DE102009047134A1

DE102009047134A1 - Radaufhängung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009047134A1
Application number: DE200910047134
Authority: DE
Inventors: Andreas Birkheim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: DE102009047134B4

Abstract

Eine Radaufhängung für ein Fahrzeug weist ein Federsystem zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrzeugkarosserie auf, wobei das Federsystem eine Feder und eine Stelleinrichtung zur Änderung der Federsteifigkeit umfasst. Das Federsystem weist ein Federelement auf, dessen Federsteifigkeit über die Stelleinrichtung einstellbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radaufhängung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2006 059 897 A1 ist ein Federbein mit einstellbarer Federrate bekannt. Das Federbein umfasst eine Aufbaufeder sowie eine Hilfsfeder, die bedarfsweise der Aufbaufeder zugeschaltet werden kann. Hierfür ist ein Fußpunkt der Aufbaufeder mit einem verschieblich gelagerten Federteller verbunden, der eine Hydraulikkammer begrenzt, welche über eine Hydraulikleitung mit einer zweiten Hydraulikkammer verbunden ist, die der Hilfsfeder zugeordnet ist. Die zweite Hydraulikkammer ist analog zur ersten Hydraulikkammer von einem verschieblich gelagerten Federteller der Hilfsfeder begrenzt. Die die beiden Hydraulikkammern verbindende Hydraulikleitung kann mittels eines Ventils geöffnet bzw. geschlossen werden, wobei in geöffneter Stellung des Ventils die Kammern über die Hydraulikleitung strömungsverbunden sind und über das Hydraulikmedium die Federkräfte der Aufbaufeder und der Hilfsfeder in Reihe geschaltet werden. Bei geschlossenem Ventil sind dagegen die Hydraulikkammern getrennt, so dass nur die Aufbaufeder zum Tragen kommt.
Die Federsteifigkeit des Gesamtsystems ist über die Zu- und Abschaltung der in Reihe angeordneten Hilfsfeder nur zwischen zwei diskreten Werten änderbar. Über diese beiden Federsteifigkeitswerte hinaus sind keine weiteren Federsteifigkeiten einstellbar.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine Radaufhängung für ein Fahrzeug mit veränderlich einstellbarer Federsteifigkeit zu versehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße Radaufhängung für ein Fahrzeug bildet ein Federbein, über das Kräfte zwischen der Fahrzeugkarosserie bzw. dem Aufbau des Fahrzeugs und einem Bauteil übertragbar sind, welches mit einem Fahrzeugrad verbunden ist, insbesondere einem Achslenker. Das Federbein ist mit einem Federsystem zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugkarosserie versehen, welches eine Feder und eine Stelleinrichtung zur Änderung der Federsteifigkeit umfasst. Dem Federsystem ist erfindungsgemäß ein Federelement zugeordnet, dessen Federsteifigkeit bei Betätigung der Stelleinrichtung einstellbar ist.
Im Unterschied zu Ausführungen aus dem Stand der Technik wird bei dem erfindungsgemäßen Federbein mittels der Stelleinrichtung unmittelbar Einfluss auf das Federelement des Federsystems genommen mit dem Ziel, die Federsteifigkeit des Federelementes zu verändern. Beim Stand der Technik ist dagegen die Federsteifigkeit des Federelementes konstant und unveränderlich, es wird lediglich über eine Zu- und Abschaltung einer Hilfsfeder eine sprunghafte Änderung der gesamten Federrate erzielt. Beim Erfindungsgegenstand sind dagegen grundsätzlich eine Mehrzahl von Federsteifigkeitswerten möglich, die durch die Beeinflussung des Federelements einzustellen sind. Es ist grundsätzlich eine kontinuierliche Änderung der Federsteifigkeit denkbar, wobei prinzipiell auch Ausführungen mit einer Mehrzahl von diskreten, schrittweise einzustellenden Federsteifigkeitswerten möglich sind. Die Mehrzahl bzw. Vielzahl von möglichen Federsteifigkeitswerten des Federsystems erlaubt eine genauere Anpassung an die aktuelle Fahrsituation.
Die Einstellung der Federsteifigkeit kann auf verschiedene Arten erfolgen. Grundsätzlich möglich ist eine Anpassung der Federsteifigkeit über eine Positionsänderung des Federelementes und/oder über eine Beeinflussung der Materialsteifigkeit des Federelementes. Diese beiden Möglichkeiten der Einflussnahmen sind sowohl einzeln anwendbar als auch miteinander kombinierbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist das Federelement eine richtungsabhängige Federsteifigkeit auf, wobei die Position des Federelementes über die Stelleinrichtung veränderbar ist. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass nur zur Änderung der Position des Federelementes Energie aufgewandt werden muss, wohingegen nach dem Erreichen der gewünschten Zielposition und der damit verbundenen Federsteifigkeitsrate grundsätzlich kein weiterer Energieaufwand erforderlich ist. Die gewünschte Zielposition wird beispielsweise über eine Selbsthemmung der Stelleinrichtung oder des Federelements erzielt. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass über die Stelleinrichtung prinzipiell beliebige Positionsänderungen des Federelementes mit damit verbundenen Änderungen der Federsteifigkeitsrate einstellbar sind. So ist es beispielsweise möglich, einen linearen Zusammenhang zwischen Positionsänderung und Steifigkeitsänderung vorzusehen, so dass kleine Positionsänderungen eine kleine Steifigkeitsänderung und größere Positionsänderungen auch größere Steifigkeitsänderung bewirken. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, das Federelement in der Weise auszuführen, insbesondere im Hinblick auf die Geometrie und die Materialwahl des Federelementes, dass ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Positionsänderung und Steifigkeitsänderung besteht, so dass gegebenenfalls bereits kleine Positionsänderungen zu einer großen Steifigkeitsänderung führen.
Des Weiteren ist vorteilhaft, dass die Steifigkeitsänderung auf mechanischem Weg erzielt wird, wobei die erforderliche Positionsänderung vorzugsweise über einen Elektromotor oder ein elektromagnetisches Stellglied als Stelleinrichtung durchgeführt wird. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Positionsänderung mithilfe einer hydraulischen oder pneumatischen Stelleinrichtung.
Die Positionsänderung wird entweder über eine rotatorische oder eine translatorische oder eine gemischt rotatorisch-translatorische Bewegung des Federelementes durchgeführt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass das Federelement drehbar gelagert ist, so dass über die Stelleinrichtung eine Drehbewegung des Federelementes ausgelöst wird. In dieser Ausführung weist das Federelement in verschiedene radiale Richtungen unterschiedliche Federsteifigkeitswerte auf.
Die verschiedenen Federsteifigkeitswerte können entweder über die Gestaltung der Geometrie des Federelementes und/oder über die Materialwahl des Federelementes bzw. eine Beeinflussung des Materials verändert werden. Bei einer Gestaltung über die Geometrie kommen nicht-rotationssymmetrische Geometrieformen in Betracht, beispielsweise drehbar gelagerte Federringe aus Metall oder einem sonstigen Werkstoff, die an der Außenkontur und/oder der Innenkontur eine nicht-rotationssymmetrische Querschnittsform aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist der Metallring eine kreisrunde Außenfläche auf und ist mit einem Hohlraum versehen, der eine elliptische Querschnittsform aufweist, wobei in Richtung der Längsseite des elliptischen Hohlraums die Steifigkeit größer ist als in Querrichtung hierzu, so dass bei einer Drehung des Metallrings verschiedene Federsteifigkeiten wirksam werden.
Soweit die Federrate vom Material des Federelementes abhängt, können beispielsweise Materialien mit verschiedenen Federraten in verschiedene Richtungen eingesetzt werden, beispielsweise Materialien mit isotroper Faserausrichtung. Auch in diesem Fall wird über eine Positionsänderung des Federelementes eine Änderung der Federsteifigkeit erreicht.
Des Weiteren ist es möglich, durch Einflussnahme auf das Material eine Änderung der Federsteifigkeit zu erzielen, insbesondere durch Einleiten eines Fluids in einen Hohlraum im Federelement bzw. durch Auslassen des Fluids. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, wobei grundsätzlich auch eine Befüllung mit gasförmigen Fluiden in Betracht kommt, die insbesondere mit Überdruck in den Hohlraum im Federelement eingeleitet werden. Auch die Geometrie des Hohlraums beeinflusst die Federsteifigkeit, ebenso wie das den Hohlraum umschließende Material des Federelementes. Die Einleitung des Fluids wird vorzugsweise über eine hydraulische oder gegebenenfalls pneumatische Stelleinrichtung durchgeführt, wobei im Rahmen der Erfindung auch elektrische bzw. elektromotorische Stelleinrichtungen in Betracht kommen, beispielsweise elektrisch betriebene Pumpen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass mindestens ein Federelement zwischen zwei Trägerplatten angeordnet ist, wobei eine Trägerplatte mit einem radfesten Bauteil und die gegenüberliegende Trägerplatte mit der Fahrzeugkarosserie bzw. einem damit verbundenen Bauteil verbunden ist. Zwischen den Trägerplatten befindet sich das Federelement, dessen Steifigkeit durch Änderung der Position zwischen den Federplatten und/oder durch Einflussnahme über Befüllen mit einem Fluid änderbar ist. Die Positionsänderung wird beispielsweise dadurch erzielt, dass das Federelement drehbar zwischen den Trägerplatten gelagert ist und über eine Betätigung der Stelleinrichtung um seine Drehachse verdreht wird. Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass eine der Trägerplatten drehbar gelagert und über eine Betätigung der Stelleinrichtung zwischen verschiedenen Winkelpositionen verstellbar ist, wobei die Verstellbewegung der Trägerplatte auch zu einer Verstellbewegung des Federelementes und damit einhergehend zu einer Änderung der Federrate führt.
Als Material für das Federelement kommt sowohl Metall als auch Gummi oder gummiähnliches Material in Betracht. Im Falle einer Ausführung aus Metall besteht die Änderung der Federrate zweckmäßigerweise in erster Linie in einer Positionsänderung des Federelementes, das in verschiedene Richtungen unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweist. Bei einer Ausführung als Gummi oder einem sonstigen elastisch oder plastisch nachgiebigen Material kann die Änderung der Federsteifigkeit sowohl in einer Positionsänderung des Federelementes als auch über Befüllen mit einem Fluid erzielt werden.
Die Steifigkeitsänderung durch Befüllen mit einem Fluid hat den Vorteil, dass die Position des Federelementes für eine Änderung der Federsteifigkeitsrate nicht verändert werden muss.
Bei dem Federelement handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil einer Hilfsfeder, die zusätzlich zu der Aufbaufeder vorgesehen ist und entweder in Reihe oder parallel zu der Aufbaufeder angeordnet ist. Grundsätzlich möglich ist es aber auch, das Federelement als Bestandteil der Aufbaufeder auszuführen, was den Vorteil birgt, dass auf eine Hilfsfeder grundsätzlich verzichtet werden kann.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Gesamtsystemaufbaus in einem Fahrzeug mit Federbeinen bzw. -aufhängungen für jedes Fahrzeugrad, wobei jedes Federbein mit einem Federsystem versehen ist, dessen Federsteifigkeit einstellbar ist,
2 in Einzeldarstellung ein Federbein eines Fahrzeugs mit einer Reihenschaltung von einer Aufbaufeder und einer Hilfsfeder einschließlich einer der Hilfsfeder zugeordneten Stelleinrichtung,
3 eine Darstellung eines Federbeins mit Parallelschaltung von Aufbaufeder und Hilfsfeder einschließlich Stelleinrichtung,
4, 5 eine Prinzipdarstellung eines Federelementes, das als Metallring ausgeführt und mit einem elliptischen Hohlraum versehen ist, dargestellt in verschiedenen Winkelpositionen,
6, 7 ein Federelement, bestehend aus Gummi, mit zwei parallel angeordneten, elliptischen Hohlräumen, jeweils in unterschiedlicher Winkelausrichtung dargestellt,
8 ein Federelement aus Gummiwerkstoff, das mit Hohlräumen versehen ist, welche über ein Stellventil mit Fluid befüllbar sind,
9 eine Ansicht einer Hilfsfeder, bestehend aus einer Mehrzahl scheibenförmiger Federelemente zwischen zwei Trägerplatten,
10 eine Hilfsfeder mit insgesamt drei parallel angeordneten Trägerplatten, zwischen denen jeweils Federelemente angeordnet sind,
11 eine Hilfsfeder mit einer Darstellung der drehbaren Lagerung der scheibenförmigen Federelemente,
12 eine Hilfsfeder mit zwei Trägerplatten, wobei eine Trägerplatte drehbar gelagert ist,
13 eine Hilfsfeder mit einem Ausgleichsmechanismus, um die durch die geänderte Federsteifigkeit bedingte Längenänderung der Hilfsfeder zu kompensieren,
14, 15, 16 ein Federelement, das als Gummielement ausgeführt ist und in das Hohlräume eingebracht sind, welche hohl (14, 15), bzw. gefüllt (16) sind,
17 eine Aufbaufeder in Spiralform mit windungsparallelen Einlageelementen, welche als Federelemente mit einstellbarer Federsteifigkeit ausgeführt sind,
18 das Einlageelement aus 17 in vergrößerter Einzeldarstellung einschließlich einer Stelleinrichtung zum Befüllen von Hohlräumen in dem Federelement.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen verstehen.
Das in 1 schematisch dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist an jedem Fahrzeugrad 3 ein Federbein 2 auf, welches Kräfte des Aufbaus bzw. der Fahrzeugkarosserie 4 auf das jeweilige Rad 3 überträgt. Das Federbein 2 weist zwischen der Fahrzeugkarosserie 4 und einem radfest angeordneten Radlenker 8 eine Aufbaufeder 6 auf, welche Teil eines Federsystems 5 ist, wobei dem Federsystem 5 zusätzlich zur Aufbaufeder 6 ein Stellsystem 7 zur Veränderung der Federsteifigkeitsrate des Federsystems 2 zugeordnet ist. Das Stellsystem 7 umfasst insbesondere eine Stelleinrichtung sowie ein Federelement, welches von der Stelleinrichtung zur Veränderung der Federsteifigkeit des Federelementes beaufschlagt wird. Des Weiteren ist ein Dämpfungsglied 9 zwischen dem Aufbau 4 und dem Radlenker 8 parallel zur Aufbaufeder 6 angeordnet.
Über ein Regel- bzw. Steuergerät 10, welches Signale von einer fahrzeugeigenen Sensorik 11 empfängt, werden Stellsignale zur Beaufschlagung der Stelleinrichtung im Stellsystem 7 generiert.
In 2 ist ein Federbein 2 in Einzeldarstellung gezeigt. Die Aufbaufeder 6 und das Stellsystem 7 sind in Reihe geschaltet, wobei ein Fußpunkt der Aufbaufeder 6 unmittelbar mit dem Radlenker 8 verbunden und das Stellsystem 7 zwischen dem gegenüberliegenden Fußpunkt der Aufbaufeder und der Karosserie 4 angeordnet ist.
In 3 ist eine Parallelanordnung von Aufbaufeder 6 und Stellsystem 7 dargestellt, welches unmittelbar mit dem Radlenker 8 sowie der Fahrzeugkarosserie 4 verbunden ist.
Sowohl in 2 als auch in 3 ist parallel zur Aufbaufeder 6 das Dämpfungsglied 9 zwischen dem Radlenker 8 und der Fahrzeugkarosserie 4 angeordnet.
In den 4 und 5 ist jeweils ein Federelement 12 in Einzeldarstellung gezeigt, dessen Federsteifigkeit durch eine Positionsänderung des Federelementes einstellbar ist. Das Federelement 12 ist als Metallring ausgeführt und um eine Drehachse 13 drehbar gelagert, wobei im Inneren des Metallringes ein elliptischer Hohlraum 14 gebildet ist. In 4 ist mit Pfeil 15 die Belastungsrichtung dargestellt, in die das Federelement 12 mit einer Kraft belastet wird. In der Position gemäß 4 erfolgt die Belastung in Richtung der Längsachse des elliptischen Hohlraums 14, wohingegen in 5 die Belastung quer zur Längsachse, also in Querrichtung des Hohlraumes 14 erfolgt. Die Federsteifigkeit des Federelementes 12 ist bei einer Belastung in Richtung der Längsachse des Hohlraumes 14 größer als in Querrichtung. Somit ist über eine Positionsänderung des Federelementes 12 durch Verschwenken um die Drehachse 13 eine Änderung der Federsteifigkeit durchführbar. Die maximale Änderung der Steifigkeit ergibt sich bei einem Verschwenken des Federelementes um 90°. Bei kleineren Winkeländerungen ist auch nur eine kleinere Änderung der Federsteifigkeit gegeben.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 und 5 besteht das ringförmige Lagerelement 12 aus Metall. Im Ausführungsbeispiel gemäß den 6 und 7 ist das Federelement 12 ebenfalls ringförmig ausgebildet, es besteht aber aus Gummi bzw. einem gummiähnlichen, elastischen Material und ist von einem Lagerring 16 eingefasst. In das ringförmige Federelement 12 sind zwei parallele, jedoch zueinander beabstandete Hohlräume 14 eingebracht, die jeweils elliptisch ausgeführt sind. Die Hohlräume 14 erstrecken sich auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse bzw. -welle 13, um die das Federelement 12 drehbar gelagert ist. Auch das in dieser Weise ausgeführte Federelement 12 weist je nach Ausrichtung zur Belastungsrichtung 15 unterschiedliche Federsteifigkeiten auf, wobei die Federsteifigkeit gemäß 6, bei der die Belastung parallel zur Längsrichtung der Hohlräume 14 erfolgt, größer ist als bei der Ausrichtung gemäß 7, die eine Belastung quer zur Längsachse der Hohlräume zeigt.
Die vorbeschriebenen Federelemente 12 sind entweder Bestandteil der Aufbaufeder oder einer Hilfsfeder, welche separat von der Aufbaufeder ausgeführt ist, jedoch entweder mit der Aufbaufeder in Reihe geschaltet oder zu dieser parallel geschaltet ist. Das Federelement 12 wird mithilfe einer Stelleinrichtung um seine Drehachse verstellt, um eine Änderung der Federsteifigkeit zu erreichen. Das Stellsystem wird demnach gebildet von dem Federelement 12 und der zugeordneten Stelleinrichtung, wobei das Federelement 12 sowohl Bestandteil der Aufbaufeder als auch Bestandteil der Hilfsfeder sein kann.
In 8 ist ein Stellsystem 7 mit einem Federelement 12 und einer Stelleinrichtung 17 dargestellt. Das Federelement 12 ist in der in den 6 und 7 dargestellten Weise ausgeführt und besteht aus einem Gummimaterial oder gummiähnlichen Material mit einer verhältnismäßig hohen Kompressibilität, wobei zwei elliptische Hohlkammern 14 in das ringförmige Federelement eingebracht sind, welches von einem Lagerring 16 eingefasst ist. Der Druck in den Hohlkammern kann über einen Drucksensor 22 gemessen werden. Das Federelement 12 ist jedoch nicht notwendigerweise drehbar gelagert, vielmehr sind die beiden Hohlkammern 14 über Kanäle 20, 21 mit der Stelleinrichtung 17 strömungsverbunden, wobei es sich bei der Stelleinrichtung 17 im Ausführungsbeispiel gemäß 8 um einen Hydrospeicher zur Aufnahme von Fluid handelt, das über die Kanäle 20 und 21 zwischen dem Hydrospeicher und den Hohlräumen 14 im Federelement 12 hin- und hergeleitet werden kann. Die Stelleinrichtung 17 ist mit Ventilen 18 versehen, die vorzugsweise aktiv einstellbar ausgeführt sind und zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position verstellt werden können. Über die Ventile 18 strömt das aus den Hohlkammern 14 stammende Fluid aus einem ersten Hydroraum 22 im Hydrospeicher 17 in einen zweiten Hydroraum 23, welcher von einem federbelasteten Kolben 19 im Hydrospeicher begrenzt ist. Das Fluid im Hydrospeicher wird auf diese Weise mit einem Druck beaufschlagt, so dass die Steifigkeit des Federelementes bei geöffneter Leitung 20, 21 sowie geöffneten Ventilen 18 im Vergleich zu einer Variante des Federelementes mit Hohlkammern und Fluid erhöht ist. Das in die Hohlkammern 14 eingeführte Fluid erhöht die Steifigkeit des Federelementes.
Werden die Ventile 18 gesperrt, so ist bei einer Druckbelastung des Federelementes gemäß Belastungsrichtung 15 ein Abströmen des Fluids aus den Hohlkammern 14 unterbunden, so dass der Verformungswiderstand und damit auch die Steifigkeit des Federelementes signifikant erhöht ist. Bei geöffneten Ventilen 18 kann dagegen bei einer Belastung des Federelementes 12 das Fluid aus den Hohlkammern 14 abströmen, jedoch gegen die Kraft der federbelasteten Kolben 19, so dass die Steifigkeit im Vergleich zu den gesperrten Ventilen reduziert, jedoch im Vergleich zu einer Variante des Federelementes ohne Fluid in den Hohlkammern erhöht ist.
Die Stelleinrichtung 17 ist zweckmäßigerweise als aktive Einrichtung ausgeführt und umfasst aktiv einstellbare Ventile 18.
In 9 ist eine Feder 24 dargestellt, welche mehrere einzelne Federelemente 12 in Form von Federringen aufweist, die über eine richtungsabhängige Federsteifigkeitsrate aufweisen und drehbar gelagert sind. Bei der Feder 24 handelt es sich entweder um eine Hilfsfeder, die in Reihe oder parallel zur Aufbaufeder geschaltet ist, oder um die Aufbaufeder bzw. einen Bestandteil der Aufbaufeder.
Die einzelnen, ringförmigen Federelemente 12 sind zwischen zwei parallel angeordneten, ringförmigen Trägerplatten 25 und 26 gelagert, wobei die Ringachsen der Federelemente 12 senkrecht zu den Ringachsen der Trägerplatten 25, 26 stehen. Über den Umfang der Trägerplatten 25, 26 sind eine Mehrzahl von Federelementen 12 angeordnet. Jedes ringförmige Federelement 12 ist drehbar um seine Achse gelagert, so dass bei einer Kraftbeaufschlagung senkrecht zur Ebene der Trägerplatten je nach aktueller Position der Federelemente verschiedene Federsteifigkeiten zum Tragen kommen. Zweckmäßigerweise werden sämtliche Federelemente synchron um ihre jeweilige Drehachse verdreht; möglich ist aber auch eine unabhängige Einstellung der Drehlage jedes Federelementes.
10 zeigt eine Ausführungsvariante der Feder 24 mit insgesamt drei parallel angeordneten, ringförmigen Trägerplatten 25, 26, 27, wobei zwischen jeweils zwei parallelen Trägerplatten über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von ringförmigen, verstell- und verdrehbaren Federelementen 12 mit richtungsabhängiger Federsteifigkeit angeordnet sind.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 11 ist die Stelleinrichtung 17 schematisch dargestellt, über die die ringförmigen Federelemente 12 um ihre jeweilige Achse verdreht werden. Jedes Federelement 12 ist an einer Welle 28 drehbar gelagert, wobei jede Welle 28 von einem Zahnrad 30 angetrieben wird, das fest mit einer Eingangswelle 29 verbunden ist, welche von einem Elektromotor angetrieben wird bzw. bei der es sich um die Rotorwelle eines Elektromotors handelt. Die gezeigte Ausführung hat den Vorteil, dass sämtliche Federelemente 12 von einer gemeinsamen Eingangswelle 29 bzw. einem gemeinsamen Zahnrad 30 angetrieben werden, so dass die Federsteifigkeiten der Federelemente 12 synchron verstellt werden können.
In 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei der die Feder 24 ebenfalls zwei parallele Trägerringe 25 und 26 mit zwischenhegenden, über den Umfang verteilten ringförmigen Federelementen 12 aufweist. Um die Drehlage der Federelemente 12 zu verstellen und dadurch eine unterschiedliche Gesamtsteifigkeit der Feder 24 zu erreichen, ist eine Trägerplatte 25 drehbar gelagert und über die Eingangswelle 29 zu verstellen, die mit einem fest mit der Trägerplatte 25 verbundenen Zahnkranz 31 kämmt. Mit dem Verstellen der Drehposition der Trägerplatte 25 wird automatisch auch die Drehlage jedes Federelementes 12 verstellt, so dass bei einer Belastung senkrecht zur Ebene der Trägerplatten 25, 26 verschiedene Gesamtfedersteifigkeiten der Feder 24 zum Tragen kommen. Grundsätzlich genügt es, nur eine der beiden Trägerplatten verdrehbar auszuführen, wobei es auch möglich ist, beide Trägerplatten verdrehbar zu lagern.
In 13 ist ein Federsystem 5 dargestellt, welches die Aufbaufeder 6 sowie die Feder 24 als Hilfsfeder umfasst, wobei Aufbaufeder 6 und Hilfsfeder 24 in Reihe geschaltet sind und die Steifigkeit der Hilfsfeder 24 über einen Elektromotor 32 veränderlich einzustellen ist. Das Federsystem 5 ist mit einer Ausgleichseinrichtung versehen, die zur Kompensation der Längenänderung der Hilfsfeder 24 als Folge einer Änderung der Federsteifigkeit dient. Diese Längenänderung kommt unter Last zustande, da bei geänderter Federsteifigkeit und konstanter Last der Federweg der Hilfsfeder 24 verändert wird. Um trotz der Längenänderung im Bereich der Hilfsfeder 24 das Fahrzeugniveau beizubehalten, wird über die Ausgleichseinrichtung bei einer Verstellung der Federsteifigkeit der Hilfsfeder 24 eine Längenkompensation durchgeführt, so dass die Gesamtlänge des Federsystems gleich bleibt.
Die Ausgleichseinrichtung umfasst zwei Abdeckplatten 35 und 36, die sich orthogonal zur Kraftbeaufschlagungsrichtung erstrecken, wobei die untere Abdeckplatte 36 mit dem dem Fahrzeugrad 3 abgewandten Fußpunkt der Aufbaufeder 6 verbunden ist. Die obere, gegenüberliegende Abdeckplatte 35 ist über Lagerelemente 37, welche beispielsweise als Tonnenlagerung ausgeführt sind, über die Trägerplatte 25 mit der Hilfsfeder 24 gekoppelt. Die Relativlage der Abdeckplatten 35 und 36 zueinander kann verändert werden.
Fest mit der unteren Abdeckplatte 36 ist der Elektromotor 32 verbunden, welcher gegebenenfalls mit einem Reduktionsgetriebe versehen ist und eine Welle oder Spindel 33 antreibt, die über ein Führungslager 34 an der oberen Abdeckplatte 35 gelagert ist und sowohl die obere Abdeckplatte 35 als auch die Trägerplatte 25 der Hilfsfeder 24 durchragt. Die Welle bzw. Spindel 33 treibt die Eingangswelle 29 an oder ist mit dieser identisch, über die der fest mit der Trägerplatte 25 verbundene Zahnkranz 31 zur Erzeugung einer Drehbewegung der Trägerplatte 25 angetrieben wird.
Die Längenkompensation wird erreicht, indem bei einer Betätigung des Elektromotors und dadurch erzeugter Drehbewegung der Welle bzw. Spindel 33 zusätzlich zum Antrieb des Zahnkranzes 31 der Abstand zwischen den Abdeckplatten 35 und 36 verändert wird, und zwar in dem Maße, wie unter Last mit einem Durchschnittswert des Fahrzeugs aufgrund der veränderten Steifigkeit der Hilfsfeder 24 eine unterschiedliche Federeindrückung der Hilfsfeder 24 zu erwarten ist. Die veränderte Relativlage zwischen den Abdeckplatten 35 und 36 trägt demzufolge der geänderten Federsteifigkeit in der Hilfsfeder 24 Rechnung. Die Änderung des Abstands zwischen den Abdeckplatten 35 und 36 kommt dadurch zustande, dass die Welle 33 beim Antrieb durch den Elektromotor 32 das an der oberen Abdeckplatte 35 drehfest gehaltene und mit einer Innenverzahnung versehene Führungslager 34 in der Höhe verstellt. Die Innenverzahnung des Führungslagers 34 kämmt mit einer Außenverzahnung der Welle 33.
Zwischen den Abdeckplatten 35 und 36 ist eine Unterstützungsfeder 28 angeordnet, über die der größte Teil der zwischen den Abdeckplatten 35 und 36 wirkenden Kraft aufgenommen wird, wodurch die benötigte Leistung des Elektromotors 32 reduziert wird.
Die 14 bis 18 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Federelement 12, das Bestandteil einer Hilfsfeder ist, in eine als Spiralfeder ausgeführte Aufbaufeder 6 integriert wird. Die Integration des Federelementes 12 in die Aufbaufeder entspricht einer Parallelschaltung von Aufbaufeder und Hilfsfeder.
Das Federelement 12 besteht aus einem Gummiwerkstoff bzw. einem gummiähnlichen Werkstoff mit hoher Kompressibilität, wobei in den Werkstoff eine Mehrzahl von Hohlräumen 14 eingebracht sind. Die Hohlräume sind jeweils elliptisch ausgeführt und liegen in Kraftbeaufschlagungsrichtung übereinander. 14 zeigt das Federelement 12 im unbelasteten Zustand, 15 im belasteten, komprimierten Zustand. Die Hohlräume 14 können mit einem Fluid gefüllt werden (16), in diesem Fall ist die Steifigkeit des Federelementes 12 in Belastungsrichtung signifikant erhöht.
Die Integration des aus Gummiwerkstoff bestehenden Federelementes 12 in die spiralförmige Aufbaufeder 6 ist in 17 dargestellt. Das Federelement 12 liegt zwischen benachbarten Windungen der spiralförmigen Aufbaufeder 6, so dass die für eine Kompression der Aufbaufeder erforderliche Kraft erhöht ist.
In 18 ist eine Detaildarstellung aus dem Bereich der in die Aufbaufeder 6 integrierten Hilfsfeder gezeigt. Das Federelement 12 liegt zwischen zwei benachbarten Windungen der Aufbaufeder 6, die Hohlräume 14 sind über Kanäle 20 mit der Stelleinrichtung 17 verbunden, die Teil eines Stellsystems zur Beaufschlagung der Hohlräume 14 mit einem Fluid sind, insbesondere mit einer Flüssigkeit. Der Aufbau der Stelleinrichtung 17 entspricht demjenigen aus 8, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006059897 A1 [0002]

Claims

Radaufhängung für ein Fahrzeug, mit einem Federsystem (5) zwischen einem Fahrzeugrad (3) und der Fahrzeugkarosserie (4), wobei das Federsystem (5) eine Feder (6, 24) und eine Stelleinrichtung (17) zur Änderung der Federsteifigkeit umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass dem Federsystem (5) ein Federelement (12) zugeordnet ist, dessen Federsteifigkeit über die Stelleinrichtung (17) einstellbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) eine richtungsabhängige Federsteifigkeit aufweist und die Position des Federelements (12) über die Stelleinrichtung (17) veränderbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) drehbar gelagert und über die Stelleinrichtung (17) zu verdrehen ist.
Radaufhängung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteifigkeit von der Geometrie des Federelements (12) bestimmt ist.
Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) als Metallring mit nicht-rotationssymmetrischer Innen- oder Außenkontur ausgeführt ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteifigkeit von der Materialsteifigkeit des Federelements (12) bestimmt ist.
Radaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) als Gummielement ausgeführt ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) mindestens einen Hohlraum (14) aufweist.
Radaufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (14) mit einem Fluid befüllbar und der Zu- und Abfluss des Fluids über Ventile steuerbar ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement (12) zwischen zwei Trägerplatten (25, 26, 27) angeordnet ist und die Position einer Trägerplatte (25, 26, 27) von der Stelleinrichtung (17) einstellbar ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (17) als ein Elektromotor (32) ausgeführt ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem (5) eine Aufbaufeder (6) und eine Hilfsfeder (24) umfasst, wobei das über die Stelleinrichtung (17) verstellbare Federelement (12) der Hilfsfeder zugeordnet ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem (5) eine Ausgleichseinrichtung zur Kompensation der Längenänderung der Feder (24) als Folge der Änderung der Federsteifigkeit aufweist.
Radaufhängung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung zwei Abdeckplatten (35, 36) umfasst, wobei eine Abdeckplatte (35) mit einer Feder (24) des Federsystems (5) mit veränderlicher Federsteifigkeit und die zweite Abdeckplatte (36) mit der Aufbaufeder (6) gekoppelt ist und der Relativabstand zwischen den Abdeckplatten (35, 36) veränderlich einstellbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativabstand zwischen den Abdeckplatten (35, 36) über die Stelleinrichtung (32) veränderlich einstellbar ist, über die auch die Federsteifigkeit der Feder (24) einstellbar ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) in die Aufbaufeder (6) integriert ist.