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Die Erfindung betrifft eine Federvorrichtung zur Federung der gefederten Masse eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Radaufhängungseinheit eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer derartigen Federvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, Radaufhängungen mit federelastischen Elementen zwischen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs als gefedertem Objekt und Rädern des Fahrzeugs als ungefederten Objekten einzusetzen, um einen Fahrkomfort von Fahrzeuginsassen zu erhöhen, indem von Bodenunebenheiten verursachte Stöße nicht unmittelbar auf die Karosserie übertragen werden. Ferner kann ein für eine Kraftübertragung erforderlicher Bodenkontakt der Räder auch bei Bodenunebenheiten gewährleistet werden. Durch Bodenunebenheiten angeregte Schwingungen der Karosserie werden in bekannter Weise durch eine Verwendung von Stoßdämpfern gedämpft, die zwischen der Karosserie und Radachsen angeordnet sind. Die federelastischen Elemente können dabei beispielsweise von elastischen Schraubenfedern gebildet und integraler Bestandteil der Stoßdämpfer sein.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Radaufhängungen mit hydraulischer oder pneumatischer Niveauregulierung zur Einstellung einer Höhe der Karosserie eines Kraftfahrzeugs bekannt, durch die Vorteile in Bezug auf ein Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, und auf einen Fahrkomfort, beispielsweise in Bezug auf eine Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs und insbesondere in Abhängigkeit einer Zuladung, bereitgestellt werden können.
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Beispielsweise beschreibt die
US 9,145,039 B2 eine Vorrichtung mit Luftfeder und Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus. Die Vorrichtung weist an einem Ende ein erstes Mittel zum Verschwenken an einer gefederten Masse des Fahrzeugs, beispielsweise dem Fahrzeugaufbau, und am anderen Ende ein zweites Mittel zum Verschwenken an einer ungefederten Masse des Fahrzeugs, beispielsweise einer Radaufhängung, auf. Ferner beinhaltet die Vorrichtung einen Schwingungsdämpfer, der eine Relativbewegung zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Massen dämpft, und eine selbstpumpende Luftfeder, die die gefederten und ungefederten Massen in federnder Weise gegeneinander stützt. Die selbstpumpende Luftfeder stellt dabei eine Höhenverstellfunktion bereit, die im Wesentlichen nur von der kinetischen Energie einer Relativbewegung zwischen den gefederten und den ungefederten Massen geleistet wird, so dass für einen Höhenverstellvorgang im Wesentlichen keine oder nur sehr wenig Energie von außen zugeführt werden muss. Der Schwingungsdämpfer weist eine im Betrieb einstellbare, vorzugsweise stufenlos einstellbare Dämpfungscharakteristik auf. Eine vorgesehene Spiralfeder umgibt die Luftfeder am Außenumfang, wirkt parallel zur Luftfeder und stützt die gefederten und ungefederten Massen federnd gegeneinander ab. Im Betrieb kann die Dämpfung des Schwingungsdämpfers zeitweise reduziert werden, solange Dämpfungskräfte in der Luftfeder durch das Einpumpen von Luft in und/oder aus der Luftfeder erzeugt werden, und/oder die Dämpfung des Schwingungsdämpfers wird erhöht oder verringert, wenn die Gesamthärte der Luftfeder erhöht oder verringert wird aufgrund des Pumpens von Luft in die und/oder aus der Luftfeder heraus.
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Ferner schlägt die
US 3,871,635 A ein Aufhängungssystem für die gefederte Masse eines auf Rädern abgestützten Fahrzeugs vor. Zum Erreichen einer Stabilität sind in dem Aufhängungssystem hydraulische Streben fluidtechnisch quer über das Fahrzeug hinweg miteinander verbunden. Jede fluidtechnische Querverbindung ist mit einem Gasspeicher versehen, der eine Federhärte für jede der hydraulischen Streben bereitstellt. Dabei wird eine Niveauregulierung der gefederten Masse relativ zu mit den Rädern versehenen Radträgern durch ausgewählte Übertragung von Hydraulikfluid zwischen den ansonsten geschlossenen, fluidtechnisch querverbundenen hydraulischen Streben erreicht. Ein Einsatz des Aufhängungssystems ist sowohl für Geländewagen als auch für LKW, Waggons und andere Fahrzeuge möglich.
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Eine hydraulische Aufhängungseinheit mit zuladungskompensierender Niveauregulierung und geringer Federhärte für Fahrzeuge ist aus der
US 3,625,540 A bekannt. Die Aufhängungseinheit beinhaltet drei Kammern, durch die der Fluss eines Arbeitsfluids durch Verbindungskanäle, Dichtungen, Ventilmittel und Pumpmittel präzise gesteuert wird. Das Arbeitsfluid wird unter Druck mittels der Pumpmittel von einem Fluidreservoir zu einer Hochdruckkammer übertragen. Ein Teleskopelement mit einer durch dieses Teleskopelement definierten hydraulischen Arbeitsfläche erstreckt sich von der Hochdruckkammer und bewegt sich in dieser hin und her. Der Fluiddruck in der Hochdruckkammer drückt gegen die Querschnittsfläche, um das Teleskopelement in eine vorbestimmte Position auszufahren. Eine Druckregelkammer, die mit der Hochdruckkammer hydraulisch verbindbar ist, ist durch einen mit einer Spiralfeder mit hoher Federhärte belasteten Kolben auf ein kleineres Volumen vorgespannt. Die Fläche des Kolbens ist größer als die durch das Teleskopelement definierte Fläche. Als Folge wird die auf den Kolben ausgeübte Federkraft indirekt hydraulisch auf das Teleskopelement übertragen und in Abhängigkeit des Verhältnisses der beiden Flächen verringert.
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Zudem ist in der
JP 2005-145388 A eine Fahrzeughöheneinstellvorrichtung für eine Aufhängung beschrieben, die durch ein getrenntes Anbringen eines Federabschnitts und eines Stoßdämpferabschnitts zwischen einer Fahrzeugkarosserie und einer Achse aufgebaut ist. Die Fahrzeughöheneinstellvorrichtung ist in der Lage, eine geringe Fahrzeughöhe einzustellen, ohne den Fahrkomfort zu beeinträchtigen. Der Federabschnitt umfasst einen Zylinder, ein Einstellrohr, einen Federsitz, eine Schraubenfeder und eine Verschraubung zwischen Einstellrohr und Federsitz. Das Einstellrohr weist einen gleitend darin eingesetzten Zylinder auf, wobei das Einstellrohr und der Zylinder einen abgedichteten Zwischenraum bilden. Der Federsitz ist an dem äußeren Umfangsabschnitt des Einstellrohrs mittels der Verschraubung verbunden. Die Verschraubung dreht das Einstellrohr und den Federsitz derart, dass eine vertikale Position des Federsitzes in Bezug auf das Einstellrohr eingestellt werden kann. Durch Zuführen und Abführen von Flüssigkeit zu und von dem abgedichteten Zwischenraum ist es möglich, die Fahrzeughöhe einzustellen, indem der Federsitz in Bezug auf das Einstellrohr durch die Verschraubung verstellt wird.
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Bei einem Kraftfahrzeug-Fahrgestell gemäß der
DE 10 2015 119 637 A1 ist mindestens einer Radaufhängung, welche eine als Schraubenfeder ausgeführte Feder umfasst, eine hydraulische Höhen-Verstelleinrichtung mit einer auf einen Fußpunkt der Schraubenfeder einwirkenden Zylinder-Kolben-Anordnung zugeordnet. Dabei ist die Zylinder-Kolben-Anordnung von einem dem betreffenden Rad zugeordneten dezentralen, einen Vorratsbehälter für Hydraulikflüssigkeit und eine durch einen Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpe umfassenden Hydraulikaggregat beaufschlagbar. Zumindest der Elektromotor des Hydraulikaggregats ist innerhalb der Schraubenfeder angeordnet.
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Die
DE 10 2017 201 642 A1 offenbart ein Federbein, umfassend einen verstellbaren Federteller für eine erste Tragfeder, wobei der ersten Tragfeder mindestens eine weitere in ihrer Tragkaft veränderbare Tragfeder funktional in Reihe zugeschaltet ist, wobei die mindestens eine weitere Tragfeder in ihrer Wirkung blockierbar ist.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Fahrzeugfederungen zur Federung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei die Fahrzeugfederung eine Höhenverstellbarkeitsfunktion beinhaltet, noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Federvorrichtung zur Federung der gefederten Masse eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die einen kompakten Aufbau aufweist und mit hohem Bedienkomfort eine Höhenverstellbarkeit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Federvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Radaufhängungseinheit eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße Federvorrichtung zur Federung der gefederten Masse eines Kraftfahrzeugs weist zumindest ein federelastisches Element mit zwei Endbereichen und zwei Anbindungselemente zur Anbindung des federelastischen Elements mit den Endbereichen zwischen einer gefederten Komponente und einer ungefederten Komponente des Kraftfahrzeugs auf. Dabei weist jedes Anbindungselement einen Hohlraum zur Aufnahme eines hydraulischen Fluids und ein im Hohlraum zumindest teilweise bewegbares Trennelement auf, durch das der Hohlraum in zwei Teilhohlräume variablen Volumens aufteilbar ist, die jeweils zumindest einen Hydraulikkanal zu einer Hydraulikpumpe aufweisen. In einem betriebsbereiten Zustand ist somit jeder der Endbereiche des federelastischen Elements mit einem der Anbindungselemente verbunden.
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Mit der vorgeschlagenen Federvorrichtung kann zusätzlich zur Funktion der Federung der gefederten Masse eines Kraftfahrzeugs auch die Funktion einer aktiven Höhenverstellbarkeit der Karosserie des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Dabei kann in einer geeigneten Ausführungsform zudem ein kompakter Aufbau erreicht werden.
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Die vorgeschlagene Federvorrichtung ist insbesondere in einer Radaufhängungseinheit eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft verwendbar, wobei ein Endbereich des zumindest einen federelastischen Elements an einer Komponente der Karosserie des Kraftfahrzeugs und ein Endbereich des zumindest einen federelastischen Elements an einem Achslenker oder einem Radträger angebunden ist. Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Personenkraftwagen (auch geländegängige, auch SUV), ein Lastkraftwagen, ein Sattelschlepper oder ein Kraftomnibus verstanden werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Federvorrichtung weist das zumindest eine federelastische Element einen in einer Ebene mäanderförmig angeordneten Federkörper auf. Aufgrund der mäanderförmigen Anordnung des federelastischen Elements in einer Ebene ist ein besonders kompakter Aufbau ermöglicht, bei dem in einer Richtung senkrecht zur Ebene Einbauraum eingespart und anderen Komponenten zugewiesen werden kann.
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Bevorzugt kann das zumindest eine federelastische Element eine Vielzahl von geraden Abschnitten beinhalten, wobei zwei aufeinanderfolgende gerade Abschnitte durch einen gekrümmten Abschnitt verbunden sind und der gekrümmte Abschnitt eine Richtungsänderung zwischen 110° und 170°, bevorzugt zwischen 120° und 170°, und, besonders bevorzugt, zwischen 140° und 170° aufweist. Unter dem Begriff „Vielzahl“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine Anzahl von zumindest zwei verstanden werden.
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Dadurch kann ein besonders einfacher Aufbau des federelastischen Elements erreicht werden. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn für das federelastische Element, also für den Federkörper ein elliptischer, insbesondere ein runder Querschnitt verwendet wird.
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Bevorzugt kann das zumindest eine federelastische Element in Form eines Polygonzugs ausgestaltet sein. Dabei kann der Polygonzug eine Vielzahl von geraden Abschnitten beinhalten. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn für das federelastische Element, also für den Federkörper ein rechteckiger, insbesondere ein quadratischer Querschnitt verwendet wird.
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Erfindungsgemäß ist zumindest einer der Endbereiche des zumindest einen federelastischen Elements von einem der Trennelemente umschlossen und von dem Hohlraum fluidtechnisch getrennt gehaltert. Dadurch kann eine besonders kompakte Anordnung des zumindest einen federelastischen Elements und des betreffenden Anbindungselements erzielt werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Federvorrichtung befindet sich in zumindest einem Betriebszustand zumindest eines der zumindest teilweise bewegbaren Trennelemente in einer Stellung, in der ein Teilbereich des zumindest einen federelastischen Elements sich mit zumindest einem der Anbindungselemente in mechanischer Anlage befindet.
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Auf diese Weise kann ein Auslegungsbereich der Federvorrichtung erweitert werden, da eine Federhärte in dem beschriebenen Betriebszustand vergrößert ist.
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Bevorzugt weist das zumindest eine federelastische Element einen überwiegenden Anteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) auf. Auf diese Weise kann gegenüber konventionellen Federvorrichtungen mit zumindest einem federelastischen Element aus Stahl eine Federvorrichtung mit den zuvor beschriebenen Vorteilen und einer besonders großen Gewichtsreduzierung bereitgestellt werden.
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Unter dem Begriff „einen überwiegenden Anteil“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere ein Anteil von mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt von mehr als 70 Vol.-% und, besonders bevorzugt, von mehr als 90 Vol.-% verstanden werden. Insbesondere soll der Begriff die Möglichkeit einschließen, dass das zumindest eine federelastische Element vollständig, d. h. zu 100 Vol.-%, aus dem Faser-Kunststoff-Verbund besteht.
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Der Faser-Kunststoff-Verbund kann insbesondere kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) und/oder glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) und/oder aramidfaserverstärkten Kunststoff (AFK) beinhalten.
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Ein besonders einfacher Aufbau der Federvorrichtung kann erreicht werden, wenn die zwei Anbindungselemente einen überwiegenden Anteil aus einem gummi-elastischen Material aufweisen. Insbesondere kann das im Hohlraum zumindest teilweise bewegbare Trennelement auf vereinfachte Weise bereitgestellt werden, da beispielsweise auf Gleitringdichtungen verzichtet werden kann. Zudem kann eine akustische Trennung zwischen der Federvorrichtung und der gefederten Komponente bzw. der ungefederten Komponente des Kraftfahrzeugs erreicht werden, wodurch bestehende Anforderungen der Fahrzeugtechnik hinsichtlich NVH (Noise, Vibration, Harshness; Geräusch, Vibration, Rauheit) einfacher eingehalten werden können.
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Nicht-einschränkende Beispiele für gummi-elastische Materialien sind Elastomere, Gummis, Natur- und Synthesekautschuk, etwa Butadien-Kautschuk oder Chlorbutadien-Kautschuk, der unter verschiedenen Namen kommerziell erhältlich ist, sowie Silikonkautschuk. Das gummi-elastische Material kann auch unter Verwendung verschiedener Gummis und/oder Natur- und/oder Synthesekautschuk und/oder Silikonkautschuk hergestellt sein.
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Bevorzugt ist bei Federvorrichtungen, bei denen die Anbindungselemente einen überwiegenden Anteil aus einem gummi-elastischen Material aufweisen, das Trennelement jedes Anbindungselements mit diesem einstückig ausgebildet, wodurch eine besonders feste Verbindung zwischen dem Trennelement und dem übrigen Teil des Anbindungselements erzielt werden kann.
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Besonders bevorzugt ist das Trennelement jedes Anbindungselements aus demselben Material wie das Anbindungselement und in demselben Herstellprozess einstückig angeformt hergestellt, wodurch eine besonders einfache Herstellung ermöglicht werden kann.
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In bevorzugten Ausführungsformen derartiger Federvorrichtungen weist zumindest eines der Anbindungselemente in einer Querrichtung zu einem Federweg des zumindest einen federelastischen Element ausgerichtete, parallel zueinander verlaufende, ebene Oberflächen auf. Dabei ist in einem oberflächennahen Bereich der ebenen Oberflächen und parallel zu diesen jeweils eine Verstärkungsstruktur angeordnet, deren mechanische Festigkeit, insbesondere eine Biegefestigkeit, diejenige des übrigen Materials des Anbindungselements übersteigt. Auf diese Weise können Verformungen der Anbindungselemente aufgrund einer rückstellenden Federkraft des zumindest einen federelastischen Elements wirksam verhindert und eine zuverlässige und genaue Höheneinstellung der Karosserie des Kraftfahrzeugs erreicht werden.
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Bevorzugt ist der zumindest eine Hydraulikkanal zwischen den Teilhohlräumen der Hohlräume jedes der Anbindungselemente mit einer Hydraulikpumpe fluidtechnisch verbunden, die im jeweiligen Hohlraum angeordnet ist. Auf diese Weise können kurze Leitungswege zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hohlraum jedes der Anbindungselemente und somit ein besonders kompakter Aufbau der Federvorrichtung erreicht werden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Radaufhängungseinheit eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, die zumindest eine Ausführungsform der offenbarten Federvorrichtung beinhaltet. Dabei ist eines der zwei Anbindungselemente der Federvorrichtung an einem Karosserieteil angebunden und das andere der zwei Anbindungselemente ist an einem Fahrgestellteil angebunden.
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Die im Zusammenhang mit der offenbarten Federvorrichtung beschriebenen Vorteile sind vollumfänglich auf die vorgeschlagene Radaufhängungseinheit übertragbar.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Federvorrichtung zur Federung der gefederten Masse eines Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht,
- 2 eine schematische Darstellung der Federvorrichtung gemäß der 1 in einer geschnittenen Seitenansicht in einer Referenzstellung mit einer Referenzlänge,
- 3 eine schematische Darstellung der Federvorrichtung gemäß der 1 in derselben Ansicht wie 2 in einer Betriebsstellung mit einer Betriebslänge, die größer ist als die Referenzlänge, und
- 4 eine schematische Darstellung der Federvorrichtung gemäß der 1 in derselben Ansicht wie 2 in einer Betriebsstellung mit einer Betriebslänge, die geringer ist als die Referenzlänge.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Federvorrichtung 10 zur Federung der gefederten Masse eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug ist in dieser speziellen Ausführungsform als Personenkraftwagen ausgebildet. Die Federvorrichtung 10 weist ein federelastisches Element 12 auf, das einen in einer Ebene mäanderförmig angeordneten Federkörper 14 mit zwei geraden Endbereichen 28, 30 aufweist (2), und zwei Anbindungselemente 34, 54 zur Anbindung des federelastischen Elements 12 mit den Endbereichen 28, 30 zwischen einer gefederten Komponente und einer ungefederten Komponente des Kraftfahrzeugs. Die Federvorrichtung 12 ist Teil einer Radaufhängungseinheit des Kraftfahrzeugs. Dabei sind die gefederte Komponente von einem Hilfsrahmen 74 des Fahrgestells des Kraftfahrzeugs und die ungefederte Komponente des Kraftfahrzeugs von einem Achslenker 76 der Radaufhängungseinheit des Kraftfahrzeugs gebildet (1).
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In einem Einbauzustand ist die Federvorrichtung 12 im Wesentlichen vertikal zwischen dem Hilfsrahmen 74 und dem Achslenker 76 angeordnet, so dass die Ebene, in der der mäanderförmige Federkörper 14 liegt, im Wesentlichen vertikal angeordnet ist und ein Federweg 16 des federelastischen Elements 12 parallel zur vertikalen Richtung verläuft. Die Ebene entspricht somit der Zeichenebene der 1. Durch die vertikale Anordnung der Federvorrichtung bzw. des Federkörpers im Einbauzustand können die Begriffe „oben“ bzw. „unten“ derart definiert werden, dass „oben“ bzw. „obere(r)“ in einer festgelegten +Z-Richtung weiter vom Nullpunkt der Z-Richtung entfernt ist als „unten“ bzw. „untere(r)“.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Federvorrichtung 10 gemäß der 1 in einer geschnittenen Seitenansicht in der Referenzstellung, in der die Federvorrichtung 10 eine Referenzlänge RL aufweist.
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Das federelastische Element 12 weist einen überwiegenden Anteil von mehr als 90 Vol.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) auf. Dabei ist der Faser-Kunststoff-Verbund als kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) mit einer Epoxidharz-Matrix ausgebildet. An äußeren Enden der Endbereiche 28, 30 des federelastischen Elements 12 ist jeweils eine Metallhülle 32 zur Einhüllung als mechanischer Schutz vorgesehen (2).
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Das federelastische Element 12 beinhaltet eine Vielzahl von fünf geraden Abschnitten 18, 20, 22, wobei zwei aufeinanderfolgende gerade Abschnitte durch einen gekrümmten Abschnitt 24, 26 verbunden sind. Dabei weisen zwei in einem Mittelbereich angeordnete gekrümmte Abschnitte 24 in der in 2 dargestellten Referenzstellung eine Richtungsänderung von ca. 165° auf. Bei den beiden mit jeweils einem der Endbereiche 28, 30 verbundenen geraden Abschnitte 22 beträgt die Richtungsänderung der gekrümmten Abschnitte 26 an einem dem Endbereich 28, 30 abgewandten Ende etwa 170°.
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Jeder der Endbereiche 28, 30 ist im Wesentlichen L-förmig ausgebildet, wobei der längere Abschnitt der L-Form senkrecht zum Federweg 16 des federelastischen Elements 12 angeordnet ist. Jeder der Endbereiche 28, 30 bildet mit einem dem Endbereich 28, 30 zugewandten Ende des jeweiligen geraden Abschnitts 22 einen rechten Winkel.
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Die beiden Anbindungselemente 34, 54 sind identisch aufgebaut, so dass die Beschreibung simultan für beide Anbindungselemente 34, 54 ausgeführt werden kann.
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Das Anbindungselement 34, 54 weist eine äußere Quaderform mit einer ebenen, unteren äußeren Oberfläche 42, 62 und einer ebenen, oberen äußeren Oberfläche 40, 60 auf, die parallel zueinander verlaufen und in einer Querrichtung zum Federweg 16 des federelastischen Elements 12 ausgerichtet sind. Das Anbindungselement ist zu einem überwiegenden Anteil von etwa 70 Vol.-% aus einem gummi-elastischen Material hergestellt, das in dieser speziellen Ausführungsform von Chlorbutadien-Kautschuk gebildet ist.
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Jedes der Anbindungselemente 34, 54 weist einen quaderförmigen Hohlraum 36, 56 zur Aufnahme eines als Hydrauliköl ausgebildeten hydraulischen Fluids und ein im Hohlraum 36, 56 teilweise bewegbares Trennelement 48, 68 auf. Das Trennelement 48, 68 ist plattenförmig ausgebildet, wobei Oberflächen des Trennelements 48, 68 parallel zu der unteren äußeren Oberfläche 42, 62 bzw. der oberen äußeren Oberfläche 40, 60 des Anbindungselements 34, 54 angeordnet sind. Durch das Trennelement 48, 68 ist der Hohlraum 36, 56 in zwei Teilhohlräume 44, 46, 64, 66 mit variablem Volumen aufteilbar. Ein Volumen des Hohlraums 36 entspricht der Summe der Volumina der Teilhohlräume 44, 46. Ein Volumen des Hohlraums 56 entspricht der Summe der Volumina der Teilhohlräume 64, 66.
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Das Trennelement 48, 68 besteht aus demselben Material wie eine Wandung 38, 58 des Hohlraums 36, 56 des Anbindungselements 34, 54 und ist mit dieser einstückig ausgebildet. Insbesondere ist das Trennelement 48, 68 an einer Umfangsseite bis auf zwei Unterbrechungsstellen vollständig mit der Wandung 38, 58 des Hohlraums 36, 56 verbunden, wobei die Verbindung zwischen dem Trennelement 48, 68 und der Wandung 38, 58 des Hohlraums 36, 56 zu einem großen Teil von einem umfänglichen Randbereich des Trennelements 48, 68 gebildet ist, der gegenüber dem übrigen Bereich des Trennelements 48, 68 in vertikaler Richtung eine geringere Stärke aufweist. Diese Unterbrechungsstellen werden von zwei Hydraulikkanälen 50, 70 gebildet, von denen jeder Hydraulikkanal 50, 70 eine fluidtechnische Verbindung zwischen einem der Teilhohlräume 44, 46, 64, 66 und einer Hydraulikpumpe herstellt, die innerhalb des Hohlraums 36, 56 in der Nähe der Unterbrechungsstellen angeordnet ist. Die Hydraulikpumpen können entweder direkt in die Anbindungselements 34, 54 integriert oder in räumlicher Nähe als separate Einheiten positioniert werden. Durch Aktivierung der Hydraulikpumpen kann hydraulisches Fluid zwischen den Teilhohlräumen 44, 46 bzw. den Teilhohlräumen 64, 66 ausgetauscht werden.
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Jeder der Endbereiche 28, 30 des federelastischen Elements 12 ist von einem Trennelement 48, 68 eines der Anbindungselemente 34, 54 umschlossen und von dem Hohlraum 36, 56 fluidtechnisch getrennt gehaltert. Dies kann beispielsweise durch Vulkanisieren eines dem federelastischen Element 12 zugewandten Teils der Wandung 38, 58 des Anbindungselements 34, 54 an den jeweiligen Endbereich 28, 30 des federelastischen Elements 12 erfolgen.
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In einem oberflächennahen Bereich der ebenen äußeren Oberflächen 40, 42, 60, 62 des Anbindungselements 34, 54 und parallel zu diesen, d.h. im Einbauzustand oberhalb der unteren äußeren Oberfläche 42 und unterhalb der oberen äußeren Oberfläche 40 des oben angeordneten Anbindungselements 34 bzw. unterhalb der oberen äußeren Oberfläche 60 und oberhalb der unteren äußeren Oberfläche 62 des unten angeordneten Anbindungselements 54 sind jeweils Verstärkungsstrukturen 52, 72 angeordnet, deren mechanische Festigkeit diejenige des Materials des übrigen Anbindungselements 34, 54 übersteigt. Die Verstärkungsstrukturen 52, 72 sind in dieser speziellen Ausführungsform von Gittern aus Stahl gebildet, die bei dem Vulkanisierungsprozess zur Herstellung der Anbindungselemente 34, 54 eingeschlossen werden. Grundsätzlich sind in alternativen Ausführungsformen der Federvorrichtung auch Verstärkungsstrukturen anderer Form möglich.
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In einer alternativen Ausführungsform, in der Anbindungselemente aus einem anderen als dem gummi-elastischen Material hergestellt sein können, ist es denkbar, dass ein Trennelement als separates Bauteil ausgebildet und nicht mit einer Wandung eines Hohlraums einstückig ausgebildet ist. In diesem Fall kann das Trennelement beispielsweise mittels einer Gleitringdichtung in einer Richtung parallel zum Federweg eines federelastischen Elements gleitend in einer Wandung des Hohlraums des Anbindungselements fluidtechnisch getrennt gehaltert sein.
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Wenn der hydraulische Druck des Hydrauliköls in den beiden Teilhohlräumen 44, 46, 64, 66 jedes der Anbindungselemente 34, 54 gleich ist, befindet sich die Federvorrichtung 10 ohne externe Belastung in der Referenzstellung, und die Federvorrichtung 10 weist die Referenzlänge RL auf. Da der hydraulische Druck an allen Orten innerhalb der Teilhohlräume 44, 46, 64, 66 in gleicher Weise wirksam ist, entstehen keine biegewirksamen Kräfte auf das jeweilige Trennelement 48, 68, das somit in seiner Form verbleibt.
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Wenn aus der Referenzstellung heraus hydraulisches Fluid aus dem unteren Teilhohlraum 46 des oberen Anbindungselements 34 in den oberen Teilhohlraum 44 gepumpt wird und/oder wenn hydraulisches Fluid aus dem oberen Teilhohlraum 64 des unteren Anbindungselements 54 in den unteren Teilhohlraum 66 gepumpt wird, bewegt sich das obere Anbindungselement 34 relativ zum federelastischen Element 12 nach oben und/oder das untere Anbindungselement 54 relativ zum federelastischen Element 12 nach unten, was aufgrund der gummi-elastischen Eigenschaften des jeweiligen Anbindungselements 34, 54 ermöglicht ist. Die Federvorrichtung 12 befindet sich dann in einem gegenüber der Referenzstellung verlängerten Betriebszustand, der in der 3 dargestellt ist. Die Federvorrichtung 12 weist in diesem Betriebszustand eine gegenüber der Referenzlänge vergrößerte Länge L1 auf. Aufgrund der vergrößerten Länge L1 wird ein Abstand zwischen dem Hilfsrahmen 74 und dem Achslenker 76 des Kraftfahrzeugs (1) erhöht, so dass eine Höhe des Chassis über einem Fahrweg vergrößert ist. Die Form des federelastischen Elements 12 bleibt bei dieser Höhenverstellung unverändert, da die auf das federelastische Element 12 durch einen Teil der gefederten Masse des Kraftfahrzeugs ausgeübte Kraft ebenfalls unverändert ist.
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Wenn aus der Referenzstellung heraus hydraulisches Fluid aus dem oberen Teilhohlraum 44 des oberen Anbindungselements 34 in den unteren Teilhohlraum 46 gepumpt wird und/oder wenn hydraulisches Fluid aus dem unteren Teilhohlraum 66 des unteren Anbindungselements 54 in den oberen Teilhohlraum 64 gepumpt wird, bewegt sich das obere Anbindungselement 34 relativ zum federelastischen Element 12 nach unten und/oder das untere Anbindungselement 54 relativ zum federelastischen Element 12 nach oben, was aufgrund der gummi-elastischen Eigenschaften des jeweiligen Anbindungselements 34, 54 ermöglicht ist. Die Federvorrichtung 10 befindet sich dann in einem gegenüber der Referenzstellung verkürzten Betriebszustand, der in der 4 dargestellt ist. Die Federvorrichtung 10 weist eine gegenüber der Referenzlänge verringerte Länge L2 auf. Aufgrund der verringerten Länge L2 wird ein Abstand zwischen dem Hilfsrahmen 74 und dem Achslenker 76 des Kraftfahrzeugs verringert (1), so dass eine Höhe des Chassis über dem Fahrweg verkleinert ist. Die Form des federelastischen Elements 12 bleibt bei dieser Höhenverstellung unverändert, da die auf das federelastische Element 12 durch einen Teil der gefederten Masse des Kraftfahrzeugs ausgeübte Kraft ebenfalls unverändert ist.
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In dem in der 4 dargestellten Betriebszustand mit einer geringstmöglichen Länge L2 der Federvorrichtung 10 befindet sich jedes der Trennelemente 48, 68 der Anbindungselemente 34, 54 in einer Stellung, in der ein Teilbereich des federelastischen Elements 12, nämlich der mit dem jeweiligen Endbereich 28, 30 verbundene gerade Abschnitt 22, mit einer der äußeren Oberflächen 42, 60 des betreffenden Anbindungselements 34,54 in linienförmige mechanische Anlage gelangt. Die Verstärkungsstrukturen 52, 72 verhindern während des Betriebs der Federvorrichtung 10 wirksam Deformierungen der überwiegend aus dem gummi-elastischen Material bestehenden Anbindungselemente 34, 54.
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Um einen Energieverbrauch der Federvorrichtung 10 mit Höhenverstellbarkeit zu minimieren, können die Hydraulikkanäle der Teilhohlräume 44, 46, 64, 66 durch Ventile gesperrt werden, um ein Strömen des hydraulischen Fluids zwischen den Teilhohlräumen 44, 46 bzw. den Teilhohlräumen 64, 66 zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Federvorrichtung
- 12
- federelastisches Element
- 14
- Federkörper
- 16
- Federweg
- 18
- gerader Abschnitt (Mittelbereich)
- 20
- gerader Abschnitt (Mittelbereich
- 22
- gerader Abschnitt (Endbereich)
- 24
- gekrümmter Abschnitt
- 26
- gekrümmter Abschnitt
- 28
- Endbereich
- 30
- Endbereich
- 32
- Metallhülle
- 34
- Anbindungselement
- 36
- Hohlraum
- 38
- Wandung
- 40
- obere äußere Oberfläche
- 42
- untere äußere Oberfläche
- 44
- Teilhohlraum
- 46
- Teilhohlraum
- 48
- Trennelement
- 50
- Hydraulikkanal mit Hydraulikpumpe
- 52
- Verstärkungsstruktur
- 54
- Anbindungselement
- 56
- Hohlraum
- 58
- Wandung
- 60
- obere äußere Oberfläche
- 62
- untere äußere Oberfläche
- 64
- Teilhohlraum
- 66
- Teilhohlraum
- 68
- Trennelement
- 70
- Hydraulikkanal mit Hydraulikpumpe
- 72
- Verstärkungsstruktur
- 74
- Hilfsrahmen
- 76
- Achslenker
- RL
- Referenzlänge
- L1
- Länge (vergrößert)
- L2
- Länge (verringert)
