DE19649316A1 - Niveauregelung für Fahrzeuge mit einer Schleusenkammer zum Zuspeisen und Ablassen von Fluid - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Niveauregelung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Niveauregelung nach dem Hauptpatent mit hydropneuma­ tischen Federelementen ist die Regelöffnung bei Sollniveau gerade soweit freigegeben, daß die in der Versorgungsleitung gespeiste und abgelassenen Ölmengen im Gleichgewicht sind. Der Fachmann entnimmt daraus weiteres Zuspeisen bei gleichzeitigem Ablassen von mehr Öl, als zugespeist wird, und findet ledig­ lich an anderer Stelle einen Hinweis auf eine zeitgesteuerte Ölpumpe und ein zeitgesteuertes Ablaßventil.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, zweckmäßige Mittel für ein exaktes Ende der Regelung zu finden, und löst diese Aufgabe durch eine Niveauregelung mit den im Kennzeichenteil der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmalen.

Zweckmäßig wird bei einem Regelvorgang zunächst die Ablaß-Phase eingeschaltet. Befindet sich das Federelement in Ausfe­ derbereich, wird Fluid abgelassen, bis der Sensor das Sollni­ veau erkennt und die Regelung abschaltet; befindet sich das Federelement im Sollniveau-Bereich, schaltet der Sensor die Regelung unmittelbar wieder ab; befindet sich das Federelement im Einfederbereich und wird nach einer festgelegten Zeit von beispielsweise 3 Sekunden das Sollniveau nicht erreicht, wird auf Speise-Phase umgeschaltet und Fluid zugespeist, bis der Sensor das Sollniveau erkennt und die Regelung abschaltet.

Als einfacher Sensor kann eine Lichtschleuse verwendet werden.

Die Niveauregelung nach dem Hauptpatent verwendet eine Versor­ gungsleitung, die in periodischer oder in mit Hilfsmitteln festgelegter Reihenfolge in einer ersten Phase mittels eines Speiseventils Öl in die Schleusenkammer fördert und in einer zweiten Phase die Schleusenkammer über ein in dieser Phase geöffnetes Ablaßventil mit dem Ölbeälter verbindet. Sie be­ schränkt sich in der Beschreibung und in den Beispielen auf hydropneumatische Federelemente mit nahezu inkompressiblem Öl und eine periodische Reihenfolge der Speise-Phase und Ablaß-Phase, die bei pneumatischen Federelementen wegen der hohen Kompressibilität von Gas nicht angewendet werden kann.

Die Erfindung befaßt sich mit der weiteren Aufgabe, die Eigen­ schaften der Niveauregelung nach dem Hauptpatent analog auf pneumatische Federelemente zu übertragen.

Diese Aufgabe wird durch eine Niveauregelung mit den im Kenn­ zeichenteil der Ansprüche 1 und 2 genannten Merkmalen gelöst, deren Anwendung bei jedem Fluid möglich ist.

Auf einen Sensor, der das Sollniveau erkennt, kann verzichtet werden, wenn in der Versorgungsleitung eingebaute Strömungs­ sensoren, die die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung in der Versorgungsleitung erkennen, bei der Steuerung der Niveauregelung mitwirken.

Dabei kann als Information benutzt werden, daß in der Ablaß-Phase nur im Ausfederbereich Fluid durch die Versorgungslei­ tung strömen kann, jedoch nicht im Einfederbereich. Der Strö­ mungssensor antwortet im Ausfederbereich auf die Frage nach Strömung? mit JA, im Einfederbereich mit NEIN. Durch Schalten der Speise-Phase, der Ablaßphase und einer STOP-Stellung, die die Versorgungsleitung von der Fluidversorgung trennt, ist beispielsweise folgender Regelablauf möglich:
Zuerst wird eine Sollniveau-Probe durch mehrmaligen Wechsel von Speise-Phase und Ablaß-Phase, z. B. fünfmal im Abstand von 1/10 Sekunde gemacht; antwortet der Strömungssensor JA und NEIN ist das Federelement im Niveaubereich und wird STOP geschaltet. Antwortet er JA, ist das Federelement im Ausfeder­ bereich und wird zwei Sekunden Ablaß-Phase geschaltet und er­ neut die Sollniveau-Probe gemacht: antwortet der Strömungssen­ sor JA, wird eine Sekunde Ablaß-Phase geschaltet, dann wieder Sollniveau-Probe, bei JA 1/2 Sekunde Ablaß-Phase usw. , bis bei der Sollniveau-Probe die Antwort NEIN und JA lautet und STOP geschaltet wird. Kommt bei einer Sollniveau-Probe die Antwort NEIN, ist das Federelement im Einfederbereich und wird zwei Sekunden Speise-Phase geschaltet und weiter sinngemäß wie im Ausfederbereich verfahren, bis bei der Sollniveau-Probe die Antwort JA und NEIN lautet und STOP geschaltet wird. Damit die Zeit für Entleeren und Füllen der Schleusenkammer und der Ver­ sorgungsleitung bei der Sollniveau-Probe nicht ins Gewicht fällt, ist das Volumen dieser Räume entsprechend klein auszu­ führen.

Wenn die Versorgungsleitungen von zwei Federelementen, bei­ spielsweise der Hinterachse eines Fahrzeugs gemeinsam an eine Fluidversorgung angeschlossen sind und ein Fahrzeugrad auf einem Stein steht, wird zweckmäßig STOP geschaltet, sobald die Strömungssensoren der einen Seite mit JA und der anderen Seite mit NEIN antworten, so daß - wie bei der bekannten Anord­ nung eines Lagereglers in der Mitte der Hinterachse und Verbin­ dung der Federelemente rechts und links - ein Federelement im Einfederbereich, das andere im Ausfederbereich stehen kann.

Regelöffnungen, die im Einfederbereich gesperrt sind, lassen sich verwirklichen, wenn ein an dem Federkolben befestigtes Steuerrohr mit Regelöffnungen in der Mitte seines Mantels dicht und verschieblich in eine Schleusenkammer hineinragt, die im Bereich des Arbeitszylinders gebildet ist, und am äußeren Ende den mit einem Rückschlagventil versehenen Schleu­ seneingang, am inneren Ende den mit einem Rückschlagventil versehenen Schleusenausgang aufweist, wobei die Regelöffnungen im Einfederbereich der Schleusenkammer, im Ausfederbereich dem Arbeitszylinder zugewandt sind.

Regelöffnungen, die auch im Einfederereich gesperrt sind, las­ sen sich in der gleichen Weise verwirklichen, wenn ein derar­ tiges Steuerrohr am Arbeitszylinder befestigt und eine derar­ tige Schleusenkammer am Federkolben gebildet ist.

Bei einer mit dem Arbeitszylinder vereinten Schleusenkammer kann der Schleuseneingang eine Regelöffnung aufweisen, die dem Federkolben zugewandt und durch Bauteile des Federkolbens sperrbar ist.

Bei einer mit dem Federkolben vereinten Schleusenkammer kann der Schleuseneingang eine Regelöffnung aufweisen, die dem Ar­ beitszylinder zugewandt und durch Bauteile des Arbeitszylin­ ders sperrbar ist.

Um verschiedene Fahrzeughöhen einzustellen, können zwei oder mehrere Schleusenkammern, deren Regelöffnungen dem gewollten Sollniveau angepaßt sind, einzeln zuschaltbar ausgeführt sein oder auf andere Weise, auch durch unterschiedliche Antworten von Strömungssensoren steuerbar sein.

In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung wird auf die Zeichnung bezuggenommen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Luftfederelement im Ausfederbereich mit einem in die Schleusenkammer hineinragenden Steuerrohr,

Fig. 2 dasselbe Luftfederelement im Einfederbereich,

Fig. 3 ein Luftfederelement mit einem Steuerrohr, dessen Regel­ öffnung durch Bauteile des Federkolbens sperrbar ist,

Fig. 4 ein Luftfederelement mit integriertem hydraulischen Schwingungsdämpfer, mit einem in eine Schleusenkammer hineinragenden ersten Steuerrohr und einem zweiten Steuerrohr, dessen Regelöffnung durch Bauteile des Federkolbens sperrbar ist.

Bei dem Federelement nach Fig. 1 arbeitet ein Federkolben 4 mit einem Kolbenboden 5 in einem mit Druckgas gefüllten Arbeitszy­ linder 7, der durch einen Rollbalg 14 und einen Zylinderboden 8 gebildet ist. Der Rollbalg 14 rollt auf einem Federkolben­ mantel 6 ab und ist mit Ringwülsten 25 und 25′ zur Befestigung am Kolbenboden 5 und am Zylinderboden 8 versehen. Ein mit dem Kolbenboden 5 durch ein Kugelgelenk 24 verbundenes Steuerrohr 15 mit Regelöffnungen 10 in seiner Mitte ragt, gedichtet durch eine Dichtung 20, in eine am Zylinderboden 8 gebildete, von einer Hülse 37 umschlossene Schleusenkammer 1 hinein, wobei die Dichtung 20 in einer Führungsbüchse 19 angeordnet ist, die mittels einer Gummimetallverbindung 21 gelenkig mit dem Zy­ linderboden 8 verbunden ist. Das Steuerrohr 15 hat an seinem in der Schleusenkammer 1 befindlichen Ende den mit einem Rück­ schlagventil versehenen Schleuseneingang 2 und an seinem dem Arbeitszylinder 7 zugewandten Ende den mit einem Rückschlag­ ventil versehenen Schleusenausgang 3, der über einen Hohlraum 22 und eine Bohrung 23 in den Arbeitszylinder 7 mündet.

Die Regelöffnungen 10 sind im gezeichneten Ausfederbereich dem Arbeitszylinder 7 zugewandt und dienen in der Ablaß-Phase zum Ablassen von Gas aus dem Arbeitszylinder 7 in die Schleu­ senkammer 1 über die Regelöffnungen 10 und den Schleusenein­ gang 2, wobei in der Speise-Phase der Schleuseneingang 2 durch sein Rückschlagventil gesperrt ist und die Regelöffnun­ gen unwirksam sind.

An die Schleusenkammer 1 ist eine Versorgungsleitung 16 ange­ schlossen, die über einen in Stellung STOP gezeichneten Dreh­ schieber 13 in der Ablaß-Phase mit einer Ablaßleitung 11 und in der Speise-Phase mit einer Speiseleitung 12 verbindbar ist. Vor dem Drehschieber 13 sind in der Versorgungsleitung 16 eine Verengung 17 und ein Strömungssensor 18 vorgesehen, der mit­ tels des Druckunterschiedes vor und nach der Verengung 17 feststellen kann, ob Strömung vorhanden ist und welche Rich­ tung und Geschwindigkeit die Strömung hat.

Bei dem Federelement nach Fig. 2 befinden sich die Regelöffnun­ gen 10 im gezeichneten Einfederbereich in der Schleusenkammer 1 und dienen in der Speise-Phase zum Speisen von Gas aus der Schleusenkammer 1 in den Arbeitszylinder 7 über die Regelöff­ nungen 10 und den Schleusenausgang 3, wobei in der Ablaß-Phase der Schleusenausgang 3 durch sein Rückschlagventil gesperrt ist und die Regelöffnungen 10 unwirksam sind.

Das Federelement nach Fig. 3 besteht in ähnlicher Weise wie das nach Fig. 1 aus Federkolben 4, Kolbenboden 5, Arbeitszylinder 7, Zylinderboden 8 und Rollbalg 14. Eine Schleusenkammer 1 mit einer Versorgungsleitung 16 schließt sich an den Zylinderboden 8 an und hat einen mit einem Rückschlagventil versehenen Schleusenausgang 3 unmittelbar in den Arbeitszylinder 7. Der mit einem Rückschlagventil versehene Schleuseneingang 2 führt aus einem mit dem Zylinderboden 8 verbundenen Steuerrohr 15′, das in den Arbeitszylinder 7 ragt und an seinem inneren Ende eine Regelöffnung 10′ hat, in die Schleusenkammer 1. Am Kol­ benboden 5 ist in Richtung des Steuerrohrs 15′ ein offener Becher 30 mit einem Becherrand 38 und einer Schraubenfeder 29 gebildet, die eine Ventilplatte 27 gegen den Becherrand 38 spannt. Die Ventilplatte 27 ist mit einer Dichtscheibe 28 aus­ gerüstet, die die Regelöffnung 10′ verschließt, sobald der im Ausfederbereich gezeichnete Federkolben 4 beim Einfedern die Berührung von Dichtscheibe 28 und Regelöffnung 10′ bewirkt. Dieser Zustand legt das Sollniveau fest, und beim weiteren Einfedern wird das Steuerrohr 15′ gegen den Druck der Schrau­ benfeder 29 in den Becher 30 hineingeschoben, wobei - wie ge­ wollt - das Ablassen von Gas in der Ablaß-Phase gesperrt ist.

Bei dem Federelement nach Fig. 4 hat ein Schwingungsdämpfer 31 mit einer Kolbenstange 33 an seinem Boden 39 ein Befestigungs­ auge 32 zur radseitigen Befestigung und an der Kolbenstange 33 einen Befestigungsstift 34 zur aufbauseitigen Befestigung. Der Dämpfer 31 ist von einem Arbeitszylinder 7 umschlossen, der durch einen Zylinderboden 8, einen Zylindermantel 9 und einen an diesem befestigten Rollbalg 14 begrenzt ist. Der Federkol­ ben 4 ist ein am Dämpfer 31 befestigter Ringkörper 40 mit ei­ nem Kolbenboden 5 und einem Kolbenmantel 6, an dem der Roll­ balg 14 befestigt ist und abrollt. Der Zylinderboden 8 ist durch eine Mutter 35 an der Kolbenstange 33 befestigt. Gegen den Zylinderboden 8 stützt sich ein auf der Kolbenstange 33 verschieblicher Druckanschlagpuffer 36 ab.

Eine ringförmige Schleusenkammer 1 mit einer Versorgungslei­ tung 16 ist am Zylinderboden 8 gebildet und geht in eine Hülse 37 im Innern des Arbeitszylinders 7 über. Ein am Kolbenboden 5 gelenkig befestigtes erstes Steuerrohr 15 mit Regelöffnungen 10 legt in derselben Weise wie Steuerrohr 10 und Hülse 37 nach Fig. 1 ein Sollniveau fest, das hier ein höheres Sollniveau ist gegenüber einem tieferen Sollniveau, das durch ein vom Zylin­ derboden 8 ausgehendes zweites Steuerrohr 15′ mit einem Schleuseneingang 2 und einer Regelöffnung 10′ und durch einen am Dämpfer 31 befestigten Becher 30 in derselben Weise festge­ legt ist wie das Sollniveau bei dem Federelement nach Fig. 3 durch dessen Steuerrohr 10′ und Becher 30. Ein Schleusenaus­ gang 3 mündet unmittelbar aus der Schleusenkammer 1 in den Arbeitszylinder 7.

Für die Niveauregelung auf höheres oder tieferes Sollniveau können die Informationen eines nicht gezeichneten Strömungs­ sensors benutzt werden, daß im Einfederbereich des tieferen Sollniveaus eine größere Gasmenge aus zwei Schleusenausgängen gespeist und kein Gas abgelassen werden kann, daß im Zwischen­ bereich, d. h. Ausfederbereich des tieferen Sollniveaus und Ein­ federbereich des höheren Sollniveaus, eine größere Gasmenge aus zwei Schleusenausgängen gespeist und eine kleinere Gas­ menge durch einen Schleuseneingang abgelassen werden kann und daß im Ausfederbereich des höheren Sollniveaus eine kleinere Gasmenge aus einem Schleusenausgang gespeist und eine größere Gasmenge durch zwei Schleuseneingänge abgelassen werden kann.

Auch mittels mehrerer Steuerrohre 15 oder 15′ und Becher 30 oder Hülsen 37 lassen sich höhere und tiefere Sollniveaus ver­ wirklichen, wobei im tiefsten Einfederbereich kein Gas und in den anderen Bereichen unterschiedliche Gasmengen durch eine, zwei oder mehr Schleuseneingänge abgelassen werden können.

Ein mit der Niveauregelung nach der Erfindung ausgerüstetes Fahrzeug kann durch eine eingestellte Dauer der Speise-Phase oder Ablaß-Phase um einen gewollten Betrag gehoben oder ge­ senkt werden, wenn ein definierter Betrag Fluidvolumen pro Sekunde in der Versorgungsleitung eingestellt werden kann, was mit Hilfe von Drucksensoren, Strömungssensoren, Drossel­ stellen und anderen geeigneten Mitteln möglich ist. Beispiels­ weise mögen die Verdrängungsfläche des Federkolbens der Feder­ elemente je 100 cm² und das strömende Fluidvolumen in jeder Versorgungsleitung 200 cm³/s betragen, kann das Fahrzeug in jeder Sekunde um 2 cm gehoben oder gesenkt und das Niveau vom Sollniveau aus in 3 Sekunden um 6 cm verändert werden.

Die Federelemente nach der Erfindung erlauben dem Fahrzeugkon­ strukteur ebenso wie die Federelementen nach dem Hauptpatent den Fortfall einer Baugruppe Lageregelung, so daß er lediglich Räume für die Baugruppen Federelemente und Fluidversorgung schaffen muß.

Claims (11)

1. Niveauregelung für Fahrzeuge mit einer Schleusenkammer, mit einem Schleuseneingang und einem Schleusenausgang zum Zuspeisen und Ablassen von Fluid, mit Federelementen, bei denen ein Federkolben aus einem Arbeitszylinder aus­ tritt und Fluid gegen den Druck eines Federgaspolsters ver­ drängt, mit einer Regelöffnung, die ein Sollniveau, einen Einfederbereich und einen Ausfederbereich festlegt und im Einfederbereich gesperrt ist, und mit einer Versorgungslei­ tung, die in periodischer oder mit Hilfsmitteln festgeleg­ ter Folge in einer ersten Phase, der Speise-Phase Fluid in die Schleusenkammer speisen und in einer zweiten Phase, der Ablaß-Phase Fluid aus der Schleusenkammer ablassen kann, nach Patent . . . (Patentanmeldung 196 16 929.1-21), dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor das Erreichen des Sollniveaus erkennt und die Niveauregelung beeinflußt.

2. Niveauregelung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bei kurzem Einschalten von Speise-Phase und Ablaß-Phase in der Versorgungsleitung eingebaute Druck­ sensoren den Einfederbereich oder Ausfederbereich erkennen und die erforderliche Speise-Phase oder Ablaß-Phase zum Erreichen des Sollniveaus schalten.

3. Niveauregelung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtschleuse als Sensor dient.

4. Niveauregelung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Strömungssensoren (18, Fig. 1), die die Rich­ tung und/oder Geschwindigkeit der Strömung in der Versor­ gungsleitung (16) erkennen, als Information für die Niveau­ regelung dienen.

5. Niveauregelung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein am Federkolben (4, Fig. 1) befestigtes Steuerrohr (15), mit Regelöffnungen (10) in der Mitte seines Mantels dicht und verschieblich in eine Schleusenkammer (1) hineinragt, die im Bereich des Arbeitszylinders (7) gebildet ist, und am inneren Ende den mit einem Rück­ schlagventil versehenen Schleuseneingang (2), am dem Feder­ kolben (4) zugewandten Ende den mit einem Rückschlagven­ til versehenen Schleusenausgang (3) aufweist, wobei sich die Regelöffnungen (10) im Einfederbereich in der Schleu­ senkammer (2), im Ausfederbereich im Arbeitszylinder (7) befinden, so daß das Speisen von Fluid im Ausfederbereich gesperrt ist.

6. Niveauregelung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß analog zu Anspruch 5 ein am Arbeitszylinder befestigtes Steuerrohr in eine Schleusenkammer hineinragt, die im Bereich des Federkolbens gebildet ist.

7. Niveauregelung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer mit dem Arbeitszylinder (7, Fig. 3) vereinten Schleusenkammer (1) der Schleuseneingang (2) eine Regelöffnung (10′) aufweist, die dem Federkolben (4) zugewandt und durch Bauteile (Ventilplatte 27) des Feder­ kolbens (4) sperrbar ist.

8. Niveauregelung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer mit dem Federkolben vereinten Schleusenkammer der Schleuseneingang eine Regelöffnung aufweist, die dem Arbeitszylinder zugewandt und durch Bau­ teile des Arbeitszylinders sperrbar ist.

9. Niveauregelung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei oder mehrere Regelöffnungen (10, 10′, Fig. 4) mit einer Schleusenkammer (1) zusammenarbeiten und mittels Strömungssensoren oder mit anderen Mitteln einzeln wirksam sind.

10. Niveauregelung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei oder mehrere Schleusenkammern ein­ zeln zuschaltbar ausgeführt sind.

11. Niveauregelung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein definierter Betrag Fluidvolumen pro Sekunde in der Versorgungsleitung einstellbar ist, so daß das Fahrzeug durch eine eingestellte Dauer der Speise-Phase oder Ablaß-Phase um einen gewollten Betrag gehoben oder gesenkt werden kann.