AT528182B1 - Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs und Verfahren zur Regelung eines derartigen Federungssystems - Google Patents

Abstract

Es wird ein Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches ein Federbein (10) aufweist, welches eine hydraulische Kammer (28) aufweist, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, wobei ein erstes Befestigungsorgan (14) an einem Gehäuse (12) des Federbeins befestigt ist, und ein zweites Befestigungsorgan (20) axial beweglich zum Gehäuse ausgebildet ist. Ein erster Elektromagnet (52) ist fest im Gehäuse des Federbeins (10) angeordnet und ein zweiter Elektromagnet (60) an dem das zweite Befestigungsorgan (20) befestigt ist, ist axial verschiebbar im Gehäuse des Federbeins angeordnet. Zwischen dem ersten Elektromagneten (52) und dem zweiten Elektromagneten ist die hydraulische Kammer (28) im Gehäuse angeordnet ist, wobei an einer Innenwand (54) des Gehäuses zumindest zwei sich axial erstreckende Nuten (72, 74, 76) angeordnet sind, in die jeweils ein sich axial erstreckender korrespondierender Vorsprung (67, 68, 70) eines Spulenträgers (64) des zweiten Elektromagneten ragt, und in den zwei Nuten an der Innenwand des Gehäuses jeweils ein elektrischer Schleifkontakt (78) ausgebildet ist, gegen den jeweils ein elektrisches Kontaktelement (80) der Spule (66) des zweiten Elektromagneten federnd vorgespannt anliegt.

Description

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Beschreibung

FEDERUNGSSYSTEM ZUR FEDERUNG EINER RADAUFHÄNGUNG EINES FAHRZEUGS UND VERFAHREN ZUR REGELUNG EINES DERARTIGEN FEDERUNGSSYSTEMS

[0001] Die Erfindung betrifft ein Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs mit einem Federbein, welches eine hydraulische Kammer aufweist, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, und zumindest einen Elektromagneten aufweist, wobei ein erstes Befestigungsorgan an einem Gehäuse des Federbeins befestigt ist, und ein zweites Befestigungsorgan axial beweglich zum Gehäuse ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zur Regelung eines derartigen Federungssystems.

[0002] Solche Federungssysteme werden auch als Stoßdämpfer oder Feder/Dämpfersysteme bezeichnet und dienen zur Federung eines Fahrzeugs beziehungsweise Dämpfung der Radbewegungen senkrecht zur Oberfläche der Fahrbahn im Vergleich zur Karosserie eines Fahrzeugs und damit zur Erhöhung des Fahrkomforts.

[0003] Bekannt sind vor allem Federsysteme, die eine Schraubenfeder oder insbesondere bei schwereren Fahrzeugen ein Blattfederpaket aufweisen, über welche die Schwingungen des Rades zur Karosserie abgefangen werden. Auch sind hydraulische Dämpfersysteme bekannt, die vielfach parallel zu den Federn angeordnet werden.

[0004] Neben diesen Federungssystemen, welche Federelemente mit fester Federkennlinie nutzen, sind zuletzt auch elektromagnetische Federsysteme bekannt geworden. Diese nutzen eine Abstoßungskraft oder eine Anziehungskraft eines Elektromagneten auf ein bewegliches magnetisches oder magnetisierbares Bauteil. Durch Regelung des elektrischen Stroms des Elektromagneten kann diese zwischen den Bauteilen wirkende Kraft verändert werden, wodurch auch die Federwirkung und damit die entstehende Federkennlinie des Federsystems geändert werden kann.

[0005] Ein solches Federungssystem ist beispielsweise aus der CN 114 458 720 A bekannt. Bei diesem ist ein mit Magneten besetzter Kolben in einem Federbein angeordnet, der mit einem Befestigungsorgan gekoppelt ist, während das andere Befestigungsorgan am Gehäuse des Federbeins befestigt ist, so dass der Kolben im Federbein axial verschiebbar ist, wodurch auch der Federweg geändert wird. Der Kolben weist Bohrungen auf und ist in einer Flüssigkeit angeordnet, die über die Bohrungen von einer Seite zur anderen Seite des Kolbens strömen kann. Zusätzlich sind am Gehäuse Spulen angeordnet, über die eine elektromagnetische Kraft auf den Kolben beziehungsweise die Magnete des Kolbens ausgeübt werden kann. Durch Veränderung der magnetischen Kraft kann so der Widerstand zur Bewegung des Kolbens erhöht werden und somit die Federkennlinie eingestellt werden.

[0006] Ferner offenbart die Koreanische Patentschrift KR20190088260A ein Federsystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs mit einem Federbein, welches eine hydraulische Kammer aufweist, die zumindest einen Elektromagneten beinhaltet. Das erste Befestigungsorgan ist an einem Federbein befestigt und das zweite Befestigungsorgan ist zum Gehäuse beweglich ausgebildet.

[0007] Weiter offenbart Dokument CN103629283 A eine Dämpfungsvorrichtung mit variabler Steifigkeit für Magnetschwebebahnen. Die Dämpfungsvorrichtung umfasst eine Schubstange, eine Führungsabdeckung, einen Permanentmagneten, einen Schwebeperioden-Permanentmagneten, einen Schwebeperioden-Elektromagneten, einen Dämpfungsrohrboden, einen Elektromagneten und einen Dämpfungsrohrkörper. Die Schubstange erstreckt sich vom oberen Ende des Dämpfungsrohrkörpers durch die Führungsabdeckung in den Rohrkörper hinein. Das untere Ende der Schubstange ist fest mit dem Permanentmagneten verbunden. Der Schwebe-Permanentmagnet und der Schwebe-Elektromagnet schweben im Dämpfungsrohrkörper. Der Elektromagnet ist fest mit dem Dämpfungsrohrboden verbunden.

[0008] Darüber hinaus offenbart die Patentschrift TW201209306A eine Dämpfungsvorrichtung,

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die eine Hülse und eine Kolbenstange umfasst. Die Hülse definiert einen Hohlraum mit einer Öffnung. Die Kolbenstange ist verschiebbar in dem Hohlraum aufgenommen. Die Dämpfungsvorrichtung umfasst ferner mindestens zwei Magnete, die verschiebbar in dem Hohlraum aufgenommen sind. Die benachbarten zwei Magnete der mindestens zwei Magnete schließen einander aus und unterteilen den Hohlraum in separate Räume zur Aufnahme eines Dämpfungsmediums darin. Das Dämpfungsmedium wird verwendet, um die mindestens zwei Magnete in ein Gleichgewicht zu bringen.

[0009] Schließlich offenbart Dokument CN102619925A eine magnetische Feder mit variabler Dämpfung in einem Fahrzeugaufhängungssystem. Stützhülsen und drei zylindrische Permanentmagnete sind nacheinander von oben nach unten entlang einer Achse innerhalb eines Zylinderkörpers angeordnet, wobei die Stützhülsen fest mit der Innenwand des Zylinderkörpers verbunden sind und die Bodenfläche jeder der Stützhülsen mit einem ersten zylindrischen Permanentmagneten in Kontakt steht und fest mit diesem verbunden ist.

[0010] Nachteilig an diesen Ausführungen ist es jedoch, dass eine Kontaktierung der Elektromagneten bei gegebener Einstellbarkeit der Federwirkung nur schwerlich möglich ist, ohne, dass ein Risiko des Verkantens verbleibt.

[0011] Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zur Regelung eines solchen Federungssystems zur Verfügung zu stellen, bei dem mit einer möglichst geringen Anzahl an Elektromagneten ein langer Federweg eingestellt werden kann und eine Einstellung der Federkennlinie in einem weiten Bereich stattfinden kann, wobei die Elektromagneten auf einfache Weise bei geringem Verkantungsrisiko kontaktiert werden können. Insbesondere soll auch eine Voreinstellung möglich sein, welche beispielsweise vom Gewicht des Fahrzeugs abhängig ist.

[0012] Diese Aufgabe wird durch ein Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Regelung eines derartigen Federungssystems mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 14 gelöst.

[0013] Das erfindungsgemäße Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs weist ein Federbein auf, in welchem eine hydraulische Kammer ausgebildet ist, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Des Weiteren weist das Federbein zumindest einen Elektromagneten auf, der im Innern des Federbeins angeordnet ist. Das Federbein weist ein erstes Befestigungsorgan auf, das an einem Gehäuse des Federbeins befestigt ist, und somit starr zu diesem angeordnet ist. Ein zweites Befestigungsorgan ist axial verschiebbar zum Gehäuse ausgebildet. Die beiden Befestigungsorgane dienen zur Befestigung an der Karosserie des Fahrzeugs und am Traglenker der Radaufhängung, so dass die Radaufhängung und damit das Rad des Fahrzeugs zur Karosserie gefedert wird.

[0014] Erfindungsgemäß ist ein erster Elektromagnet fest im Gehäuse des Federbeins angeordnet, wobei fest bedeutet, dass er zum Gehäuse nicht beweglich, insbesondere nicht axial verschieblich befestigt ist. Ein zweiter Elektromagnet, an dem das zweite Befestigungsorgan befestigt ist, ist axial verschiebbar im Gehäuse des Federbeins angeordnet. Dieser Elektromagnet dient als eine Art Kolben im Federbein und erstreckt sich entsprechend insbesondere über den gesamten Innendurchmesser des Gehäuses und wird in diesem möglichst reibungsarm axial geführt. Zwischen dem ersten Elektromagneten und dem zweiten Elektromagneten ist die hydraulische Kammer im Gehäuse angeordnet. Je nach Einstellung der Stromstärke der beiden Elektromagneten werden diese mit einer unterschiedlichen Kraft voneinander abgestoßen. Dies hat zur Folge, dass die wirkende Federkraft die Federkennlinie bestimmt, welche über die Stromstärke eingestellt werden kann. Des Weiteren wirkt im Innern der hydraulische Druck der Hydraulikflüssigkeit. Über eine Einstellung dieses Drucks kann die Federkennlinie zusätzlich verschoben werden und somit eine grobe Einstellung der Federkraft eingestellt werden, während die Federkraft über die Elektromagneten kurzfristig erhöht oder verringert werden kann, so dass eine aktive Federung realisierbar ist. So kann mit nur zwei Elektromagneten eine aktive und über die Hydraulik auf das Fahrzeuggewicht einstellbare Federung realisiert werden. Erfindungsgemäß sind an einer Innenwand des Gehäuses zumindest zwei sich axial erstreckende Nuten angeordnet, in

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die jeweils ein sich axial erstreckender korrespondierender Vorsprung eines Spulenträgers des zweiten Elektromagneten ragt. Auf diese Weise wird eine axiale Führung des verschiebbaren Elektromagneten erreicht, der gleichzeitig gegen ein Verklemmen durch Verkippen gesichert wird. In den zwei Nuten an der Innenwand des Gehäuses ist jeweils ein elektrischer Schleifkontakt ausgebildet, gegen den jeweils ein elektrisches Kontaktelement der Spule des zweiten Elektromagneten federnd vorgespannt anliegt. Über diesen Schleifkontakt kann der elektrische Spannungsanschluss zur Spule des bewegbaren Elektromagneten hergestellt werden, ohne dass Leitungen in den Innenraum des Federbeins ragen.

[0015] Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung eines derartigen Federungssystems zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs wird entsprechend in Abhängigkeit der Beladung des Fahrzeugs ein hydraulischer Druck in der hydraulischen Kammer des Federbeins eingestellt und durch Regelung der Stromstärke der Elektromagneten eine elektromagnetische Federkraft in Abhängigkeit der Fahrsituation eingestellt. Es wird somit eine intelligente Federung geschaffen, welche sowohl auf die Grundbedingungen, also das vorhandene Gewicht beziehungsweise die vorhandene Zuladung eingestellt werden kann und andererseits in Abhängigkeit der Fahrbahnoberfläche, detektierten Schlaglöchern, Kurvenfahrten und ähnlichem kurzfristig und für jedes der Räder einzeln geregelt werden kann.

[0016] Vorzugsweise weisen der erste Elektromagnet und der zweite Elektromagnet jeweils eine Spule und einen innenliegenden Kern auf und durch Bestromung der beiden Spulen ist eine Abstoßungs- oder Anziehungskraft zwischen den beiden Elektromagneten erzeugbar. Wenn der Strom in der Spule erhöht wird, wird die Kraft des Magnetfelds vergrößert, wodurch bei gleichbleibendem Abstand die Federkraft erhöht wird. Bei gleichbleibender Belastung des Federungssystems führt ein Erhöhen des Stromes in der Spule des Elektromagneten zu einer größeren Distanz zwischen den Elektromagneten und damit einem verlängerten Federweg. Umgekehrt wird durch Verringerung des Stromes und dem daraus folgenden Magnetfeld entweder der Abstand der Elektromagneten und damit der vorhandene Federweg oder bei konstantem Abstand zwischen den Elektromagneten die Kraft reduziert.

[0017] Besonders bevorzugt ist es, wenn sich an der Innenwand des Gehäuses des Federbeins drei Nuten axial erstrecken, die gleichmäßig über den Umfang des Gehäuses verteilt angeordnet sind. Von diesen drei Nuten sind zwei zur Stromversorgung und die dritte Nut ausschließlich zur Führung. Durch diesen Versatz um 120° wird eine besonders gute Führungswirkung erzielt und auch bei kurzen Spulen ein Verkippen verhindert.

[0018] In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist zwischen dem ersten Elektromagneten und dem zweiten Elektromagneten ein dritter Elektromagnet angeordnet, dessen innerer Kern eine Bohrung aufweist, über die eine fluidische Verbindung zwischen einem ersten hydraulischen Raum der hydraulischen Kammer zwischen dem ersten Elektromagneten und dem dritten Elektromagneten und einem zweiten hydraulischen Raum der hydraulischen Kammer zwischen dem zweiten Elektromagneten und dem dritten Elektromagneten besteht. Da die Kraft, die durch ein konstantes Magnetfeld erzeugt wird, mit zunehmendem Abstand stark abnimmt sind mit zwei Elektromagneten nur relativ kleine axiale Federwege realisierbar. Durch den dritten schwimmenden Elektromagneten zwischen den beiden anderen, wird es möglich, einen größeren Federweg zu realisieren. Bei gleicher Kraft wird somit der Federweg verdoppelt, so dass das Federbein beispielsweise auch für Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeuge verwendet werden kann. Es wird ein Magnetfeld zwischen dem ersten und dem dritten Elektromagneten und ein Magnetfeld zwischen dem zweiten und dem dritten Elektromagneten erzeugt. Die Größe dieser Magnetfelder und damit die wirkende Abstoßungskraft ist von den Strömen in den einzelnen Spulen der Elektromagneten anhängig. Um nun mit möglichst kleinen Abständen dienen zu können, sollte der dritte Elektromagnet in der Mitte zwischen den beiden anderen gehalten werden, wozu der Strom in den einzelnen Spulen möglichst gleich groß gehalten wird.

[0019] Ein Spulenträger des dritten Elektromagneten weist ebenfalls vorzugsweise zumindest zwei sich axial erstreckende Vorsprünge auf, die in weiteren Nuten an der Innenwand des Gehäuses ragen, um eine entsprechende Führung sicherzustellen.

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[0020] Auch an diesem dritten Elektromagneten sind vorzugsweise an zweien der sich axial erstreckenden Vorsprünge elektrische Kontaktelemente ausgebildet, die gegen weitere elektrische Schleifkontakte in den Nuten des Gehäuses des Federbeins federnd vorgespannt anliegen, so dass ein elektrischer Kontakt auch für diesen schwimmenden Elektromagneten sichergestellt wird, ohne dass zusätzliche Leitungen in das Innere des Federbeins ragen.

[0021] Vorzugsweise ist das Federbein über eines der beiden Befestigungsorgane an einem Rahmen des Fahrzeugs befestigt und über das andere der beiden Befestigungsorgane an einem Traglenker der Radaufhängung befestigt. Entsprechend wird eine gefederte Radaufhängung an einem Fahrzeug sichergestellt.

[0022] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die hydraulische Kammer mit einer Verbindungsleitung verbunden, über die ein Hydraulikdruck in der Kammer regelbar ist, wobei sich zumindest der zweite Elektromagnet über den gesamten Querschnitt des Federbeins erstreckt. Der zweite Elektromagnet wirkt in dieser Ausführung als Kolben, so dass der Druck der Hydraulikflüssigkeit auf die Fläche des Elektromagneten wirkt und damit auch die Hydraulikflüssigkeit in beiden Hydraulikräumen zur Federung genutzt werden kann. Des Weiteren sorgt die Hydraulikflüssigkeit für eine dämpfende Wirkung im Federungssystem. Diese dämpfende Wirkung der Hydraulikflüssigkeit wird unter anderem in der Bohrung im Eisenkern des dritten Elektromagneten erzeugt, so dass dieser zu weniger Schwingungen neigt. Über die Einstellung des hydraulischen Drucks kann so eine Voreinstellung der Federkraft erzeugt werden, die beispielsweise abhängig vom Gewicht beziehungsweise der Beladung des Fahrzeugs ist.

[0023] In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist die hydraulische Kammer zur Regelung des Hydraulikdrucks über die Verbindungsleitung mit einem hydropneumatischen Behälter fluidisch verbunden, der eine Membran aufweist, an deren ersten Seite im Behälter ein Hydraulikraum angeordnet ist und an deren entgegengesetzter Seite ein Pneumatikraum angeordnet ist, der mit einem Druckluftsystem verbunden ist. Somit wird der hydraulische Druck in der hydraulischen Kammer über den Druck des Pneumatiksystems eingestellt. Dies kann entweder über ein separates Pneumatiksystem erfolgen oder beispielsweise bei Lastkraftwagen, die ohnehin über ein Pneumatiksystem verfügen, durch Anschluss an dieses Pneumatiksystem erfolgen. Der hydropneumatische Behälter erfüllt auch die Funktion eines Ausgleichsbehälters.

[0024] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn in der Verbindungsleitung eine Parallelschaltung aus einem Rückschlagventil und einer einstellbaren Drossel angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil in Richtung der hydraulischen Kammer Öffnet. Durch diese Drossel wird eine zusätzliche Dämpfung des Federungssystems erreicht, da die Hydraulikflüssigkeit in ihrem Volumenstrom begrenzt ist und somit schnelle Bewegungen der Elektromagneten oder ein unerwünschtes Nachschwingen verhindert werden.

[0025] Weitere Vorteile werden erzielt, wenn in der Verbindungsleitung eine Parallelschaltung aus einer ersten Reihenschaltung aus einem ersten Rückschlagventil und einer ersten einstellbaren Drossel und einer zweiten Reihenschaltung aus einem zweiten Rückschlagventil und einer zweiten einstellbaren Drossel angeordnet ist, wobei das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil antiparallel zueinander angeordnet sind. Hierdurch ist die dämpfende Wirkung beim Einfedern und beim Ausfedern separat einstellbar.

[0026] Zusätzlich ist vorzugsweise ein zusätzlicher Dämpfer mit seinem ersten Ende an einem Rahmen des Fahrzeugs befestigt und mit seinem zweiten Ende an einem Traglenker der Radaufhängung befestigt. Durch diesen zusätzlichen Dämpfer wird sichergestellt, dass eine ausreichende Dämpfung des Gesamtsystems erreicht wird.

[0027] In einer Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der hydraulische Druck in der hydraulischen Kammer des Federbeins durch Regelung eines pneumatischen Drucks im hydropneumatischen Behälter eingestellt. Ein solches Pneumatiksystem ist in Lastkraftwagen ohnehin vorhanden und kann entsprechend zur Erzeugung des hydraulischen Drucks kostengünstig verwendet werden. Die Voreinstellung des gewünschten hydraulischen Drucks kann auf diese Weise einfach und sehr genau eingestellt werden. Durch die Verwendung des Behälters kann

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auch ein Rückströmen und Zuströmen der Hydraulikflüssigkeit gewährleistet werden.

[0028] Besonders bevorzugt ist es, wenn die Stromstärke der Elektromagneten in Abhängigkeit detektierter Fahrbahnunebenheiten und/oder vorhandener Fahrzeugneigungen eingestellt wird. Da die Elektromagnete sehr kurzfristig verstellt werden können, kann so eine optimale Federwirkung in Kurvenfahrten oder bei vorhandenen Unebenheiten erzielt und so der Fahrkomfort erhöht werden. Die Detektion kann beispielsweise über Kameras oder eine Registrierung einer Lenkbewegung oder andere Sensoren erfolgen.

[0029] Es wird somit ein Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zur Regelung eines derartigen Federungssystems geschaffen, mit dem hohe Federwege realisierbar sind, und eine Grob- und Feinabstimmung des Federungssystems ermöglich wird, so dass ein hoher Fahrkomfort erzielt wird. Die Federung ist einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Die Federkraft kann entsprechend der Umgebungsbedingungen und der Fahrzustände in sehr kurzen Zeiträumen optimal angepasst werden.

[0030] Ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federungssystems zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs ist schematisch in den Figuren dargestellt und wird ebenso wie das zugehörige Verfahren im Folgenden beschrieben.

[0031] Die Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Federungssystems am Fahrzeug.

[0032] Die Figur 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Federbeins des erfindungsgemäßen Federungssystems gemäß Figur 1 in geschnittener Darstellung.

[0033] Die Figur 3 zeigt schematisch eine Kopfansicht des Federbeins gemäß Figur 2 in geschnittener Darstellung.

[0034] Das in der Figur 1 dargestellte Federungssystem besteht aus einem Federbein 10, welches ein Gehäuse 12 aufweist, an dem ein erstes Befestigungsorgan 14 befestigt ist, mit dem das Federbein 10 an einem Rahmen 16 eines Fahrzeugs 18 befestigt ist. Am axial gegenüberlegenden Ende ist ein zweites, axial verschiebliches Befestigungsorgan 20 am Federbein 10 ausgebildet, welches in das Innere des Federbeins 10 hineinragt und mit dem das Federbein 10 an einem Traglenker 22 einer Radaufhängung 23 des Rades 24 befestigt ist.

[0035] Des Weiteren ist zwischen dem Traglenker 22 und dem Rahmen 16 des Fahrzeugs 18 ein Dämpfer 26 befestigt.

[0036] Im Inneren des Gehäuses 12 des Federbeins 10 ist eine hydraulische Kammer 28 ausgebildet, die über eine Verbindungsleitung 30 mit einem hydropneumatischen Behälter 32 fluidisch verbunden ist. In der Verbindungsleitung 30 ist ein Rückschlagventil 34 angeordnet, welches in Richtung zur hydraulischen Kammer 28 öffnet. Das Rückschlagventil 34 ist über eine einstellbare Drossel 36 umgehbar, die in einer Bypassleitung 38 angeordnet ist, die an einer ersten Seite des Rückschlagventils 34 von dieser abzweigt und an der anderen Seite wieder mündet, so dass eine Parallelschaltung entsteht.

[0037] Der hydropneumatische Behälter 32 weist einen Hydraulikraum 40, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, und einen mit Luft befüllten Pneumatikraum 42 auf, die durch eine Membran 44 voneinander getrennt sind. Während die Verbindungsleitung 30 in den Hydraulikraum 40 mündet, ist der Pneumatikraum 42 über eine Leitung 46 mit einem Druckluftsystem 48 verbunden. In der Leitung 46 ist zur Einstellung des pneumatischen Drucks ein regelbares Druckbegrenzungsventil 50 angeordnet. Der über das Druckbegrenzungsventil 50 eingestellte Luftdruck wird über die Membran auf die Hydraulikflüssigkeit und entsprechend in die hydraulische Kammer 28 des Federbeins 10 übertragen.

[0038] In der Figur 2 ist der Aufbau des Federbeins 10 dargestellt. Im Gehäuse 12 ist am ersten Ende, an dem gegenüberliegend das erste Befestigungsorgan 14 ausgebildet ist, ein erster Elektromagnet 52 befestigt. Dieser erste Elektromagnet 52 liegt gegen eine Innenwand 54 des Gehäuses 12 an und erstreckt sich über den gesamten Durchmesser des Gehäuses 12. Er besteht aus einer Spule 55, die auf einen Spulenträger 56 gewickelt ist und einem im Innern des Spulen-

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trägers 56 befestigten Kern 58.

[0039] Am gegenüberliegenden zweiten Ende des Gehäuses 12 ist ein zweiter Elektromagnet 60 angeordnet, welcher ebenfalls aus einem innenliegenden Kern 62, einem Spulenträger 64 und einer auf den Spulenträger 64 gewickelten Spule 66 besteht und der sich ebenfalls über den gesamten Umfang bis an die Innenwand 54 des Gehäuses 12 erstreckt. Im Gegensatz zum ersten Elektromagneten 52 ist dieser zweite Elektromagnet 60 jedoch nicht fest im Gehäuse 12 angeordnet, sondern axial verschieblich ausgebildet. Zur Führung dieser axialen Bewegung sind am Außenumfang des Spulenträgers 64 insgesamt drei gleichmäßig über den Umfang verteilte sich axial erstreckende Vorsprünge 67, 68, 70 ausgebildet, die in korrespondierend geformte Nuten 72, 74, 76 an der Innenwand 54 des Gehäuses 12 ragen. In zwei dieser Nuten 72, 74 ist jeweils ein elektrischer Schleifkontakt 78 angeordnet, gegen den jeweils ein elektrisches Kontaktelement 80 federnd anliegt. Die beiden elektrischen Kontaktelemente 80 sind mit den beiden Enden der Spule 66 für deren Stromversorgung verbunden. Bei Bewegung des zweiten Elektromagneten 60 bleibt entsprechend über die Schleifkontakte 78 eine elektrische Stromversorgung über den gesamten Hub erhalten. Dieser zweite Elektromagnet 60 ist mit dem zweiten Befestigungsorgan 20, welches in das Innere des Federbeins 10 hineinragt und mit dem das Federbein 10 am Traglenker 22 des Rades 24 befestigt ist, fest verbunden.

[0040] Axial zwischen dem ersten und dem zweiten Elektromagneten 52, 60 befindet sich im Gehäuse 12 ein dritter Elektromagnet 82. Dieser ist im Wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut, wie der zweite Elektromagnet 60, weist also einen Spulenträger 84 mit drei über den Umfang verteilten Vorsprüngen 86, 88, 90 mit zwei Kontaktelementen 92, eine auf den Spulenträger 84 gewickelte Spule 94 sowie einen innenliegenden Kern 96 auf und wird über die Kontaktelemente 92 mit Strom versorgt, da auch hier die Kontaktelemente 92 federnd gegen zwei Schleifkontakte 98 in drei Nuten 100, 102, 104 an der Innenwand 54 des Gehäuses 12 anliegen, welche in Umfangsrichtung versetzt zu den Nuten 72, 74, 76 an der Innenwand 54 des Gehäuses 12 ausgebildet sind. Während der zweite Elektromagnet 60 jedoch eine geschlossene Kolbenform aufweist, ist im Innern des Kerns 96 des dritten Elektromagneten 82 eine Bohrung 106 ausgebildet. Durch diese Bohrung 106 wird ein erster hydraulischer Raum 108, der zwischen dem ersten Elektromagneten 52 und dem dritten Elektromagneten 82 ausgebildet ist, mit einem zweiten hydraulischen Raum 110, der zwischen dem zweiten Elektromagneten 60 und dem dritten Elektromagneten 82 ausgebildet ist, fluidisch verbunden. Die beiden hydraulischen Räume 108, 110 bilden gemeinsam mit der Bohrung 106 die hydraulische Kammer 28, welche mit dem hydropneumatischen Behälter 32 verbunden ist.

[0041] Im Betrieb werden alle drei Elektromagneten 52, 60, 82 mit dem gleichen Strom versorgt, wobei die Stromrichtung im dritten Elektromagneten 82 entgegengesetzt ist oder seine Spule 94 in entgegengesetzter Richtung gewickelt ist. Es entsteht eine AbstoßRungskraft zwischen dem ersten Elektromagneten 52 und dem dritten Elektromagneten 82 sowie zwischen dem zweiten Elektromagneten 60 und dem dritten Elektromagneten 82, welche jeweils gleich groß ist, so dass der dritte Elektromagnet 82 etwa in der Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Elektromagneten 52, 60 gehalten wird.

[0042] Bei Belastung des Rades 24, beispielsweise durch Überfahren eines Schlaglochs oder durch Einleiten einer Lenkbewegung entsteht eine Kraft zwischen den beiden Befestigungsorganen 14, 20, welche aufeinander zu bewegt werden. Dabei wird der zweite Elektromagnet 60 in Richtung des dritten Elektromagneten 82 bewegt und dieser wird durch den geringer werdenden Abstand und die dadurch größer werdende elektromagnetische Abstoßungskraft in Richtung des ersten Elektromagneten 52 bewegt. Dieser Bewegung stehen somit einerseits die magnetischen Abstoßungskräfte und andererseits die hydraulischen Kräfte in den beiden hydraulischen Räumen 108, 110 entgegen, so dass eine Federkraft entsteht, die mit geringer werdendem Abstand zwischen den Elektromagneten 52, 60, 82 größer wird.

[0043] Durch die Bohrung 106 entsteht zusätzlich eine Dämpfung, da der Volumenstrom zwischen den beiden hydraulischen Räumen 108, 110 gedrosselt wird. Hierdurch werden zu schnelle Auf- und Abbewegungen des dritten Elektromagneten 82 und somit unerwünschte Schwingungen

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auf das Hydrauliksystem und so in das gesamte Federsystem vermieden. Die Bohrung 106 darf jedoch nicht zu klein sein, da andernfalls der dritte Elektromagnet 82 möglicherweise gegen den ersten Elektromagneten 52 anschlagen könnte, wenn der Widerstand beim Überströmen vom zweiten hydraulischen Raum 110 in den ersten hydraulischen Raum 108 zu groß würde.

[0044] Bei diesem Einfedern des Federbeins 10 wird auch Hydraulikflüssigkeit aus der hydraulischen Kammer 28 in den hydropneumatische Behälter 32 verdrängt. Diese erfolgt über die einstellbare Drossel 36, durch die eine weitere dämpfende Wirkung erzielt wird. Diese einseitige Dämpfung im Hydrauliksystem hat den Hintergrund, die Kräfte auf das Federsystem beim Einfedern zu reduzieren und beim Ausfedern über das Rückschlagventil 34 möglichst wenig von den Federkräften, durch die Übertragung im Fluid, zu verlieren. Bei einer Ausrichtung des Rückschlagventils in umgekehrter Richtung ist auch der umgekehrte Effekt erreichbar.

[0045] Die Einstellung dieser Federung erfolgt nun derart, dass zunächst in Abhängigkeit der stetigen Belastung aufgrund des Gewichts des Fahrzeugs, der pneumatische Druck über das Druckbegrenzungsventil 50 eingestellt wird. Die Elektromagneten 52, 60, 82 beziehungsweise der Stromfluss durch diese dienen zur Feineinstellung, da deren Abstoßungs- oder Anziehungskraft sehr kurzfristig geändert werden kann und eine Federkennlinie sowie ein Abstand zwischen den Elektromagneten 52, 60, 82 und damit eine Länge des Federbeins 10 beliebig in Abhängigkeit des Stroms eingestellt werden kann.

Durch die Verwendung der drei Elektromagneten wird einerseits der realisierbare Federweg verlängert und andererseits kann die Kraftrichtung des magnetischen Feldes einfach durch Änderung der Stromrichtung des dritten Elektromagneten 82 umgedreht werden. Dadurch wird eine vollständig aktive Federung geschaffen, durch die das Rad schnell auf und ab bewegt werden kann, um Stöße, welche von der Straße verursacht werden, zu reduzieren. Insgesamt kann durch diese Federung der Fahrkomfort deutlich erhöht werden.

Claims (14)

A ‚hes AT 528 182 B1 2026-01-15 Ss N Patentansprüche

1. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs mit einem Federbein (10), welches eine hydraulische Kammer (28) aufweist, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, und zumindest einen Elektromagneten (52, 60, 82) aufweist, wobei ein erstes Befestigungsorgan (14) an einem Gehäuse (12) des Federbeins (10) befestigt ist, und ein zweites Befestigungsorgan (20) axial beweglich zum Gehäuse (12) ausgebildet ist, wobei ein erster Elektromagnet (52) fest im Gehäuse (12) des Federbeins (10) angeordnet ist und ein zweiter Elektromagnet (60) an dem das zweite Befestigungsorgan (20) befestigt ist, axial verschiebbar im Gehäuse (12) des Federbeins (10) angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Elektromagneten (52) und dem zweiten Elektromagneten (60) die hydraulische Kammer (28) im Gehäuse (12) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenwand (54) des Gehäuses (12) zumindest zwei sich axial erstreckende Nuten (72, 74, 76) angeordnet sind, in die jeweils ein sich axial erstreckender korrespondierender Vorsprung (67, 68, 70) eines Spulenträgers (64) des zweiten Elektromagneten (60) ragt, und in den zwei Nuten (72, 74) an der Innenwand (54) des Gehäuses (12) jeweils ein elektrischer Schleifkontakt (78) ausgebildet ist, gegen den jeweils ein elektrisches Kontaktelement (80) der Spule (66) des zweiten Elektromagneten (60) federnd vorgespannt anliegt.

2. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromagnet (52) und der zweite Elektromagnet (60) jeweils eine Spule (55, 66) und einen innenliegenden Kern (58, 62) aufweisen und durch Bestromung der beiden Spulen (55, 66) eine Abstoßungs- oder Anziehungskraft zwischen den beiden Elektromagneten (52, 60) erzeugbar ist.

3. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der Innenwand (54) des Gehäuses (12) des Federbeins (10) drei Nuten (72, 74, 76) axial erstrecken, die gleichmäßig über den Umfang des Gehäuses (12) verteilt angeordnet sind.

4. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Elektromagneten (52) und dem zweiten Elektromagneten (60) ein dritter Elektromagnet (82) angeordnet ist, dessen innerer Kern (96) eine Bohrung (106) aufweist, über die eine fluidische Verbindung zwischen einem ersten hydraulischen Raum (108) der hydraulischen Kammer (28) zwischen dem ersten Elektromagneten (52) und dem dritten Elektromagneten (82) und einem zweiten hydraulischen Raum (110) der hydraulischen Kammer (28) zwischen dem zweiten Elektromagneten (60) und dem dritten Elektromagneten (82) besteht.

5. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spulenträger (84) des dritten Elektromagneten (82) zumindest zwei sich axial erstreckende Vorsprünge (86, 88, 90) aufweist, die in Nuten (100, 102, 104) an der Innenwand (54) des Gehäuses (12) ragen.

6. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an zweien der sich axial erstreckenden Vorsprünge (86, 88) elektrische Kontaktelemente (92) ausgebildet sind, die gegen elektrische Schleifkontakte (98) in den Nuten (100, 102) des Gehäuses (12) des Federbeins (10) federnd vorgespannt anliegen.

7. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federbein (10) über eines der beiden Befestigungsorgane (14) an einem Rahmen (16) des Fahrzeugs (18) befestigt ist und über das andere der beiden Befestigungsorgane (20) an einem Traglenker (22) der Radaufhängung (23) befestigt ist.

8. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Kammer (28) mit einer Verbindungsleitung (30) verbunden ist, über die ein Hydraulikdruck in der hydraulischen Kammer (28) regelbar ist, wobei sich zumindest der zweite Elektromagnet (60) über den gesamten Querschnitt des Federbeins (10) erstreckt.

9. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Kammer (28) zur Regelung des Hydraulikdrucks über die Verbindungsleitung (30) mit einem hydropneumatischen Behälter (32) fluidisch verbunden ist, der eine Membran (44) aufweist, an deren ersten Seite im Behälter (32) ein Hydraulikraum (40) angeordnet ist und an deren entgegengesetzter Seite ein Pneumatikraum (42) angeordnet ist, der mit einem Druckluftsystem (48) verbunden ist.

10. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (30) eine Parallelschaltung aus einem Rückschlagventil (34) und einer einstellbaren Drossel (36) angeordnet ist.

11. Federungssystem zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Dämpfer (26) mit seinem ersten Ende am Rahmen (16) des Fahrzeugs (18) befestigt ist und mit seinem zweiten Ende am Traglenker (22) der Radaufhängung (23) befestigt ist.

12. Verfahren zur Regelung eines Federungssystems zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - In Abhängigkeit der Beladung des Fahrzeugs (18) ein hydraulischer Druck in der hydraulischen Kammer (28) des Federbeins (10) eingestellt wird, - durch Regelung der Stromstärke der Elektromagneten (52, 60, 82) eine elektromagnetische Federkraft in Abhängigkeit der Fahrsituation eingestellt wird.

13. Verfahren zur Regelung eines Federungssystems zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Druck in der hydraulischen Kammer (28) des Federbeins (10) durch Regelung eines pneumatischen Drucks im hydropneumatischen Behälter (32) eingestellt wird.

14. Verfahren zur Regelung eines Federungssystems zur Federung einer Radaufhängung eines Fahrzeugs nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke der Elektromagneten (52, 60, 82) in Abhängigkeit detektierter Fahrbahnunebenheiten und/oder vorhandener Fahrzeugneigungen eingestellt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen