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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Federung eines Fahrzeugsitzes, insbesondere
Nutzfahrzeugsitzes mit mindestens einer zwischen einem Sitzteil
und einem Unterteil angeordneten Luftfeder zur Höhenverstellung eines Sitzteils
und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Zu- und Abführung mindestens
eines Zusatzluftvolumens zu oder von der Luftfeder gemäß den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 und 11.
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Federvorrichtungen für Fahrzeugsitze
sind insbesondere für
eine Dämpfung
eine Höhenauslenkung
des Fahrzeugsitzes bei Überfahren
von unebenen Fahrbahnoberflächen,
wie Schlaglöchern,
bekannt.
EP 1 188 608
A1 zeigt ein aktives Dämpfungssystem
für gefederte
Fahrzeugsitze, bei dem zwischen einem Sitzteil und einem mit dem
Fahrzeug verbunden Unterteil neben einer mechanischen flexiblen
Verbindungseinrichtung eine pneumatische Entlastungsvorrichtung
und ein hydraulisches Stellglied angeordnet sind. Sowohl die pneumatische
Entlastungsvorrichtung als auch das hydraulische Stellglied werden
als Funktion eines Sitzfehlersignals, welches beispielsweise durch
eine ruckartige Höhenverstellung
des Sitzteils erzeugt wird, durch eine Steuereinrichtung gesteuert.
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Derartige hydraulische Stellglieder
erfordern eine Verbindung mit dem Bordnetz des Fahrzeuges, insbesondere
eines Nutzfahrzeuges. Eine derartige Verbindung hat zur Folge, dass
die Funktion der aktiven Dämpfung
des Fahrzeugsitzes von der Funktion des Bordnetzes und insbesondere
dessen Parameter abhängig
ist, so dass eine Abstimmung der Parameter des Dämpfungssystems auf die Parameter
des Bordnetzes und damit eine Anpassung des Systems an das jeweilige
Nutzfahrzeug erforderlich ist.
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Zudem sind Luftfedern bekannt, die
eine linear verlaufende Kraft-Weg-Luftfederkennlinie aufweisen,
deren Steigung in Abhängigkeit
von der Ausgestaltung der Luftfeder und einem angewandten Zusatzluftvolumen
verändert
werden können,
jedoch über
die gesamte Kraft-Weg-Luftfederkennlinie
hinweg dieselbe Steigung aufweisen. In der Regel werden bei derartigen
Luftfedern konstant gehaltene Zusatzluftvolumina verwendet, die
als eigentliches Luftvolumen der Luftfeder mit der ein- und ausfahrenden Luftfeder
verbunden sind.
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Derartige konstant gehaltene Zusatzvolumina
haben zur Folge, dass, wenn die Luftfeder mit einer Kraft-Weg-Luftfederkennlinie
mit geringer Steigung eingestellt ist, ein Zurückschwingen des Sitzteils in
eine mittlere Position der Kraft-Weg-Luftfederkennlinie deshalb
nicht möglich
ist, da Reibungskräfte
innerhalb der gesamten Federvorrichtung größer sind als eine Rückstellkraft
innerhalb der Kraft-Weg-Luftfederkennlinie.
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Anderseits wird bei einer Ausbildung
der Federvorrichtung derart, dass die Rückstellkraft größer ist – also eine
größere Steigung
der Luftfederkennlinie eingestellt wird – eine vergleichsweise harte Dämpfung sowohl
im mittleren Hubbereich als auch in den Hubendbereichen der Luftfeder
erreicht.
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Zudem wird bei der Anwendung einer
Luftfeder in einem Luftfederkennlinienbereich mit geringer Steigung – dem sogenannten
Komfortbereich – ,
die die Zuschaltung eines großen
Zusatzvolumens erfordert, ein Erreichen der Endanschläge in den
Hubendbereichen der Luftfeder bei starken Ein- und Ausfahrbewegungen
aufgrund einer starken Unebenheit wahrscheinlich, wodurch ein verminderter
Sitzkomfort für
den Benutzer des Fahrzeugsitzes entsteht. Die Einstellung eines
Komfortbereichs wird bei Luftfedern für Fahrzeugssitze generell aufgrund
besserer Übertragungswerte
und daraus resultierenden höheren
Komfort angestrebt.
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Demzufolge liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Federvorrichtung für einen
Fahrzeugsitz zur Verfügung
zu stellen, die unabhängig
von einem hydraulischen oder pneumatischen Bordnetz des Fahrzeuges
funktionsfähig
sowie ein- und ausbaubar ist und einen großen Fahrkomfort für einen
Benutzer bei Benutzung des Fahrzeugsitzes in einem Komfortbereich,
der durch eine Kraft-Weg-Luftfederkennlinie mit sehr geringer Steigung
wiedergegeben wird, ermöglicht.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Federung
eines Fahrzeugsitzes mittels einer derartigen Federvorrichtung zur
Verfügung
zu stellen.
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Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig
durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und verfahrensseitig durch
die Merkmale des Patentanspruches 11 gelöst.
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Ein wesentlicher Punkt der Erfindung
liegt darin, dass bei einer Federvorrichtung für einen Fahrzeugsitz mit mindestens
einer zwischen einem Sitzteil und einem Unterteil angeordneten Luftfeder
zur Höhenverstellung
des Sitzteils und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Zu-
und Abführung
mindestens eines Zusatzluftvolumens zu oder von der Luftfeder mittels
der Steuereinrichtung bei einer wählbaren Ein- und/oder Ausfahrposition
der Luftfeder das zu – oder
abführbare
Zusatzluftvolumen derart veränderbar
oder abschaltbar ist, dass eine Steigung des Verlaufs einer Kraft-Weg-Luftfederkennlinie der
Luftfeder in einem ersten und in mindestens einem weiteren Bereich
unterschiedlich zueinander sind. Beispielsweise wird durch eine
Erhöhung
der Steigung der Kraft-Weg-Luftfederkennlinie für die weiteren Bereiche in
Hubendbereichen der Luftfeder erreicht, dass bei Verwendung einer
Lufttederkennlinie mit geringer Steigung im ersten Bereich zum einen
eine ausreichende Rückstellkraft
bei Erreichen der vorbestimmbaren Ein- oder Ausfahrposition der Luftfeder
erhalten wird, um ein Rückstellen
des Sitzteiles in die mittige Position der flachen Luftfederkennlinie
innerhalb des ersten Bereichs zu erreichen. Zum anderen können die
Endanschläge
der Luftfeder nicht erreicht werden, da eine ausreichende Federkraft
aufgrund der steileren Luftfederkennlinie in dem weiteren Bereich
besteht.
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Das zu- oder abführbare Zusatzluftvolumen in
dem mindestens einen weiteren Bereich, der sich dem ersten Bereich
anschließt,
ist geringer als in dem ersten Bereich oder gänzlich Null und kann mehrstufig,
vorzugsweise dreistufig zu- oder abgeführt werden. Auf diese Weise
lassen sich unterschiedliche Dämpfungsgrade
in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Sitzkomfort einstellen.
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Derartige Fahrzeugsitze werden vorzugsweise
für Nutzfahrzeuge,
wie Traktoren, Baumaschinenfahrzeuge und Stapler eingesetzt und
weisen im ersten Bereich mit flacher Kennlinie ein Zusatzluftvolumen
von größer als
0,1 l bei einer Sitzeigenfrequenz von beispielsweise ca. 1,0 Hz
und einem Übertragungswert
aus einem Bereich von 0,1 – 0,9
auf. Es ist das Zusatzvolumen im ersten Bereich größer als
0,1 l. Das Zusatzvolumen in dem weiteren Bereich ist entweder 0,0
l oder größer als
0,0 l. Vorzugsweise ist das Zusatzvolumen in mindestens einem weiteren Bereich
geringer als im ersten Bereich. Hierdurch wird eine Federkrafterhöhung bei Überschreiten
der Einfahrposition der Luftfeder erreicht, die die Luftfeder schnell
ausfahren lässt
und den Benutzer des Fahrzeugsitzes wieder in die mittige Position
innerhalb des ersten Bereiches der Kennlinie zurückführt.
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Ebenso wird bei Überschreiten einer bestimmten
Ausfahrposition ein Federkraftverlust innerhalb der Luftfeder eingeleitet,
der ein schnelles Wiedereinfahren der Luftfeder und demzufolge ein
Zurückfallen
des Benutzers in die vorgegebene mittige Position der Kennlinie
innerhalb des ersten Bereiches bewirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist
die Federvorrichtung eine Regeleinrichtung zur selbsttätigen Höheneinstellung
des Sitzteils zu Anfang eines Benutzungsvorganges durch einen Benutzer
mit einem vorbestimmten Gewicht auf, wobei Luft zu oder von der
Luftfeder derart zu- oder abgeführt wird,
dass sich die Luftfeder auf eine mittige Position im ersten Bereich
der Kraft-Weg-Luftfederkennlinie einstellen kann. Die Regeleinrichtung
umfasst im Bereich eine Armlehne des Fahrzeugsitzes einen Regelschalter
zur Betätigung
der Regeleinrichtung. Somit ist eine automatische Positionierung
des Benutzers in dem Komfortbereich der Federvorrichtung, nämlich an
der mittigen Position im ersten Bereich der Kennlinie, in Abhängigkeit
von seinem Gewicht möglich,
ohne dass hierdurch der weitere Bereich, in dem die Kennlinie eine
größere oder
kleinere Steigung aufweist, verringert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist
die Federvorrichtung eine Wiedererkennungseinrichtung zum Wiedererkennen
eines den Fahrersitz benutzenden Benutzers, insbesondere mittels seines
Gewichts auf, um die automatische Aktivierung der Höheneinstellungregelung
beim Niedersetzen des Benutzers in den Fahrzeugsitz zu ermöglichen.
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Der erste Bereich der Kraft-Weg-Luftfederkennlinie
entspricht vorzugsweise einer Hublänge der Luftfeder von bis zu
3000 mm, wohingegen der mindestens eine weitere Bereich einer Hublänge von vorzugsweise
bis zu 2000 mm entspricht.
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Der mindestens eine weitere Bereich schließt sich
an den ersten Bereich ab den vorbestimmten Ein- und/oder Ausfahrpositionen
der Luftfeder links- oder rechtsseitig an.
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Mittels Erkennungs – und Schalteinrichtungen
wird das Überschreiten
der Ein- und Ausfahrpositionen erkannt und ein Umschalten der Federvorrichtung
auf die Zu- und Abführung
des veränderbaren
Zusatzluftvolumens mittels der Steuereinrichtung bewirkt. Somit
ist ein automatischer Übergang
der Federkennlinie von einem Komfortbereich (erster Bereich) in
einen Progressionsbereich (weiterer Bereich) und/oder einen Degressionsbereich
(weiterer Bereich) sichergestellt.
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Bei einem Verfahren zur Federung
eines Fahrzeugsitzes wird erfindungsgemäß das zu- oder abführbare Zusatzluftvolumen
mittels der Steuereinrichtung dann verändert oder abschaltet, wenn
die Luftfeder die wählbaren
Ein- und/oder Ausfahrpositionen überschreitet,
um die Steigung des Verlaufs der Kraft-Weg-Luftfederkennlinie in
dem ersten und in mindestens einem weiteren Bereich zu verändern. Das
veränderbare
Zusatzluftvolumen wird bei Überschreiten
der Ein- und Ausfahrpositionen nur dann zu- beziehungsweise abgeführt, wenn
Erkennungs- und Schalteinrichtungen in ersten und zweiten Hubendbereichen
schwingungsbedingt und regelmäßig hochfrequenzartig
durch die ein- und ausfahrende Luftfeder aktiviert werden. Dies
hat zur Folge, dass bei einer unregelmäßigen Ein- und Ausfahrung der Luftfeder
oder bei einem Ein- und Ausfahren mit großem Zeitabstand (kleiner gleich
1,0 Hz) eine Aktivierung der Erkennungs- und Schalteinrichtungen
als unrentabel vermieden wird, wodurch eine Energieersparnis erreicht
wird.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
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1 in
einem Diagramm eine schematisch dargestellte Kraft-Weg-Luftfederkennlinie
einer Federvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 in
einem Diagramm eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Luftfederkennlinie in verschobener
Position, und
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3 in
einem Diagramm eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Luftfederkennlinie in einer
weiteren verschobenen Position.
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In 1 wird
in einem Diagramm in einer schematischen Darstellung der Verlauf
einer Kraft-Weg-Luftfederkennlinie 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, wobei sich die Luftfederkennlinie 1 aus
den Abschnitten 1a, 1b, 1c zusammensetzt.
In dem Diagramm ist über
die Ordinate die Kraft F und über
die Abszisse der zurückgelegte
Weg s der Luftfeder aufgetragen.
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Idealerweise verlaufen die einzelnen
Abschnitte 1a, 1b und 1c derart fließend ineineinander übergehend,
dass die Übergänge bogenförmig ausgebildet
sind, wobei die Bogen unterschiedlich große Bogenmaße aufweisen können.
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In einem ersten Komfortbereich 2,
in dem ein Zusatzluftvolumen von mehr als 0,1 Liter der Luftfeder
zu- beziehungsweise abgeführt
wird, weist die Luftfederkennlinie den Abschnitt 1a mit
einer geringen Steigung auf. In einem zweiten Progressionsbereich 3,
in dem ein Zusatzluftvolumen, welches kleiner als das in dem ersten
Komfortbereich 2 abgeführte
Zusatzvolumen ist, hinzugeführt
wird, weist die Luftfederkennlinie 1 den Abschnitt 1b mit
einer größeren Steigung
als in dem Abschnitt 1a auf. Ebenso weist die Luftfederkennlinie
in einem dritten Degressionsbereich 4, in dem ein Zusatzluftvolumen,
welches ebenso kleiner als das in dem ersten Komfortbereich 2 abgeführte Zusatzvolumen
ist, abgeführt wird,
den Kennlinienabschnitt 1c mit einer größeren Steigung als in dem Abschnitt 1a auf.
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Eine Höhenverstellung 5 bei
schwingungsbedingtem Ein- und Ausfahren der Luftfeder, wie es beispielsweise
bei Durchfahren von in der Fahrbahn angeordneten Schlaglöchern stattfindet,
wird innerhalb des ersten, zweiten und dritten Bereiches 2, 3, 4 durchgeführt. Die
Bereiche 2, 3 und 4 sind in einem Schaltfenster 6 zusammengefasst.
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Innerhalb des ersten Komfortbereiches 2 ist ein
Sitzteil des Fahrzeugsitzes idealerweise in einer mittigen Position 7 der
Kennlinie angeordnet, wobei die mittige Position 7 auf
einer HV-Linie 13 als
Ideallinie vertikal verschoben werden kann.
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Sobald der erste Komfortbereich 2 links- oder
rechtsseitig durch Ein- oder Ausfahren des Federelements verlassen
wird und eine vorbestimmte Ein- oder Ausfahrposition 8, 9 überschritten
wird, erkennt dies eine Erkennungs- und Schalteinrichtung 8a, 9a und
schaltet die gesamte Federvorrichtung auf die Zu- beziehungsweise
Abführung
des anderen Zusatzluftvolumens, nämlich mit einem kleineren Volumen
um.
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Der Komfortbereich 2 entspricht
einer Hublänge 10,
deren Obergrenze in einem Bereich von 0,1 – 3000 mm je nach technischen
Anforderungen liegen kann, wohingegen der Degressionsbereich 4 und
der Progressionsbereich 3 Hublängen 11, 12 mit Obergrenzen
von 0,1 – 2000
mm aufweisen können.
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Der Funktionsablauf der erfindungsgemäßen Federvorrichtung
ist wie folgt:
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- 1. Ein Fahrer nimmt auf dem Fahrzeugsitz seine Position
ein und es wird mittels einer Fahrer-Wiedererkennungseinrichtung
eine Wiedererkennung aufgrund seines Gewichts durchgeführt. Die
Gewichtsbelastung der Federvorrichtung führt zu einer Überschreitung
der vorbestimmten Ausfahrposition 9.
- Mittels einer hier nicht gezeigten Luftversorgung wird selbsttätig Luft
in die Federvorrichtung eingelassen, woraufhin der Fahrer mit dem
Sitzteil in die mittige Position 7 innerhalb des Komfortsbereiches
geführt
wird.
- Die mittige Position 7 kann innerhalb des Kraft-Weg-Diagramms
zur Einstellung einer gewünschten
individuellen Höhe
des Sitzteils verschoben werden, indem mittels einer Betätigungseinrichtung,
die vorzugsweise im Armlehnenbereich des Fahrzeugsitzes angebracht
ist, das Schaltfenster 6 innerhalb des Diagramms verschoben
wird, wie es beispielsweise in den 2 und 3 wiedergegeben wird. Hierbei
zeigen die 2 und 3 die Position des Schaltfensters
mit den dazugehörigen
ersten, zweiten und dritten Bereichen 2, 3, 4 bei
einem nach oben beziehungsweise nach unten höhenverstellten Sitzteil.
- 2. Sobald eine regelmäßig hochfrequente
Schwingung (≥ 1,0
Hz, Pulszahl von 10) auftritt und dies durch die Erkennungs- und
Schalteinrichtung erkannt wird, wird bei Aktivierung der Erkennungs- und
Schalteinrichtung 9a mittels einer hier nicht gezeigten
Steuereinrichtung ein Signal an die Luftversorgung zum Anheben der
HV-Position 7 abgegeben. Bei einer unregelmäßigen Schwingung
mit großen
Zeitabständen
(≤ 1,0 Hz)
findet keine Signalabgabe statt.
- 3. Bei wiederholtem, regelmäßig hochfrequenten Berühren der
Erkennungs- und Schalteinrichtung 8a (≥ 1 Hz, Pulszahl von 10) wird
mittels der Steuereinrichtung ein Signal an die Luftversorgung zum
Absenken der HV-Position 7 durch Ablassen von Luft abgegeben.
Bei einer unregelmäßigen Schwingung
mit großen
Zeitabständen
(≤ 1,0 Hz) findet
keine derartige Signalabgabe statt.
- 4. Die Steuereinrichtung errechnet in festgelegten Zeitabständen, wie
beispielsweise in der Größenordnung
von 1,0s, den Mittelwert der Schwingungsamplituden und bringt dessen
Verlauf in Deckungsgleichheit mit der angewählten HV-Linie 13 durch
Zufuhr oder Ablassen von Druckluft.
- 5. Die HV-Linie 13 liegt mittig im Komfortfenster, dessen
Breite gestuft oder stufenlos über
Dreh- oder Stufenschalter regelbar ist. Die Breite des Komfortfensters
entspricht einer Hublänge,
deren Obergrenze in einem Bereich von 0,1 – 3000 mm liegt.
- Der Progressionsbereich 3 beginnt ab der Position 9 und
geht in eine steile Kennlinie mit einem Zusatzluftvolumen von beispielsweise
0,0 l oder einem Wert größer als
0,0 l über.
Hierdurch wird die Federvorrichtung im unteren Bereich – also auch
außerhalb
des Komfortbereichs – steif,
wodurch ein Durchfedern, bzw. ein Endanschlag der Luftfeder vermindert
wird. Hierfür
erforderlich ist der Minimalwert der Hublänge. Anschließend findet
eine Rückführung der
Luftfeder in Richtung der HV-Position 7 statt.
- 6. Sofern bei permanent starker Schwingungsanregung eine Kennlinie
im Progressionsbereich mit einer Steigung, die einem Zusatzluftvolumen
von größer als
0,0 l entspricht, nicht ausreicht, wird eine noch steilere Kennlinie,
die einem Zusatzluftvolumen von 0,0 l entspricht, verwendet. Sollte auch
diese Kennlinie zur ausreichenden Dämpfung nicht ausreichen, wird
das komplette Schaltfenster automatisch schrittweise nach oben verlagert,
wie es durch den Pfeil 14 in 2 wiedergegeben
wird.
- 7. Ebenso wird im Degressionsbereich bei einer nicht ausreichend
starken Steigung der Kennlinie, die einem Zusatzluftvolumen von
größer als
0,0 l entspricht, ein Zusatzluftvolumen von 0,0 l angewendet. Sollte
auch eine derartige Kennlinie nicht den not wendigen Kraftverlust
im Degressionsbereich zum schnellen Absenken des Fahrers und des
Sitzteiles ermöglichen,
so wird das komplette Schaltfenster 6 automatisch in Schritten
nach unten verlagert, wie es durch den Pfeil 15 in 3 wiedergegeben wird.
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Die Steuereinrichtung beinhaltet
vorteilhaft eine Software, welche auf den jeweiligen Fahrzeugtyp
und dessen Charakter abgestimmt ist, wobei die Software in einem
stetig durchgeführten
Verbesserungsprozess optimiert werden kann. Durch Einlesen über einen
PC oder über
einen Laptop erhält
der Fahrzeuginhaber eine aktuelle Update-Version der Software.
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Vorzugsweise kann durch Wechseln
der Basis-Software der Verwendungszweck des Fahrzeugsitzes derart
geändert
werden, dass beispielsweise ein Einsatz des Fahrzeugsitzes sowohl
in einem großen
Schlepper mit gefederter Kabine als auch in einem kleinen Schlepper
möglich
ist.
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Sämtliche
Merkmale der Erfindung werden sowohl einzeln als auch in Kombination
als erfindungswesentlich betrachtet. Abwandlungen hiervon sind dem
Fachmann geläufig.
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- 1
- Kraft-Weg-Luftfederkennlinie
- 1a,
1b, 1c
- Abschnitte
der Luftfederkennlinie
- 2
- erster
Bereich
- 3
- zweiter
Bereich
- 4
- dritter
Bereich
- 5
- Höhenverstellung
- 6
- Schaltfenster
- 7
- mittlere
Position
- 8,
9
- Ein-
und Ausfahrpositionen
- 8a,
9a
- Erkennungs-
und Schalteinrichtungen
- 10,
11, 12
- Hublängen
- 13
- HV-Positionslinie
- 14,
15
- Verschiebung
des Schaltfensters