Luftfedern für hohe Komfortansprüche

Stand lange Zeit die Erfüllung der Tier 4 final-Anforderungen im Vordergrund der Arbeit der Traktorenentwickler, gilt es dem Anwender wieder spürbaren Nutzen auf dem Gebiet des Komforts und der Arbeitsbedingungen zu verschaffen. Der Trend geht hin zu multimedialen Arbeitsplätzen. EU-Richtlinien und Berufsgenossenschaftsvorgaben erhöhen die Anforderungen bezüglich der Reduzierung von Vibrationen und Geräuschen. Die Fahrzeughersteller ringen mit neuen Komfortkonzepten um die Kunden. In diesem Marktumfeld setzen sich vermehrt gefederte Kabinenkonzepte durch.

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Zum einen werden sog. 2-Punkt-Lagerungen angeboten, bei denen zwei Feder-Dämpfer-Elemente an der Kabinenrückseite eingesetzt werden. Vorne ist die Kabine über Gummi-Metall-Elemente an das Chassis angebunden. Dieses kostengünstige Konzept bringt bereits deutliche Verbesserungen, da die hintere Kabinenanbindung mehr oder weniger direkt über der ungefederten Hinterachse sitzt. Bei 4-Punktlagerungen sitzt die Kabine an jeder Ecke auf einem Feder-Dämpfer-Modul. Geführt werden die Kabinen über Schwingen oder Panhard-Stäbe. Insgesamt können mit Feder-Dämpfer-Elementen abhängig von der gewählten Lagerungsarchitektur und nach Wunsch des Fahrzeugherstellers die Kabinenbewegungen (Hub, Nicken und Wanken) beeinflusst werden - mit dem Ziel, ein gutes Schwingverhalten zu erzeugen, welches Fahrer und Fahrzeug entlastet.

Feder-Dämpfer-Einheiten in der Kabinenlagerung

Die Federn und Dämpfer sind in koaxialer Anordnung zu einer Einheit verbunden. Im Wesentlichen sind es Federcharakteristik und die Dämpfkraftkennlinie des Stoßdämpfers, und deren Abstimmung aufeinander, die die Schwingeigenschaften der Kabine bestimmen.

Die Verwendung von Schraubenfedern gilt als guter Kompromiss von Funktion und Kosten und wird auch dann eingesetzt, wenn keine Druckluftversorgung vorhanden ist oder die notwendigen Bauraumvoraussetzungen nicht gegeben sind. Eigenfrequenzen zwischen 1,8 und 3,0 Hz ermöglichen ein gutes Komfortniveau. Unterschiedliche Kabinengewichte können über 4-stufige manuelle Federverstell-Elemente zum Teil ausgeglichen werden.

Klarer Trend zur Luftfederung

In modernen Traktoren werden immer häufiger Luftfedern eingesetzt. Niedrige Eigenfrequenzen von 1,0 bis 1,4 Hz ermöglichen hohen Fahrkomfort. Mit Luftfedersystemen ist auch eine Niveauregelung der Kabine verbunden. Voraussetzung für die Niveauregulierung ist die Steuerung des Luftdrucks. Das System sieht drei Grundzustände und verbindet damit entsprechende Regelaktionen:

1) Kabine steht zu hoch: System lässt Luft ab
2) Kabine steht zu niedrig: System lässt Luft ein
3) Kabine steht im gewünschten Niveau: System hält die Luft

Erreicht wird dies über Niveauregeltechnik, die noch häufig außerhalb der Luftfeder sitzt. Ein mechanisches Ventil wird über ein Gestänge bewegt und passt den Luftdruck der Luftfeder beladungsabhängig an. Ventil und Luftfeder sind über Schlauchleitungen mit der Luftversorgung des Fahrzeugs angeschlossen.Oft zeigt sich, dass externe Niveauregelsysteme anfällig für störende Einflüsse wie z.B. Verschmutzung und Beschädigung sind. Deshalb gehen Hersteller vermehrt dazu über, Luftfedern einzusetzen, welche die funktionswichtigen Bauteile integrieren. Das innenliegende Niveauregelventil arbeitet nach dem gleichen Prinzip, ist jetzt aber in die Luftfeder eingebaut, ebenso wie die Ventilbetätigung, die das Ventil bewegt. Diese Lösung ist in dem ZF Produkt CALM (Cabin Air Leveling Module) (Bild 17) realisiert. Somit gewinnt das Gesamtsystem deutlich an Robustheit. Es ist inzwischen hunderttausendfach im Nutzfahrzeug bewährt. Aufgrund des kompakten Designs ist dies extrem bauraum-sparend und reparaturfreundlich.

Die Feder-Dämpfer-Einheiten sind auf einen möglichst großen Hub ausgelegt. Trotzdem ist es wichtig, das Erreichen der Endlagen des Dämpfers durch geeignete Zug- und Druckanschlagpuffer zu entschärfen. Diese sichern ein weiches Einsetzen und verhindern damit Komforteinbußen beim Erreichen der Endlagen des Dämpferhubes.

Luftablassen ist nicht undicht

Das Luftablassgeräusch der Feder wird fälschlicherweise ab und zu als Undichtigkeit interpretiert. Wenn der Fahrer die Kabine verlässt und dadurch das Kabinengewicht reduziert wird, öffnet das Ventil und lässt die überschüssige Luft ab, um die Kabine wieder in die Niveaulage zu bringen. Wenn sich die Luftfeder auf Kopfhöhe befindet wird dieses Ablass Geräusch gelegentlich falsch interpretiert und verleitet hin und wieder zu Fehlreklamationen.

Regelbare Dämpfungssysteme zukunftsweisend

Seit geraumer Zeit setzen einige Fahrzeug-Hersteller anstatt passiver Stoßdämpfer semiaktive Dämpfungssysteme ein. Dies geschieht mit dem Ziel, die Dämpfkraft der Stoßdämpfer optimal auf den jeweiligen Fahrzustand anzupassen. Basierend auf der Skyhook-Regelstrategie gelingt mit einem CDC (Continuous Damping Control)-System (Bild 18) sowohl eine deutliche Beruhigung der Kabine als auch die Isolation von Einzelanregungen. Sowohl Luft- als auch Stahlfederanwendungen sind mit verstellbarer Dämpfung möglich (Bild 15 u. 16).

Fazit

Vor allem luftgefederte Kabinen bieten ein deutliches Komfortplus. Abhängig von der Verfügbarkeit von Druckluft gibt es aus technischer Sicht keinen Grund, auf eine Luftfeder-ausstattung zu verzichten. Die Felderfahrung zeigt, dass vor allem die integrierte Lösung CALM ein robustes Produkt für hohe Komfortansprüche darstellt.