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Die
Erfindung betrifft einen Federträger eines an einer Karosserie
eines Fahrzeuges befestigten Federbeins gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des
Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen,
dass die Motor-Getriebe-Einheit bzw. deren Gehäuse und
das Axiallager eine Baueinheit bilden.
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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.
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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.
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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.
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Besonders
vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung,
die sich dadurch auszeichnet, dass der Spindeltrieb als Kugelgewindespindel
ausgebildet ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005053493
B4 [0003]
- - DE 10237644 A1 [0004]
- - DE 102007026606 A1 [0005]
