DE3742022A1 - Ueber eine steuerelektronik ansteuerbares niveauregelventil fuer luftgefederte kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein über eine Steuerelektronik ansteuerbares Niveauregelventil für luftgefederte Kraftfahrzeuge, die den Achsen zugeordnete Luftfederbälge und mindestens einen Weggeber aufweisen, mit einem Ventilgehäuse, das mindestens eine Ventileinheit und mindestens einen Ventilmagneten zu ihrer Ansteuerung aufweist.

Ein derartiges Niveauregelventil aus vier zusammengebauten Magnetventilen ist im Rahmen einer Federungseinrichtung für Kraftfahrzeuge aus der DE-OS 36 07 810 bekannt. Jedes Niveauregelventil weist eine Ventileinheit und einen aufgesetzten Ventilmagneten zu ihrer Ansteuerung auf. Einige der Niveauregelventile sind mit Luftfederbälgen einer Achse bzw. einer Fahrzeugseite verbunden, während ein anderes Niveauregelventil die Druckluftversorgung der restlichen Niveauregelventile überwacht. Der Aufbau der Niveauregelventile im einzelnen ist hier nicht beschrieben, jedoch ist davon auszugehen, daß infolge der Verwendung eines Ventilmagneten zur Ansteuerung jeweils jedes Niveauregelventil 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 Niveauregelventile ansteuerbar sind. Die Verwendung von zwei Stellungen an jedem Niveauregelventil 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 Kraftfahrzeug 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Niveauregelventil der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß eine feinfühligere Be- und Entlüftung der Luftfederbälge möglich wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Ventileinheit einen Steuerkolben und einen damit verbundenen Steuerschieber aufweist, und daß eine dem Steuerkolben zugeordnete Steuerkammer über den Ventilmagneten im Sinne einer zeit- und/oder druckabhängigen Zweistufensteuerung belüftbar ist, so daß im Ventilgehäuse vorgesehene Leitungen in einer ersten Stellung gegeneinander abgesperrt, in einer zweiten Stellung gedrosselt miteinander verbunden und in einer dritten Stellung ungedrosselt miteinander verbunden sind. Damit wird ein Niveauregelventil verwirklicht, welches drei Stellungen ermöglicht, wobei es neben der abgesperrten Stellung im wesentlichen auf eine Stellung ankommt, in welcher die Leitungen gedrosselt miteinander verbunden sind, so daß eine feinfühlige, d. h. zeitlich langsame Be- oder Entlüftung des betreffenden Luftfederbalgs durchgeführt werden kann. Damit läßt sich dieses Niveauregelventil 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 nur ein Steuerkolben und ein Ventilmagnet bei einem solchen Niveauregelventil vorgesehen ist, ergeben sich dennoch die drei aufgezeigten Stellungen und die hieraus resultierenden Möglichkeiten.

Der Steuerkolben kann auf seiner der Steuerkammer abgekehrten Seite von zwei Federn beaufschlagt sein. Diese Federn können entweder in Hintereinander- Anordnung oder auch in Parallel-Anordnung 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 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 erreichbar ist. Darüber hinaus 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 6.

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 13 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, mit der ein 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 dieser hierüber mit Druckluft versorgt wird. 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 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 in der oberen Endlage, entsprechend der Kraft der Federn 7 und 8. 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. Die 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 28der Ventileinheit 4 wurde erregt, so daß entsprechend die Steuerkammer 6 der Ventileinheit 4 belüftet wird. Es stellt sich auch hier die Drosselstellung ein, indem die Dichtung 12 von der Verengung 16 freikommt und sich dennoch der Ventil- und Drosselkörper 11 innerhalb der Verengung befindet. Die Luft aus dem Luftfederbalg 30 kann somit über die Leitung 22, 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 zu entsprechenden Ansteuerungen der Ventilmagnete 22 bzw. 28. Dabei ist aber jeweils zunächst ein niedriger Druckgradient und erst nachfolgend einer 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 6 wird hier vierfach eingesetzt. Im Bereich der Vorderachse 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.

Bezugszeichenliste:

 1 = Niveauregelventil
 2 = Gehäuse
 3 = Ventileinheit
 4 = Ventileinheit
 5 = Steuerkolben
 6 = Steuerkammer
 7 = Feder
 8 = Feder
 9 = Federteller
10 = Steuerschieber
11 = Ventil- und Drosselkörper
12 = Dichtung
13 = Verjüngung
14 = Dichtung
15 = Zylinderbohrung
16 = Verengung
17 = Raum
18 = Kanal
19 = Druckluftvorratsbehälter
20 = Ableitung
21 = Leitung
22 = Ventilmagnet
23 = Kern
24 = Entlüftungsöffnung
25 = Leitung
26 = Federraum
27 = Leitung
28 = Ventilmagnet
29 = Leitung
30 = Luftfederbalg
31 = Vorderachse
32 = Triebachse
33 = Liftachse
34 = Weggeber
35 = Luftfederbalg
36 = Weggeber
37 = Luftfederbalg
38 = Luftfederbalg
39 = Schalteinrichtung
40 = Steuerelektronik
41 = Zweiwegeventil
42 = Dämpfungsbehälter
43 = Druckschalter
44 = Druckschalter

Claims (6)

1. Über eine Steuerelektronik ansteuerbares Niveauregelventil für luftgefederte Kraftfahrzeuge, die den Achsen zugeordnete Luftfederbälge und mindestens einen Weggeber aufweisen, mit einem Ventilgehäuse, das mindestens eine Ventileinheit und mindestens einen Ventilmagneten zu ihrer Ansteuerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (3, 4) einen Steuerkolben (5) und einen damit verbundenen Steuerschieber (10) aufweist, und daß eine dem Steuerkolben (5) zugeordnete Steuerkammer (6) über den Ventilmagneten (22 bzw. 28) im Sinne einer zeit- und/oder druckabhängigen Zweistufensteuerung belüftbar ist, so daß im Ventilgehäuse (2) vorgesehene Leitungen in einer ersten Stellung gegeneinander abgesperrt, in einer zweiten Stellung gedrosselt miteinander verbunden und in einer dritten Stellung ungedrosselt miteinander verbunden sind.

2. Niveauregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (5) auf seiner der Steuerkammer (6) abgekehrten Seite von zwei Federn (7, 8) beaufschlagt ist.

3. Niveauregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (7, 8) insbesondere bei Hintereinander-Schaltung unterschiedlich ausgebildet sind.

4. Niveauregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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) gebildet ist.

5. Niveauregelventil nach Anspruch 1 bis 4, 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 dient.

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