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Die Erfindung betrifft eine Federungsvorrichtung, insbesondere für Achsfederungen bei Traktoren, mit mindestens einem Federungszylinder, dessen Kolben-Stangeneinheit innerhalb eines Zylindergehäuses eine Kolbenseite von einer Ringseite separiert.
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Durch die
WO 2006/021327 A1 ist eine Federungsvorrichtung, insbesondere für Fahrzeuge mit sich ändernden Lastverhältnissen, bekannt, mit
- - mindestens einem Federungszylinder, der jeweils Druckräume, wie einen Ringraum als Ringseite und einen Kolbenraum als Kolbenseite aufweist,
- - einem Load-Sensing-System zur Druckerzeugung,
- - zwei Hauptzweige bildenden Versorgungsleitungen zwischen diesen Räumen und einem Pumpen- sowie einem Tankanschluss, wobei in jeden Hauptzwei ein Ventil geschaltet ist, von denen mindestens ein Ventil ein Druckregelventil ist, über das die Druckeinstellung für den jeweiligen vorgebbaren Druckraum des jeweiligen Federungszylinders erfolgt, und
- - einer Niveauregulierung, wobei
- - zusätzlich zu der Druckeinstellung die Niveauregulierung mittels dieses Druckregelventils erfolgt, und
- - hierfür das Druckregelventil mittels einer Steuereinrichtung elektrisch ansteuerbar ist.
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Gemäß dieser Lösung im Stand der Technik ist es möglich, den ringseitigen Druck auf verschiedene Druckniveaus einzustellen, so dass dergestalt unterschiedliche Federungskennlinien realisierbar sind. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Last auf der Kolbenseite und die Radsätze mit Radachsen auf der Stangenseite des jeweiligen Federungszylinders angeordnet sind. Demzufolge wird der Druck auf der Kolbenseite von der Last und dem Druck im Ringraum bestimmt. Die Position des Proportional-Druckregelventils, das auch ein Proportional-Druckminderventil sein kann, ist nicht an die Stangenseite des Federungszylinders gebunden, sondern vielmehr wird die Position durch den Druckraum bestimmt, welcher nicht direkt durch die Last beaufschlagt ist.
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Durch die
EP 1419 910 A3 ist darüber hinaus eine hydropneumatische Federung bekannt mit mindestens einem Federungszylinder und mindestens einem Federungsspeicher, insbesondere Hydrospeicher, und mit einem ansteuerbaren Ventil, insbesondere Proportionalventil, zum Freigeben oder Sperren einer fluidführenden Verbindung zwischen Federungszylinder und Federungsspeicher. Dadurch, dass bei der bekannten Lösung das ansteuerbare, insbesondere vorgesteuerte Ventil mittels einer hydraulischen Ansteuereinrichtung in die Schließstellung bringbar ist, sind elektrische Betätigungslösungen vollständig vermieden und es erfolgt eine sichere ausschließliche hydraulische Betätigung des vorgesteuerten Ventils für das Zu- und Abschalten des jeweiligen Federungsspeichers der hydropneumatischen Federung auf dessen Kolbenseite. Wie dargelegt, arbeiten Achsfederungen, insbesondere bei Traktoren, nach dem bekannten Prinzip der ringseitigen Druckbeaufschlagung zur Reduzierung des Druckverhältnisses auf der Kolbenseite im Vergleich zum Lastverhältnis. Durch einen variablen Druck auf der Ringseite kann man das zulässige Lastverhältnis vergrößern und/oder unterschiedliche Federkennlinien erzeugen (adaptive Achsfederung).
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Ausgehend von dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine proportionale Druckeinstellung auf der Ringseite eines Federungszylinders bei einer Achsfederung zu realisieren, die funktionssicher im Betrieb ist und mit wenigen Bauteilen kostengünstig realisierbar ist.
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Eine dahingehende Aufgabe löst eine Federungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 mittels eines Druckbegrenzungsventils eine maximale Druckbegrenzung auf der Ringseite des jeweiligen Federungszylinders erfolgt, ist es mit einfachen Mitteln in Form dieses Druckbegrenzungsventils möglich, eine proportionale Druckeinstellung im gewünschten Rahmen auf der Ringseite des jeweiligen Federungszylinders der Federungsvorrichtung respektive der Achsfederung in funktionssicherer und kostengünstiger Weise zu realisieren.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung ist das Druckbegrenzungsventil ein inverses Proportional-Druckbegrenzungsventil, das im stromlosen Zustand die maximale Druckbegrenzung auf der Ringseite des jeweiligen Federungszylinders vornimmt und das bestromt den zu begrenzenden Druck auf der Ringseite des Federungszylinders stufenlos einstellt.
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Mit dem inversen Proportional-Druckbegrenzungsventil ist eine hervorragende Ansteuercharakteristik und Stabilität für den jeweiligen Federungszylinder über den kompletten Volumenstrombereich erhalten. Durch eine entsprechend optimierte Strömungsgeometrie kommt es zu niedrigen Druckverlusten bei hoher Ansprechdynamik und es ist möglich, das Ventil über den kompletten Volumenstrombereich entsprechend vorgebbar einzustellen. Dadurch, dass das im unbestromten Zustand des Ventils der voreingestellte höchste Druck anliegt, ist eine Fail-Safe-Funktion realisiert. Im stromlosen Zustand begrenzt also das inverse Proportional-Druckbegrenzungsventil den Druck auf maximal mögliche Druckeinstellungen und dient so als maximale Druckbegrenzung für die Ringseite des jeweiligen Federungszylinders. Im Betrieb und mithin bei einer Änderung der Druckeinstellung wird das genannte Ventil elektroproportional auf den gewünschten Druck angesteuert und gegebenenfalls unter Einbezug einer zusätzlich vorzusehenden Ventileinrichtung Öl auf die Ringseite zu- oder abgeführt, so dass der ringseitige Druck auf den gewünschten Wert einstellbar ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass an die Kolbenseite des jeweiligen Federungszylinders eine Niveauregulierung angeschlossen ist. Die Niveauregulierung weist besonders bevorzugt zwei elektro-magnetisch betätigbare Ventile auf, von denen vorzugsweise ein 3/2-Wegeventil dem Heben und ein vorzugsweise zwischen dem 3/2-Wegeventil und der Kolbenseite des Federungszylinders angeschlossenes 2/2-Wegeventil dem Senken des jeweiligen Federungszylinders dient.
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Mit der angesprochenen Niveauregulierung ist ein System geschaffen, mit dem das zugehörige Fahrzeug auch in Form einer Arbeitsmaschine, wie ein Traktor, in seiner Höhe konstant gehalten, angehoben oder abgesenkt werden kann. Dergestalt lässt sich das Fahrzeugniveau bei verschiedenen Beladungszuständen konstant halten, und zwar unabhängig von wechselnden Beladungszuständen. Dergestalt ist die optimale Bodenfreiheit und eine waagerechte Lage des Kraftfahrzeugs in jedem Betriebszustand erhalten. Eine dahingehende Fahrzeuganhebung ermöglicht auch das Überfahren von Hindernissen, respektive die Absenkung ein Unterfahren derselben. Mit der erfindungsgemäßen Lösung einer Federungsvorrichtung ist dabei sichergestellt, dass unabhängig vom eingenommenen Niveau für die Achsfederung des Fahrzeugs nach wie vor die proportionale Druckeinstellung auf der Ringseite des jeweils hierfür eingesetzten Federungszylinders möglich ist, um dergestalt durch einen variablen Druck auf der Ringseite eine adaptive Achsfederung zu erreichen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
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Bei einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung ist vorgesehen, dass ausgehend von der Druckversorgung vor dem inversen Proportional-Druckbegrenzungsventil und der Ring- oder Stangenseite des jeweiligen Federungszylinders eine Blende oder Drossel in die Versorgungsleitung geschaltet ist. Die dahingehende Blende oder Drossel kann auch durch eine Düse realisiert sein und dient insgesamt der Volumenstrombegrenzung in diesem Bereich.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Federungsvorrichtung anhand zweier Ausführungsbeispiele nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in Form hydraulischer Schaltpläne in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
- 1 die wesentlichen Komponenten einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung;
- 2 eine zweite, weitere Ausführungsform vergleichbar der Darstellung nach der 1.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Federungsvorrichtung in der Art eines hydraulischen Schaltplans mit seinen wesentlichen Funktionskomponenten. Die Federungsvorrichtung ist insbesondere für Achsfederungen bei Arbeitsmaschinen, wie Traktoren, geeignet; sie kann aber grundsätzlich für alle Arten von Landmaschinen, Baumaschinen sowie Sonderfahrzeuge ohne weiteres eingesetzt werden. In der 1 ist exemplarisch nur ein Federungszylinder 10 dargestellt; es ist aber selbstredend, dass für eine verlässliche Achsfederung mehrere solcher Federungszylinder zum Einsatz kommen, wobei vorzugsweise zwei Federungszylinder für eine Achse der Arbeitsmaschine vorgesehen sind. Der jeweilige Federungszylinder 10 ist mit seiner Kolben-Stangeneinheit 12 sowohl auf seiner Ring- oder Stangenseite 14 als auch auf seiner Kolbenseite 18 unter Einbezug des jeweiligen Zylindergehäuses 20 an einem Radsatz oder dergleichen anbringbar.
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In Blickrichtung auf die 1 gesehen ist auf der linken Seite des Federungszylinders 10 dessen proportionale Druckeinstellung für seine Ringseite 14 aufgezeigt und auf der rechten Seite als Block 22 seine Niveauregulierung, die optional ist; d.h. für die proportionale Druckeinstellung an sich nicht benötigt wird.
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An die Ringseite 14 des Federungszylinders 10 ist über eine Verbindungsleitung 24 ein Druckbegrenzungsventil 26 angeschlossen in Form eines sog. inversen Proportional-Druckbegrenzungsventils. Das im Folgenden nur kurz mit Druckbegrenzungsventil 26 bezeichnete Ventil ist ausgangsseitig an seiner Anschlussstelle 2 fluidabführend mit einem Tank T in Verbindung und eingangsseitig über seine Anschlussstelle 1 an einen Kreuzungspunkt 28 angeschlossen, in den auch die Verbindungsleitung 24 ausmündet.
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Steigt der Druck an der Anschlussstelle 1 des Ventils 26 über den eingestellten Sollwert, öffnet der Hauptkolben (nicht dargestellt) des Ventils und Öl fließt in Richtung der tankseitigen Anschlussstelle 2. In Abhängigkeit vom elektrischen Sollwert, vorgegeben über die elektro-magnetische Steuereinrichtung 30 des Ventils 26, kann der zu begrenzende Druck für die Ringseite 14 des jeweiligen Federungszylinders 10 stufenlos geregelt werden. Das Ventil 26 ist, wie bereits dargelegt, invers gesteuert, d.h. bei einer Steuerstromverringerung wird das Ventil 26 zugesteuert und an der Anschlussstelle 1 wird ein Gegendruck erzeugt. Unbestromt liegt dann der höchste, voreingestellte Druck am Ventil 26 an, was die Realisierung einer sog. Fail-Safe-Funktion ermöglicht. Der Maximaldruck kann bei derartigen Ventilen insoweit voreingestellt werden.
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Ein dahingehend direkt gesteuertes, inverses Proportional-Druckbegrenzungsventil 26 in Sitzausführung und in der Art eines Einschraubventils ist von der Schutzrechtsinhaberin unter der Bestell-Nr. PDBM06020Z zu erhalten.
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An die Kolbenseite 18 des jeweiligen Federungszylinders 10 ist über eine weitere Verbindungsleitung 32 die Niveauregulierung 22 angeschlossen. Die Niveauregulierung 22 weist zwei elektro-magnetisch betätigbare Ventile 34, 36 auf, von denen das Ventil 34 als 3/2-Wegeventil ausgebildet dem Heben des Federungszylinders dient und das weitere Ventil 36 ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet und dient dem Senken des jeweiligen Federungszylinders 10. Der dahingehende Aufbau einer Niveauregulierung 22 ist im Stand der Technik aufgezeigt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Zwischen den beiden Ventilen 34, 36 mündet eine Load-Sensing-Leitung LS ein. Ferner ist das Ventil 34 auf seiner Eingangsseite an eine Druckversorgung P sowie an den Tank T angeschlossen. Ferner ist zwischen die Niveauregulierung 22 und den Federungszylinder 10 in die weitere Verbindungsleitung 32 ein Hydrospeicher 38 üblicher Bauart geschaltet, der die Dämpfungscharakteristik auf der Kolbenseite 18 des Federungszylinders 10 bestimmt. Die Dämpfungscharakteristik auf der Ringseite 14 des Federungszylinders 10 ist durch einen weiteren Hydrospeicher 40 üblicher Bauart vorgegeben, der mit seiner Fluidseite an den Kreuzungspunkt 28 angeschlossen ist.
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In Blickrichtung auf die 1 gesehen ist oberhalb der Kreuzungsstelle 28 eine an den Kreuzungspunkt 28 angeschlossene Versorgungsleitung 42 vorhanden und als Teil einer Ventileinrichtung 44 ist ein elektro-magnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 46 in die Leitung 42 geschaltet, das im gezeigten unbetätigten Zustand die Druckversorgung P, die an die Versorgungsleitung 42 angeschlossen ist, von der Ringseite 14 des Federungszylinders 10 trennt. Im betätigten Zustand des Ventils 46 wird die dahingehende Fluidversorgung freigegeben, wobei dann die beiden in die Versorgungsleitung 42 geschalteten Rückschlagventils 48 und 50 entsprechend öffnen.
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Die Druckversorgung P kann über eine übliche Druckquelle, wie eine Konstant-Hydropumpe od. dgl., erfolgen. Der abgegebene Druck kann dabei dem Maximaldruck der Hydropumpe entsprechen. Zwischen dem unteren Rückschlagventil 50 und dem Kreuzungspunkt 28 ist noch eine Blende oder Drossel 52 geschaltet, die der Volumenstrombegrenzung des Gesamtsystems, insbesondere in Form des Federungszylinders 10, dient. Zwischen dem oberen Rückschlagventil 48 und dem Ventil 46 ist darüber hinaus ein weiterer Hydrospeicher 54 üblicher Bauart geschaltet, der bei gegebenenfalls nicht ausreichender Druckversorgung P über einen vorgebbaren Zeitraum die Fluidversorgung in die Versorgungsleitung 42 sicherstellen kann.
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Mit der gezeigten Anordnung ist eine proportionale Druckeinstellung auf der Ringseite 14 des jeweiligen Federungszylinders 10 unabhängig von der Niveauvorgabe der Niveauregulierung 22 erreicht. Im stromlosen Zustand begrenzt das Proportional-Druckbegrenzungsventil 26 den Druck auf die maximal mögliche Druckeinstellung und dient so als Fail-Safe-Einrichtung der Maximaldruckbegrenzung auf der Ringseite 14 des Federungszylinders 10. In Aktion, also bei gewünschter Änderung der Druckeinstellung und/oder der Niveauregulierung, wird das Ventil 26 elektro-proportional auf den gewünschten Druck angesteuert und über die Ventile 34 der Niveauregulierung 22 kann Öl zu- oder abgeführt werden, um dergestalt den ringseitigen Druck auf den gewünschten Wert einzustellen oder zu regulieren. Entfällt die Niveauregulierung 22, kann die Fluidzufuhr für die Ringseite 14 des jeweiligen Federungszylinders 10 nur über die Druckversorgung P über die Versorgungsleitung 42 erfolgen. Es ist selbstredend, dass für eine Funktionsansteuerung des Gesamtsystems eine entsprechende Sensorik vorhanden sein muss, die beispielsweise die Position des Federungszylinders 10 erfasst und/oder die einzelnen Druckwerte im System ermittelt. Je nach der Verfahr- und/oder Drucksituation erfolgt dann die Ansteuerung der jeweiligen Ventile über eine übergeordnete Maschinen- oder Fahrzeugsteuerung. Da dahingehende Steuerungssysteme nebst Sensorik in der Praxis üblich sind, wird auf nähere Einzelheiten hierzu nicht mehr eingegangen.
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Im Folgenden wird nun noch eine geänderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung nach der Fig. 2 näher erläutert, wobei dieselben Bauteile, wie bisher beschrieben, auch mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Insoweit gelten die bisher getroffenen Ausführungen hierzu auch für die geänderte Ausführungsform nach der 2.
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Die Ausführungsform nach der 2 unterscheidet sich insoweit von der Lösung nach der 1, als in die Druckversorgung für die Ringseite 14 des jeweiligen Federungszylinders 10 anstelle des 2/2-Wegeventils 46 nach der 1 ein 3/2-Wegeventil 56 geschaltet ist, das im gezeigten, nicht betätigten oder nicht geschalteten Zustand die Druckversorgung P sperrt und ansonsten eine weitere Load-Sensing-Leitung LS, die in die Versorgungsleitung 42 zwischen Ventil 56 und Rückschlagventil 50 einmündet, drucklos zur Tankseite T hin schaltet. Im betätigten Zustand des Ventils wird die Verbindung zum Tank T gesperrt und die Druckversorgung P an die Versorgungsleitung 42 in druckversorgender Weise angeschlossen. Ansonsten ist der Funktionsablauf für die Lösung nach der 2 genau so wie vorstehend für die erste Ausführungsform beschrieben.
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Mit beiden Lösungen ist es möglich, durch einen variablen Druck auf der Ringseite 14 des Federungszylinders 10 zulässige Lastverhältnisse zu vergrößern und/oder unterschiedliche Federkennlinien im Sinne einer adaptiven Achsfederung zu erzeugen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/021327 A1 [0002]
- EP 1419910 A3 [0004]
