DE102022208211A1

DE102022208211A1 - Luftfeder mit integrierten Drucklufterzeuger sowie Kabinenlagerungssystem und Fahrzeug mit der Luftfeder

Info

Publication number: DE102022208211A1
Application number: DE102022208211.7A
Authority: DE
Inventors: Manuel Behner; Alfred Memmel; Thomas Nowotka
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2024-02-08
Also published as: WO2024033259A1

Abstract

Es wird eine Luftfeder 5 für ein Kabinenlagerungssystem 2 eines Fahrzeugs 1, mit einer Aufnahmeplatte 6 zur Anbindung an eine Fahrzeugkabine 4, mit einem Abrollkoben 7 zur Anbindung an einen Fahrzeugrahmen 3, mit einem Rollbalg 8, wobei der Rollbalg 8 zur Begrenzung einer Luftkammer 9 mit einem Ende luftdicht mit der Aufnahmeplatte 6 und mit dem anderen Ende luftdicht mit dem Abrollkolben 7 verbunden ist, vorgeschlagen, die einen in die Luftfeder 5 integrierten passiven Drucklufterzeuger 10 aufweist, welcher ausgebildet ist, auf Basis einer Relativbewegung zwischen der Aufnahmeplatte 6 und dem Abrollkolben 7 Luftmasse für die Luftfeder 5 zu fördern und/oder eine Luftmasse in der Luftkammer 9 zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für ein Kabinenlagerungssystem eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kabinenlagerungssystem mit der Luftfeder sowie ein Fahrzeug mit der Luftfeder und/oder dem Kabinenlagerungssystem.
Es sind, insbesondere im Nutzfahrzeugbereich, Lagerungssysteme zur federnden und schwingungsgedämpften Lagerung einer Fahrerkabine gegenüber dem Fahrzeugrahmen bekannt, welche zur Komfortverbesserung während eines Fahrbetriebes dienen. Üblicherweise wird das Lagerungssystem mittels Luftfedern umgesetzt, welche zwischen Fahrzeugkabine und Fahrzeugrahmen angeordnet sind. Die Luftfedern sind an eine Luftversorgung angeschlossen, wobei die Luftversorgung in der Regel über einen im Fahrzeug befindlichen Luftmassenspeicher, welcher in der Regel als ein Druckspeicher ausgebildet ist, realisiert wird, der mithilfe eines Kompressors mit Luftmasse befüllt wird und über eine Steuerung die Luftversorgung für die einzelnen Luftfedern bereitstellt. Der Kompressor muss hierzu mit elektrischer Energie gespeist werden.
Die Druckschrift DE 10 2013 009 204 A1 beschreibt ein System zur Niveauregelung eines Fahrerhauses eines Nutzfahrzeugs gegenüber einem Fahrzeugchassis sowie ein entsprechendes Betriebsverfahren. Das System umfasst eine gefederte Lagerung, um das Fahrerhaus federnd auf dem Fahrzeugchassis zu lagern; ein Abstandssensormittel, das eingerichtet ist, Relativbewegungen und/oder einen Abstand zwischen Fahrerhaus und Fahrzeugchassis zu erfassen; und ein Steuermittel, das zur variablen Ansteuerung der gefederten Lagerung eingerichtet ist, wobei Signale des Abstandsensormittels zur Ansteuerung der gefederten Lagerung verwendet werden. Die gefederte Lagerung ist auf eine erste Höheposition einstellbar, so dass der Abstand zwischen Fahrerhaus und Fahrzeugchassis durch das Steuermittel auf einen ersten Sollabstand gesteuert wird. Die gefederte Lagerung ist auf zumindest eine zweite Höhenposition einstellbar, so dass der Abstand zwischen Fahrerhaus und Fahrzeugchassis durch das Steuermittel auf einen zweiten Sollabstand gesteuert wird, wobei das Steuermittel die gefederte Lagerung auf die erste oder auf die zumindest eine zweite Höhenposition in Abhängigkeit zumindest eines Parameters betreffend eine Fahrstrecke und/oder einen Fahrzeugzustand einstellt.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Luftfeder der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch einen geringen Energieverbrauch sowie einen kostengünstigen Aufbau auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Luftfeder mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Kabinenlagerungssystem mit den Merkmalen des Anspruch 13 sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und/oder der Beschreibung.
Gegenstand der Erfindung ist eine Luftfeder, welche für ein Kabinenlagerungssystem eines Fahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Luftfeder zwischen einem Fahrzeugrahmen und einer relativ zu dem Fahrzeugrahmen beweglichen Fahrzeugkabine anordenbar und/oder angeordnet. Die Luftfeder hat die Funktion die Lage der Fahrzeugkabine gegenüber dem Fahrzeugrahmen zu beeinflussen, indem das Luftvolumen und/oder die Luftmasse der Luftfeder verändert wird.
Die Luftfeder weist eine Aufnahmeplatte und einen Abrollkoben auf, wobei die Aufnahmeplatte zur Anbindung an die Fahrzeugkabine und der Abrollkolben zur Anbindung an den Fahrzeugrahmen ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Abrollkolben und die Aufnahmeplatte sind in Bezug auf eine Hauptachse koaxial zueinander angeordnet. Weiterhin weist die Luftfeder einen Rollbalg auf, wobei der Rollbalg zur Begrenzung einer Luftkammer mit einem Ende luftdicht mit der Aufnahmeplatte und mit dem anderen Ende luftdicht mit dem Abrollkolben verbunden ist. Die Aufnahmeplatte und der Abrollkolben sind abhängig von einer in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse auf die Luftfeder einwirkenden Kraft bzw. Belastung relativ zueinander bewegbar. Bei der Relativbewegung rollt der Rollbalg an einem Außenumfang des Abrollkolbens ab.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Luftfeder einen integrierten passiven Drucklufterzeuger aufweist, welcher ausgebildet ist, auf Basis einer, insbesondere während des Fahrbetriebes erzeugten Relativbewegung zwischen der Aufnahmeplatte und dem Abrollkolben Luftmasse für die Luftfeder zu fördern und/oder eine Luftmasse in der Luftkammer zu erhöhen. Insbesondere wird die für die Luftfeder benötigte Luftmasse ausschließlich oder größtenteils durch den passiven Drucklufterzeuger erzeugt. Vorzugsweise ist der Drucklufterzeuger derart mit der Aufnahmeplatte und dem Abrollkolben bewegungsgekoppelt, sodass die im Fahrbetrieb auftretende Relativbewegung zwischen der Fahrzeugkabine und dem Fahrzeugrahmen als Energiequelle zur Förderung der Luftmasse durch den Drucklufterzeuger genutzt werden kann. Vorzugsweise ist der passive Drucklufterzeuger in dem Abrollkolben untergebracht.
Es wird somit eine Luftfeder für ein pneumatisches Kabinenlagerungssystem vorgeschlagen, welche durch die Nutzung der Bewegungsenergie zur Förderung der Luftmasse nicht mehr aktiv mit Energie versorgt werden muss. Somit kann die Luftfeder und somit das Kabinenlagerungssystem besonders energieeffizient und autark betrieben werden. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass der passive Drucklufterzeuger deutlich einfacher und kostengünstiger als ein in dem Fahrzeug üblicherweise verbauter Kompressor ausgebildet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Drucklufterzeuger als eine Luftpumpe ausgebildet ist, welche eingangsseitig strömungstechnisch mit einer Umgebung und ausgangseitig strömungstechnisch mit der Luftkammer verbunden ist. Insbesondere wird die Relativbewegung in eine Arbeitsbewegung der Luftpumpe übersetzt, um eine in der Luftpumpe befindliche Luftmasse zu verdichten und der Luftkammer bereitzustellen. Insbesondere ist die Luftkammer hierzu pneumatisch mit der Luftpumpe, insbesondere mit mindestens einem Arbeitsraum der Luftpumpe, verbunden. Vorzugsweise kann die durch die Luftpumpe geförderte Luftmasse unmittelbar der Luftkammer zugeführt werden. Es wird somit eine Luftfeder vorgeschlagen, welche sich durch einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet und zudem in kompakter Bauweise in die Luftfeder integriert werden kann.
In einer weiteren beispielsweisen Ausführung ist vorgesehen, dass der Drucklufterzeuger einen Zylinder sowie einen in dem Zylinder über eine Kolbenstange geführten Kolben aufweist, welcher den Zylinder in einen ersten und einen zweiten Arbeitsraum unterteilt. Insbesondere ist der Drucklufterzeuger zumindest als eine einfachwirkende Kolbenluftpumpe ausgebildet. Vorzugsweise ist der erste Arbeitsraum als ein kolbenstangennaher Arbeitsraum und der zweite Arbeitsraum als ein kolbenstangenferner Arbeitsraum zu verstehen. Dabei ist zumindest einer der Arbeitsräume über ein Einlassventil mit der Umgebung und der andere Arbeitsraum über ein Auslassventil mit der Luftkammer strömungstechnisch verbindbar. Insbesondere wird die Relativbewegung zwischen Aufnahmeplatte und Abrollkolben in eine Hubbewegung des Kolbens übersetzt, wobei basierend auf der Hubbewegung, insbesondere bei einem Einfahren und/oder Ausfahren der Kolbenstange, die Luftmasse gefördert wird. Prinzipiell können das mindestens eine Ein- und Auslassventil in den Zylinder integriert sein. Alternativ können das mindestens eine Ein- und Auslassventil jedoch auch separat zu dem Drucklufterzeuger ausgebildet und/oder vor bzw. nach dem Drucklufterzeuger in einen Strömungsweg eingebunden sein. Es wird somit ein passiver Drucklufterzeuger vorgeschlagen, welcher sich durch einen besonders einfachen und robusten Aufbau auszeichnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Drucklufterzeuger als eine doppeltwirkende Kolbenluftpumpe ausgebildet ist. Insbesondere ist doppelwirkend dahingehend zu verstehen, dass die Luftpumpe sowohl bei einer Zugbewegung als auch bei einer Druckbewegung bzw. beim Einfahren und Ausfahren der Kolbenstange die Luftmasse fördert. Hierzu ist der erste Arbeitsraum über ein erstes Einlassventil mit der Umgebung sowie über ein erstes Auslassventil mit der Luftkammer strömungstechnisch verbindbar und der zweite Arbeitsraum über ein zweites Einlassventil mit der Umgebung sowie über ein zweites Auslassventil mit der Luftkammer strömungstechnisch verbindbar. Bei einer Druckbewegung, also beim Einfahren der Kolbenstange in den Zylinder, strömt Luftmasse aus der Umgebung über das erste Einlassventil in den ersten Arbeitsraum, wobei zugleich die in dem zweiten Arbeitsraum befindliche Luftmasse komprimiert und über das zweite Auslassventil als die Luftmasse in die Luftkammer strömt. Bei einer Zugbewegung, also beim Ausfahren der Kolbenstange aus den Zylinder, strömt Luftmasse aus der Umgebung über das zweite Einlassventil in den zweiten Arbeitsraum, wobei zugleich die in dem ersten Arbeitsraum befindliche Luftmasse komprimiert und über das erste Auslassventil in die Luftkammer strömt. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Einlassventil und/oder das erste und das zweite Auslassventil als ein federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet, welche in Abhängigkeit der Hubbewegung selbsttätig öffnen bzw. schließen. Es wird somit ein Drucklufterzeuger vorgeschlagen, welcher sich durch eine dauerhafte Drucklufterzeugung bei der Relativbewegung auszeichnet und somit besonders effizient betrieben werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Abrollkolben einen Einlasskanal aufweist, wobei der erste und/oder der zweite Arbeitsraum über den Einlasskanal mit der Umgebung strömungstechnisch verbunden sind. Dabei ist das mindestens eine Einlassventil in einem Strömungsweg des Einlasskanals angeordnet. Insbesondere ist der Einlasskanal durch mindestens einen in den Abrollkolben integrierten Kanalabschnitt gebildet, welcher einerseits in der Umgebung und andererseits in dem ersten und/oder zweiten Arbeitsraum bzw. dem ersten und/oder zweiten Einlassventil mündet. Alternativ kann der Einlasskanal jedoch auch durch eine in dem Abrollkolben verlegte Leitung gebildet sein, welche eine in dem Abrollkolben eingebrachte und in der Umgebung mündende Einlassöffnung mit dem ersten und/oder zweiten Arbeitsraum bzw. dem ersten und/oder zweiten Einlassventil strömungstechnisch verbindet. Prinzipiell kann das mindestens eine Einlassventil in den Drucklufterzeuger, insbesondere den Zylinder, integriert sein. Alternativ ist das mindestens eine Einlassventil in den Abrollkolben, insbesondere in dem Strömungsweg des Einlasskanals angeordnet. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Einlassventil gemeinsam über den Einlasskanal mit der Umgebung verbunden. Es wird somit eine besonders kompakte Anbindung der Eingangsseite des Drucklufterzeugers realisiert.
In einer alternativen oder optional ergänzenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Abrollkolben einen Auslasskanal aufweist, wobei der erste und/oder der zweite Arbeitsraum über den Auslasskanal mit der Luftkammer strömungstechnisch verbunden sind. Dabei ist das mindestens eine Auslassventil in einem Strömungsweg des Auslasskanals angeordnet. Insbesondere ist der Auslasskanal durch mindestens einen weiteren in den Abrollkolben integrierten Kanalabschnitt gebildet, welcher einerseits in der Luftkammer und andererseits in dem ersten und/oder zweiten Arbeitsraum bzw. dem ersten und/oder zweiten Auslassventil mündet. Alternativ kann der Auslasskanal jedoch auch durch eine weitere in dem Abrollkolben verlegte Leitung gebildet sein, welche eine in dem Abrollkolben eingebrachte und in der Luftkammer mündende Auslassöffnung mit dem ersten und/oder zweiten Arbeitsraum bzw. dem ersten und/oder zweiten Auslassventil strömungstechnisch verbindet. Prinzipiell kann das mindestens eine Auslassventil in den Drucklufterzeuger, insbesondere den Zylinder, integriert sein. Alternativ ist das mindestens eine Auslassventil in den Abrollkolben, insbesondere in dem Strömungsweg des Auslasskanals angeordnet. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Auslassventil gemeinsam über den Auslasskanal mit der Umgebung verbunden. Es wird somit eine besonders kompakte Anbindung der Ausgangsseite des Drucklufterzeugers realisiert.
In einer weiteren beispielsweisen Realisierung ist vorgesehen, dass die Kolbenstange über eine erste Anbindungsschnittstelle mit der Abdeckplatte und der Zylinder über eine zweite Anbindungsschnittstelle mit dem Abrollkolben gekoppelt ist. Insbesondere kann der Drucklufterzeuger über die erste und/oder die zweite Anbindungsschnittstelle gelenkig angebunden sein. Vorzugsweise ist der Drucklufterzeuger außermittig bzw. axial versetzt zu der Hauptachse der Luftfeder angeordnet, sodass die Kolbenstange sowohl bei einer relativen Axialbewegung als auch bei einer relativen Kippbewegung zwischen Aufnahmeplatte und Abrollkolben die Hubbewegung ausführt. Beispielsweise kann die relative Kippbewegung bei einer relativen Wankbewegung bzw. einer Rollbewegung zwischen Fahrzeugrahmen und Fahrzeugkabine, insbesondere um eine Fahrzeuglängsachse (x-Achse), und/oder bei einer relativen Nickbewegung zwischen Fahrzeugrahmen und Fahrzeugkabine, insbesondere um eine Fahrzeugquerachse (y-Achse), erzeugt werden. Es wird somit ein Drucklufterzeuger vorgeschlagen, welcher sich in einfacher Weise zwischen Abrollkolben und Aufnahmeplatte unter Ausnutzung unterschiedlicher Relativbewegungen zur Drucklufterzeugung in die Luftfeder integrieren lässt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Luftfeder ein weiteres Auslassventil aufweist, welches zur variablen Einstellung einer Luftmasse, in der Luftfeder ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Luftkammer über das weitere Auslassventil strömungstechnisch mit der Umgebung verbindbar. Vorzugsweise wird durch das weitere Auslassventil die Luftmasse, in der Luftkammer reduziert, um die Luftfeder bzw. die Fahrzeugkabine abzusenken. Vereinfacht gesagt, wird das weitere Auslassventil betätigt, um Luftmasse aus der Luftkammer abzuführen. Prinzipiell ist das weitere Auslassventil als ein Schaltventil mit diskreten Schaltzuständen, vorzugsweise genau zwei Schaltzustände, ausgebildet. Alternativ kann das weitere Auslassventil jedoch auch als ein Stetigventil, insbesondere ein Drosselventil, mit kontinuierlichen Schaltzuständen ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das weitere Auslassventil elektrisch steuerbar bzw. regelbar. Es wird somit eine Luftfeder vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache Regulierung der Luftmasse sowie einen kostengünstigen Aufbau auszeichnet.
In einer weiteren beispielsweisen Ausbildung ist vorgesehen, dass der Abrollkolben einen weiteren Auslasskanal aufweist, wobei die Luftkammer über den weiteren Auslasskanal mit der Umgebung strömungstechnisch verbunden ist. Dabei ist das weitere Auslassventil in einem Strömungsweg des weiteren Auslasskanals angeordnet. Insbesondere ist der weitere Auslasskanal durch einen weiteren, insbesondere parallel zu dem Auslasskanal, in den Abrollkolben integrierten Kanalabschnitt gebildet, welcher einerseits in der Luftkammer und andererseits in der Umgebung mündet. Alternativ kann der weitere Auslasskanal jedoch auch durch eine weitere, insbesondere parallel zu dem Auslasskanal, in dem Abrollkolben verlegte Leitung gebildet sein, welche eine in dem Abrollkolben eingebrachte und in der Luftkammer mündende weitere Auslassöffnung mit der Umgebung strömungstechnisch verbindet. Vorzugsweise ist das weitere Auslassventil in den Abrollkolben integriert. Es wird somit eine besonders kompakte Ausgestaltung der Luftfeder vorgeschlagen.
In einer weiteren Realisierung ist vorgesehen, dass die Luftfeder eine innerhalb des Rollbalgs angeordnete Lagesensorik aufweist, welche zur Erfassung einer Relativlage zwischen Aufnahmeplatte und Abrollkolben ausgebildet und/oder geeignet ist, wobei das weitere Auslassventil auf Basis der Relativlage kontrollierbar ist. Insbesondere ist die Lagesensorik ausgebildet einen Abstand und/oder eine Bewegung und/oder eine Neigung der Aufnahmeplatte relativ zu dem Abrollkolben, insbesondere während einem Fahrbetrieb, zu erfassen. Die Lagesensorik kann hierzu beispielsweise einen Wegsensor und/oder einen Neigungssensor aufweisen. Vorzugsweise ist die Lagesensorik ausgebildet, eine absolute oder relative Position der Aufnahmeplatte zu erfassen. Im Speziellen ist die Lagesensorik zur berührungslosen Erfassung der Relativlage ausgebildet. Beispielsweise kann de die Relativlage induktiv, magnetisch, optisch oder akustisch durch die Lagesensorik erfasst werden. Es wird somit eine Luftfeder vorgeschlagen, welche sich durch eine präzise Steuerung bzw. Regelung auszeichnet. Zudem kann die Lagesensorik durch die Anordnung innerhalb der Luftfeder gegen äußere Einflüsse wie Verschmutzung und Nässe geschützt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Realisierung ist vorgesehen, dass die Luftfeder eine oder mehrere Initialfedern aufweist, welche wahlweise an der Aufnahmeplatte oder dem Abrollkolben angeordnet ist/sind, um in einem drucklosen Zustand der Luftfeder die Relativbewegung zwischen Abrollkoben und Aufnahmeplatte durch eine Grundfederung zu gewährleisten. Insbesondere ist unter einer Grundfederung eine federnde Abstützung der Aufnahmeplatte an dem Abrollkolben zu verstehen, wenn die in der Luftkammer eingeschlossene Luftmasse zu klein ist und somit der Abstand zwischen Aufnahmeplatte und Abrollkolben so gering ist, dass die Aufnahmeplatte und der Abrollkolben nur eine geringe oder keine Relativbewegung ausführen können. Durch die Initialfeder federt die Aufnahmeplatte an dem Abrollkolben solange ab, bis die Luftmasse in der Luftkammer aufgrund der durch den Drucklufterzeuger geförderten Luftmasse derart gestiegen ist, dass die Aufnahmeplatte von dem Abrollkolben abhebt bzw. abgehoben wird. Insbesondere ist die Initialfeder derart ausgelegt, dass diese nur innerhalb eines festgelten Federwegs der Luftfeder bzw. eines festgelegten Abstands zwischen Aufnahmeplatte und Abrollkolben beansprucht wird. Beispielsweise beträgt der festgelte Federweg bzw. der festgelegte Abstand weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 20%, im Speziellen weniger als 30% des maximalen Federwegs bzw. des maximalen Abstandes. Somit wird eine Luftfeder vorgeschlagen, welche auch in einem drucklosen Zustand bzw. bei einer Inbetriebnahme selbsttätig durch den Drucklufterzeuger bzw. ohne externe Energiezufuhr mit Luftmasse versorgt werden kann.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die mindestens eine Initialfeder als eine Schraubendruckfeder ausgebildet ist, welche in einem eingefederten Zustand die Aufnahmeplatte mit einer Druckkraft beaufschlagt. Die Luftfeder kann darüber hinaus mit einem Schwingungsdämpfer kombiniert werden. In diesem Fall kann die Initialfeder auch koaxial zu einer Längserstreckungsachse des Schwingungsdämpfers angeordnet sein.
Insbesondere ist die Schraubendruckfeder mit einem Ende wahlweise an der Aufnahmeplatte oder dem Abrollkolben festgelegt. Innerhalb des festgelten Federwegs bzw. des festgelegten Abstandes ist die Schraubendruckfeder mit dem freien Ende entsprechend an dem Abrollkolben bzw. der Aufnahmeplatte abgestützt, sodass die Schraubendruckfeder zwischen der Aufnahmeplatte und dem Abtrollkolben zur Umsetzung der Grundfederung komprimierbar ist. Außerhalb des festgelten Federwegs bzw. des festgelegten Abstandes ist das freie Ende der Schraubendruckfeder beabstandet zu dem Abrollkolben bzw. der Aufnahmeplatte angeordnet, sodass die Schraubendruckfeder entspannt ist bzw. nicht beansprucht wird. Es wird somit eine besonders einfache und robuste Ausgestaltung der Initialfeder vorgeschlagen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Kabinenlagerungssystem mit mindestens einer Luftfeder, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere dient das Kabinenlagerungssystem zur Schwingungsisolation und/oder zur Lageänderung der Fahrzeugkabine gegenüber dem Fahrzeugrahmen. Bevorzugt ist das Kabinenlagerungssystem als ein pneumatisches Kabinenlagerungssystem ausgebildet. Prinzipiell kann die Fahrzeugkabine ausschließlich über die mindestens eine Luftfeder an dem Fahrzeugrahmen abgestützt sein. Alternativ ist die Fahrzeugkabine jedoch über mindestens ein aktiv gesteuerter Aktuator und/oder ein Dämpfungselement und/oder ein Federelement und/oder ein Lagerelement an dem Fahrzeugrahmen zusätzlich abgestützt bzw. gelagert. Im Speziellen ist vorgesehen, dass das Kabinenlagerungssystem mindestens zwei oder genau zwei der Luftfedern aufweist, wobei jeweils mindestens eine der Luftfedern auf einer Fahrzeugseite angeordnet ist.
Optional kann das Kabinenlagerungssystem mindestens ein aktiv gesteuerter Aktuator und/oder ein Dämpfungselement aufweisen, welches zur schwingungsgedämpften und/ oder schwingungsisolierenden Abstützung der Fahrzeugkabine an dem Fahrzeugrahmen ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Schwingungsdämpfer kann als ein Hydraulikdämpfer oder Gasdruckdämpfer ausgebildet sein. Insbesondere kann je Luftfeder jeweils mindestens ein Schwingungsdämpfer vorgesehen sein. Prinzipiell kann auf jeder Fahrzeugseite mindestens ein Schwingungsdämpfer angeordnet sein. Im Speziellen können auf jeder Fahrzeugseite genau zwei der Schwingungsdämpfer und/oder zwei der Luftfedern angeordnet sein. Dabei können jeweils zwei der Schwingungsdämpfer und/oder Luftfedern in einem Frontbereich und jeweils zwei der Schwingungsdämpfer und/oder Luftfedern in einem Heckbereich des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugkabine angeordnet sein. Prinzipiell ist der Schwingungsdämpfer benachbart zu der Luftfeder zwischen dem Fahrzeugrahmen und der Fahrzeugkabine angeordnet, wobei der Schwingungsdämpfer einerseits mit dem Fahrzeugrahmen und andererseits mit der Fahrzeugkabine gekoppelt ist. Alternativ kann der Schwingungsdämpfer jedoch auch in die Luftfeder integriert sein, wobei der Schwingungsdämpfer einerseits mit dem Fahrzeugrahmen und/oder dem Abrollkolben und andererseits mit der Fahrzeugkabine und/oder der Aufnahmeplatte gekoppelt ist.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kabinenlagerungssystem eine Kontrolleinheit aufweist. Die Kontrolleinheit ist ausgebildet, das weitere Auslassventil der Luftfeder auf Basis der Relativlage zu kontrollieren, um eine Niveauregulierung und/oder eine Neigungsregulierung der Fahrzeugkabine, insbesondere durch eine Steuerung und/oder Regelung des Auslassventils auf Basis der Relativlage, umzusetzen. Insbesondere ist die Kontrolleinheit als eine elektronische Kontrolleinheit (ECU) ausgebildet. Die Kontrolleinheit kann als ein Fahrzeugsteuergerät ausgebildet oder zumindest in das Fahrzeugsteuergerät integriert sein. Alternativ kann die Kontrolleinheit jedoch auch durch ein separates Steuergerät gebildet sein, welches beispielsweise über ein Bussystem, z.B. CAN-Bus, mit dem Fahrzeugsteuergerät verbunden ist. Insbesondere ist ein Abstand und/oder eine Neigung zwischen der Aufnahmeplatte und dem Abrollkolben durch die Lagesensorik erfassbar und ein entsprechendes elektrisches Signal an die Kontrolleinheit übermittelbar, wobei die Kontrolleinheit ausgebildet ist, das elektrische Signal auszuwerten und/oder basierend auf dem elektrischen Signal ein Steuersignal für das Auslassventil zu generieren. Insbesondere ist die Kontrolleinheit ausgebildet, durch eine Betätigung des Auslassventils die Fahrzeugkabine bzw. die Luftfeder in Abhängigkeit der Relativlage abzusenken und/oder die Luftmasse in der Luftfeder zu reduzieren, um die Dämpfungscharakteristik und/oder das Niveau und/oder die Neigung der Fahrzeugkabine relativ zum Fahrzeugrahmen zu verändern.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugrahmen und mit einer relativ zu dem Fahrzeugrahmen bewegbar gelagerten Fahrzeugkabine. Unter der Fahrzeugkabine, auch als Führerhaus bezeichnet, wird der Teil des Fahrzeugaufbaus verstanden, der einen Raum für den Fahrzeugführer und ggf. ein oder mehrere Begleitpersonen bildet. Unter Fahrzeugrahmen, auch als Chassis oder Fahrgestell bezeichnet, wird der Teil des Fahrzeugaufbaus verstanden, der den Antrieb, die Fahrzeugkabine und ggf. Nutzlasten aufnimmt bzw. trägt. Das Fahrzeug weist mindestens eine der Luftfedern und/oder ein Kabinenlagerungssystem auf, wie dieses bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere ist das Fahrzeug ein Nutzfahrzeug, zum Beispiel ein Lkw, oder eine Landmaschine, zum Beispiel ein Schlepper, oder eine Baumaschine, zum Beispiel ein Radlader.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Kabinenlagerungssystem.

1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Fahrzeug 1 mit einem Kabinenlagerungssystem 2 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise ist das Fahrzeug ein Nutzfahrzeug, z.B. ein Lkw.
Das Fahrzeug 1 weist einen Fahrzeugrahmen 3 sowie eine Fahrzeugkabine 4, nur schematisch angedeutet, auf, wobei die Fahrzeugkabine 4 relativ zu dem Fahrzeugrahmen 3 bewegbar ist. Das Kabinenlagerungssystem 2 stellt neben dem Fahrkomfort die relative Lage der Fahrzeugkabine 4 zum Fahrzeugrahmen 3 sicher.
Das Kabinenlagerungssystem 2 weist hierzu mindestens eine geregelte Luftfeder 5 auf, welche zur federnden Abstützung der Fahrzeugkabine 4 an dem Fahrzeugrahmen 3 dient. Die Luftfeder 5 ist hierzu zwischen dem Fahrzeugrahmen 3 und der Fahrzeugkabine 4 angeordnet und einerseits mit dem Fahrzeugrahmen 3 und andererseits mit der Fahrzeugkabine 4 gekoppelt.
Die Luftfeder 5 weist im Wesentlichen eine Aufnahmeplatte 6, einen Abrollkolben 7 sowie einen Rollbalg 8 auf, wobei ein Ende des Rollbalges 8 an der Aufnahmeplatte 6 und das andere Ende des Rollbalges 8 an dem Abrollkolben 7 befestigt ist. Der Rollbalg 8 ist luftdicht mit der Aufnahmeplatte 6 und dem Abrollkolben 7 verbunden, wodurch durch eine luftdichte Luftkammer 9 gebildet ist. Die Aufnahmeplatte 6 ist mit der Fahrzeugkabine 4 und der Abrollkolben 7 ist mit dem Fahrzeugrahmen 3, z.B. über eine Schraubverbindung, verbunden.
Die Luftfeder 5 bzw. die Luftkammer 9 muss mit Luftmasse versorgt werden. Hierzu weist die Luftfeder 5 einen integrierten passiven Drucklufterzeuger 10 auf, welcher basierend auf einer Relativbewegung zwischen Fahrzeugrahmen 3 und Fahrzeugkabine 4 Luftmasse für die Luftfeder 6 fördert bzw. die eingeschlossene Luftmasse in der Luftkammer 9 erhöht.
Der Drucklufterzeuger 10 ist gemäß dieser Ausführung als eine doppeltwirkende Luftkolbenpumpe ausgebildet, welche im Wesentlichen einen Zylinder 11 und einen an einer Kolbenstange 12 befestigten Kolben 13 aufweist, der innerhalb des Zylinders 11 entlang einer Innenwand geführt ist. Der Drucklufterzeuger 10 ist einerseits mit der Aufnahmeplatte 6 und andererseits mit dem Abrollkolben 7 bewegungsgekoppelt, wobei die Kolbenstange 13 hierzu über eine erste Anbindungsschnittstelle 14 mit der Aufnahmeplatte 6 und der Zylinder 11 über eine zweite Anbindungsschnittstelle 15 mit dem Abrollkolben 7 gelenkig verbunden ist. In der gezeigten Ausführung ist der Zylinder 10 innerhalb des Abrollkolbens 7 untergebracht und/oder von diesem umgeben.
Der Kolben 13 unterteilt den Zylinder 11 in einen ersten Arbeitsraum 16 und einen zweiten Arbeitsraum 17. Die beiden Arbeitsräume 16, 17 sind jeweils über einen eingangsseitigen Einlasskanal 18 mit einer Umgebung bzw. der Atmosphäre strömungstechnisch verbunden und über einen ausgangsseitigen Auslasskanal 19 mit der Luftkammer 9 strömungstechnisch verbunden. Die Luftzuführung in den Drucklufterzeuger 10 erfolgt somit mittels des Einlasskanals 18 und die Luftabführung aus dem Drucklufterzeuger 10 mittels des Auslasskanals 19.
Weiterhin weist der Drucklufterzeuger 10 eingangsseitig ein erstes und ein zweites Einlassventil 20, 21 auf, wobei die beiden Einlassventile 20, 21 in einem Strömungsweg des Einlasskanals 18 angeordnet sind. Dabei erfolgt eine Luftzufuhr in den ersten Arbeitsraum 16 über das erste Einlassventil 20 und eine Luftzufuhr in den zweiten Arbeitsraum 17 über das zweite Einlassventil 21. Ausgangsseitig weist der Drucklufterzeuger 10 ein erstes und zweites Auslassventil 22, 23 auf, wobei die beiden Auslassventil 22, 23 in einem Strömungsweg des Auslasskanals 19 angeordnet sind. Dabei erfolgt eine Luftabfuhr aus dem ersten Arbeitsraum 16 über das erste Auslassventil 22 und eine Luftabfuhr aus dem zweiten Arbeitsraum 17 über das zweite Auslassventil 23.
Beispielsweise können der Einlass- und der Auslasskanal 18 ,19 in den Abrollkolben 7 integriert sein, wobei der Einlasskanal 18 über eine Einlassöffnung 24 in der Umgebung mündet und der Auslasskanal 19 über eine Auslassöffnung 25 in der Luftkammer mündet. Der Einlasskanal 18 und der Auslasskanal 19 können jeweils über ein oder mehrere in den Abrollkolben 7 eingebrachte Bohrungen gebildet sein. Beispielsweise sind die beiden Einlassventile 20, 21 und die beiden Auslassventile 22, 23 in den Zylinder 11 integriert bzw. an dem Zylinder 11 angeordnet.
Die Luftfeder 5 weist zudem einen weiteren Auslasskanal 26 auf, welcher die Luftkammer 9 mit der Umgebung bzw. der Atmosphäre strömungstechnisch verbindet. Die Luftzuführung in die Luftkammer 9 erfolgt somit mittels des Auslasskanals 19 und die Luftabführung aus der Luftkammer 9 mittels des weiteren Auslasskanals 26. Die Luftfeder 5 weist ein weiteres Auslassventil 27 zur Druckluftabführung auf, welches in dem Strömungsweg des weiteren Auslasskanals 27 angeordnet ist und zur variablen Einstellung einer Luftmasse in der Luftkammer 9 dient. Beispielsweise kann der weitere Auslasskanal 26 in den Abrollkolben 7 integriert sein, wobei der weitere Auslasskanal 26 über eine weitere Auslassöffnung 28 in der Luftkammer 9 mündet. Beispielsweise ist das weitere Auslassventil 27 als ein Schaltventil mit zwei diskreten Schaltzuständen ausgebildet, welches in den Abrollkolben 7 integriert ist.
Das Kabinenlagerungssystem 2 weist eine elektronische Kontrolleinheit 29 zur Regelung und/oder Steuerung des weiteren Auslassventils 27 auf, welche hierzu über eine Signalleitung 30 mit dem Auslassventil 27 signaltechnisch verbunden ist. Beispielsweise ist die Kontrolleinheit 29 als ein sogenanntes electronic Cabin Air Leveling Module (eCALM) ausgebildet.
Weiterhin weist das Kabinenlagerungssystem 2 eine in die Luftfeder 5 integrierte Lagesensorik 31 auf, welche zur Erfassung einer Relativlage zwischen Aufnahmeplatte 6 und Abrollkolben 7 ausgebildet ist. Beispielsweise weist die Lagesensorik 31 mindestens einen Wegsensor 32 auf, welcher ausgebildet ist, eine relative oder absolute Position der Aufnahmeplatte 6 gegenüber dem Abrollkolben 7 zu erfassen. Beispielsweise ist der Wegsensor 32 als ein magnetischer und/oder induktiver und/oder optoelektronischer Sensor ausgebildet. Der Wegsensor 32 ist über eine weitere Signalleitung 33 mit der Kontrolleinheit 29 signaltechnisch verbunden, um die erfasste Relativlage bzw. die relative oder absolute Position der Aufnahmeplatte 6 an die Kontrolleinheit 29 als ein elektrisches Signal zu übermitteln.
Die Kontrolleinheit 29 ist dabei ausgebildet, das weitere Auslassventil 27 auf Basis der Relativlage, z.B. mittels eines auf der Kontrolleinheit 29 ausgeführten Algorithmus, zu kontrollieren, um beispielsweise die Fahrzeugkabine 4 auf unterschiedliche Niveaus zu nivellieren oder abzusenken. Beispielsweise kann auf Basis der Relativlage entschieden werden, ob aus der Luftkammer 9 Luftmasse bzw. Luftmasse abgeführt werden muss, wobei das weitere Auslassventil 27 hierzu über die Signalleitung 30 angesteuert bzw. geregelt wird.
In einem Fahrbetrieb wird die Relativbewegung zwischen Abrollkolben 7 und Aufnahmeplatte 6 bzw. zwischen Fahrzeugrahmen 3 und Fahrzeugkabine 4 in eine relative Hubbewegung zwischen Zylinder 11 und Kolbenstange 12 übersetzt. Bei einem Einfahren der Kolbenstange 12 in den Zylinder 11 strömt Luftmasse über das erste Einlassventil 20 in den ersten Arbeitsraum 16 ein, wobei zugleich die in dem zweiten Arbeitsraum 17 befindliche Luftmasse durch den Kolben 13 komprimiert und über das zweite Auslassventil 23 als die Luftmasse in die Luftkammer 9 ausströmt. Bei einem Ausfahren der Kolbenstange 12 aus dem Zylinder 11 strömt Luftmasse über das zweite Einlassventil 21 in den zweiten Arbeitsraum 17 ein, wobei zugleich die in dem ersten Arbeitsraum 16 befindliche Luftmasse durch den Kolben 13 komprimiert und über das erste Auslassventil 22 als die Luftmasse in die Luftkammer 9 ausströmt. Die beiden Einlassventile 20, 21 und die beiden Auslassventile 22, 23 sind jeweils als ein federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet, welche in Abhängigkeit der Hubbewegung selbsttätig den Strömungsweg freigeben oder sperren.
Basierend auf der Relativlage ist die Kontrolleinheit 29 ausgebildet, eine Federungscharakteristik, ein Niveau oder eine Neigung der Fahrzeugkabine 4 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 3 durch eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung des weiteren Auslassventils 27 zu beeinflussen. Beispielsweise wird das weitere Auslassventil 27 geöffnet, sodass die Luftmasse aus der Luftkammer 9 in die Umgebung ausströmen kann, wodurch die Luftfeder 6 abgesenkt und/oder die Luftmasse reduziert wird. Der Drucklufterzeuger 10 nutzt somit die - durch den Fahrbetrieb verursachte - Relativbewegung von Aufnahmeplatte 6 und Abrollkolben 7 zur Luftmassenförderung aus, sodass die Luftfeder 5 bezüglich ihrer Druckluftversorgung autark und energieeffizient arbeitet.
Initial ist davon auszugehen, dass in der Luftkammer 9 kein Überdruck vorherrscht. Um die für die Drucklufterzeugung notwendige Relativbewegung zwischen Aufnahmeplatte 6 und Abrollkolben 7 einleiten zu können, ist eine Grundfederung zu gewährleisten. Hierfür weist die Luftfeder 5 eine Initialfeder 34 auf, auf welcher die Aufnahmeplatte 6 in einem drucklosen Zustand der Luftfeder 5 abfedert. Die Initialfeder 34 ist als eine Schraubendruckfeder ausgebildet, welche mit einem Ende an dem Abrollkolben 7 festgelegt ist und mit dem anderen, freien Ende zur Abstützung der Aufnahmeplatte 6 dient. Im drucklosen Zustand federt die Aufnahmeplatte 6 solange an der Initialfeder 34 ab, bis die geförderte Luftmasse in der Luftkammer 11 den Luftdruck soweit erhöht, dass die Aufnahmeplatte 6 abgehoben wird.
Bezugszeichen

1: Fahrzeug
2: Kabinenlagerungssystem
3: Fahrzeugrahmen
4: Fahrzeugkabine
5: Luftfeder
6: Aufnahmeplatte
7: Abrollkolben
8: Rollbalg
9: Luftkammer
10: Drucklufterzeuger
11: Zylinder
12: Kolbenstange
13: Kolben
14: erste Anbindungsschnittstelle
15: zweite Anbindungsschnittstelle
16: erster Arbeitsraum
17: zweiter Arbeitsraum
18: Einlasskanal
19: Auslasskanal
20: erstes Einlassventil
21: zweites Einlassventil
22: erstes Auslassventil
23: zweites Auslassventil
24: Einlassöffnung
25: Auslassöffnung
26: weiterer Auslasskanal
27: weiteres Auslassventil
28: weitere Auslassöffnung
29: Kontrolleinheit
30: Signalleitung
31: Lagesensorik
32: Wegsensor
33: weitere Signalleitung
34: Initialfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013009204 A1 [0003]

Claims

Luftfeder (5) für ein Kabinenlagerungssystem (2) eines Fahrzeugs (1), mit einer Aufnahmeplatte (6) zur Anbindung an eine Fahrzeugkabine (4), mit einem Abrollkoben (7) zur Anbindung an einen Fahrzeugrahmen (3), mit einem Rollbalg (8), wobei der Rollbalg (8) zur Begrenzung einer Luftkammer (9) mit einem Ende luftdicht mit der Aufnahmeplatte (6) und mit dem anderen Ende luftdicht mit dem Abrollkolben (7) verbunden ist, gekennzeichnet, durch einen in die Luftfeder (5) integrierten passiven Drucklufterzeuger (10), welcher ausgebildet ist, auf Basis einer Relativbewegung zwischen der Aufnahmeplatte (6) und dem Abrollkolben (7) Luftmasse für die Luftfeder (5) zu fördern und/oder eine Luftmasse in der Luftkammer (9) zu erhöhen.
Luftfeder (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucklufterzeuger (10) als eine Luftpumpe ausgebildet ist, welche eingangsseitig strömungstechnisch mit einer Umgebung und ausgangseitig strömungstechnisch mit der Luftkammer (9) verbunden ist.
Luftfeder (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucklufterzeuger (10) einen Zylinder (11) sowie einen in dem Zylinder (11) über eine Kolbenstange (12) geführten Kolben (13) aufweist, welcher den Zylinder (11) in einen ersten und einen zweiten Arbeitsraum (16, 17) unterteilt, wobei zumindest einer der Arbeitsräume (16, 17) über ein Einlassventil (20, 21) mit der Umgebung und der andere Arbeitsraum (16, 17) über ein Auslassventil (22, 23) mit der Luftkammer (9) strömungstechnisch verbindbar ist.
Luftfeder (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, der Drucklufterzeuger (10) als eine doppeltwirkende Luftpumpe ausgebildet ist, wobei der erste Arbeitsraum (16) über ein erstes Einlassventil (20) mit der Umgebung und über ein erstes Auslassventil (22) mit der Luftkammer (9) strömungstechnisch verbindbar ist und wobei der zweite Arbeitsraum (17) über ein zweites Einlassventil (21) mit der Umgebung und über ein zweites Auslassventil (23) mit der Luftkammer (9) strömungstechnisch verbindbar ist.
Luftfeder (5) nach Anspruch 3 oder 4, dass der Abrollkolben (7) einen Einlasskanal (18) aufweist, wobei der erste und/oder der zweite Arbeitsraum (16, 17) über den Einlasskanal (18) mit der Umgebung strömungstechnisch verbunden sind, wobei das mindestens eine Einlassventil (20, 21) in einem Strömungsweg des Einlasskanals (18) angeordnet ist.
Luftfeder (5) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dass der Abrollkolben (7) einen Auslasskanal (19) aufweist, wobei der erste und/oder der zweite Arbeitsraum (16, 17) über den Auslasskanal (19) mit der Luftkammer (9) strömungstechnisch verbunden sind, wobei das mindestens eine Auslassventil (22, 23) in einem Strömungsweg des Auslasskanals (19) angeordnet ist.
Luftfeder (5) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (12) über eine erste Anbindungsschnittstelle (14) mit der Abdeckplatte (6) und der Zylinder (11) über eine zweite Anbindungsschnittstelle (15) mit dem Abrollkolben (7) gekoppelt ist.
Luftfeder (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein weiteres Auslassventil (27) zur variablen Einstellung einer Luftmasse in der Luftkammer (9).
Luftfeder (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollkolben (7) einen weiteren Auslasskanal (26) aufweist, wobei die Luftkammer (9) über den weiteren Auslasskanal (26) mit der Umgebung strömungstechnisch verbunden ist, wobei das weitere Auslassventil (27) in einem Strömungsweg des weiteren Auslasskanals (26) angeordnet ist.
Luftfeder (5) nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einer innerhalb des Rollbalgs (8) angeordnete Lagesensorik (31) zur Erfassung einer Relativlage zwischen Aufnahmeplatte (6) und Abrollkolben (7), wobei das weitere Auslassventil (27) auf Basis der Relativlage kontrollierbar ist.
Luftfeder (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine Initialfeder (34), welche wahlweise an der Aufnahmeplatte (6) oder dem Abrollkolben (7) angeordnet ist, um in einem drucklosen Zustand der Luftfeder (5) die Relativbewegung zwischen Aufnahmeplatte (6) und Abrollkoben (7) durch eine Grundfederung zu gewährleisten.
Luftfeder (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Initialfeder (34) als eine Schraubendruckfeder ausgebildet ist, welche in einem eingefederten Zustand die Aufnahmeplatte (6) mit einer Druckkraft beaufschlagt.
Kabinenlagerungssystem (2) mit mindestens einer Luftfeder (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kabinenlagerungssystem (2) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinheit (29), wobei die Kontrolleinheit (29) ausgebildet ist, das weitere Auslassventil (27) der Luftfeder (5) auf Basis der Relativlage zu kontrollieren, um eine Niveauregulierung und/oder eine Neigungsregulierung der Fahrzeugkabine (4) umzusetzen.
Fahrzeug (1) mit einem Fahrzeugrahmen (3) und mit einer relativ zu dem Fahrzeugrahmen (3) bewegbar gelagerten Fahrzeugkabine (4) gekennzeichnet durch mindestens eine Luftfeder (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder ein Kabinenlagerungssystem (2) nach Anspruch 13 oder 14.