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Die Erfindung betrifft ein höhenverstellbares Feder-Dämpfersystem für ein Fahrzeug zur voneinander getrennten Einstellung einer Fahrlage und eines Zuladungsausgleichs des Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug insbesondere ein einspuriges Kraftfahrzeug bzw. ein Motorrad ist.
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Bei Fahrzeugen, wie beispielsweise Motorrädern, hat das Niveau des Fahrzeugs (Fahrzeugniveau) einen großen Einfluss auf das Fahrverhalten und die Lenkgeometrie. Sowohl die Stabilität als auch die Handhabbarkeit (Handling) des Fahrzeugs sind stark von dem Fahrzeugniveau abhängig, wobei die Kraftfahrzeuge meist für ein vorbestimmtes Soll- Fahrzeugniveau ausgelegt sind.
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Solche Fahrzeuge sehen in vielen Fällen eine Einstellbarkeit des Fahrzeugniveaus vor, die es ermöglicht, das Niveau des Fahrzeugs abzusenken oder zu erhöhen, um insbesondere während der Fahrt auf dem Soll-Fahrzeugniveau zu sein. Durch die Einstellbarkeit des Fahrzeugniveaus soll dabei meist ein Zuladungsausgleich möglich sein, um ein zusätzlich auf das Fahrzeug wirkendes Gewicht, beispielsweise durch Gepäck oder Beifahrer (Sozius), welches dazu führt, dass das Fahrzeugniveau sinkt, auszugleichen.
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Hinzukommt, dass insbesondere Fahrzeuge in einem höherpreisigen Segment eine zusätzliche Einstellbarkeit des Fahrzeugniveaus vorsehen, um das Fahrzeug in eine für die Fahrzeugsituation vorteilhafte Fahrlage zu bringen. Beispielsweise kann das Fahrzeugniveau in eine obere Fahrlage, die meist dem Soll-Fahrzeugniveau entspricht, angehoben werden um während der Fahrt Bodenfreiheit zu gewinnen und/oder das Fahrzeugniveau insbesondere bei einem Halten oder Bremsen des Fahrzeugs in eine untere Fahrlage abgesenkt werden, um dem Fahrer mit den Füßen ein Erreichen des Bodens zu erleichtern und dadurch eine erhöhte Standsicherheit zu bieten. Beim Anfahren oder ab vorbestimmten Geschwindigkeiten, wird das Fahrzeug durch die Fahrlageneinstellung anschließend wieder auf die obere Fahrlage bzw. das Soll-Fahrzeugniveau angehoben.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von verschiedenen höhenverstellbaren Feder-Dämpfersystemen für Fahrzeuge bekannt, welche in ihrer Höhe entlang ihrer Längsachse verstellbar sind. Meist ermöglichen diese Systeme jedoch entweder einen Zuladungsausgleich oder eine Fahrlageneinstellung, jedoch nicht beides.
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Soll mithilfe eines solchen Systems sowohl die Einstellbarkeit der Fahrlage als auch ein Zuladungsausgleich möglich sein, wird bei bereits bekannten Vorrichtungen meist ein einzelner Hydraulikzylinder mit einem einzelnen darin angeordneten Kolben verwendet, was jedoch zu mehreren Problemen führt. Meist wird ein solcher technischer Zylinder in seine Längsrichtung angrenzend an eine Tragfeder oder einen Dämpferzylinder eines Feder-Dämpfersystems angeordnet, sodass sich die Bauhöhe des gesamt Systems deutlich erhöht. Darüber hinaus sind ein Zuladungsausgleich und eine dynamische, während der Fahrt veränderliche Fahrlage nur unter großem mess- und regelungstechnischem Aufwand reproduzierbar umsetzbar. Soll beispielsweise das Fahrzeugniveau bei einem Anhaltvorgang des Fahrzeugs abgesenkt werden, wird ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus einem Teil des technischen Zylinders gepumpt. Bei einem späteren Anheben auf das vorherige Niveau, muss die exakt gleiche Menge an Hydraulikflüssigkeit zurück gepumpt werden. Eine einfache Zeitsteuerung zum Pumpen der Hydraulikflüssigkeit ist nicht möglich, da der Druck und damit das Strömungsvolumen der aus dem technischen Zylinders gepumpten Flüssigkeit von vielen unterschiedlichen Faktoren, wie beispielsweise Zuladung oder Außentemperatur abhängig ist. Die zum Erreichen eines reproduzierbaren Fahrzeugniveaus notwendigen mess- und regelungstechnischen Vorrichtungen sind jedoch teuer und fehleranfällig. Zudem ist ein solches System meist nur an einer Hinterradaufhängung des Fahrzeugs vorgesehen.
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Bei Systemen mit einer Einstellbarkeit der Fahrlage sowohl an der Vorderradaufhängung als auch an der Hinterradaufhängung kommt hinzu, dass diese meist nur einzeln verstellt werden können, so dass die Einstellung der Fahrlage am Fahrzeug bzw. an der Vorderrad- und der Hinterradaufhängung nicht synchron möglich ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein höhenverstellbares Feder-Dämpfersystem bereitzustellen, mit welchem die Höhe des Feder-Dämpfersystems eines Fahrzeugs zur Einstellbarkeit der Fahrlage sowohl an der Vorderradaufhängung als auch an der Hinterradaufhängung synchron und zur Einstellung eines Zuladungsausgleichs des Fahrzeugs reproduzierbar und mit hoher Wiederholgenauigkeit möglich ist, wobei das höhenverstellbare Feder-Dämpfersystem mit der zugehörigen Steuerung zugleich bauraumsparend, kostengünstig und robust sein soll.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein höhenverstellbares Feder-Dämpfersystem für ein Fahrzeug zur voneinander getrennten Einstellung einer Fahrlage und eines Zuladungsausgleichs des Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Feder-Dämpfersystem umfasst hierfür einen vorderen Fahrlagenzylinder zur Einstellung der Fahrlage an einer Vorderradaufhängung des Fahrzeugs, einen hinteren Fahrlagenzylinder zur Einstellung der Fahrlage an einer Hinterradaufhängung des Fahrzeugs, und einen hinteren Zuladungszylinder zur Einstellung einer Zuladung des Fahrzeugs bzw. zur Einstellung eines Zuladungsausgleichs an der Hinterradaufhängung. Darüber hinaus umfasst das Feder-Dämpfersystem ein Ventil und eine Fluidpumpe, wobei das Ventil eine erste und eine zweite Ventilstellung aufweist. In der ersten Ventilstellung ist die Fluidpumpe strömungstechnisch mit dem vorderen und hinteren Fahrlagenzylinder verbunden, so dass ein Fluid von der Fluidpumpe in oder aus dem vorderen und hinteren Fahrlagenzylinder pumpbar ist und der Zuladungszylinder strömungstechnisch von der Fluidpumpe getrennt und vorzugsweise fluiddicht verschlossen ist. In der zweiten Ventilstellung ist die Fluidpumpe strömungstechnisch mit dem hinteren Zuladungszylinder verbunden, so dass ein Fluid von der Fluidpumpe in oder aus dem hinteren Zuladungszylinder pumpbar ist und der vordere und hintere Fahrlagenzylinder jeweils strömungstechnisch von der Fluidpumpe getrennt und vorzugsweise jeweils fluiddicht verschlossen ist.
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Dadurch, dass das Fluid von der Fluidpumpe durch das Ventil zugleich in oder aus dem vorderen und hinteren Fahrlagenzylinder pumpbar ist, kann die Fahrlage an der Vorderrad- und der Hinterradaufhängung synchron eingestellt werden. Muss also die Fahrlage an Vorderrad- und Hinterradaufhängung angehoben werden, d.h. eine insbesondere durch einen jeweiligen Dämpfer und eine jeweilige Tragfeder bestimmte Länge an der Vorderrad- und Hinterradaufhängung erhöht werden, kann das Fluid durch die Fluidpumpe zeitgleich in den vorderen und hinteren Fahrlagenzylinder gepumpt werden. Muss die Fahrlage an Vorderrad- und Hinterradaufhängung abgesenkt werden, d.h. eine Länge an der Vorderrad- und Hinterradaufhängung reduziert werden, kann das Fluid zeitgleich aus den vorderen und hinteren Fahrlagenzylindern abgelassen werden. Für das Ablassen des Fluides aus dem vorderen und dem hinteren Fahrlagenzylinder oder dem Zuladungszylinder kann die Fluidpumpe verwendet werden. Alternativ kann das Fluid bei abgeschalteter Pumpe durch das Eigengewicht des Fahrzeugs aus dem vorderen und dem hinteren Fahrlagenzylinder oder Zuladungszylinder verdrängt werden.
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Das Ventil ist entsprechend in die erste oder zweite Ventilstellung bringbar, wobei zur Steuerung des Feder-Dämpfersystems insbesondere genau ein Ventil vorgesehen ist, durch das, abhängig von der Ventilstellung, der vordere Fahrlagenzylinder und der hintere Fahrlagenzylinder oder der Zuladungszylinder ansteuerbar sind.
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Der vordere und hintere Fahrlagenzylinder wirken vorzugsweise als Federvorspanner bzw. als sogenannte „Preload Adjuster“.
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Da die Einstellung des Zuladungsausgleichs vorzugsweise ausschließlich an der Hinterradaufhängung stattfindet, ist insbesondere nur an der Hinterradaufhängung ein Zuladungszylinder vorgesehen. An der Vorderradaufhängung des Fahrzeugs ist daher ein Zuladungszylinder weder notwendig, noch vorhanden. Da kein vorderer Zuladungszylinder vorhanden ist, kann der hintere Zuladungszylinder vereinfacht auch als Zuladungszylinder bezeichnet werden.
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Der vordere Fahrlagenzylinder, der hintere Fahrlagenzylinder und der Zuladungszylinder sind vorzugsweise jeweils ein Hydraulikzylinder, der insbesondere jeweils als einfachwirkender Hydraulikzylinder ausgebildet ist, welcher federrückgestellt sein kann oder durch die entlang der Längsachse des jeweiligen Zylinders bzw. Dämpfers wirkenden Gewichtskraft des Fahrzeugs rückstellbar ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Feder-Dämpfersystems sieht vor, dass das Ventil ein elektrisch betätigbares bistabiles 5/2-Wegeventil ist. Um bei einem Stromverlust oder während der Fahrt, ohne dafür das Ventil dauerhaft elektrisch anzusteuern, eine definierte Ventilstellung vorzusehen, ist alternativ die Verwendung eines monostabilen beispielsweise federrückgestelltes 5/2-Wegeventil verwendbar, so dass das Ventil ohne elektrische Ansteuerung in die erste oder zweite Ventilstellung rückgestellt wird. Darüber hinaus ist auch die Verwendung eines 5/3-Wegeventils mit Sperrmittelstellung möglich, das in die Sperrmittelstellung federzentriert ausgebildet sein kann.
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Vorzugsweise ist die Fluidpumpe eine Doppelkolbenpumpe, so dass ein Fluid von der Fluidpumpe mit einem kontinuierlichen und gleichmäßigen Fluidstrom förderbar ist. Darüber hinaus kann die Fluidpumpe eine Leerlaufstellung vorsehen, in welcher Fluid die Fluidpumpe durchströmen kann, ohne dass das Fluid durch die Fluidpumpe gefördert wird. Ferner kann die Fluidpumpe eine Sperrstellung vorsehen, in welcher kein Fluidstrom durch die Fluidpumpe möglich ist. Eine Fluidpumpe mit Sperrstellung ist insbesondere in Kombination mit einem 5/2-Wegeventil vorteilhaft, da für das Halten des Fluides in den jeweiligen Zylindern die Fluidpumpe in die Sperrstellung gebracht werden kann und das Wegeventil keine Sperrstellung vorsehen muss. Ferner ist vorzugsweise eine Pumpe mit zwei Ausgängen bzw. Anschlüssen vorgesehen, wobei durch die zwei Ausgänge ein gleichmäßiger Fluidstrom identischer Menge förderbar ist.
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Eine besonders vorteilhafte Variante des Feder-Dämpfersystems sieht vor, dass die Fluidpumpe durch zwei Hydraulikzylinder mit je einem Kolben gebildet wird. Der jeweilige Kolben bestimmt in dem jeweiligen Hydraulikzylinder je eine Druckkammer, wobei die Kolben durch eine Spindel verschiebbar und ein Volumen der jeweiligen Druckkammer einstellbar sind. Die Druckkammern der Hydraulikzylinder bilden gemeinsam den Fluidtank. Vorzugsweise sind die Kolben über die gemeinsame Spindel gleichzeitig und synchron verschiebbar, so dass die Fahrlage über den vorderen Fahrlagenzylinder und über den hinteren Fahrlagenzylinder mit dem Ventil synchron einstellbar ist, wobei die Spindel weiter vorzugsweise von einem Elektromotor antreibbar ist, welcher zudem ein Getriebe aufweisen kann, so dass die Spindel durch den Elektromotor über das Getriebe antreibbar ist. Über die Spindel ist die Position der Kolben in dem jeweiligen Hydraulikzylinder einstellbar, so dass sich die Druckkammern gleichzeitig vergrößern oder verkleinern. Durch eine Verkleinerung der Druckkammern wird das Fluid aus der jeweiligen Druckkammer des jeweiligen Hydraulikzylinders heraus und durch das Ventil in den jeweiligen Fahrlagenzylinder oder den Zuladungszylinder gepresst bzw. gepumpt. Werden die Druckkammern vergrößert, wird das Fluid über das Ventil aus den jeweiligen Fahrlagenzylindern oder dem Zuladungszylinder in die Hydraulikzylinder gesaugt. Vorzugsweise sind die Hydraulikzylinder integral als ein Zylinder mit mehreren Druckkammern ausgebildet.
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Über die Ventilstellung und die Anzahl der Umdrehungen des Elektromotors oder der Spindel, beispielsweise über einen Hall-Sensor, kann das von der Fluidpumpe in die Fahrlagenzylinder oder den Zuladungszylinder geförderte Volumen bzw. Fluid ermittelt werden, wodurch die Fahrlage und der Zuladungsausgleich abhängig von dem geförderten Fluid einstellbar ist.
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Zudem können Hydraulikzylinder bzw. die in den Hydraulikzylindern bestimmten Druckkammern unterschiedliche Maximalvolumen und unterschiedliche maximal förderbare Fluidströme aufweisen, um beispielsweise unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse der Fahrzeuge an dem vorderen und hinteren Fahrlagenzylindern auszugleichen. Dazu können die Kolben beispielsweise bezüglich ihres Durchmessers unterschiedlich dimensioniert sein, so dass bei einer gleichen Verschiebung der beiden Kolben in den jeweiligen Hydraulikzylindern unterschiedliche Fluidvolumen verdrängt bzw. angesaugt und damit gefördert werden.
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Das Feder-Dämpfersystem weist zudem in einer vorteilhaften Weiterbildung, bei welcher die Fluidpumpe eine konventionelle Pumpe bzw. eine Doppelkolbenpumpe ist, einen Fluidtank auf, welcher strömungstechnisch mit der Fluidpumpe verbunden oder mit der Fluidpumpe in eine Pumpeneinheit integriert ist, so dass das Fluid aus dem Fluidtank durch die Fluidpumpe über das Ventil abhängig von der Ventilstellung in den vorderen und den hinteren Fahrlagenzylinder oder den hinteren Zuladungszylinder pumpbar ist. Der Fluidtank kann alternativ auch in den vorderen Fahrlagenzylinder, den hinteren Fahrlagenzylinder und den hinteren Zuladungszylinder integriert sein.
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Um eine synchrone Fahrlagenverstellung zu ermöglichen, sieht eine ebenfalls vorteilhafte Variante vor, dass der vordere und hintere Fahrlagenzylinder einen identischen Kolbenhub und vorzugsweise ein identisches Volumen aufweisen und die Fahrlage des Fahrzeugs durch von der Fluidpumpe zugleich in den vorderen und hinteren Fahrlagenzylinder gepumptes Fluid oder zugleich aus dem vorderen und hinteren Fahrlagenzylinder abfließendes Fluid synchron einstellbar ist. Dadurch, dass die Fahrlage synchron einstellbar ist und die Fahrlagenzylinder einen identischen Kolbenhub bei vorzugsweise identischem Volumen aufweisen, ist die Fahrlage an der Vorderradaufhängung und an der Hinterradaufhängung zeitgleich um das gleiche Maß bzw. um die gleiche Länge einstellbar.
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Darüber hinaus sieht eine Ausführungsvariante vor, dass das Feder-Dämpfersystem jeweils einen Dämpferzylinder an der Vorderradaufhängung und der Hinterradaufhängung des Fahrzeugs aufweist. Der vordere Fahrlagenzylinder, der hintere Fahrlagenzylinder und der Zuladungszylinder sind hierbei jeweils ringförmig um den jeweiligen Dämpfungszylinder und koaxial zu diesem angeordnet, wobei ein jeweiliger Kolben und eine jeweilige Arbeitskammer des vorderen Fahrlagenzylinder, des hinteren Fahrlagenzylinders und des Zuladungszylinders hohlzylinderförmig bzw. ringförmig um eine Außenfläche des jeweiligen Dämpferzylinders und koaxial zu diesem angeordnet sind. Eine jeweilige Kolbenstange des vorderen Fahrlagenzylinders, des hinteren Fahrlagenzylinders und des Zuladungszylinders erstreckt sich jeweils hohlzylinderförmig entlang der Außenfläche des jeweiligen Dämpferzylinders und konzentrisch zu diesem.
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Vorzugweise ist vorgesehen, dass das Feder-Dämpfersystem darüber hinaus jeweils einen Dämpferzylinder und eine Tragfeder aufweist, wobei jeweils ein Dämpferzylinder mit einer Tragfeder jeweils an bzw. als Teil der Vorderradaufhängung und der Hinterradaufhängung des Fahrzeugs vorgesehen sind. Der vordere und der hintere Fahrlagenzylinder ist jeweils als ein erster Ringzylinder mit einem darin verschiebbar angeordneten ersten Ringkolben ausgebildet bzw. vorgesehen, der in dem ersten Ringzylinder eine erste Arbeitskammer mit einem ersten Arbeitsvolumen bestimmt. Der hintere Zuladungszylinder ist als ein zweiter Ringzylinder mit einem darin verschiebbar angeordneten zweiten Ringkolben ausgebildet bzw. vorgesehen, der in dem zweiten Ringzylinder eine zweite Arbeitskammer mit einem zweiten Arbeitsvolumen bestimmt. Die ersten Ringzylinder sind jeweils ausgebildet, mit dem jeweiligen ersten Ringkolben, durch eine Änderung des jeweiligen ersten Arbeitsvolumens, die jeweilige Tragfeder und den jeweiligen Dämpferzylinder der Vorderradaufhängung und der Hinterradaufhängung relativ zueinander entlang einer Längsachse des jeweiligen Dämpferzylinders zu verschieben und eine jeweilige Länge entlang der Längsachse an der Vorderradaufhängung und der Hinterradaufhängung zur Einstellung der Fahrlage des Fahrzeugs einzustellen. Darüber hinaus ist der zweite Ringzylinder ausgebildet, mit dem zweiten Ringkolben, durch eine Änderung des zweiten Arbeitsvolumens, die Tragfeder und den Dämpferzylinder der Hinterradaufhängung relativ zueinander entlang der Längsachse des Dämpferzylinders der Hinterradaufhängung zu verschieben und die Länge entlang der Längsachse an der Hinterradaufhängung zur Einstellung des Zuladungsausgleichs des Fahrzeugs einzustellen. Die Länge entlang der jeweiligen Längsachse wird insbesondere durch die sich teilweise überlagernden Längen des jeweiligen Dämpferzylinders und der jeweiligen Tragfeder bestimmt, wobei die Überlagerung und somit die sich daraus ergebende Gesamtlänge durch die Fahrlagenzylinder bzw. den Zuladungszylinder einstellbar ist.
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Ferner sieht eine Weiterbildung hierbei vorteilhaft vor, dass die Tragfedern, die ersten Ringzylinder, die ersten Ringkolben, der zweite Ringzylinder und der zweite Ringkolben jeweils konzentrisch zu der Längsachse des jeweiligen Dämpferzylinders angeordnet sind.
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Darüber hinaus ist die Fluidpumpe bei einer ebenfalls vorteilhaften Variante ausgebildet, abhängig von der Ventilstellung und einer Förderrichtung der Fluidpumpe, ein Fluid aus dem Fluidtank synchron in die ersten Arbeitskammern oder in die zweite Arbeitskammer und/oder synchron aus den ersten Arbeitskammern oder der zweiten Arbeitskammer in den Fluidtank zu pumpen und synchron die ersten Arbeitsvolumen oder das zweite Arbeitsvolumen abhängig von der Ventilstellung zu ändern.
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Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Dämpferzylinder oder einer der Dämpferzylinder ein Führungszylinder ist, der selbst keine Schwingungsdämpfenden Eigenschaften hat. Beispielsweise kann dadurch die Einstellbarkeit der Fahrlage und des Zuladungsausgleichs getrennt von einer Schwingungsdämpfung vorgenommen werden.
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Um die Länge des Feder-Dämpfersystems entlang der Längsachse gering zu halten und dadurch eine günstige Bauform zu erzielen, sieht eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform vor, dass die ersten Ringzylinder und die ersten Ringkolben sowie der zweite Ringzylinder und der zweite Ringkolben ringförmig um den Dämpferzylinder angeordnet sind. Je nach Ausführungsform sind entweder zumindest einer der ersten und zweiten Ringzylinder zu dem jeweiligen Dämpferzylinder ortsfest. Um ein Austreten von Fluid aus den Ringzylindern bzw. aus den ersten oder der zweiten Arbeitskammer zu verhindern, ist hierbei ferner vorgesehen, dass der erste Ringkolben zu dem ersten Ringzylinder und dem Dämpferzylinder sowie der zweite Ringkolben zu dem zweiten Ringzylinder und dem Dämpferzylinder abgedichtet sind. Eine jeweilige Ausführungsform an der Hinterradaufhängung kann hierbei auch vorsehen, dass der erste Ringzylinder gegenüber dem zweiten Ringzylinder und/oder der zweite Ringzylinder gegenüber dem ersten Ringzylinder abgedichtet sind/ist. Eine solche Abdichtung ist beispielsweise über an den Ringkolben angeordnete Dichtungsringe herstellbar. Wird beispielsweise der erste oder zweite Ringzylinder an dem Dämpferzylinder fixiert, kann die Abdichtung auch über eine Schweißnaht oder dergleichen hergestellt werden.
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Für die jeweils entlang der Längsachse verschiebbare Komponente, erster und zweiter Ringzylinder oder erster und zweiter Ringkolben, muss zur Führung entlang der Längsachse eine geeignete Gleitfläche zur Verfügung gestellt werden. Die Gleitfläche kann beispielsweise von einer Außenfläche des jeweiligen Dämpferzylinders gebildet werden oder beispielsweise auch eine um den jeweiligen Dämpferzylinder angeordnete Hülse sein.
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Darüber hinaus kann das Feder-Dämpfersystem Fluidkanäle bzw. Fluidleitungen zur fluid- bzw. strömungstechnischen Verbindung der fluidtechnischen Komponenten wie Fluidtank, Fluidpumpe, Ventil und die Arbeitskammern der Fahrlagenzylinder und des Zuladungszylinders umfassen.
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Eine vorteilhafte Ausführung des Feder-Dämpfersystem sieht vor, dass der erste Ringzylinder und der zweite Ringzylinder an der Hinterradaufhängung integral miteinander ausgebildet sind und eine gemeinsamen Zylinderkammer bestimmen, in welcher der erste Ringkolben und der zweite Ringkolben angeordnet sind. Vorzugsweise ist der gemeinsame Zylinder an dem Dämpferzylinder fixiert, so dass der erste und zweite Ringkolben in dem gemeinsamen Zylinder und gegenüber dem Dämpferzylinder entlang der Längsachse des Dämpferzylinders verschiebbar sind.
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Die von dem ersten und zweiten Ringkolben in dem integral miteinander ausgebildeten Ringzylinder bestimmte erste und zweite Arbeitskammer stehen dabei nicht in unmittelbaren Kontakt miteinander.
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Eine weitere, jedoch ebenfalls vorteilhafte Alternative sieht vor, dass der erste Ringkolben in dem jeweiligen ersten Ringzylinder eine erste Speicherkammer mit einem ersten Speichervolumen bestimmt und/oder der zweite Ringkolben in dem zweiten Ringzylinder eine zweite Speicherkammer mit einem zweiten Speichervolumen bestimmt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein einspuriges Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Feder-Dämpfersystem.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 bis 4 ein Feder-Dämpfersystem in verschiedenen Zuständen.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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In den 1 bis 4 ist jeweils ein Feder-Dämpfersystem für ein Fahrzeug dargestellt, wobei sowohl die Dämpferzylinder 130, 230, die Tragfedern 140, 240, die Fahrlagenzylinder 110, 210 als auch der Zuladungszylinder 220 geschnitten bzw. im Längsschnitt dargestellt sind.
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Das Feder-Dämpfersystem in den 1 bis 4 ist identisch, wobei jeweils ein anderer Zustand des Systems dargestellt ist.
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Zur Einstellung der Fahrlage des Fahrzeugs ist an der Vorderradaufhängung der vordere Fahrlagenzylinder 110 und an der Hinterradaufhängung der hintere Fahrlagenzylinder 210 vorgesehen. Zur Einstellung der Fahrlage wird mit einer Fluidpumpe 20 ein Fluid, vorzugsweise ein Hydrauliköl, aus einem Fluidtank in die Arbeitskammern 112, 212 der Fahrlagenzylinder 110, 210 gepumpt, wobei sich ein Ventil 10 hierfür, wie abgebildet, in einer ersten Ventilstellung befindet. Die Fluidpumpe 20 wird in der gezeigten Ausführungsvariante durch zwei integral miteinander ausgebildete Hydraulikzylinder gebildet. Ein erster Hydraulikzylinder weist einen Kolben 21 auf, der durch eine Spindel 23 und einen Elektromotor 24 in seiner Position entlang der Spindel 23 einstellbar ist, so dass ein von dem Kolben 21 in dem ersten Hydraulikzylinder bestimmter Druckraum 22 bezüglich seines Volumens einstellbar ist. Ein zweiter Hydraulikzylinder weist einen Kolben 21' auf, der ebenfalls durch die Spindel 23 und den Elektromotor 24 in seiner Position entlang der Spindel 23 einstellbar ist, so dass ein von dem Kolben 21' in dem zweiten Hydraulikzylinder bestimmter Druckraum 22' bezüglich seines Volumens einstellbar ist. Zum rotatorischen Antrieb der Spindel kann der Elektromotor 24 ein nicht dargestelltes Getriebe aufweisen. Darüber hinaus kann die Spindel 23 selbsthemmend ausgebildet sein, so dass die Kolben 21, 21' sich entlang der Spindel nur durch eine von dem Elektromotor 24 angetriebene Rotation verschieben können und nicht durch eine Druckerhöhung in den Druckräumen 22, 22'.
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Darüber hinaus sieht die Fluidpumpe 20 zwei Anschlüsse bzw. Ausgänge vor, welche jeweils mit einem der Hydraulikzylinder bzw. jeweils mit einem Druckraum 22, 22' der Hydraulikzylinder verbunden sind, so dass zeitgleich ein konstanter und homogener Fluidfluss bereitgestellt werden kann und die Fahrlage an der Vorderradaufhängung über den vorderen Fahralgenzylinder 110 und an der Hinterradaufhängung über den hinteren Fahrlagenzylinder 210 synchron, gleichmäßig und unabhängig voneinander eingestellt werden kann.
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Um mit der Fluidpumpe 20 zudem den Zuladungsausgleich zu ermöglichen, ist das Ventil 10 von der dargestellten ersten Ventilstellung in eine zweite Ventilstellung bringbar, in welcher die Anschlüsse der Fluidpumpe 20 nicht mehr mit den Fahrlagenzylindern 110, 210, sondern mit dem hinteren Zuladungszylinder 220 verbunden sind.
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An der Hinterradaufhängung bzw. an dem Dämpfer 230 der Hinterradaufhängung ist zudem ein Zuladungszylinder 220 vorgesehen, durch welchen eine Zuladung ausgeglichen werden kann. Durch eine auf das Fahrzeug wirkende Zuladung wird zumindest die Feder 240 an der Hinterradaufhängung gestaucht, so dass das Fahrzeugniveau absinkt. Durch den Zuladungszylinder 220 kann die Höhe, um welche das Fahrzeugniveau sinkt, ausgeglichen werden, so dass das Fahrzeug sein Soll-Fahrzeugniveau beibehält. Zur Einstellung des Zuladungsausgleichs ist das Ventil 10 in eine zweite Ventilstellung bringbar, in welcher die Ausgänge der Fluidpumpe 20 über das Ventil 10 strömungstechnisch mit dem Zuladungszylinder verbunden sind.
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In der ersten Ventilstellung ist der Zuladungszylinder 220 strömungstechnisch von der Fluidpumpe 20 getrennt und vorzugsweise fluiddicht abgeschlossen. In der zweiten Ventilstellung sind die Fahrlagenzylinder 110, 210 strömungstechnisch von der Fluidpumpe 20 und dem Fluidtank getrennt und vorzugsweise jeweils fluiddicht abgeschlossen und auch voneinander strömungstechnisch getrennt.
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Wird durch die dargestellte Ventilstellung (erste Ventilstellung) Fluid mit der Fluidpumpe 20 aus dem durch die Druckkammern 22, 22' bestimmten Fluidtank in die Fahrlagenzylinder 110, 210 gepumpt, wird das jeweilige Volumen der Arbeitskammern 112, 212 der Fahrlagenzylinder 110, 210 vergrößert und die Ringkolben 111, 211 mit ihren Kolbenstangen 113, 213 in Richtung der jeweiligen Tragfeder 140, 240 verschoben, wodurch die jeweilige Federn vorgespannt und das Fahrzeugniveau angehoben wird. Ein vollständig ausgefahrener Zustand der Fahrlagenzylinder ist in 2 dargestellt.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ringkolben bzw. Kolben 111, 211, 221 jeweils integral mit ihrer jeweils zugehörigen Kolbenstange 113, 213, 223 ausgebildet, wobei diese nicht integral miteinander ausgebildet sein müssen, sondern mehrteilig jedoch aneinander fixiert sein können.
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In 3 und 4 sind Zustände des Feder-Dämpfersystems 1 gezeigt, in welchen der Zuladungsausgleich durch den Zuladungszylinder 220 eingestellt ist. Wird zusätzlich die Federvorspannung bzw. das Fahrzeugniveau durch die Fahrlagenzylinder 110, 210 eingestellt, kann dies unabhängig von der Einstellung des Zuladungsausgleichs geschehen, da das Volumen der Arbeitskammer 222 des Zuladungszylinders 220 konstant bleibt und der Ringkolben 221 des Zuladungszylinders 220 durch eine Einstellung des Fahrzeugniveaus mittels der Fahrlagenzylinder 110, 210 verschoben wird.
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In der in den 1 bis 4 illustrierten Ausführungsform ist das Ventil 10 monostabil und wird elektrisch angesteuert, so dass es ohne eine aktive Ansteuerung bzw. bei einem Stromausfall durch die Federrückstellung in die erste Ventilstellung gebracht wird, wodurch die Zuladungskompensation bzw. die Einstellung des Zuladungszylinders 220 erhalten bleibt. Bei Stromausfall oder wenn die Fluidpumpe 20 aktiv kein Fluid fördert, wird das Fahrzeugniveau langsam und gleichmäßig abgesenkt, da das Fluid durch das Eigengewicht des Fahrzeugs aus den Fahrlagenzylindern 110, 210 durch das Ventil 10 in der ersten Ventilstellung zurück in die Druckkammern 22, 22' der Fluidpumpe 20 gepresst wird, wobei die Hydraulikzylinder der Fluidpumpe 20 durch den Spindelantrieb auch derart ausgebildet sein können, dass die Kolben sich bei einem auf sie wirkenden Druck nicht bewegen und diese nur durch die Spindel 23 verschiebbar sind. Vorzugsweise wird die Spindel dazu selbsthemmend ausgebildet, so dass die Kolben 21, 21' nur durch eine über den Spindelantrieb übertragene Rotation bewegbar sind.
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Durch das durch die 1 bis 4 beispielhaft erläuterte System ist es möglich, eine Einstellung der Fahrlage an der Vorderradaufhängung und der Hinterradaufhängung gleichzeitig vorzunehmen. Zudem wird die Zuladungskompensation bzw. die Einstellung des Zuladungsausgleichszylinders 220 bei einer Schnellabsenkung, wenn also das Fahrzeugniveau durch die Fahrlagenzylinder 110, 210 schnell angepasst werden muss, nicht verändert. Dabei ist es zugleich möglich, die Fahrlage durch die Fahrlagenzylinder 110, 210 und die Zuladungskompensation durch den Zuladungszylinder 220 unabhängig voneinander einzustellen, wobei dafür lediglich eine zentrale Fluidpumpe 20 verwendet wird. Die Steuerung des Systems ist zudem durch lediglich ein Ventil 10 sehr einfach.
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Der erste und der zweite Ringzylinder 214, 224 an der Hinterradaufhängung sind in den 1 bis 4 integral miteinander als ein gemeinsamer Zylinder ausgebildet und bestimmen im inneren des Zylinders einen gemeinsamen Aufnahmehohlraum, in welchem der erste und der zweite Ringkolben 211, 221 aufgenommen sind. In dem Zylinder aus dem ersten und zweiten Ringzylinder 214, 224 sind zwei ringförmige Anschläge angeordnet. Ein erster zwischen dem ersten und zweiten Ringkolben 211, 221 an dem Zylinder fixierter Anschlag begrenzt die Verschiebbarkeit des ersten Ringkolbens 211 und ein zweiter, an einem offenen Ende des Zylinders angeordneter Anschlag begrenzt die Verschiebbarkeit des zweiten Ringkolbens 221. Der Zylinder aus dem ersten und zweiten Ringzylinder 214, 224 sowie die darin aufgenommenen ersten und zweiten Ringkolben 211, 221 sind jeweils ringförmig ausgebildet und um einen Dämpferzylinder 230 der Hinterradaufhängung angeordnet. Der Zylinder aus ersten und zweiten Ringzylinder 214, 224 ist an dem Dämpferzylinder 230 fixiert und der erste und zweite Ringkolben 211, 221 sind in dem Zylinder entlang des Dämpferzylinders 230 verschiebbar. Der erste und der zweite Ringkolben 211, 221 sind jeweils gegenüber dem Dämpferzylinder 230 bzw. zu einer Außenfläche des Dämpferzylinders 230 und zu dem Zylinder aus ersten und zweiten Ringzylinder 214, 224 bzw. zu einer Innenfläche des Zylinders durch nicht dargestellte Dichtmittel abgedichtet, so dass durch die Ringkolben 211, 221 jeweils eine Arbeitskammer 212, 222 in dem Zylinder bestimmt ist.
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Der erste Ringkolben 211 bildet einen sich parallel zu der Längsachse L de Dämpferzylinders 230 erstreckenden Kragen als Kolbenstange 213 aus, welcher ebenfalls ringförmig an dem Dämpferzylinder 230 anliegt. Eine zu der Tragfeder 240 gewandte Stirnseite des Kragens ist als Anlage- bzw. Anschlagsfläche für den zweiten Ringkolben 221 ausgebildet. Von dem zweiten Ringkolben 221 erstreckt sich ebenfalls ein Kragen als Kolbenstange 223 in Richtung der Tragfeder 240, an dessen zu der Tragfeder 240 gewandten Stirnseite die Tragfeder 240 durch einen Federteller 241 gestützt anliegt. Durch den Kragen des zweiten Ringkolbens 221 wird von dem zweiten Ringkolben 221 zudem ein sich ringförmig um den Dämpferzylinder 230 erstreckender Hilfsfederraum gebildet, in welchem eine Hilfsfeder 242 angeordnet ist, welche ein mögliches Ablösen der Tragfeder 240 von dem zweiten Ringkolben 221 verhindert werden soll, indem die Hilfsfeder 242 den Federteller 241 bei einer zu geringen Vorspannung der Tragfeder 240 zu der Tragfeder 240 hin drückt.
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Der erste Ringkolben 211 dichtet einen Abschnitt des Aufnahmehohlraums des Zylinders ab und bildet dadurch eine erste Arbeitskammer 212, deren Arbeitsvolumen in 1 minimal ist. Analog dazu dichtet auch der zweite Ringkolben 221 einen Abschnitt des Aufnahmehohlraums des Zylinders ab und bildet dadurch eine zweite Arbeitskammer 222 mit einem zweiten Arbeitsvolumen, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem ersten und dem zweiten Ringkolben 211, 221 angeordnet ist. Parallel zu dem Kragen des ersten Ringkolbens 211 ist ein mit der zweiten Arbeitskammer 222 verbundener Hohlraum gebildet, dessen Volumen jedoch nicht zu dem zweiten Arbeitsvolumen zählt und dessen Volumen sich auch nicht ändert. Der Hohlraum kann jedoch mit Fluid gefüllt sein. Das zweite Arbeitsvolumen der zweiten Arbeitskammer 222 ist in 1 ebenfalls minimal.
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Da die erste und die zweite Arbeitskammer 212, 222 bzw. ihre jeweiligen Arbeitsvolumen jeweils minimal sind, ist die Länge bzw. Höhe des Feder-Dämpfersystems entlang der Längsachse L minimal, was einer unteren Fahrlage ohne Zuladung bzw. ohne Zuladungsausgleich entspricht. Das Fahrzeug ist also auf keine Zuladung bzw. eine Fahrt ohne Sozius eingestellt und befindet sich auf seinem unteren Fahrniveau.
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Der vordere Fahrlagenzylinder 110 entspricht wie in den 1 bis 4 dargestellt im Wesentlichen dem hinteren Fahrlagenzylinder 210, wobei er unmittelbar über seine Kolbenstange 113 und nicht über einen Zuladungszylinder an die vordere Tragfeder 140 angrenzt. Die Funktionsweise ist mit dem hinteren Fahrlagenzylinder 210 entsprechend identisch.
