DE3628681A1 - Luftfederung fuer fahrzeug mit doppelachse - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur druckluftgestützten Federung eines Fahrzeuges mit mehreren Hinterachsen nach der Gattung des Anspruchs. Bei derartigen Fahrzeugen wird in den meisten Fällen nur eine von mehreren Hinterachsen angetrieben, während die anderen Hinterachsen als mitlaufende Achsen keine Antriebsfunktion aufwei­ sen. Bei Doppelachsfahrzeugen etwa wird in den meisten Fällen die vordere der beiden Hinterachsen angetrieben, jedoch muß dies nicht so sein. Meistens läßt sich die nicht angetriebene Achse, welche im folgenden als "Liftachse" bezeichnet werden soll, mittels einer Vor­ richtung anheben. Dies geschieht vor allem dann, wenn das Fahrzeug unbelastet ist, um auf diese Weise die Reibungsverluste zu vermin­ dern. Demgegenüber wird bei beladenem Fahrzeug die Liftachse abge­ senkt, die Luftfederelemente der Liftachse werden mit dem gleichen Luftdruck wie die Luftfederelemente der Antriebsachse beaufschlagt oder mit einem definierten Druckverhältnis dazu, so daß sich die Fahrzeuglast auf beide Achsen gleichmäßig bzw. anteilsmäßig ver­ teilt. Eine durch diese Merkmale charakterisierte Luftfederung ist beispielsweise aus der Druckschrift "Elektronisch geregelte Luftfe­ derung" der Firma Robert Bosch GmbH, Stuttgart, 1983 bekannt. Die in dieser Druckschrift offenbarte Vorrichtung bietet zwar die Möglich­ keit, bei Überschreiten einer Höchstlast an der Antriebsachse die Liftachse abzusenken und auf diese Weise die Fahrzeuglast auf Antriebsachse und Liftachse gleichmäßig zu verteilen, es besteht je­ doch gleichzeitig der Nachteil, daß beim Absenken der Liftachse ein Druckanstieg in den Luftfederelementen der Liftachse mit einem Druck­ abfall in den Luftfederelementen der Antriebsachse einhergeht. Die Traktion, d.h. die Haftung der Antriebsachse etwa auf losem Fahr­ untergrund, kann sich dadurch verschlechtern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrzeug mit mehreren Hinterachsen die Traktion der Antriebsachse zu optimieren.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur druckluftgestützten Federung eines Fahrzeuges mit mehreren Hinterachsen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs zeichnet sich dadurch aus, daß jederzeit eine hervorragende Griffigkeit zwischen den Rädern der Antriebsachse und dem Fahruntergrund sichergestellt ist. Ein Durchdrehen der Antriebsräder wird auf diese Weise weitgehend vermieden. Dies wird erreicht, indem die Antriebsachse bei jedem Beladungszustand mit der höchstens zulässigen Last beaufschlagt wird. Bei größerer Beladung als der maximal zulässigen Achslast der Antriebsachse übernimmt die Antriebsachse die zulässige Achslast und die Liftachse übernimmt die überschüssige Last.

Von Vorteil ist es außerdem, daß sich die Mechanik der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung fast vollständig mit den Komponenten einer bereits bekannten Luftfederungsanlage verwirklichen läßt - es muß lediglich die Wirkrichtung zweier Ventile vertauscht werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schema­ tisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Fig. 1 zeigt ein Funktionsschaubild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens den Verlauf der Achslasten über der Zu­ ladung in einem Diagramm.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Fig. 1 ist ausschnittsweise eine Vorrichtung zur druckluftge­ stützten Federung, vorzugsweise für ein Nutzfahrzeug, gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 1 sind beiderseits einer Fahrzeuglängsachse (A) angeordnete, ein federndes Luftpolster zwischen einer Antriebsachse und dem Fahrzeugaufbau bildende Bälge der Antriebsachse bezeichnet.

In Fahrtrichtung hinter den Bälgen 1 der Antriebsachse befinden sich ein federndes Luftpolster zwischen einer Liftachse und dem Fahrzeug­ aufbau bildende Bälge 2 der Liftachse. Selbstverständlich ist der Ausdruck "Bälge" nicht als bauliche Einschränkung anzusehen. Viel­ mehr kommen für die Erfindung sämtliche Arten von Luftfederelementen in Betracht, welche mit einer Druckleitung verbindbar sind, also beispielsweise auch nicht-flexible Luftfederelemente. In der Fig. 1 nicht dargestellt ist die Federung der Vorderachse. Die Bälge 1 der Antriebsachse stehen unter Zwischenschaltung jeweils eines Niveau­ regelventils 3 und eines gemeinsamen Entlüftungsventils 4 mit der Austrittsöffnung eines Druckvorratsbehälters 5 über eine Versor­ gungsleitung 6 in Verbindung.

Im Druckvorratsbehälter 5 herrscht ein Druck, welcher größer ist als der Druck innerhalb des Luftfederungssystems. Durch die Niveaure­ gelventile 3 kann auf an sich bekannte Weise die Höhe des Luftdrucks in den Bälgen 1 der Antriebsachse in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen den Rädern der Antriebsachse und dem Fahrzeugaufbau ge­ steuert werden. In der dargestellten und beschriebenen Ausführungs­ form wird durch das Niveauregelventil 3 einer jeden Fahrzeugseite der Luftdruck im Balg 1 der Antriebsachse der jeweiligen Fahrzeug­ seite gesteuert. Ist der jeweilige Abstand zwischen Rad und Fahr­ zeugaufbau zu gering, so wird im Niveauregelventil 3 ein Strömungs­ querschnitt freigegeben, so daß Luft vom Druckvorratsbehälter 5 über die Versorgungsleitung 6 und das auf Durchgang geschaltete Entlüf­ tungsventil 4 in den jeweiligen Balg 1 der Antriebsachse strömen kann. Hierzu wird das Niveauregelventil 3 in seine eine Stellung ge­ bracht. In seiner anderen Stellung sperrt das Niveauregelventil 3 (in Fig. 1 dargestellt), so daß keine Verbindung zwischen dem Druckvorratsbehälter 5 und dem jeweiligen Balg 1 der Antriebsachse besteht. Ist der jeweilige Abstand zwischen Rad und Fahrzeugaufbau hingegen zu groß, so kann über das Entlüftungsventil 4 Luft aus den Bälgen in die Atmosphäre entweichen, indem die Niveauregelventile 3 geöffnet werden. Zur Ermittlung des Abstandes zwischen Rad und Fahr­ zeugaufbau können am Fahrzeugaufbau oder an der Antriebsachse ange­ brachte Wegsensoren 7 Verwendung finden. Die Wegsensoren 7 erzeugen ein elektrisches Signal, welches einer elektronischen Steuereinheit 8 zugeführt wird. Die elektronische Steuereinheit 8 wiederum erzeugt Signale, über welche die Niveauregelventile 3 und das Entlüftungs­ ventil 4 angesteuert werden.

Zur Erhaltung eines konstanten Drucks im Druckvorratsbehälter 5 be­ findet sich in der Versorgungsleitung 6 ein Rückschlagventil 10.

An die Versorgungsleitung 6 angeschlossen ist außerdem eine Vor­ richtung 11 zum Anheben der Liftachse, mittels welcher bei Bedarf die Liftachse angehoben und damit vollkommen entlastet werden kann. Betätigt wird die Vorrichtung 11 zum Anheben der Liftachse vor allem bei unbeladenem Fahrzeug.

Die Bälge 1 der Antriebsachse und die Bälge 2 der Liftachse sind miteinander durch ein erstes Steuerventil 14, beispielsweise ein elektrisch betätigbares Magnetventil, verbindbar. Dabei ist es so­ wohl möglich, für die Bälge jeder Fahrzeugseite ein eigenes erstes Steuerventil 14 vorzusehen, als auch ein für die Bälge beider Fahr­ zeugseiten gemeinsames erstes Steuerventil 14. Der letztgenannte Fall ist in Fig. 1 dargestellt.

Das erste Steuerventil 14 kann zwei Stellungen einnehmen. In der ei­ nen dieser Stellungen werden die Bälge 1 der Antriebsachse und die Bälge 2 der Liftachse einer jeden Fahrzeugseite miteinander verbun­ den, weisen also den gleichen Druck auf. Erfindungsgemäß nimmt das erste Steuerventil 14 diese eine Stellung in betätigtem Zustand ein. In der anderen dieser beiden Stellungen des ersten Steuerventils 14 werden die Bälge 2 der Liftachse mit einer Druckluftleitung 15 ver­ bunden, welche zu einem zweiten Steuerventil 16 führt. Die Leitun­ gen, welche zu den Bälgen 1 der Antriebsachse führen, werden gleich­ zeitig durch das erste Steuerventil 14 abgesperrt, so daß kein Druckverlust in den Bälgen 1 der Antriebsachse eintritt. Erfindungs­ gemäß nimmt das erste Steuerventil 14 diese andere Stellung in nicht betätigtem Zustand ein. Vorteilhafterweise wird das erste Steuerven­ til 14 als 5/2-Magnetventil ausgeführt.

Das zweite Steuerventil 16, welches mit dem ersten Steuerventil 14 über die Druckluftleitung 15 verbunden ist, wird vorzugsweise auch als elektrisch betätigbares Magnetventil ausgeführt und kann eben­ falls zwei Stellungen einnehmen. In der einen Stellung, welche in unbetätigtem Zustand eingenommen wird, sperrt das zweite Steuerven­ til 16 die Druckluftleitung 15; in der anderen Stellung, welche in betätigtem Zustand eingenommen wird, öffnet das zweite Steuerventil 16 die Druckluftleitung 15 zur Atmosphäre.

Die Betätigung von erstem Steuerventil 14 und zweitem Steuerventil 16, etwa durch Bestromung derselben, erfolgt durch Signale der elek­ tronischen Steuereinheit 8 in Abhängigkeit vom Luftdruck in den Bäl­ gen. Der Luftdruck wird mittels Drucksensoren ermittelt, von denen vorzugsweise zwei Drucksensoren 21, 22 mit den Bälgen 1 der An­ triebsachse in Verbindung stehen und mindestens ein weiterer Druck­ sensor 23 mit einem der Bälge 2 der Liftachse in Verbindung steht. Die Drucksensoren 21, 22, 23 erzeugen Meßsignale, welche zur elek­ tronischen Steuereinheit 8 übertragen werden.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient Fig. 2. Dieses Diagramm zeigt den Verlauf der Achslast von Antriebsachse und Liftachse bzw. des Drucks in den Bälgen 1 der An­ triebsachse und in den Bälgen 2 der Liftachse in Abhängigkeit von der Zuladung des Fahrzeuges. Die in dem Diagramm eingetragenen Zah­ lenwerte beziehen sich auf den Fall, daß die zulässige Achslast der Antriebsachse 10 Tonnen beträgt und die zulässige Achslast der Lift­ achse 7 Tonnen beträgt. Selbstverständlich lassen sich Verfahren und Vorrichtung auch bei anderen Höchstlasten anwenden.

In einem ersten Lastbereich (101), in dem die Zuladung des Fahrzeu­ ges geringer ist als die zulässige Achslast der Antriebsachse, über­ nehmen die Bälge 1 der Antriebsachse nahezu die Gesamtlast der Zula­ dung, während die Bälge 2 der Liftachse nahezu vollständig entlastet sind. Es ist jedoch sinnvoll, auch in diesem Fall den Druck in den Bälgen 2 der Liftachse nicht ganz auf Null zu senken, sondern einen Mindestdruck beizubehalten, um ein "Springen" der Liftachse während des Fahrens zu vermeiden.

Ein zweiter Lastbereich (102) liegt dann vor, wenn die Zuladung grö­ ßer ist als die zulässige Achslast der Antriebsachse. In einem sol­ chen Fall übernehmen die Bälge 1 der Antriebsachse die höchstens zu­ lässige Last (im Beispiel nach Fig. 2 sind dies 10 Tonnen), und die Bälge 2 der Liftachse übernehmen die überschüssige Zuladung.

In dem allenfalls ausnahmsweise auftretenden Fall, daß die Zuladung größer ist als die insgesamt zulässige Achslast von Antriebsachse und Liftachse zusammen, ist es zumeist zweckmäßig, die Bälge 2 der Liftachse mit dem höchstzulässigen Druck zu beaufschlagen (im Bei­ spiel also 7 Tonnen) und mit der zusätzlichen Zuladung die Bälge 1 der Antriebsachse zu beaufschlagen, so daß die zulässige Achslast der Antriebsachse überschritten wird. Eine derartige Lastverteilung wird gewählt, weil bei Fahrzeugen zumeist die Antriebsachse auf hö­ here mechanische Belastungen ausgelegt ist als die Liftachse.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur druckluftgestütz­ ten Federung eines Fahrzeuges mit mehreren Hinterachsen soll im fol­ genden an Beispielen erläutert werden:

Wird das unbelastete Fahrzeug mit einer Zuladung beaufschlagt, wel­ che in Verbindung mit der Eigenlast des Fahrzeugs geringer ist als die zulässige Achslast der Antriebsachse, so liegt der erste Lastbe­ reich (101) aus Fig. 2 vor. Die Zuladung wird fast vollständig von der Antriebsachse übernommen, erstes Steuerventil 14 und zweites Steuerventil 16 nehmen ihre nicht bestromten Stellungen ein. Um den bereits beschriebenen Mindestdruck in den Bälgen 2 der Liftachse aufrechtzuhalten, kann durch kurzzeitiges Betätigen des ersten Steu­ erventils 14 Luft aus den Bälgen 1 der Antriebsachse in die Bälge 2 der Liftachse gelangen und in den Bälgen 2 der Liftachse zu einem Druckanstieg führen. Zum Ausgleich kann über die Niveauregelventile 3 Luft in die Bälge 1 der Antriebsachse nachgefördert werden. Über­ steigt der Druck in den Bälgen 2 der Liftachse den Mindestdruck, so kann durch kurzzeitiges Betätigen des zweiten Steuerventils 16 Luft aus den Bälgen 2 der Liftachse abgelassen werden. Der Druck in den Bälgen 2 der Liftachse wird dabei durch den weiteren Drucksensor 23 erfaßt und in Form eines Meßsignals der elektronischen Steuereinheit 8 zugeführt, welche wiederum das erste Steuerventil 14 bzw. das zweite Steuerventil 16 mittels elektrischer Signale ansteuert.

Bei einer Zuladung des Fahrzeuges entsprechend des Lastbereiches (101) bietet sich für den Fahrer auch die Möglichkeit, die Vorrichtung 11 zum Anheben der Liftachse zu betätigen. In einem solchen Fall wird natürlich die Zuladung vollständig von der Antriebsachse übernommen, ein Mindestdruck in den Bälgen 2 der Liftachse ist nicht erforderlich.

Wird nun die Zuladung auf einen Wert nach Lastbereich (102) aus Fi­ gur 2 erhöht, so daß die zulässige Achslast der Antriebsachse über­ schritten wird, was durch die Drucksensoren 21, 22 erfaßt und an die elektronische Steuereinheit 8 übermittelt wird, so wird durch Betä­ tigung des ersten Steuerventils 14 so lange Luft aus den Bälgen 1 der Antriebsachse in die Bälge 2 der Liftachse gefördert, bis die Drucksensoren 21, 22 einen Wert erfassen, welcher der zulässigen Achslast der Antriebsachse entspricht. Ist dieser Zustand erreicht, so nimmt das erste Steuerventil 14 wieder seine unbetätigte Stellung ein. Sinkt der Druck in den Bälgen 1 der Antriebsachse unter den Wert ab, welcher der zulässigen Achslast entspricht, so gibt es zwei Möglichkeiten, den Druck wieder zu erhöhen. Entweder wird das zweite Steuerventil 16 betätigt, d.h. bestromt, wodurch Luft aus den Bälgen 2 der Liftachse über das zweite Steuerventil 16 entweichen kann, was zu einer Entlastung der Liftachse und damit zu einer Belastung der Antriebsachse führt. Oder aber der Druck in den Bälgen 1 der An­ triebsachse wird durch Betätigung der Niveauregelventile 3 und Nach­ förderung von Luft aus dem Druckvorratsbehälter 5 erhöht. Ob zur Druckerhöhung in den Bälgen 1 der Antriebsachse die erste oder die zweite beschriebene Möglichkeit gewählt wird, hängt vor allem vom Niveau des Fahrzeugaufbaus ab, welches durch die Wegsensoren 7 er­ faßt wird.

Auch beim Entladen des Fahrzeuges arbeitet die Vorrichtung immer in einem der beiden Lastbereiche (101) oder (102). Die Verminderung des Drucks in den Bälgen 2 der Liftachse wird entweder direkt durch Be­ tätigen des zweiten Steuerventils 16 erreicht oder indirekt durch Öffnen der Niveauregelventile 3, die Verminderung des Drucks in den Bälgen 1 der Antriebsachse hingegen wird entweder durch Betätigen des ersten Steuerventils 14 und damit Luftförderung in die Bälge 2 der Liftachse erreicht, oder aber durch Öffnen der Niveauregelven­ tile 3, so daß überschüssiger Luftdruck über die Niveauregelventile 3 zum Entlüftungsventil 4 gelangt, von wo bei entsprechender Schal­ tung des Entlüftungsventils 4 die Luft in die Atmosphäre entweicht.

Durch welche der beschriebenen Betätigungsarten ein Druck­ auf- bzw. -abbau erreicht wird, ist einerseits abhängig vom Druck innerhalb der Bälge, welcher mittels der Drucksensoren 21, 22, 23 ermittelt wird und ist andererseits abhängig vom Abstand zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Antriebsachse, welcher über die Wegsenso­ ren 7 gemessen wird.

Von großem Vorteil ist, daß beim Betrieb der Vorrichtung erstes Steuerventil 14 und zweites Steuerventil 16 nur jeweils kurzzeitig betätigt werden müssen. Bei Verwendung von Magnetventilen bedeutet dies einen nur geringen Strombedarf. Der mechanische Aufbau der be­ schriebenen Vorrichtung läßt sich fast vollständig mit den Komponen­ ten einer bereits bekannten Luftfederung verwirklichen - erforder­ lich ist lediglich eine Vertauschung der Betätigungsrichtung von erstem 14 und zweitem 16 Steuerventil.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur druckluftgestützten Federung eines Fahrzeuges mit mehreren Hinterachsen, von denen mindestens eine Hinterachse als Antriebsachse und mindestens eine weitere Hinterachse als nicht an­ getriebene Achse, insbesondere Liftachse dient,

   • - mit zwischen der Antriebsachse und dem Fahrzeugaufbau angeordneten Luftfederelementen der Antriebsachse sowie mit zwischen der Lift­ achse und dem Fahrzeugaufbau angeordneten Luftfederelementen der Liftachse,
   • - mit einem zwischen den Luftfederelementen der Antriebsachse und den Luftfederelementen der Liftachse angeordneten ersten Steuer­ ventil, welches in seiner einen Stellung die Luftfederelemente der Antriebsachse mit den Luftfederelementen der Liftachse verbindet und welches in seiner anderen Stellung die Luftfederelemente der Liftachse mit der Druckseite eines zweiten Steuerventils verbin­ det, welches in seiner einen Stellung öffnet und in seiner anderen Stellung schließt,
2. dadurch gekennzeichnet,

   • - daß das erste Steuerventil (14) in nicht betätigtem Zustand jene Stellung einnimmt, in welcher die Luftfederelemente (2) der Lift­ achse mit der Druckseite des zweiten Steuerventils (16) verbunden sind und
   • - daß das zweite Steuerventil (16) in nicht betätigtem Zustand eine geschlossene Stellung einnimmt.