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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Höhenverstellung
für ein
Kraftfahrzeugfahrwerk, insbesondere für ein Federbein mit Spiralfeder
und Dämpfereinheit.
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Es
ist ein seit langem bestehendes Bedürfnis im Kraftfahrzeugbau die
Bodenfreiheit, d.h. den Abstand zwischen der Fahrbahn und der Unterseite
des Fahrzeuges, den Fahrsituationen anpassen zu können. So
ist es von Vorteil die Bodenfreiheit bei hohen Geschwindigkeiten
auf glatten Fahrbahnen zu verringern, um somit optimierte Fahrwerte
zu erhalten. Umgekehrt ist es wünschenswert
bei schlechten Fahrbahneigenschaften, z.B. beim Auftreten von Schlaglöchern, Bodenwellen
oder ähnlichem
die Bodenfreiheit zu erhöhen,
um einen Kontakt des Unterbodens mit der Fahrbahn zu verhindern.
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So
gibt es unterschiedliche technische Ansätze um die Bodenfreiheit variieren
zu können.
Bekannt sind beispielsweise pneumatische Systeme, die gleichzeitig
die Dämpfungsfunktion übernehmen. Nachteilig
an diesen Systemen ist, dass sie aufwendig und fehleranfällig sind.
Auch sind die Dämpfungseigenschaften
häufig
nicht hinreichend für
einen sportlichen Einsatz.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es eine Höhenverstellung für das Fahrwerk
eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln zu
realisieren und kostengünstig
ist. Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es
eine Höhenverstellung
der zuvor genannten Art bereitzustellen, bei dem die Federkennlinie
der Feder unverändert
bleibt. Weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die
Eigenschaften der Feder-Dämpfungs-Einheit der Radaufhängung beizubehalten
bei unterschiedlichen Höheneinstellungen.
Weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung
der genannten Art bereitzustellen, dass in bestehende und herkömmlich Feder-Dämpfungs-Einheiten
nachrüstbar
ist.
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Gelöst werden
die Aufgaben nach den technischen Merkmalen des unabhängigen Anspruches. Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
dargestellt.
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Die
vorliegende Erfindung geht grundsätzlich von einer herkömmlichen
und bekannten Feder-Dämpfungs-Einheit
aus, auch Federbein genannt. Derartige Einheiten umfassen eine Spiralfeder sowie
einen Dämpfer. Üblicherweise
ist der Dämpfer in
Längserstreckung
innerhalb der Achse der Feder angeordnet. Anordnungen bei denen
Dämpfer
und Feder getrennt sind sind ebenfalls umfasst. Bekannter Maßen ruht
das Gewicht des Fahrzeuges auf der Feder, die gleichzeitig Schläge oder
Stöße des Rades
abfedert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Höhenverstellung
wird an einem Ende der Feder angebracht. Im am Fahrzeug montierten
Zustand kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
demnach unterhalb oder oberhalb der Feder angebracht sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst im Wesentlichen eine Kolbeneinrichtung und eine Zylindereinrichtung
sowie weiterhin zusätzliche
Steuer- und Regeleinheiten. Letztere werden nachfolgend noch erläutert.
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Die
Kolbeneinheit ist erfindungsgemäß ringförmig um
ein Stützrohr
angeordnet. Das Stützrohr dient
in seiner Verlängerung
zur Befestigung der Feder-Dämpfungs-Einheit
am Fahrzeug oder am Rad mit geeigneten Mitteln. Soweit eine stabförmige Dämpfereinrichtung
verwendet wird, die in die Achse der spiralförmigen Dämpferfeder eingeführt ist,
so kann die Außenhülle der
Dämpfereinrichtung
die Funktion des Stützrohres
in sich aufnehmen. Ein gesondertes Stützrohr ist dann nicht notwendig.
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Wie
ausgeführt
umschließt
die Kolbeneinrichtung ringförmig
das Stützrohr
oder die Dämpfereinheit
an ihrem Außenumfang.
Zum Zwecke der Beschreibung wird nachfolgend allein der Begriff „Stützrohr" verwendet, wobei
dieser sowohl ein gesondertes Stützrohr
als auch die Dämpfereinheit
umfasst. Die Zylindereinrichtung ist ebenfalls ringförmig ausgebildet
und übergreift
mit seiner Außenflanke
den Kolben, bildend eine Kammer. Die Feder wird von der Zylindereinrichtung
getragen.
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Die
Kolbeneinrichtung ist mit einem Kanal versehen, der sich längs durch
den Kolben erstreckt und als Leitung für die hydraulische Flüssigkeit
dient. Der Kanal ist zylinderseitig durch die Oberseite der Kolbeneinrichtung
geführt.
In seiner Längserstreckung
ist die Kolbeneinrichtung so dimensioniert, dass das zylinderseitige
Ende in eingefahrenem Zustand von außen zugänglich ist. Geeigneter Weise
ist damit der Kolben länger
als der maximale Hub ausgeführt.
Das andere Ende des zuvor genannten Kanals endet in einer Anschlusseinrichtung
für hydraulische
Zuleitungen.
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Im
Betrieb wird Hydraulikflüssigkeit
durch den Kanal des Kolbens in die Kammer, gebildet durch Kolben
und Zylinder, gepresst und der Zylinder angehoben. Durch das Anheben
des Zylinders wird die gesamte Baulänge der Feder-Dämpfer-Einrichtung entsprechend
des Hubes vergrößert. Als
Folge hiervon ergibt sich die Erhöhung der Bodenfreiheit des Fahrzeuges.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
liegen auf der Hand. Im Betrieb wird, vereinfacht ausgedrückt, der
Zylinder angehoben, bzw. abgesenkt, während der Kolben an dem Stützrohr fixiert ist.
Der Abstand des Kolbens zur Radaufhängung oder zum Fahrzeugchassis
ist damit konstant. Durch den erfindungsgemäßen Kunstgriff die hydraulischen Zuleitungen
durch den Kolben zu führen,
bleiben die Anschlusseinrichtungen für die hydraulischen Zuleitungen
ortsfest relativ gegenüber
der Radaufhängung
oder dem Fahrzeugchassis. Die entsprechenden Hydraulikleitungen
können
dementsprechend starr verlegt werden. Anders ausgedrückt kann
auf flexible Hydraulikleitungen mit ihren bekannten Nachteilen verzichtet
werden.
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Die
Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Die
Figuren zeigen eine bevorzugte Ausführungsform und beschränken die
Erfindung nicht hierauf. In den Figuren sind jeweils gleiche Merkmale
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
im Teilausschnitt in ausgefahrener Position;
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2 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
im Teilausschnitt in eingefahrener Position;
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3 zeigt
die Vorrichtung gemäß 1, angeordnet
an einer Feder-Dämpfer-Einheit;
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4 zeigt
die Vorrichtung gemäß 2, angeordnet
an einer Feder-Dämpfer-Einheit;
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5 zeigt
eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der erfindungsgemäßen Höhenverstellung.
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Höhenverstellung
umfassend die Zylindereinrichtung 1 und die Kolbeneinrichtung 2,
angeordnet am Stützrohr 5.
Das Stützrohr 5 kann
als eigenständiges
Bauteil vorhanden sein oder durch den Dämpfer der Feder-Dämpfer-Einrichtung gebildet sein.
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Die
dargestellte Ausführungsform
zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Höhenverstellung angeordnet
unterhalb der Feder. Bei einer Anordnung oberhalb der Feder ist
die Vorrichtung entsprechend zu drehen.
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Die
Kolbeneinrichtung 2 umgibt das Stützrohr 5 ringförmig. In
der dargestellten Ausführungsform
ist die Kolbeneinrichtung 2 mit dem Stützrohr einstückig ausgeführt. In
weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Kolbeneinrichtung
als eigenständige
Baugruppe ausgeführt
sein, die formschlüssig
mit dem Stützrohr 5 verbunden
ist. Geeignete Mittel hierzu sind dem Fachmann bekannt und umfassen
z.B. Festklemmen oder Schweißen.
Erfindungswesentlich ist dabei allein, dass die Kolbeneinrichtung 2 keine
Bewegung relativ zum Stützrohr 5 ausführen kann,
sowie eine hinreichende Abdichtung zwischen dem Stützrohr 5 und
der Kolbeneinrichtung 2 zur Vermeidung von Verlusten von
Hydraulikflüssigkeit.
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In
der zeichnerischen Darstellung oberhalb der Kolbeneinrichtung 2 ist
die Zylindereinrichtung 1 angeordnet. Die Zylindereinrichtung 1 hat
die Form einer Hülse
mit einem Querschnitt in Form eines auf dem Kopf stehenden L-Profils.
Die Zylindereinrichtung 1 ist ebenfalls kreisförmig um
das Stützrohr 5 angeordnet.
Der Basisschenkel 11 schließt an die Außenfläche 5a des
Stützrohres 5 an
und ist gleitend auf diesem beweglich. Der Längsschenkel 12 der
Zylindereinrichtung 1 erstreckt sich in Richtung der Kolbeneinrichtung 2 und
schließt
mit dieser beweglich auf der Außenseite 2a der
Kolbeneinrichtung 2 ab.
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Die
Oberseite des Kolbens 2, die Außenseite des Stützrohres 5a sowie
die Innenseiten der Zylindereinrichtung 1 bilden die Kammer 6.
Die Zylindereinrichtung 1 ist in Richtung der Längsachse
des Stützrohres 5 beweglich.
Gegebenenfalls kann der Hub, d.h. der Weg der Zylindereinrichtung
durch mechanische Stopper (nicht gezeigt) beschränkt werden. Die Kontaktflächen zwischen
dem Basisschenkel 11 und der Außenseite des Stützrohres 5a sowie der
Außenseite
der Kolbeneinrichtung 2 und der Innenseite des Längsschenkels 12 können mit
Dichteinrichtungen 4 abgedichtet sein. Geeignete Dichteinrichtungen
sind z.B. sogenannte O-Ringe.
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Die
Zylindereinrichtung 1 weist an ihrem oberen Ende, d.h.
kopfseitig, eine umlaufende Federaufnahme 8 zur Aufnahme
und Führung
der Feder 20 auf. In der dargestellten Ausführungsform
ist die Federaufnahme 8 in Form einer Sicke ausgeführt, in
die sich die Feder 20 einlegen kann. In einer nicht dargestellten
Ausführungsform
kann die Federaufnahme 8 am flankenseitig des Längsschenkels 12 angeordnet sein.
In dieser Ausführungsform
läuft die
Feder teilweise um die Außenseite
der Zylindereinrichtung 1 um. Die zuletzt genannte Ausführungsform
weist den Vorteil auf, dass die Bauhöhe der Feder-Dämpfer-Einrichtung
verringert werden kann, ohne Verringerung des Federweges, bzw. der
Federlänge.
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Optional
kann die Zylindereinrichtung 1 außen umlaufend eine Hülse 9 aufweisen.
Die Hülse 9 ist
nicht erfindungswesentlich und dient allein dem Schutz oder der
Verzierung.
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Die
Kolbeneinrichtung 2 weist im Weiteren einen Kanal 3 auf,
der sich längs
durch die Kolbeneinrichtung 2 erstreckt. Am der Zylindereinrichtung 1 abseitigen
Ende geht der Kanal 3 in Anschlusseinrichtungen 7 für Hydraulikleitungen
(nicht gezeigt) über.
Der Kanal 3 ist hinreichend lang, um die Anschlusseinrichtung 7 soweit
zu beabstanden, dass die Zylindereinrichtung 1 vollständig eingefahren werden
kann.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform kann
der Kanal 3 in die Wandung des Stützrohres 5 gelegt
sein. Einzige Einschränkung
hierfür
ist eine hinreichende Wandstärke
des Stützrohres
oder der Wandung der Dämpfereinrichtung.
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2 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
in eingefahrenem Zustand. Die Zylindereinrichtung 1 ist
vollständig
auf die Kolbeneinrichtung 2 abgesenkt. Anders ausgedrückt ist
die Kolbeneinrichtung 2 vollständig in die Zylindereinrichtung 1 eingefahren.
Das Volumen der Kammer 6 ist damit minimiert. Zum Einfahren
wird die Hydraulikflüssigkeit aus
der Kammer 6 abgelassen oder abgezogen, wobei diese durch
den Kanal 3 aus der Kammer 6 ausströmt. Die
Zylindereinrichtung 1 bewegt sich dabei gleitend auf die
feststehende Kolbeneinrichtung 2 zu. Hierzu gleitet die
kontaktierende Oberfläche
des Basisschenkels 11 der Zylindereinrichtung 1 auf
der Außenfläche 5a des
Stützrohres 5 sowie
die Innenseite des Längsschenkels 12 der
Zylindereinrichtung 1 auf der Außenseite der Kolbeneinrichtung 2.
Zum Ausfahren der Zylindereinrichtung 1 wird Hydraulikflüssigkeit
durch den Kanal 3 in die Kammer 6 gepresst, wodurch
sich das Kammervolumen vergrößert und die
Zylindereinrichtung 1 ausgefahren wird.
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Geeigneter
Weise ist die Kammer 6 als durchgehende Ringkammer ausgebildet.
In dieser Ausführungsform
kann die um das Stützrohr 5 umlaufende
Ringkammer 6 mittels nur eines Kanals 3 mit Hydraulikflüssigkeit
beschickt werden. In weiteren Ausführungsformen ist die Unterteilung
der Kammer 6 in zwei oder mehr Einzelkammern möglich. Bei
einer Unterteilung in zwei Kammern hat die Kammer 6 jeweils
die Form einer Halbschale umlaufend um das Stützrohr 5. Bei der
zuletzt genannten Ausführungsform
ist der Kanal 3 mit einer Abzweigung zu gestalten, die
die Beschickung der beiden Kammern 6 mit Hydraulikflüssigkeit
ermöglicht.
Bei der Aufteilung in drei oder mehr Kammern ist entsprechend zu
verfahren.
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3 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
in der Arbeitsstellung gemäß 1,
eingebaut in eine Feder-Dämpfer-Einrichtung.
Die Feder 20 liegt in der Federaufnahme 8 auf,
die sich in der dargestellten Ausführungsform am kolbenabseitigen Ende
der Zylindereinrichtung 1 angeordnet ist. Das Stützrohr 5 umfasst
die Dämpfereinrichtung 21.
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Die 4 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
in der Arbeitsstellung gemäß 2,
ebenfalls mit der Feder 20 sowie der Dämpfereinrichtung 21 entsprechend 3.
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Die
Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann durch jeden geeigneten bekannten hydraulischen Geber erfolgen.
Unter hydraulischem Geber wird im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zur
Erzeugung von hydraulischem Druck und Förderung von Hydraulikflüssigkeiten
verstanden, beispielsweise eine Pumpe. Geeigneter Weise werden die
erfindungsgemäßen Vorrichtungen
zur Höhenverstellung
eines Fahrzeuges durch eine zentrale Gebereinheit gesteuert. Gegebenenfalls
unter Wirkung von Ventilen, die eine individuelle Ansteuerung der
jeweiligen im Fahrzeug verbauten erfindungsgemäßen Höheneinstellungsvorrichtungen
ermöglicht. Zweckmäßig ist
die Zusammenfassung von Gruppen von Höhenverstelleinrichtungen. Im
Sinne der vorliegenden Beschreibung werden hierbei beispielsweise als
Gruppe die Höhenverstelleinrichtungen
verstanden, die einer Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist. Ebenfalls
können
schaltungstechnisch alle Höhenverstelleinrichtungen
als Gruppe zusammengefasst werden, die einer Spur des Fahrzeuges
zugehörig sind.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann jeder individuellen Höhenverstelleinrichtung
im Fahrzeug eine eigenständige
Gebereinheit zugeordnet werden. Die Ansteuerung und gegebenenfalls
Zusammenfassung in gemeinsam ansteuerbare Gruppen erfolgt dann mittels
elektrischer Ansteuerung der Gebereinheiten.
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Aus
der Möglichkeit
der individuellen oder gruppenweisen Ansteuerung der Höhenverstelleinrichtung
jeder einzelnen Feder-Dämpfer-Einheit
ergeben sich weitere Vorteile. So besteht die Möglichkeit bei Kurvenfahrt die
Höhenverstelleinrichtungen, zugeordnet
zu den kurvenaußenseitigen
Rädern
des Fahrzeuges, individuell oder als Gruppe anzusteuern und auszufahren.
Das Ausfahren der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Höhenverstellung
allein auf der kurvenäußeren Seite
führt zu
einer Verringerung des Kurvennickens, d.h. des Abkippens des Fahrzeuges
in Richtung der Kurvenaußenseite,
und stabilisiert damit die Fahreigenschaften des Fahrzeuges. Insbesondere
kommen hierbei die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tragen,
dass weder die Eigenschaften des Dämpfers noch der Feder durch
die Wirkung der Höhenverstelleinrichtung
verändert
oder beeinträchtigt
werden.
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Entsprechendes
gilt zur Verringerung des Brems- oder Anfahrtnickens. Unter Bremsnicken
versteht man das Eintauchen des Fahrzeuges in die Federn beim Bremsen.
Durch individuelle oder gruppenmäßige Ansteuerung
der Höhenverstelleinrichtung
auf der oder den Vorderachsen des Fahrzeuges wird dieses beim Bremsen
auf der oder den Vorderachsen angehoben und das Bremsnicken verringert. Eine
Stabilisierung der Fahreigenschaften des Fahrzeuges sind die Folge.
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Die
zuvor genannten Maßnahmen
des Anhebens der Höhenverstellung
auf der eintauchenden Seite des Fahrzeuges kann gegebenenfalls koordiniert
werden durch ein Absenken der Höhenverstellung
auf der gegenüberliegenden
Seite des Fahrzeuges. Beim Beispiel des Bremsnickens bedeutet dies, dass
das Fahrzeug auf der oder den Hinterachsen mittels der erfindungsgemäßen Höhenverstellung abgesenkt
wird. Die Maßnahmen
des Anhebens und/oder Absenkens des Fahrzeuges können koordiniert oder einzeln
durchgeführt
werden. So ist zur Verhinderung des Bremsnickens auch die alleinige Maßnahme des
Absenkens auf der Hinterachse möglich.
Entsprechend ist bei dem Seitenkippen oder Anfahrnicken zu handeln.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann in dem Hydraulikleitungssystem zwischen
Geber und Höhenverstelleinrichtung
ein Reservoir angeordnet sein. 5 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der zwei Höhenverstelleinrichtungen 23 durch
einen hydraulischen Geber 24 gesteuert werden. Im Hydraulikleitungssystem 26 ist
ein druckbeaufschlagtes Reservoir 25 angeordnet. Das druckbeaufschlagte
Reservoir 25 umfasst eine Gasblase, insbesondere eine Luftblase
sowie gegebenenfalls Hydraulikflüssigkeit.
Bekannter Maßen
ist Hydraulikflüssigkeit
nicht oder nur geringfügig
kompressibel. Infolgedessen werden harte Schläge, die im Fahrbetrieb auf
die Feder-Dämpfer-Einheit
ausgeübt
werden und damit auch auf die erfindungsgemäße Höhenverstelleinrichtung wirken unmittelbar
an das gesamte Hydrauliksystem weitergegeben. Das Reservoir 25,
enthaltend eine Gasblase fängt
derartige Schläge
auf. Im Augenblick des Schlages wird Hydraulikflüssigkeit aus der Höhenverstelleinrichtung durch
das Leitungssystem in das Reservoir 25 gepresst, wobei
die Gasblase innerhalb des Reservoirs 25 komprimiert wird
und damit innerhalb des Leitungssystems auftretende Kraftspitzen,
Druckspitzen auffängt.
Unmittelbar anschließend
expandiert die Gasblase wieder und fördert die Hydraulikflüssigkeit zurück in die
Höhenverstelleinrichtung.
Geeigneter Weise sind in dem Reservoir 25 die Hydraulikflüssigkeit
und die Gasblase mechanisch getrennt, z.B. durch einen Schwimmer
oder Einfassen der Gasblase in eine Folie.
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Das
Reservoir 25 übt
demnach eine Sicherheitsfunktion gegenüber Spitzenbrücken im
Hydrauliksystem aus. Darüber
hinaus kann es sich vorteilhaft auf die Dämpfungseigenschaften der Feder-Dämpfer-Einheit
auswirken. Die genannte Ausführungsform
mit Reservoir 25, einschließend eine Gasblase verfügt bei geeigneter
Auslegung über
Eigenschaften einer Luftdämpfung.
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Geeignete
Hydraulikdrücke
innerhalb des Hydrauliksystems, mit oder ohne Reservoir 25 betragen
25 bis 35 bar.
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- 1
- Zylindereinrichtung
- 2
- Kolbeneinrichtung
- 3
- Kanal
- 4
- Dichtungen
- 5
- Stützrohr
- 5a
- Außenseite
des Stützrohres
- 6
- Kammer
- 7
- Hydraulikanschluss
- 8
- Federaufnahme
- 9
- Hülse
- 11
- Basisschenkel
- 12
- Längsschenkel
- 20
- Feder
- 21
- Dämpfereinrichtung
- 23
- Höhenverstelleinrichtung
- 24
- Gebereinheit
- 25
- Reservoir
- 26
- Hydraulikleitung