DE3742022C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein über eine Steuerelektronik ansteuerbares Niveauregelventil für luftgefederte Fahrzeuge.

Aus der DE-OS 36 07 810 ist ein Niveauregelventil aus vier zusammengebauten Magnetventilen im Rahmen einer Federungseinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt. Das Niveauregelventil weist je eine Ventileinheit mit aufgesetztem Ventilmagneten zu seiner Ansteuerung auf. Einige der Ventileinheiten sind mit Luftfederbälgen einer Achse bzw. einer Fahrzeugseite verbunden, während eine andere Ventileinheit die Druckluftversorgung der restlichen Ventileinheiten überwacht. Der Aufbau der Ventileinheiten im einzelnen ist hier nicht beschrieben, jedoch ist davon auszugehen, daß infolge der Verwendung eines Ventilmagneten zur Ansteuerung jede Ventileinheit zwei Stellungen einnehmen kann, nämlich eine bei erregtem Ventilmagneten und eine andere bei nicht-erregtem Ventilmagneten.

Die Federungseinrichtung weist auch verschiedene Weggeber oder Wegsensoren auf, die den verschiedenen Achsen oder auch der betreffenden Fahrzeugseite zugeordnet sein können. Diese Weggeber sind über elektrische Leitungen mit einer Steuerelektronik verbunden, über die wiederum die einzelnen Ventilmagnete der Ventileinheiten ansteuerbar sind. Die Verwendung von zwei Stellungen an jeder Ventileinheit gestattet es, den betreffenden nachgeschalteten Luftfederbalg entweder zu belüften oder zu entlüften, wobei die Luftzu- bzw. -abfuhr ungedämpft erfolgt. Dies kann sich in besonderen Situationen nachteilig auswirken, beispielsweise dann, wenn ein Fahrzeug in relativ kurzer Zeit schwer beladen wird, so daß die ungedämpfte Einsteuerung von Luft in die Luftfederbälge möglicherweise zu Schäden an den Luftfederbälgen oder der Zuladung führen kann.

Es sind mechanisch gesteuerte Niveauregelventile bekannt, die über mehrere Einlaßventile und/oder Auslaßventile verfügen. Dabei weisen die Einlaßventile untereinander oder auch die Auslaßventile untereinander unterschiedliche Querschnitte auf, so daß je nach Ansteuerung die Luft über einen kleinen Querschnitt und/oder über eine größeren Querschnitt in die Luftfederbälge geführt oder aus diesen abgelassen werden kann. Die Steuerung solcher Niveauregelventile erfolgt derart, daß bei geringen Abweichungen von der Soll-Lage die Luftfederbälge zunächst über das kleinquerschnittige Einlaß- bzw. Auslaßventil gedrosselt be- bzw. entlüftet werden, bevor bei größeren Niveauabweichungen eine ungedrosselte Luftströmung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei elektrisch ansteuerbaren Niveauregelventilen eine feinfühlige Be- und Entlüftung der Luftfederbälge zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem Niveauregelventil mit den im Patentanspruch 1 niedergelegten Merkmalen erreicht.

Eine Ventileinheit besteht dabei aus einem Steuerkolben und einem Steuerschieber und einem zugeordneten Magnetventil. Der Steuerkolben und der Steuerschieber sind gemeinsam verschiebbar und werden durch eine Federanordnung in eine Ruhestellung vorgespannt, in der die dem Steuerschieber zugeordneten Leitungsverbindungen abgesperrt sind. Durch Betätigung des Magnetventils jeder Ventileinheit wird der betreffende Steuerkolben mit Vorratsdruck beaufschlagt. Die Betätigung des Magnetventils erfolgt zeitgesteuert und/oder wird durch den am Steuerkolben aufgebauten Druck geregelt, so daß der Steuerkolben und damit auch der Steuerschieber definiert gegen die Kraft der Federanordnung in eine zweite bzw. in eine dritte Stellung verschoben wird. Dabei gibt der Steuerschieber in der zweiten Stellung einen gedrosselten und in der dritten Stellung einen ungedrosselten Luftdurchgang frei.

Die Federanordnung weist einen Bereich geringerer und einen zweiten Bereich höherer Steifigkeit auf. Damit ist nicht nur die mechanische Ansteuerung des Niveauregelventils durch eine elektrische bzw. elektropneumatische Ansteuerung ersetzt, sondern durch die Federanordnung mit den zwei definierten Bereichen unterschiedlicher Steifigkeit wird gleichsam ein Schaltpunkt zwischen dem zweiten Bereich gedrosselter und dem dritten Bereich ungedrosselter Luftströmung gebildet, der das Anfahren beider Bereiche auch bei großen Toleranzen bzw. Abweichungen z. B. hinsichtlich Steuerzeit und/oder Höhe des Vorratsdrucks sicher gewährleistet.

Damit läßt sich jede Ventileinheit des Niveauregelventils in Verbindung mit mindestens einem Weggeber und einer Steuerelektronik so schalten und betreiben, daß zu Beginn eines Be- oder eines Entlüftungsvorgangs die Luft mit vergleichsweise kleinem Gradienten in die Luftfederbälge eingeführt bzw. aus diesen abgelassen wird, worauf sich dann die ungedrosselte Stellung anschließt, in der der jeweilige Druckgradient erheblich steiler verläuft. Obwohl an jeder Ventileinheit nur ein Steuerkolben und ein Ventilmagnet vorgesehen ist, ergeben sich dennoch die drei aufgezeigten Stellungen und die hieraus resultierenden Möglichkeiten.

Die den Steuerkolben beaufschlagende Federanordnung kann auf der der Steuerkammer abgekehrten Seite angeordnet sein und aus zwei Federn bestehen. Diese Federn können entweder in Hintereinanderanordnung oder auch in Parallelanordnung vorgesehen sein. Insbesondere bei Hintereinanderschaltung sind die beiden Federn unterschiedlich ausgebildet, was sich auf ihre Länge, ihre Kennlinien, den verwendeten Drahtdurchmesser und/oder den Windungsdurchmesser beziehen kann. Auch ist es möglich, die Kraft bzw. Kennlinie der Feder einstellbar oder auch progressiv zu gestalten.

Der Steuerschieber ist in einer im Gehäuse angeordneten Zylinderbohrung geführt, wobei zwischen dem Steuerschieber und der Zylinderbohrung eine Einschnürstelle für den gedrosselten und den ungedrosselten Luftdurchgang gebildet ist. Diese Einschnürstelle kann durch eine örtliche Verengung der Zylinderbohrung und/oder auch durch entsprechende Verdickungen am Steuerschieber realisiert sein. Im Bereich dieser Einschnürstelle ist dann eine Dichtung vorgesehen, so daß einerseits die Absperrstellung erreicht ist. Darüberhinaus wird die gedrosselte Verbindung dann erreicht, wenn die Abdichtung unwirksam wird. Erst nach dem völligen Herausfahren des Steuerschiebers bzw. eines Teils desselben aus der Einschnürstelle wird die ungedrosselte Verbindung der Leitungen ermöglicht.

Besonders vorteilhaft können zwei weitgehend identische Ventileinheiten gehäuseseitig oder zumindest über Verbindungsleitungen zusammengefaßt sein, von denen die eine Ventileinheit als Ein- und Durchlaßventil und die andere Ventileinheit als Durchlaß- und Auslaßventil dient. Beide Ventileinheiten weisen somit je drei Stellungen auf.

In der Regel ist jedem Steuerkolben ein Steuerschieber zugeordnet. Zwecks zweikreisiger Ausbildung können jedoch jedem Steuerkolben auch zwei Steuerschieber zugeordnet sein. Trotzdem sind im Rahmen eines Ein- und Durchlaßventils und eines Durchlaß- und Auslaßventils nur zwei Ventilmagnete angeordnet. Diese Ausbildung ist dann besonders sinnvoll, wenn das betreffende Niveauregelventil in doppelter Anordnung je einer Fahrzeugseite zugeordnet ist und eine Querabsperrung erreicht werden soll, um Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus zu verhindern.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter verdeutlicht und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Niveauregelventils,

Fig. 2 das Niveauregelventil gemäß Fig. 1 in Belüftungsstellung mit gedrosseltem Durchgang,

Fig. 3 das Niveauregelventil gemäß Fig. 1 in Belüftungsstellung mit ungedrosseltem Durchgang,

Fig. 4 das Niveauregelventil in Entlüftungsstellung mit gedrosseltem Durchgang,

Fig. 5 das Niveauregelventil in Entlüftungsstellung mit ungedrosseltem Durchgang,

Fig. 6 ein Diagramm des Druckverlaufs beim Be- und Entlüften,

Fig. 7 ein Niveauregelventil in zweikreisiger Ausbildung und

Fig. 8 eine schematische Wiedergabe einer Niveauregelanlage unter Verwendung des Niveauregelventils gemäß Fig. 1 bis 5.

Das in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Niveauregelventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches in strichpunktierter Linienführung nur schematisch angedeutet ist. In diesem Gehäuse 2 sind zwei Ventileinheiten 3 und 4 angeordnet, die im wesentlichen gleich oder zumindest ähnlich aufgebaut sind. Es ist natürlich auch möglich, jede der Ventileinheiten 3 und 4 in ein separates Gehäuse zu setzen und die beiden Einheiten durch Leitungen zu verbinden.

Die Ventileinheit 3 weist einen Steuerkolben 5 auf, der gleitend und dichtend im Gehäuse 2 geführt ist. Der Steuerkolben 5 teilt im Gehäuse 2 eine Steuerkammer 6 ab. Auf der anderen Seite des Steuerkolbens 5 sind zwei Federn 7 und 8 angeordnet, und zwar hier in Hintereinanderschaltung bzw. in Reihe mit Hilfe eines zwischengeschalteten Federtellers 9. Mit dem Steuerkolben 5 ist ein Steuerschieber 10 verbunden, der an seinem freien Ende einen Ventil- und Drosselkörper 11 trägt, in dessen Bereich eine Dichtung 12 angeordnet ist. In seinem Mittelbereich weist der Steuerschieber 10 eine Verjüngung 13 mit kleinerem Durchmesser als der Ventil- und Drosselkörper 11 auf.

Ansonsten trägt der Steuerschieber 10 noch eine weitere Dichtung 14 und ist in einer Zylinderbohrung 15 im Gehäuse 2 geführt, die das aus der Zeichnung ersichtliche Aussehen aufweist, also eine Verengung 16 besitzt, die an den Durchmesser des Ventil- und Drosselkörpers 11 angepaßt ist. Somit wird hier eine Einschnürstelle 11, 16 gebildet. Entsprechende weitere Ausbildungen einer solchen Einschnürstelle sind ohne weiteres vorstellbar.

Die Zylinderbohrung 15 endet in einem Raum 17, der mit einem Kanal 18 in Verbindung steht, der an einen Druckluftvorratsbehälter 19 angeschlossen ist. Im Mittelbereich, d. h. auf der anderen Seite des Raums 17, schließt an die Zylinderbohrung eine Ableitung 20 an. Eine Leitung 21, die von dem Kanal 18 abzweigt, führt zu einem der Ventileinheit 3 zugeordneten Ventilmagneten 22, so daß an diesem Druckluft ansteht. Der Ventilmagnet 22 weist einen Kern 23 und eine Entlüftungsöffnung 24 auf. Von ihm führt eine Leitung 25 zu der Steuerkammer 6. Die Federn 7 und 8 sind in einem Federraum 26 angeordnet, der über eine Leitung 27 an die Atmosphäre angeschlossen, also entlüftet ist.

Die Ventileinheit 4 ist an sich ähnlich oder gleich aufgebaut, weshalb für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen Verwendung finden. Hier ist ebenfalls ein Ventilmagnet 28 zugeordnet. Während die Ableitung 20 der Ventileinheit 3 mit dem Kanal 18 der Ventileinheit 4 verbunden ist, führt die Ableitung 20 der Ventileinheit 4 in die Atmosphäre, stellt also die Entlüftung dar. Der Raum 17 der Ventileinheit 4 ist - anders als bei der Ventileinheit 3 - über eine Leitung 29 an einen oder mehrere Luftfederbälge 30 einer Achse oder einer Fahrzeugseite angeschlossen.

Für die aus dem Vorratsbehälter 19 anstehende Druckluft stellt die Ventileinheit 3 ein Ein- und Durchlaßventil dar, während die Ventileinheit 4 ein Durchlaß- und Auslaßventil bildet.

Fig. 1 zeigt die stromlose Stellung der Ventilmagneten 22 und 28, so daß beide Ventileinheiten 3 und 4 in der geschlossenen Abschlußstellung sind. Die Steuerschieber 10 der Ventileinheiten 3 und 4 befinden sich unter der Wirkung der Federn 7 und 8 in der oberen Endlage. Der Durchgang von dem Druckluftvorratsbehälter 19 über den Kanal 8, den Raum 17, die Ableitung 20, den Kanal 18 und die Leitung 29 in den Luftfederbalg 30 ist damit abgesperrt.

Fig. 2 zeigt die Stellung der Teile des Niveauregelventils gemäß Fig. 1 in Belüftungsstellung mit geringem Druckgradienten. Der Ventilmagnet 22 ist erregt worden, so daß die Steuerkammer 6 der Ventileinheit 3 zeitabhängig belüftet wird. Die Feder 7, die in ihrer Kraft schwächer als die Kraft der Feder 8 ausgebildet ist, ist zusammengedrückt worden, so daß sich die Einheit aus dem Steuerkolben 5 und dem Steuerschieber 10 in eine gedrosselte Durchgangsstellung bewegt hat, indem die Dichtung 12 aus der Verengung 16 freigekommen ist, jedoch der Ventil- und Drosselkörper 11 sich noch innerhalb der Verengung 16 befindet, so daß hier eine Drossel gebildet ist. Die Belüftung des Luftfederbalgs 30 erfolgt somit gedrosselt gemäß dem Druckverlauf a in Fig. 6. Die Länge dieses Kurvenabschnitts ist abhängig von den Einströmbedingungen und von der Zeit. Beispielsweise kann auch in der Leitung 25 eine Drossel angeordnet sein oder diese Leitung 25 kann selbst eine Drossel bilden, um die Länge des Kurvenzugs a zu beeinflussen.

In Abhängigkeit von der Zeit und auch von der Höhe des Vorratsdrucks im Druckluftvorratsbehälter 19 wird die Steuerkammer 6 der Ventileinheit 3 mit Luft beschickt. Zu einem gewissen Zeitpunkt oder auch Druckpunkt, der beispielsweise in der Größe von 6 bar liegen kann, wird die Kraft der Feder 8 überschritten und diese somit ebenfalls zusammengedrückt, so daß die Stellung gemäß Fig. 3 erreicht wird. Damit ist der Ventil- und Drosselkörper 11 der Ventileinheit 3 aus der Verengung 16 herausgefahren, so daß nunmehr die ungedrosselte Belüftung des Luftfederbalgs 30 gemäß dem Kurventeil b in Fig. 6 erfolgt. Auch diese Belüftung des Luftfederbalgs 30 in ungedrosselter Weise ist natürlich druck- und zeitabhängig. Sie verläuft jedoch sehr viel schneller als die gedrosselte Belüftung gemäß dem Kurventeil a.

Fig. 4 zeigt die gedrosselte Entlüftung des Luftfederbalgs 30. Der Ventilmagnet 22 ist stromlos und der Ventilmagnet 28 der Ventileinheit 4 wurde erregt, so daß entsprechend die Steuerkammer 6 der Ventileinheit 4 belüftet wird. Es stellt sich auch hier die Drosselstellung ein, in der die Dichtung 12 von der Verengung 16 freikommt und sich der Ventil- und Drosselkörper 11 noch innerhalb der Verengung befindet. Die Luft aus dem Luftfederbalg 30 kann somit über die Leitung 29, die Drosselstelle und die Ableitung 20 in die Atmosphäre gelangen. Der Druckverlauf entspricht dem Kurvenzug a′.

Analoges gilt dann für die ungedrosselte Entlüftung gemäß Fig. 5. Der Steuerkolben 5 mit dem Steuerschieber 10 der Ventileinheit 4 befinden sich in der unteren Endstellung, so daß die ungedrosselte Entlüftung gemäß dem Kurvenzug b′ sich anschließt.

Das Niveauregelventil 1 kann somit auch zum Heben und Senken des Fahrzeugaufbaus eingesetzt werden. Zum Heben wird der Ventilmagnet 22 erregt, während zum Senken der Ventilmagnet 28 erregt wird.

In der Stellung Fahrt werden durch Straßenunebenheiten kleine Auslenkungen am Hebel eines Weggebers, der die Höhe des Fahrzeugaufbaus über der Achse mißt, ausgelöst, die durch eine Zeitverzögerung t ungefähr = 1 Sekunde (Fig. 6) nicht zu einer Be- bzw. Entlüftungsreaktion innerhalb dieser Zeitspanne führen. Zu diesem Zweck besitzt eine Steuerelektronik ein Zeitverzögerungsglied. Nur Auslenkungen, die über einen längeren Zeitraum sich auswirken, führen zur Ansteuerung der Ventilmagnete 22 bzw. 28. Dabei ist aber jeweils zunächst ein niedriger Druckgradient und erst nachfolgend ein hoher Druckgradient vorgesehen. Beim Heben und Senken kann diese Zeitverzögerung über die Steuerelektronik aufgehoben sein, so daß eine direkte Reaktion an den Ventilmagneten 22 und 28 und damit an den Ventileinheiten 3 und 4 ausgelöst wird. Fig. 6 zeigt das Diagramm des ausgesteuerten Balgdrucks p _B über dem Steuerdruck p _S . Die Ordinate gibt auch das Füllvolumen Q der Luftfederbälge an.

Fig. 7 zeigt eine zweikreisige Ausführung des Niveauregelventils. Jedem Steuerkolben 5 sind hier zwei Steuerschieber 10 und 10′ zugeordnet. Ansonsten ist die Zeichnung gemäß Fig. 7 aus sich heraus verständlich, wobei entsprechende Bezugszeichen eingetragen sind. Man erkennt, daß dann, wenn die Luftfederbälge 30 beispielsweise der einen Fahrzeugseite und die Luftfederbälge 30′ der anderen Fahrzeugseite einer Achse oder einer Achsgruppe zugeordnet sind, in der Stellung Fahrt bzw. Stop Druckschwankungen der Druckluft in den Luftfederbälgen 30 und 30′ sich nicht ausgleichen können, weil diese gegeneinander abgesperrt sind. Auch bei dieser Ausführungsform ist natürlich der grundsätzliche Kennlinienverlauf gemäß Fig. 6 verwirklicht.

Fig. 8 zeigt eine Federanlage eines dreiachsigen Fahrzeugs mit Vorderachse 31, Triebachse 32 und Liftachse 33. Das Niveauregelventil 1 gemäß den Fig. 1 bis 5 wird hier vierfach eingesetzt. Im Bereich der Vorderachse 31 ist ein Weggeber 34 und Luftfederbälge 35 angeordnet. Im Bereich der Triebachse 32 findet das Niveauregelventil 1 zweifache Anwendung. Es sind hier, auf der rechten und linken Fahrzeugseite zugeordnet, zwei Weggeber 36 sowie die Luftfederbälge 37 vorgesehen. Die Liftachse weist die Luftfederbälge 38 auf. Weiterhin sind hier eine Schalteinrichtung 39 und eine Steuerelektronik 40 vorgesehen. Ein Zweiwegeventil 41, ein Dämpfungsbehälter 42 und zwei Druckschalter 43 und 44 vervollständigen die Anlage. Die Leitungen für Luft sind in dicker Linienführung dargestellt, während die elektrischen Leitungen in dünner Strichweise aufscheinen. Diese Verbindungen sind ohne weiteres überschaubar.

Über das Zweiwegeventil 41 wird der jeweils höhere Druck aus einem der beiden Luftfederbälge 37 der einen oder anderen Fahrzeugseite an den Dämpfungsbehälter 42 und damit an die Druckschalter 43 und 44 weitergegeben. Die Aussteuerung der Liftachse 33 erfolgt über den Druckschalter 43, der nach Überschreiten der Nennlast der Triebachse 32 die Liftachse 33 absenkt und deren zugeordnete Luftfederbälge 38 solange belüftet, bis die über die Weggeber 36 vorgegebene Nennhöhe des Fahrzeugaufbaus wiederhergestellt ist. Zum Vermeiden der zusätzlichen Belüftung der Luftfederbälge 37 der Triebachse 32 wird eine weitere Ansteuerung der Niveauregelventile 1 der Triebachse 32 ausgeschlossen, solange der Druckschalter 43 einen Absenkdruck aussteuert, d. h. die Weggeber 36 steuern die Nennhöhe nur noch über das der Liftachse 33 zugehörige Niveauregelventil 1.

Nur zur Unterstützung als Anfahrhilfe wird dieser Vorgang unterbrochen, indem eine Steuerung über den zweiten Druckschalter 44 erfolgt, dessen Wert dem der Überlast der Triebachse 32 entsprechend eingestellt ist. Wird der Druckwert des Druckschalters 44 in den Luftfederbälgen 37 der Triebachse 32 erreicht, wird die Entlüftung der Luftfederbälge 38 über das Niveauregelventil 1 der Liftachse 33 unterbrochen.

Claims (5)

1. Über eine Steuerelektronik (40) ansteuerbares Niveauregelventil (1) für luftgefederte Fahrzeuge mit folgenden Merkmalen:

• - in einem Ventilgehäuse (2) ist mindestens eine Ventileinheit (3; 4), bestehend aus einem Magnetventil (22; 23), einem Steuerkolben (5) und einem Steuerschieber (10) untergebracht.
• - Steuerkolben (5) und Steuerschieber (10) sind gemeinsam verschiebbar und werden durch eine Federanordnung (7, 8) in eine Ruhestellung vorgespannt, in der die dem Steuerschieber (10) zugeordneten Leitungsverbindungen (18, 20; 29, 20) abgesperrt sind,
• - durch Betätigung des Magnetventils (22; 28) wird der Steuerkolben (5) mit Vorratsdruck beaufschlagt,
• - die Betätigung des Magnetventils (22; 28) erfolgt zeitgesteuert und/oder wird durch den am Steuerkolben (5) aufgebauten Druck geregelt, so daß der Steuerkolben (5) und damit auch der Steuerschieber (10) definiert gegen die Kraft der Federanordnung (7, 8) in eine zweite bzw. in eine dritte Stellung verschoben wird,
• - wobei der Steuerschieber (10) in der zweiten Stellung einen gedrosselten und in der dritten Stellung einen ungedrosselten Luftdurchgang freigibt,
• - und die Federanordnung (7, 8) einen ersten Bereich geringerer und einen zweiten Bereich höherer Steifigkeit aufweist.

2. Niveauregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuerkolben (5) beaufschlagende Federanordnung (7, 8) auf der der Steuerkammer (6) abgekehrten Seite angeordnet ist und aus zwei Federn (7; 8) besteht.

3. Niveauregelventil nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (10) in einer im Gehäuse (2) angeordneten Zylinderbohrung (15) geführt ist, und daß zwischen dem Steuerschieber (10) und der Zylinderbohrung (15) eine Einschnürstelle (11, 16) für den gedrosselten und den ungedrosselten Luftdurchgang gebildet ist.

4. Niveauregelventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitgehend identische Ventileinheiten (3; 4) gehäuseseitig oder zumindest über Verbindungsleitungen zusammengefaßt sind, von denen die eine Ventileinheit (3) als Ein- und Durchlaßventil und die andere Ventileinheit (4) als Durchlaß- und Auslaßventil wirkt.

5. Niveauregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks zweikreisiger Ausbildung jedem Steuerkolben (5) zwei Steuerschieber (10; 10′) zugeordnet sind.