen übermittelt wird.
Die Luftfeder 1 beinhaltet ein Paar von beabstandeten Endteilen, von welchen eines ein Kolben 7 und das andere eine allgemein mit 8 bezeichnete Endkappe ist. Eine flexible elastomere Hülse 9 ist abdichtend durch Dichtungsbänder oder Quetschringe 10 und 11 mit dem Kolben 7 bzw. der Endkappe 8 verbunden. Die Hülse bildet eine innere Hauptluftkammer 12. Die Hülse 9 weist einen allgemein zylindrischen Aufbau der für viele Luftfedern verwendeten Art auf und ist aus einem elastomeren Material gebildet, welches gewöhnlich innere Verstärkungssehnen (nicht gezeigt) enthält, welche innerhalb einer oder zwei Lagen von elastomerem Material eingeschlossen sind. Vorzugsweise ist ein Ende der Hülse 9 mit einem Rolllappen 13 ausgebildet, welcher entlang einer kreisförmigen Wand 14 des Kolbens 7 rollt, wenn sich die Endteile relativ zueinander bewegen. Die Endkappe 8 besteht aus einer gewöhnlichen ringförmigen Konstruktion, welche eine zylindrische Seitenwand 16 und eine scheibenförmige Oberwand 17 aufweist, welche mehrere damit einheitlich ausgebildete Vorsprünge 18 zum Befestigen der Endkappe 8 an einer Haltestruktur 4 aufweisen kann. Die Endkappe 8 weist ein offenes Unterteil 19 auf, welches eine Verbindung zwischen ihrem hohlen Inneren 21 und der Hauptluftkammer 12 bereitstellt.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist eine allgemein mit 20 bezeichnete Abtrennung (4) innerhalb des hohlen Inneren 21 der Endkappe 8 angebracht, wobei das hohle Innere in ein Hilfsreservoir 22 und eine sekundäre Luftkammer 23 geteilt wird (3 und 5). Die Abtrennung 20 beinhaltet vorzugsweise eine halbkreisförmige Unterwand 25 und eine aufrechte Trennwand 26. Die Trennwand 26 ist mit einer Öffnung 27 und einer Unterschnittkante 28 ausgebildet. Die Abtrennung 20 kann auf verschiedenartige Weisen innerhalb der Endkappe 8 angebracht werden. Eine Anbringungsart ist in 3 und 5 gezeigt, wobei eine äußere gekrümmte Kante 29 der Unterwand 25 innerhalb einer in einem halbkreisförmigen Abschnitt der Endkappenwand 16 ausgebildeten Nut 30 aufgenommen wird. Die Unterschnittkante 28 bildet einen Schnappbefestigungseingriff mit einer komplementär geformten Rippe 31, welche sich von der inneren Oberfläche der Oberwand 17 nach unten erstreckt. Ein Wulst aus flexiblem Dichtungsmaterial 33 erstreckt sich vorzugsweise entlang der Verbindung der Kante 29 und Nut 30, um dazwischen eine luftdichte Abdichtung bereitzustellen. Ein ähnlicher Wulst aus Dichtungsmaterial 34 kann sich zwischen dem oberen Ende der Trennwand 26 und der unteren Oberfläche der Endwand 17 erstrecken.
In weiterer Übereinstimmung mit der Erfindung ist ein allgemein mit 35 bezeichnetes Steuerventil an der Endkappe 8 angebracht. Ein bevorzugtes Steuerventil ist ein für viele Luftfederanwendungen verwendetes elektrisches Solenoid und ist mit einer Elektrizitätsquelle durch ein Paar von Leitungen 37 verbunden. Speziell auf 5-5B Bezug nehmend beinhaltet das Solenoidventil 35 ein allgemein mit 38 bezeichnetes äußeres Gehäuse, welches einen ringförmigen äußeren Gehäuseabschnitt 39 und ein rohrförmiges inneres Gehäuse 40 mit verringertem Durchmesser beinhaltet. Der ringförmige äußere Gehäuseabschnitt 39 kann durch einen Sprengring 44 in einem in der Außenwand 16 der Endkappe 8 ausgebildeten ringförmigen Ansatz 42 festgesetzt werden. Das innere Ende 45 des inneren Gehäuses 40 ist mit einer Unterschnittkante 46 ausgebildet, welche sich durch die Öffnung 27 der Trennwand 26 erstreckt und einen Schnappbefestigungseingriff dazwischen bereitstellt, um beim Halten der Abtrennung 20 in Position innerhalb der Endkappe 8 mitzuwirken. Ein O-Ring 47 stellt einen abdichtenden Eingriff mit der Trennwand 26 bereit. Eine Kupplung 49 ist in einem verjüngten Ende 50 des äußeren Gehäuseabschnitts 39 angebracht, um die Fluidleitung 3 mit dem Steuerventil zu verbinden.
Ein Plunger 51 ist verschiebbar innerhalb einer hohlen Bohrung 52 des inneren Gehäuses 40 angebracht und ist darin auf die gewöhnliche Weise durch eine Solenoidspule 53, welche durch Leitungen 37 elektrisch mit der Elektrizitätsquelle verbunden ist, linear beweglich. Der Plunger 51 beinhaltet erste und zweite L-förmige Luftdurchlässe 54 bzw. 55, welche selektiv mit Luftöffnungen 56 bzw. 57, welche in dem inneren Gehäuse 40 ausgebildet sind, in Verbindung stehen und sich damit ausrichten.
Die Funktion des ersten Ausführungsbeispiels der Luftfeder 1 ist in 5, 5A und 5B dargestellt. 5 zeigt eine erste offene Position, wobei Luft in oder aus der Hauptluftkammer 12 zugeführt bzw. entfernt werden kann, da der L-förmige Durchlass 54 mit der Luftöffnung 56 ausgerichtet ist, was eine Fluidverbindung zwischen dem Kompressor und der Luftkammer 12 bereitstellt, wobei die Luftöffnung 57 durch einen massiven Abschnitt des Plungers 51 blockiert ist. Daher stellt diese Plungerposition die gewöhnliche Funktion der Luftfeder bereit, in welcher durch den Kompressor 2 und durch verschiedenartige Entlüftungsventilanordnungen (nicht gezeigt), welche bei einer derartigen Einrichtung Standard sind, Luft in und aus der Hauptluftkammer 12 gelassen wird, welche Luftbewegung durch verschiedene Sensoren und Bordcomputer in dem Fahrzeug kontrolliert wird.
5A zeigt den Plunger 51 in einer vollständig geschlossenen Positionen, in welcher beide Luftöffnungen 56 und 57 durch massive Abschnitte des Plungers 51 blockiert sind. Daher wird, wenn der Plunger 51 in dieser Position ist, keine Luft in die oder aus der Hauptluftkammer 12 gelassen, noch besteht irgendeine Luftbewegung in das oder aus dem hohlen Inneren des Hilfsreservoirs 22.
5B zeigt den Plunger 51 in einer zweiten offenen Position, wobei der L-förmige Durchlass 55 mit der Luftöffnung 57 ausgerichtet ist, wodurch ermöglicht wird, dass Luft zwischen dem Hilfsreservoir 22 und der Hauptluftkammer 12 fließt. In dieser Position ist die Luftöffnung 57 durch Plunger 51 blockiert, was eine Bewegung von Luft zwischen dem Kompressor 2 und der Luftkammer 12 verhindert. Daher ist in der Position wie in 5B gezeigt das effektive Volumen der Luftfeder erhöht, wodurch ein weicheres Fahrverhalten als das mit einem kleineren Luftvolumen wie in 5A gezeigt erreichte gewährleistet wird. Daher ändert die lineare Bewegung des durch die Solenoidspule 53 gesteuerten Plungers 51 schnell die Federkonstante der Luftfeder 1, indem das effektive Innenvolumen der Luftkammer für ein weicheres Fahren verändert wird oder durch Bewegen des Plungers 51 in die Position von 5A ein härteres Fahren gewährleistet wird oder indem Plunger 51 in die Position von 5 bewegt wird, wobei Luft in und aus der Hauptluftkammer 12 geführt werden kann, indem sie strömend mit dem Kompressor 2 verbunden wird.
6 zeigt ein allgemein mit 60 bezeichnetes modifiziertes Steuerventil, welches zwei separate unabhängig bewegliche Plunger 61 und 62 und ihre Aktivierungsspulen 63 bzw. 64 beinhaltet. Diese Spulen sind durch Leitungen 65 mit einem geeigneten Bordcomputer oder anderen Steuersystemen zum Steuern der Betätigung der Spulen 63 und 64 verbunden. Jeder Plunger weist vorzugsweise einen abgerundeten Kugelansatz 67 auf, welcher selektiv Luftdurchlässe 68 und 69 abdichtet, um Bewegung von Luft aus dem Hilfsreservoir 22 und der Hauptluftkammer 12 durch Luftdurchlässe 68 und 70 oder durch die Fluidzufuhrleitung 3 und einen Luftdurchlass 71, wobei die Luftdurchlässe in einem inneren Gehäuse 73 des Steuerventils 60 ausgebildet sind, zu ermöglichen oder verhindern. Dieses Ausführungsbeispiel gewährleistet eine gesteuerte Fluidverbindung zwischen der Luftkammer 12 und dem Hilfsreservoir 22 und zwischen dem Luftkompressor 2 und der Luftkammer 12. Die Plunger 61 und 62 können sich gemeinsam oder einzeln in eine geschlossene Position bewegen, wodurch jegliche Luftbewegung zwischen beiden der Luftkammern und dem Luftkompressor verhindert wird. Wiederum ist in Übereinstimmung mit einem der Merkmale der Erfindung ein Ende 74 des inneren Gehäuses 73 mit einem Unterschnitt 76 und einem O-Ring 77 versehen, wodurch ein Schnappbefestigungseingriff in der Öffnung 27 der Trennwand 26 bereitgestellt wird, um beim Befestigen der Abtrennung 20 innerhalb der Endkappe 8 mitzuwirken.
Ein weiteres modifiziertes Steuerventil ist allgemein mit 80 bezeichnet und ist in 7, 7A und 7B dargestellt und ist in vielerlei Hinsicht ähnlich dem Steuerventil 35. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Plunger 81 drehbar innerhalb eines inneren Gehäuses 82 angebracht ist, um selektiv L-förmige Luftdurchlässe 83 und 84 mit Luftöffnungen 85 bzw. 86 auszurichten, um selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Hilfsreservoir 22 und der Hauptluftkammer 12 und zwischen dem Kompressor 2 und der Luftkammer 12 bereitzustellen. Der Plunger 81 kann durch ein Getriebe 87 und einen Elektromotor 88 oder eine andere Art von Steuermechanismus gedreht werden, ohne die Idee der Erfindung zu beeinträchtigen. Daher kann der Plunger 81 in eine vollständig geschlossene Position wie in 7A dargestellt oder in eine erste offene Position wie in 7 dargestellt, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Kompressor 2 und der Luftkammer 12 bereitstellt, oder in eine zweite offene Position wie in 7B dargestellt, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Hilfsreservoir 22 und der Luftkammer 12 bereitstellt, gedreht werden.
Eine modifizierte Luftfeder ist allgemein mit 90 bezeichnet und ist in 8-9B dargestellt. Die Luftfeder 90 ist in den meisten Gesichtspunkten ähnlich denen der Luftfeder 1, außer dass die Endkappe 8 durch eine Abtrennung 93 mit einem Paar von Hilfsreservoirs, welche allgemein mit 91 und 92 bezeichnet sind, ausgebildet ist. Die Abtrennung 93 weist eine halbkreisförmige Unterwand 94 und ein Paar von aufrechten Wänden 95 und 96 auf. Die aufrechten Wände 95 und 96 sind mit Öffnungen 98 bzw. 99 ausgebildet, um dadurch verschiebbar ein Gehäuse 100 eines Steuerventils 101 aufzunehmen. Wiederum bildet ein äußeres Ende 102 des Gehäuses 100 einen Schnappbefestigungseingriff mit der aufrechten Wand 95, um beim Halten der Abtrennung 93 innerhalb der Endkappe 8 behilflich zu sein.
Bezug nehmend auf 9 beinhaltet das Steuerventil 101 das innere rohrförmige Gehäuse 100, welches ein Paar von verschiebbar angebrachten Plungern 103 und 104 enthält, von denen jeder durch ein Solenoid 105 bzw. 106 gesteuert ist. Jeder Plunger ist mit L-förmigen Luftdurchlässen 107 und 108 zum Bereitstellen einer selektiven Verbindung zwischen dem Kompressor 2 und der Hauptluftkammer 12 ausgebildet. Der Luftdurchlass 107 ist mit einem offenen Ende 113 und drei sich radial erstreckenden Zweigen 110, 111 und 112 ausgebildet. Wie in 9 gezeigt, ist der Plunger 104 in einer offenen Position, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Kompressor 2 und der Hauptluftkammer 12 bereitstellt, dargestellt, wobei der Plunger 103 in einer vollständig geschlossenen Position ist, welche jeglichen Luftfluss zwischen den Hilfsreservoirs 91 und 92 und der Luftkammer 12 verhindert. 9A zeigt den Plunger 104 in einer geschlossenen Position, welche den Fluss jeglicher Luft zwischen dem Kompressor 2 und der Hauptkammer 12 verhindert, wobei sich der Plunger 103 in einer ersten offenen Position befindet, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren des Hilfsreservoirs 91 und der Luftkammer 12 bereitstellt, indem der Luftdurchlass 112 mit einer in dem Gehäuse 100 ausgebildeten Öffnung 115 ausgerichtet ist. 9B zeigt den Plunger 103 in einer Position, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren beider Hilfsreservoirs 91 und 92 bereitstellt, indem die radialen Öffnungen 110 und 111 mit in dem Gehäuse 100 ausgebildeten Öffnungen 116 bzw. 115 ausgerichtet sind. Diese Doppelreservoirkonfiguration der Luftfeder 90 bietet eine noch größere Flexibilität zum Variieren des Volumens der Luftfeder, um verschiedene gewünschte Federkonstanten bereitzustellen. Demnach kann nur ein Hilfsreservoir mit der Hauptluftfederkammer 12 verbunden werden, oder beide Reservoirs, um ein sogar noch stärker erhöhtes Volumen für die Luftfedern bereitzustellen, um die Federkonstante zu ändern. Wiederum können die Plunger 103 und 104, falls gewünscht, drehbar angebracht werden und nicht linear beweglich, wie in 9-9B dargestellt, ohne die Idee der Erfindung zu beeinträchtigen.
Somit befindet sich die zweikonstantige Luftfeder der vorliegenden Erfindung geschlossen innerhalb der Endkappe einer Luftfeder, welche leicht modifiziert werden kann, indem eine Abtrennung darin eingesetzt wird. Außerdem ist das Plungergehäuse beim Halten und Befestigen der Abtrennung innerhalb der Endkappe behilflich, wodurch das Erfordernis eines Schweißens oder Verklebens der Abtrennung in der Endkappe vermieden wird. Dies ermöglicht es, dass verschiedene Arten von Materialien, wie z.B. glasfaserverstärkte Harze für die Abtrennung und/oder Endkappe genutzt werden können. Nachdem die Abtrennung in Position schnappbefestigt worden ist, wird sie mit einem Dichtungsmittel abgedichtet, welches, selbst wenn es leck sein sollte, nicht in das Äußere der Luftfeder entlüftet, sondern in die Hauptluftfederkammer entlüftet, wodurch keine ernsthaften Probleme für den Betrieb der Luftfeder verursacht werden. Weiterhin werden gewöhnliche Arten von magnetspulenbetätigten Solenoidplungem verwendet, welche mit einem Bordcomputer in dem Fahrzeug und mit einem Kompressor verbunden sind, wodurch es ermöglicht wird, gewöhnliche, leicht verfügbare Fahrzeugkomponenten zu verwenden. Gleichermaßen wird weder die Gesamthöhe der Luftfeder erhöht, noch ihre spezielle Anbringungsanordnung, da alle der Modifikationen innerhalb des Inneren der Endkappe durch Schnappbefestigen einer Trennplatte darin und Verwenden eines modifizierten solenoidbetätigten Plungers stattfinden. Außerdem, wenn sich der Plunger in einer vollständig geschlossenen Position befindet, lässt er keine Luft in die Feder oder in das oder aus dem Hilfsreservoir und, wenn aktiviert, ermöglicht er es, dass Luft in das und aus dem Reservoir fließt, um die Luftfederkonstante zu verringern. Die Solenoide werden Entlastungsventile aufweisen, um Druck aus dem Reservoir zu entlassen, wenn nicht verwendet. Dies erhält in dem Hilfsreservoir einen Null- oder negativen Relativdruck und presst es an Ort und Stelle. Wenn das Hilfsreservoir geschlossen ist, weist die Feder darauf beruhend, dass sie ein geringeres Volumen hat, eine höhere Konstante auf. Typische Konstanten für solche Luftfedern, wenn sie für kleine Lastkraftwagen, Freizeitgeländewagen und Sportwagen verwendet werden, würden 160 Ib/Zoll bis 120 Ib/Zoll betragen.
Außerdem, falls gewünscht, kann die zweikonstantige Luftfeder mit einem Kolbendämpfer kombiniert werden, ohne die Idee der Erfindung zu beeinträchtigen.
Während die Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Patentansprüche der Erfindung folgen.

Claims

Luftfeder (1; 90) mit einstellbarer Konstante beinhaltend: ein erstes Endteil (8) und ein von dem ersten Endteil (8) beabstandetes zweites Endteil (7) und eine sich dazwischen erstreckende flexible Hülse (9), welche eine Luftkammer (12) ausbildet, wobei das erste Endteil (8) mit einem hohlen Inneren (21) ausgebildet ist, welches mit der Luftkammer (12) in Verbindung steht; eine in dem hohlen Inneren (21) des ersten Endteils (8) angeordnete Abtrennung (20; 93, 95), welche darin ein erstes Hilfsreservoir (22; 91) ausbildet; und ein Steuerventil (35; 60; 80; 101), welches an dem ersten Endteil (8) angebracht ist und mit einer Druckluftzufuhr (2) verbunden ist, wobei das Ventil (35) einen Plungermechanismus enthält, welcher sich in das hohle Innere (21) des ersten Endteils (8) erstreckt und beweglich ist zwischen einer vollständig geschlossenen Position, in welcher keine Luft in die Luftkammer (12) oder aus der Luftkammer (12) gelassen wird, einer ersten offenen Position, in welcher Luft in die Luftkammer (12) zugeführt oder daraus entfernt werden kann, und einer zweiten offenen Position, welche den Luftfluss zwischen dem Hilfsreservoir (22; 91) und der Luftkammer (12) ermöglicht, um das effektive Volumen der Luftkammer (12) zu ändern, so dass die Federkonstante der Luftfeder (1) geändert wird.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher das erste Endteil (8) eine Endkappe ist und das zweite Endteil (7) ein Kolben ist.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher der Plungermechanismus mit einem Paar von inneren Luftdurchlässen (54, 55; 68, 69; 83, 84; 107, 108) ausgebildet ist, einer der Luftdurchlässe (54, 55; 68, 69; 83, 84; 107, 108) eine Verbindung zwischen der Druckluftzufuhr (2) und der Luftkammer (12) bereitstellt und der andere der Luftdurchlässe (54, 55; 68, 69; 83, 84; 107, 108) eine Verbindung zwischen dem Hilfsreservoir (22; 91) und der Luftkammer (12) bereitstellt.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 3, bei welcher der Plungermechanismus massive Abschnitte enthält, welche selektiv den Luftfluss zwischen dem Hilfsreservoir (22; 91) und der Luftkammer (12) und zwischen der Druckluftzufuhr (2) und der Luftkammer (12) blockieren.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher der Plungermechanismus ein Paar von jeweils unabhängig in einem Gehäuse (73; 100) beweglichen Plungern (61, 62; 103, 104) beinhaltet; bei welcher einer der Plunger eine Fluidverbindung zwischen der Druckluftzufuhr (2) und der Luftkammer (12) bereitstellt; und bei welcher der andere der Plunger eine Fluidverbindung zwischen dem Hilfsreservoir (22; 91) und der Luftkammer (12) bereitstellt.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher das Steuerventil (35; 60; 101) ein Gehäuse (40; 73; 100) beinhaltet; und bei welcher der Plungermechanismus einen Plunger (51; 61, 62; 103, 104) beinhaltet, welcher linear verschiebbar innerhalb des Gehäuses (40; 73; 100) beweglich ist.
Luftfeder (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Steuerventil (80) ein Gehäuse (82) beinhaltet; und bei welcher der Plungermechanismus einen Plunger (81) beinhaltet, welcher drehbar innerhalb des Gehäuses (82) angebracht ist.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher das erste Endteil (8) und die Abtrennung (20; 93, 95) aus einem glasfaserverstärkten Harzmaterial hoher Stärke ausgebildet sind.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher die Abtrennung (20; 93, 95) und das erste Endteil (8) Verbindungskomponenten (28, 31; 95, 102) beinhalten, welche einen Schnappbefestigungseingriff dazwischen bereitstellen, um die Abtrennung (20; 93, 95) in dem ersten Endteil (8) anzubringen.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 9, bei welcher der Plungermechanismus ein äußeres Gehäuse (40; 73; 100) beinhaltet, welches einen ersten Abschnitt, der an dem ersten Endteil (8) angebracht ist und einen zweiten Abschnitt, der an der Abtrennung (20; 93, 95) angebracht ist, aufweist, um die Abtrennung (20; 93, 95) in dem hohlen Inneren (21) des ersten Endteils (8) anzubringen.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher das Steuerventil (35; 60; 101) ein elektrisch betriebenes Solenoidventil ist.
Luftfeder (90) nach Anspruch 1, bei welcher eine zweite Abtrennung (93, 96) in dem hohlen Inneren des ersten Endteils (8) angeordnet ist und ein zweites Hilfsreservoir (92) innerhalb des hohlen Inneren (21) ausbildet.
Luftfeder (90) nach Anspruch 12, bei welcher das Steuerventil (101) selektiv einen ersten Luftdurchlass (108) zwischen der Druckluftzufuhr (2) und der Luftkammer (12), einen zweiten Luftdurchlass (107) zwischen dem ersten Hilfsreservoir (91) und der Luftkammer (12) und einen dritten Luftdurchlass (107) zwischen dem ersten und zweiten Hilfsreservoir (91, 92) bereitstellt.
Luftfeder (1) nach Anspruch 13, bei welcher der Plungermechanismus ein Paar von Plungern (103, 104) und ein Paar von Solenoiden (105, 106) zum unabhängigen Bewegen jedes der Plunger (103, 104) beinhaltet; bei welcher einer der Plunger (104) mit dem ersten Luftdurchlass (108) ausgebildet ist; und bei welcher der andere der Plunger (103) mit dem zweiten und dritten Luftdurchlass (107) ausgebildet ist.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher die Abtrennung (20; 93) eine halbkreisförmige Basis (25; 94) und eine aufrechte Wand (26; 95) beinhaltet; bei welcher eine Öffnung (27; 98) in der aufrechten Wand (26; 95) ausgebildet ist; bei welcher das Steuerventil (35; 60; 80; 101) ein Gehäuse (40; 73; 82; 100) beinhaltet, welches ein verlängertes Ende (45; 102) aufweist, das sich in die Öffnung (27; 98) der aufrechten Wand (26; 95) erstreckt; und bei welcher ein Unterschnitt (46) in dem verlängerten Ende (45) des Gehäuses (40; 73; 82; 100) ausgebildet ist und eine Schnappbefestigungsanbringung mit der aufrechten Wand (26; 95) bereitstellt.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 15, bei welcher sich ein Dichtungsmittel (33) zwischen der Basis (25; 94) und dem ersten Endteil (8) erstreckt, um eine Luftabdichtung dazwischen bereitzustellen.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 15, bei welcher die aufrechte Wand (26; 95) mit einer abgewinkelten Kante (28) ausgebildet ist, welche einen Schnappbefestigungseingriff mit einer komplementär geformten, auf dem ersten Endteil (8) ausgebildeten Rippe (31) ausbildet.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 15, bei welcher eine Nut (30) in einer inneren Oberfläche des ersten Endteils (8) ausgebildet ist; und bei welcher eine Kante der Basis (29) in der Nut (30) aufgenommen ist, um die Abtrennung (20; 93, 95) in dem ersten Endteil (8) anzubringen.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 1, bei welcher das erste Endteil (8) eine ringförmige Außenwand (16) und eine Oberwand (17) beinhaltet, welche das hohle Innere (21) ausbilden; und bei welcher sich das Steuerventil (35; 60; 80; 101) durch eine in der ringförmigen Außenwand (16) ausgebildete Öffnung (42) erstreckt.
Luftfeder (1; 90) nach Anspruch 19, bei welcher das Steuerventil (35; 60; 80; 101) einen ersten außerhalb der ringförmigen Außenwand (16) des ersten Endteils (8) angeordneten ersten Gehäuseabschnitt (39) und einen sich in das hohle Innere (21) des ersten Endteils (8) erstreckenden und an der Abtrennung (20; 93, 95) befestigten zweiten Abschnitt (40; 73; 82; 101) beinhaltet.