DE19603593C1 - Pneumatisches bzw. hydropneumatisches Federungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches bzw. hydropneumati­ sches Federungssystem, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit mehreren separaten Federaggregaten, zwischen denen ein durch Ventile gesteuertes pneumatisches bzw. hydraulisches Leitungssystem angeordnet ist, über das die Federaggregate miteinander verbindbar bzw. voneinander abtrennbar oder mit einer pneumatischen bzw. einer hydraulischen Druckquelle bzw. einem Ablaß verbindbar sind, wobei das Leitungssystem eine zentrale Zu- und Abfuhrleitung mit einem Drucksensor aufweist und die Ventile so angeordnet sind, daß vorgegebene bzw. vor­ gebbare Systemteile bzw. Systembereiche gesondert mit der Zu- und Abfuhrleitung verbindbar sind.

Ein entsprechendes hydropneumatisches Federungssystem ist Ge­ genstand der DE 41 29 610 A1.

Bei einem aus der DE 41 23 706 A1 bekannten Federungssystem sind eine mit Druckspeichern versehene Hochdruckleitung, die über ein zur Hochdruckseite hin öffnendes Rückschlagventil mit der Druckseite einer Pumpe verbunden ist, sowie eine ständig mit einem relativ drucklosen Reservoir verbundene Niederdruckleitung vorgesehen. Die Ventile des Leitungssy­ stems sind so angeordnet, daß die Federaggregate in prinzi­ piell beliebiger Kombination mit der Hochdruckleitung bzw. der Niederdruckleitung verbindbar sind. Darüber hinaus be­ steht die Möglichkeit, die Federaggregate einer Achse mitein­ ander - über eine gedrosselte Leitung - zu verbinden.

Aus dem Aufsatz "Meßwerterfassungsanlage für Versuche an thermischen Turbomaschinen" in der Zeitschrift "Technisches Messen atm" (1976) Heft 11, Seiten 337 bis 340, ist es be­ kannt, einen Druckwandler über ein mittels Ventile geschalte­ tes Meßleitungsnetz mit jeweils einem von vielen Meßpunkten eines zu überwachenden Systems zu verbinden, d. h. ein einzi­ ger Druckwandler genügt zur Druckmessung an vielen Meßorten.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein neues pneumatisches bzw. hydropneumatisches Federungssystem zu schaffen, welches neben erhöhter Sicherheit auch neue Steuerungsmöglichkeiten bietet.

Diese Aufgabe wird bei einem Federungssystem der eingangs an­ gegebenen Art dadurch gelöst, daß die Signale des Drucksen­ sors auch zur Überwachung der Dichtigkeit des Systems bzw. seiner Teile auswertbar und beschädigte Federaggregate von der Zufuhr pneumatischen bzw. hydraulischen Mediums abtrenn­ bar sowie die übrigen Federaggregate im Sinne einer größtmög­ lichen Stabilisierung des Fahrzeuges ansteuerbar sind.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für Lecka­ gefälle optimale Notprogramme vorzusehen.

Wenn beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug die Federungsag­ gregate normalerweise so gesteuert werden, daß der Bodenab­ stand im zeitlichen Mittel etwa konstant bleibt, würde einem Federaggregat im Falle einer Leckage übermäßig viel pneumati­ sches bzw. hydraulisches Medium zugeführt, um die durch die Leckage hervorgerufene Verminderung des Bodenabstandes des Fahrzeuges auszugleichen. Bei starker Leckage ist diese Druckmittelzufuhr jedoch sinnlos. Im Falle eines hydropneuma­ tischen Federungssystems würde auf diese Weise darüber hinaus in gegebenenfalls kurzer Zeit der Vorrat an Hydraulikmedium aufgebraucht. Dies kann nun erfindungsgemäß vermieden werden, wobei gleichzeitig eine Anpassung der übrigen Federaggregate an den jeweiligen Notfall vorgenommen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, den Federaggregaten zugeordnete Stoßdämpfer in Abhängigkeit von den die Druckverhältnisse an den Federaggregaten wider­ spiegelnden Signalen des Drucksensors zu steuern, so daß ei­ nerseits bei Normalbetrieb eine den Belastungen der Federag­ gregate angepaßte Steuerung der Stoßdämpfer und andererseits im Rahmen eines Notprogrammes eine den jeweiligen Störfall berücksichtigende Stoßdämpfersteuerung möglich wird.

Bei der Erfindung ist vorteilhaft, daß mit vergleichsweise geringem meßtechnischen Aufwand, d. h. mit einem einzigen Drucksensor, das gesamte System überwachbar und den jeweili­ gen Umständen entsprechend optimal steuerbar ist. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, daß zumindest bei Federungssystemen von Kraftfahrzeugen gegebenenfalls notwendige Druckerhöhungen und Druckminderungen an Systemteilen immer nacheinander und damit über eine einzige Einlaß- und Auslaßleitung erfolgen können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung besitzt das Federungssystem einen zentralen Druckspei­ cher, welcher sich über die Einlaß- und Auslaßleitung laden läßt. Dabei ist die Anordnung der Ventile zweckmäßigerweise so vorgesehen, daß einerseits die Verbindung zwischen Einlaß- und Auslaßleitung und Druckspeicher absperrbar ist und ande­ rerseits bei Absperrung der vorgenannten Verbindung die Ein­ laß- und Auslaßleitung mit den Federaggregaten einer Fahr­ zeugachse und dem Druckspeicher mit den Federaggregaten einer anderen Fahrzeugachse verbindbar ist. Die beiden Achsen kön­ nen dann praktisch unabhängig voneinander gesteuert werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der bevorzugte Ausführungsbei­ spiele beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Gesamtdarstellung einer Erstaus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung einer vereinfachten Ausführungsform,

Fig. 3 eine weitere abgewandelte Ausführungsform,

Fig. 4 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform,

Fig. 5 eine schematisierte Schnittdarstellung eines in der Ausführungsform der Fig. 3 eingesetzten Ventiles und

Fig. 6 eine schematisierte Schnittdarstellung eines bei der Ausführungsform der Fig. 4 eingesetzten Ventiles.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein im Übrigen nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug eine Vorderachse mit den Rädern 1 und 2 sowie eine Hinterachse mit den Rädern 3 und 4. Jedem Rad ist ein hydropneumatisches Federaggregat 5 zugeordnet, welches im we­ sentlichen aus der Kombination eines hydraulischen Kolben- Zylinder-Aggregates 6 sowie eines pneumatischen Federspei­ chers 7 besteht, der mit dem Kolbenarbeitsraum bzw. den Kol­ benarbeitsräumen des Kolben-Zylinder-Aggregates 6 über eine in der Regel gedrosselte bzw. drosselbare Leitung kommuni­ ziert und für die federnde Abstützung des jeweiligen Rades 1 bis 4 sorgt.

Jedes Federaggregat 5 ist über eine Leitung 8 in nachfolgend dargestellter Weise mit einer Zu- und Abfuhrleitung 9 für hy­ draulisches Medium verbunden, so daß jedem Federaggregat 5 zur Erhöhung des Bodenabstandes des Fahrzeugaufbaus hydrauli­ sches Medium zugeführt bzw. von jedem Federaggregat 5 zur Verminderung des Bodenabstandes Hydraulikmedium abgeführt werden kann.

In jeder Leitung 8 ist ein selbsttätiges Absperrventil 10 an­ geordnet, welches in seine Schließlage umschaltet, sobald der hydraulische Druck im jeweiligen Federaggregat 5 einen gerin­ gen Schwellwert unterschreitet. Im übrigen sind die Leitungen 8 jeweils über ein Steuerventil 11 mit einer an die Zu- und Abfuhrleitung 9 angeschlossenen Leitung 12 verbindbar, in der zwischen der Zu- und Abfuhrleitung 9 und den Steuerventilen 11 der den Rädern 3 und 4 zugeordneten Steuerventilen 11 ein Steuerventil 13 angeordnet ist. Zwischen diesem Steuerventil 13 und den Steuerventilen 11 der Räder 3 und 4 ist eine Lei­ tung 14 angeschlossenen, die über ein Steuerventil 15 zu ei­ nem Druckspeicher 16 führt. Parallel zur Leitung 14 ist eine mit Zu- und Abfuhrleitung 9 verbundene Leitung 17 mit einem Rückschlagventil 18 angeordnet, welches in der Leitung 17 ei­ ne Strömung in Richtung der Zu- und Abfuhrleitung 9 verhin­ dert.

Im übrigen sind die Leitungen 14 und 17 über ein Steuerventil 19 im Beispiel der Fig. 1 mit einem Verbraucher 20 verbunden, welcher bspw. als Stellorgan für eine Differentialsperre aus­ gebildet sein kann.

Die Steuerventile 11, 13, 15 und 19 werden elektrisch von ei­ nem Steuergerät 21 betätigt, welches auf seiner Eingangsseite Signale eines der Zu- und Abfuhrleitung 9 zugeordneten Druck­ sensors 22 sowie Signale von nicht näher dargestellten Wegge­ bern 23 erhält, die bspw. jeweils einem der Räder 1 bis 4 zu­ geordnet sind und deren Signale die jeweilige Hubstellung des zugeordneten Rades 1 bis 4 relativ zum Fahrzeugaufbau wieder­ geben. Außerdem erhält das Steuergerät 21 auch noch Signale vom Verbraucher 20, so daß das Steuergerät 21 auch den jewei­ ligen Betriebszustand des Verbrauchers 20 "kennt".

Je nachdem, welche der Steuerventile 11, 13, 15 und 19 geöff­ net oder geschlossen sind, ist die Zu- und Abfuhrleitung 9 mit unterschiedlichen Federaggregaten 5 bzw. mit dem Druck­ speicher 16 und/oder dem Verbraucher 20 verbunden, so daß den vorgenannten Aggregaten Hydraulikmedium zugeführt oder von diesen Aggregaten Hydraulikmedium abgeführt werden kann. Auf diese Weise läßt sich je nach Bedarf der mittlere Abstand der Räder 1 bis 4 vom Fahrzeugaufbau, der Ladezustand des Druck­ speichers 16 und/oder der Druck am Verbraucher 20 verändern.

Bei Schließung des Steuerventiles 14 besteht ggf. auch die Möglichkeit, die Zu- und Abfuhrleitung 9 mit den Federaggre­ gaten 5 der Räder 1 und 2 zu verbinden, während die Federag­ gregate 5 der Räder 3 und 4 mit dem Druckspeicher 16 verbun­ den werden können (wobei jeweils vorausgesetzt wird, daß die Ventile 11 und 15 geöffnet werden).

Bei allen Betriebsphasen können mittels des Drucksensors 22 die hydraulischen Drucke der jeweils mit der Zu- und Abfuhr­ leitung 9 verbundenen Systemteile überprüft werden. Das Steu­ ergerät 21 kann zumindest die jeweils letzten Druckmeßwerte in Zuordnung zu den jeweiligen Systemteilen speichern, so daß das Steuergerät 21 die Druckverhältnisse im System "kennt" und bspw. nach vorgebbaren Kriterien entscheiden kann, ob ein Systemteil durch Verbindung mit der Zu- und Abfuhrleitung 9 oder durch Verbindung mit dem Druckspeicher 16 mit zusätzli­ chem hydraulischem Druck beaufschlagt wird.

Insbesondere können die Systemteile mittels des Drucksensors 22 auf fehlerfreien Betrieb überprüft werden.

Bei evtl. Inspektionsarbeiten kann mittels des Drucksensors 21 abgefragt werden, ob die jeweils zu inspizierenden System­ teile bereits drucklos gemacht wurden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist jedem Fe­ deraggregat 5 ein gesondertes Steuerventil 11 zugeordnet, so daß die Möglichkeit besteht, jedes Federaggregat 5 einzeln mit der Zu- und Abfuhrleitung 9 bzw. mit dem Druckspeicher 16 zu verbinden.

Ggf. besteht jedoch auch die Möglichkeit, jeweils nur einem der Federaggregate 5 einer Achse ein Steuerventil 11 zuzuord­ nen, wenn die Zahl der Steuerventile vermindert werden soll.

Darüber hinaus besteht gemäß Fig. 2 die Möglichkeit, jeweils beide Federaggregate 5 einer Achse über ein gemeinsames Steu­ erventil 11 mit der Leitung 12 zu verbinden.

Das in Fig. 3 dargestellte System entspricht hinsichtlich der Vorderachse, d. h. der Räder 1 und 2, dem Beispiel der Fig. 1.

Der wesentliche Unterschied gegenüber dem Beispiel der Fig. 1 liegt darin, daß die in Fig. 1 den Rädern 3 und 4 zugeordne­ ten Steuerventile 11 durch ein Steuerventil 24 ersetzt ist, welches die Federaggregate 5 der Räder 3 und 4 entweder ge­ meinsam mit der Leitung 12 verbindet oder voneinander sowie von der Leitung 12 abtrennt. Dabei ist dieses Steuerventil 24 so ausgebildet, daß es von einer Ventilfeder ständig in seine Schließlage gedrängt wird, wobei die Kraft der Ventilfeder durch einen Elektromagneten und/oder durch den hydraulischen Druck in der Leitung 12 überwunden werden kann, d. h. sowohl durch Bestromung des Elektromagnetes als auch durch entspre­ chenden Druck in der Leitung 12 läßt sich das Ventil 24 in seine Offenstellung bringen.

Ein Beispiel für ein derartiges Ventil ist in Fig. 5 darge­ stellt. Ein Ventilteller 25 wird mittels einer Ventilfeder 26 gegen seinen Sitz in die Schließlage gedrängt, in der die beiden Leitungen 8 sowie die Leitung 12 gleichzeitig abge­ sperrt werden. Durch den Druck in der Leitung 12 sowie durch Bestromung eines Elektromagnetes 27, der mit einem am Ventil­ teller 25 angeordneten Anker 28 zusammenwirkt, kann der Ven­ tilteller 25 gegen die Kraft der Ventilfeder 26 in seine Öff­ nungslage angehoben werden.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß das Steuerventil 13 der Fig. 1 durch ein Steuerventil 29 ersetzt ist, welches jeweils entweder die Zu- und Abfuhrlei­ tung 9 oder die Leitung 14 mit den Steuerventilen 11 der den Rädern 3 und 4 zugeordneten Federaggregate 5 verbindet.

Dabei ist das Steuerventil 29 so ausgebildet, daß es durch eine Feder sowie den Druck in der Zu- und Abfuhrleitung 9 in die in Fig. 4 dargestellte Lage gedrängt wird, in der die Zu- und Abfuhrleitung 9 mit den Steuerventilen 11 der Federaggre­ gate 5 der Räder 3 und 4 verbunden ist. Außerdem wird das Ventil 29 noch durch Schwerkraft S in diese Lage gedrängt.

Durch den Druck in der Leitung 14 wird das Steuerventil 29 in seine andere Lage beaufschlagt, d. h. bei hinreichend großem Druck in der Leitung 14 schaltet das Steuerventil 29 in die andere Lage um.

Fig. 6 zeigt eine mögliche konstruktive Ausführungsform des Steuerventiles 29. Innerhalb eines Gehäuses 30 ist ein rela­ tiv schwerer Ventilkörper 31 angeordnet, der durch eine Ven­ tilfeder 32 sowie die Schwerkraft gegen einen Sitz an der Mündung der Leitung 14 gedrängt wird, so daß die Leitung 14 abgesperrt wird, so daß die Leitung 14 abgesperrt wird, so­ bald der Ventilkörper 31 auf dem vorgenannten Sitz aufsitzt. Damit sind ein Gehäuseanschluß für die Zu- und Abfuhrleitung 9 sowie ein Gehäuseanschluß 33, der zu den Steuerventilen 11 der Federaggregate 5 der Räder 3 und 4 führt, miteinander verbunden sind. Bei hinreichendem Druck in der Leitung 14 wird der Ventilkörper 31 aus der dargestellten Lage ausgeho­ ben, und gegen einen Sitz an der Mündung der Leitung 9 ge­ drückt, so daß die Zu- und Abfuhrleitung 9 absperrt und eine Verbindung zwischen dem Gehäuseanschluß 33 und dem Anschluß der Leitung 14 freigegeben wird. Sobald der Druck in der Lei­ tung 14 hinreichend absinkt, nimmt der Ventilkörper 31 wie­ derum die in Fig. 6 dargestellte Lage ein.

Bei den Fig. 1 bis 3 wurde jeweils von hydropneumatischen Federungssystemen ausgegangen. Dementsprechend handelt es sich bei den Leitungen 8, 12, 14 und 17 um Hydraulikleitun­ gen.

Grundsätzlich ist die Erfindung auch bei rein pneumatischen Federungssystemen anwendbar. In diesem Falle sind die vorge­ nannten Leitungen pneumatische Druckleitungen.

Die Signale des Drucksensors 22, der erfindungsgemäß wie die Zu- und Abfuhrleitung mit verschiedenen Systembereichen ver­ bindbar ist, bieten die Möglichkeit, die Druckverhältnisse an unterschiedlichen Systemteilen, z. B. auch den einzelnen Fe­ deraggregaten 5, zu ermitteln. Damit können ggf. vorhandene steuerbare Stoßdämpfer an den Fahrzeugrädern 1 bis 4 druckab­ hängig gesteuert werden. Da der Druck eine zur Beladung ana­ loge Größe ist, erfolgt gleichzeitig eine beladungsabhängige Steuerung der Stoßdämpfer.

Claims (6)

1. Pneumatisches bzw. hydropneumatisches Federungssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mehreren separaten Fede­ rungsaggregaten, zwischen denen ein durch Ventile gesteuertes pneumatisches bzw. hydraulisches Leitungssystem angeordnet ist, über das die Federaggregate miteinander verbindbar bzw. voneinander abtrennbar oder mit einer pneumatischen bzw. hy­ draulischen Druckquelle bzw. einem Ablaß verbindbar sind, wo­ bei das Leitungssystem eine zentrale Zu- und Abfuhrleitung mit einem Drucksensor aufweist und die Ventile so angeordnet sind, daß vorgegebene bzw. vorgebbare Systemteile bzw. Sy­ stembereiche gesondert mit der Zu- und Abfuhrleitung verbind­ bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale des Drucksensors (22) auch zur Überwachung der Dichtigkeit des Systems bzw. seiner Teile auswertbar und beschädigte Federaggregate (5) von der Zufuhr pneumatischen bzw. hydraulischen Mediums abtrennbar sowie die übrigen Fe­ deraggregate (5) im Sinne einer größtmöglichen Stabilisierung des Kraftfahrzeuges od. dgl. ansteuerbar sind.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Federaggregaten (5) zugeordnete Stoßdämpfer in Abhän­ gigkeit von den die Druckverhältnisse an den Federaggregaten (5) widerspiegelnden Signalen des Drucksensors (22) steuerbar sind.

3. Federungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abfuhrleitung (9) mit einem Druckspeicher (16) verbindbar ist.

4. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Federaggregaten (5) zur Aufrechterhaltung einer vor­ gebbaren mittleren Hubstellung pneumatisches bzw. hydrauli­ sches Medium zuführbar ist bzw. daß pneumatisches bzw. hy­ draulisches Medium von den Federaggregaten (5) abführbar ist.

5. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Signalen des Drucksensors (22) ein mit dem Ge­ wicht der gefederten Masse bzw. des Fahrzeuges oder seiner Ladung gekoppeltes Signal abgeleitet und zur Steuerung von Dämpfern, die den Federaggregaten (5) zugeordnet sind, oder zur Steuerung der Dämpfungscharakteristik der Federaggregate (5) herangezogen wird.

6. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckspeicher (16) vorhanden ist, dessen Ladezustand mittels des Drucksensors (22) abfragbar ist.