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Die Erfindung betrifft eine Feder-Dämpfer-Einheit eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, aufweisend einen Stoßdämpfer und eine kraftmäßig parallel zum Stoßdämpfer angeordnete Schraubendruckfeder. Die Erfindung betrifft ferner eine Radaufhängungseinheit eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Feder-Dämpfer-Einheit gemäß dem Wortlaut des Anspruchs 8.
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Die
DE 10 2009 047 100 A1 offenbart eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, die ein Federsystem und eine Stelleinrichtung zwischen einem Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau aufweist, wobei die Stelleinrichtung einen Aktuator und eine Haltekupplung umfasst und der Aktuator ein Kontaktelement betätigt, das das Federsystem in zwei Federabschnitte unterteilt.
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Mit der
DE 28 22 105 A1 wird eine Vorrichtung zum Beeinflussen des Federwegs und der Federkennlinie einer federnden Radaufhängung von Fahrzeugen mit einer Schraubenfeder oder einer ähnlich gewickelten Feder, zwischen deren Windungen zumindest abschnittsweise wenigstens eine Zwischenschicht angeordnet ist, bekannt. Die Zwischenschicht besteht dabei aus wenigstens einem mittels einer Haltevorrichtung zwischen benachbarten Federwindungen einsetzbaren und wieder lösbaren Distanzstück.
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Im Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, elastische Federelemente 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 elastischen Federelemente können dabei beispielsweise von elastischen zylinder-, kegel- oder tonnenförmigen Schraubenfedern gebildet und integraler Bestandteil der Stoßdämpfer sein (Feder-Dämpfer-Einheit, Federbein).
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Für die Federung von Kraftfahrzeugen ist eine progressive Kennlinie der verwendeten Federn erwünscht, um bei einer normalen Last einen hohen Fahrkomfort bereitstellen und bei einer hohen Last, beispielsweise bei einer unebenen Fahrbahn und/oder einer hohen Gewichtsbelastung, eine Auslenkung der Federung bis zu einem Endanschlag vermeiden zu können, damit Schlaglöcher nicht bis zum Fahrzeugchassis „durchschlagen“. Zum Erreichen einer progressiven bzw. nichtlinearen Federkennlinie sind im Stand der Technik verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, bei denen zwei Schraubenfedern zur Federung verwendet werden.
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So beschreibt etwa die
US 9,821,621 B2 einen Federteller mit einstellbarer Länge an einem Federstoßdämpfer für ein Fahrzeug wie etwa einem PKW, LKW oder Motorrad. Die effektive Länge des Federteilers kann durch eine Schalterbewegung geändert werden. Der Schalter aktiviert einen Kolben an dem Federteiler, der den Kolben abwechselnd zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung verändert. In der ausgefahrenen Stellung ist der Federteiler effektiv länger, wodurch die Kraft und der Abstand reduziert werden, die erforderlich sind, um die Federn bis zu einem Punkt zusammenzudrücken, an dem der Kolben den Sekundäranschlag am Körper des Stoßdämpfers berührt und die Anzahl der Federn verringert, die von dem Federstoßdämpfer verwendet werden. Die Verringerung der Anzahl der aktiven Federn bewirkt ein Umschalten von einer niedrigeren primären Federkonstante auf eine höhere sekundäre Federkonstante, wobei die Federkonstante als der Gewichtsbetrag definiert werden kann, der erforderlich ist, um den Stoßdämpfer um einen Zoll zu komprimieren.
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Ferner schlägt die
DE 10 2007 015 888 A1 eine Federanordnung mit verstellbarer Federrate und ein Federbein für ein Kraftfahrzeug vor. Die Federanordnung beinhaltet eine Hauptfeder, einen Schieber, einen Anschlag und mindestens eine Zusatzfeder, die in Reihe mit der Hauptfeder geschaltet ist. Die Zusatzfeder weist ein erstes Ende, an dem der Anschlag festgelegt ist, und ein dem ersten Ende abgewandtes zweites Ende auf, bezüglich dessen der Schieber festlegbar ist. Eine Lage des Schiebers ist derart einstellbar, dass, wenn beim Einfedern der Federanordnung die Zusatzfeder einen vorbestimmten Einfederweg überwunden hat, der Anschlag an den Schieber stößt und dadurch ein weiteres Einfedern der Zusatzfeder unterbunden ist. Bei einer beschriebenen alternativen Federanordnung ist die Zusatzfeder parallel zu der Hauptfeder angeordnet und das erste Ende frei und in Einfederrichtung der Federanordnung verschiebbar, wobei die Lage des Schiebers derart einstellbar ist, dass, wenn beim Einfedern der Federanordnung das erste Ende einen vorbestimmten Einfederweg überwunden hat, der Anschlag an den Schieber stößt und dadurch die Zusatzfeder mit der Hauptfeder parallel geschaltet ist.
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In weiteren Lösungen wurden anziehende oder abstoßende magnetische Kräfte zur Veränderung der Federcharakteristik einbezogen.
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Beispielsweise beschreibt die
KR 101556715 B1 eine Stoßdämpfungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die Magnetkraft zur Einstellung ihrer Dämpfungseigenschaften verwendet. Die Stoßdämpfungsvorrichtung beinhaltet einen oberen Zylinder, der von einer Fahrzeugkarosserie gehalten wird; einen unteren Zylinder, der an dem oberen Zylinder gleitend installiert und von Fahrzeugrädern gestützt ist; eine am oberen Zylinder befestigte Stange; einen Kolben, der entlang des Innenumfangs des unteren Zylinders gleitend installiert und an der Stange befestigt ist; und eine Dämpfungsfeder, deren eines Ende vom oberen Zylinder und das andere Ende vom unteren Zylinder gehalten wird. Die Stoßdämpfungsvorrichtung beinhaltet ferner einen ersten Elektromagneten, der an dem oberen Zylinder befestigt ist und eine Magnetkraft durch eine Stromversorgung erzeugt; einen zweiten Elektromagneten, der an dem unteren Zylinder befestigt ist und eine Magnetkraft durch die Energieversorgung erzeugt; eine erste Feder, die die Dämpfungsfeder bildet und ein Ende aufweist, das von dem ersten Elektromagneten gestützt ist; eine zweite Feder, die die Dämpfungsfeder bildet und ein Ende aufweist, das von dem zweiten Elektromagneten gestützt ist; und einen Verstärkungs-Permanentmagneten, der zwischen der ersten und der zweiten Feder installiert ist, wobei die obere Fläche das andere Ende der ersten Feder und die untere Fläche das andere Ende der zweiten Feder stützt und in einer Ringform ausgebildet ist, um eine gegenseitige Störung in dem oberen und unteren Zylinder zu verhindern. Durch eine geeignete Bestromung der Elektromagnete und eine geeignete Anordnung des Verstärkungs-Permanentmagneten kann zwischen einer weichen Komfortfederung und einer härteren Sportfederung gewechselt werden.
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Auch für Einzelfedern sind aus dem Stand der Technik Vorschläge zur Veränderung der Federcharakteristik von Federstoßdämpfern bekannt.
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Als Beispiel ist in der
DE 10 2008 036 867 A1 eine Vorrichtung zur Federrateneinstellung einer Schraubenfeder für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Schraubenfeder weist unterschiedlich große Windungsdurchmesser auf und ist zwischen Federtellern eingespannt angeordnet. Bei der Vorrichtung sind auf einem Federbeinzylinder radial beabstandet zueinander ein innerer und ein äußerer Federteller angeordnet und in einer ersten Federungsstellung (Normalstellung) ist die Schraubenfeder mit einem Windungsbereich kleinen Durchmessers am inneren Federteller abgestützt und in einer zweiten Federungsstellung (Sportstellung) der Schraubenfeder ist diese mit einem Windungsbereich größeren Durchmessers am äußeren Federteller abgestützt. Durch diese Anordnung und Verstellmöglichkeiten des äußeren und/oder des inneren Federtellers und der Zuordnung der entsprechenden Bereiche der Federwindungen mit kleinem und großem Durchmesser zu den beiden Federtellern kann in einfacher Weise eine Ausschaltung bzw. Zuschaltung von Federwindungen und somit eine Änderung der Federrate der Schraubenfeder erzielt werden.
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Es ist im Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ferner bekannt, in sogenannten aktiven Fahrwerken die Dämpfungscharakteristik von Feder-Dämpfer-Einheiten, d.h. deren Eigenschaften bezüglich der Dämpfung angeregter Schwingungen von gefederten Massen, je nach gewünschter Fahrbetriebsweise mit erhöhtem Komfort oder eher sportlich, zu verändern. Beispielsweise kann neben einer komfortablen Normaleinstellung, die insbesondere für längere Fahrten wünschenswert ist, eine härtere Dämpferkennlinie für sportliches Fahren in Verbindung mit schnellen und größeren Lenkbewegungen vorgesehen sein. Die Veränderung der Dämpfungscharakteristik kann selbst während des Fahrbetriebs und dynamisch, beispielsweise innerhalb einiger Millisekunden, erfolgen. Ein derartiger Federstoßdämpfer mit unterschiedlichen Dämpfungscharakteristiken für Ein- bzw. Ausfederung ist beispielsweise in der JP H06-330 977 A beschrieben.
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Dazu beschreibt die JP 2006-283 837 A einen hydraulischen Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft, der beispielsweise für eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs oder eine Aufhängungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Die Dämpfungskraft des hydraulischen Stoßdämpfers mit variabler Dämpfungskraft wird dabei von einer Steuerung und einem elektrischen Stellglied auf der Grundlage eines Fahrzeugzustands gesteuert, der von verschiedenen Sensoren, etwa einem Beschleunigungssensor, erfasst wird. Der beschriebene hydraulische Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft ist in der Lage, eine gewünschte Dämpfungskraft aufrecht zu erhalten, wenn eine Erregung des elektrischen Stellglieds zur Einstellung der Dämpfungskraft ausgefallen ist.
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Die Federkräfte von Vorspannungsfedern und einer Feder aus einer Formgedächtnislegierung werden an einen Steuerkolben zum Einstellen der Dämpfungskraft angelegt, und die Dämpfungskraft wird mittels eines Proportionalmagneten durch Bewegen des Steuerkolbens gegen diese Federkräfte eingestellt. Die Formgedächtnislegierungsfeder ist elektrisch in Reihe mit der Spule eines Proportionalmagneten geschaltet. Die Formgedächtnislegierungsfeder wird durch die Erregung der Spule des Proportionalmagneten in einem normalen Betriebszustand erwärmt und ausgedehnt, um als Rückstellfeder für den Steuerkolben zu dienen. Im Versagensfall ist die Erregung der Spule angehalten, wodurch die Temperatur der Formgedächtnislegierungsfeder abgesenkt ist. Der Zustand der Formgedächtnislegierungsfeder wird auf einfache Weise verformt. Durch die Vorspannfedern zusammengedrückt, wird der Steuerkolben bewegt, um eine geeignete Dämpfungskraft einzustellen.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, mit denen eine durchgeführte Einstellung einer Feder-Dämpfer-Einheit mit geringem technischem Aufwand beibehalten werden kann.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2010 036 238 A1 eine Feder-Dämpfer-Einheit zur Höhenverstellung eines Fahrzeuges. Die Feder-Dämpfer-Einheit beinhaltet einen Schwingungsdämpfer, eine Tragfeder zur Federung des Fahrzeuges, einen oberen Federteller, an welchem die Tragfeder abgestützt ist, eine Verstelleinrichtung zur Höhenverstellung des oberen Federtellers mit einem Aktuator und einem Stellmechanismus, wobei vorzugsweise der Stellmechanismus zur Umwandlung der durch den Aktuator erzeugten Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung des oberen Federtellers ausgebildet ist, eine Sperrvorrichtung mit einem beweglichen Sperrstift zum Sperren und Öffnen des Stellmechanismus und mit einem elektrischen Sperrstiftaktuator zum Bewegen des Sperrstiftes, wobei der Sperrstift zwischen einer Sperrstellung und einer Öffnungsstellung beweglich ist und in der Sperrstellung die Höhenverstellung des oberen Federtellers mit dem Stellmechanismus gesperrt ist und in der Öffnungsstellung der obere Federteller höhenverstellbar ist mit dem Stellmechanismus. Dabei kann die Verstelleinrichtung zur Höhenverstellung des oberen Federtellers bei einer nicht gewünschten Höhenverstellung zuverlässig mit einem geringen technischen Aufwand gesperrt werden. Dies wird erreicht, indem sich in einem bestromten Zustand des Sperrstiftaktuators der Sperrstift, insbesondere ständig, in der Öffnungsstellung befindet und in einem stromfreien Zustand des Sperrstiftaktuators der Sperrstift, insbesondere ständig, in der Sperrstellung befindet.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Feder-Dämpfer-Einheiten für Fahrwerke von Kraftfahrzeugen noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feder-Dämpfer-Einheit eines Kraftfahrzeugs mit einer größeren Variabilität in Bezug auf Federung und Dämpfung von gefederten Massen des Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Feder-Dämpfer-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Radaufhängungseinheit eines Kraftfahrzeugs mit einer Feder-Dämpfer-Einheit gemäß Anspruch 8 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 Feder-Dämpfer-Einheit beinhaltet einen Stoßdämpfer zur Dämpfung angeregter Schwingungen von gefederten Massen des Kraftfahrzeugs sowie eine Schraubendruckfeder. Der Stoßdämpfer weist ein mit einem Rad des Kraftfahrzeugs wirkverbindbares Ende und ein mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs wirkverbindbares Ende auf. Die Schraubendruckfeder ist kraftmäßig parallel zum Stoßdämpfer angeordnet.
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Dabei ist eine Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers zwischen einer ersten vorbestimmten Dämpfungskennlinie und zumindest einer zweiten vorbestimmten Dämpfungskennlinie wechselbar. Ferner ist eine Federcharakteristik der Schraubendruckfeder durch Änderung einer kraftmäßig effektiv wirksamen Windungszahl zwischen einer ersten vorbestimmten Federkennlinie und einer zweiten vorbestimmten Federkennlinie wechselbar.
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Die in dieser Anmeldung verwendeten Begriffe „erster“, „zweiter“, usw. dienen nur zum Zwecke der Unterscheidung. Insbesondere soll durch ihre Verwendung keine Reihenfolge oder Priorität der im Zusammenhang mit diesen Begriffen genannten Objekte impliziert werden.
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Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, eine Zugmaschine oder ein Kraftomnibus verstanden werden. Unter dem Begriff „wirkverbindbar“ bzw. „wirkverbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass wirkverbundene Objekte derart miteinander verbunden sind, dass eine Übertragung einer Kraft und/oder eines Drehmoments zwischen den Objekten möglich ist. Die Übertragung kann dabei sowohl durch direkten Kontakt als auch mittelbar, durch zumindest ein Zwischenelement, erfolgen.
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Im Vergleich zu konventionellen Feder-Dämpfer-Einheiten weist die erfindungsgemäße Feder-Dämpfer-Einheit sowohl eine variable Federrateneinstellung als auch eine variable Dämpfungscharakteristik auf und kann daher eine vergleichsweise größere Variabilität in Bezug auf Federung und Dämpfung von gefederten Massen des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Möglichkeiten zur Bereitstellung eines Stoßdämpfers mit variabler Dämpfungscharakteristik sind aus dem Stand der Technik bekannt. Für die vorliegende Erfindung können alle Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik verwendet werden, die dem Fachmann sinnvoll erscheinen.
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Mit der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Einheit ist es beispielsweise ermöglicht, für eine gewünschte Fahrbetriebsweise mit erhöhtem Komfort eine relativ weichere Federrate und eine relativ weichere Dämpfungscharakteristik bereitzustellen. Weiterhin ist es insbesondere ermöglicht, für eine gewünschte sportliche Fahrbetriebsweise mit derselben Schraubendruckfeder eine relativ härtere Federrate in Kombination mit einer relativ härteren Dämpfungscharakteristik bereitzustellen.
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Die Schraubendruckfeder kann aus Stahl hergestellt sein und eine im Wesentlichen lineare Federkennlinie aufweisen. Unter dem Begriff „im Wesentlichen linear“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine maximale Abweichung von einer Linearität verstanden werden, die geringer als 30%, bevorzugt geringer als 20%, und, besonders bevorzugt, geringer als 10% ist als ein Wert der linearen Federkennlinie.
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Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch vorgesehen, dass die Schraubendruckfeder eine nicht-lineare Federkennlinie aufweisen kann, die durch entlang einer Erstreckungsrichtung der Schraubendruckfeder variierende Auslegungsparameter wie beispielsweise Form und Größe der Querschnittsfläche oder durch eine Materialauswahl erzeugt ist.
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Bei der Feder-Dämpfer-Einheit ist die Änderung der effektiv wirksamen Windungszahl durch eine Kraftumleitungseinheit herstellbar, die zwischen einer aktiven Position und einer passiven Position verbringbar ist. Dabei ist in der passiven Position eine vorbestimmte Anzahl von Windungen der Schraubendruckfeder mit einer eingeleiteten Kraft beaufschlagt, und die Kraftumleitungseinheit nimmt in der aktiven Position anstelle der vorbestimmten Anzahl von Windungen der Schraubendruckfeder die in diese Anzahl von Windungen eingeleitete Kraft zu einem überwiegenden Teil auf.
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Unter dem Begriff „effektiv wirksame Windungszahl“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die Anzahl der Windungen der Schraubendruckfeder verstanden werden, die an einer Krafteinleitung in die Schraubendruckfeder beteiligt ist. Unter dem Begriff „zu einem überwiegenden Teil“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere einen Anteil von mehr als 50%, bevorzugt von mehr als 70% und, besonders bevorzugt, von mehr als 90% der eingeleiteten Kraft verstanden werden. Insbesondere soll der Begriff die Möglichkeit einschließen, dass die eingeleitete Kraft vollständig, d.h. zu 100%, von der Kraftumleitungseinheit aufgenommen ist.
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Auf diese Weise kann eine Federcharakteristik der Schraubendruckfeder zwischen einer relativ weicheren, ersten vorbestimmten Federkennlinie, die zumindest durch eine relativ größere effektiv wirksame Windungszahl bestimmt ist und einer relativ härteren, zweiten vorbestimmten Federkennlinie gewechselt werden, die zumindest durch eine relativ kleinere effektiv wirksame Windungszahl bestimmt ist.
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Erfindungsgemäß weist die Kraftumleitungseinheit zumindest ein bewegbares Blockierelement auf, das in der passiven Position außerhalb und in der aktiven Position zumindest teilweise innerhalb eines von der Schraubendruckfeder umschlossenen Volumens angeordnet ist. In der aktiven Position ist durch das Blockierelement eine Bewegung von vorbestimmten Windungen der Schraubendruckfeder verhindert, wodurch die kraftmäßig effektiv wirksame Windungszahl auf konstruktiv einfache Weise geändert werden kann.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Feder-Dämpfer-Einheit weist die Kraftumleitungseinheit zumindest zwei bewegbare Blockierelemente auf, die an sich bezüglich der Schraubendruckfeder radial gegenüberliegenden Positionen angeordnet sind. Dadurch können eine günstige, symmetrische Krafteinleitung in die Kraftumleitungseinheit und eine leichtere und kompaktere Bauform der Kraftumleitungseinheit erreicht werden.
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Bevorzugt weist das Blockierelement eine Anlagefläche auf oder weisen die Blockierelemente Anlageflächen auf. Weiterhin gelangt in der aktiven Position zumindest eine Windung der Schraubendruckfeder zu einem überwiegenden Teil mit der Anlagefläche des Blockierelements oder mit den Anlageflächen der Blockierelemente in mechanische Anlage. Auf diese Weise kann in der aktiven Position eine Krafteinleitung zwischen der Schraubendruckfeder und dem Blockierelement oder den Blockierelementen mit einer relativ niedrigen Flächenpressung erfolgen, die einer üblichen Flächenpressung zwischen einer Schraubendruckfeder und einem Federteller in einer konventionellen Feder-Dämpfer-Einheit entspricht, wodurch besondere Festigkeitsanforderungen vermieden werden können.
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Wenn das Blockierelement oder die Blockierelemente jeweils einen keilförmigen Querschnitt aufweisen, der sich in der aktiven Position in Richtung auf eine Mittelachse der Schraubendruckfeder verjüngt, kann in der aktiven Position eine Bewegung der vorbestimmten Windungen der Schraubendruckfeder auf besonders wirksame Weise verhindert werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Feder-Dämpfer-Einheit weist die Kraftumleitungseinheit zumindest eine Tragsäule auf, mit dem das Blockierelement oder eines der Blockierelemente fest verbunden ist. Dabei ist in einem Einbauzustand ein oberes Ende der Tragsäule mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs wirkverbindbar und im Einbauzustand um eine im Wesentlichen vertikale Achse schwenkbar. Auf diese Weise kann die Kraft, die in der aktiven Position anstelle der vorbestimmten Anzahl von Windungen der Schraubendruckfeder durch die Kraftumleitungseinheit aufgenommen ist, wirksam in die Karosserie abgeleitet werden.
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Unter dem Begriff „im Wesentlichen vertikal“ sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Richtungen verstanden werden, die gegenüber der Vertikalen um weniger als 30°, bevorzugt um weniger als 20°, und, besonders bevorzugt, um weniger als 10° geneigt sind.
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Bevorzugt kann die Kraftumleitungseinheit zwei derartige Tragsäulen aufweisen, die jeweils mit einem Blockierelement fest verbunden sind. Die zwei Tragsäulen können zur Erhöhung der mechanischen Stabilität mit einem Jochelement gegenseitig verbunden sein, wobei jede der Tragsäulen im Einbauzustand jeweils in voneinander unabhängiger Weise um eine im Wesentlichen vertikale Achse schwenkbar bleibt.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Feder-Dämpfer-Einheit ist der Wechsel zwischen der aktiven Position und der passiven Position der Kraftumleitungseinheit durch zumindest eine Rotationsbewegung um eine Achse herstellbar, die parallel zu der Mittelachse der Schraubendruckfeder angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Wechsel zwischen der aktiven Position und der passiven Position auf konstruktiv besonders einfache Weise ausführbar sein.
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Besonders bevorzugt ist der Wechsel zwischen der aktiven Position und der passiven Position der Kraftumleitungseinheit durch zumindest eine Rotationsbewegung der zumindest einer Tragsäule um eine Achse oder durch Rotationsbewegungen der Tragsäulen um Achsen herstellbar, die parallel zu der Mittelachse der Schraubendruckfeder angeordnet ist oder sind.
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Bevorzugt ist die Rotationsbewegung durch einen fernsteuerbaren Elektromotor ausführbar. Auf diese Weise kann ein teilautomatischer oder automatischer Wechsel der Federcharakteristik der Schraubendruckfeder ermöglicht sein. Beispielsweise ist denkbar, dass der Wechsel der Federcharakteristik in Verknüpfung mit einem Wechsel der Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers von einer elektronischen Steuerungseinheit des Kraftfahrzeugs ausführbar ist.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Radaufhängungseinheit eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, die eine offenbarte Feder-Dämpfer-Einheit beinhaltet, wobei der Stoßdämpfer mit einem Ende mit einem Rad des Kraftfahrzeugs und mit einem anderen Ende mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs wirkverbunden ist.
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Die im Zusammenhang mit der Feder-Dämpfer-Einheit beschriebenen Vorteile sind in vollem Umfang auf die 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 möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Einheit eines Kraftfahrzeugs in einer Draufsicht (oben) und in einer Seitenansicht (unten),
- 2 eine schematische Darstellung einer möglichen Weitergestaltung der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Einheit in einer Draufsicht, und
- 3 eine schematische Darstellung der Schraubendruckfeder der Feder-Dämpfer-Einheit gemäß der 1 in einer Seitenansicht.
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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 schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Einheit 10 als Teil einer Radaufhängungseinheit eines Kraftfahrzeugs in einer Draufsicht (oben) und in einer Seitenansicht (unten).
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Die Feder-Dämpfer-Einheit 10 beinhaltet einen zentral und in einem Einbauzustand im Wesentlichen vertikal angeordneten Stoßdämpfer zur Dämpfung angeregter Schwingungen von gefederten Massen des Kraftfahrzeugs. Ein derartiger Stoßdämpfer ist an sich bekannt und in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Der Stoßdämpfer kann beispielsweise als hydraulischer Zweirohr-Teleskopstoßdämpfer ausgebildet sein. Der Stoßdämpfer weist ein mit einem Rad des Kraftfahrzeugs wirkverbundenes Ende und ein mit einer Karosserie 44 des Kraftfahrzeugs wirkverbundenes Ende auf. Eine Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers ist durch Ansteuerung durch ein kraftfahrzeugeigenes Steuergerät 40 zwischen einer ersten vorbestimmten, relativ weicheren Dämpfungskennlinie und einer zweiten vorbestimmten, relativ härteren Dämpfungskennlinie wechselbar. Verschiedene Mittel und Verfahren zum Wechsel der Dämpfungscharakteristik eines Stoßdämpfers sind im Stand der Technik bekannt und müssen daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert werden.
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Die Feder-Dämpfer-Einheit 10 weist ferner eine kraftmäßig parallel zum Stoßdämpfer angeordnete Schraubendruckfeder 12 auf. In 3 ist die Schraubendruckfeder 12 der Feder-Dämpfer-Einheit 10 in einer Einzeldarstellung wiedergegeben. In dieser speziellen Ausführungsform ist die Schraubendruckfeder 12 als zylindrische Schraubendruckfeder aus Stahl mit Windungen gleichen Durchmessers und Querschnitts ausgebildet, die den zentral angeordneten Stoßdämpfer teilweise umgibt. 3 zeigt die Schraubendruckfeder 12 in einem Zustand, in dem sie mit dem Gewicht des Kraftfahrzeugs und dessen Insassen statisch belastet ist. Die dadurch von der Karosserie 44 in ein karosserieseitiges, oberes Ende 14 in die Schraubendruckfeder 12 eingeleitete Kraft F wird durch alle Windungen der Schraubendruckfeder 12 an ein radseitiges, unteres Ende 16 der Schraubendruckfeder 12 in an sich bekannter Weise über einen Federteller in einen Radträger (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs geleitet. Die Schraubendruckfeder 12 weist in diesem Zustand eine Federcharakteristik mit einer ersten vorbestimmten, relativ weicheren Federkennlinie auf.
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Weiterhin beinhaltet die Feder-Dämpfer-Einheit 10 eine Kraftumleitungseinheit 20 (1). Die Kraftumleitungseinheit 20 weist zwei vertikal angeordnete Tragsäulen 22, 30 auf, die an sich bezüglich der Schraubendruckfeder 12 radial gegenüberliegenden Positionen und parallel zu dieser angeordnet sind. Die Tragsäulen 22, 30 sind an einem oberen Ende mit einem Jochelement 38 verbunden. Jede der Tragsäulen 22, 30 ist mit ihrem oberen Ende in dem Jochelement 38 und mit einem unteren Ende in einem Trägerelement (nicht dargestellt) schwenkbar gelagert, so dass eine Rotationsbewegung um eine Achse 24, 32 ermöglicht ist, die parallel zu einer Mittelachse 18 der Schraubendruckfeder 12 angeordnet ist. Die Rotationsbewegung der Tragsäulen 22, 30 ist mittels eines fernsteuerbaren Elektromotors 42 ausführbar, wobei zwischen dem Elektromotor 42 und den Tragsäulen 22, 30 ggfs. eine Getriebeeinheit zwischengeschaltet sein kann. Der Elektromotor 42 kann durch eine Steuereinheit, beispielsweise durch das kraftfahrzeugeigene Steuergerät 40, angesteuert werden.
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Jede der Tragsäulen 22, 30 ist mit einem fest mit der Tragsäule 22, 30 verbundenen und senkrecht von dieser abstehenden Blockierelement 26, 34 ausgestattet. Jedes der Blockierelemente 26, 34 weist einen keilförmigen Querschnitt auf, der sich mit wachsendem Abstand von der Tragsäule 22, 30 verjüngt. Hinsichtlich einer vertikalen Höhenposition sind die beiden Blockierelemente 26, 34 gegeneinander leicht versetzt angeordnet.
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Die Kraftumleitungseinheit 20 ist zwischen einer aktiven Position und einer passiven Position verbringbar. In der passiven Position der Kraftumleitungseinheit 20 befinden sich die Blockierelemente 26, 34 außerhalb eines von der Schraubendruckfeder 12 umschlossenen Volumens. Die Stellung der Blockierelemente 26, 34 mit den entsprechenden Tragsäulen 22, 30 in der passiven Position der Kraftumleitungseinheit 20 ist in der 1 (oben) punktiert dargestellt.
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In der aktiven Position der Kraftumleitungseinheit 20 befinden sich die Blockierelemente 26, 34 teilweise innerhalb des von der Schraubendruckfeder 12 umschlossenen Volumens. Eine Verbringung der Kraftumleitungseinheit 20 von der passiven Position in die aktive Position ist durch mittels des Elektromotors 42 ausführbare Rotationsbewegungen der beiden Tragsäulen 22, 30 ausführbar, wobei die Tragsäulen 22, 30 in entgegengesetzten Schwenkrichtungen um einen Winkel von ca. 150° geschwenkt werden. Die Stellung der Blockierelemente 26, 34 mit den entsprechenden Tragsäulen 22, 30 in der aktiven Position der Kraftumleitungseinheit 20 ist in der 1 (oben) gestrichelt dargestellt. Aufgrund der höhenversetzten Positionen der beiden Blockierelemente 26, 34 und durch einen geringen zeitlichen Versatz sind die Schwenkbewegungen der Blockierelemente 26, 34 ohne gegenseitige Störung ausführbar.
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Die Verbringung der Kraftumleitungseinheit 20 von der passiven Position in die aktive Position erfolgt bevorzugt während eines Stillstands des Fahrzeugs oder zumindest während einer Fahrt mit sehr geringer Ein- bzw. Ausfederbewegung der Schraubendruckfeder 12. Dadurch kann ein Kontakt zwischen den Blockierelementen 26, 34 und der Schraubendruckfeder 12 und eine damit verbundene Geräuschentwicklung vermieden werden.
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Die Blockierelemente 26, 34 weisen an ihrer jeweiligen Unterseite Anlageflächen 28, 36 auf. Während der Verbringung der Kraftumleitungseinheit 20 von der passiven Position in die aktive Position gelangen die Anlageflächen 28, 36 der Blockierelemente 26, 34 in mechanische Anlage mit einem überwiegenden Teil einer Windung der Schraubendruckfeder 12. In der aktiven Position verjüngen sich die Querschnitte der Blockierelemente 26, 34 in Richtung auf die Mittelachse 18 der Schraubendruckfeder 12.
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Eine Höhenposition 46 der Windung der Schraubendruckfeder 12, die mit den Blockierelementen 26, 34 in mechanische Anlage gelangt, ist in der 3 durch eine horizontale Linie dargestellt. Die oberhalb dieser Höhenposition 46 angeordneten Windungen der Schraubendruckfeder 12 sind durch die Kraftumleitungseinheit 20 blockiert und können bei Änderungen der eingeleiteten Kraft F nicht mehr ein- bzw. ausfedern. Auf diese Weise ist eine Änderung einer effektiv wirksamen Windungszahl der Schraubendruckfeder 12 durch die Kraftumleitungseinheit 20 hergestellt, wodurch die Federcharakteristik der Schraubendruckfeder 12 eine zweite vorbestimmte, relativ härtere Federkennlinie aufweist. In diesem Zustand nimmt die Kraftumleitungseinheit 20 anstelle der oberhalb der Höhenposition 46 angeordneten Windungen der Schraubendruckfeder 12 die in diese Windungen eingeleitete Kraft F zu einem überwiegenden Teil auf. Die Blockierelemente 26, 34 und die Tragsäulen 22, 30 sind nach Material und Materialstärke derart ausgewählt und ausgelegt, dass sie der in sie eingeleiteten Kraft F mit einer erforderlichen Reserve standhalten können.
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Nach oder während der Verbringung der Kraftumleitungseinheit 20 von der passiven Position in die aktive Position kann eine Ansteuerung durch das kraftfahrzeugeigene Steuergerät 40 erfolgen, um zwischen der ersten vorbestimmten, relativ weicheren Dämpfungskennlinie und der zweiten vorbestimmten, relativ härteren Dämpfungskennlinie des Stoßdämpfers zu wechseln. In diesem Zustand ist eine Feder-Dämpfer-Einheit 10 bereitgestellt, die eine relativ härtere Federcharakteristik der Schraubendruckfeder 12 mit einer relativ härteren Dämpfungskennlinie des Stoßdämpfers verbindet.
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Durch höhere Beladung des Kraftfahrzeugs oder eine höhere Anzahl von Fahrinsassen können die Blockierelemente 26, 34 während der Verbringung der Kraftumleitungseinheit 20 von der passiven Position in die aktive Position mit einer anderen Windung der Schraubendruckfeder 12 als der gezeigten in mechanische Anlage gelangen.
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Dies kann durch eine üblicherweise vorhandene Dämpfungserkennung detektiert und mit gespeicherten Einstellungen der Schraubendruckfeder 12, die beispielsweise in einer digitalen Datenbank hinterlegt sein können, auf die das kraftfahrzeugeigene Steuergerät 40 datentechnischen Zugriff hat, verglichen und mit einer geeigneten Dämpfungscharakteristik angeglichen werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Weitergestaltung der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Einheit in einer Draufsicht. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden im Folgenden nur Unterschiede zur Ausführungsform der Feder-Dämpfer-Einheit 10 gemäß der 1 beschrieben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Jochelement 38 nicht dargestellt.
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Im Unterschied zur Ausführungsform der Feder-Dämpfer-Einheit 10 gemäß der 1 weist die Feder-Dämpfer-Einheit 48 gemäß der 2 Tragsäulen 50, 54 auf, die jeweils mit einem einstückig angeformten Blockierelement 52, 56 ausgestattet sind, wodurch eine besonders hohe Festigkeit bzw. bei gleicher Festigkeit eine geringere Baugröße erreicht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Feder-Dämpfer-Einheit
- 12
- Schraubendruckfeder
- 14
- oberes Ende
- 16
- unteres Ende
- 18
- Mittelachse
- 20
- Kraftumleitungseinheit
- 22
- Tragsäule
- 24
- Achse
- 26
- Blockierelement
- 28
- Anlagefläche
- 30
- Tragsäule
- 32
- Achse
- 34
- Blockierelement
- 36
- Anlagefläche
- 38
- Jochelement
- 40
- Steuergerät
- 42
- Elektromotor
- 44
- Karosserie
- 46
- Höhenposition
- 48
- Feder-Dämpfer-Einheit
- 50
- Tragsäule
- 52
- Blockierelement
- 54
- Tragsäule
- 56
- Blockierelement
- F
- Kraft
