DE102009027715A1

DE102009027715A1 - Federträger eines an einer Karosserie eines Fahrzeuges befestigten Federbeins

Info

Publication number: DE102009027715A1
Application number: DE102009027715A
Authority: DE
Inventors: Markus Renninger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-01-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Federträger (1) eines an einer Karosserie (21) eines Fahrzeuges befestigten Federbeins (27) zur Abstützung einer zwischen zwei Federtellern (3, 4) verspannten Schraubenfeder (2), mit einem Stoßdämpfer (5) mit einem Stoßdämpferrohr (6) und einer Kolbenstange (7), wobei das Stoßdämpferrohr (6) zumindest teilweise konzentrisch innerhalb der Schraubenfeder (2) angeordnet ist und wobei mindestens ein Federteller (4) mittels einer Motor-Getriebe-Einheit (17) mit elektrischem Antriebsmotor (18), Getriebe und Abtriebswelle (19) über einen Spindeltrieb (28) axial verstellbar ist.
Zur Erziehlung eines besonders Platz sparenden Aufbaus ist vorgesehen, dass die Abtriebswelle (19) der Motor-Getriebe-Einheit (17) koaxial zur Längsachse der Kolbenstange (7) angeordnet sowie mit dem oberen Ende (16) der Kolbenstange (7) drehfest verbunden ist, dass der Spindeltrieb (28) aus einer mit der Kolbenstange (7) wirkverbundenen Spindel (10) und aus einer mit einem Federteller (4) verbundenen Spindelmutter (12) besteht, und dass eine Kugelrille (11) der Spindel (10) des Spindeltriebs (28) direkt in den Außenmantel (29) der Kolbenstange (7) des Stoßdämpfers (5) eingeformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Federträger eines an einer Karosserie eines Fahrzeuges befestigten Federbeins gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur schwingungstechnischen Abkoppelung des Fahrzeugaufbaus von der Fahrbahn werden in Kraftfahrzeugen üblicherweise Schwingungsdämpfer mit Schraubenfedern verwendet. Nachteilig ist deren statische Einfederung unter Last, welche die Niveaulage des Fahrzeuges in ungewünschter Weise verändert. Um dem entgegen zu wirken, sind Niveauregelsysteme mit Vorrichtungen zur Fußpunktverstellung der Tragfeder bekannt. Diese verwenden üblich einen Spindeltrieb zur Höhenverstellung der Federauflage. Dieser benötigt jedoch einen zusätzlichen Bauraum und verhindert bei einigen Varianten die Verwendung an einem Federbein, da hier der für den Verstellmechanismus notwendige Bauraum von der Kolbenstange eines hydraulischen Stossdämpfers beansprucht wird.
Aus der DE 10 2005 053 493 B4 ist ein gattungsgemäßes aktives Federbein mit einer Höhenverstelleinrichtung bekannt, wobei die über einen elektromotorischen Aktuator angetriebene Gewindespindel eines Kugelgewindetriebes über zwei Wälzlager auf einer aufbaufesten Führungshülse drehbar sowie axial unverschiebbar gelagert ist und eine Kugelgewindemutter axial verstellt, die wiederum den verstellbaren Federteller der Tragfeder der Radaufhängung höhenverstellt. Zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem aktiven Federbein ist ein elastomeres Dämpferlager angeordnet, welches hochfrequente Schwingungen eliminiert, die ansonsten von der Fahrbahn über das Fahrwerk in den Aufbau gelangen würden. Außerdem werden Fahrbahnstöße abgemildert, wie beispielsweise bei einer Überfahrt von Hindernissen und Schlechtwegestrecken, Schlaglöcher etc. Das Dämpferlager ist daher nach speziellen Kennlinien ausgelegt, etwa einer progressiven Federkennlinie, wodurch sich das Dämpferlager bei zunehmendem Federweg verhärtet. Ein als Elektromotor ausgebildeter Aktuator ist koaxial um die Kugelgewindemutter angeordnet, welche ihrerseits koaxial um die aufbaufeste Führungshülse angeordnet ist.
Eine ähnliche technische ist der DE 102 37 644 A1 bekannt, bei welcher ein Federträger einen axial beweglichen Federteller aufweist, welcher als Spindelmutter eines Spindeltriebes ausgebildet ist. Die Spindelmutter wirkt mit einer Spindel zusammen, welche in eine Führungshülse eingeformt ist. Innerhalb der Führungshülse ist ein oberes Ende einer Kolbenstange angeordnet.
Aus der DE 10 2007 026 606 A1 ist ein weiteres höhenverstellbares Federlager bekannt, bei welchem ein unterer Federteller als Spindelmutter ausgebildet ist, welche koaxial um eine Spindelhülse angeordnet ist, welche ihrerseits koaxial um ein Stossdämpferrohr eines Stossdämpfers angeordnet ist. Ein als elektrischer Motor ausgebildeter Aktuator ist achsparallel zum Stossdämpferrohr neben diesem angeordnet. Eine Abtriebswelle des Motors ist mit einem Ritzel versehen, welches im Zahneingriff mit einem Zahnkranz an der Gewindespindel ist. Dadurch, dass der Motor und das verstellbare Federlager auf der Seite des ungefederten Radträgers angeordnet sind, sollen besondere Maßnahmen zur Aufnahme des Federlagers und des Aktuators am Fahrzeugaufbau entfallen.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist der einen vergleichsweise großen Bauraum benötigende Aufbau des Spindeltriebes und der zugeordneten Motor-Getriebe-Einheit, so dass sich die bekannten Lösungen nicht oder zumindest nur sehr eingeschränkt für als McPherson-Federbeine ausgebildete Federbeine verwenden lassen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Federträger eines an einer Karosserie eines Fahrzeuges sowie an einem Radträger befestigten Federbeins zu schaffen, dessen Spindeltrieb besonders kompakt aufgebaut ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass die Kolbenstange selbst als Spindel ausgebildet ist, und dass die Abtriebswelle der Motor-Getriebe-Einheit in Verlängerung der Längsachse der Kolbenstange mit dem oberen Ende der Kolbenstange drehfest verbunden ist.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Federträger eines an einer Karosserie eines Fahrzeuges befestigten Federbeins zur Abstützung einer zwischen zwei Federtellern verspannten Schraubenfeder, mit einem Stossdämpfer mit einem Stossdämpferrohr und einer Kolbenstange, wobei das Stossdämpferrohr zumindest teilweise konzentrisch innerhalb der Schraubenfeder angeordnet ist, und wobei mindestens ein Federteller mittels einer Motor-Getriebe-Einheit mit elektrischem Antriebsmotor, Getriebe und Abtriebswelle über einen Spindeltrieb axial verstellbar ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung außerdem vor, dass die Abtriebswelle der Motor-Getriebe-Einheit koaxial zur Längsachse der Kolbenstange angeordnet sowie mit dem oberen Ende der Kolbenstange drehfest verbunden ist, dass der Spindeltrieb aus einer mit der Kolbenstange wirkverbundenen Spindel und aus einer mit einem Federteller verbundenen Spindelmutter besteht, und dass eine Kugelrille der Spindel des Spindeltriebs direkt in den Außenmantel der Kolbenstange des Stossdämpfers eingeformt ist.
Auf diese Weise ist ein Federträger der eingangs genannten Art geschaffen, bei dem der Spindeltrieb zur Fußpunktverstellung eines der Federteller besonders kompakt aufgebaut ist, so dass er sich ohne weiteres sogar in ein McPherson-Federbein integrieren lässt. Die Erfindung wendet sich ganz bewusst von herkömmlichen technischen Lösungen ab, bei welchen der Spindelantrieb bzw. die Motor-Getriebe-Einheit koaxial bzw. konzentrisch oder achsparallel um den Stossdämpfer bzw. um die Kolbenstange des Stossdämpfers herum angeordnet sind. Nunmehr sind der Spindeltrieb und die Motor-Getriebe-Einheit besonders eng an das Federbein angelegt.
Ein besonderer Vorteil ist der einfache Systemaufbau, da die bereits vorhandene Kolbenstange als Spindel genutzt wird, es also nunmehr keiner zusätzlichen Teile bedarf, welche den Gesamtaufbau unnötig voluminös werden lassen und die Herstellkosten erhöhen. Das erfindungsgemäße System lässt daher eine besonders Platz sparende Integration an einem Federbein zu.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der obere Federteller eine zentrale Bohrung aufweist, durch welche ein außerhalb des Stoßdämpferrohrs angeordneter Bereich der Kolbenstange berührungsfrei hindurch geführt ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass die Spindelmutter an der Unterseite des oberen Federtellers befestigt ist. Alternativ ist auch eine Befestigung oberhalb des Federtellers denkbar.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Gehäuse der Motor-Getriebe-Einheit und einer Stirnfläche der Kolbenstange ein Axiallager angeordnet ist, mit einem an der Motor-Getriebe-Einheit angeordneten Lageraußenring und einem an der Stirnfläche des oberen Endes der Kolbenstange angeordneten Lagerinnenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind.
Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass die Motor-Getriebe-Einheit bzw. deren Gehäuse und das Axiallager eine Baueinheit bilden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Motor-Getriebe-Einheit bzw. deren Gehäuse über eine elastische Lagerung mit der Karosserie verbunden ist. Diese Ausgestaltung lässt sich auch noch dadurch ergänzen, dass die elastische Lagerung die Motor-Getriebe-Einheit zumindest teilweise koaxial umgreift. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die elastische Lagerung als Gummi-Metall-Verbundteil ausgebildet ist.
In jedem Fall sind das Axiallager und/oder die elastische Lagerung so ausgebildet, dass auf diese einwirkende Kräfte problemlos in Richtung zum Radträger bzw. zur Karosserie des Fahrzeugs weiter geleitet werden können.
Hinsichtlich der Motor-Getriebe-Einheit ist es vorteilhaft, wenn diese zumindest im Bereich des Getriebes selbsthemmend ausgebildet ist, so dass die notwenigen Haltekräfte zum Halten der gerade vorliegenden Verstellposition minimiert sind.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass der Spindeltrieb als Kugelgewindespindel ausgebildet ist.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federträgers in einem Teillängsschnitt.
Demnach ist in der einzigen Zeichnungsfigur ein Federträger 1 eines McPherson-Federbeins dargestellt, welcher zur Aufnahme einer Schraubenfeder 2 dient. Diese Schraubenfeder 2 stützt sich endseitig an zwei Federtellern 3, 4 ab. Koaxial innerhalb der Schraubenfeder 2 ist ein an sich bekannter hydraulischer Stossdämpfer 5 mit einer oszillierend axial in ein Stossdämpferrohr 6 eintauchenden Kolbenstange 7 angeordnet.
Ein unterer Federteller 3 ist außen am Stossdämpferrohr 6 angeordnet und fest mit diesem verbunden. Die Schraubenfeder 2 stützt sich oben gegen einen oberen Federteller 4 ab. Der obere Federteller 4 weist eine zentrale Bohrung 8 auf, welche alternativ auch außermittig angeordnet sein kann und durch welche ein außerhalb des Stoßdämpferrohres 6 angeordneter, sozusagen freier Bereich 9 der Kolbenstange 7 berührungsfrei hindurch geführt ist. Dieser freier Bereich 9 der Kolbenstange 7, welcher außerhalb des Stossdämpferrohres 6 angeordnet ist, ist als Spindel 10 ausgebildet und weist an seinem Außenumfang eine schraubenförmig ausgebildete Kugelrille 11 auf. Eine Spindelmutter 12 ist über Kugeln 13 drehbar auf der Spindel 10 gelagert. Die Kugeln 13 wälzen sich einerseits in der schraubenförmigen Kugelrille 11 und andererseits in einer dazu korrespondierenden, am Innenumfang der Spindelmutter 12 angeformten schraubenförmigen Kugelrille 14 in bekannter Weise ab. Die Spindelmutter 12 ist außerdem drehfest mit einer Unterseite 15 des oberen Federtellers 4 verbunden.
Wenn die Kolbenstange 7 durch die einer Motor-Getriebe-Einheit 17 in Rotation versetzt wird, bewegt sich der obere Federteller 4 je nach Drehrichtung der Kolbenstange 7 in Bezug auf das Stossdämpferrohr 6 nach oben oder nach unten, welches durch einen Doppelpfeil in der Figur angedeutet ist. Um die Kolbenstange 7 in Rotation versetzen zu können, ist ein oberes Ende 16 der Kolbenstange 7 mit einer Motor-Getriebe-Einheit 17 drehfest verbunden. Die Motor-Getriebe-Einheit 17 besteht aus einem elektrischen Antriebsmotor 18, einem nicht näher dargestellten Getriebe, einem Gehäuse sowie aus einer Abtriebswelle 19, welche drehfest mit dem oberen Ende 16 der Kolbenstange 7 verbunden ist.
Die Motor-Getriebe-Einheit 17 ist in Verlängerung der Längsachse der Kolbenstange 7 über dieser angeordnet und über eine elastische Lagerung 20 mit einer nur angedeuteten Karosserie 21 eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die elastische Lagerung 20 koaxial um das Gehäuse der Motor-Getriebe-Einheit 17 herum angeordnet und als Ring aus einem geeigneten Elastomer ausgebildet. Die elastische Lagerung 20 kann aber auch als ein Gummi-Metall-Verbundteil ausgebildet sein und das Gehäuse der Motor-Getriebe-Einheit 17 in einer hinsichtlich Akustik, Fahrkomfort und Funktion geeigneten Weise umfassen.
Unabhängig von der jeweiligen individuellen Konstruktion ist die elastische Lagerung 20 bzw. das Gehäuse der Motor-Getriebe-Einheit 17 jedoch so ausgebildet, dass die auf die Kolbenstange 7 einwirkenden Kräfte problemlos an die Fahrzeugkarosserie weiter gegeben werden können.
Sobald der elektrische Antriebsmotor 18 mit Strom beaufschlagt wird, treibt die Abtriebswelle 19 der Motor-Getriebe-Einheit 17 die Kolbenstange 7 zu einer Drehbewegung an. Daraus resultiert eine Linearbewegung des oberen Federtellers 4 und damit ein Anheben bzw. Absenken der Karosserie 21 des Fahrzeugs. Um die Haltekräfte zu minimieren, ist der Antrieb vorteilhafterweise selbsthemmend ausgebildet.
Ein zwischen der Motor-Getriebe-Einheit 17 und der Kolbenstange 7 angeordnetes Axiallager 22 nimmt auftretende Vertikalkräfte auf. Das Axiallager 22 besteht aus einem mit der Motor-Getriebe-Einheit 17 verbundenen oder am Gehäuse der Motor-Getriebe-Einheit 17 aufliegenden Lageraußenring 23 und aus einem mit einer Stirnfläche 24 des oberen Endes 16 der Kolbenstange 7 verbundenen oder dort aufliegenden Lagerinnenring 25, zwischen denen Wälzkörper 26 in Form von Lagerkugeln oder Rollen angeordnet sind. Die Motor-Getriebe-Einheit 17 und das Axiallager 22 bilden eine kompakte Einheit, die über die elastische Lagerung 20 mit der Karosserie 21 verbunden ist.
Die Verwendung des verstellbaren Federträgers gemäß der Erfindung an einer ungelenkten oder einer gelenkten Achse ist problemlos möglich, da die notwendige Verstellbewegung des Federbeins 27 innerhalb des durch die Spindel 10 und durch die Spindelmutter 12 gebildeten Spindeltriebes 28 erfolgt. Der Spindeltrieb 28 ist wie im Ausführungsbeispiel dargestellt als Kugelgewindespindel ausgeführt, welches eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht. Die dabei auftretende Höhenänderung am Fahrzeug ist aufgrund der geringen Einschlagwinkel der Räder vernachlässigbar.
Insgesamt ist ein besonders kompakter Aufbau eines Federbeins geschaffen, bei welchem die Mittel zur Federfußpunktverstellung der Schraubenfeder 2 sehr Platz sparend in das McPherson-Federbein integriert sind. Dies insbesondere dadurch, dass die Kugelrille 11 der Spindel 10 direkt in den Außenmantel 29 der Kolbenstange 7 des hydraulischen Stossdämpfers 5 eingeformt ist, während die Spindelmutter gemäß dem Stand der Technik als separates Rohr ausgebildet ist, welches koaxial um die Kolbenstange angeordnet ist. Der besonders kompakte Aufbau wird zudem dadurch erreicht, dass die Abtriebswelle 19 der Motor-Getriebe-Einheit 17 in axialer Verlängerung der Längsachse der Kolbenstange 7 mit dem oberen Ende 16 der Kolbenstange 7 drehfest verbunden ist.
Bezugszeichenliste

1: Federträger
2: Schraubenfeder
3: Unterer Federteller
4: Oberer Federteller
5: Stossdämpfer
6: Stossdämpferrohr
7: Kolbenstange
8: Zentrale Bohrung
9: Freier Bereich der Kolbenstange 7
10: Spindel
11: Kugelrille
12: Spindelmutter
13: Kugel
14: Kugelrille
15: Unterseite des oberen Federtellers 4
16: Oberes Ende der Kolbenstange 7
17: Motor-Getriebe-Einheit
18: Antriebsmotor
19: Abtriebswelle
20: Elastische Lagerung
21: Karosserie
22: Axiallager
23: Lageraußenring
24: Stirnfläche der Kolbenstange 7
25: Lagerinnenring
26: Wälzkörper
27: Federbein
28: Spindeltrieb
29: Außenmantel der Kolbenstange 7

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005053493 B4 [0003]
- DE 10237644 A1 [0004]
- DE 102007026606 A1 [0005]

Claims

Federträger (1) eines an einer Karosserie (21) eines Fahrzeuges befestigten Federbeins (27) zur Abstützung einer zwischen zwei Federtellern (3, 4) verspannten Schraubenfeder (2), mit einem Stossdämpfer (5) mit einem Stossdämpferrohr (6) und einer Kolbenstange (7), wobei das Stossdämpferrohr (6) zumindest teilweise konzentrisch innerhalb der Schraubenfeder (2) angeordnet ist, und wobei mindestens ein Federteller (4) mittels einer Motor-Getriebe-Einheit (17) mit elektrischem Antriebsmotor (18), Getriebe und Abtriebswelle (19) über einen Spindeltrieb (28) axial verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (19) der Motor-Getriebe-Einheit (17) koaxial zur Längsachse der Kolbenstange (7) angeordnet sowie mit dem oberen Ende (16) der Kolbenstange (7) drehfest verbunden ist, dass der Spindeltrieb (28) aus einer mit der Kolbenstange (7) wirkverbundenen Spindel (10) und aus einer mit einem Federteller (4) verbundenen Spindelmutter (12) besteht, und dass eine Kugelrille (11) der Spindel (10) des Spindeltriebs (28) direkt in den Außenmantel (29) der Kolbenstange (7) des Stossdämpfers (5) eingeformt ist.
Federträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Federteller (4) eine zentrale Bohrung (8) aufweist, durch welche ein außerhalb des Stoßdämpferrohrs (6) angeordneter Bereich (9) der Kolbenstange (7) berührungsfrei hindurch geführt ist.
Federträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (12) an einer Unterseite (15) des oberen Federtellers (4) befestigt ist.
Federträger einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse der Motor-Getriebe-Einheit (17) und einer Stirnfläche (24) der Kolbenstange (7) ein Axiallager (22) angeordnet ist, mit einem an der Motor-Getriebe-Einheit (17) angeordneten Lageraußenring (23) und einem an der Stirnfläche (24) des oberen Endes (16) der Kolbenstange (7) angeordneten Lagerinnenring (25), zwischen denen Wälzkörper (26) angeordnet sind.
Federträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Getriebe-Einheit (17) und das Axiallager (22) eine Baueinheit bilden.
Federträger einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Getriebe-Einheit (17) über eine elastische Lagerung (20) mit der Karosserie (21) verbunden ist.
Federträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Lagerung (20) die Motor-Getriebe-Einheit (17) zumindest teilweise koaxial umgreift.
Federträger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Lagerung (20) als Gummi-Metall-Verbundteil ausgebildet ist.
Federträger einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Getriebe-Einheit (17) selbsthemmend ausgebildet ist.
Federträger einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (28) als Kugelgewindespindel ausgebildet ist.