DE19724015A1 - Federungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Federungssystem zur Anpassung an sich ändernde Lasten für Fahrzeugachsen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, mit einem Hydrospeicher, dessen Vorspanndruck über eine Steuerungsvorrichtung ansteu­ erbar ist, die an mindestens einen hydraulischen Arbeitszylinder angeschlossen ist, der mit einer vorgebbaren Federkennlinie auf die ihm jeweils zugeordnete Fahrzeugachse einwirkt.

Bei den bekannten hydro-pneumatischen Federungssystemen ist eine variable Achslast nur im Bereich des zulässigen Druckverhältnisses des Hydro- oder Federungsspeichers möglich und somit stark eingeschränkt. Eine größere Varia­ tionsbreite an verschiedenen Achslasten kann nur realisiert werden, indem aus einer Vielzahl in Form einer sog. Batterie zusammengeschlossenen, parallel angeordneten Hydrospeichern der der jeweiligen Achslast entsprechende Hydrospeicher über die Steuerungsvorrichtung individuell zugeschaltet wird. Diese Lösung ist sehr aufwendig und mithin teuer und läßt darüber hinaus nur gestufte Achslastbereiche zu, so daß ein stetiger Verlauf der Federkennlinie mit der bekannten, auf dem Markt frei erhältlichen Lösung nicht erreichbar ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Federungssystem zu schaffen, das sich preiswert herstellen läßt und mit dem ein stetiger Verlauf der Federkennlinie erreichbar ist. Eine dahin­ gehende Aufgabe löst ein Federungssystem mit den Merkmalen des Anspru­ ches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 durch Ansteuern des Vorspanndruckes des Hydrospeichers über die Steuerungsvor­ richtung die Federkennlinie des Arbeitszylinders einstellbar ist, kann durch die Variation des Vorspanndruckes eine stetige Anpassung der Federkennlinie an die verschiedensten aufkommenden Achslastzustände realisiert werden.

Ist die jeweilige Achslast hoch, wird ein hoher Vorspanndruck auf der Gasseite des Hydrospeichers über die Steuerungsvorrichtung eingestellt und mithin eine steile Federkennlinie am Arbeitszylinder erreicht. Insgesamt ergibt sich hierbei auch ein verbessertes Federdämpfungsverhalten in Abhängigkeit von der Achs­ last. Bei niedrigen Achslasten wird umgekehrt verfahren und der Vorspann­ druck auf der Gasseite des Hydrospeichers entsprechend reduziert.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird das Federungssystem anhand einer prinzipiellen Schaltdar­ stellung nach der einzigen Figur näher erläutert.

Das erfindungsgemäße Federungssystem dient der Anpassung an sich ändernde Lasten für Fahrzeugachsen, wobei in der Figur eine dahingehende einzelne Fahrzeugachse 10 prinzipiell dargestellt ist. Um diese Achse 10 drehbar ist ein Fahrzeugreifen 12 angeordnet, der als feststehender Radkranz alternativ auch dem Antrieb eines Kettentriebes (nicht dargestellt) dienen kann. Der Einsatz des nachfolgend beschriebenen Federungssystems ist insbesondere lohnend im Mobilfahrzeugbau, also für Schwerlast-Nutzfahrzeuge, Mobilkrane, Traktoren, Muldenkipper und dergleichen, d. h. insbesondere für Einsatzfälle, wo schwere veränderbare Achslasten auftreten können.

Das Federungssystem weist einen Hydrospeicher 14 auf, der als Federungs­ speicher dient und der in üblicher Bauweise ausgeführt ist. Symbolisch ist in dem Hydrospeicher 14 eine gummielastische Trennmembran 16 dargestellt, die eine Gas-Vorratskammer 18 gasdicht von einer Fluid-Vorratskammer 20, die vorzugsweise mit Hydrauliköl befüllt ist, trennt. Der Vorspanndruck auf der Gasseite des Hydrospeichers 14 läßt sich über eine als Ganzes mit 22 bezeich­ nete Steuerungsvorrichtung einstellen. Auf seiner Fluidseite ist der Hydrospei­ cher 14 über eine Verbindungsleitung 24 an einen hydraulischen Arbeitszylin­ der 26 kolbenseitig angeschlossen. In dieser Verbindungsleitung ist bevorzugt mindestens ein ansteuerbares Schaltventil angeordnet, insbesondere zum Abschalten der Fluidseite des Hydrospeichers 14. Der Arbeitszylinder 26 dient als Feder-Dämpfungszylinder für die Fahrzeugachse 10 und ist vorzugsweise an beiden Enden der Fahrzeugachse 10 angeordnet und jeweils an den Hydrospei­ cher 14 angeschlossen. Mithin wirkt die Kolbenstange 28 des hydraulischen Kolbens 30 mit ihrem freien Ende unmittelbar auf die Fahrzeugachse 10 ein. Wie noch näher erläutert werden wird, ist die Federkennlinie des Arbeitszylin­ ders 26 über das Ansteuern des Gasvorspanndruckes des Hydrospeichers 14 über die Steuerungsvorrichtung 22 einstellbar.

Die Steuerungsvorrichtung 22 weist eine Regeleinheit 32 und eine Versor­ gungseinheit 34 auf. Die Regeleinheit 32 weist zur Bestimmung des Gasvor­ spanndruckes des Hydrospeichers 14 einen üblichen Drucksensor 36 auf, der über einen Nebenzweig an die Versorgungsleitung 38 für den Hydrospeicher 14 angeschlossen ist. Zum wechselweisen Befüllen und Ablassen des Arbeits­ mediums in der Gas-Vorratskammer 18 des Hydrospeichers 14, insbesondere in Form von Stickstoffgas, dienen zwei übliche 2/2-Wege-Schaltventile 40,42, die in der Prinzipdarstellung in ihrer Sperrstellung dargestellt sind. Ist ein vorgege­ bener Vorspanndruck im Hydrospeicher 14 erreicht, nehmen die beiden Schalt­ ventile 40,42 diese gezeigte Sperrstellung ein, um den Hydrospeicher 14 als Dämpfungsspeicher volumetrisch abzusperren.

Zur Erniedrigung des Gasvorspanndruckes in der Gas-Vorratskammer 18 wird das Schaltventil 40 betätigt und in seiner durchlassenden Stellung kann das Stickstoffgas über die Dämpfungseinheit 44 in die Umgebung abströmen. In seiner geschalteten Durchlaßstellung dient das 2/2-Wege-Ventil 42 hingegen dazu, den Hydrospeicher 14 mit seiner Gasseite und über die Versorgungs­ leitung 38 an die Versorgungseinheit 34 anzuschließen. Um die Strömungs­ vorgänge während der vorbeschriebenen Regulierungsphase klein und somit gut kontrollierbar zu halten, sind entsprechende Drosselstellen in Form von Blenden 46 vorgesehen.

Die Versorgungseinheit 34 weist einen Gasverdichter oder Kompressor 48 üblicher Bauart auf, der den eigentlichen Gasvorspanndruck erzeugt und über die Versorgungsleitung 38 an die Regeleinheit 32 angeschlossen ist. Der Gasverdichter 48 ist dabei über ein Druckregelventil in üblicher Weise an eine Druckversorgung 50 angeschlossen und gibt komprimiertes Stickstoffgas im Betrieb an die Versorgungsleitung 38 ab. Der Gasverdichter 48 kann in mehre­ ren Stufen (nicht dargestellt) die Verdichtung für das Arbeitsmedium vorneh­ men. Des weiteren sind an die Versorgungsleitung 38 vor und hinter dem Gasverdichter 48 zwei Puffereinheiten 52,54 angeschlossen in Form von übli­ chen Gas-Vorratsspeichern, wobei der Gasverdichter 48 aus der Puffereinheit 54 zu verdichtendes Gas entnehmen kann und dieses verdichtete Gas dann als Zwischenstation in die Puffereinheit 52 abspeichert.

Zur Gasbereitstellung dient ein handelsübliches Gas-Trennmodul 56, das eingangsseitig über Filtereinheiten 58 an das Druckluftversorgungsnetz 50 des Fahrzeuges angeschlossen ist. Über dieses Druckluftnetz 50 erhält das Gas- Trennmodul 56 Druckluft und separiert dann aus dieser Druckluft das benötigte Arbeitsgas, hier in Form von Stickstoff angereichertem Gas. Ausgangsseitig speist dann das Gas-Trennmodul 56 das gegebenenfalls nicht reine Stickstoffgas in die Versorgungsleitung 38 und mithin in die jeweilige Verdichtungskammer des Gasverdichters 48. Um ein ungewolltes Zurückströmen des Arbeitsmedi­ ums zum Gasverdichter 48 und zum Gas-Trennmodul 56 zu verhindern, ist in der Versorgungsleitung 38 zwischen Puffereinheit 52 und Gasverdichter 48 bzw. zwischen Puffereinheit 54 und Gas-Trennmodul 56 je ein Rückschlagven­ til geschaltet.

Da Nutzfahrzeuge in der Regel mehrere ansteuerbare Fahrzeugachsen aufwei­ sen, können jeder Fahrzeugachse zugeordnet weitere Regeleinheiten 32 vor­ gesehen sein, die auf zugeordnete Hydrospeicher 14 mit Arbeitszylindern 26 einwirken. Diese können in einer Abzweigleitung 60 an die Versorgungsleitung 38 und mithin an die Versorgungseinheit 34 zentral angeschlossen sein.

Treten nun höhere Achslasten an der Fahrzeugachse 10 auf, ist die Gasvorspan­ nung in der Gas-Vorratskammer 18 des Hydrospeichers 14 zu erhöhen. Hierzu steuert die Regeleinheit 32 dann das Schaltventil 42 auf und über die Pufferein­ heit 52 kann Stickstoffgas hohen Druckes abgerufen und in die Gas-Vorrats­ kammer 18 gebracht werden, was zu einer Erhöhung des Fluiddruckes in der Fluid-Vorratskammer 20 und in der Verbindungsleitung 24 führt sowie im kolbenseitigen Fluidraum des Arbeitszylinders 26. Es stellt sich dann eine steilere Federkennlinie für diesen Arbeitszylinder 26 ein. Der Gasvorrat hohen Druckes in der Puffereinheit 52 wird dabei über den Gasverdichter 48 erzeugt, der einen Gasvorrat niederen Druckes unmittelbar aus der Puffereinheit 54 abrufen kann, wobei die Puffereinheit 54 quasi kontinuierlich über das Gas- Trennmodul 56 mit Stickstoffgas aus dem Druckluftnetz 50 nachgefüllt werden kann. Wird ein vorgegebener Druck im Hydrospeicher 14 erreicht, stellt dies der Drucksensor 36 fest und sperrt über die Ansteuerung der Regeleinheit 32 die Schaltventile 40, 42 in ihre Sperrstellung. Im umgekehrten Fall, also bei niedriger Achslast und korrespondierend niedrigem Gasvorspanndruck in der Gas-Vorratskammer 18, öffnet das Schaltventil 40 und das überflüssige Stick­ stoffgas wird über die Dämpfungseinheit 44 in die Umgebung abgeführt. Je nach Dimensionierung des Hydrospeichers 14 können auch mehrere Arbeits­ zylinder 26 von einem Hydrospeicher 14 zentral versorgt werden. Ebenso können in Abhängigkeit der Größe der Puffereinheiten 52,54 einzelne Puffer­ einheiten mehrere Regeleinheiten 32 und Hydrospeicher 14 versorgen. Die Fahrzeugachse 10 kann im Sinne der Erfindung auch aus einer Einzelradachse gebildet sein.

Claims (8)

1. Federungssystem zur Anpassung an sich ändernde Lasten für Fahrzeug­ achsen (10), insbesondere bei Nutzfahrzeugen, mit einem Hydrospeicher (14), dessen Vorspanndruck über eine Steuerungsvorrichtung (22) ansteu­ erbar ist und der an mindestens einen hydraulischen Arbeitszylinder (26) angeschlossen ist, der mit einer vorgebbaren Federkennlinie auf die ihm jeweils zugeordnete Fahrzeugachse (10) einwirkt, dadurch gekennzeich­ net, daß durch Ansteuern des Vorspanndruckes des Hydrospeichers (14) über die Steuerungsvorrichtung (22) die Federkennlinie des Arbeitszylin­ ders (26) einstellbar ist.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtung (22) eine Regeleinheit (32) und eine Versorgungs­ einheit (34) aufweist.

3. Federungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (32) zur Bestimmung des Vorspanndruckes des Hydrospei­ chers (14) einen Drucksensor (36) aufweist sowie mindestens ein Schalt­ ventil (40,42) und/oder Regelventil zum wechselweisen Befüllen und Ablassen des Arbeitsmediums, insbesondere von Stickstoffgas, mit zuneh­ mender bzw. abnehmender Achslast.

4. Federungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinheit (34) einen Gasverdichter (48) aufweist, der den Vorspanndruck erzeugt und über eine Versorgungsleitung (38) an die Regeleinheit (32) angeschlossen ist.

5. Federungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Puffereinheit (52,54) mindestens ein Vorratsspeicher vorgesehen ist, in den der Gasverdichter (48) das Arbeitsmedium liefert.

6. Federungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverdichter (48) an ein Druckluftnetz (50) des Fahrzeuges an­ geschlossen ist und daß ein Gas-Trennmodul (56) das Arbeitsgas, insbe­ sondere Stickstoffgas, von der Druckluft separiert und dem Gasverdichter (48) zuführt.

7. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedem Schaltventil (40,42) der Regeleinheit (32) zugeordnet eine Blende (46) oder eine Drossel vorhanden ist.

8. Federungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Fahrzeugachse (10) die Regeleinheit (32) sowie mindestens ein Arbeitszylinder (26) zugeordnet ist.