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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft eine Niveauregeleinrichtung für Fahrzeuge mit
den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Es sind sehr viele Niveauregeleinrichtungen bekannt, die einerseits
einen erheblichen Bauaufwand bedingen und andererseits oft auch Änderungen und Abwandlungen
der Abstützung der Achsen am Wagenkasten erforderlich machen.
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Demgegenüber zielt die Erfindung auf eine Niveauregeleinrichtung ab,
mit der es möglich ist, die für die federnde Abstützung bewährten Federbeine,bestehend
aus Druckfedern und hydraulischen Schwingungsdämpfern,ohne Änderung beizubehalten.
Außerdem soll die Niveauregeleinrichtung möglichst einfach ausgebildet sein und
eine hohe Sicherheit vermitteln.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich durch
die Wahl der Anschlüsse sowie der im stromlosen Zustand durch die Federn geschlossen
gehaltenen Ventile eine automatische Druckabsicherung der Schwingungsdämpfer und
der Druckmittelquelle erzielen läßt. Fällt die elektronische Regeleinrichtung zum
Ansteuern der Magnetwicklungen der Ventile aus, so bleiben die Ventile in Schließstellung
und die Lage des Wagenkastens in bezug auf die Fahrzeugachse bleibt unverändert.
Durch die Wahl der Anschlüsse wird ferner erreicht, daß bei einem Ansteigen des
Drucks in einem der Schwingungsdämpfer über den Nennwert das eine Ventil zum Tank
hin öffnet, bis der
der Druck wieder auf den an der Feder eingestellten
Wert abgesunken ist. Damit wird eine Überlastung der Schwingungsdämpfer vermieden.
Dies gilt auch bei einem zu hohen Druck der Pumpe, die ebenfalls gegen Oberlastung
geschützt ist, da bei Überschreiten eines bestimmten Druckes beide Ventile öffnen
und damit die Druckmittelquelle mit dem Tank verbunden wird, ohne daß der Druck
in den Schwingungsdämpfern auf einen niedrigeren als den vorgesehenen Druck absinkt.
Es kann somit bei der erfindungsgemaßen Niveauregeleinrichtung auf die sonst erforderlichen
Rückschlagventile und Druckbegrenzungsventile verzichtet werden. Dies vereinfacht
die Anlage wesentlich.
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Außerdem wird eine Vereinfachung dadurch erzielt, daß eine Zweipunktregelung
vorgesehen ist, so daß die magnetbetätigten Sitzventile entweder geschlossen oder
offen sind. Die Niveauregelung eignet sich deshalb insbesondere für eine Sollwertvorgabe
der Höheneinstellung mittels Schalter. Die Rückmeldung der Höhenlage erfolgt durch
induktive Wegesensoren, die sich durch besondere Zuverlässigkeit, großen Meßbereich,
geringe Kosten und hohe Unempfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen auszeichnen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Signale von mehreren der
Vorder- bzw. Hinterachse eines Fahrzeuges zugeordneten induktiven Wegesensoren in
Summierstufen gemischt und damit Signale erhalten werden, welche die Querneigung
und die Längs neigung des Fahrzeuges darstellen. So kann eine unerwünschte Querneigung
vermieden werden, aber durch entsprechende Einstellung der Schalter eine bestimmte
Längs neigung des Fahrzeuges hervorgerufen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Niveauregeleinrichtung
Figur 2 eine schematische Darstellung des Ventilblocks im Schnitt und Figur 3 ein
Schaltschema der elektronischen Komponenten der Regeleinrichtung.
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In Figur 1 ist ein Fahrzeugkasten 10 über je ein Federbein an einer
hinteren Halbachse 11 bzw. 11' abgestützt.
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Baugleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszahlen versehen, wobei
zur Unterscheidung ein Strich hinzugesetzt ist. Diese Bauteile brauchen daher im
folgenden nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
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Das Federbein zur Abstützung der Halbachse 11 am Rahmen 10 besteht
in bekannter Weise aus einer Druckfeder 12 sowie einem hydraulischen Schwingungsdämpfer
13, dessen Kolben 14 mit den üblichen Rückschlagventilen und Drosseln (nicht dargestellt)
versehen ist, die beim Ein- und Ausfedern der Halbachse 11 durch Verdrängen der
hydraulischen Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 15 in den unteren Raum 16 bzw. umgekehrt
eine Dämpfung bewirken. Die Kolbenstange 17 des Dämpfungskolbens 14 ist bei 18 an
der Halbachse 11 angelenkt. Der Druckraum 15 des Schwingungsdämpfers 13 ist über
eine Leitung 20 mit einem hydropneumatischen Speicher 21 verbunden.
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Die Höhenlage des Wagenkastens 10 gegenüber der Halbachse 11, die
je nach Fahrzeugbelastung schwankt, wird von einem Geber gemessen, der als induktiver
Wegegeber 22 ausgebildet ist, dessen Spulenteil am Fahrzeug-
kasten
10 befestigt ist, während das Ankerteil an einer teleskopierbaren Stange 23 angelenkt
ist, die sich zwischen dem Gelenk 18 an der Halbachse 11 und einem Gelenk 19 am
Wagenkasten 10 erstreckt. Federt die Halbachse 11 ein und aus, so wird der Hub im
Verhältnis der Hebelarme der Stange 23 proportional auf den induktiven Wegesensor
22 gegeben. Es ergibt sich dabei eine Hubuntersetzung. Das dem Hub der Halbachse
11 proportionale Signal des induktiven Wegesensors 22 wird an eine elektronische
Regeleinrichtung 26 gegeben. Ist das Verhältnis der Hebelarme groß, so ist die lineare
Abweichung des Wegesensors im Verhältnis zum Hub der Halbachse gering.
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Die Regeleinrichtung 26 weist eine Sollwerteingabe in Form eines Schalters
27 auf, mit dessen Einstellung willkürlich von Hand verschiedene Niveaus für den
Wagenkasten 10 über der Halbachse 11 eingegeben werden können. Beispielsweise können
drei Sollwerte, nämlich ein mittlerer, ein hoher und ein niedriger Sollwert über
den Schalter 27 vorgewählt werden.
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Die Niveauregelung erfolgt durch Einströmen von Druckmittel in den
Arbeitsraum 15 des Schwingungsdämpfers bzw. durch Abführen von Druckmittel aus dem
Arbeitsraum zum Tank. Hierzu sind zwei baugleiche 2/2-Wegemagnetventile 28 und 28'
vorgesehen, die in einem gemeinsamen Ventilblock 29 angeordnet sind. Wie aus der
Darstellung in Fig. 1 hervorgeht, sind die Ventile in Schließrichtung federbeaufschlagt
und werden durch Ansteuerung ihrer Magnete mit einem bestimmten Strom in öffnungsrichtung
betätigt. Der erste Anschluß P des ersten Ventils 28 ist mit einer Druckmittelquelle
30 und der zweite Anschluß A mit der Leitung 20 bzw. dem Speicher 21 verbunden.
Über eine Leitung 32 wird das Ventil entgegen der Wirkung der Feder beaufschlagt,
so daß der Öffnungsdruck und die Federkraft entgegensetzt sind.
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Das zweite baugleiche Wegeventil 28' unterscheidet sich im Anschluß
nur insofern, als sein erster Anschluß T mit
dem Tank verbunden
ist, während sein zweiter Anschluß As ebenfalls mit der Leitung 20' bzw. dem Speicher
21' und über eine Verbindungsleitung 33 im Ventilblock auch mit der Leitung 20 verbunden
ist. Das Ventil 28' ist über eine Leitung 32' mit dem Druck in den Druckräumen 15
bzw. 15' der Schwingungsdämpfer entgegen der Federkraft druckbeaufschlagt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: soll bei einem zu starken Einsinken
des Wagenkastens infolge hoher Belastung Druckmittel den Druckräumen 15 bzw. 15'
zugeführt werden, so erhält der Magnet des Wegeventils 28 nach Maßgabe des am Schalter
27 eingestellten Sollwertes ein Signal, welches das Wegeventil umschaltet, sodaß
Druckmittel von der Pumpe 30 in beide Schwingungsdämpfer zufließen kanng bis sich
der Wagenkasten 10 so weit gehoben hat, daß die Sensoren 22 und 22' ansprechen und
ein Signal abgeben, das anzeigt, daß die gewünschte Lage erreicht ist. Das dem Ventil
28 zugeführte Betätigungssignal wird abgeschaltet, sodaß es durch die Feder in die
Schließstellung verschoben wird.
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Soll dagegen der Wagenkasten 10 eine niedrigere Höhe einnehmen, so
wird das Wegeventil 28' angesteuert, über das nach Umschalten Druckmittel aus den
Schwingungsdämpfern in den Tank abfließen kann, bis die gewünschte Höhe erreicht
ist, bei der das Ventil 28' schließt.
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Einzelheiten der Wegeventile 28 und 28' sind in Fig. 2 dargestellt.
Beide Wegeventile sind als Sitzventile ausgebildet und sind jeweils mit einem kegelförmigen
Sitzelement 35 versehen, an dem ein Tauchanker 36 anliegt, der in einer Bohrung
37 des Ventilgehäuses 38 verschiebbar angeordnet und von einer im Raum 39 angeordneten
Feder 40 auf das Sitz element 35 und dieses in Schließrichtung auf den Ventilsitz
41 gedrückt wird. Der Raum 39 ist über eine zentrische Bohrung 42 im Tauchanker
sowie ein Filter 43 mit dem mit dem Anschluß A in Verbindung stehenden Ringraum
44 verbunden. Mit dem Filter 43 wird vermieden, daß
beim Betätigen
des Tauchankers in den Raum 39 verdrängte Druckflüssigkeit Fremdkörper mit sich
führt, die die Arbeitsweise des Ventils nachteilig beeinflussen könnten. Im Gehäuse
38 ist ferner die Magnetwicklung 45 vorgesehen,die zum öffnen des Sitzventils von
der Regeleinrichtung 26 in Fig. 1 angesteuert wird. Die Magnetkraft ist also der
Federkraft entgegengerichtet. Auch beim maximalen Hub des Ankers ist die kleinste
Magnetkraft größer als die maximale Federkraft Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die
Anschlüsse der beiden völlig baugleichen Ventile kreuzweise vertauscht. So wird
über den Anschluß P das Sitzelement 35 des Ventils 28 mit dem Druck der Druckmittelquelle
30 beaufschlagt, während der Druck in den Druckräumen 15 und 15' der Schwingungsdämpfer
auf das Sitzelement 35' des zweiten Wegeventils 28' wirkt. Auf diese Weise erfolgt
eine automatische Druckabsicherung der Schwingungsdämpfer wie der Pumpe 30. Da das
Sitzelement des Ventils 28 im stromlosen Zustand seiner Magnetwicklung von der Feder
40 und dem Druck in den Schwingungsdämpfern, der über die Leitung 20, 33, den Ringraum
44 und die Bohrung 42 auch im Raum 39 wirkt, entgegen dem Pumpendruck in Schließlage
gedrückt wird, kann das Ventil 28 erst öffnen, wenn der Druck der Pumpe 30 die Kraft
der Feder 40 und die Kraft durch den Druck im Druckraum 39 übersteigt. Nimmt man
beispielsweise an, daß der Druck in den Druckräumen 15 und 15' 160 bar und die Feder
39 eine dem Druck von 160 bar entsprechende Kraft ausübt, so kann das Ventil 28
bei einem Druck der Pumpe 30 von über 320 bar öffnen. Das Ventil 28', auf das nur
die Feder 40' mit einer dem Druck von 160 bar entsprechenden Druck wirkt, während
der Raum 39' über T druckentlastet ist, öffnet so bereits bei einem Druck in A'
von
über 160 bar, so daß eine Verbindung der Pumpe 30 über den Kanal 33 mit dem Tankanschluß
T zum Reservoir hergestellt ist. Damit wird eine Oberlastung der Pumpe vermieden
ohne daß der Druck in den Schwingungsdampfern unter 160 bar absinken kann.
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Andererseits ist durch die kreuzweise Vertauschung der Anschlüsse
das Sitzelement 35' des Ventils 28' mit dem Druck in den Druckräumen 15 und 15'
der Schwingungsdämpfer beaufschlagt, so daß im stromlosen Zustand des Ventils 289
dieses entgegen der Kraft der Feder 40' geöffnet wird, wenn der Druck in den Schwingungsdämpfern
über 160 bar ansteigt. Es kann also auch eine Überlastung an den Schwingungsdämpfern
nicht auftreten.
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Durch die Sitzventile ist gewährleistet, daß kein Leckölverlust eintritt
und damit die Position des Wagenkastens gehalten wird. Auch bei Ausfall oder Abschalten
der elektronischen Regeleinrichtung bleibt die eingenommene Lage des Wagenkastens
erhalten. In Figur 3 sind zur Niveauregulierung eines Fahrzeuges zusatzlich zu den
der Hinterachse zugeordneten induktiven Wegesensoren 22 und 22g der nicht näher
bezeichneten Vorderachse ein weiterer Wegesensor 22" zugeordnet. Jeder Wegesensor
ist mit einem Anpaßverstärker 50 bzw. 50' und 50g verbunden, deren Ausgänge einerseits
unmittelbar über Leitungen 51,51' und 51'' mit einem Schaltkreis 52 zur Meßbereichskontrolle
verbunden sind. Auf diesen Leitungen stehen somit die die Höhenlage des Wagenkastens
messenden Signale an Andererseits werden die von den Sensoren 22 und 22' gelieferten
Signale in einer Summierstufe 53 subtrahiert, deren Ausgangssignal auf der Leitung
54 somit die Querneigung der Hinterachase anzeigt. Dieses Ausgangssignal wird mit
dem Signal vom Sensor 22'' in einer
weiteren Summierstufe 55 gemischte
d.h. subtrahiert und ergibt auf der Ausgangsleitung 56 ein Signal für die Längsneigung
des Wagenkastens Der Schaltkreis 52 zur Meßbereichskontrolle dient dazu, fehlerhafte,
z.B. bei Überschreiten des Meßbereiches von induktiven Wegesensoren auftretende
Signale zu sperren.
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Alle Signalausgänge für die Höhenlage, die Querneigung und Längsneigung
des Wagenkastens werden über ein Filter 58 auf den Istwerteingang eines Reglers
59 gegeben, dessen Sollwerteingang mit den Schaltern 60,60' und 60'' verbunden ist,
an denen die Höhenlage des Wagenkastens bezüglich der Sensoren 22,22' und 22'' einstellbar
ist. Wird beispielsweise am Schalter 60'B ein anderer Wert als an den Schaltern
60 und 60 eingestellt, so ergibt sich eine gewünschte Längsneigung des Fahrzeugs,
wie sie beispielsweise zur Verbesserung des Luftwiderstandsbeiwertes bei hoher Geschwindigkeit
wünschenswert ist. Zwischen den Schaltern und dem Regler 59 ist noch ein Schaltkreis
62 zur Einstellung der Bandbreite vorgesehen, womit verhindert wird, daß die Wegeventile
bei Schwankungen um den Sollwert zu häufig schalten. In dem Filter 58 werden pulsierende
Einflüsse aus den Signalen herausgefiltert, wie sie beispielsweise beim Überfahren
von Kopfsteinpflaster oder Schlaglöcher auftreten. Die aus dem Istwert und dem Sollwert
gebildete Regelgröße wird vom Regler 59 an einen Ansteuerlogikschaltkreis 63 übergeben,
dessen Ausgänge mit Treiberstufen 64 verbunden sind, mit denen die Ventile 65 bis
68 angesteuert werden, die paarweise, wie in Figur 2 dargestellt, zusammengefaßt
sind und mit der Vorderachse bzw. der Hinterachse des Fahrzeuges zusammenwirken.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ventilanordnung besteht
darin, daß sich durch die Wahl der Anschlüsse sowie der im stromlosen Zustand durch
die Federn geschlos-
sen gehaltenen Ventile eine unabhängige Verstellung
mehrerer Achsen ermöglichen läßt, wobei jeweils ein System gemäß Fig. 1 je Achse
mit einer gemeinsamen Druckmittelquelle und einem gemeinsamen Tankanschluß verwendet
wird.
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Bei offenen Systemen, bei denen also laufend eine steuernde Verbindung
zwischen dem Druckmittelanschluß und dem Tankanschluß besteht, würden sich über
diese Verbindung beide Systeme ungünstig beeinflussen. Erfindungsgemäß ist dagegen
durch die Ventilanordnung das Gesamtverhalten der Niveauregulierung auch für mehrere
Achsen stabil.