DE102009037635A1

DE102009037635A1 - Luftfederungseinrichtung eines Fahrzeugs mit magnetisch gesteuertem Steuerventil

Info

Publication number: DE102009037635A1
Application number: DE102009037635A
Authority: DE
Inventors: Michael Muser; János TOTH; Kornél Kantor; András Voith
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-15
Also published as: DE102009037635B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfederungseinrichtung eines Fahrzeugs mit wenigstens einer Luftfeder und wenigstens einem Steuerventil (1) mit wenigstens einem von einem Betätigungselement (2) einer Betätigungseinrichtung in die Steuerstellungen Zuführen, Sperren und Abführen von Druckluft steuerbaren und mit wenigstens einem Strömungskanal (4, 6) in einem Ventilgehäuse (8) zusammenwirkenden Ventilglied (10), wobei die Position des Betätigungselements (2) abhängig von der Einfederung der Luftfeder ist.
Die Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Teil des Ventilglieds (10) und wenigstens ein Teil des Betätigungselements (2) aus einem Permanentmagneten oder aus einem ferromagnetischen Material derart besteht, dass die Steuerstellungen des Ventilglieds (10) abhängig von der Position des Betätigungselements (2) in Bezug zu dem Ventilglied (10) durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem Ventilglied (10) und dem Betätigungselement (2) hervorgerufen werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Luftfederungseinrichtung eines Fahrzeugsmit wenigstens einer Luftfeder und wenigstens einem Steuerventil mit wenigstens einem von einem Betätigungselement einer Betätigungseinrichtung in die Steuerstellungen Zuführen, Sperren und Abführen von Druckluft steuerbaren und mit wenigstens einem Strömungskanal in einem Ventilgehäuse zusammen wirkenden Ventilglied, wobei die Position des Betätigungselements abhängig von der Einfederung der Luftfeder ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine solche Luftfederungseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 44 09 252 C2 bekannt. Die Betätigungseinrichtung beinhaltet eine Regelstange, welche zwei Einzelventile mechanisch derart betätigt, dass das eine Einzelventil geschlossen ist, wenn das andere Einzelventil geöffnet ist. Genauer betätigt die Regelstange Ventilbolzen der Einzelventile, welche jeweils mit einem Ventilsitz zusammen wirken. Bei der bekannten Luftfederungsanlage ist die Luftfeder zwischen einem Fahrgestell und einer zum Fahrgestell schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente angeordnet.
Die DE 102 05 263 A1 offenbart eine Fahrerhauslagerung für ein Haubenfahrzeug, bei welchem das Fahrerhaus durch Luftfedern gegenüber einem Fahrzeugrahmen getragen wird. Das Steuerventil ist hier als 3/2-Wegeventil ausgeführt, welches von einem Steuerelement mechanisch gesteuert wird.
Da der Hub der Steuerventile in der Regel klein ist und auch die Zuordnungen zwischen dem Ventilglied und den Strömungsöffnungen im Ventilgehäuse aus Dichtigkeitsgründen engen Toleranzen unterworfen sind, sind auch bei der Ausführung der mechanischen Betätigungselemente der Ventile geringe Toleranzen gefordert, was im Hinblick auf den großen Bewegungsspielraum eines luftgefederten Fahrgestell bzw. Fahrzeugrahmens nur sehr aufwändig und teuer zu realisieren ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Luftfederungseinrichtung eines Fahrzeugs der eingangs erwähnten Art derart fortzubilden, dass die Betätigungseinrichtung auf einfachere Weise realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Es wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass wenigstens ein Teil des Ventilglieds und wenigstens ein Teil des Betätigungselements aus einem Permanentmagneten oder aus einem ferromagnetischen Material derart besteht, dass die Steuerstellungen des Ventilglieds abhängig von der Position des Betätigungselements in Bezug zu dem Ventilglied durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem Ventilglied und dem Betätigungselement hervorgerufen werden.
Durch die dann rein magnetische Kopplung zwischen dem Betätigungselement und dem Ventilglied anstatt einer mechanischen Kopplung wie beim Stand der Technik wirken magnetische Kräfte zwischen dem Ventilglied und dem Betätigungselement. Dabei sind folgende Konstellationen denkbar:

– Wenigstens ein Teil des Ventilglieds besteht aus einem Permanentmagneten und wenigstens ein Teil des Betätigungselements aus einem ferromagnetischen Material, wobei die magnetische Kopplung durch magnetische Anziehungskräfte zustande kommt,
– Wenigstens ein Teil des Ventilglieds besteht aus einem Permanentmagneten und wenigstens ein Teil des Betätigungselements aus einem gegenpoligen Permanentmagneten, wobei die magnetische Kopplung durch magnetische Abstoßungskräfte zustande kommt,
– Wenigstens ein Teil des Ventilglieds besteht aus einem ferromagnetischen Material und wenigstens ein Teil des Betätigungselements aus einem Permanentmagneten, wobei die magnetische Kopplung durch magnetische Anziehungskräfte zustande kommt.

Die rein magnetische Kopplung zwischen dem Betätigungselement und dem Ventilglied hat den Vorteil, dass keine mechanischen Toleranzen beachtet werden müssen, welche den Herstellprozess verteuern. Vielmehr reagiert das Ventilglied auf die momentane Position des Betätigungselements (Annäherung bzw. Entfernung) und nimmt abhängig davon die Steuerstellungen bzw. Schaltstellungen innerhalb des Ventilgehäuses ein.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Luftfeder zwischen einem Fahrerhaus und einem Fahrzeugrahmen angeordnet und das Betätigungselement mit dem Fahrerhaus verbunden.
Alternativ könnte die Luftfeder zwischen einem Fahrgestell und einer in Bezug zum Fahrgestell schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente angeordnet und das Betätigungselement mit der schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente verbunden sein.
Abhängig von der Kinematik der Luftfederungseinrichtung kann die Bewegungsrichtung des Betätigungselements senkrecht oder koaxial zur Bewegungsrichtung des Ventilglieds innerhalb des Ventilgehäuses sein, je nachdem welche Anordnung platzsparender bzw. einfacher zu realisieren ist. Denkbar ist jedoch auch eine in Bezug zur Bewegungsrichtung des Ventilglieds in einem beliebigen Winkel verlaufende Bewegungsrichtung des Betätigungselements, solange eine Annährung des Betätigungselements an das Ventilglied bewirkt, dass letzteres seine Steuerstellung bzw. Schaltstellung ändert.
Das Steuerventil kann dabei als Sitzventil oder als Schieberventil mit Rundschieber, Drehschieber oder Flachschieber ausgebildet sein.
Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein Fahrzeug, welches eine oben beschriebene Luftfederungseinrichtung beinhaltet.
Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
Zeichnung
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 ein schematische Ansicht eines Steuerventils einer Luftfederungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Schaltstellung;
2 das Steuerventil von 1 in einer weiteren Schaltstellung;
3 ein schematische Ansicht eines Steuerventils einer Luftfederungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer Schaltstellung;
4 das Steuerventil von 3 in einer weiteren Schaltstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in 1 schematisch gezeigte Steuerventil 1 ist Bestandteil einer Luftfederungseinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere einer Fahrerhauslagerung, bei welcher wenigstens eine hier nicht gezeigte Luftfeder zwischen einem Fahrerhaus und einem Fahrzeugrahmen angeordnet ist. Eine solche Fahrerhauslagerung ist prinzipiell in der DE 102 05 263 A1 beschrieben und dient dazu, das Niveau des Fahrerhauses gegenüber dem Fahrzeugrahmen konstant bzw. in einer bestimmten Lage zu halten, beispielsweise stets waagerecht und unabhängig von der Lage des Fahrzeugrahmens.
Das Steuerventil 1 umfasst ein von einem Betätigungselement 2 einer Betätigungseinrichtung in die Steuerstellungen Zuführen, Sperren und Abführen von Druckluft in und von der Luftfeder steuerbares und mit Strömungskanälen 4, 6 in einem Ventilgehäuse 8 zusammen wirkendes Ventilglied 10, wobei die Position des Betätigungselements 2 abhängig von der Einfederung der Luftfeder und das Betätigungselement 2 mit dem Fahrerhaus verbunden ist.
Abhängig von der Stellung des Ventilglieds 10 in Bezug zu dem Ventilgehäuse 8 werden daher im Ventilgehäuse 8 bzw. in dem Ventilglied 10 ausgebildete Strömungskanäle 4, 6, 7 in gegenseitige Überdeckung oder miteinander in Strömungsverbindung gebracht bzw. gegeneinander gesperrt, um die Luftfeder zu be- oder zu entlüften bzw. die Luftmenge in der Luftfeder konstant zu halten. Dabei ist ein Strömungskanal 4 des Ventilgehäuses 8 beispielsweise mit einem Druckluftvorrat und ein weiterer Strömungskanal 6 mit der Luftfeder verbunden. Das Steuerventil 1 ist beispielhaft ein 2/2-Wegeventil mit magnetischer Betätigung durch das Betätigungselement 2 und mit zwei Schaltstellungen – Sperrstellung (1) und Durchlassstellung (2) – ausgebildet, wobei das Ventilglied 10 in der Sperrstellung eine Position einnimmt, in der die beiden Strömungskanäle 4, 6 nicht miteinander verbunden bzw. gegeneinander gesperrt sind und in der Durchlassstellung eine Position, in welcher die beiden Strömungskanäle 4, 6 durch einen im Ventilglied 10 ausgebildeten Verbindungskanal 7 miteinander verbunden sind, der dann beispielsweise kolinear mit den Strömungskanälen 4, 6 ist bzw. in Überdeckung mit diesen steht. Das Steuerventil 1 bildet folglich ein Einlassventil aus, welches in der Durchlassstellung (2) den Druckluftvorrat mit der Luftfeder verbindet und in der Sperrstellung (1) den Druckluftvorrat gegen die Luftfeder absperrt. Das Steuerventil 1 ist weiterhin beispielsweise als Linearschieberventil ausgebildet und das Ventilglied 10 als Linearschieber. Der Linearschieber 10 als Ventilglied ist in einer linearen Führung 12 des Ventilgehäuses 8 in einer bestimmten Bewegungsrichtung linear geführt ist, welche in 2 durch einen Pfeil 14 symbolisiert ist.
Neben dem Einlassventil 1 verfügt die Luftfederungseinrichtung weiterhin über wenigstens ein Auslassventil als 2/2-Wegeventil, welches in der Durchlassstellung die Luftfeder mit einer Drucksenke oder Entlüftung verbindet und in einer Sperrstellung die Luftfeder gegenüber der Drucksenke absperrt. Dieses Auslassventil ist analog zu dem hier beschriebenen Einlassventil 1 aufgebaut.
Das Betätigungselement 2 ist abhängig von der Einfederung des Fahrerhauses in einer in 1 durch einen Pfeil 16 gekennzeichneten Bewegungsrichtung ebenfalls linear geführt, welche koaxial zur Bewegungsrichtung 14 des Ventilschiebers 10 ist. Dabei befindet sich das Betätigungselement 2 während seines gesamten Bewegungsspielraums in Bewegungsrichtung 16 bevorzugt stets außerhalb des Ventilgehäuses 8. Das Betätigungselement 2 wird durch einen hier nicht gezeigten Mechanismus der Betätigungseinrichtung, beispielsweise durch ein Getriebe vom Fahrerhaus beispielsweise derart gesteuert, dass mit steigender Einfederung des Fahrerhauses gegenüber dem Fahrzeugrahmen sich der lineare Abstand zwischen dem Betätigungselement 2 und dem Ventilschieber 10 verringert.
Das Ventilglied 10 und das Betätigungselement 2 bestehen aus einem Permanentmagneten oder aus einem ferromagnetischen Material, wobei die Steuerstellungen des Ventilglieds 10 abhängig von der Position des Betätigungselements 2 in Bezug zu dem Ventilglied 10 durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem Ventilglied 10 und dem Betätigungselement 2 hervorgerufen werden. Dabei ist keinerlei mechanische Verbindung zwischen dem Betätigungselement 2 und dem Ventilglied 10 vorhanden, die Kraftübertragung erfolgt ausschließlich durch magnetische Kräfte.
Anstatt das Ventilglied 10 vollständig bzw. teilweise aus einem ferromagnetischen Material zu fertigen bzw. es durch einen Permanentmagneten darzustellen, kann es auch mit einem Element verbunden sein bzw. in Wirkverbindung stehen, das aus einem Permanentmagneten oder aus einem ferromagnetischen Material besteht und dessen durch eine Bewegung des Betätigungselements 2 hervorgerufene Bewegung dann auf das Ventilglied 10 übertragen wird. Ferromagnetische Materialien verstärken bekanntermaßen ein sie durchfließendes oder durchdringendes magnetisches Feld.
Die dadurch erzielte magnetische Kopplung zwischen dem Ventilglied 10 und dem Betätigungselement 2 ist durch folgende Konstellationen erzielbar:

– Wenigstens ein Teil des Ventilglieds 10 besteht aus einem Permanentmagneten und wenigstens ein Teil des Betätigungselements 2 aus einem ferromagnetischen Material, wobei die magnetische Kopplung durch magnetische Anziehungskräfte zustande kommt,
– Wenigstens ein Teil des Ventilglieds 10 besteht aus einem Permanentmagneten und wenigstens ein Teil des Betätigungselements 2 aus einem gegenpoligen Permanentmagneten, wobei die magnetische Kopplung durch magnetische Abstoßungskräfte zustande kommt,
– Wenigstens ein Teil des Ventilglieds 10 besteht aus einem ferromagnetischen Material und wenigstens ein Teil des Betätigungselements 2 aus einem Permanentmagneten, wobei die magnetische Kopplung durch magnetische Anziehungskräfte zustande kommt.

Gemäß der Ausführungsform von 1 und 2 besteht das Betätigungselement 2 aus einem Permanentmagneten und der Ventilschieber 10 aus einem ferromagnetischen Material.
In 1 ist eine Situation gezeigt, in welcher das Betätigungselement 2 sich zwar beispielsweise durch Einfederung des Fahrerhauses gegenüber dem Fahrzeugrahmen in der durch den Pfeil 16 symbolisierten Bewegungsrichtung dem Ventilschieber 10 annähert, aber noch so weit von dem Ventilschieber 10 entfernt ist, dass dieser noch nicht von dem Magnetfeld 18 des Betätigungselements 2 erfasst wird und somit noch keine magnetischen Anziehungskräfte auf ihn wirken, wodurch seine Lage stabil oder unverändert bleibt.
Diese Situation ändert sich jedoch, wenn sich der Abstand zwischen dem Betätigungselement 2 und dem Ventilschieber 10 aufgrund einer weiteren Einfederung des Fahrerhauses verringert, hier durch Annäherung des Betätigungselements 2 in Bewegungsrichtung 16 an den Ventilschieber 10, wodurch letzterer vom Magnetfeld 18 des Betätigungselements 2 erfasst wird. Die dadurch auf den Ventilschieber 10 wirkende magnetische Anziehungskraft bewirkt, dass dieser beispielsweise gegen die Wirkung einer hier nicht gezeigten Ventilfeder in eine von der einen, in 1 gezeigten einen Sperrstellung (Ventilschieber links), in welcher die in dem Ventilgehäuse 8 ausgebildeten Strömungskanäle 4, 6 gegeneinander gesperrt sind in eine in 2 gezeigte Durchlassstellung (Ventilschieber rechts) bewegt wird, in welcher die Strömungskanäle 4, 6 miteinander verbunden sind, um beispielsweise die Luftfedern zu belüften.
Umgekehrt bewirkt eine Ausfederung des Fahrerhauses gegenüber dem Rahmen, dass sich das Betätigungselement 2 vom Ventilschieber 10 entfernt und dieser aufgrund der dann mangelnden magnetischen Kräfte von der Ventilfeder wieder in die Sperrstellung von 1 zurück geschaltet wird, in welcher die Strömungskanäle 4, 6 gegeneinander gesperrt sind. Falls das Steuerventil 1 nicht nur ein Einlass- oder Auslassventil mit zwei Schaltstellungen ist, sondern als 3/3-Wegeventil beispielsweise drei Schaltstellungen aufweist, könnte auch der zur Luftfeder führende Strömungskanal mit einer Drucksenke oder Entlüftung in Verbindung gebracht werden.
Die Ausführungsform in 3 und 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 1 und 2 dadurch, dass die Bewegungsrichtung 16 des Betätigungselements 2 nicht koaxial sondern senkrecht zur Bewegungsrichtung 14 des Ventilschiebers 10 ist.
Generell sollte sich der Abstand zwischen dem Betätigungselement 2 und dem Ventilschieber 10 so ändern können, dass die Anzahl der Magnetfeldlinien des Magnetfelds des Permanentmagneten, von denen der Ventilschieber 10 durchflossen wird, ändert und sich somit abhängig von diesem Abstand die Stärke des auf den Ventilschieber 10 wirkenden Magnetfelds 18 ändert, um einen Schaltvorgang des Steuerventils 1 abhängig von der Lage des Betätigungselements 2 hervorrufen zu können.
Alternativ könnte die Luftfeder zwischen einem Fahrgestell und einer in Bezug zum Fahrgestell schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente angeordnet und das Betätigungselement mit der schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente verbunden sein.
Bezugszeichenliste

1: Steuerventil
2: Betätigungselement
4: Strömungskanal
6: Strömungskanal
7: Verbindungskanal
8: Ventilgehäuse
10: Ventilglied
12: Führung
14: Bewegungsrichtung
16: Bewegungsrichtung
18: Magnetfeld

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4409252 C2 [0002]
- DE 10205263 A1 [0003, 0022]

Claims

Luftfederungseinrichtung eines Fahrzeugs mit wenigstens einer Luftfeder und wenigstens einem Steuerventil (1) mit wenigstens einem von einem Betätigungselement (2) einer Betätigungseinrichtung in die Steuerstellungen Zuführen, Sperren und Abführen von Druckluft steuerbaren und mit wenigstens einem Strömungskanal (4, 6) in einem Ventilgehäuse (8) zusammen wirkenden Ventilglied (10), wobei die Position des Betätigungselements (2) abhängig von der Einfederung der Luftfeder ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Ventilglieds (10) und wenigstens ein Teil des Betätigungselements (2) aus einem Permanentmagneten oder aus einem ferromagnetischen Material derart besteht, dass die Steuerstellungen des Ventilglieds (10) abhängig von der Position des Betätigungselements (2) in Bezug zu dem Ventilglied (10) durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem Ventilglied (10) und dem Betätigungselement (2) hervorgerufen werden.
Luftfederungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder zwischen einem Fahrerhaus und einem Fahrzeugrahmen angeordnet und das Betätigungselement (2) mit dem Fahrerhaus verbunden ist.
Luftfederungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder zwischen einem Fahrgestell und einer in Bezug zum Fahrgestell schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente angeordnet und das Betätigungselement (2) mit der schwingend gelagerten Fahrzeugkomponente verbunden ist.
Luftfederungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (16) des Betätigungselements (2) senkrecht oder koaxial zur Bewegungsrichtung (14) des Ventilglieds (10) innerhalb des Ventilgehäuses (8) ist.
Luftfederungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (1) als Sitzventil oder als Schieberventil mit Rundschieber, Drehschieber oder Flachschieber ausgebildet ist.
Luftfederungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) wenigstens ein Teil des Ventilglieds (10) aus einem Permanentmagneten und wenigstens ein Teil des Betätigungselements (2) aus einem ferromagnetischen Material besteht, b) wenigstens ein Teil des Ventilglieds (10) aus einem Permanentmagneten und wenigstens ein Teil des Betätigungselements (2) aus einem gegenpoligen Permanentmagneten besteht, c) wenigstens ein Teil des Ventilglieds (10) aus einem ferromagnetischen Material und wenigstens ein Teil des Betätigungselements (2) aus einem Permanentmagneten besteht.
Fahrzeug, beinhaltend eine Luftfederungseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.