DE102018112549A1

DE102018112549A1 - Luftfederanordnung

Info

Publication number: DE102018112549A1
Application number: DE102018112549.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Fäth; Stefan Wallmeier
Original assignee: SAF Holland GmbH
Current assignee: SAF Holland GmbH
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2038-05-26
Also published as: DE102018112549B4

Abstract

Luftfederanordnung (1), insbesondere für Nutzfahrzeuge, umfassend einen Deckel (10), einen Luftfederbalg (20) und einen Tauchkolben (30), wobei der Deckel (10) dazu ausgelegt ist, an einem ersten Fahrzeugteil festgelegt zu werden, wobei der Tauchkolben (30) dazu ausgelegt ist, an einem zweiten Fahrzeugteil festgelegt zu werden, wobei der Luftfederbalg (20) mittel- oder unmittelbar am Deckel (10) und am Tauchkolben (30) angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei zumindest der Deckel (10), der Luftfederbalg (20) und der Tauchkolben (30) ein Federvolumen (V1) umschließen, wobei der Tauchkolben (30) dazu ausgelegt ist, durch eine Relativbewegung zum Deckel (10) in eine Federrichtung (F) das Federvolumen (V1) zu verändern, und wobei das Federvolumen (V1) über zumindest ein Primärventil (41, 42) mit zumindest einem weiteren Volumen (V2.2, V2.3) fluidisch verbunden ist, wobei das zumindest eine Primärventil (41, 42) schaltbar und/oder drosselbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfederanordnung, insbesondere für ein Nutzfahrzeug.
Luftfedern sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Diese dienen dazu, die Bewegung eines Fahrzeugs relativ zu einer Fahrbahn zu federn und/oder zu dämpfen. Hierzu wird zwischen den abzufedernden Bauteilen ein Luftvolumen eingeschlossen, welches dann durch die Relativbewegung der Komponenten komprimiert werden kann, um so eine Abfederung und/oder eine Dämpfung der Bewegung zu erreichen. Problematisch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Luftfedern ist jedoch, dass diese eine fest definierte Charakteristik, insbesondere hinsichtlich der bereitgestellten Federungs- und/oder Dämpfungscharakteristik, aufweisen.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftfederanordnung bereitzustellen, welche es ermöglicht die Eigenschaften einer Luftfeder, insbesondere dessen Federungs- und/oder deren Dämpfungscharakteristik, dynamisch anzupassen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Luftfederanordnung gemäß Anspruch 1, einem Nutzfahrzeug gemäß Anspruch 9 und mit einem Verfahren gemäß Anspruch 10.
Erfindungsgemäß umfasst eine Luftfederanordnung, insbesondere für Nutzfahrzeuge, einen Deckel, einen Luftfederbalg und einen Tauchkolben, wobei der Deckel dazu ausgelegt ist, an einem ersten Fahrzeugteil festgelegt zu werden bzw. zu sein, wobei der Tauchkolben dazu ausgelegt ist, an einem zweiten Fahrzeugteil festgelegt zu werden bzw. zu sein, wobei der Luftfederbalg mittel- oder unmittelbar am Deckel und am Tauchkolben angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei zumindest der Deckel, der Luftfederbalg und der Tauchkolben ein Federvolumen umschließen, wobei der Tauchkolben dazu ausgelegt ist, durch eine Relativbewegung zum Deckel in eine Federrichtung das Federvolumen zu verändern, und wobei das Federvolumen über zumindest ein Primärventil mit zumindest einem weiteren Volumen fluidisch verbunden ist, wobei das zumindest eine Primärventil schaltbar und/oder drosselbar ist. Die erfindungsgemäße Luftfederanordnung dient dabei dazu, die Bewegung eines ersten Fahrzeugteils zu einem zweiten Fahrzeugteil zu dämpfen und/oder abzufedern. Das erste Fahrzeugteil und/oder das zweite Fahrzeugteil können dabei beispielsweise durch einen Teil des Rahmens des Nutzfahrzeugs, durch die Achse, durch die Welle und/oder durch einen Lenker, insbesondere einen Längslenker, des Nutzfahrzeugs gebildet sein. Das Nutzfahrzeug selbst kann dabei unter anderem ein Anhänger, insbesondere ein Sattelauflieger oder eine Zugmaschine sein. Die erfindungsgemäße Luftfederanordnung umfasst zumindest einen Deckel, einen Luftfederbalg und einen Tauchkolben, welche das Federvolumen umschließen. Das Federvolumen bzw. das in dem Federvolumen vorhandene Fluid ist dazu ausgelegt, durch Kompression die Relativbewegung des ersten Fahrzeugteils zum zweiten Fahrzeugteil abzufedern und/oder zu dämpfen. Der Deckel der Luftfederanordnung dient unter anderem dazu, diese an dem ersten Fahrzeugteil festzulegen bzw. mittelbar und/oder unmittelbar an dem ersten Fahrzeugteil festgelegt zu werden. Der Tauchkolben hingegen ist dazu ausgelegt, mittelbar und/oder unmittelbar am zweiten Fahrzeugteil festgelegt zu sein bzw. zu werden. Festlegen bedeutet dabei in diesem Zusammenhang, dass der Deckel und der erste Fahrzeugteil und/oder der Tauchkolben und der zweite Fahrzeugteil derart miteinander verbunden sein können, dass der Deckel mit dem ersten Fahrzeugteil und/oder der Tauchkolben mit dem zweiten Fahrzeugteil sich bei einer Bewegung des jeweiligen Fahrzeugteils mitbewegen. Der Luftfederbalg der Luftfederanordnung ist dabei mittel- oder unmittelbar sowohl am Deckel als auch am Tauchkolben angeordnet oder ist dort anordenbar, sodass das Federvolumen zumindest durch den Deckel, den Luftfederbalg und den Tauchkolben umschlossen ist. Hierdurch kann eine hohe Dichtwirkung in Kombination mit einem geringen Bauraumbedarf erreicht werden. Der Luftfederbalg ist dabei insbesondere zumindest teilweise aus einem Elastomer und/oder einem Gummimaterial gefertigt, sodass dieser besonders flexibel ist. Bevorzugt weist der Luftfederbalg an seinen Endabschnitten jeweils Verstärkungen auf, sodass hierdurch eine besonders sichere Festlegung am Deckel und/oder am Tauchkolben gewährleistet werden kann. Der Tauchkolben dient dazu, durch eine Relativbewegung relativ zum Deckel in eine Federrichtung das Federvolumen zu verändern, sodass eine abfedernde und/oder dämpfende Wirkung durch die Luftfederanordnung zwischen dem ersten Fahrzeugteil und dem zweiten Fahrzeugteil erreicht wird, unter anderem durch die Kompression des Fluids in dem Federvolumen. Diese Relativbewegung des Tauchkolbens zum Deckel kann dabei sowohl in positive als auch in negative Federrichtung erfolgen. Die Federrichtung ist dabei insbesondere diejenige Richtung, welche in einem eingebauten Zustand vom Tauchkolben zum Deckel weist. Das Federvolumen in der Luftfederanordnung ist über zumindest ein schaltbares und/oder drosselbares Primärventil mit zumindest einem weiteren Volumen fluidisch verbunden. Die Primärventile sind die Ventile, durch welche ein Volumenstrom von dem Federvolumen in das weitere Volumen und/oder in die Umgebung stattfinden kann. Die Primärventile können dabei derart ausgestaltet sein, dass diese uni- oder bidirektional von einem Fluid durchströmt werden können. Drosselbar bedeutet unter anderem, dass der durch die Primärventile verursachte Strömungswiderstand und/oder der Volumenstrom durch das Ventil veränderbar ist. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz eines beidseits und/oder einseitig drosselbaren Geschwindigkeitsregulierventils erreicht werden. Alternativ kann dies auch dadurch erreicht werden, dass die zu durchströmende Länge des Ventils variable gestaltet ist, ähnlich wie bei einem Teleskopzylinder. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt, ist zumindest eines der Primärventile schaltbar. Schaltbar kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass die Richtung des Volumenstroms, welcher durch das Primärventil strömt, verändert werden kann und/oder dass der Volumenstrom durch das Primärventil zugelassen ist oder nicht, sodass eine Durchströmung des Ventils verhindert ist oder stattfinden kann. Beispielsweise kann die Drosselung und/oder die Schaltung des Primärventils derart ausgestaltet sein, dass eine zumindest teilweise progressive, degressive oder lineare Federkennlinie der Luftfederanordnung resultiert. Fluidisch verbinden bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Volumenstrom vom Federvolumen durch das Primärventil in das weitere Volumen stattfinden kann und/oder umgekehrt. Das weitere Volumen muss nicht unbedingt zusammenhängend ausgestaltet sein, sondern kann durch verschiedene unabhängig oder zusammenhängende Volumina gebildet sein. Bevorzugt wird das weitere Volumen zumindest teilweise, bevorzugt ausschließlich, durch gegenüber der Umgebung abgeschlossene Volumina gebildet und/oder durch die Umgebung selbst und/oder durch das Arbeitsvolumen eines Kompressors und/oder einer Pumpe. Vorteilhafterweise ist das weitere Volumen zumindest durch ein oberes Primärventil im Deckel und/oder durch ein unteres Primärventil im Tauchkolben, insbesondere in einer Ventilplatte, mit dem Federvolumen verbunden. In anderen Worten kann das weitere Volumen zumindest durch ein Sekundärvolumen, welches bevorzugt zumindest teilweise im Tauchkolben angeordnet ist, und/oder durch ein Tertiärvolumen gebildet sein, wobei das Tertiärvolumen bevorzugt mittels der oberen Primärventile bzw. dem oberen Primärventil fluidisch mit dem Federvolumen verbunden ist. Hierdurch wird eine besonders bauraumsparende Luftfederanordnung erreicht. Durch die schaltbare und/oder drosselbare Ausgestaltung zumindest eines Primärventils, bevorzugt jedoch aller Primärventile, ist es möglich, dynamisch die Eigenschaften der Luftfederanordnung, insbesondere dessen Federungs- und/oder deren Dämpfungscharakteristik, anzupassen bzw. zu verändern, insbesondere auch im Betrieb.
Bevorzugt ist das weitere Volumen zumindest teilweise durch ein Sekundärvolumen gebildet, wobei das Sekundärvolumen zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, vom Tauchkolben umschlossen ist, und wobei insbesondere zumindest ein unteres Primärventil das vom Tauchkolben umschlossene Sekundärvolumen mit dem Federvolumen fluidisch verbindet. Durch die Anordnung zumindest eines Teils des Sekundärvolumens im Tauchkolben kann eine besonders bauraumsparende Luftfederanordnung erreicht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung verbinden eine Vielzahl von unteren Primärventilen das Sekundärvolumen fluidisch mit dem Federvolumen, wobei bevorzugt zumindest eines der unteren Primärventile dazu ausgelegt ist, in nur eine Richtung fluidisch zu verbinden. Durch das Verwenden einer Vielzahl von unteren Primärventilen wird erreicht, dass die Luftfederanordnung eine besonders hohe Ausfallsicherheit aufweist. Bevorzugt verbinden dabei eine gerade Anzahl von unteren Primärventilen das Sekundärvolumen fluidisch mit dem Federvolumen, hierdurch kann erreicht werden, dass eine besonders gleichmäßige Gewichtsverteilung und/oder ein besonders gleichmäßiger Volumenstrom durch die Primärventile ermöglicht wird. Alternativ bevorzugt handelt es sich bei der Vielzahl von unteren Primärventilen um eine ungerade Anzahl, denn die Anmelderin hat überraschend herausgefunden, dass hierdurch Resonanzerscheinungen verringert werden können bzw. dessen Auftretenswahrscheinlichkeit reduziert werden kann. Durch das Ausgestalten zumindest eines Primärventils, bevorzugt aller unterer Primärventile, dahingehend, dass diese nur in eine Richtung fluidisch verbindet/n, wird erreicht, dass diese Ventile eine besonders hohe Lebensdauer aufweisen. Bevorzugt sind diese unidirektional durchströmbaren unteren Primärventile derart ausgebildet, dass die maximal zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitte aller Ventile in beide Richtungen (vom Sekundärvolumen in das Federvolumen und umgekehrt) gleich groß sind. Alternativ bevorzugt kann die Summe der effektiv zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitte auch in einer Richtung größer sein als in die andere Richtung - zumindest zeitweise, sodass unterschiedliche Federcharakteristiken beim Ein- und Ausfedern erreicht werden können.
Zweckmäßigerweise ist das Sekundärvolumen mit einem Vorratsvolumen verbunden, wobei das Vorratsvolumen in Federrichtung im Wesentlichen unterhalb des Tauchkolbens angeordnet ist. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise das insgesamt zur Verfügung stehende Arbeitsvolumen der Luftfederanordnung, zumindest zeitweise, vergrößert werden. Die positive Federrichtung ist dabei insbesondere diejenige, welche vom Tauchkolben zum Deckel weist. In anderen Worten kann die positive Federrichtung diejenige Richtung sein, in welche sich der Tauchkolben bei einer Einfederbewegung relativ zum Deckel bewegt. Im Wesentlichen unterhalb des Tauchkolbens bedeutet dabei in diesem Zusammenhang, dass mindestens 50 %, bevorzugt 70 % und besonders bevorzugt 90 % des Vorratsvolumens unterhalb des Tauchkolbens angeordnet sind. Maßgeblicher Punkt für „unterhalb“ ist dabei der Schwerpunkts des Tauchkolbens oder der niedrigste Punkt des Tauchkolbens gesehen in negativer Federrichtung. Beispielsweise kann das Vorratsvolumen zumindest teilweise innerhalb des zweiten Fahrzeugteils angeordnet sein. Hierdurch kann der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden. Besonders bevorzugt ist das Vorratsvolumen als ein Kunststoffteil und/oder ein zumindest zum überwiegenden Teil aus Polymeren bestehendes Teil ausgebildet, sodass das Auftreten von Korrosion verhindert bzw. behindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sekundärvolumen mit einem Sekundärventiel mit dem Vorratsvolumen fluidisch verbunden. Hierdurch wird erreicht, dass der Fluidstrom zwischen Sekundärvolumen und Vorratsvolumen für die Dämpfungs- und/oder Federungscharakteristik der Luftfederanordnung verwendet werden kann. Bevorzugt ist zumindest eines der Sekundärventile, besonders bevorzugt der überwiegende Teil und besonders stark bevorzugt alle Sekundärventile schaltbar und/oder drosselbar. Hierdurch wird eine weitere Möglichkeit geschaffen, insbesondere dynamisch, die Eigenschaften der Luftfederanordnung, insbesondere dessen Federungs- und/oder deren Dämpfungscharakteristik, anzupassen.
Zweckmäßigerweise ist das weitere Volumen zumindest teilweise durch ein Tertiärvolumen gebildet, wobei das Tertiärvolumen durch zumindest ein Primärventil mit dem Federvolumen fluidisch verbunden ist. Hierdurch kann eine besonders kompakte Luftfederanordnung mit einem hohen Maß an Fluidvolumen erreicht werden. Das Tertiärvolumen kann beispielsweise durch einen Lufttank, dem Arbeitsvolumen einer Pumpe und/oder dem Arbeitsvolumen eines Kompressors gebildet sein. Das Tertiärvolumen ist dabei zweckmäßigerweise ein Volumen, welches innerhalb und/oder an dem ersten Fahrzeugteil festgelegt ist. Hierdurch kann auch der Bauraum des ersten Fahrzeugteils genutzt werden, sodass eine besonders effiziente Ausnutzung von Bauraum erreicht wird. Besonders bevorzugt ist das Primärventil, welches das Tertiärvolumen mit dem Federvolumen fluidisch verbindet, als oberes Primärventil ausgestaltet, insbesondere ist das obere Primärventil dabei innerhalb des Deckels angeordnet. Hierdurch kann eine besonders mechanisch belastbare Ventilanordnung erreicht werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Primärventil, welches das Tertiärvolumen mit dem Federvolumen fluidisch verbindet, im Deckel angeordnet. Hierdurch kann eine besonders bauraumsparende Luftfederanordnung erreicht werden.
Zweckmäßigerweise weist zumindest ein Primärventil und/oder zumindest ein Sekundärvolumen eine Stelleinheit auf und/oder ist mit einer Stelleinheit verbunden, wobei die Stelleinheit dazu ausgelegt ist, das Primärventil und/oder das Sekundärventil zu drosseln und/oder zu schalten. Die Stelleinheit kann dabei einen Motor, einen Kolben, eine magnetische Betätigungseinheit und/oder eine mechanische Betätigungseinheit sein. Wichtig ist, dass die Stelleinheit den Schallzustand und/oder den Drosselzustand des Ventils verändern kann. Die Stelleinheit muss dabei nicht zwangsläufig Teil des jeweiligen Ventils sein, sondern kann auch eine externe Einheit sein, wie zum Beispiel ein Elektromotor, welcher durch eine Welle und/oder durch einen Schieber das Ventil schaltet und/oder drosselt. Um Bauraum zu sparen und eine kostengünstige Montage zu erreichen, sollte die Stelleinheit jedoch als eine Baueinheit mit dem Ventil ausgeführt sein. Durch die Stelleinheit wird erreicht, dass auf den Schaltzustand und/oder den Drosselzustand, insbesondere auf die durchströmbare Fläche, gezielt Einfluss genommen werden kann.
Bevorzugt weist die Luftfederanordnung zumindest eine Kontrolleinheit auf, wobei die Kontrolleinheit über eine Signalübertragungsvorrichtung mit mindestens einem Primärventil, bevorzugt dem überwiegenden Teil der Primärventile und besonders bevorzugt mit allen Primärventil und/oder einem Sekundärventil, bevorzugt dem überwiegenden Teil der Sekundärventile und besonders bevorzugt allen Sekundärventilen, verbunden ist, wobei die Signalübertragungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Steuersignal von der Kontrolleinheit an das zumindest eine Primärventil und/oder Sekundärventil zu übertragen, und wobei das Steuersignal dazu dient, dass zumindest eine Primärventil und/oder eine Sekundärventil zu schalten und/oder zu drosseln. Hierdurch wird erreicht, dass der Schalt- und/oder Drosselzustand zumindest eines Primärventils und/oder eines Sekundärventils gezielt eingestellt werden kann. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit Bestandteil und/oder mit einem elektronischen Bremssystem verbunden sein, wodurch eine besonders kompakte Bauweise erfolgt. Zusätzlich weist diese Ausgestaltung auch den Vorteil auf, dass Informationen aus dem Bremssystem oder seinen Subsystemen (ABS, ESP usw.) der Kontrolleinheit in einfacher Weise zur Verfügung gestellt werden können. Beispielsweise kann das Steuersignal in der Kontrolleinheit in Abhängigkeit unter anderem davon erzeugt werden, ob die Feder eine Einfeder- oder eine Ausfederbewegung vollführt. Zusätzlich oder alternativ bevorzugt kann das Steuersignal auch beispielsweise abhängig von dem Beladungszustand, der Fahrzeuggeometrie (zum Beispiel der Fahrzeughöhe, der Federmitte, der Achsbreite usw.), der Beschleunigung, der Verzögerung und/oder den herrschenden Straßenverhältnissen sein. Hierdurch wird ermöglicht, dass das Steuersignal dynamisch Fahrzeug- und/oder Fahrzuständen anpassbar bzw. angepasst ist. Die Signalübertragungsvorrichtung kann beispielsweise ein Kabel und/oder eine drahtlose Übertragungseinrichtung wie z. B. Bluetooth oder WLAN sein. Bevorzugt wird das Steuersignal dabei nicht direkt an das jeweilige Ventil übertragen, sondern an die Stelleinheit, welche mit dem jeweiligen Ventil verbunden ist. In anderen Worten bedeutet dies, dass das Steuersignal von der Kontrolleinheit nicht unmittelbar an das Primärventil und/oder das Sekundärventil übertragen werden muss, sondern statt in diesen Ventilen verarbeitet zu werden kann das Steuersignal auch in der Stelleinheit verarbeitet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuersignal zumindest abhängig von dem Druck im Federvolumen und/oder in dem weiteren Volumen, insbesondere dem Sekundärvolumen. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise auf den momentan im Federvolumen und/oder in dem weiteren Volumen herrschenden Verhältnissen Rechnung getragen werden. Beispielsweise wird bei einem starken Überdruck im Federvolumen dahingehend auf den Zustand der Luftfeder eingewirkt, dass ein Ausströmen von Fluid aus dem Federvolumen durch Öffnen eines Primärventils und/oder eines Sekundärventils erleichtert wird. Zusätzlich oder alternativ bevorzugt kann das Steuersignal auch abhängig von dem Abstand des Deckels zum Tauchkolben in Federrichtung sein. Hierdurch wird ermöglicht, dass zum Beispiel die Federsteifigkeit der Luftfederanordnung kurz vor dem Kontakt des Deckels mit dem Tauchkolben erhöht wird, sodass die Wahrscheinlichkeit des Aufeinandertreffens des Deckels auf den Tauchkolben reduziert wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuersignal auch abhängig von der Geschwindigkeit der Annäherung des Deckels an den Tauchkolben (Federgeschwindigkeit) sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine effektive Strömungsfläche der Primärventile, insbesondere der unteren Primärventile, abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Federvolumen und dem weiteren Volumen, insbesondere dem Sekundärvolumen, oder dem Umgebungsdruck. Die effektive Strömungsfläche eines Ventils ist insbesondere diejenige Fläche des gemittelten Strömungsquerschnitts des Ventils oder die minimalste Strömungsquerschnittsfläche des Ventils, welcher für die Durchströmung zu diesem Zeitpunkt bereit steht. Zweckmäßigerweise ist die effektive Strömungsfläche des Ventils dabei zumindest bereichsweise durch eine lineare Abhängigkeit zu der wirkenden Druckdifferenz gekennzeichnet. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Funktion der effektiven Strömungsfläche über der wirkenden Druckdifferenz, zumindest bereichsweise, durch eine lineare Abhängigkeit charakterisiert ist. Die in Rede stehende effektive Strömungsfläche kann dabei die effektive Strömungsfläche eines der Primärventile und/oder die Summe der effektiven Strömungsflächen aller Primärventile sein. In anderen Worten bedeutet dies, dass sich die effektive Strömungsfläche eines Ventils und/oder die Summe aller Ventile zumindest bereichsweise linear in Abhängigkeit der wirkenden Druckdifferenz verhalten kann/können. Hierdurch kann ein besonderes einfaches Anpassen der Ventilkennlinie erreicht werden. Bevorzugt ist diese, zumindest bereichsweise, lineare Abhängigkeit der effektiven Strömungsfläche (Einzelventil oder Summe der Ventile) derart gestaltet, dass diese eine Steigung im Bereich von 100 mm²/bar bis 600 mm²/bar, bevorzugt von 200 mm²/bar bis 500 mm²/bar und besonders bevorzugt von 250 mm²/bar bis 400 mm²/bar aufweist. Bei einer Steigung im Bereich von 100 mm²/bar bis 600 mm²/bar kann erreicht werden, dass ein besonders komfortables Fahrgefühl beim Benutzer erreicht wird. Bei einer Steigung im Bereich von 200 mm²/bar bis 500 mm²/bar hat die Anmelderin überraschend herausgefunden, dass Resonanzerscheinungen vermieden bzw. reduziert werden können. Um ein besonders hohes Maß an Betriebssicherheit zu erreichen, sollte die Steigung im Bereich von 250 mm²/bar bis 400 mm²/bar liegen. Zusätzlich oder alternativ bevorzugt kann die Abhängigkeit zu der Druckdifferenz auch durch eine zumindest teilweise konstante, quadratische und/oder kubische Abhängigkeit charakterisiert sein. Hierdurch kann eine besonders flexible Anpassung der effektiven Strömungsfläche an die Druckdifferenz erreicht werden. Um ein hohes Maß an Ausfallsicherheit bereits zu stellen, sollte die effektive Strömungsfläche nie verschwinden. In anderen Worten bedeutet dies, dass immer eine gewisse Druchströmbarkeit der Primärventile gegeben sein sollte.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Luftfederanordnung zumindest eine Sensoreinheit auf, wobei die Sensoreinheit zumindest einen Sensor umfasst, wobei die Kontrolleinheit mit der Sensoreinheit durch eine Messsignalübertragungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Messsignalübertragungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Messsignal von der zumindest einen Sensoreinheit an die Kontrolleinheit zu übertragen, wobei die Kontrolleinheit dazu ausgelegt ist, mindestens ein Primärventil und/oder ein Sekundärventil in Abhängigkeit vom Messsignal zu schalten und/oder zu drosseln. Die Sensoreinheit ist bevorzugt dazu ausgelegt, mittels des zumindest einen Sensors einen Fahrzustand und/oder einen Fahrzeugzustand zu erfassen. Die Sensoreinheit kann hierzu eine Vielzahl von Sensoren aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, verschiedene Fahrzustände und/oder Fahrzeugzustände zu erfassen. Diese verschiedenen Sensoren können dabei an unterschiedlichen Orten angeordnet sein, sodass die Sensoreinheit nicht unbedingt als eine zusammenhängende Einheit zu verstehen ist, sondern vielmehr auch eine dezentrale Einheit darstellen kann. Jeder der Sensoren der Sensoreinheit ist dabei dazu ausgelegt, ein Messsignal zu produzieren, welches eine Information bezüglich des gemessenen Fahrzeug- bzw. Fahrzustands repräsentieren soll. Dieses Messsignal wird mittels der Messsignalübertragungsvorrichtung an die Kontrolleinheit übertragen. Die Messsignalübertragungsvorrichtung kann dabei beispielsweise unter anderem durch Kabel, WLAN und/oder Bluetooth gebildet sein. Es ist auch denkbar, dass jeder der Sensoren jeweils mit einer eigenen Kontrolleinheit verbunden ist und dass diese jeweils mit dem Ventil verbunden ist, sodass jede Kontrolleinheit unabhängig von den anderen Kontrolleinheiten eine Drosselung und/oder eine Schaltung des oder der Ventile vornimmt bzw. vornehmen kann. Hierdurch kann insbesondere die Ausfallsicherheit erhöht werden. Bevorzugt gibt es jedoch zumindest eine zentrale Kontrolleinheit, welche alle Messsignale verarbeitet und ein Steuersignal erzeugt und wobei dieses Steuersignal die Drosselung und/oder die Schaltung des Ventils verursacht. Durch das Vorsehen einer zentralen Kontrolleinheit ist es möglich, auch funktionell zusammenhängende Messsignale verarbeiten zu können. Der von den Sensoren bzw. der Sensoreinheit zu erfassende Fahrzustand und/oder Fahrzeugzustand muss von den Sensoren bzw. dem Sensor nicht unbedingt unmittelbar erfasst werden, sondern vielmehr kann dieser Fahrzeugzustand oder Fahrzustand auch mittelbar durch die Sensoren erfasst werden, sodass erst durch eine Berechnung in der Kontrolleinheit, in der der wirkliche Fahrzeug- oder Fahrzustand bestimmt wird. Dies kann beispielsweise durch ein geeignetes Fahrzeugmodell, ein neuronales Netz oder durch eine Zeitreihenanalyse erfolgen. Der Fahrzeugzustand kann zum Beispiel durch den Beladungszustand, die Fahrzeughöhe, das Vorliegen einer Kranverladung, das Vorliegen einer Be- oder Entladung, dem Vorliegen einer Störung und/oder der Vornahme eines Services gekennzeichnet sein. Der Fahrzustand kann zum Beispiel durch eine Bremsung, eine Kurve, die vorliegende Geschwindigkeit, die Fahrstabilität (Autobahnfahrt, Stadtfahrt oder Landstraßenfahrt) gekennzeichnet sein und/oder auch dahingehend, ob die Luftfeder eine einfedernde oder eine ausfedernde Bewegung vollzieht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kontrolleinheit eine Benutzereingabeeinheit und/oder ist mit einer Benutzereingabeeinheit verbunden, wobei die Kontrolleinheit dazu ausgelegt ist, zumindest ein Primärventil und/oder ein Sekundärventil in Abhängigkeit von einer Benutzereingabe an der Benutzereingabeeinheit zu schalten und/oder zu drosseln. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Schalt- und/oder der Drosselzustand zumindest eines Primärventils und/oder eines Sekundärventils in Abhängigkeit einer Benutzereingabe einstellbar ist bzw. eingestellt werden kann bzw. wird. Die Kontrolleinheit muss dabei die Benutzereinheit nicht unmittelbar umfassen, sondern braucht lediglich mit dieser informationstechnisch verbunden zu sein, sodass Benutzereingaben der Benutzereinheit an die Kontrolleinheit weitergegeben werden können. Beispielsweise kann die Benutzereingabeeinheit in der Nähe des Fahrers, wie z.B. in der Fahrerkabine, angeordnet sein, sodass dieser direkt Eingaben in die Benutzereingabeeinheit vornehmen kann. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt können Teile der Benutzereingabeeinheit auch an Orten angeordnet sein, welche beispielsweise durch ein Verladepersonal erreicht werden können, sodass diese Eingaben tätigen können, wie beispielsweise den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs. Durch die Benutzereingabeeinheit wird erreicht, dass somit auch Fahrzeug- und Fahrzustände bzw. Wünsche des Benutzers Einfluss auf das Verhalten der Luftfederanordnung haben können. Insbesondere bei messtechnisch schwierig erfassbaren Fahrzeug- und Fahrzuständen können diese durch die Benutzereingabeeinheit auf einfache Weise erfasst werden und/oder es kann dem Subjektivempfinden des Benutzers Rechnung getragen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Kontrolleinheit eine Warneinheit auf und/oder ist mit einer Warneinheit verbunden, und wobei die Warneinheit dazu ausgelegt ist, eine Warnung auszugeben. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Benutzer und/oder der Fahrer des Nutzfahrzeugs auf Misszustände, welche durch die Kontrolleinheit erfasst wurden, hingewiesen werden kann. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit diesen Misszustand bzw. diesen warnungsbedürftigen Zustand durch eine Kontrolle der Messsignale und/oder der Steuersignale bestimmen. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Kontrolleinheit bedingt durch die ihr zuströmenden und/oder abströmenden Informationen in der Lage ist, kritische und/oder warnungsbedürftige Zustände, wie beispielsweise ein zu niedriger und/oder zu hoher Druck bzw. eine zu schnelle Einfederbewegung, festzustellen und den Fahrer bzw. den Benutzer durch Verwendung der Warneinheit auf diesen Zustand aufmerksam zu machen. Die Warneinheit kann dabei eine optische und/oder eine akustische Warneinheit sein, zum Beispiel ein Blinklicht und/oder ein Lautsprecher.
Die Erfindung betrifft auch ein Nutzfahrzeug, welches zumindest eine Luftfederanordnung wie sie obig beschrieben wurde umfasst. Hierdurch ist es möglich, insbesondere die Federungs- und/oder die Dämpfungscharakteristik dynamisch anzupassen. Bevorzugt sind zumindest zwei Achsen durch eine Luftfederanordnung der in Rede stehenden Art abgefedert. Hierbei ist es möglich, dass in dem gesamten Nutzfahrzeug mehrere Luftfederanordnungen der in Rede stehenden Art vorhanden sind, jedoch nur eine Kontroll- und/oder eine Sensoreinheit. In anderen Worten kann dies bedeuten, dass zwar mehrere Luftfederanordnungen vorhanden sein können, jedoch nur eine zentrale Kontroll- und/oder eine zentrale Sensoreinheit. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Druck in den Luftfederbälgen unabhängig voneinander, insbesondere dynamisch während des Betriebs, eingestellt wird oder einstellbar ist. Hierdurch wird erreicht, dass individuell auf die an der Achse herrschenden Zustände eingegangen werden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn beim Anfahren die Vorlast der Achse des Nutzfahrzeugs in Fahrtrichtung in dessen Luftfederbälgen geringere Drücke aufweist, als die Luftfederbälge der übrigen Achsen. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt ist es auch vorteilhaft, wenn beim Rangieren die hinterste Achse in Fahrtrichtung in dessen Luftfederbälgen einen geringeren Druck aufweist, als die übrigen Federbälge des Nutzfahrzeugs. Die Fahrtrichtung ist dabei insbesondere diejenige Richtung, in welche sich das Nutzfahrzeug bei einer Vorwärtsfahrt bewegt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines Ventils in einer Luftfederanordnung, insbesondere eines Primärventils und/oder eines Sekundärventils in einer Luftfederanordnung wie sie bereits beschrieben wurde, wobei ein Fahrzeug- und/oder ein Fahrzustand von zumindest einem Sensor und/oder durch eine Bedieneinheit erfasst wird, wobei eine Kontrolleinheit in Abhängigkeit des erfassten Fahrzeug- und/oder Fahrzustands Steuersignale erzeugt, wobei das Ventil unmittelbar und/oder mittelbar in Abhängigkeit des Steuersignals geschaltet und/oder gedrosselt wird. Das in Rede stehende Verfahren dient dabei insbesondere zur Steuerung und/oder zum Schalten einer der vorgehend beschriebenen Luftfederanordnungen. Es versteht sich dabei, dass die bereits dargelegten Vorteile und Merkmale der Luftfederanordnung auch Gegenstand des Verfahrens zum Schalten eines Ventils sein können. Der Fahrzeugzustand kann dabei beispielsweise unter anderem durch eine Einfederbewegung oder eine Ausfederbewegung der Luftfederanordnung charakterisiert sein und/oder zusätzlich auch durch den Beladungszustand, die Fahrzeughöhe, das Vorliegen einer Kranverladung, das Vorliegen einer Kurvenfahrt, das Vorliegen einer Be- oder Entladung, dem Vorliegen einer Störung und/oder der Vornahme eines Services gekennzeichnet sein. Der Fahrzustand kann beispielsweise unter anderem durch eine Bremsung, eine Kurve, die vorliegende Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder die Fahrstabilität (Autobahnfahrt, Stadtfahrt oder Landstraßenfahrt) gekennzeichnet sein. Die Erfassung des Fahr- und/oder Fahrzeugzustandes muss durch die Bedieneinheit und/oder durch den zumindest einen Sensor nicht explizit erfasst werden, sondern dieser Zustand kann zum Beispiel in der Kontrolleinheit durch die erfassten Messdaten bzw. durch die Benutzereingabe bestimmt werden. Diese indirekte Zustandserfassung kann beispielsweise durch die Verwendung eines neuronalen Netzes, einer Zeitreihenanalyse und/oder durch ein geeignetes Fahrzeugmodell bestimmt werden. Insbesondere kann diese indirekte Bestimmung dabei in der Kontrolleinheit erfolgen. Hierdurch wird erreicht, dass eine Vielzahl von Fahrzeug- und/oder Fahrzuständen ermittelt werden kann, ohne dass diese explizit erfasst werden müssen. Insbesondere kann hierdurch durch die Interaktion von Messwerten das Spektrum von erfassten Fahr- und/oder Fahrzeugzuständen erweitert werden, ohne dass zusätzliche Sensoren von Nöten sind. Bevorzugt ist es, wenn die Kontrolleinheit auch in der Lage ist, ein Warnsignal zu generieren, wenn der Fahr- und/oder Fahrzeugzustand kritisch ist und/oder wenn der vom Bediener eingegebene Zustand nicht mit dem von den Sensoren direkt oder indirekt erfassten Zustand übereinstimmt. Hierdurch wird die Kontrolleinheit und/oder die Sensoren nicht nur dazu verwendet, Einfluss auf den Schalt- und/oder Drosselzustand des Ventils zu nehmen, sondern durch die Warnung - basierend auf den in der Kontrolleinheit vorliegenden Informationen - kann auch die Sicherheit gesteigert werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figur. Einzelne Merkmale der dargestellten Ausführungsform können dabei auch in anderen Ausführungsformen eingesetzt werden, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde.
Es zeigt:

1 eine erfindungsgemäße Luftfederanordnung.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Luftfederanordnung 1 gezeigt, welche einen Deckel 10, einen Luftfederbalg 20 und einen Tauchkolben 30 umfasst. Zwischen Deckel 10, dem Luftfederbalg 20 und dem Tauchkolben 30 ist das Federvolumen V1 umschlossen. Das Federvolumen V1 ist dabei über das obere Primärventil 42 fluidisch mit dem Tertiärvolumen V2.3 verbunden. Um den Schalt- und/oder Drosselzustand des oberen Primärventils 42 zu verändern, ist das obere Primärventil 42 mit der Stelleinheit 45 verbunden. Die Stelleinheit 45 wird über die Signalübertragungsvorrichtung L mit Steuersignalen der Kontrolleinheit 50 versorgt, welche wiederum über eine Benutzereingabeeinheit 54 verfügt. Die Kontrolleinheit 50 erzeugt das Steuersignal jedoch nicht nur abhängig von den Benutzereingaben, sondern auch abhängig von Messsignalen, welche die Kontrolleinheit 50 von der Sensoreinheit 52 über die Messsignalübertragungsvorrichtung M erhält. Die Sensoreinheit 52 verfügt über zumindest einen Sensor 53, welcher in der Lage ist, einen Fahrzeug- und/oder Fahrzustand, wie beispielsweise den Druck im Federvolumen V1 zu bestimmen. Das Federvolumen V1 ist über die unteren Primärventile 41, welche in der dargestellten Ausführungsform unidirektional ausgestaltet sind, mit dem Sekundärvolumen V2.2 verbunden. Insbesondere kann durch eines der unteren Primärventile 41 dabei ein Volumenstrom vom Federvolumen V1 in das Sekundärvolumen V2.2 erfolgen, wenn der Tauchkolben 30 bei einer Einfederbewegung in Federrichtung F in Richtung des Deckels 10 bewegt wird. Das Sekundärvolumen V2.2 ist dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vollständig vom Tauchkolben 30 umschlossen. An seinem unteren Boden weist der Tauchkolben 30 ein Sekundärventil 43 mit einer Stelleinheit 45 auf, welche das Sekundärvolumen V2.2 mit einem Vorratsvolumen V3 im zweiten Fahrzeugteil fluidisch verbindet.
Bezugszeichenliste

1 -: Luftfederanordnung
10 -: Deckel
20 -: Luftfederbalg
30 -: Tauchkolben
41 -: unteres Primärventil
42 -: oberes Primärventil
43 -: Sekundärventil
45 -: Stelleinheit
50 -: Kontrolleinheit
52 -: Sensoreinheit
53 -: Sensor
54 -: Benutzereingabeeinheit
F -: Federrichtung
L -: Signalübertragungsvorrichtung
M -: Messsignalübertragungsvorrichtung
V1 -: Federvolumen
V2.2 -: Sekundärvolumen
V2.3 -: Tertiärvolumen
V3 -: Vorratsvolumen

Claims

Luftfederanordnung (1), insbesondere für Nutzfahrzeuge, umfassend einen Deckel (10), einen Luftfederbalg (20) und einen Tauchkolben (30), wobei der Deckel (10) dazu ausgelegt ist, an einem ersten Fahrzeugteil festgelegt zu werden, wobei der Tauchkolben (30) dazu ausgelegt ist, an einem zweiten Fahrzeugteil festgelegt zu werden, wobei der Luftfederbalg (20) mittel- oder unmittelbar am Deckel (10) und am Tauchkolben (30) angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei zumindest der Deckel (10), der Luftfederbalg (20) und der Tauchkolben (30) ein Federvolumen (V1) umschließen, wobei der Tauchkolben (30) dazu ausgelegt ist, durch eine Relativbewegung zum Deckel (10) in eine Federrichtung (F) das Federvolumen (V1) zu verändern, und wobei das Federvolumen (V1) über zumindest ein Primärventil (41, 42) mit zumindest einem weiteren Volumen (V2.2, V2.3) fluidisch verbunden ist, wobei das zumindest eine Primärventil (41, 42) schaltbar und/oder drosselbar ist.
Luftfederanordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das weitere Volumen (V2.2, V2.3) zumindest teilweise durch ein Sekundärvolumen (V2.2) gebildet ist, wobei das Sekundärvolumen (V2.2) zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, vom Tauchkolben (30) umschlossen ist, und wobei insbesondere zumindest ein unteres Primärventil (41) das vom Tauchkolben umschlossene Sekundärvolumen (V2.2) mit dem Federvolumen (V1) fluidisch verbindet.
Luftfederanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das weitere Volumen (V2.2, V2.3) zumindest teilweise durch ein Tertiärvolumen (V2.3) gebildet ist, wobei das Tertiärvolumen (V2.3) durch zumindest ein Primärventil (42) mit dem Federvolumen (V1) fluidisch verbunden ist.
Luftfederanordnung (1) gemäß Anspruch 3, wobei das Primärventil (41), welches das Tertiärvolumen (V2.3) mit dem Federvolumen (V1) fluidisch verbindet, im Deckel (10) angeordnet ist.
Luftfederanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Primärventil (41, 42) und/oder zumindest ein Sekundärventil (43) eine Stelleinheit (45) aufweisen und/oder mit einer Stelleinheit (45) verbunden ist, wobei die Stelleinheit (45) dazu ausgelegt ist, dass Primärventil (41, 42) und/oder das Sekundärventil (43) zu drosseln und/oder zu schalten.
Luftfederanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Luftfederanordnung (1) zumindest eine Kontrolleinheit (50) aufweist, wobei die Kontrolleinheit (50) über eine Signalübertragungsvorrichtung (L) mit mindestens einem Primärventil (41, 42) und/oder einem Sekundärventil (43) verbunden ist, wobei die Signalübertragungsvorrichtung (L) dazu ausgelegt ist, ein Steuersignal von der Kontrolleinheit (50) an das zumindest eine Primärventil (41, 42) und/oder Sekundärventil (43) zu übertragen, und wobei das Steuersignal dazu dient, das zumindest eine Primärventil (41, 42) und/oder eine Sekundärventil (43) zu schalten und/oder zu drosseln.
Luftfederanordnung (1) gemäß Anspruch 6, wobei das Steuersignal abhängig von dem Druck im Federvolumen (V1) und/oder in dem weiteren Volumen (V2.2, V2.3), insbesondere dem Sekundärvolumen (V2.2), ist.
Luftfederanordnung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Luftfederanordnung (1) zumindest eine Sensoreinheit (52) aufweist, wobei die Sensoreinheit (52) zumindest einen Sensor (53) umfasst, wobei die Kontrolleinheit (50) mit der Sensoreinheit (52) durch eine Messsignalübertragungsvorrichtung (M) verbunden ist, wobei die Messsignalübertragungsvorrichtung (M) dazu ausgelegt ist, ein Messsignal von der zumindest einen Sensoreinheit (52) an die Kontrolleinheit (50) zu übertragen, wobei die Kontrolleinheit (50) dazu ausgelegt ist, mindestens ein Primärventil (41, 42) und/oder ein Sekundärventil (43) in Abhängigkeit vom Messsignal zu schalten und/oder zu drosseln.
Nutzfahrzeug umfassend zumindest eine Luftfederanordnung (1) gemäß einem der Vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Schalten eines Ventils (41, 43) in einer Luftfederanordnung (1), insbesondere eines Primärventils (41, 42) und/oder eines Sekundärventils (43) in einer Luftfederanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fahrzeug- und/oder ein Fahrzustand von zumindest einem Sensor (52) und/oder durch eine Bedieneinheit (54) erfasst wird, wobei eine Kontrolleinheit (50) in Abhängigkeit des erfassten Fahrzeug- und/oder Fahrzustands Steuersignale erzeugt, wobei das Ventil (41, 43) unmittelbar und/oder mittelbar in Abhängigkeit des Steuersignals geschaltet und/oder gedrosselt wird.