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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfederanlage zur Verwendung bei einem Fahrzeug, vorzugsweise bei einem Straßenfahrzeug, sowie ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Straßenfahrzeug, mit wenigstens einer derartigen Luftfeder.
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Zur Federung und Dämpfung von Schwingungen können je nach Anwendung verschiedene Arten von Federungssystemen eingesetzt werden. Hierzu gehören auch die Luftfederungen, welche die Kompressibilität von Gasen und insbesondere von Luft ausnutzen. Luftfederungen bzw. Luftfederanlagen können auch als Gasfedern bzw. als Gasfederanlagen bezeichnet werden.
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Insbesondere bei Luftfederanlagen mit großer Spreizung zwischen Leer- und Vollast können regelbare Luftfederanlage verwendet werden. Diese Bauart ermöglicht den Betrieb lastunabhängig im Arbeitspunkt Niveaulage. Dadurch benötigt die Luftfederanlage weniger Gesamtfederweg im Gegensatz zu anderen Federungskonzepten.
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Eine weit verbreitete Bauart einer Luftfederung sind Luftfedern mit konstanter Höhe der Luftfeder in Regellage. In diesem Fall wird die Luft üblicherweise in einem Rollbalg eingeschlossen, welcher mit weiteren Beschlagteilen wie bei Straßenfahrzeugen mit einem Deckel oder einer Bördelplatte und einem Abrollkolben luftdicht verbunden ist. Dabei ist der Kolben sowohl mit dem unteren Ende des Rollbalgs verbunden als auch üblicherweise mit einer Achse bei Straßenfahrzeugen bzw. mit einem Fahrgestell bei Schienenfahrzeugen. Das obere Ende des Rollbalgs ist mit einem Deckel oder einer Bördelplatte verbunden, welche mit der Karosserie bzw. mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden ist. Bei Schienenfahrzeugen wird der Balg zwischen einer Gleitplatte oben und dem Kolben unten angeordnet.
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Der Rollbalg ist über den Kolben gestülpt und rollt unter Druck auf diesem ab. Die Luftfeder kann durch einen Kompressor mit Druckluft versorgt werden, so dass in Abhängigkeit von der Beladung Luft zu- oder abgepumpt werden kann, um die Niveaulage des Fahrzeugs konstant zu halten. Derartige Luftfedern werden bei verschiedenen Arten von Fahrzeugen wie insbesondere bei Straßenfahrzeugen wie insbesondere Lastkraftwagen, Anhänger und Omnibusse sowie Schienenfahrzeugen eingesetzt.
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In jedem Fall benötigen Luftfederanlagen mit variabler Federhöhe und Belastung eine Möglichkeit zur Anpassung der Gasmasse bzw. der Luftmasse innerhalb der Luftfeder. Durch diese Anpassung bzw. Veränderung der Luftmasse wird der Druck an die Belastung und bzw. oder das Volumen an die Höhe angepasst. Hierzu wird üblicherweise ein Reservoir verwendet, welches mit einem Kompressor befüllt wird. Dieser Kompressor wird bei Straßenfahrzeugen üblicherweise vom Antriebsmotor oder von einem Elektromotor angetrieben.
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Nachteilig ist bei der Verwendung von Luftfederanlagen, dass bei (Ultra- )Leichtfahrzeugen wie z.B. bei Lastenrädern und insbesondere bei E-Lastenrädern im Hinblick auf Gewicht, Bauraum, Kosten und Reichweite der Einbau eines Kompressors nicht sinnvoll ist. Dies widerspricht dem Einsatz von Luftfederanlagen bei derartigen Fahrzeugen. Eine Luftfederanlage kann aber je nach Einsatzzweck sowohl z.B. zum Anheben von Containern und Paletten als auch zur Abfederung dynamischer Kräfte zur Verbesserung des Fahrkomforts und zur Schonung von Ladung und Fahrzeugstruktur auch bei derartigen Fahrzeugen sinnvoll sein.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftfederanlage zur Verwendung bei einem Fahrzeug, vorzugsweise bei einem Straßenfahrzeug, der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, so dass die Möglichkeiten einer Luftfederanlage auch bei Fahrzeugen ohne eigenen Kompressor genutzt werden können. Dies soll möglichst einfach, kostengünstig, bauraumsparend und bzw. oder gewichtssparend erfolgen können. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Luftfederanlagen geschaffen werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Luftfederanlage sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Luftfederanlage zur Verwendung bei einem Fahrzeug, vorzugsweise bei einem Straßenfahrzeug, welches insbesondere ein vergleichsweise kleines, kompaktes und bzw. oder elektrisch betriebenes Fahrzeug bzw. Straßenfahrzeug sein kann. Hierzu können insbesondere Lastenräder oder dergleichen gehören.
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Die Luftfederanlage weist wenigstens eine Luftfeder auf, welche ausgebildet ist, federnd zwischen zwei Komponenten des Fahrzeugs zu wirken. Diese Komponenten können insbesondere Komponenten des Fahrwerks des Fahrzeugs sein, wie beispielsweise eine Achslagerung der Räder bzw. eines Rads und das Fahrzeuggestell bzw. der Fahrzeugrahmen. Die Luftfeder der Luftfederanlage kann jedoch auch an anderen Stellen des Fahrzeugs verwendet werden.
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Die Luftfederanlage weist ferner wenigstens ein Luftfedersteuerungsventil auf, welches ausgebildet ist, wenigstens eine Luftströmung in die Luftfeder zu steuern. Hierdurch kann der Druck innerhalb der Luftfeder bzw. die Höhe der Luftfeder gezielt gesteuert werden. Das Luftfedersteuerungsventil kann dabei von einer Steuerungseinheit der Luftfederanlage selbst oder des Fahrzeugs betrieben bzw. gesteuert werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Luftfedersteuerungsventil von einer Person als Benutzer durch Betätigung des Luftfedersteuerungsventils von Hand durch eine elektrische Schalteinheit oder rein mechanisch bedient werden.
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Die Luftfederanlage ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch wenigstens einen Druckspeicher, welcher luftführend mittels des Luftfedersteuerungsventils mit der Luftfeder verbunden ist. Der Druckspeicher kann ein Volumen aufweisen, welches außerhalb der Luftfederanlage und des Fahrzeugs bzw. unabhängig von der Luftfederanlage und dem Fahrzeug mit Druckluft befüllt und dort gespeichert werden kann. So kann mittels des befüllten Druckspeichers eine gewisse Menge an Luft bzw. ein gewisser Druck zum Betreiben der Luftfeder der Luftfederanlage zur Verfügung gestellt werden, ohne seitens der Luftfederanlage und des Fahrzeugs hierfür einen Kompressor wie bisher bekannt zur Verfügung stellen zu müssen.
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Es können auch mehrere Luftfedern seitens der Luftfederanlage zur Verfügung gestellt werden, welche von dem Druckspeicher wie zuvor beschrieben versorgt werden können. Entsprechend können mehrere Luftfedern ohne Kompressor genutzt werden.
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Zusätzlich oder alternativ können auch mehrere Druckspeicher seitens der Luftfederanlage verwendet werden, um den Druckspeicher bzw. die Druckspeicher der Luftfederanlage zu versorgen. Dies kann die Menge an gespeicherter Luft erhöhen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Druckspeicher von extern der Luftfederanlage, vorzugsweise von extern des Fahrzeugs, befüllbar ausgebildet. Dies kann eine konkrete Umsetzung darstellen, wie zuvor bereits erwähnt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Druckspeicher wenigstens ein Befüllventil auf. Dies kann eine konkrete Möglichkeit der Umsetzung darstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Druckspeicher austauschbar ausgebildet. Dies kann eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit der Umsetzung darstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Luftfederanlage eine Luftfederkupplung auf, welche luftführend mit dem Luftfedersteuerungsventil verbunden ist, wobei der Druckspeicher wenigstens eine Druckspeicherkupplung aufweist und wobei die Luftfederkupplung der Luftfederanlage und die Druckspeicherkupplung des Druckspeichers lösbar verbindbar sind. Dies kann eine konkrete Möglichkeit der Umsetzung darstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Luftfederanlage, vorzugsweise das Fahrzeug, keinen Kompressor auf. Dies kann sicherstellen, dass die Umsetzung der Erfindung ohne Kompressor erfolgt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Luftfederanlage wenigstens eine Entlüftung auf, welche mittels des Luftfedersteuerungsventils mit der Luftfeder verbunden ist. Hierdurch kann eine Entlüftung nach außen erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Luftfederanlage eine Trennung zwischen Hoch- und Niederdruckbereich auf. Dies kann die Nutzungsmöglichkeiten erweitern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die Trennung zwischen Hoch- und Niederdruckbereich durch ein dem Luftfedersteuerungsventil nachgeschaltetes oder integriertes Druckbegrenzungsventil. Ein Druckbegrenzungsventil begrenzt den Druck auf der Ventilausgangs- bzw. Verbraucherseite, d.h. hier im Bereich der Luftfedern und deren Zuleitungen. Damit können beispielsweise je nach Wahl der Druckbereiche Sicherheitsanforderungen ggf. leichter eingehalten werden (Dimensionierung, Materialauswahl) bzw. kann das Risiko sicherheitsrelevanter Ereignisse verringert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Luftfederanlage wenigstens ein, vorzugsweise austauschbares, Zusatzvolumen auf, welche mittels eines Zusatzvolumensteuerungsventils mit der Luftfeder verbunden ist. Hierdurch kann ein Zusatzvolumen als Luftdämpfungsvolumen oder als Entlüftungsvolumen geschaffen bzw. genutzt werden. Das Zusatzvolumen austauschbar auszubilden kann es ermöglichen, das Zusatzvolumen einfach austauschen zu können. Dies kann den Gestaltungsspielraum erhöhen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Luftfederanlage ferner wenigstens eine Luftdämpfungseinheit auf. Unter einer Luftfeder-Luftdämpfungseinheit, welche auch als Luft-Feder-Dämpfer(-Einheit) bezeichnet werden kann, ist eine Komponente der Luftfederanlage zu verstehen, welche sowohl eine Federungs- als auch eine Dämpfungsfunktion durch den Einsatz von Druckluft in einer Baugruppe in sich vereinigt. Dabei wird nicht ein Zusatzvolumen als Dämpfungsvolumen genutzt, sondern Volumina innerhalb der Baugruppe. Der konstruktive Aufwand dafür ist i.d.R. größer als derjenige für die Lösung mit Zusatzvolumen, bietet aber in einigen Anwendungen Vorteile beim Dämpfungsverhalten.
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Allgemein sind bei allen Lösungen, die Luftfeder- und Luftdämpfungsfunktion vereinen, Feder- und Dämpfungsvolumen i.d.R. entweder durch Strömungskanäle mit fester Geometrie (Bohrung(en)) oder zur Erfüllung höherer Dämpfungsanforderungen mit Strömungskanälen mit variabler Geometrie (Strömungsquerschnitt abhängig von der Druckdifferenz, erreicht z.B. passiv durch federnde Verschlusselemente) verbunden. Diese Bauteile bzw. Gestaltungsmerkmale können einfacher sein als ein Ventil und bzw. oder ein besseres Dämpfungsverhalten ermöglichen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Luftfederanlage wenigstens eine Steuerungseinheit auf, welche ausgebildet ist, die Luftfederanlage zu steuern. Hierdurch kann eine Steuerung der Komponenten der Luftfederanlage mittels der eigenen Steuerungseinheit der Luftfederanlage erfolgen, was die Luftfederanlage hinsichtlich der Steuerung unabhängig machen und bzw. oder die Möglichkeiten zum Betreiben erhöhen kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Straßenfahrzeug, mit wenigstens einer Luftfederanlage wie zuvor beschrieben. Dies kann die Umsetzung bzw. Nutzung der Eigenschaften und Vorteile einer erfindungsgemäßen Luftfederanlage wie zuvor beschrieben bei einem Fahrzeug ermöglichen.
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Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß anstelle einer auf dem Fahrzeug angebrachten Gasdruckaufbereitung, bestehend aus Ventil, Steuereinheit, Reservoir und Kompressor, ein einfaches System mit einem, beispielsweise kartuschenbasierten, Druckspeicher verwendet werden. Der Druckspeicher bzw. die Kartusche beinhaltet eine anwendungsspezifische, bedarfsgerechte Menge an gespeicherter Gasmasse mit entsprechendem Überdruck, die einfach und schnell ausgetauscht und bzw. oder nachgefüllt werden kann, z.B. bei Schichtwechsel. Je nach Bedarf kann auch das Fahrzeug mit Anschlüssen für eine größere Anzahl von Kartuschen oder fest installierten Druckspeichern ausgestattet werden. Dabei kann idealerweise ein bereits existierendes Austausch-/Pfandsystem von Gaskartuschen verwendet werden.
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Es kann insbesondere der feste Einbau mindestens eines Hochdrucktanks mit Nachfüllanschluss und Verbindung über Sicherheitsventil und Steuerventil mit der Gasfederanlage erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Schnellwechselvorrichtung mit mindestens einer Gaskartusche über Sicherheitsventil und Steuerventil mit der Gasfederanlage verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Nutzung der Fahrzeugrahmenstruktur als Druckspeicher erfolgen.
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Zwei Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Luftfederanlage gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
- 2 eine separate schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Luftfederanlage gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der 1;
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Luftfederanlage gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels; und
- 4 eine separate schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Luftfederanlage gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der 3.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 mit einer erfindungsgemäßen Luftfederanlage 2 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. 2 zeigt eine separate schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Luftfederanlage 2 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der 1.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 wird am Beispiel eines Straßenfahrzeugs 1 betrachtet, welches beispielsweise ein batterieelektrisches Fahrzeug zum Transport von Gütern sein kann. Das Fahrzeug 1 weist ein Fahrzeuggestell 10 auf, welches auch als Fahrzeugrahmen 10 oder als Chassis 10 bezeichnet werden kann. Auf dem Fahrzeuggestell 10 ist in Fahrtrichtung (nicht bezeichnet) vorne eine Fahrerkabine 11 und hinten eine Ladefläche 12 auf. In der vertikalen Richtung (nicht bezeichnet) sind unterhalb des Fahrzeuggestells 10 vorne und hinten jeweils ein Paar von Rädern 14 angeordnet, von denen die hinteren Räder 14 mit einer Achslagerung 13 gegenüber dem Fahrzeuggestell 10 gelagert sind.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 weist die erfindungsgemäße Luftfederanlage 2 auf. Ein Paar von Luftfedern 20 der Luftfederanlage 2 ist zwischen dem Fahrzeuggestell 10 und der Achslagerung 13 jedes hinteren Rades 14 derart angeordnet, dass mittels der Luftfeder 20 durch Veränderung des Druck des Balgs (nicht bezeichnet) der Luftfeder 20 die Höhe zwischen Rad 14 und Fahrzeuggestell 10 eingestellt werden kann. Hierzu sind die Luftfedern 20 jeweils mittels eines Luftfedersteuerungsventils 21 luftführend mit einem gemeinsamen Druckspeicher 26 verbunden. Der Druckspeicher 26 weist ein bestimmtes begrenztes Luftvolumen mit einem bestimmten Druck auf, welcher bei Schaltung des entsprechenden Luftfedersteuerungsventils 21 das Innenvolumen des Balgs der jeweiligen Luftfeder 20 füllen bzw. erhöhen kann. Ein Ablassen des Drucks aus dem Balg der Luftfedern 20 kann jeweils mittels einer Entlüftung 22 des entsprechenden Luftfedersteuerungsventils 21 erfolgen. Die Luftfedersteuerungsventile 21 können jeweils von einer Steuerungseinheit 29 der Luftfederanlage 2 angesteuert werden, um wie zuvor beschrieben zu schalten.
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Das Befüllen des Druckspeichers 26 kann von außerhalb der Luftfederanlage 2 sowie des Fahrzeugs 1 mittels eines Kompressors (nicht dargestellt) oder mittels eines weiteren externen Druckspeichers (nicht dargestellt) erfolgen, so dass die Luftfederanlage 2 sowie das Fahrzeug 2 keinen Kompressor benötigen und dennoch ein gewisses Volumen bzw. ein gewisser Druck zum Betreiben der Luftfedern 20 zur Verfügung gestellt werden kann. Dies ermöglicht die Nutzung der Luftfedern 20 bei Fahrzeugen ohne eigenen Kompressor.
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Optional (gestrichelt dargestellt) kann ein Zusatzvolumen 24 mit einem Zusatzvolumensteuerungsventil 25 verwendet werden, wobei auch das Zusatzvolumensteuerungsventil 25 von der Steuerungseinheit 29 der Luftfederanlage 2 angesteuert werden kann. Das Zusatzvolumen 24 kann als Luftdämpfungsvolumen oder als Entlüftungsvolumen genutzt werden.
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Bei Verwendung des Zusatzvolumen 24 als Entlüftungsvolumen kann die nach (einigen) Entlüftungsvorgängen gespeicherte Druckenergie (teilweise) durch einen Druckübersetzer in der externen Befüllanlage zurückgewonnen werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 mit einer erfindungsgemäßen Luftfederanlage 2 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. 4 zeigt eine separate schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Luftfederanlage 2 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der 3.
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Die Luftfederanlage 2 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht der Luftfederanlage 2 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels mit dem Unterschied, dass in diesem Fall der Druckspeicher 26 austauschbar vorgesehen ist und daher auch als Kartusche 26 bezeichnet werden kann. Der Druckspeicher 26 weist eine Druckspeicherkupplung 27 auf, welche auch als Kartuschenkupplung 27 bezeichnet werden kann. Der austauschbare Druckspeicher 26 ist mittels seiner Druckspeicherkupplung 27 mit einer korrespondierenden Luftfederkupplung 23 luftführend verbunden, so dass auch in diesem Fall der Druckspeicher 26 luftführend mit den Luftfedersteuerungsventilen 21 verbunden ist.
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Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
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- 1
- Fahrzeug; Straßenfahrzeug
- 10
- Fahrzeuggestell; Fahrzeugrahmen; Chassis
- 11
- Fahrerkabine
- 12
- Ladefläche
- 13
- Achslagerung
- 14
- Räder
- 2
- Luftfederanlage
- 20
- Luftfeder
- 21
- Luftfedersteuerungsventil
- 22
- Entlüftung
- 23
- Luftfederkupplung
- 24
- Zusatzvolumen
- 25
- Zusatzvolumensteuerungsventil
- 26
- (austauschbarer) Druckspeicher; Kartusche
- 27
- Druckspeicherkupplung; Kartuschenkupplung
- 28
- Befüllventil
- 29
- Steuerungseinheit
