DE102014200118A1 - Feder- und Dämpfungsvorrichtung mit einem Schraubenfederelement und einem Gummifederelement - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung (1) für eine Radaufhängung in Kraftfahrzeugen beschrieben, die einen oberen Bereich (2), einen unteren Bereich (3) und ein Dämpfungselement mit einer Mittelachse (30) umfasst, welches zwischen dem oberen Bereich (2) und dem unteren Bereich (3) angeordnet ist. Die Feder- und Dämpfungsvorrichtung (1) umfasst ein Schraubenfederelement (14) und ein Gummifederelement (15), welche in axialer Richtung (z) bezüglich der Mittelachse (30) des Dämpfungselements hintereinander so angeordnet sind, dass mit Hilfe des Schraubenfederelements (14) eine Kraft auf das Gummifederelement (15) ausgeübt werden kann. Das Gummifederelement (15) ist innerhalb eines ersten Volumens (22) angeordnet, welches mit einem ersten Fluid gefüllt ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung für eine Radaufhängung in Kraftfahrzeugen, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Feder- und Dämpfungsvorrichtung.
- Herkömmliche passive Federsysteme für Kraftfahrzeuge ermöglichen es dem Nutzer regelmäßig nur eine Federeinstellung vorzunehmen. In dem Dokument
DE 10 2004 032 083 A1 wird eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung für Radaufhängungen beschrieben, die eine über ein Ventil zuschaltbare Zusatzfeder zur Änderung der Gesamtfederrate umfasst. In dem DokumentDE 10 2007 007 630 A1 wird ein Federbein mit einstellbarer Federrate beschrieben, welches eine seriell zu einer Spiralfeder angeordnete Elastomerfedereinrichtung umfasst. Weiterer Stand der Technik ist inCN 1810530 A offenbart. - Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung für eine Radaufhängung in Kraftfahrzeugen zur Verfügung zu stellen, die den Fahrkomfort erhöht und eine Änderung der Federrate während der Fahrt ermöglicht. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kraftfahrzeug mit denselben Vorteilen zur Verfügung zu stellen. Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben einer Feder- und Dämpfungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
- Die erste Aufgabe wird durch eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 gelöst und die dritte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
- Die erfindungsgemäße Feder- und Dämpfungsvorrichtung für eine Radaufhängung in Kraftfahrzeugen umfasst einen oberen Bereich, einen unteren Bereich und ein Dämpfungselement mit einer Mittelachse. Das Dämpfungselement ist zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich angeordnet. Die Feder- und Dämpfungsvorrichtung umfasst weiterhin ein Schraubenfederelement und ein Gummifederelement. Das Schraubenfederelement und das Gummifederelement sind in axialer Richtung bezüglich der Mittelachse des Dämpfungselements hintereinander so angeordnet, dass mit Hilfe des Schraubenfederelements eine Kraft auf das Gummifederelement ausgeübt werden kann. Beispielsweise können das Schraubenfederelement und das Gummifederelement in axialer Richtung so hintereinander angeordnet sein, dass das Schraubenfederelement unmittelbar oder mittelbar gegen das Gummifederelement gedrückt werden kann.
- Das Dämpfungselement kann beispielsweise eine Kolbenstange, einen Kolben und ein Zylinderrohr umfassen. Vorzugsweise können das Schraubenfederelement und/oder das Gummifederelement um das Dämpfungselement herum, beispielsweise konzentrisch, angeordnet sein. Bei der erfindungsgemäßen Feder- und Dämpfungsvorrichtung kann es sich insbesondere um ein Federbein bzw. einen Stoßdämpfer handeln. Der genannte obere Bereich und/oder der untere Bereich können beispielsweise als Platte ausgestaltet sein.
- Die Verwendung des zusätzlichen Gummifederelementes hat den Vorteil, dass verschiedene Einstellungen der Federkonstante bzw. der Dämpfungskonstante auch während der Fahrt flexibel möglich sind. Beispielsweise kann ein umschaltbares Federungs- und Dämpfungssystem mit zwei verschiedenen Feder- bzw. Dämpfungskonstanten realisiert werden. Dies erhöht den Fahrkomfort des Kraftfahrzeuges erheblich, da beispielsweise eine weiche Federeinstellung auf vorwiegend geraden Straßen mit Unebenheiten und eine harte Federeinstellung zur Verbesserung der Straßenlage und der Steuerbarkeit des Kraftfahrzeuges bei kurvigen Straßen realisiert werden kann.
- Das Gummifederelement ist innerhalb eines ersten Volumens angeordnet. Dabei ist das erste Volumen mit einem ersten Fluid, beispielsweise einer Flüssigkeit oder einem Gas, gefüllt. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem ersten Fluid um eine hydraulische Flüssigkeit.
- Unter einem Volumen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Hohlraum verstanden. Der Hohlraum kann dabei so ausgestaltet sein, dass er mit einem Fluid gefüllt werden kann.
- Beispielsweise kann das erste Volumen in Form eines Zylinders, insbesondere eines Hohlzylinders ausgestaltet sein. Bei der erfindungsgemäßen Feder- und Dämpfungsvorrichtung kann der Druck des ersten Fluids in dem ersten Volumen einstellbar bzw. veränderbar sein. Auf diese Weise kann die Dämpfungswirkung des Gummifederelements bzw. der Einfluss des Gummifederelements auf die Gesamtfederrate beeinflusst werden.
- Darüber hinaus kann das erste Volumen mit einem zweiten Volumen strömungstechnisch verbunden sein. Insbesondere kann das erste Volumen mit dem zweiten Volumen strömungstechnisch so verbunden sein, dass das erste Fluid, also das Fluid aus dem ersten Volumen, zumindest teilweise in das zweite Volumen hineinströmen und aus diesem herausströmen kann. Weiterhin kann das zweite Volumen zumindest teilweise mit einem zweiten Fluid, beispielsweise einer Flüssigkeit oder einem Gas, gefüllt sein.
- Die erfindungsgemäße Feder- und Dämpfungsvorrichtung kann vorzugsweise eine Vorrichtung zum Einstellen des Drucks des ersten Fluids und/oder eine Vorrichtung zum Einstellen des Drucks des zweiten Fluids umfassen. Durch Einstellung des Drucks des ersten bzw. des zweiten Fluids kann die Verformbarkeit bzw. die Dämpfungswirkung oder Federrate des Gummifederelements beeinflusst und gleichzeitig eingestellt werden. Grundsätzlich kann es sich bei dem ersten Fluid und/oder bei dem zweiten Fluid um ein Gas oder eine Flüssigkeit, beispielsweise eine hydraulische Flüssigkeit, handeln.
- Das zweite Volumen kann eine Membran umfassen. Die Membran kann zum Beispiel zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Feder- und Dämpfungsvorrichtung so ausgestaltet, dass der Druck des zweiten Fluids einstellbar ist.
- Weiterhin kann zwischen dem zweiten Volumen und dem ersten Volumen ein Ventil angeordnet sein, beispielsweise ein hydraulisches Ventil. Auf diese Weise kann insbesondere der in dem ersten Volumen eingestellte Druck des ersten Fluids fixiert werden. Das Ventil kann somit auch als Vorrichtung zum Einstellen des Drucks des ersten Fluids verwendet werden.
- Grundsätzlich kann zwischen dem Schraubenfederelement und dem Gummifederelement ein ringförmiges Bauteil angeordnet sein. Dabei kann das ringförmige Bauteil innerhalb des ersten Volumens oder zumindest teilweise innerhalb des ersten Volumens angeordnet sein. Zudem kann das ringförmige Bauteil Dichtungen umfassen, die ein Entweichen des ersten Fluids aus dem ersten Volumen verhindern. Darüber hinaus kann zwischen dem ringförmigen Bauteil und dem Schraubenfederelement ein Anschlagpuffer oder ein Auflageelement angeordnet sein. Zwischen dem Schraubenfederelement und dem oberen Bereich der Feder- und Dämpfungsvorrichtung kann ebenfalls ein Anschlagpuffer bzw. eine entsprechende Auflage angeordnet sein.
- Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine zuvor beschriebene Feder- und Dämpfungsvorrichtung. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug hat dieselben Vorteile wie die zuvor beschriebene Feder- und Dämpfungsvorrichtung.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Feder- und Dämpfungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Druck des ersten Fluids in dem ersten Volumen in Abhängigkeit von einem Parameter geregelt wird. Beispielsweise kann der Druck des ersten Fluids in dem ersten Volumen dadurch geregelt werden, dass der Druck des zweiten Fluids, beispielsweise in dem zweiten Volumen, geregelt wird. Dazu kann es sich beispielsweise bei dem ersten Fluid um eine hydraulische Flüssigkeit handeln und bei dem zweiten Fluid um ein Gas. Die hydraulische Flüssigkeit und das Gas können insbesondere durch eine Membran voneinander getrennt sein. Die Membran kann sich vorzugsweise innerhalb des zweiten Volumens befinden. Durch eine Einstellung des Drucks des Gases kann somit ein Abfließen der hydraulischen Flüssigkeit aus dem ersten Volumen in das zweite Volumen ermöglicht oder verhindert werden. Dies hat jeweils Einfluss auf die Federrate des Gummifederelements und damit auf die Gesamtfederrate.
- Grundsätzlich kann der Druck des ersten Fluids und/oder der Druck des zweiten Fluids in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Fahrbahn oder in Abhängigkeit von den Wünschen des Fahrers eingestellt werden. Vorzugsweise können mindestens zwei verschiedene Druckwerte des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids eingestellt werden. Vorteilhafter Weise kann zwischen den mindestens zwei verschiedenen Druckwerten umgeschaltet werden.
- Verglichen mit konventionellen Dämpfungssystemen hat die erfindungsgemäße Feder- und Dämpfungsvorrichtung mit ihrer einstellbaren Gesamtfederrate den Vorteil, dass während des Kraftfahrzeugbetriebs von einer harten auf eine weiche Federeinstellung und von einer weichen auf eine harte Federeinstellung gewechselt werden kann. Dies erhöht den Fahrkomfort erheblich und ermöglicht eine Anpassung der Federeigenschaften des Fahrzeuges an die Beschaffenheit der Fahrbahn, die Wünsche des Fahrers oder andere relevante Parameter.
- Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme der beigefügten Figuren näher beschrieben. Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Kombination miteinander vorteilhaft. Das im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel stellt lediglich ein Beispiel dar, welches den Gegenstand der Erfindung jedoch nicht beschränkt.
-
1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Feder- und Dämpfungsvorrichtung. -
2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Feder- und Dämpfungsvorrichtung. - Die
1 und2 zeigen schematisch eine erfindungsgemäße Feder- und Dämpfungsvorrichtung bei unterschiedlich eingestellten Gesamtfederraten. Die1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Feder- und Dämpfungsvorrichtung bei Einstellung einer harten Federung, also einer hohen Gesamtfederrate. Die2 zeigt schematisch die in der1 gezeigte Federund Dämpfungsvorrichtung bei Einstellung einer weichen Federung, also einer niedrigen Gesamtfederrate. - Die Feder- und Dämpfungsvorrichtung
1 ist zwischen einer oberen Platte2 und einer unteren Platte3 angeordnet. Die Mittelachse ist mit der Bezugsziffer30 gekennzeichnet. In der Mitte der Feder- und Dämpfungsvorrichtung1 , also im Bereich der Mittelachse30 ist ein Dämpfungselement angeordnet. - Das Dämpfungselement umfasst eine Mittelachse
30 , die mit der Mittelachse der Feder- und Dämpfungsvorrichtung30 zusammenfällt, eine Kolbenstange4 , ein Kolben mit einer Ventilvorrichtung5 , ein Zylinderrohr7 und einen Zwischenkolben6 . Der Hohlraum bzw. das Volumen8 im Inneren des Zylinders7 ist mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt. Der Hohlraum bzw. das Volumen9 zwischen dem Zwischenkolben6 und dem Boden des Zylinders bzw. der unteren Platte3 ist mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt, um eine Kavitation im Hohlraum8 zu verhindern. - Zwischen dem Zylinderrohr
7 und der Ventilvorrichtung5 sind Dichtelemente11 angeordnet. Weiterhin sind zwischen der Kolbenstange4 und dem Zylinderrohr7 Dichtungen10 angeordnet, um ein Entweichen der hydraulischen Flüssigkeit aus dem Volumen8 zu verhindern. Die Kontaktfläche zwischen dem Zwischenkolben6 und dem Zylinderrohr7 ist mit Hilfe von Dichtelementen12 abgedichtet. Die Kolbenstange4 ist von der oberen Platte2 mit Hilfe eines Distanzelementes oder Abstandshalters13 getrennt, welches ein direktes Anschlagen der Kolbenstange4 an die obere Platte2 verhindert. Dabei kann das Element13 isolierende Eigenschaften aufweisen. - Ein Schraubenfederelement
14 und ein Gummifederelement15 sind in axialer Richtung30 hintereinander und um das Dämpfungselement herum in konzentrischer Weise angeordnet. Zwischen dem Schraubenfederelement14 und dem Gummifederelement15 ist ein ringförmiges Element16 angeordnet. Das Schraubenfederelement14 ist von der oberen Platte2 mit Hilfe eines oberen Federpads bzw. eines Anschlagelements17 getrennt und von dem ringförmigen Element16 mit Hilfe eines unteren Federpads bzw. eines Anschlagelements18 getrennt. - Die Kontaktfläche zwischen dem ringförmigen Element
16 und dem Zylinderrohr7 ist mit Hilfe von Dichtungen19 abgedichtet. Die Kontaktfläche zwischen dem ringförmigen Element16 und einem äußeren Rohrelement bzw. einem äußeren Zylinder20 ist mit Hilfe von Dichtungen21 abgedichtet. Das Volumen bzw. der Hohlraum22 zwischen dem äußeren Zylinder bzw. dem äußeren Rohrelement20 und dem Gummifederelement15 ist mit einem Fluid gefüllt. Der Hohlraum22 ist mit einem Hohlraum23 verbunden. Beispielsweise kann ein Fluidkanal24 zwischen dem Volumen22 und dem Volumen23 angeordnet sein. Die Verbindung zwischen dem Volumen22 und dem Volumen23 kann beispielsweise mit Hilfe eines hydraulischen Ventilelements geöffnet oder geschlossen werden. - An das Volumen
23 schließt sich ein Volumen25 an. Das Volumen23 und das Volumen25 bilden zusammen das zweite Volumen32 im Sinne der vorliegenden Erfindung. Das erste Volumen im Sinne der vorliegenden Erfindung wird durch das Volumen22 gebildet. Vorzugsweise ist das Volumen25 mit einem mit Druck beaufschlagbaren Gas (zweites Fluid) gefüllt. Zwischen dem Volumen23 , welches im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels ebenso wie das Volumen22 mit einer hydraulischen Flüssigkeit (erstes Fluid) gefüllt ist, ist eine Membran26 angeordnet, die die hydraulische Flüssigkeit und das Gas voneinander trennt. - Alternativ dazu kann es sich auch bei dem ersten Fluid um ein Gas und bei dem zweiten Fluid um eine Flüssigkeit, zum Beispiel eine hydraulische Flüssigkeit, handeln.
- Die Gesamtfederrate der Feder- und Dämpfungseinrichtung
1 kann dadurch eingestellt und beeinflusst werden, dass der Druck des Gases im Volumen25 verändert wird. Im Falle eines hohen Gasdruckes im Volumen25 ist die Gesamtfederrate so eingestellt, dass eine harte Federung erzielt wird, da die hydraulische Flüssigkeit von dem zweiten Volumen23 in das erste Volumen22 gedrückt wird und auf diese Weise das Gummifederelement15 durch eine Krafteinwirkung des Schraubenfederelements14 nicht komprimiert werden kann. Das Gummifederelement15 ist daher verhältnismäßig steif. Dies ist in der1 gezeigt. - Im Falle eines niedrigen Gasdrucks im Volumen
25 ist in der Feder- und Dämpfungsvorrichtung1 eine weiche Federung eingestellt, da die hydraulische Flüssigkeit zwischen dem ersten Volumen22 und dem zweiten Volumen23 hin und her fließen kann. Eine Komprimierung des Gummifederelements15 in Folge einer Krafteinwirkung durch das Schraubenfederelement14 wird dadurch ermöglicht. Diese bewirkt eine weiche Federung. - Die
1 zeigt den Fall einer harten Federung, also eines hohen Druckes des Gases in Volumen25 . Die2 zeigt den Fall einer weichen Federung, also eines niedrigen Druckes des Gases in dem Volumen25 . Dabei zeigt die2 das Gummifederelement15 in einer komprimierten, also verformten Form. - Die z-Achse kennzeichnet die Richtung der Längsachse oder die axiale Richtung der Feder- und Dämpfungsvorrichtung. Die y-Achse kennzeichnet die radiale Richtung.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Feder- und Dämpfungsvorrichtung
- 2
- obere Platte
- 3
- untere Platte
- 4
- Kolbenstange
- 5
- Kolben mit einer Ventilvorrichtung
- 6
- Zwischenkolben
- 7
- Zylinderrohr
- 8
- Hohlraum
- 9
- Hohlraum
- 10
- Dichtelemente
- 11
- Dichtelemente
- 12
- Dichtelemente
- 13
- Distanzelement oder Abstandshalter
- 14
- Schraubenfederelement
- 15
- Gummifederelement
- 16
- ringförmiges Element
- 17
- Anschlagelement
- 18
- Anschlagelement
- 19
- Dichtungen
- 20
- äußeres Rohrelement bzw. äußerer Zylinder
- 21
- Dichtungen
- 22
- Hohlraum bzw. Volumen
- 23
- Hohlraum bzw. Volumen
- 24
- Fluidkanal
- 25
- Hohlraum bzw. Volumen
- 26
- Membran
- 30
- Mittelachse
- 32
- zweites Volumen
- z
- axiale Richtung
- y
- radiale Richtung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004032083 A1 [0002]
- DE 102007007630 A1 [0002]
- CN 1810530 A [0002]
Claims (13)
- Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) für eine Radaufhängung in Kraftfahrzeugen, die einen oberen Bereich (2 ), einen unteren Bereich (3 ) und ein Dämpfungselement mit einer Mittelachse (30 ) umfasst, welches zwischen dem oberen Bereich (2 ) und dem unteren Bereich (3 ) angeordnet ist, wobei die Feder- und Dämpfungsvorrichtung (1 ) ein Schraubenfederelement (14 ) und ein Gummifederelement (15 ) umfasst, welche in axialer Richtung (z) bezüglich der Mittelachse (30 ) des Dämpfungselements hintereinander so angeordnet sind, dass mit Hilfe des Schraubenfederelements (14 ) eine Kraft auf das Gummifederelement (14 ) ausgeübt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummifederelement (15 ) innerhalb eines ersten Volumens (22 ), welches mit einem ersten Fluid gefüllt ist, angeordnet ist. - Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Volumen (22 ) mit einem zweiten Volumen (32 ) strömungstechnisch so verbunden ist, dass das erste Fluid zumindest teilweise in das zweite Volumen (32 ) hineinströmen und aus diesem herausströmen kann. - Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Volumen (32 ) zumindest teilweise mit einem zweiten Fluid gefüllt ist. - Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zum Einstellen des Drucks des ersten Fluids und/oder eine Vorrichtung zum Einstellen des Drucks des zweiten Fluids umfasst. - Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Fluid und/oder bei dem zweiten Fluid um ein Gas oder eine Flüssigkeit handelt. - Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Volumen eine Membran (26 ) umfasst. - Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Volumen (32 ) und dem ersten Volumen (22 ) ein Ventil angeordnet ist. - Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schraubenfederelement (14 ) und dem Gummifederelement (15 ) ein ringförmiges Bauteil (16 ) angeordnet ist. - Kraftfahrzeug, welches eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst. - Verfahren zum Betreiben einer Feder- und Dämpfungsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des ersten Fluids in dem ersten Volumen (22 ) in Abhängigkeit von einem Parameter geregelt wird. - Verfahren nach Anspruch 10 in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des ersten Fluids dadurch geregelt wird, dass der Druck des zweiten Fluids geregelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des ersten Fluids und/oder der Druck des zweiten Fluids in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Fahrbahn eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei verschiedenen Druckwerten des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids umgeschaltet wird.
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