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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Regeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein Fahrzeug-Druckluftsystem, ein Druckluftsystem und ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Druckluftsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Ein Druckluftsystem wie z.B. ein Luftfedersystem für ein Fahrzeug weist eine Druckluftversorgung, insbesondere zur Versorgung einer Luftfederanlage eines Fahrzeugs mit Druckluft, auf. Luftfederanlagen können auch Niveauregelungseinrichtungen umfassen, mit denen der Abstand zwischen Fahrzeugachse und Fahrzeugaufbau eingestellt werden kann.
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Eine Luftfederanlage kann eine Anzahl von an einer gemeinsamen Leitung (Galerie) pneumatisch angeschlossenen Luftbälgen aufweisen, die mit zunehmender Befüllung den Fahrzeugaufbau anheben und entsprechend mit abnehmender Befüllung absenken können. Mit wachsendem Abstand zwischen Fahrzeugachse und Fahrzeugaufbau bzw. Bodenfreiheit werden die Federwege länger und auch größere Bodenunebenheiten können überwunden werden ohne, dass es zu einer Berührung mit dem Fahrzeugaufbau kommt. Solche Systeme werden in Geländefahrzeugen und Sport Utility Vehicles (SUVs) eingesetzt. Insbesondere bei SUVs ist es bei sehr leistungsfähigen Motoren wünschenswert das Fahrzeug einerseits für hohe Geschwindigkeiten auf der Straße mit vergleichsweise geringer Bodenfreiheit und andererseits für das Gelände mit einer vergleichsweise großen Bodenfreiheit zu versehen. Es ist weiter wünschenswert, eine Veränderung der Bodenfreiheit möglichst schnell umzusetzen, was die Anforderungen hinsichtlich Schnelligkeit, Flexibilität und Verlässlichkeit einer Druckluftversorgung erhöht.
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Eine Druckluftversorgung zur Verwendung in einem Druckluftsystem wie z.B. eine Luftfederanlage wird mit Druckluft aus einer Druckluftzuführung, beispielsweise im Rahmen eines Druckniveaus von 5 bis 20 bar, betrieben. Die Druckluft wird mit einem Kompressor der Druckluftzuführung zur Verfügung gestellt. Die Druckluftzuführung ist zur Versorgung der Luftfederanlage mit einem Druckluftanschluss pneumatisch verbunden und andererseits mit einem Entlüftungsanschluss pneumatisch verbunden. Über eine Entlüftungsventilanordnung kann durch Ablassen von Luft die Druckluftversorgungsanlage zum Entlüftungsanschluss hin entlüftet werden.
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EP 2 651 671 B1 zeigt eine Druckluftversorgung für eine Luftfederanlage eines Fahrzeugs. Die Druckluftversorgung weist einen Kompressor zum Erzeugen von Druckluft und mindestens ein Magnetventil auf, das zur Entlüftung dient.
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Solche und andere Fahrzeug-Druckluftsysteme wie eine Druckluftversorgung oder eine Luftfederanlage oder auch Niveauregelungseinrichtungen sind von einem oder mehreren Aktoren gesteuert, die als Magnetventil ausgestaltet sind, um die Bereitstellung von Druckluft zu steuern, insbesondere eine Entlüftung oder eine Befüllung einer Druckluftanlage zu kontrollieren, indem ein Durchfluss der Druckluft in den Druckluftleitungen unterbunden, ermöglicht oder gedrosselt wird oder dgl. - also eine Druckluftströmung beeinflusst wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung für ein Fahrzeug-Druckluftsystem vorzusehen, dass eine exakte Regelung erlaubt ohne dabei den Verarbeitungsaufwand erheblich zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Regeleinrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft damit eine eingangs genannte Regeleinrichtung oder dergleichen Regeleinrichtung angepasst zur Implementierung in einem Fahrzeug-Druckluftsystem, aufweisend:
- mindestens ein Schaltventil mit einem Schaltelement, insbesondere Magnet-Schaltventil mit einer Schaltspule, welches durch einen Schaltstrom aktivierbar ist, und
- mindestens eine Ventil-Steuerung, welche dazu ausgestaltet ist, einen Schaltstrom für das mindestens eine Schaltventil bereitzustellen.
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Das Magnetventil weist einen Magnetteil und einen Pneumatikteil auf, wobei dem Magnetteil dabei eine besondere Rolle zukommt - er bildet das Schaltelement zumeist in Form einer Schaltspule oder dergleichen Magnetspule des Magnetventils, insbesondere Magnet-Schaltventil, bei einem Druckluftsystem eines Fahrzeugs. Ist der Steuerstrom des Magnetteils zu niedrig, könnte es nicht durchschalten; ist er zu hoch könnte der Magnetteil beschädigt werden.
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Es ist also wünschenswert, dass der Steuerstrom des Magnetteils eine ausreichend konstante Größe zum Schalten hat. Problematisch dabei ist insbesondere, dass eine nicht-resistive Last eines Schaltelements wie die bei einem Magneten eines Magnetventils oder dergleichen Schaltelements eines Aktors eine Regelung des Steuerstroms mit Hilfe einer Puls-Weiten-Modulation PWM mit niedriger Frequenz erforderlich macht, dessen Wert nicht ohne weiteres ermittelt werden kann. Er sollte dann bei einer nicht-resistiven Last eines Schaltelements - wie die bei einem Magneten eines Magnetventils oder dergleichen Schaltelements - ermittelt werden, was Rechenaufwand erforderlich macht, der aber nicht immer, insbesondere bei dem im Fokus stehenden Anwendungsfall, nicht immer verfügbar ist.
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Somit wird eine Regeleinrichtung oder dergleichen Regeleinrichtung angepasst zur Implementierung in einem Fahrzeug-Druckluftsystem vorgesehen. Die Regeleinrichtung oder dergleichen Regeleinrichtung weist mindestens ein Schaltventil mit einem Schaltelement auf, insbesondere Magnet-Schaltventil mit einer Schaltspule, welches durch einen Schaltstrom aktivierbar ist, und mindestens eine Ventil-Steuerung auf, welche dazu ausgestaltet ist, einen Schaltstrom für das mindestens eine Schaltventil bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß weist die Ventil-Steuerung einen Puls-Weiten-Modulator auf, der dazu ausgestaltet ist, den Schaltstrom für das mindestens eine Schaltventil basierend auf einer Puls-Weiten-Modulation und mittels eines Schaltstromwertes, insbesondere eines Schaltstrom-Sollwertes und eines ermittelten Schaltstrom-Istwertes, insbesondere mittels eines Istwert und/oder Sollwert Vergleichs, zu regeln.
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Die Ventil-Steuerung weist eine Nachschlagetabelle auf, in welcher eine Mehrzahl von Korrekturfaktoren für unterschiedliche gemessen Schaltströme des mindestens einen Schaltventils in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Schaltventils gespeichert sind.
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Der Korrekturfaktor stellt einen Faktor zwischen dem gemessenen Schaltstrom und einem Effektivwert des Schaltstroms dar. Der Effektivwert des Schaltstroms stellt den Istwert des Schaltstromes dar. Der Puls-Weiten-Modulator ist dazu ausgestaltet, die Regelung des Schaltstromes unter Berücksichtigung des Istwertes des Schaltstromes durchzuführen.
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Das Konzept der Erfindung sieht damit eine Regeleinrichtung oder dergleichen Regeleinrichtung zur Regelung eines Schaltstroms auf einen möglichst exakten Istwert vor, insbesondere auf einen Konstantwert vor; d.h. zum Schalten einer im allgemeinen nicht-resistiven Last eines Schaltelements, im vorliegenden Fall ein Schaltelement in Form eines Magneten eines Magnetteils eines Magnetventils bei einer Druckluftversorgung eines Fahrzeugs.
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Problematisch dabei ist die Ermittlung des Istwertes, bei der Regelung, wenn diese mit langsamer PWM (2-5kHz) angesteuert wird und die Bedingungen im Fahrzeug bei 12-48V Netzen schwanken (Spannungsschwankungen und DutyCycle der PWM-Modulation) - das Mittel der Wahl einer „Root-Mean-Square“- Mittelung (Mittel durch Wurzel der Summe der Quadratwerte), die hier geboten wäre, um einen Effektivwert zu ermitteln in Anbetracht der nicht-resistiven Last wäre aber zu rechenintensiv.
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Das Konzept der Erfindung sieht somit vor, einen Abgriff an nur einer aber festen Stelle der Phase des PWM-Signals und Angleichen des Abgriffs nach einem ermitteltem, insbesondere vorab ermitteltem, Koeffizienten abhängig von Umgebungsbedingungen vor, zur Darstellung der Regelgröße eines Konstantwerts zum Schalten mit dem Schaltstrom, d.h. Schaltstrom-Wert. Dieser Konstantwert erweist sich als einfach ermittelt und verlässlich zur Ansteuerung eines Schaltelements eines Aktors, das eine nicht-resistive Last bildet, insbesondere bei einer Magnetspule eines Schalt-Magnetventils. Die Umgebungsbedingungen sind bei dem vorliegend vor allem, aber nicht nur, im Fokus stehenden Anwendungsfall Spannungsschwankungen des Fahrzeugnetzes und die Gestaltung des DutyCycle's der PWM-Ansteuerung.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen, welche den Erfindungsgegenstand in Bezug auf weitere Möglichkeiten der Ausgestaltung im Rahmen der Aufgabe mit weiteren Vorteilen weiterbilden.
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Der Schaltstrom wird nur einmal pro Periode des Pulsweiten modulierten Signales gemessen.
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Ein Messzeitpunkt für den Schaltstrom innerhalb der Periode des Puls-Weiten-modulierten Signals muss konstant sein.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Regeln eines Regelkreises oder dergleichen Regeleinrichtung angepasst zur Implementierung in einem Fahrzeug-Druckluftsystem. Die Regeleinrichtung weist mindestens ein Schaltventil, welches durch einen Schaltstrom aktivierbar ist, und mindestens eine Ventil-Steuerung auf, welche dazu ausgestaltet ist, einen Schaltstrom für das mindestens eine Schaltventil bereitzustellen, mit den Schritten: Ein Schaltstrom für das mindestens eine Schaltventil wird basierend auf einer Puls-Weiten-Modulation und mittels eines Schaltstrom-Sollwert und eines ermittelten Schaltstrom-Istwertes geregelt. Die Ventil-Steuerung weist eine Nachschlagetabelle aufweist, in welcher eine Mehrzahl von Korrekturfaktoren für unterschiedliche gemessen Schaltströme des mindestens einen Schaltventils in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Schaltventils gespeichert sind. Der Korrekturfaktor stellt einen Faktor zwischen dem gemessenen Schaltstrom und einem Effektivwert des Schaltstroms dar. Der Effektivwert des Schaltstroms stellt den Istwert des Schaltstromes dar. Der Schaltstrom wird unter Berücksichtigung des Istwertes des Schaltstromes geregelt.
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Es kann somit eine Regeleinrichtung vorgesehen werden, der in einem Druckluftsystem in einem Fahrzeug eingesetzt wird. Insbesondere regelt die Regeleinrichtung den Betrieb mindestens eines Schaltventils, insbesondere eines Magnetventils. Das Schaltventil wird über einen Schaltstrom aktiviert oder deaktiviert. Für ein sicheres Ein- oder Ausschalten des Schaltventils, ist es wichtig, dass der Wert des Schaltstroms den Vorgaben entspricht. Daher muss der Effektivwert des tatsächlichen Schaltstromes möglichst genau erfasst werden. Der erfasste Effektivwert des Schaltstromes wird dann bei der Regelung des Regelkreises berücksichtigt. Falls der erfasste Effektivwert des Schaltstromes nicht den Vorgaben entspricht, muss greift die Regelung ein und passt des Wert des Schaltstromes an. Dies kann mittels einer Puls-Weiten-Modulation erfolgen. Wenn der erfasste Schaltstrom zu klein ist, dann muss das Tastverhältnis der Puls-Weiten-Modulation vergrößert werden. Wenn der erfasste Schaltstrom zu groß ist, dann muss das Tastverhältnis der Puls-Weiten-Modulation verkleinert werden.
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Die Regeleinrichtung empfängt einen Sollwert für den Schaltstrom und regelt den Schaltstrom dann entsprechend. Die Bestimmung des tatsächlichen Schaltstroms (Istwert) fließt als Feedback in die Regelung ein.
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Die Bestimmung des Istwertes des Schaltstromes erfolgt durch eine Messung eines Schaltstromwertes pro PWM Periode. Mit diesem gemessenen Stromwert erfolgt ein Abgleich in einer Nachschlagetabelle (Look-up table), um einen Korrekturfaktor zu ermitteln. Der Korrekturfaktor wird verwendet, um aus dem gemessenen Stromwert einen RMS Stromwert zu ermitteln. Somit ist zur Bestimmung eines RMS Wertes des Schaltstromes lediglich eine einmalige Messung des Schaltstromes pro PWM Periode und eine Ermittlung des dazugehörigen Korrekturfaktors notwendig. Der mit dem Korrekturfaktor multiplizierte Stromwert stellt dann den RMS Wert des Schaltstromes in einer PWM Periode dar. Dieser Wert stellt dann die Basis für die Regelung des Regelkreises dar.
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Die Ventil-Steuereinheit kann als separate Steuereinheit oder als Teil einer Steuerung für das Luftfedersystem (engl.: „Electronically Controlled Air Suspension“, ECAS) oder als Teil einer Steuerung eines Fahrzeuges (ECU) ausgestaltet sein.
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Der Schaltstromwert muss nur einmal pro Periode des Puls-Weiten-modulierten Signals erfasst werden. Dies ist vorteilhaft, da somit eine erhebliche Reduzierung des Messaufwands und des Verarbeitungsaufwands ermöglicht wird.
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Der Messzeitpunkt für den Schaltstrom innerhalb der Periode des Puls-Weiten-modulierten Signals muss konstant sein. Somit kann der Schaltstrom immer zum selben festgelegten Zeitpunkt erfasst werden. Dies vereinfacht die weitere Ermittlung des Korrekturfaktors. Insbesondere kann die Regelung des Magnetventils verbessert werden, da die Messung des Schaltstroms immer zum selben Zeitpunkt innerhalb der PWM Periode erfolgt.
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Die Frequenz des Puls-Weiten-modulierten Signals kann z. B. 800 Hz betragen. Demnach müssten bei 100 Samples pro Sekunde 800.000 Samples pro Sekunde erfasst werden. Dies würde jedoch zu einem vergleichsweise hohen Aufwand bei der Messwerterfassung und Verarbeitung führen.
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Dies kann erfindungsgemäß vermieden werden, da nicht der gesamte Stromverlauf über eine PWM Periode, sondern lediglich einige wenige Messungen oder lediglich eine einzige Messung in einer Periode durchgeführt werden braucht. Die restlichen Daten können anhand der Informationen in der Nachschlagetabelle und den ermittelten Messwerten bestimmt werden.
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Durch die Puls-Weiten-Modulation des Schaltstroms kommt es zu einem periodischen „Ripple“ aus dem Schaltstrom. Wenn kein geeignetes Verfahren zur RMS- Wert Ermittlung angewendet wird, ist der gemessene Stromwert zu hoch oder zu niedrig. Somit ist der, durch die Regelung eingestellte Stromwert, ebenfalls zu hoch oder zu niedrig.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind dort wo sinnvoll, nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
- 1 ein Schaltungsdiagramm eines Luftfedersystems,
- 2 einen Graphen zur Veranschaulichung eines Schaltstroms für ein Magnetventil gemäß dem Stand der Technik,
- 3 einen Graphen zur Veranschaulichung eines Schaltstroms für ein Magnetventil gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 4A bis 4C jeweils einen Graphen zur Veranschaulichung eines Schaltstroms für ein Magnetventil bei unterschiedlichen Parametern, und
- 5 einen Graphen zur Veranschaulichung von Korrekturfaktoren, die in der Nachschlagetabelle gespeichert ist.
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1 zeigt ein Luftfedersystem 100 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug 1000 mit einer Druckluftversorgung 10 und einer Luftfederanlage 90; diese entspricht in ihrem Aufbau und Funktionsprinzip grundsätzlich der in
1 der eingangs genannten
EP 2 651 671 B1 mit der dort gezeigten Druckluftversorgung 10A.
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Eine vorliegend in der 1 dieser Anmeldung gezeigte Ausführungsform einer Druckluftversorgung 10 kann in einer Abwandlung auch als Ausführungsform einer Druckluftversorgung 10B gemäß der 8 oder einer Druckluftversorgung 10C der 9 ausgestaltet sein.
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Der Inhalt der
EP 2 651 671 B1 und insbesondere die Beschreibung zur Druckluftversorgungsanlage der
1 und
8 oder
9 der
EP 2 651 671 B1 wird hiermit durch Zitat in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Insbesondere ist es auch Teil der Offenbarung dieser hier vorliegenden Anmeldung die Druckluftversorgung als stromlos geschlossene Druckluftversorgung zu gestalten, in Abwandlung der in
EP 2 651 671 B1 beschriebenen stromlos offenen Druckluftversorgungen.
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Die nachfolgende Beschreibung einer Struktur einer Druckluftversorgung ist insofern nur beispielhaft zu verstehen für auch andere Ausgestaltungen einer Druckluftversorgung wie dies mit den in
EP 2 651 671 B1 beschriebenen stromlos offenen Druckluftversorgungen und den genannten stromlos geschlossenen Druckluftversorgungen zum Ausdruck kommt.
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Dieses vorrausgeschickt weist die in 1 vorliegend gezeigte Luftfederanlage 90 z. B. vier so genannte Bälge 91 auf, die jeweils einem Rad eines Fahrzeugs zugeordnet sind sowie einen Speicher 92 zur Speicherung schnell verfügbarer Druckluft für die Bälge 91. Die Bälge 91 und der Speicher 92 können optional in einem Ventilblock 96 mit fünf Magnet-Schaltventilen - jeweils mit einem Schaltelement (hier die Magnetspule) als nicht-resistive Last - vorliegend jeweils über ein stromlos geschlossenes Magnetventil 93, 94 an eine gemeinsame eine Galerie 95 bildende Pneumatikleitung angeschlossen sein, welche die pneumatische Verbindung zwischen der Druckluftversorgung 10 und der Luftfederanlage 90 bildet. Der Ventilblock 96 kann andere oder weniger Magnetventile und/oder in einem 2-fach Ventilblock angeordnete Magnetventile aufweisen. Unter einer Galerie ist ganz allgemein jede Art einer Sammelleitung zu verstehen, von welcher Zweigleitungen zu Bälgen 91 bzw. eine Leitung zur Druckluftversorgungsanlage 10 abgehen.
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Die Druckluftversorgung 10 selbst - wie sie in 1 hier gezeigt ist - dient zum Betreiben der Luftfederanlage 90 und versorgt die Galerie 95 derselben über einen Druckluftanschluss 2 mit Druckluft DL.
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Die Druckluftversorgung 10 weist einen Entlüftungsanschluss 3 und eine Luftzuführung 0 mit einer Ansaugung auf. In Befüllrichtung stromabwärts des Druckluftanschlusses 2 ist die Luftfederanlage 90 mit den steuerbaren Magnetventilen 93, 94 angeordnet. Dem Entlüftungsanschluss 3 in Entlüftungsrichtung stromabwärts nachgeschaltet bzw. der Luftzuführung 0 stromaufwärts vorgeschaltet ist jeweils ein Filter 3.1, 0.1.
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In einer pneumatischen Verbindung zwischen Luftzuführung 0 und Druckluftzuführung 1 weist die Druckluftversorgung 10 darüber hinaus einen Kompressor 21 auf, der über einen Motor M angetrieben zur Versorgung der Druckluftzuführung 1 mit Druckluft vorgesehen ist. In einer pneumatischen Verbindung zwischen Druckluftzuführung 1 und Druckluftanschluss 2 ist weiter optional ein Lufttrockner 22 und eine erste Drossel 31, hier z. B. als Regenerationsdrossel, angeordnet. Der Filter 0.1, die Luftzuführung 0, der Kompressor 21, die Druckluftzuführung 1, der Lufttrockner 22 und die erste Drossel 31 können zusammen mit dem Druckluftanschluss 2 in einer zur Galerie 95 führenden Druckluftversorgungsleitung 20 in dieser Reihenfolge angeordnet sein.
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In einer pneumatischen Verbindung zwischen Druckluftzuführung 1 und Entlüftungsanschluss 3 der Druckluftversorgungsanlage 10 ist eine Entlüftungsventilanordnung - vorliegend beispielhaft in Form einer steuerbaren stromlos offenen Magnetventilanordnung 40 als Magnet-Schaltventil - mit einem Magnetteil 43 und einem Pneumatikteil 44 für einen Entlüftungsanschluss 3 zum Ablassen von Luft vorgesehen.
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Die Magnetventilanordnung 40 ist in einer die pneumatische Verbindung bildenden Entlüftungsleitung 30 mit einer zweiten, hier als Entlüftungsdrossel, dienenden Drossel 32 und dem Entlüftungsanschluss 3 angeordnet. Anders ausgedrückt ist bei der stromlos offenen Magnetventilanordnung 40 in nicht angesteuertem Zustand des Magnetteils 43, der Pneumatikteil 44 geöffnet.
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Konkret ist vorliegend die Magnetventilanordnung 40 zur direkten Schaltung eines Druckluftvolumens ausgelegt. Der unmittelbar über den Magnetteil 43 aktuierbare Pneumatikteil 44 in der Entlüftungsleitung 30 der Druckluftversorgungsleitung 20 ist zwischen einem druckseitigen Ventilanschluss und einem entlüftungsseitigen Ventilanschluss geöffnet.
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Ein druckluftanschlussseitiger eine pneumatische Kammer bildender Leitungsabschnitt der Entlüftungsleitung 30 ist an der Druckluftzuführung 1 zur pneumatischen Anbindung der Magnetventilanordnung 40 an die Druckluftversorgungsleitung 20 angeschlossen. Dies hat zur Folge, dass im Fall einer Entlüftung der Druckluftversorgungsanlage 10 über die Entlüftungsleitung 30 Druckluft entlüftet wird, welche vor dem Lufttrockner 22 entnommen wird, also vereinfacht gesagt ungetrocknete Luft.
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Aus
1 ist erkennbar, dass die Druckluftversorgungsanlage 10 mit einer Magnetventilanordnung 40 in Form einer direkt gesteuerten Entlüftungs-Magnetventilanordnung - in dem Fall als Magnet-Schaltventil - über eine Steuerleitung 68 eine direkte Schaltung des gesamten Druckluftvolumens möglich ist; d.h. ohne ein separates Steuerventil ausgebildet ist wie die gemäß einer
1 der eingangs genannten
EP 2 651 671 B1 gebildet ist, die hiermit durch Zitat in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.
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Ein hier nicht gezeigtes separates Steuerventil - als Magnet-Schaltventil - zur Bildung eines abgewandelten Magnetteils kann beispielsweise gemäß einer
8 oder
9 der eingangs genannten
EP 2 651 671 B1 gebildet sein, die hiermit durch Zitat in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist. Ein solches separates Steuerventil (in der
EP 2 651 671 B1 mit 40.1 B, 40.1 C bezeichnet) dient als Magnet-Schaltventil zur Bildung eines abgewandelten Magnetteils. Der Magnetteil steuert in dem Fall über einen durch den Magnetteil unmittelbar aktuierbaren Pneumatikteil ein Relaisventil (in der
EP 2 651 671 B1 mit 40.2B, 40.2C bezeichnet), welches letztere in der Entlüftungsleitung 30 angeschlossen ist.
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Im Einzelnen ergibt sich die Funktionsweise der Druckluftversorgung 10, anhand von 1 verdeutlicht, wie folgt. Die Druckluftzuführung 1 wird durch Ansaugen von Luft über den Filter 0.1 und die Luftzuführung 0 mit Druckluft versorgt, indem der über den Motor M angetriebene Kompressor 21 angesaugte Luft komprimiert. Die Luftfederanlage 90 wird aus der Druckluftzuführung 1 über den Lufttrockner 22 und die erste Drossel 31 mit Druckluft DL versorgt. Dazu ist die Druckluftversorgungsleitung 20 der Druckluftversorgung 10 über den Druckluftanschluss 2 mit der Galerie 95 der Luftfederanlage 90 verbunden.
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Beim Erreichen des Speicherenddrucks in der Luftfederanlage 90, vorliegend in einem Druckbereich von etwa 15 bis 20 bar im Speicher und 5 bis 10 bar in den Bälgen, wird die Druckluftversorgung 10 entlüftet. Für die Magnetventilanordnung 40 kann optional für die zweite Drossel 32 ein größeres Nennweitenmaß vorgesehen sein als für die erste Drossel 31, damit eine für die Regeneration des Lufttrockners möglichst große Druckwechselamplitude entstehen kann. Dies erlaubt eine vorteilhafte Entlüftung der Druckluftversorgungsanlage 10 und/oder Regeneration des Lufttrockners 22.
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So wird zum Befüllen eines Speichers 92 zunächst die Entlüftungsleitung 30 durch Bestromung der Magnetventilanordnung 40 mit einem Schaltstrom geschlossen, um einen Druckaufbau im Speicher 92 zu ermöglichen. Vorliegend kann ein Entlüften der Druckluftversorgungsanlage 10 nach Erreichen des Speicherenddrucks, d. h. beim Erreichen des so genannten Speicherfüllen-Endes, durch Abschalten des Schaltstroms für einen Magnetteil 43 (insbesondere die Schaltspule desselben) der stromlos offenen Magnetventilanordnung 40 erfolgen.
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Ein Entlüften im Fall einer Fahrzeugabsenkung im Regelbetrieb kann durch die bereits geöffnete - da stromlos offene - Magnetventilanordnung 40 problemlos erfolgen. Dabei ist durch einen geeigneten Druckabfall über den Lufttrockner 22 eine Regeneration des Lufttrockners 22 als auch ein flexibles und schnelles Entlüften durch Auslegung der Nennweite der Drosseln 31, 32 zweckmäßig gewährleistet.
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Die Druckluftversorgungsanlage 10 kann darüber hinaus optional ein Rückschlagventil 49 aufweisen, welches vorliegend eine Restdruckhaltefunktion aufweisen kann. Zum einen dient das Rückschlagventil 49 zur Verhinderung eines Fremdkörpereintrags in die Druckluftversorgungsanlage 10 zusätzlich zum Filter 3.1. Darüber hinaus dient die Restdruckhaltefunktion des Rückschlagventils 49 zur Aufrechterhaltung eines Mindestdrucks in der Druckluftversorgungsanlage 10. Aufgrund der über der Drossel 31 zur Galerie 95 offenen Druckluftversorgungsleitung 20 liegt der Restdruck auch für die Luftfederanlage 90 in Form der Luftfilteranlage vor. Dieser Restdruck - vorliegend in Höhe von 1,5 bar - verhindert ein Zusammenkleben der Bälge 91 für den Fall, dass ein Entlüften der Druckluftversorgungsanlage 10 zusammen mit der Luftfederanlage 90 erfolgt. Konkret wird dadurch verhindert, dass die Balgwände der Bälge 91 eingeklemmt oder beschädigt werden.
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Außerdem kann optional bei einem Pneumatikteil 44 der Magnetventilanordnung 40 ein Druckbegrenzer 69 des Pneumatikteils 44 vorgesehen sein, bei welchem sich unter Abgreifen des Drucks in der Entlüftungsleitung 30 der Druck für die Magnetventilanordnung 40 beschränken lässt. Auf diese Weise kann selbst bei einem vergleichsweise hohen Betriebsdruck eine gewisse Variabilität bzw. Toleranz hinsichtlich einer Druckbegrenzung erreicht werden.
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Vorliegend wird dies dadurch realisiert, dass der Schaltpunkt des Pneumatikteils 44 abhängig von der Stromstärke eines Schaltstroms 201 im Magnetteil 43 (insbesondere die Schaltspule desselben) variabel einstellbar ist. Je nach Fahrzeugsituation, Temperatur des Systems oder sonstiger druckrelevanter Systembelange kann der Schaltpunkt des Pneumatikteils 44 Stromstärke-variabel eingestellt werden. Durch den stromgesteuerten Druckbegrenzer 69 ist sichergestellt, dass der Galeriedruck den statischen Öffnungsdruck eines als Magnetventil 93 ausgebildeten Niveauregelventils und einen Innendruck eines Balgs 91 nicht übersteigt. Zusätzlich kann auch eine Druckmessung in der Galerie 95 oder im Speicher 92 erfolgen.
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Üblicherweise kann ein Balgdruck die Magnetventile 93 nicht aufdrücken und unterstützt eine Ventilfeder, indem vorliegend ein Balgdruck über einem Ventilanker anliegt. Bei Druckschwankungen im Balg 91, wie er bei Schlechtwegstrecken oder sonstigen dynamischen Einflüssen auftreten kann, wird so vermieden, dass die Magnetventile 93 aufgedrückt werden. Praktisch nur im Fall einer ungewollt anhaltenden Förderung des Luftverdichters kann ein Galeriedruck so hoch werden, dass ein Balgventil aufgedrückt und das Fahrzeug ungewollt angehoben wird. Das könnte zu instabilen Fahrzuständen führen. Ein Druckbegrenzer vermeidet sicher einen solchen Fall bei Anlagen mit geschlossenen Entlüftungsschaltungen. Bei einer vorliegend beschriebenen stromlos offenen Schaltung wird eine solche Gefahr jedoch per se vermieden, da ein Kompressor zumeist ins Freie fördern würde.
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Weiter bezugnehmend auf 1 der vorliegenden Anmeldung ist die Ausführungsform der in 1 beispielhaft gezeigten Druckluftversorgung in besonders vorteilhafter Weise angesteuert gemäß dem Konzept der Erfindung; dies wird nachfolgend erläutert. Wie eingangs dieser Beschreibung ausgeführt ist diese Steuerung mittels einer Regeleinrichtung oder dergleichen Regeleinrichtung 200 nicht beschränkt auf die in 1 beispielhaft gezeigte Druckluftversorgung oder Struktur der Druckluftversorgung. Die Regeleinrichtung oder dergleichen Regeleinrichtung 200 kann auch Anwendung finden zur Implementierung in einem anderen Fahrzeug-Druckluftsystem.
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Dieses vorrausgeschickt ist des Weiteren bei der Ausführungsform der in 1 beispielhaft gezeigten Druckluftversorgung 10 eine Regeleinrichtung oder dergleichen Regeleinrichtung 200 vorgesehen, die dazu dient einen Schaltstrom zu steuern oder zu regeln für ein Schaltventil mit einem Schaltelement, insbesondere ein Magnet-Schaltventil mit einer Schaltspule, also einen Magnetteil einer Magnetventilanordnung, welches als nicht-resistives Lastelement durch einen Schaltstrom aktivierbar ist. Die Regeleinrichtung kann als Regelkreis ausgestaltet sein.
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Die Regeleinrichtung 200 weist eine Ventil-Steuerung 205 auf, welche dazu ausgestaltet ist, einen Schaltstrom für das mindestens eine Schaltventil bereitzustellen; vorliegend also das Magnet-Schaltventil (Magnetteil 43) und/oder die Magnet-Schaltventile (Magnetventil 93) insbesondere deren Schaltspulen als nicht-resistive Lastelemente derselben zu steuern.
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In der nachfolgenden Beschreibung sind die Magnet-Schaltventile mit einer Schaltspule versehen und sollen beispielhaft beschrieben sein für ein Schaltventil mit einem Schaltelement; nämlich insbesondere einem Schaltelement einer nicht-resistiven Last wie dies durch die Schaltspule jeweils bei den Magnet-Schaltventilen 43, 93 (der Magnetteil 43 und/oder die Magnetventile 93) gebildet ist. Die Magnet-Schaltventile 43, 93 sind nachfolgend der Einfachheit halber als Schaltventile 43, 93 bezeichnet.
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Weiter bezugnehmend auf 1 stellt die Ventil-Steuerung 205 einen Schaltstrom für das Schaltventil 43 zur Verfügung. Dazu kann die Ventil-Steuerung 205 eine Steuereinheit 210 aufweisen. Die Steuereinheit 210 erzeugt einen Schaltstrom 201 in Abhängigkeit bzw. gemäß den Anforderungen der Luftfederanlage 90 in Abhängigkeit eines Schaltstrom-Sollwertes. Durch den Schaltstrom 201 wird z.B. das Schaltventil 43 aktiviert. Die Steuereinheit 210 kann einen Puls-Weiten-Modulator 211 aufweisen. Der Puls-Weiten-Modulator 211 erlaubt eine Beaufschlagung des Schaltventils 43 mit einem Schaltstrom 201 in einer gewünschten Pulsabfolge, d.h. in einem Tastverhältnis, also einer Abfolge anliegendem Schaltstrom (Ein) und fehlendem Schaltstrom (Aus). Optional kann der Puls-Weiten-Modulator mit einer Frequenz zwischen 600 und 1000 Hz (insbesondere bei 800 Hz) betrieben werden.
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Die Steuereinheit 205 kann optional einen Stromsensor 220 zur Erfassung des Schaltstrom 201 aufweisen. Alternativ dazu kann der Stromsensor 220 außerhalb oder unabhängig von der Steuereinheit 205 vorgesehen sein und lediglich den gemessenen Strom 201 liefern. Der Stromsensor 220 liefert einen Schaltstrom-Messwert 201 a. Insbesondere misst des Stromsensor 200 einmal pro Periode PWMP des PWM Signals PWM. Diese Messung kann zu einem festgelegte Zeitpunkt 201b innerhalb der Periode PWMP des PWM Signals erfolgen.
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Basierend auf diesem einen Messwert 201 a soll der Effektivwert des Schaltstromes (d.h. Root-Mean-Square RMS) ermittelt werden.
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Die Steuereinheit 205 weist dazu eine Look-Up Tabelle bzw. eine Nachschlagetabelle 230 auf. In der Nachschlagetabelle 230 können Korrekturfaktoren KF für verschiedene Schaltstrom Ist- Werte und für unterschiedliche Betriebsparameter (z.B. Versorgungsspannung, Tastverhältnis des PWM Signal etc.) gespeichert sein. Der Korrekturfaktor KF stellt einen Faktor zwischen dem gemessenen Schaltstrom und einem Effektivwert des Schaltstroms dar. Der Effektivwert des Schaltstroms 201 stellt dann den Istwert 201 d des Schaltstromes 201 dar. Die Werte der Korrekturfaktoren KF können per Simulation ermittelt oder in einer Testsituation gemessen werden.
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Durch den Stromsensor 220 kann einmal pro Periode des Puls-Weiten-modulierten Signals der Schaltstrom 201a gemessen werden. Insbesondere kann diese Messung zu einem festgelegten wiederkehrenden Zeitpunkt innerhalb der Periode PWMP des PWM-Signals erfolgen. Die Messung kann an demnach zu einem festen Zeitpunkt in der PWM-Periode erfolgen.
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Basierend auf diesem gemessenen Schaltstromwert und den in der Nachschlagetabelle 230 gespeicherten Korrekturfaktoren KF kann die Ventil-Steuerung 205 eine Abweichung des Effektivwertes 201c des Schaltstromes 201 für die vorliegenden Betriebsparameter der Magnet-Schaltventile 43, 93 oder dergleichen Schaltventil mit einem Schaltelement bestimmen.
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Der Puls-Weiten-Modulator 211 dient dazu die Regelung des Schaltstromes 201 unter Berücksichtigung des Istwertes 201c des Schaltstromes 201 für eine solches Schaltelement wie vorliegend die Schaltspule der Magnet-Schaltventile 43, 93 durchzuführen.
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2 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung eines Schaltstroms für ein Magnetventil oder allgemeines Schaltventil mit einem Schaltelement als nicht-resistive Last gemäß dem Stand der Technik. In 2 ist der Schaltstrom 201 für ein Magnetventil in Ampere I über die Zeit t aufgetragen. Zur Erfassung bzw. Messung des Stromverlaufs werden in regelmäßigen Abständen Samples 201a des Schaltstroms erfasst. Je mehr Samples pro Periode PWMP des Puls-Weiten-Signals PWM gemessen werden, desto genauer kann der Schaltstrom bzw. der Verlauf des Schaltstroms erfasst werden. Dies kann jedoch zu unverhältnismäßigen Erhöhung des Verarbeitungsaufwands führen, der von den zur Verfügung stehenden Hardware-Ressourcen nicht geleistet werden kann.
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3 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung eines Schaltstroms für ein Magnetventil gemäß einem Ausführungsbeispiel, bespielhaft für ein Schaltventil mit einem Schaltelement als nicht-resistive Last. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Schaltstrom 201 lediglich einmal pro PWM-Periode und vorzugsweise zu einem Zeitpunkt 201b gemessen. Der gemessene Schaltstrom 201a wird mit dem Korrekturfaktor KF multipliziert, um den Effektivwert 201c des Schaltstromes 201 zu ermitteln.
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Die Messung des Schaltstroms 201 erfolgt zu festgelegten Zeitpunkten 201b in einer Periode des PMW Signals.
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4A bis 4C zeigen jeweils einen Graphen zur Veranschaulichung eines Schaltstroms für ein Magnetventil bei unterschiedlichen Parametern.
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In 4A ist der Verlauf des Schaltstroms 201 bei einer Speisespannung von 9V, einem Tastverhältnis von 45 %, einem Effektivwert des Schaltstroms von 1,1 A, einem Messsample von 1,23 A und einem Korrekturfaktor von 0,89 gezeigt.
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In 4B ist der Verlauf des Schaltstroms 201 bei einer Speisespannung von 12 V, einem Tastverhältnis von 35 %, einem Effektivfaktor des Schaltstromes von 1,1 A, einem Messsample von 1,27 A und einem Korrekturfaktor von 0,87 gezeigt.
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In 4C ist der Verlauf des Schaltstroms 201 bei einer Speisespannung von 16 V, einem Tastverhältnis von 28 %, einem Effektivwert des Schaltstroms von 1,1 A, einem Messsample von 1,30 A und einem Korrekturfaktor von 0,85 gezeigt.
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5 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung eines Korrekturfaktors, der in der Nachschlagetabelle gespeichert ist. In 5 wird ein Korrekturfaktor KF für verschiedene Tastverhältnisse PWMT für eine Puls-Weiten-Modulation dargestellt. In 5 sind fünf Kennlinien KF1 - KF5 von Korrekturfaktoren KF dargestellt.
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Die erste Kennlinie KF1 wurde bei einer Speisespannung von 8 V aufgezeichnet. Die zweite Kennlinie KF2 wurde bei einer Speisespannung von 10 V aufgezeichnet. Die dritte Kennlinie KF3 wurde bei einer Speisespannung von 12 V aufgezeichnet. Die vierte Kennlinie KF4 wurde bei einer Speisespannung von 14 V aufgezeichnet. Die fünfte Kennlinie KF5 wurde bei einer Speisespannung von 16 V aufgezeichnet.
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Bezugszeichen (Teil der Beschreibung)
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- 0
- Luftzuführung
- 0.1
- Filter
- 1
- Druckluftzuführung
- 2
- Druckluftanschluss
- 3
- Entlüftungsanschluss
- 3.1
- Filter
- 10
- Druckluftversorgung
- 20
- Druckluftversorgungsleitung
- 21
- Kompressor
- 22
- Lufttrockner
- 30
- Entlüftungsleitung
- 31
- erste Drossel
- 32
- zweite Drossel
- 40
- Magnetventilanordnung mit Magnet-Schaltventil
- 43
- Magnetteil
- 43A
- Schaltspule
- 44
- Pneumatikteil
- 49
- Rückschlagventil
- 68
- Steuerleitung
- 69
- Druckbegrenzer
- 90
- Luftfederanlage
- 91
- Bälge
- 92
- Speicher
- 93
- Magnet-Schaltventil
- 94
- Magnet-Schaltventil
- 95
- Galerie
- 96
- Ventilblock
- 100
- Luftfedersystem
- 200
- Regeleinrichtung
- 201
- Schaltstrom
- 201
- a Schaltstrom-Messwert
- 201b
- Schaltstrom-Messzeitpunkt
- 201c
- Schaltstrom-Istwert
- 201d
- Schaltstrom-Sollwert
- 205
- Ventil-Steuerung
- 210
- Steuereinheit
- 211
- Puls-Weiten-Modulator
- 220
- Stromsensor
- 230
- Nachschlagetabelle
- 1000
- Fahrzeug
- B
- Betriebsparameter
- DL
- Druckluft
- KF
- Korrekturfaktor
- KF1
- erster Korrekturfaktor
- KF2
- zweiter Korrekturfaktor
- KF3
- dritter Korrekturfaktor
- KF4
- vierter Korrekturfaktor
- KF5
- fünfter Korrekturfaktor
- M
- Motor
- PWM
- Puls-Weiten-Modulation
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2651671 B1 [0005, 0034, 0036, 0037, 0046, 0047]
