-
Die Erfindung betrifft einen Druckluft-Anschlusseinrichtung eines Luftfederbalgs in einer Fahrzeugluftfederung, wobei die Druckluft-Anschlusseinrichtung eine Druckluftzuleitung zum Innenraum des Luftfederbalgs aufweist und in einem der den Luftfederbalg an seinen beiden Enden abschließenden Bauteile angeordnet ist, wobei die Druckluft-Anschlusseinrichtung weiterhin eine Sensoreinrichtung zur berührungslosen Messung des Abstandes zwischen den abschließenden Bauteilen oder zwischen mit letzteren verbundenen Bauteilen aufweist sowie zur Sensoreinrichtung gehörige Elektronikbauteile.
-
Üblicherweise sind dabei die den Luftfederbalg an seinen beiden Enden abschließenden Bauteile so ausgebildet, dass an der oberen Seite eine druckdicht mit dem oberen Ende des Luftfederbalgs verbundene Endplatte und an der unteren Seite ein ebenfalls druckdicht mit dem unteren Ende des Luftfederbalgs verbundener Abrollkolben mit den jeweiligen Anschlussmöglichkeiten an Karosserie und Fahrwerk vorgesehen sind. Der Luftfederbalg kann dabei unter Ausbildung einer Rollfalte beim Einfedern an der zylindrischen Außenwand des Abrollkolbens abrollen.
-
Die heutigen elektronischen Fahrwerkssteuerungen in Kraftfahrzeugen und insbesondere in Lastkraftwagen oder Trailern sind auf Signale von Sensoren angewiesen, mit deren Hilfe die Höhe des Aufbaus oder der Karosserie über der Achse gemessen werden kann. Diese Messwerte bilden aktuelle Beladungs- und Fahrzustände ab und stellen somit die Eingangssignale dar, die eine Niveauregelanlage benötigt, damit der dort hinterlegte Regelalgorithmus überhaupt arbeitsfähig ist.
-
Bekannt als relativ einfache Sensoren sind dabei mechanische Höhensensoren, beispielsweise die häufig eingesetzten Drehwinkelsensoren, mit deren Hilfe ein Federweg über eine Hebelmechanik in eine Drehbewegung umgesetzt wird, wodurch sich eine Höhenänderung etwa einer Fahrzeugachse oder eines Fahrwerkselements bestimmen lässt. Die Hebelmechanik solcher Drehwinkelsensoren ist natürlich relativ anfällig gegenüber Beschädigungen oder Verschmutzungen.
-
Eine andere Art von Höhensensoren offenbart die
DE 10 2005 008 403 A1 . Dort ist eine Sensoreinrichtung zur Messung eines Federwegs von Rädern oder Achsen von Fahrzeugen beschrieben, insbesondere von Nutzfahrzeugen. Dabei ist vorgesehen, dass in einem Niveauregelsystem bei pneumatisch gefederten Fahrzeugen von einem geschützt innerhalb eines Luftfederbalgs angeordneten Sensor ein Strahl eines Radar- oder Hochfrequenzsignals ausgesendet und nach Reflexion an einer Referenz- oder Reflexionsfläche wieder empfangen wird.
-
Damit sollen einerseits die mechanisch aufwändigen und mit einem Hebelsystem ausgerüsteten Drehwinkelsensoren ersetzt und andererseits erreicht werden, dass das Sensorsignal im Wesentlichen unbeeinflusst von Temperaturänderungen, Druckänderungen und Umgebungsbedingungen ist. Allerdings ist die dort vorgesehene Sensorik nur mit relativ hohem Aufwand in die Federungsbauteile zu integrieren.
-
Dasselbe gilt für die in der
DE 10 2019 212 469 A1 offenbarte Luftfeder mit einem Balg, in dessen Innenvolumen ein Radarsensor angeordnet ist (Sender-Empfänger), welcher den Abstand zwischen dem an der Deckelplatte der Luftfeder angeordneten Sensor und dem an der Grundplatte der Luftfeder angeordneten Reflektorelement erfasst. In Bezug auf die Zufuhr von Druckluft und die dafür erforderlichen Leitungen, die natürlich den zur Verfügung stehenden Bauraum an den jeweiligen Endplatten der Luftfedern begrenzen, ist hier nichts weiter beschrieben.
-
Die
EP 3 715 155 A1 offenbart dazu eine Luftfeder, in deren Endplatte eine diese druckdicht durchdringende Schnittstelleneinheit vorgesehen ist, die Mittel aufweist zum Anschluss einer Druckluftleitung zur Durchleitung von Druckluft in und/oder aus dem Innenraum sowie Mittel zur Aufnahme mindestens einer elektrischen und/oder einer optischen Leitung und auch Mittel zum Anschluss mindestens eines mit dem Innenraum der Luftfeder in einer physikalischen Wirkverbindung stehenden Sensors. Hier ist zwar eine Sensorik mit der Druckluftzufuhr zusammengefasst, jedoch ist der hier offenbarte, direkt mit dem Innenraum in Verbindung stehende Sensor in nachteiliger Weise der Temperatur und dem unter Druck stehenden Medium im Innenraum der Luftfeder ausgesetzt. Das führt beispielsweise bei Ultraschallsensoren dazu, dass mit Temperaturänderungen des Mediums einhergehende fehlerhafte Messergebnisse angezeigt werden können.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand demnach in der Verbesserung der herkömmlichen Lösungen für Sensorik zur Abstandsmessung innerhalb von Luftfedern und dabei insbesondere in der Bereitstellung eines Konstruktions- bzw. Anschlusselements für eine Balgluftfeder, welches es ermöglicht, verschiedene wesentliche Funktionen in einem Bauteil zu integrieren und welches dabei eine präzise Sensorik beinhaltet, die von Temperatur und dem Druck in der Luftfeder ebenso wenig beeinflussbar ist wie von äußeren Umgebungseinflüssen.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
-
Dabei ist die Sensoreinrichtung zur Messung des Abstandes zwischen den Endplatten einer Luftfeder in der Druckluft-Anschlusseinrichtung integriert, als Radarsensor ausgebildet und von der Druckluftzuleitung und vom durch Innendruck beaufschlagten Innenraum des Luftfederbalgs abgetrennt angeordnet. Der Radarsensor ist dabei als Sender-Empfänger ausgebildet und sendet in bekannter Weise ein Radarsignal, d.h. eine elektromagnetische Welle in Richtung des gegenüberliegenden abschließenden Bauteils, zum Beispiel also in Richtung der Oberkante des Abrollkolbens oder der zweiten Endplatte. Das Radarsignal wird dort reflektiert und vom Radarsensor wieder empfangen. Aus den Laufzeiten und ggf. den Frequenzverschiebungen wird dann die Entfernung zwischen den beiden Endplatten bzw. zwischen Endplatte und Abrollkolben berechnet. Dies erfolgt mindestens teilweise mittels der zur Sensoreinrichtung gehörigen Elektronikbauteile und Einrichtungen zur Verarbeitung von Sensorsignalen.
-
Eine solche konstruktive Ausbildung einer üblicherweise in der oberen Endplatte einer Luftfeder angeordneten Anschlusseinrichtung für die Zu- und Abfuhr von Druckluft erlaubt nicht nur eine einfache und gleichzeitige Installation von Druckluftanschluß und Sensorik zur Abstandsmessung, sondern reduziert auch die vorbereitenden Bearbeitungsgänge der Endplatten. Es muss dort nämlich nur noch ein Zugang hergestellt werden, beispielsweise eine einzige Gewindebohrung. So können einfache Luftfederkonstruktionen mit nur einer Gewindebohrung in einer Endplatte problemlos mit der erfindungsgemäßen Kombination aus Druckluftzuleitung und Abstandsmesseinrichtung ausgerüstet werden. Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Anschlusseinrichtung ist für die Druckluftzufuhr und für die Sensorik also nur eine Durchführung durch eine der Endplatten einer Luftfeder erforderlich.
-
Die gesamte Sensoreinrichtung/Messeinrichtung kann dabei aus dem druckbeaufschlagten Bereich herausgehalten werden. Radarstrahlen können problemlos z.B. durch einige Millimeter Kunststoff oder auch durch druckfeste, dünne andere Materialien dringen. Für den Fall, dass die gesamte Anschlusseinrichtung, d.h. der so genannte „Fitting“, aus Kunststoff besteht, vereinfacht sich die erfindungsgemäße Anschlusseinrichtung in einer vorteilhaften Weiterbildung dadurch, dass die Antenne des Radarsensors so ausgerichtet ist, dass Radarstrahlung durch eine Wandung der Anschlusseinrichtung oder des Gehäuses auf die gegenüberliegende Endplatte oder auf mit letzterer verbundenen Bauteilen gerichtet ist.
-
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Sensoreinrichtung durch Anordnung in einem umgebenden Gehäuse von der Druckluftzuleitung und vom durch Innendruck beaufschlagten Innenraum des Luftfederbalgs abgetrennt ist. So können zum Beispiel der Sensor und seine zugehörigen Bauteile separat als Modul hergestellt und mit der Anschlusseinrichtung verbunden werden.
-
Dabei kann in einer weiteren und die Montage vereinfachenden Ausbildung die Sensoreinrichtung oder ihr Gehäuse lösbar mit der Anschlusseinrichtung verbindbar sein, vorzugsweise durch eine Schraub- oder Schnappverbindung.
-
Eine weitere Ausbildung besteht darin, dass das Gehäuse als integraler Teil der Anschlusseinrichtung ausgebildet ist, sodass eine kompakte Baugruppe bzw. Unterbaugruppe entsteht, die leicht mit der Luftfeder montiert werden kann. Dasselbe gilt für eine weitere Ausbildung, die darin besteht, dass die als Radarsensor ausgebildete Sensoreinrichtung und die zugehörigen Elektronikbauteile und Einrichtungen zur Verarbeitung und Übertragung von Sensorsignalen in separaten Gehäusen oder Gehäuseteilen angeordnet sind.
-
Eine weitere Ausbildung besteht darin, dass der Radarsensor mit einer Linse ausgerüstet ist, welche die von der Antenne ausgesandte Mikrowellenstrahlung/Radarstrahlung, die sogenannte „Strahlkeule“, richtet und die eingehende Radarstrahlung bündelt. Eine solche Ausbildung mit einer zusätzlichen Linse erlaubt eine genaue Erfassung des Abstandes der Endplatten ohne den Einfluss störender Reflexionen.
-
Eine weitere Ausbildung besteht darin, dass die Linse als Teil der Wandung der Anschlusseinrichtung oder des Gehäuses ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise der Anschlusseinrichtung, ohne auf die Abtrennung vom Druckraum zu verzichten.
-
Eine weitere Ausbildung besteht darin, dass die dem Strahlengang der Radarstrahlung zugewandten Teile der Anschlusseinrichtung oder des Gehäuses mit einer die Radarstrahlung reflektierenden Beschichtung versehen sind. Auch dies verbessert die Genauigkeit der Ergebnisse bei der Abstandsmessung zwischen den beiden Endplatten bzw. abschließenden Bauteilen. Dadurch kann auch die Antenne möglichst nahe zum Innenraum der Luftfeder angeordnet werden.
-
Eine weitere Ausbildung besteht darin, dass die Druckluft-Anschlusseinrichtung lösbar mit einem der den Luftfederbalg an seinen beiden Enden abschließenden Bauteile verbindbar ist, wobei die Verbindung vorzugsweise als Schraub- oder Schnappverbindung ausgebildet ist. Das vereinfacht natürlich die Montage und erlaubt eine Anbindung der Anschlusseinrichtung an verschiedenste Luftfedertypen, die jeweils nur das entsprechende verbindende Gewinde oder die entsprechende komplementäre Form für eine Schnappverbindung in einer ihrer Endplatten oder abschließenden Bauteile aufweisen müssen.
-
Dieselben Vorteile ergeben sich bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung, bei der die Druckluft-Anschlusseinrichtung in einem mit einer der den Luftfederbalg an seinen beiden Enden abschließenden Bauteilen oder den Endplatten verbindbaren Adapter aufgenommen ist, wobei die Verbindungen zwischen Anschlusseinrichtung und Adapter und/oder zwischen Adapter und Bauteil/ Endplatte vorzugsweise als Schraub- oder Schnappverbindungen ausgebildet sind. Insbesondere mit einer Schnappverbindung, aber auch mit einem solchen Adapter löst man auf einfache Weise ein weiteres Problem, welches darin bestehen kann, dass bei einer seitlich aus der Anschlusseinrichtung herausgeführte Druckluft-Zuleitung Kollisionsmöglichkeiten mit umgebenden Bauelementen oder Fahrwerksteilen entstehen können. Eine Schnappverbindung oder ein Adapter erlaubt dagegen jedwede Positionierung auch prominent hervortretender Anschlussquerschnitte.
-
Eine weitere Ausbildung besteht darin, dass die Sensoreinrichtung koaxial zur Anschlusseinrichtung angeordnet ist und die Druckluftzuleitung in Form einer die Sensoreinrichtung umgebenden Ringleitung ausgebildet ist. Dadurch reduziert man die Baugröße der Anschlusseinrichtung, was ebenfalls einer problemlosen Positionierung innerhalb des für das Fahrwerk zur Verfügung stehenden Bauraums dient.
-
Eine weitere Ausbildung besteht darin, dass zur Sensoreinrichtung gehörige oder außerhalb der Druckluft-Anschlusseinrichtung angeordnete und mit der Sensoreinrichtung zusammenwirkende Einrichtungen zur Verarbeitung und Übertragung von Sensorsignalen vorgesehen sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Einrichtungen zur Übertragung von Sensorsignalen als Sender zur Übertragung von Funksignalen ausgebildet sind. Neben dem heutzutage noch weitgehend üblichen Anschluss der elektronischen Einrichtung über Kabel erlaubt eine solche Ausbildung einen einfachen Transfer von Daten nicht nur an eine an eine zentrale Steuerungseinrichtung im Fahrzeug, sondern auch in entsprechende zentrale Steuerungs- oder Überwachungseinrichtungen außerhalb des Fahrzeugs.
-
Eine Fahrzeugluftfeder mit einer erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung ist besonders geeignet für den Einsatz in LKW, LKW-Trailern oder Autobussen mit einer elektronisch gesteuerten Luftfederung, da es in solchen Fahrzeugen besonders wichtig ist, im Rahmen einer Niveauregelung eine genaue und verlässliche Informationen über die Höhen zwischen Karosserie und Fahrzeug bzw. Karosserie und Untergrund zu erhalten.
-
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
- 1 eine skizzenhafte Darstellung einer Luftfeder mit einer erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung im Schnitt,
- 2 einen Schnitt durch eine Luftfeder aus dem Stand der Technik ohne die erfindungsgemäße Druckluft-Anschlusseinrichtung,
- 3 eine erfindungsgemäße Druckluft-Anschlusseinrichtung in vergrößerter Darstellung und in Form einer Prinzipskizze,
- 4 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung,
- 5 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung mit einer die Radarstrahlung reflektierenden Beschichtung,
- 6 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung, bei der Sensoreinrichtung mitsamt der Linse in besonderer Weise angeordnet sind,
- 7 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung, bei der die Sensoreinrichtung in eine Antenneneinheit und eine Verarbeitungselektronik aufgeteilt ist,
- 8 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung, die in einem mit der Endplatte verbindbaren Adapter aufnehmbar ist.
-
1 zeigt eine sehr skizzenhafte Darstellung einer Luftfeder 1 mit einer erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung 2. Eine eher den Ausbildungen und Abmessungen in der Realität entsprechende Darstellung einer Luftfeder ergibt sich aus der 2, hier jedoch einer Luftfeder aus dem Stand der Technik ohne die erfindungsgemäße Druckluft-Anschlusseinrichtung.
-
In 1 und 2 ist jeweils ein Luftfederbalg 3 zu erkennen, der an seinem oberen Ende mit einer Endplatte 4 luftdicht verbunden ist und an seinem unteren Ende ebenfalls luftdicht an einen Abrollkolben 5 der Luftfeder 1 angeschlossen ist. Die auch als Luftfederdeckel bezeichnete Endplatte 4 ist dabei fest mit einer hier nicht näher dargestellten Karosserie verbunden, der auch als Luftfederkolben bezeichnete Abrollkolben 5 mit einem ebenfalls hier nicht näher dargestellten Fahrwerksteil.
-
Auf dem Abrollkolben 5 ist eine sogenannte Notfeder 6 aus Gummi angeordnet, auf der sich die Endplatte 4 bei einem Druckverlust anlegen kann. In der 2 ist auch besonders gut die dort realistisch dargestellte Rollfalte 7 zu erkennen, die beim Einfedern des Luftfederbalgs, also bei einer auf die Endplatte 4 wirkenden axialen Belastung am Abrollkolben abholt.
-
In 1 ist nicht nur die erfindungsgemäße Druckluft-Anschlussvorrichtung 2 skizziert, sondern auch der vom dort integrierten Radarsensor ausgesandte Radarstrahl 8, der an der äußeren, oberen Fläche des Abrollkolbens 5 reflektiert wird. Ebenfalls erkennbar ist hier die Druckluftzuführung 9 und die elektrischen Anschlüsse und Leitungen 10 für die zur der als Radarsensor ausgebildeten Sensoreinrichtung gehörigen Elektronikbauteile und Einrichtungen zur Verarbeitung und Übertragung von Sensorsignalen.
-
3 zeigt die in die obere Endplatte 4 eingeschraubte Druckluft-Anschlusseinrichtung 2 als solche in vergrößerter Darstellung und in Form einer Prinzipskizze. In der Endplatte 4 und am Umfang des unteren Teils der Anschlusseinrichtung 2 sind dazu komplementäre Gewinde 11 angeordnet.
-
Das gegenüber der Druckluftzuführung 9 und damit auch gegenüber dem Innenraum 15 der Luftfeder 1 druckdicht abgetrennte obere Gehäuse 12 der Anschlusseinrichtung 2 nimmt die Sensoreinrichtung 13 auf und ist über die elektrischen Anschlüsse 14 und die davon weiterführenden Leitungen 10 mit einer hier nicht näher dargestellten Steuerungseinrichtung einer Niveauregelanlage verbunden. Die Sensoreinrichtung 13 ist damit in einem umgebenden, separaten Gehäuse 12 von der Druckluftzuleitung 9 und vom durch Innendruck beaufschlagten Innenraum 15 des Luftfederbalgs abgetrennt. Das Gehäuse 12 nimmt hier die Sensoreinrichtung und auch die damit verbundenen Elektronikbauteile und Einrichtungen zur Verarbeitung und Übertragung von Sensorsignalen auf. Die nach unten zeigende Antenne der Sensoreinrichtung 13 ist zudem mit einer Linse 16 versehen, welche die von der Antenne ausgesandte Radarstrahlung 8 richtet und die eingehende Radarstrahlung bündelt.
-
Das Gehäuse 12 ist hier als integraler Teil der Anschlusseinrichtung ausgebildet.
-
Anders ist dies bei der in der 4 skizzierten Ausführung der erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung. Hier ist das Gehäuse 12 mit einem Außengewinde versehen, welches komplementär zu einem Innengewinde eines Stutzens 18 ausgebildet ist. Das Gehäuse 12 ist somit lösbar mit der Anschlusseinrichtung verbunden, nämlich über eine Schraubverbindung.
-
5 zeigt in Form einer Skizze die gleiche Ausführung der erfindungsgemäßen Anschlusseinrichtung 2, wie sie in der 3 dargestellt ist, hier jedoch in einer Ausführung, bei der die dem Strahlengang der Radarstrahlung zugewandten Teile der Anschlusseinrichtung mit einer die Radarstrahlung reflektierenden Beschichtung 17 versehen sind. Die reflektierende Beschichtung ist hier als unterbrochene Linie dargestellt.
-
6 skizziert eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung, bei der die Sensoreinrichtung 13 mitsamt der Linse 16 etwas näher am Innenraum 15 der Luftfeder angeordnet ist. Hierdurch kann in besonderen Fällen das Messergebnis verbessert werden. Hierbei ist außerdem die Linse 16 als Teil der Wandung des Gehäuses 12 ausgebildet ist.
-
7 zeigt eine Skizze einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung 21, bei der die Sensoreinrichtung in eine Antenneneinheit 13a und eine Verarbeitungselektronik 13b aufgeteilt ist, die jeweils koaxial zur Anschlusseinrichtung angeordnet sind. Die Druckluftzuleitung 19 umgibt die Sensoreinrichtung bzw. ihre Antenneneinheit 13a in Form einer Ringleitung 20. Eine solche Ausführung ist sehr kompakt und reduziert den Bauraum insbesondere in axialer Richtung.
-
8 zeigt skizzenhaft eine weitere Ausführung eine erfindungsgemäßen Druckluft-Anschlusseinrichtung 22, bei der die Sensoreinrichtung 13 und Anschlusseinrichtung im Wesentlichen so ausgebildet sind, wie bei der in der 6 gezeigten Ausführung. Die Druckluft-Anschlusseinrichtung 22 ist hier allerdings in einem mit der Endplatte 4 verbindbaren Adapter 23 aufgenommen, wobei die Verbindung zwischen Anschlusseinrichtung 22 und Adapter 23 als Schnappverbindung 24 ausgeführt ist, während die Verbindung zwischen Adapter 23 und Endplatte 4 als Schraubverbindungen 25 ausgebildet ist. 8 zeigt die Druckluft-Anschlusseinrichtung 22 und den Adapter 23 vereinzelt vor dem Zusammenbau über die Schnappverbindung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Luftfeder
- 2
- Druckluft-Anschlusseinrichtung
- 3
- Luftfederbalg
- 4
- obere Endplatte
- 5
- Abrollkolben
- 6
- Notfeder
- 7
- Rollfalte
- 8
- Radarstrahl
- 9
- Druckluftzuführung, Druckluftzuleitung
- 10
- elektrische Leitungen
- 11
- komplementäre Gewinde
- 12
- Gehäuse der Sensoreinrichtung
- 13
- Sensoreinrichtung
- 13a
- Antenneneinheit der Sensoreinrichtung
- 13b
- Verarbeitungselektronik der Sensoreinrichtung
- 14
- elektrische Anschlüsse
- 15
- Innenraum der Luftfeder
- 16
- Linse
- 17
- reflektierenden Beschichtung
- 18
- Stutzen zur Aufnahme des Gehäuses 12
- 19
- Druckluftzuleitung
- 20
- Ringleitung
- 21
- Druckluft-Anschlusseinrichtung
- 22
- Druckluft-Anschlusseinrichtung
- 23
- Adapter
- 24
- Schnappverbindung
- 25
- Schraubverbindung
-
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 102005008403 A1 [0005]
- DE 102019212469 A1 [0007]
- EP 3715155 A1 [0008]
