Continental Aktiengesellschaft

Beschreibung

Temperatur geregelte Luftfeder- und Dämpfereinheit

Die Erfindung betrifft Luftfeder- und Dämpfereinheit für Fahrzeuge, wobei die Luftfeder- und Dämpfereinheit mindestens zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume aufweist, wobei die Arbeitsräume jeweils mindestens teilweise durch Rollbälge begrenzt werden und die Rollbälge unter Bildung einer Rollfalte mindestens teilweise auf Abrollkonturen vorgegebener und als Zylinderflächen ausgebildeter Gehäuseteile abrollen und wobei die Arbeitsräume untereinander über durchströmbare Drosselventile verbunden sind. Dabei ist die Luftfeder- und Dämpfereinheit üblicherweise zwischen Karosserie und Fahrwerk angeordnet.

Solche Luftfeder- und Dämpfereinheit in Kraftfahrzeugen sind bekannt. Luftfeder- und Dämpfereinheiten dienen z. B. in Personenkraftwagen als besonders komfortable Federungselemente und sorgen für ein angenehmes Fahrgefühl bei einer Federung, die je nach Straßenverhältnissen zwischen einem „weichen" und „harten" Federungsverhalten angepasst werden kann. Dies geschieht in der Regel durch verstellbare / steuerbare Ventile im Strömungsweg zwischen den einzelnen Arbeitsräumen, wodurch die Dämpfung beeinflusst bzw. verändert wird, die durch die dissipative Strömungen zwischen den einzelnen Arbeitsräumen entsteht.

Luftfeder- und Dämpfereinheiten sind heutzutage üblicherweise mit elektronischen Regelungen versehen bzw. in eine elektronische Fahrzeugsteuerung eingebunden, sodaß über eine solche Regelung auch Wechselwirkungen mit anderen Fahrzeugsystemen, wie z.B. Bremsen oder Lenkung übertragen werden. Eine unkontrollierte änderung des Betriebsverhaltens einer Luftfeder und Dämpfereinheit, beispielsweise erzeugt durch eine starke Temperaturänderung, ist daher unerwünscht.

Nachdem in der Vergangenheit bei Luftfedersystemen für PKW fast ausschließlich hydraulische Dämpfer eingesetzt wurden, die, wenn auch bei sich ändernden Dämpfungseigenschaften, in entsprechenden Temperaturgrenzbereichen eher unauffällig sind, wird eine Temperaturabhängigkeit von Dämpfungssystemen mit Einsatz der Luftdämpfung durchaus bemerkbar.

Erklärbar wird dies z.B. bei der durch die OS DE 24 06 835 offenbarten Federungs- und Dämpfungsvorrichtung, bei der zwei Arbeitsräume, nämlich ein Dämpferraum und ein Federungsraum über Drosselventile miteinander verbunden sind. Beide Arbeitsräume sind mindestens teilweise durch bewegliche Wände in Form von Faltenbälgen oder Rollbälgen begrenzt und können daher unterschiedliche Volumina annehmen. Einem solchen System ist inhärent, dass sich die Dämpfungswirkung /Dämpfungsarbeit mit steigender Last erhöht. Im Gegensatz dazu verändert sich bei z.B. Erhöhung der Last eine normale auf nur eine Laststufe ausgelegte hydraulische Dämpfung gravierend, d.h. deren Dämpfung erniedrigt sich. Anders liegt der Fall bei der durch die OS DE 24 06 835 offenbarten Luftfederungs- und Dämpfungsvorrichtung. Erhöht sich deren Last, so steigt der Gasdruck im Federungsraum und im Dämpfungsraum und führt aufgrund der damit verbundenen Erhöhung der Gasdichte zur Vergrößerung des dynamischen Differenzdrucks an den Drosselventilen. Dies wiederum bewirkt vorteilhaft einen vergrößerten Energieumsatz, d.h. eine erhöhte Dissipation, und damit eine größere Dämpfung, nachteiligerweise allerdings auch eine erhöhte Wärmeentwicklung.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Luftfeder- und Dämpfereinheit bereitzustellen bei der eine Temperaturerhöhung oder überhitzung in allen Betriebszuständen beeinflussbar / kontrollierbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Dabei weist die Luftfeder- und Dämpfereinheit Mittel zur Bestimmung der Temperatur innerhalb und außerhalb der Luftfeder- und Dämpfereinheit auf und die durchströmbaren Drosselventile sind so ausgebildet, dass ihre Dämpfung abhängig von den bestimmten Temperaturen verstellbar ist. Dadurch lässt sich etwa eine Erwärmung der gesamten Luftfeder- und Dämpfereinheit als „Modul", also eine Erwärmung von Bauteilen und/oder Druckmedium frühzeitig und sicher beeinflussen und regeln. Im einfachsten Fall erfolgt dabei die Ermittlung der Temperaturen über Sensoren an den je nach Fahrzeug und Einbaulage kritischen Stellen der Luftfeder- und Dämpfereinheit.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die durchströmbare Drosselventile bei einer überhitzung der Luftfeder- und Dämpfereinheit in ihren Durchströmungsquerschnitten so verstellbar sind, dass die Dämpfung erniedrigt wird. Damit nutzt man bereits vorhandene Stellelemente und benötigt keine separaten oder zuschaltbaren Ventile oder Strömungsquerschnitte. Bei einem solchen Fall der überhitzung wird dann die Dämpfung reduziert, also der Durchströmungsquerschnitt kontrolliert vergrößert und somit der Wärmeeintrag verringert. Natürlich ist es auch vorstellbar, dass statt der Vergrößerung des Durchströmungsquerschnittes der durchströmbare Drosselventile andere, separate Bypass-Kanäle zugeschaltet werden.

ähnliche Vorteile ergeben sich, wenn die durchströmbare Drosselventile bei einer

Unterkühlung der Luftfeder- und Dämpfereinheit in ihren Durchströmungsquerschnitten so verstellbar sind, dass die Dämpfung erhöht wird. Dadurch wird es möglich, dass bei sehr kalten Umgebungstemperaturen und in einer Startphase des Fahrzeuges durch eine erhöhte Dämpfung und die dadurch erzeugte hohe Reibung innerhalb des strömenden Mediums eine größere Wärmemenge in das System eingetragen wird. Zusätzlich wird durch die einhergehende Reduzierung auch der Federwege das Balgmaterial geschont.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Luftfeder- und Dämpfereinheit Temperatursensoren innerhalb der Arbeitsräume aufweist. Hierdurch ist eine besonders direkte Messung der Temperatur unabhängig von der Einbausituation der

Luftfeder- und Dämpfereinheit möglich.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Luftfeder- und Dämpfereinheit ein Steuergerät mit einer Berechnungseinheit aufweist, durch welche die Temperatur durch Ermittlung der augenblicklichen Fahrzustandsparameter und deren

Vergleich innerhalb eines elektronisch gespeicherten Zustandsmodells bestimmt wird. Bei der heute üblichen Verbindung mehrerer Fahrzeugregelsysteme über einen CAN-BUS / CAN-Netzwerk (CAN = Controller Area Network) und der Vielzahl von verfügbaren Fahrzeugparametern sind „vorausschauende" Berechnungen möglich, die frühzeitig und abhängig von der Fahrweise, von den Umgebungsbedingungen, vom Gelände oder von Straßenverhältnissen etc. ein Schätzung der entstehenden Temperaturen im System ermöglichen. Hierbei wird ein so genanntes „Fahrzeugmodell" zugrunde gelegt, also eine „gerechnete" und in Algorithmen fixierte und simulierte Verhaltensweise eines Fahrzeuges oder seiner Baugruppen, die in Form eines Programmes in einem Steuergerät abgelegt ist. Diese Schätzung kann dann durch Messung der Temperatur immer wieder verifiziert werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Arbeitsräume übereinander angeordnet und durch einen beweglichen rotationssymmetrischen Kolben getrennt sind, wobei die durchströmbare Drosselventile innerhalb des Kolbens angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine besonders raumsparende Anordnung und Bauweise der erfindungsgemäßen Luftfeder- und Dämpfereinheit

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Fig. 1 zeigt als prinzipielle Darstellung hierzu eine erfindungsgemäße Luftfeder- und

Dämpfereinheit 1 für ein Fahrwerk eines luftgefederten Personenkraftwagens. Die Luftfeder- und Dämpfereinheit weist zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume 2 und 3 auf. Die Druckluft wird über einen hier nicht näher dargestellten Kompressor, über zugehörige Ventile und Leitungen in bekannter Weise in die Arbeitsräume gefördert und kann ebenfalls über dieses System abgelassen werden. üblicherweise besteht ein

Luftfeder- oder Niveauregelsystem aus Druckluftanlage / Druckluftversorgung und vier

Luftfedermodulen, nämlich für jedes Rad eines, und wird insgesamt über eine Steuerungseinrichtung geregelt.

Die Arbeitsräume 2 und 3 sind in einem gemeinsamen topfförmigen, hier zylindrische ausgebildeten Gehäuse 4 angeordnet und durch einen am Kopfende einer Kolbenstange 5 befindlichen, rotationssymmetrisch ausgebildeten Kolben 6 getrennt. Der Kolben 6 ist innerhalb des zylindrischen Gehäuses 4 axial beweglich. Innerhalb des Kolbens 6 sind hier die nachfolgend näher dargestellten steuerbaren Drosselventile angeordnet, über die die beiden Arbeitsräume 2 und 3 verbunden sind. Der Kolben 6 und die Kolbenstange 5 werden jeweils durch Rollbälge 7, 8 und 9 innerhalb des zylindrischen Gehäuses abgedichtet und geführt. Die Außenflächen 10 und 11 des Kolbens und der Kolbenstange sowie die Innenfläche 12 des Zylinders sind jeweils über einen für das Abrollen der Rollbälge erforderlichen Bereich als rotationssymmetrische Abrollkonturen ausgebildet.

Ein zwischen dem Ende des zylindrischen Gehäuses und dem unteren Anschlußpunkt 13 zum Fahrwerk befindlicher Faltenbalg zum Schutz gegen Verschmutzungen ist hier nicht näher dargestellt.

Die Luftfeder- und Dämpfereinheit weist weiterhin federnd ausgebildete Anschläge 14 und 15 auf, die bei entsprechender Belastung in der Druck- oder in der Zugstufenendlage den Kolbenweg / Federweg begrenzen, damit kein metallischer Kontakt entsteht. Karosserieseitig ist die Luftfeder- und Dämpfereinheit über ein Federbein- Kopflager 16 mit dem Fahrzeug in bekannter Weise verbunden.

Innerhalb des Kolbens 6 sind für jede Strömungsrichtung die in ihrem

Durchströmungsquerschnitt steuerbaren Drosselventile 17 und 18 angeordnet. Bei einer überhitzung der Luftfeder- und Dämpfereinheit, die durch die Temperatursensoren 19 und 20 detektiert wird und verglichen wird mit der Umgebungstemperatur, die durch einen weiteren im Fahrzueg üblicherweise vorhandenen Temperaturfühler ermittelt wird, werden die Drosselventile 17 und 18 so verstellt, dass deren Durchströmungsquerschnitte

vergrößert und somit der Wärmeeintrag und die Dämpfung verringert wird. Der Temperatursensor 20 ist dabei innerhalb des oberen Arbeitsraumes 2 angeordnet.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

1 Luftfeder- und Dämpfereinheit

2 Arbeitsraum (Dämpferraum)

3 Arbeitsraum (Federraum)

4 Zylindrisches Gehäuse

5 Kolbenstange

6 Kolben

7 - 9 Rollbalg

10 - 12 Fläche mit Abrollkontur

13 Anschlußpunkt

14 Federnder Anschlag

15 Federnder Anschlag

16 Federbein-Kopflager

17 steuerbares Drosselventil

18 steuerbares Drosselventil

19 Temperatursensor

20 Temperatursensor