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Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Niveauregelanlagen sowie die zugeordneten Luftfedern und Ventileinheiten sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen. Sie dienen zum Einstellen des Fahrzeugaufbauniveaus von Kraftwagen, insbesondere von Lastkraftwagen oder Omnibussen. Dies wird durch die Einstellung eines Innendrucks von Luftfedern, die jeweiligen Achsen des Kraftwagens zugeordnet sind, bewerkstelligt. Hierdurch kann beispielsweise das Fahrzeugaufbauniveau an das Ladungsgewicht eines Lastkraftwagens angepasst werden. Eine andere Anwendung ist das einseitige Absenken von Omnibussen an Haltestellen, um das Ein- und Aussteigen von Fahrgästen zu erleichtern.
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Bekannte Niveauregelanlagen umfassen eine Mehrzahl von Luftfedern, wobei üblicherweise jeder Achse des Kraftwagens zwei solcher Luftfedern zugeordnet sind. Über jeweilige Ventile sind diese Luftfedern mit einem Druckspeicher verbunden. Hierzu werden meist 3/2-Wegeventile in Kombination mit Schaltventilen für jede Luftfeder eingesetzt. In Abhängigkeit von der Ventilstellung kann dabei die Luftfeder entweder von dem restlichen Druckluftsystem abgetrennt werden, sodass das eingestellte Niveau gehalten wird, Luft aus der Luftfeder an die Umgebung abgelassen werden, sodass das Aufbauniveau gesenkt wird oder aber die Luftfeder mit dem Druckspeicher verbunden werden, sodass der Druck in der Luftfeder erhöht und das Aufbauniveau gehoben wird.
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Da beim Absenken des Aufbaus die Druckluft aus der Feder in die Umgebung entlassen wird, sinkt beim nachfolgenden Anheben der Druck im Druckspeicher der Niveauregelanlage. Um eine Mehrzahl von Senk-Hebe-Zyklen durchführen zu können, muss daher der Druck im Druckspeicher ständig mittels eines leistungsstarken Verdichters wieder erhöht werden. Dies ist energieaufwendig. Das Ablassen der Luft aus den Luftfedern an die Umgebung ist zudem mit dem Nachteil behaftet, dass hierbei starke Strömungsgeräusche auftreten. Gerade bei Omnibussen, welche an jeder Haltestelle einen Senk-Hebe-Zyklus der Niveauregelanlage für eine Fahrzeugseite durchführen, sind diese Strömungsgeräusche äußerst störend.
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Ein weiterer Nachteil bekannter Niveauregelanlagen liegt in der Ventilbeschaltung der einzelnen Federn begründet. Die üblicherweise vorgesehene Kombination von 3/2-Wegeventilen und Schaltventilen benötigt eine hohe Anzahl von Ventileinheiten pro Luftfeder und damit einhergehend eine komplexe Leitungsführung. Dies ist aufwändig in der Herstellung und benötigt viel Bauraum. Übliche Ventile für Luftfederanlagen sind zudem meist elektromechanisch geschaltet. Im Betrieb einer Luftfeder kann eine sehr hohe Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten eines solchen Ventils auftreten. Dementsprechend sind hohe Schaltkräfte für das Ventil notwendig, um beispielsweise die durch diese Druckdifferenz hervorgerufenen Dichtungskräfte überwinden zu können. Die elektromechanischen Stellantriebe solcher Ventile sind daher groß und aufwendig. Dies kann teilweise durch die Verwendung von druckentlasteten Ventilen gemildert werden, auch bei solchen Ventilen sind jedoch relativ große elektromechanische Antriebe notwendig. Ein weiterer Nachteil elektromechanischer Antriebe liegt in der Notwendigkeit einer Stromversorgung zum Durchführen von Hebel- oder Senkvorgängen des Fahrzeugaufbaus. Gerade Hänger oder Auflieger müssen jedoch auch im abgekoppelten Zustand gegenüber der Fahrbahn gehoben oder gesenkt werden, was bei bekannten Niveauregelanlagen ohne den Anschluss einer externen Stromversorgung nicht möglich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinheit der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche besonders kompakt, einfach aufgebaut und auch im stromlosen Zustand schaltbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ventileinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit, welche einen doppelt wirkenden Kolben aufweist, der in einem Arbeitsraum eines Gehäuses mit wenigstens zwei Anschlussöffnungen aufgenommen ist. Der doppelt wirkende Kolben teilt den Arbeitsraum hierbei in zwei Teilräume auf. In einer ersten Schaltstellung des Kolbens sind die erste und zweite Anschlussöffnung fluidisch getrennt und in einer zweiten Schaltstellung des Kolbens fluidisch gekoppelt. Die Ventileinheit ist pneumatisch betätigbar, indem der erste der Teilräume zum Bewegen des Kolbens zwischen den Schaltstellungen über ein in das Gehäuse integriertes Pilotventil mit Druckluft beaufschlagbar ist. Ferner ist hierbei vorgesehen, dass das Pilotventil mit einem Druckspeicher fluidisch gekoppelt ist. Der Druckspeicher stellt hierbei sicher, dass immer ein hinreichender Arbeitsdruck zum pneumatischen Betätigen der Ventileinheit vorhanden ist. Damit wird eine besonders zuverlässige und betriebssichere Betätigung der Ventileinheit ermöglicht.
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Um sicherzustellen, dass im Druckspeicher immer ein hinreichender Arbeitsdruck zur Betätigung des Ventils vorhanden ist, ist dieser mittels einer innerhalb einer des Gehäuses verlaufenden Leitung mit dem zweiten Teilraum fluidisch gekoppelt. Im Betrieb der Ventileinheit steht der Druckspeicher somit mit ausgangsseitigen Elemente, beispielsweise mit einem Luftfederbalg, welcher mittels der Ventileinheit geschaltet werden soll, in fluidischer Verbindung. Der Druckspeicher der Ventileinheit kann daher aus dem externen Druckluftsystem selbsttätig befüllt werden. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Leitung eine Druckmindervorrichtung aufweist, deren Hochdruckseite zum zweiten Teilraum gerichtet ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Druck im Druckspeicher der Ventileinheit vorgegebene Schwellenwerte nicht überschreitet. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn die Ventileinheit in einer Luftfederungsanlage eines Kraftwagens eingesetzt werden soll. Die Betriebsdrücke in solche Luftfederungsanlagen betragen in der Regel etwa 13 bar, wobei auf Grund der Federtätigkeit in der Luftfeder Druckspitzen von bis zu 20 bar auftreten können. Durch die Druckminderung kann eine besonders einfache Ventileinheit geschaffen werden, da dass Pilotventil der Ventileinheit nicht auf derart hohe Spitzendrücke ausgelegt werden muss. Auf einfachste Weise werden so Beschädigungen des Pilotventils vermieden und ein sicherer und zuverlässiger Ventilbetrieb ermöglicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Drucksensor zum Bestimmen eines Drucks in dem Druckspeicher vorgesehen. Hierdurch kann jederzeit festgestellt werden, ob im Druckspeicher noch hinreichender Arbeitsdruck zur Betätigung der Ventileinheit vorhanden ist und gegebenenfalls aus einer externen Druckquelle der Druck im Druckspeicher erhöht werden.
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Ferner ist bevorzugt ein weiterer Drucksensor vorgesehen, welcher mit einer der Anschlussöffnungen der Ventileinheit fluidisch gekoppelt ist. Hierdurch können die Druckverhältnisse an der Ventileinheit jederzeit bestimmt werden, sodass eine besonders gute Kontrolle über den Zustand des Ventils ermöglicht wird.
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Vorzugsweise sind das Pilotventil und/oder die Druckmindervorrichtung und/oder der Druckspeicher und/oder zumindest einer der Drucksensoren in einem reversibel vom Rest der Ventileinheit lösbaren Gehäuseteil untergebracht. Die Ventileinheit ist somit in zwei Komponenten aufgeteilt, nämlich das eigentliche Ventil sowie alle zu dessen Betätigung notwendigen Elemente. Hierdurch wird eine modularisierte Ventileinheit geschaffen, die auf einfachste Weise in unterschiedlichen Ausführungsformen bereitgestellt werden kann. Der reversibel lösbare Gehäuseteil mit dem Pilotventil und allen weiteren zur pneumatischen Betätigung notwendigen Komponenten kann so beispielsweise bedarfsgemäß auch entfernt und durch eine einfache elektromechanische Schalteinheit ersetzt werden. Die Ventileinheit ist daher besonders flexibel einsetzbar.
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Es ist ferner zweckmäßig, wenn das Pilotventil mit einem ersten Eingang eines ODER-Ventils gekoppelt ist, dessen Ausgang mit dem ersten Teilraum verbunden ist. Der zweite Eingang des ODER-Ventils kann mit einer weiteren, manuell schaltbaren Druckquelle verbunden werden, so dass alternativ eine Betätigung des Ventils über das Pilotventil und eine manuelle Betätigung möglich wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventileinheit sowie eine schematische Darstellung deren externer Beschaltung;
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2 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventileinheit; und
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3 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventileinheit und deren externe Beschaltung zur manuellen Betätigung.
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Ein Ventilblock 104 für ein Luftfedermodul einer Niveauregelanlage ist in den 1 bis 3 im Detail dargestellt. Der Ventilblock 104 umfasst ein dreiteiliges Ventilgehäuse 108 mit einem Arbeitsraum 110, in welchem ein doppelt wirkender Kolben 112 aufgenommen Ist. Der Kolben 112 teilt den Arbeitsraum 110 in zwei Teilräume 114, 116. in den ersten Teilraum 114 mündet dabei eine erste Anschlussöffnung 118 des Ventilblocks 104. Eine zweite Anschlussöffnung 120 mündet in einen Aufnahmeraum 122 für die Kolbenstange 124 des Kolbens 112. In einer ersten Schaltstellung des Ventilblocks 104 liegt ein erster Kolbenteller 126 des Kolbens 112 mit entsprechenden Dichtelementen 128 an einer Schaltkante 130 des Ventilblocks 104 an. Der erste Teilraum 114 und der Aufnahmeraum 120 sind damit fluidisch getrennt, zwischen den Anschlussöffnungen 118 und 120 kann kein Medium überströmen. Eine Rückstellfeder 132 hält den Kolben 112 in dieser Schaltstellung.
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Zum Betätigen des Ventils wird der zweite Teilraum 116 mit einem Druck beaufschlagt, sodass eine Kraft auf den zweiten Kolbenteller 134 des Kolbens 112 ausgeübt wird. Hierdurch bewegt sich der Kolben nach links, sodass die Anlage zwischen dem Dichtelement 128 und der Schaltkante aufgehoben wird und Medium zwischen den Öffnungen 118, 120 überströmen kann. Durch ein Dichtelement 136 ist dabei der zweite Teilraum 116 vom Aufnahmeraum 121 beziehungsweise dem ersten Teilraum 114 abgetrennt.
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Das Ventilgehäuse 108 ist insgesamt dreiteilig aufgebaut. Das Kolbengehäuse 138, welches den Arbeitsraum 110 ausbildet und den Kolben 112 aufnimmt, ist einseitig mit einem Deckelteil 140 über Schrauben 142 verschraubt. Das Deckelteil bildet den äußeren Abschluss für den ersten Teilraum 114.
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Ein weiterer Gehäuseteil 144 schließt den zweiten Teilraum 116 ab und enthält alle zum Betätigen des Ventils 104 notwendigen Komponenten.
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Diese umfassen insbesondere das Pilotventil 70, mittels welchem der Teilraum 116 über eine Leitung 68 mit Druck beaufschlagt werden kann. Der Druck wird dabei von dem ebenfalls in das Gehäuseteil 144 integrierten Druckspeicher 74 bereitgestellt, der gleichzeitig über eine Druckentlastungsleitung 146 mit dem ersten Teilraum 114 in Verbindung steht. Ein Drucksensor 76 dient der Überwachung des Druckes im Druckspeicher 74.
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In der Leitung 146 ist ein Druckminderventil 78 vorgesehen, durch welches am Ausgang 118 der Ventileinheit 104 anliegende Druckspitzen abgefangen werden können. Ferner wird durch das Druckminderventil 78 dafür gesorgt, dass im Druckspeicher 74 für das Pilotventil 70 zuverlässig ein vorgegebener Maximaldruck nicht überschritten wird.
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Das Pilotventil 70 ist ferner über eine Entlüftungsleitung 75 mit der Umgebung verbunden, sodass Druck aus dem zweiten Teilraum 116 abgelassen werden kann. Hierdurch reduziert sich die Kraft auf den Ventilteller 134, sodass die Kraft der Feder 132 den Kolben 112 nach rechts schieben kann, bis die Dichtelemente 128 wieder an der Schaltkante 130 anliegen, sodass die Eingänge 118 und 120 getrennt sind. Über eine Bohrung 148 ist der Eingang 120 ferner mit einem weiteren Drucksensor 50 verbunden.
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Im Gehäuseteil 144 sind ferner noch Steuereinrichtungen 148 zum Ansteuern der besprochenen Komponenten vorgesehen.
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Der gezeigte Ventilblock 104 ist besonders kompakt und eignet sich insbesondere zum Einsetzen einer beschriebenen Niveauregelanlage beziehungsweise in einem beschriebenen Luftfedermodul 74. Am Anschluss 120 würde hierbei die Luftfeder angeschlossen, während der Anschluss 118 wie schematisch gezeigt über die gemeinsame Leitung 16 und das weitere Ventil 18 mit einem Druckspeicher 20 zu koppeln wäre.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Ventilblocks 104, in welcher eine zusätzliche Beschaltung zur manuellen Betätigung des Ventilblocks vorgesehen ist. Die Leitung 68 ist hierbei über ein Wechselventil 98 mit dem Pilotventil 70 gekoppelt. Alternativ kann somit dem Teilraum 116 über das Pilotventil 70 aus dem Druckspeicher 74 Luft zugeführt werden oder auch über die Leitung 100 aus einer anderen Quelle. Durch die Trennung der automatisierten und manuellen Betätigung des Ventilblocks 104 kann für die jeweilige Betätigungsart der Leitungsquerschnitt der Leitungen 72 und 100 getrennt angepasst werden, so dass die notwendigen Tätigungskräfte zuverlässig pneumatisch aufgebracht werden können.
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Das in 3 dargestellte Ventil 104 entspricht der Bauweise nach 2, hier ist lediglich nochmals eine externe Beschaltung zum manuellen Heben und Senken im stromlosen Zustand dargestellt. Die externe Beschaltung entspricht dabei im Wesentlichen der in 1 gezeigten. Auch hier wird der Eingang 120 des Ventils 104 über eine Leitung 16 mit dem weiteren Ventil 18 verbunden. Dieses ist hier ebenfalls pneumatisch betätigbar und weist eine entsprechende Betätigungseinheit 196 auf. Über eine Leitung 22 steht das weitere Ventil 18 mit einem Druckspeicher 20 sowie mit einer Leitung 86 in Verbindung. Die Leitung 86 kontaktiert pneumatisch eine manuell betätigbare Ventileinheit 90. Wird das Ventil 90 im Hebemodus betätigt, so strömt Druckluft aus dem Speicher über eine erste Steuerleitung 94 zur pneumatischen Betätigungseinheit 96 des Ventils 18, sodass Druckluft über den Eingang 120 in den Aufnahmeraum 112 für die Kolbenstange 124 des Kolbens 112 strömen kann. Gleichzeitig strömt Druckluft über eine weitere Leitung 100, die aber ein Wechselventil 98 mit dem Ventil 104 verbunden ist und bei entsprechender Beschaltung hierdurch in den Unterraum 156 des zweiten Teilraums 124. Hierdurch wird eine Kraft auf den zweiten Kolbenteller 134 ausgeübt, sodass sich der Kolben 112 nach links verschiebt und sich die Dichtelement 128 des ersten Kolbentellers 126 von der Schaltkante 130 lösen. Die Druckluft kann nun aus dem Teilraum 122 in den Teilraum 114 des Arbeitsraums 110 überströmen und von dort über den Eingang 118 zur Luftfeder gelangen. Endet die Betätigung des Ventils 92, so kann der Teilraum 156 wieder entlüftet werden.
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Wird das Ventil 90 im Absenkmodus betätigt, wodurch das Pilotventil 70 ebenfalls aber die Steuerleitung 100 druckbeaufschlagt wird, sodass das Ventil 104 wiederum geöffnet wird. Eine Betätigung des weiteren Ventils 18 erfolgt hier jedoch nicht, sodass der Druck aus dem Teilraum 114 über den Aufnahmeraum 122 und den Anschluss 120 sowie die Leitung 16 zum Ventil 18 gelangt und über eine Entlüftungsöffnung am Ventil 18 in die Umgebung abgegeben wird. Hierdurch wird die am Anschluss 118 angeschlossene Luftfeder druckentlastet, sodass sich der Aufbau senkt.
