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Die Erfindung betrifft ein Federbein, welches elektronisch steuerbar ist, für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem solchen Federbein.
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Aus dem Stand der Technik sind aktive Federbeinsysteme im Fahrwerksbereich bekannt, welche die Kräfte mit Hilfe eines hydraulischen Aktuators in das Fahrwerk einbringen. Beispielhaft ist hier die das System „Active Body Control“ der Daimler AG zu nennen. Dieses System ist ein hydraulisches System und daher kein hochdynamisches System und erfordert zudem Hydraulikleitungen oder gar eine eigene Hydraulikpumpe. Des Weiteren gibt es bereits elektromechanische Systeme, welche im Fahrwerksbereich zum Einsatz kommen. Beispielhaft ist hier die elektromechanische Wankstabilisierung zu nennen. Dieses System stellt aktiv ein Moment zur Verfügung, wodurch die Wankbewegung des Fahrzeuges während der Kurvenfahrt reduziert wird. Ein solches System ist nicht zum Dämpfen eingerichtet.
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Es sind ebenfalls bereits Systeme bekannt, welche die Funktion des hydraulischen Dämpfers durch e-Maschinen umsetzen. Hier kann Beispielhaft das System eABC/eROT der Audi AG aufgezählt werden. Dieses System ist an die Koppelstange des Fahrwerkes angebunden und wandelt die lineare Bewegung des Federbeins mit Hilfe eines Hebelarms in eine rotative Bewegung und ein Moment um.
Hierfür wird gegenüber vorbekannten Federbeinen zusätzlicher Bauraum benötigt und daher ist eine Anpassung des Fahrzeugs notwendig.
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Weiterhin ist ein Elektromotor mit Linearumsetzer, zum Beispiel einem Kugelgewindetrieb, welcher koaxial zu einem konventionellen Dämpfer angeordnet ist, aus der
EP 1 829 718 B1 von der Toyota Motor Corp. bekannt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft ein Federbein, welches elektronisch steuerbar ist, für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Einstelltrieb mit einer Linearachse, umfassend eine Einstellschiene und einen Einstellschlitten, welche relativ zueinander axial verfahrbar sind;
- - einen Antrieb, mittels welchem der Einstellschlitten relativ zu der Einstellschiene axial verfahrbar ist;
- - ein Federbeingehäuse, welches den Antrieb aufnimmt.
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Das Federbein ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Verstelltrieb mit einer Linearachse vorgesehen ist, umfassend eine Verstellschiene und einen Verstellschlitten, welche relativ zueinander axial verfahrbar sind, wobei der Verstelltrieb mit dem Einstelltrieb in Reihe geschaltet ist.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Linearachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden.
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Das hier vorgeschlagene Federbein ist elektronisch steuerbar, das heißt die Funktion eines Dämpfers wird von dem Federbein über einen elektrischen Antrieb, welcher im Generatorbetrieb betreibbar ist, dargestellt. Soll das Federbein (gedämpft) einfedern, so wird der Antrieb als elektrischer beziehungsweise magnetischer Widerstand eingesetzt (Generatorbetrieb). Bei der Darstellung eines (gedämpften) Ausfederns des Federbeins fährt der Antrieb elektrisch gesteuert das Federbein wieder aus. Hierzu ist der Einstelltrieb oder der Verstelltrieb eingerichtet. Im Weiteren wird daher von dem Lineartrieb beziehungsweise dem Schlitten und der Schiene gesprochen, wenn sowohl der Einstelltrieb als auch der Verstelltrieb alternativ gemeint sein kann.
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Die Linearachse ist parallel, bevorzugt koaxial, zur konventionellen Federbeinachse ausgerichtet. Das Federbeingehäuse bildet die Aufhängung für die Bauteile der Lineartriebe, wobei das Federbeingehäuse mit einer Bewegung der jeweils axialbewegbaren Komponente des einen Lineartriebs mitbewegbar ist. Der Antrieb ist in dem Federbeingehäuse axial fixiert oder relativ zu dem Federbeingehäuse bewegbar.
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Die in Reihe geschalteten Lineartriebe übernehmen zwei unterschiedliche Aufgaben, wobei der eine Lineartrieb für die Aufnahme hochdynamischer Kräfte, also zur dynamischen Dämpfung, eingerichtet ist und der jeweils andere Lineartrieb zur Wankstabilisierung, also weniger dynamischen, nahezu statischen, Kraftaufnahme, eingerichtet ist.
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Bevorzugt sind hierbei mittels des Lineartriebs zur Wankstabilisierung größere Kräfte aufnehmbar, und unter Umständen, beispielsweise aus Kostengründen, eine größere Betriebsreibung und/oder Massenträgheit der bewegten Komponenten in Kauf genommen oder sogar erwünscht. Bei dem jeweils anderen Lineartrieb sind bei dieser Ausführungsform im Vergleich kleinere Kräfte aufnehmbar, wobei bevorzugt die Reibung und/oder Massenträgheit der bewegten Komponenten demgegenüber, bevorzugt deutlich, geringer ist. Hierdurch wird ein schnelles Ansprechverhalten erreicht.
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Der Einsatz von zwei in Reihe geschalteten Lineartrieben ermöglicht einen Aufbau mit geringer Baugröße, sodass das vorgeschlagene Federbein wie ein konventionelles Federbein, beispielsweise ein MacPherson-Federbein, einsetzbar ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zudem der Lineartrieb, welcher zur Wankstabilisierung eingesetzt wird, zudem zur Niveauregulierung eingerichtet, sodass also die Unterbodenhöhe des Kraftfahrzeugs einstellbar ist. Eine solche Niveauregulierung wird beispielsweise bei Geländelimousinen (SUV, engl.: Sport Utility Vehicle) eingesetzt. Hierzu ist also kein zusätzliches System notwendig.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei welcher die intrinsischen mechanischen Eigenschaften in günstiger Weise nutzbar sind, ist zumindest einer der Lineartriebe als Spindeltrieb ausgeführt. Ein solcher Spindeltrieb umfasst als Schiene eine Spindel und als Schlitten eine Spindelmutter, welche relativ zu der Spindel mittels relativer Rotation um die als Spindelachse bezeichnete Linearachse axial verfahrbar ist. Bei dieser Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Federbein, welches elektronisch steuerbar ist, für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Einstellspindeltrieb mit einer Spindelachse, umfassend eine Einstellspindel und eine Einstellmutter, welche relativ zueinander axial verfahrbar sind;
- - einen Antrieb, mittels welchem die Einstellmutter relativ zu der Einstellspindel axial verfahrbar ist;
- - ein Federbeingehäuse, welches den Antrieb aufnimmt. Ein solches Federbein ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Verstellspindeltrieb mit einer Spindelachse vorgesehen ist, umfassend eine Verstellspindel und eine Verstellmutter, welche relativ zueinander axial verfahrbar sind,
wobei der Verstellspindeltrieb mit dem Einstellspindeltrieb in Reihe geschaltet ist.
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In einer alternativen Ausführungsform ist der Lineartrieb mit einer Schiene als Zahnstange und einem Schlitten als korrespondierendes Zahnrad ausgeführt. Weiterhin ist in einer anderen Ausführungsform der Lineartrieb als Linearmotor ausgeführt, wobei dann entweder die Schiene oder der Schlitten zugleich als der Antrieb ausgeführt ist, und wobei bevorzugt der Einstellschlitten oder die Einstellschiene zugleich die Verstellschiene oder der Verstellschlitten ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Federbeins ist die Linearachse des Einstelltriebs mit der Linearachse des Verstelltriebs gefluchtet, ein Bremssystem zum Hemmen des Verstelltriebs ist vorgesehen und der Antrieb ist weiterhin zum Relativverfahren des Verstellschlittens relativ zu der Verstellschiene eingerichtet.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform sind die Linearachsen des Einstelltriebs und des Verstelltriebs zueinander gefluchtet, also koaxial ausgerichtet, und es ist ein Bremssystem vorgesehen, um den Verstelltrieb zu hemmen. Mittels des Bremssystems ist also die notwendige Antriebsleistung zum Verfahren des Verstelltriebs steigerbar, sodass die Antriebsleistung entsprechenden den resultierenden Widerständen die Lineartriebe abhängig von der mittels des Hemmens eingestellten Antriebsleistung unterschiedlich weit verfährt. Ist beispielsweise der Verstelltrieb derart stark gehemmt, dass dieser blockiert ist, sind der Verstellschlitten und die Verstellschiene nicht zueinander relativ bewegbar, im Fall eines Verstellspindeltriebs weder axial noch rotatorisch. Ist hingegen die Hemmung geringer, wird der Verstelltrieb durch den Antrieb verfahren. Wie genau ist unter Berücksichtigung der äußeren Kräfte und der vorliegenden Relativposition des Einstelltriebs und des Verstelltriebs abhängig. Ist der Verstelltrieb nicht gehemmt, verfahren beide Lineartriebe. Hierbei verfährt in einer Ausführungsform zunächst nur einer der beiden Lineartriebe bis dieser in einen Anschlag und erst anschließend der andere Lineartrieb. Dies geschieht bei dieser Ausführungsform aufgrund der äußeren Kräfte, der unter Umständen unterschiedlichen Reibleistung und/oder der unter Umständen unterschiedlichen Massenträgheit der bewegten Komponenten.
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Bei dieser Ausführungsform mit Bremssystem zum Hemmen des Verstelltriebs ist bevorzugt der Verstelltrieb zur Wankstabilisierung und/oder zur Niveauregulierung eingerichtet. Aus dem Einsatz eines solchen Bremssystems entsteht der Vorteil, dass der Antrieb als steuerbarer gemeinsamer Antrieb einrichtbar ist, also dann zugleich zum Relativverfahren des Verstellschlittens relativ zu der Verstellschiene sowie zum Relativverfahren des Einstellschlittens relativ zu der Einstellschiene eingerichtet ist.
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Bei einer Ausführung der Linearantriebe als Spindeltriebe führt eine Leistungsabgabe beziehungsweise Leistungsaufnahme, also Arbeit, am Antrieb in einem mittels des Bremssystems blockierten Zustand des Verstellspindeltriebs ein relatives Verdrehen zwischen der Einstellspindel und der Einstellmutter allein zu einem Einfahren beziehungsweise Ausfahren des Einstellspindeltriebs. Der Verstellspindeltrieb bleibt dabei starr, beispielsweise auf ein gewünschtes Niveau eingestellt, wird aber mitgenommen. Ist aber nun das Bremsmoment reduziert oder aufgehoben, so wird entweder der Einstellspindeltrieb oder der Verstellspindeltrieb mittels einer Drehmomentabgabe vom Antrieb verstellt. Angestrebt ist, dass bei einem vollständig gelösten Bremssystem vornehmlich der Verstellspindeltrieb angetrieben wird. Dies ist beispielsweise folgendermaßen erreicht:
Bei Erreichen eines Endanschlags oder bei Erreichen einer vordefinierten Federkraft ist der Einstellspindeltrieb nicht weiter verdrehbar, also axial verfahrbar, sodass allein der Verstellspindeltrieb mittels des Antriebs verfahren wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass lediglich ein einziger Antrieb einsetzbar ist, womit die Masse des Federbeins reduziert ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Einstelltrieb und der Verstelltrieb derart eingerichtet, dass der Einstelltrieb nur für im Vergleich zu dem Verstelltrieb geringere Kräfte eingerichtet ist und der Verstelltrieb eine im Vergleich zum Einstelltrieb höhere Reibleistung aufbringt. Dies unterstützt die klare Trennung der Funktionen dynamisches Dämpfen und Wankstabilisierung beziehungsweise Niveauregulierung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Federbeins ist die Verstellschiene parallel radial außerhalb, beispielsweise als Hohlspindel koaxial, zu der Einstellschiene angeordnet, wobei bevorzugt der Antrieb zwischen dem Verstellschlitten und dem Einstellschlitten angeordnet ist und relativ zu dem Federbeingehäuse axial bewegbar ist.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist ein axial kompakter Aufbau möglich, indem die radial außerhalb angeordnete, bevorzugt als Hohlspindel ausgeführte, Verstellschiene axial überlappend mit der Einstellschiene anordenbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Antrieb in einem dauerhaft überlappenden Axialbereich angeordnet, welcher mit dem Verstellschlitten und dem Einstellschlitten fixiert ist, bei einer Ausführung der beiden Linearantriebe als koaxiale Spindeltriebe rotatorisch fixiert ist. Dadurch ist der Antrieb eingerichtet, sowohl den Verstelltrieb als auch den Einstelltrieb gemäß der vorhergehenden Beschreibung als Aktuator beziehungsweise als Dämpfer zu dienen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verstellschiene axial fixiert und der Antrieb indirekt über ein in Reihe geschaltetes elastisches Speicherelement, beispielsweise eine elastische Feder und/oder ein dissipativer Dämpfer, am Federbeingehäuse und/oder am Kraftfahrzeug aufgehängt. Ist bei dieser Ausführungsform ein Bremssystem vorgesehen und ist dieses gelöst, so wird aufgrund der geringeren Reibleistung des Verstelltriebs zunächst eine Kraft auf das Speicherelement eingeleitet und der Abstand zwischen dem Antrieb und dem Kraftfahrzeug wird verringert, also wird das Speicherelement gestaucht. Sobald eine vorbestimmte Axialkraft (Grenzlast) überschritten ist, verhindert das Speicherelement ein weiteres Verfahren des Einstelltriebs, welcher also dadurch zumindest relativ blockiert ist, und die Leistung des Antriebs wird auf ein Verfahren des Verstelltriebs umgeleitet. Alternativ oder zusätzlich geschieht dies, wenn der Einstelltrieb in einen Anschlag gebracht worden ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Federbeins ist die Einstellschiene axial fixiert und der Verstelltrieb zu dem Einstellschlitten axial fixiert, wobei bevorzugt der Verstellschlitten zu dem Einstellschlitten fixiert ist und die Einstellschiene axial verfahrbar ist. Bei der Ausführungsform der Lineartriebe als Spindeltriebe sind die Verstellmutter und Einstellmutter zumindest rotatorisch zueinander fixiert, bevorzugt jedoch auch axial zueinander fixiert.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform stellt die Einstellschiene das feste Bezugssystem für das Federbein dar und der Verstelltrieb wird, unabhängig ob gehemmt beziehungsweise blockiert oder nicht, bei einem axialen Verfahren des Einstellschlittens relativ zu der Einstellschiene axial verfahren, indem der Verstelltrieb zu dem Einstellschlitten axial fixiert ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform bilden die Einstellschiene mit dem Verstellschlitten eine Leistungseinheit, sodass mittels Leistungsabgabe am Verstelltrieb der Einstellschlitten axial auf der Einstellschiene (abhängig von einer vorliegenden Hemmung) verfahrbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lineartriebe als Spindeltriebe ausgeführt und die Verstellmutter und die Einstellmutter (zumindest) rotatorisch zueinander fixiert, sodass also der gesamte Verstellspindeltrieb im gehemmten Zustand anteilig oder in gleichem Maße mitgedreht wird. Es sei dabei darauf hingewiesen, dass die Spindeltriebe bevorzugt unterschiedliche Gewindesteigungen aufweisen, sodass ein Mitdrehen in gleichem Maße nicht zu einem gleich langen zurückgelegten axialen Weg führt.
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In einer alternativen Ausführungsform mit den beiden Lineartrieben als Spindeltrieben ist die Einstellspindel rotierbar, besonders bevorzugt als Abtriebswelle des Antriebs, welcher bevorzugt axial außerhalb der Verfahrwege der beiden Spindeltriebe angeordnet ist. Hierbei ist die Einstellmutter mittels eines Bremssystems rotatorisch hemmbar bis fixierbar und bevorzugt ebenfalls die Verstellmutter, welche zudem bevorzugt zu der Einstellmutter rotatorisch fixiert ist. Bei einem blockierten Zustand ist ein Rotieren der Einstellmutter mittels des Bremssystems blockiert. Somit wird über ein Verdrehen der Einstellspindel lediglich der Einstellspindeltrieb axial verfahren und der Verstellspindeltrieb in sich unbewegt mitgenommen. Wird nun die Blockade der Verstellmutter und der Einstellmutter in einen gehemmten oder freien Zustand überführt, so beginnt die Einstellmutter spätestens bei Erreichen einer Grenzlast oder eines axialen Anschlags (synchron) mit der Einstellspindel zu rotieren, sodass kein axiales Verfahren innerhalb des Einstelltriebs mehr stattfindet. Die Verstellmutter verschiebt die Verstellspindel axial infolge ihres Mitrotierens mit der Einstellmutter. Hier ist zwar der Antrieb auf der gefederten Masse angeordnet, es erlaubt aber einen radial schlankeren Aufbau des Federbeins. Vorteilhaft ist überdies, dass der Antrieb nicht mitrotiert, sodass eine Energiezuführung ohne Relativbewegung, also ohne Schleifkontakte möglich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Federbeins sind der Einstelltrieb, also Einstellspindeltrieb, als Kugelgewindetrieb und der Verstelltrieb, also Verstellspindeltrieb, als Trapezgewindetrieb eingerichtet.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist der Einstellspindeltrieb, welcher bevorzugt für die Aufnahme der dynamischen Kräfte eingerichtet ist, als Kugelgewindetrieb eingerichtet. Ein Kugelgewindetrieb weist eine geringe Reibung bei relativ hohen aufnehmbaren Axialkräften auf. Der Verstellspindeltrieb ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt als Trapezgewindetrieb eingerichtet. Ein Trapezgewindetrieb ist zur Aufnahme deutlich höherer Axialkräfte als ein Kugelgewindetrieb eingerichtet, aber aufgrund der vergleichsweise großen Kontaktfläche der Gewindepaarung ist eine höhere Reibleistung notwendig, um den Trapezgewindetrieb axial zu betätigen als dies bei einem Kugelgewindetrieb der Fall ist.
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In einer weiteren Alternative ist einer der Spindeltriebe oder sind beide Spindeltriebe als hydrostatischer Spindeltrieb eingerichtet, welche eine hohe Axialkraftaufnahme mit einer sehr geringen Reibleistung verbindet, jedoch ein aufwändiges hydraulisches System und Schmierstoffrückführung beziehungsweise eine aufwändige Dichtung benötigt und daher insgesamt nicht kosteneffizient ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Federbeins ist weiterhin ein elastisches Speicherelement vorgesehen, gegen welches der Einstelltrieb gelagert ist.
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Bei einer Ausführungsform ist der Antrieb mittels des elastischen Speicherelements, beispielsweise eine Schraubenfeder, gegenüber dem Kraftfahrzeug abgestützt. Bei einer vorteilhaften Ausführung ist zudem die axial bewegbare Komponente einer der beiden Lineartriebe über das elastische Speicherelement am Kraftfahrzeug abgestützt, während die axial fixierte Komponente am Kraftfahrzeug axial fixiert ist. Wird einer der beiden Schlitten verfahren, wird eine Kraft in das elastische Speicherelement über den Antrieb eingeleitet. Das Federbeingehäuse ist in einer Ausführungsform relativ zum elastischen Speicherelement mittels des Antriebs axial verfahrbar, beispielsweise bei der oben beschriebenen axial überlappenden Ausführung, beispielsweise der Hohlwellenausführung des radial äußeren Lineartriebs. In einer anderen Ausführungsform ist das Federbeingehäuse an dem elastischen Speicherelement aufgehängt und der Antrieb wiederum in dem Federbeingehäuse axial fixiert, sodass bei einem axialen Verfahren der Lineartriebe über das Federbeingehäuse eine Kraft auf das elastische Speicherelement eingeleitet wird. Dies ist beispielsweise bei dem oben beschriebenen Reihenaufbau der Lineartriebe umgesetzt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Fahrzeugrad, wobei das zumindest eine Fahrzeugrad mittels eines Federbeins nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung in Richtung der Schwerkraft gedämpft gelagert ist.
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Das hier vorgeschlagene Federbein ist besonders vorteilhaft für einen Personenkraftwagen einsetzbar, beispielsweise für eine Geländelimousine (SUV), wobei hohe Kräfte zur Wankstabilisierung und für einige Anwendungen zur Niveauregulierung, also eine einstellbare Unterbodenhöhe des Kraftfahrzeugs, erforderlich beziehungsweise gewünscht sind. Eine solche Geländelimousine ist beispielsweise ein BMW X3, ein Audi Q3 oder ein Mercedes-Benz GL. Das hier vorgeschlagene Federbein ist bevorzugt für die Lenkachse des Kraftfahrzeugs geeignet, wobei also veränderliche Querkräfte infolge eines Verschwenkens des Fahrzeugrads von dem Federbein aufnehmbar sind. Besonders bevorzugt ist ein solches Federbein im Übrigen, also hinsichtlich der Kräfteleitung und gelenkigen Aufhängung, ein MacPherson-Federbein. In einer Ausführungsform sind ein elastisches Speicherelement und/oder ein hydraulischer oder pneumatischer Dämpfer zu den beiden Lineartrieben in Reihe oder parallelgeschaltet.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: schematisch ein Federbein mit in Reihe geschalteten Lineartrieben;
- 2: eine erste Ausführungsform eines Federbeins mit Koaxialtrieb;
- 3: eine zweite Ausführungsform mit Antrieb außerhalb der gefederten Masse; und
- 4: ein Kraftfahrzeug mit Federbeinen.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wider.
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In 1 ist rein schematisch ein Federbein 1 gezeigt, bei welchem ein gemeinsamer Antrieb 7 eine Antriebskraft 27 auf einen Einstelltrieb 3 sowie auf einen Verstelltrieb 9 mittels einer Leistungssteuerung 28 überträgt. Somit ist ein leistungsverzweigtes Antreiben zweier Lineartriebe 3 und 9 mittels eines einzigen Antriebs 7 ermöglicht. Die Lineartriebe 3 und 9 sind hier optional mit einer gemeinsamen Linearachse 4 zueinander gefluchtet und weisen jeweils einen ersten Stellweg 25 und einen zweiten Stellweg 26 auf. Die Stellwege 25 und 26 sind mittels der Leistungssteuerung 28 unabhängig voneinander führbar.
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In 2 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Federbeins 1 gezeigt, wobei ein elastisches Speicherelement 13, hier eine Feder, parallel zu dem Einstelltrieb 3 geschaltet ist. In der Darstellung ist das Fahrzeugrad 15 in Richtung der Schwerkraft 14 unterhalb des Federbeins 1 und unterhalb der Fahrzeugaufhängung 29 angeordnet. Die Einstellschiene 5 des Einstelltriebs 3 ist axial, und im Falle einer Ausführung als Spindeltrieb auch rotatorisch, fixiert und ragt in das Federbeingehäuse 8 hinein. Der Einstellschlitten 6 ist mittels des Antriebs 7 rotierbar und entsprechend der Gewindesteigung des Einstelltriebs 3 resultiert daraus ein erster Stellweg 25. Der Einstellschlitten 6 ist zu dem elastischen Speicherelement 13 axial gelagert und bewegt sich axial relativ zum Federbeingehäuse 8. Bewegt sich der Einstellschlitten 6 in der Darstellung nach oben, wird das elastische Speicherelement 13 gestaucht und in der Bewegung nach unten gedehnt. Die Verstellschiene 10 ist radial außerhalb axial überlappend, beispielsweise als Hohlwellenspindel, ausgeführt und der Verstellschlitten 11 ist axial zu dem Einstellschlitten 6 und dem Antrieb 7 zumindest hinsichtlich einer Leistungsabgabe fixiert. Das heißt, bei einem Linearmotor sind der Verstellschlitten 11 mit dem Einstellschlitten 6 derart gekoppelt oder identisch, dass eine (magnetische) Leistungsabgabe auf die korrespondierende Schiene (5 beziehungsweise 10) mittels des Antriebs 7 aufgebracht wird, welche im unblockierten und beide Lineartriebe 3 und 9 nicht im Anschlag befindlichen Zustand zu einer axialen Relativbewegung in beiden Linearmotoren führt. Bei einer Ausführung beider Lineartriebe 3 und 9 als Spindeltriebe sind die Einstellmutter 6 und die Verstellmutter 11 zueinander rotatorisch fixiert, sodass im zuvor genannten Zustand beide Spindeltriebe 3 und 9 relativ verfahren werden. Gleiches gilt analog für eine Ausführung beider Spindeltriebe 3 und 9 als Zahnstangentriebe mit einem einzigen gemeinsamen Zahnradtrieb als Schlitten 6 und 11. Die Verstellschiene 10 ist mit dem Federbeingehäuse 8 fixiert, sodass also mit einer axialen Bewegung der Verstellschiene 10 das Federbeingehäuse 8 relativ zu der Fahrzeugaufhängung 29 und dem elastischen Speicherelement 13 bewegbar ist. Die Leistungssteuerung 28 ist hier beispielsweise mittels eines Bremssystems 12 eingerichtet, womit der Verstelltrieb 9 hemmbar ist. Ist der Verstelltrieb 9 blockiert, so arbeitet das Federbein 1 allein mit dem Einstelltrieb 3. Ist der Verstelltrieb 9 nicht blockiert, so wird die Antriebskraft 27 (vergleiche 1) des Antriebs 7 auf beide Spindeltriebe 3 und 9 übertragen, wobei die Leistungsabgabe des jeweiligen Lineartriebs 3 und 9 je nach Hemmungslevel unterschiedlich ausfällt. Wie oben erwähnt, wird bei einem aufwärtigen Verfahren des Einstellschlittens 6 das elastische Speicherelement 13 gestaucht und letztendlich eine Kraft erreicht, welche über die spezifische Gewichtskraft des Kraftfahrzeugs 3 (vergleiche 4) an dem Federbein 1 hinausgeht und somit eine Unterbodenhöhe eingestellt werden kann (Niveauregulierung) oder ein Wanken des Fahrzeugs hierdurch reduziert beziehungsweise ausgeglichen werden kann. Die Kräfte des Federbeins 1 werden hierbei mittels eines Fahrzeugrads 15, beispielsweise das ein Vorderrad eines Kraftfahrzeugs, auf den Untergrund übertragen.
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In 3 ist der gleiche Wirkzusammenhang erreicht, wobei hier der Antrieb 7 außerhalb der Stellwege angeordnet ist und somit weniger aufwändig mit dem Kraftfahrzeug 3 (vergleiche 4) elektrisch verbindbar ist, weil hier das Federbeingehäuse 8 und damit der Antrieb 7 gegenüber der Fahrzeugaufhängung 29 axial fixiert ist. Die gezeigte Konfiguration ist auch auf andersartige Lineartriebe übertragbar. Der Einfachheit halber wird hier aber nur eine Ausführung beider Lineartriebe als Spindeltriebe 3 und 9 beschrieben. Die Einstellspindel 5 des Einstellspindeltriebs 3 ist wie der Antrieb 7 zum Federbeingehäuse 8 axial fixiert, aber als Antriebswelle des Antriebs 7 rotierbar. Die Einstellmutter 6 ist im blockierten Zustand des Verstellspindeltriebs 9 mittels des hier in ähnlicher Weise vorgesehenen Bremssystems 12 als Leistungssteuerung 28 rotatorisch fixierbar, sodass die rotatorisch fixierte aber axial bewegbare Verstellspindel 10 mit der ebenfalls im blockierten Zustand rotatorisch fixierten Verstellmutter 11 im Resultat axial mitbewegt wird. Wird nun die Blockade mittels des Bremssystems 12 reduziert oder aufgehoben, so rotiert die Verstellmutter 6 mit der Einstellspindel 5 mit, sobald eine wie in Bezug auf 2 beschriebene Lastgrenze mittels des elastischen Speicherelements 13 erreicht ist. Folglich findet eine reduzierte (gehemmter Zustand) oder keine (freier Zustand) axiale Relativbewegung im Einstellspindeltrieb 3 statt. Vielmehr wird nun die Verstellmutter 11 mit der Einstellspindel 5 mitrotiert, sodass die Verstellspindel 10 entsprechend der Gewindesteigung axial bewegt wird. Somit sind auch hier der erste Stellweg 25 des Einstellspindeltriebs 3 und der zweite Stellweg 26 des Verstellspindeltriebs 9 mittels eines gemeinsamen Antriebs 7 unabhängig voneinander betätigbar beziehungsweise steuerbar.
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In 4 ist beispielhaft ein Kraftfahrzeug 3 schematisch dargestellt, bei welchem vor einer Fahrerkabine 19 ein linkes (lenkbares) Vorderrad 15 und ein rechtes (lenkbares) Vorderrad 16, sowie hinter der Fahrerkabine 19 ein linkes Hinterrad 17 und ein rechtes Hinterrad 18 jeweils mittels eines Federbeins 1, beispielsweise wie in 2 und in 3 dargestellt, gelagert sind. Die Vorderräder 15 und 16 sind an einer Vorderachse 21 mittels einer Lenkstange 23 und einem Lenkrad 24 lenkbar aufgehängt. Zudem sind sie bevorzugt von einem nicht dargestellten Antriebsaggregat antreibbar. Die Hinterräder 17 und 18 sind hier beispielhaft parallel zur Längsachse 25 starr ausgerichtet an einer Hinterachse 22 aufgehängt.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Federbein wird auf geringem Bauraum ermöglicht, hohe Kräfte und gleichzeitig eine hohe Dynamik individuell für das einzelne Federbein als eSuspension aufzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federbein
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Einstelltrieb
- 4
- Linearachse
- 5
- Einstellschiene
- 6
- Einstellschlitten
- 7
- Antrieb
- 8
- Federbeingehäuse
- 9
- Verstelltrieb
- 10
- Verstellschiene
- 11
- Verstellschlitten
- 12
- Bremssystem
- 13
- Speicherelement
- 14
- Schwerkraft
- 15
- linkes Vorderrad
- 16
- rechtes Vorderrad
- 17
- linkes Hinterrad
- 18
- rechtes Hinterrad
- 19
- Fahrerkabine
- 20
- Längsachse
- 21
- Vorderachse
- 22
- Hinterachse
- 23
- Lenkstange
- 24
- Lenkrad
- 25
- erster Stellweg
- 26
- zweiter Stellweg
- 27
- Antriebskraft
- 28
- Leistungssteuerung
- 29
- Fahrzeugaufhängung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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