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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System zum Beladungsausgleich für ein vorzugsweise einspuriges Kraftfahrzeug sowie eine Radaufhängung und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen System.
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Kraftfahrzeuge, einspurige Kraftfahrzeuge und insbesondere Motorräder sind meist auf eine bestimmte optimale Fahrlage ausgelegt, für welche die Fahreigenschaften des Fahrzeugs optimiert sind. Bei Motorrädern kann die Fahrlage beispielsweise bei einer lotrechten Ausrichtung des beladenen Fahrzeugs als Höhe oder Niveau des Schwerpunktes oder eines anderen Referenzpunktes am Motorrad über der Fahrbahn definiert werden.
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Durch eine Beladung des Fahrzeugs durch den Fahrer, Gepäck, Mitfahrer (Sozius) oder eine andere Zuladung, wird eine Feder-Dämpfer-Einheit des Kraftfahrzeugs in ihrer Länge verändert und beispielsweise bei einer Zuladung gestaucht bzw. eine Geometrie des Fahrwerks, in welches die Feder-Dämpfer-Einheit integriert ist, geändert, so dass die tatsächliche Höhe der Referenzposition (Ist-Wert) von einer optimalen Höhe der Referenzposition (Soll-Wert) abweicht.
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Diese Abweichung kann bei Motorrädern durch eine entsprechende Einstellung der Feder-Dämpfer-Einheit, welche auch als Federbein bezeichnet werden kann, korrigiert und das Fahrzeug von dem Ist-Wert auf den Soll-Wert angehoben oder abgesenkt bzw. die Länge des Federwegs von dem Ist-Wert auf den Soll-Wert verlängert oder verkürzt werden.
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Günstige Motorräder werden in den meisten Fällen mit sogenannten Basisfahrwerken angeboten, bei welchen die Einstellungen bezüglich einer Beladung und Dämpfung des Fahrzeugs an der Feder-Dämpfer-Einheit durch eine Anpassung der Federvorspannung der Tragfeder händisch vorgenommen werden müssen. Als Sonderausstattung werden jedoch auch bereits jetzt Feder-Dämpfer-Einheiten bzw. Feder-Dämpfer-Elemente angeboten, bei welchen eine automatisierte Einstellung der Feder-Dämpfer-Einheit für eine korrekte Beladung und Dämpfung des Fahrzeugs möglich ist. Derartige Feder-Dämpfer-Einheiten bzw. Federbeine oder Fahrwerke von Fahrzeugen mit solchen Feder-Dämpfer-Einheiten sind vielfach hoch technisiert und verfügen über eine Vielzahl von Aktoren und zusätzlichen Bauteilen, wie elektrisch angetriebene Pumpen, wodurch sie aufwändig in der Herstellung und Wartung sowie für den Käufer teuer in der Anschaffung und im Unterhalt sind.
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Daher ist der Einsatz solcher automatischer Feder-Dämpfer-Einheiten meist nur in weniger sensiblen Preissegmenten, d.h. bei hochpreisigen Fahrzeugen möglich. Für Motorräder der Mittelklasse oder unterer Preisklassen, ist es daher meist nicht möglich, dem Kunden bzw. dem Fahrer den Einstellkomfort anzubieten, der sich aus der Automatisierung des Beladungsausgleichs ergibt. Die verwendete Technik zur Einstellung des Fahrzeugs auf die Beladung des Fahrzeugs bzw. zum Beladungsausgleich muss weniger aufwändig ausfallen, um dem Preisdruck gerecht werden zu können.
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In PKWs und teilweise auch bei Motorrädern werden im Stand der Technik beispielsweise bereits Systeme angeboten, bei welchen das Niveau des Fahrzeugs, also die Fahrlage, mittels einer elektrischen Hydraulikpumpe oder einem elektrischen Motor einstellbar und das Fahrzeug dadurch auf die jeweilige Beladung einstellbar ist.
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Andere bekannte Systeme zur Einstellung der korrekten Fahrlage in Abhängigkeit der Beladung des Fahrzeugs sehen beispielsweise eine mechanische Verstellbarkeit eines Geberzylinders mittels einem Handrad oder einem elektrifizierten Antrieb vor.
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Auch sind bereits Systeme bekannt, welche eine mechanische Pumpe vorsehen, die ihre Antriebsleistung aus der Bewegungsenergie der Radführung bezieht. Hierbei ist die Pumpe in den Dämpfer integriert, wodurch ein erhöhter Innendruck (bis zu 300bar) in dem Dämpfer vorliegt. Dabei wird die Ausschubkraft einer Kolbenstange des Dämpfers genutzt, um der Beladungszunahme entgegenzuwirken bzw. die Beladung auszugleichen. Der dadurch entstehende hohe Innendruck hat Auswirkungen auf die Ausführung des Dämpfers, dessen Anfederverhalten bzw. allgemein dessen Federverhalten auf dem gewohntem Niveau gehalten werden muss. Darüber hinaus hat der Dämpfer mit der darin integrierten Pumpe mit Leckage zu kämpfen. Aufgrund der dadurch entstehenden Nachteile, wie hoher Wartungsaufwand und hohe Produktionskosten, führen zu einer sehr geringen Verbreitung solcher Systeme.
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Auch ist eine Variante bekannt, bei welcher neben einem Dämpfer ein zusätzlicher Hydraulikzylinder vorgesehen ist und eine Kolbenstange des Dämpfers als Pumpenelement genutzt wird. Hierbei wird das Volumen der Kolbenstange in den Hydraulikzylinder verschoben, welcher genutzt wird, um die Tragfeder der Feder-Dämpfer-Einheit vorzuspannen. Diese Form der Realisierung hat jedoch den Nachteil, dass der Hydraulikzylinder anteilig jede Bewegung der Kolbenstange mitmacht.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein hydraulisches System zum Beladungsausgleich für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit welcher ein Beladungsausgleich kostengünstig, einfach, bauraumoptimiert sowie für den Bediener bzw. Fahrer des Fahrzeugs komfortabel bereitstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein hydraulisches System zum Beladungsausgleich für ein vorzugsweise einspuriges Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug weist eine Tragfeder und eine gegenüber einem Rahmen des Kraftfahrzeugs um eine Drehachse drehbar gelagerte Schwinge auf. Das erfindungsgemäße hydraulische System, im weiteren allgemein als System bezeichnet, umfasst eine Pumpe, zumindest ein Steuerventil, einen Ausgleichsbehälter und einen hydraulischen Aktor zur Einstellung einer Federbasis bzw. zur Einstellung einer Vorspannung der Tragfeder. Die Pumpe, das zumindest eine Steuerventil, der Ausgleichsbehälter und der hydraulische Aktor sind, beispielsweise durch Fluidkanäle oder Fluidleitungen, fluidtechnisch miteinander verbunden. Darüber hinaus, ist die Pumpe ausgebildet, eine Pumpwirkung durch eine Relativbewegung der Schwinge um die Drehachse gegenüber dem Rahmen zu erzeugen. Ein Fluid bzw. eine Hydraulikflüssigkeit, wie beispielsweise Hydrauliköl, ist in Abhängigkeit einer jeweiligen Schalt- bzw. Ventilstellung des zumindest einen Steuerventils von der Pumpe aus dem Ausgleichsbehälter in den hydraulischen Aktor pumpbar und dadurch ein Niveau des Kraftfahrzeugs anhebbar oder aus dem hydraulischen Aktor in den Ausgleichsbehälter leitbar und dadurch das Niveau des Kraftfahrzeugs absenkbar.
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Ein wichtiger Aspekt für die Lösung des oben genannten Problems besteht also darin, ein System zum Beladungsausgleich mit einer externeren, mechanischen Pumpe bereitzustellen, welche die Pumpbewegung bzw. die Pumpleistung aus einer ohnehin vorhandenen Bewegungsenergie gewinnt. Die Pumpe wird hierzu an einem Rahmen des Fahrzeugs und einer gegenüber dem Rahmen drehbaren Schwinge befestigt. Der Antrieb der Pumpe erfolgt somit durch die Bewegung in der Radführung bzw. durch die Bewegung der Schwinge relativ zu dem Rahmen. Der für das System benötigte Bauraum an und/oder in der Nähe der Drehachse ist ideal für diesen Zweck geeignet und zugleich wertlos für die Unterbringung anderer Komponenten.
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Die Pumpe, welche im Gegensatz zu Lösungen im Stand der Technik außerhalb eines Dämpfers einer Feder-Dämpfer-Einheit vorgesehen ist, hat den Vorteil, von einem Übersetzungsverhältnis am Federbein des Fahrzeugs unabhängig zu sein, welches die Feder-Dämpfer-Einheit umfasst. Durch die vorgeschlagene Pumpe bzw. durch das vorgeschlagene System wird entsprechend im Dämpfer der Feder-Dämpfer-Einheit zum Beladungsausgleich kein erhöhter Arbeitsdruck aufgebaut. Die Konstruktion bleibt einfach und kostengünstig. Die Funktion des Dämpfers wird vom erfindungsgemäß vorgeschlagenen System nicht negativ beeinflusst.
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Das System kann auch zusätzlich zu einer bereits vorhandenen Feder-Dämpfer-Einheit vorgesehen werden, wenn diese an der Feder bereits eine Vorspannungsverstellung bzw. eine Federbasisverstellung vorsieht, so dass es möglich ist, den automatisierten Beladungsausgleich im Baukastenprinzip bzw. als einfach zu ergänzende Sonderausstattung bereitzustellen.
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Vorzugsweise ist der hydraulische Aktor nicht nur geeignet, sondern ausgebildet, die Federbasis der Tragfeder einzustellen. Im Gegensatz zu einer alternativ möglichen Fußpunktverstellung der Tragfeder, wird nicht nur lediglich das Fahrzeug angehoben um die Beladung auszugleichen, sondern zugleich sichergestellt, dass das Hubverhältnis der Tragfeder bzw. einer gesamten Feder-Dämpfer-Einheit, also das Verhältnis von Positiv- zu Negativfederweg, unabhängig von der Beladung konstant bleibt. Entsprechend bleibt eine Gesamtlänge einer Feder-Dämpfer-Einheit, welche auch als Federbein bezeichnet werden kann und die Tragfeder umfasst, trotz bzw. bei einem Beladungsausgleich gleich.
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Eine vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, dass die Pumpe eine Hubkolbenpumpe mit einem Zylinder bzw. zylinderförmigen Gehäuse und einem darin geführten Kolben ist. Von dem Kolben aus erstreckt sich eine Kolbenstange der Pumpe aus dem Zylinder heraus. Der Zylinder ist drehbar an dem Rahmen und die Kolbenstange drehbar an der Schwinge gelagert befestigbar. Alternativ ist eine umgekehrte Anordnung möglich, bei welcher also der Zylinder drehbar an der Schwinge und die Kolbenstange drehbar an dem Rahmen gelagert befestigbar ist. Entsprechend führt eine die Relativbewegung der Schwinge gegenüber dem Rahmen um die Drehachse zu einer Relativbewegung des Kolbens gegenüber dem Zylinder, welcher in dem Zylinder linear verschoben wird und somit eine Pumpwirkung erzeugt.
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In einer ersten vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass das zumindest eine Steuerventil vorzugsweise ausschließlich elektrisch ansteuerbar bzw. elektrisch angesteuert ist. Ferner sind vorzugsweise genau zwei Steuerventile oder genau ein Steuerventil vorgesehen.
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Bei einer Variante, welche vorsieht, dass das zumindest eine Steuerventil elektrisch ansteuerbar ist, ist vorteilhaft, dass neben dem Beladungsausgleich eine gezielte Einstellung der Fahrlage möglich ist, so dass das Fahrzeug nicht nur auf die optimale Höhe bzw. optimale Fahrlage einstellbar ist, sondern auch auf andere Fahrlagen. Beispielsweise kann das Fahrzeug im Stillstand gezielt unter die optimale Fahrlage abgesenkt oder in schwerem Gelände über die optimale Fahrlage angehoben werden. Auch eine geschwindigkeitsabhängige Ansteuerung ist möglich.
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Ein System, bei welchem das zumindest eine Steuerventil elektrisch ansteuerbar ist, sieht ferner vorzugsweise einen Sensor zur Erfassung der Fahrlage des Fahrzeugs vor, durch welchen eine Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert der Fahrlage erfasst werden kann. Ein solcher Sensor kann beispielsweise ein Wegesensor sein, welcher die Position einer Referenzposition erfasst. Alternativ kann ein solcher Sensor auch als Winkelsensor auf oder an der Drehachse angeordnet sein, welcher den Winkel zwischen Rahmen und Schwinge erfasst.
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Eine zweite vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, dass das zumindest eine Steuerventil vorzugsweise ausschließlich mechanisch ansteuerbar bzw. angesteuert ist. Hierbei ist vorteilhaft, dass bei einer rein mechanischen Ansteuerung keine elektronischen bzw. elektrischen Steuerungskomponenten notwendig sind, so dass sich das System vereinfacht, einfach montier- und platzzierbar ist sowie auch bei einem Ausfall der Fahrzeugelektrik funktionsfähig bleibt. Ferner ist hierbei vorzugsweise genau ein mechanisch angesteuertes Steuerventil vorgesehen.
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Ist das zumindest eine Steuerventil mechanisch ansteuerbar, ist dieses bzw. sind diese vorzugsweise ausgebildet unmittelbar von einer Verdrehung der Schwinge gegenüber dem Rahmen bzw. unmittelbar von einer Relativposition der Schwinge zum Rahmen angesteuert zu werden.
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Unabhängig davon, ob das zumindest eine Steuerventil mechanisch oder elektrisch ansteuerbar ist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das zumindest eine Steuerventil separat von den weiteren Komponenten des Systems und insbesondere unabhängig von der Pumpe oder einem eventuell vorhandenen Dämpfer ausgebildet und angeordnet ist, was zu Vorteilen bezüglich der Bauraumoptimierung am Fahrzeug und zu Vorteilen bei der Wartung führt.
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Ebenfalls unabhängig von einer Ansteuerbarkeit des zumindest einen Steuerventils ist darüber hinaus vorzugsweise vorgesehen, dass das zumindest eine Steuerventil drei Schaltzustände bzw. drei Schalt- oder Ventilstellungen bereitstellt.
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In einer ersten Schaltstellung ist die Fahrlage zu niedrig, so dass mittels der ersten Schaltstellung eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Aktor und der Pumpe bzw. dem Ausgleichsbehälter hergestellt wird und das Fluid von der Pumpe aus dem Ausgleichsbehälter in den Aktor gepumpt werden kann.
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In einer zweiten Schaltstellung ist die Fahrlage optimal bzw. innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs um die optimale Fahrlage, so dass mittels der zweiten Schaltstellung eine fluidtechnische Verbindung von dem Aktor zu der Pumpe und dem Ausgleichsbehälter getrennt bzw. der Aktor fluidtechnisch abgedichtet wird und kein Fluid in den Aktor gepresst wird oder aus diesem abfließt.
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In einer dritten Schaltstellung ist die Fahrlage zu hoch, so dass mittels der dritten Schaltstellung eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Aktor und dem Ausgleichsbehälter hergestellt wird und das Fluid aus dem Aktor in den Ausgleichsbehälter fließen oder gepresst werden kann.
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Eine vorteilhafte Variante, bei welcher das zumindest eine Steuerventil mechanisch angesteuert ist, sieht vor, dass das zumindest eine Steuerventil ein Ventilgehäuse und einen in dem Ventilgehäuse verschiebbaren Ventilkörper aufweist. Das Ventilgehäuse ist an dem Rahmen und der Ventilkörper an der Schwinge befestigbar und vorzugsweise drehbar gelagert befestigbar bzw. befestigt. Alternativ ist auch eine Umkehrung möglich, so dass also das Ventilgehäuse an der Schwinge und der Ventilkörper an dem Rahmen befestigbar und vorzugsweise drehbar gelagert befestigbar bzw. befestigt ist.
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Eine ebenfalls vorteilhafte Weiterbildung sieht hierbei vor, dass das zumindest eine Steuerventil auf bzw. entlang der Drehachse angeordnet ist und der Ventilkörper um die Drehachse in dem Ventilgehäuse rotierbar ist, wobei das Ventilgehäuse hierbei vorzugsweise an der Drehachse fixiert ist. Der Ventilkörper weißt hierbei entsprechend eine Rotationsachse koaxial zu der Drehachse auf. Weitervorzugsweise ist der Ventilkörper Scheiben- oder Zylinderförmig ausgebildet, wobei die Mittelachse der koaxial zu der Drehachse angeordneten Rotationsachse entspricht. Alternativ kann auch der Ventilkörper fixiert und das Ventilgehäuse um die Drehachse rotierbar ausgebildet sein. Entsprechend ist das Ventilgehäuse in einer ersten Variante an dem Rahmen und der Ventilkörper an der Schwinge und in einer zweiten Variante das Ventilgehäuse an der Schwinge und der Ventilköper an dem Rahmen fixiert, so dass sich diese mit Rahmen und Schwinge relativ zueinander bewegen und durch die Bewegung das Steuerventil geschalten wird.
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Wie zuvor bereits erläutert, ist sowohl bei einem elektrisch als auch einem mechanisch angesteuerten bzw. ansteuerbaren Steuerventil vorteilhaft, wenn dieses drei Schaltzustände bzw. drei Schalt- oder Ventilstellungen bereitstellt. Entsprechend sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des mechanisch ansteuerbaren Steuerventils mit Ventilkörper und Ventilgehäuse vor, dass das zumindest eine Steuerventil drei Ventilstellungen aufweist, in welche das Steuerventil abhängig von einer Position des Ventilkörpers gegenüber dem Ventilgehäuse geschalten ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine erste Ventilstellung eine Fluidströmung durch das Steuerventil bzw. einen entsprechenden Strömungspfad sperrt, eine zweite Ventilstellung eine Fluidströmung zwischen der Pumpe und dem Ausgleichsbehälter ermöglicht bzw. einen entsprechenden Strömungspfad freigibt und eine dritte Ventilstellung eine Fluidströmung von dem hydraulischen Aktor in den Ausgleichsbehälter ermöglicht bzw. einen entsprechenden Strömungspfad freigibt.
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Um zu verhindern, dass das Absenken des Fahrzeugs ruckartig bzw. plötzlich stattfindet, da das Fluid aus dem Aktor ungedrosselt zurück in den Ausgleichsbehälter strömt, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das System ein Drosselventil umfasst. Das Drosselventil drosselt entsprechend eine Fluidströmung des Fluides aus dem hydraulischen Aktor über das zumindest eine Steuerventil in den Ausgleichsbehälter bzw. ist ausgebildet die Fluidströmung zu drosseln. Insbesondere bei einer Variante mit elektrisch ansteuerbaren Wegeventilen als Steuerventile kann das Drosselventil auch in ein jeweiliges Wegeventil bzw. eine Schaltstellung eines jeweiligen Steuerventils integriert sein.
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Um die Anzahl notwendiger Steuerventile zu reduzieren und diese entsprechend auch nicht ansteuern zu müssen, umfasst eine weitere vorteilhafte Variante des Systems ferner ein erstes Rückschlagventil und ein zweites Rückschlagventil. Das erste Rückschlagventil sperrt eine Fluidströmung in einer von dem Ausgleichsbehälter zu der Pumpe führenden Fluidleitung zurück in den Ausgleichsbehälter bzw. ist angeordnet und ausgebildet diese zu sperren. Das zweite Rückschlagventil sperrt eine Fluidströmung in einer von der Pumpe zu dem hydraulischen Aktor führenden Fluidleitung zurück zu der Pumpe bzw. ist ausgebildet diese zu sperren. Die Rückschlagventile können zudem jeweils federrückgestellt sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft zudem eine Feder-Dämpfer-Einheit für ein vorzugsweise einspuriges Kraftfahrzeug, welche auch als Federbein bezeichnet werden kann. Die Feder-Dämpfer-Einheit umfasst eine Tragfeder und einen Dämpfer sowie ein erfindungsgemäßes hydraulisches System zum Beladungsausgleich. Hierbei ist das hydraulische System ausgebildet, mittels seines hydraulischen Aktors die Federbasis bzw. die Vorspannung der Tragfeder einzustellen.
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Neben der Feder-Dämpfer-Einheit betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung zudem eine Radaufhängung eines vorzugsweise einspurigen Kraftfahrzeugs, welche eine Feder-Dämpfer-Einheit aufweisen kann. Die Radaufhängung bzw. die Feder-Dämpfer-Einheit umfasst entsprechend eine Tragfeder und eine gegenüber einem Rahmen des Kraftfahrzeugs um eine Drehachse drehbar gelagerten Schwinge sowie ein erfindungsgemäßes hydraulisches System zum Beladungsausgleich, welches ausgebildet ist, mittels seines hydraulischen Aktors die Federbasis bzw. die Vorspannung der Tragfeder einzustellen.
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Ferner betrifft ein weiterer relevanter Aspekt der Erfindung ein vorzugsweise einspuriges Kraftfahrzeug mit einem Rahmen, einer gegenüber dem Rahmen um eine Drehachse drehbar gelagerten Schwinge und einer Tragfeder sowie mit einem erfindungsgemäßen hydraulischen System zum Beladungsausgleich.
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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 einen Abschnitt eines Rahmens mit daran drehbar gelagerter Schwinge eines einspurigen Kraftfahrzeugs;
- 2 eine erste Variante eines hydraulischen Systems zum Beladungsausgleich;
- 3 eine zweite Variante eines hydraulischen Systems zum Beladungsausgleich;
- 4 eine dritte Variante eines hydraulischen Systems zum Beladungsausgleich.
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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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1 zeigt beispielhaft einen Abschnitt eines Rahmens 13 eines Motorrades bzw. eines anderen einspurigen Kraftfahrzeugs im Bereich des Hinterrades 15. Das Hinterrade 15 ist über eine Schwinge 14 mit dem Rahmen 13 verbunden, wobei die Schwinge 14 an einem Drehpunkt mit dem Rahmen 13 verbunden und um eine dadurch bestimmte Drehachse A gegenüber dem Rahmen 13 drehbar gelagert ist. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs kommt es beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten zu einer Bewegung B der Schwinge 14 gegenüber dem Rahmen 13, welche erfindungsgemäß zum Einstellen einer optimalen Fahrlage genutzt werden soll.
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Entsprechend ist in den 2 bis 4 jeweils ein Ausschnitt aus 1 gezeigt, wobei der Rahmen 13 und die Schwinge 14 jeweils über eine als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe 21 kinematisch verbunden sind, so dass die Drehbewegung der Schwinge 14 gegenüber der Drehachse A relativ zu dem Rahmen 13 bzw. die Bewegung B in der Pumpe zu einer Hubbewegung C führt, durch welche der Kolben in dem Zylinder der Pumpe 21 linear verschoben wird und eine Pumpwirkung erzeugt. Hierzu ist die Pumpe 21 in den gezeigten Ausführungsformen mit ihrem Zylinder jeweils drehbar mit dem Rahmen 13 und mit ihrer Kolbenstange, an welcher der Kolben fixiert ist, mit der Schwinge 14 verbunden.
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Die 2 bis 4 zeigen ferner jeweils voneinander abweichende Ausführungsformen, wobei das hydraulische System 1 zum Beladungsausgleich in 2 über zwei elektrische Steuerventile 22, 23 und in den 3 und 4 über jeweils ein mechanisches Steuerventil 24, 25 zur Steuerung der Fluidströmung in und von dem hydraulischen Aktor 27 verfügt.
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Zur Federung und Dämpfung von Fahrbahnunebenheiten weisen Kraftfahrzeuge zudem ein oder mehrere Federbeine auf, welche auch als Feder-Dämpfer-System oder Feder-Dämpfer-Einheit bezeichnet werden können. Obgleich ein solches in 1 nicht dargestellt ist, kann es vorhanden sein. Ferner ist eine Tragfeder 11 und ein Dämpfer 17 als Teil einer solchen Feder-Dämpfer-Einheit in den 2 bis 4 ausschnittsweise dargestellt. Die Tragfeder 11 umgibt den Dämpfer 17 koaxial und ist an einem oberen bzw. von dem Rad 15 abgewandten Endabschnitt gegen einen oberen Federteller 12 gelagert.
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Der Federteller 12 ist entlang der Längsachse von Tragfeder 11 und Dämpfer 17 durch den hydraulischen Aktor 27 verschiebbar, welcher im Wesentlichen als ein hydraulischer Zylinder ausgebildet ist, der bei den dargestellten Ausführungsformen jeweils ringförmig um den Dämpfer 17 angeordnet ist, wobei ein Gehäuse 271 des Aktors 27 an dem Dämpfer 17 ortsfest fixiert und ein in dem Gehäuse 271 verschiebbarer Kolben 272 mit dem Federteller 12 verbunden ist. Entsprechend wird durch eine Verschiebung D des Kolbens 272 in dem Gehäuse 271 der Federteller 12 und somit eine Federbasisverstellung der Tragfeder 11 bewirkt, wodurch das Kraftfahrzeug angehoben oder abgesenkt wird, um die optimale oder eine vorbestimmte Fahrlage zu erreichen.
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Wie für die Funktionsweise eines hydraulischen Aktors üblich, trennt der Kolben 272 den Innenraum des Gehäuses 271 des hydraulischen Aktors 27 in zwei Kammern, welche durch den Kolben 272 bzw. optional an dem Kolben 272 angeordnete Dichtelemente fluiddicht voneinander getrennt sind. Strömt in eine Kammer bzw. in die in der Figur oben dargestellte Kammer Fluid ein oder Fluid aus dieser Kammer aus, wird der Kolben 272 verschoben.
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Das in den 2 bis 4 beispielhaft gezeigte Feder-Dämpfer-System weist ferner einen Dämpfer-Ausgleichsbehälter 16 auf, welcher mit dem Innenraum des Dämpfers 17 fluidtechnisch verbunden ist und aus dem Dämpfer 17 verdrängtes Dämpferfluid aufnehmen kann, welches in dem Dämpfer-Ausgleichsbehälter 16 durch eine Stickstofffeder N druckbeaufschlagt wird. Obgleich der Dämpfer-Ausgleichsbehälter 16 für die Funktion des Dämpfers 17 vorhanden sein kann, ist der Dämpfer-Ausgleichsbehälter 16 lediglich beispielhaft abgebildet und für die Funktion des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems 1 nicht relevant.
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Die in den 2 bis 3 dargestellten hydraulischen Systeme 1 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die jeweils verwendeten Steuerventile 22, 23, 24, 25 bzw. deren Anordnung an dem Rahmen 13 bzw. der Schwinge 14.
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Bei dem hydraulischen System 1 der 2 ist ein erstes Steuerventil 22 und ein zweites Steuerventil 23 vorgesehen, welche jeweils elektrisch angesteuert und bei der abgebildeten Variante zudem federrückgestellt sind. Das erste Steuerventil 22 und das zweite Steuerventil 23 ist jeweils ein 2/2-Wegeventil, wobei in die Steuerventile 22, 23 zusätzliche Funktionen integriert sind, welche alternativ auch separat vorgesehen sein können, wofür jedoch dann andere Wegeventile, wie beispielsweise 3/2-Wegeventile, notwendig sind.
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Der hydraulische Aktor 27 ist fluidtechnisch mit dem ersten Steuerventil 22 und das erste Steuerventil 22 mit dem zweiten Steuerventil 23 und der Pumpe 21 verbunden. Das zweite Steuerventil 23 ist mit einem Ausgleichsbehälter 26 verbunden.
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Ferner sieht das erste Steuerventil 22 in seiner Ruhestellung ein in das Steuerventil 22 integriertes zweites Rückschlagventil 292 vor, durch welches eine Fluidströmung in der Ruhestellung von der Pumpe 21 in den hydraulischen Aktor 27 ermöglicht und von dem hydraulischen Aktor 27 zu der Pumpe 21 oder dem zweiten Steuerventil 23 gesperrt wird. In der betätigten Stellung des ersten Steuerventils 22 ist ferner ein in das erste Steuerventil 22 integriertes Drosselventil 28 vorgesehen, durch welches eine Fluidströmung bzw. ein Fluidfluss in der betätigten Stellung durch das erste Steuerventil 22 gedrosselt und vorzugsweise auf einen vorbestimmten Wert gedrosselt wird.
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Das zweite Steuerventil 23 sieht in seiner Ruhestellung eine einfache, einen ungedrosselten Durchfluss ermöglichende Leitung bzw. einen Kanal und in seiner betätigten Stellung ein erstes Rückschlagventil 291 vor, durch welches in der betätigten Stellung eine Fluidströmung zu dem Ausgleichsbehälter 26 blockiert aber eine Fluidströmung zu der Pumpe 21 ermöglicht wird.
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Das erste und das zweite Steuerventil 22, 23 werden abhängig davon, ob das Kraftfahrzeug bzw. das Niveau des Kraftfahrzeugs angehoben oder abgesenkt werden soll, angesteuert.
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In der Variante gemäß 2, ist zur Erfassung des Niveaus des Kraftfahrzeugs und dementsprechend zur Bestimmung ob das Niveau des Kraftahrzeugs gehalten, gehoben oder gesenkt werden soll, ein nicht dargestellter Sensor notwendig, der beispielsweise ausgebildet ist, die Länge des Federbeins oder einen Winkel der Schwinge 14 gegenüber dem Rahmen 13 zu messen.
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Befindet sich das Niveau des Fahrzeugs in einem vorbestimmten Toleranzbereich um die optimale Fahrlage oder einem angestrebten Fahrzeugniveau, soll das aktuelle Niveau des Fahrzeugs gehalten werden. Hierzu wird sowohl das erste Steuerventil 22 als auch das zweite Steuerventil 23 in die jeweils unbetätigte Stellung bzw. in die jeweilige Ruhestellung gebracht oder gehalten. Durch das zweite Rückschlagventil 292 kann kein Fluid aus dem hydraulischen Aktor 27 ausströmen, so dass das Niveau des Fahrzeugs nicht absinkt. Dadurch, dass die Pumpe 21 unmittelbar über das zweite Steuerventil 23 mit dem Ausgleichsbehälter 26 verbunden ist und Fluid ungehindert zwischen Ausgleichsbehälter 26 und Pumpe 21 strömen kann, wird bei einer an der Pumpe 21 anfallenden Pumpwirkung Fluid in den Ausgleichsbehälter 26 gedrückt oder aus dem Ausgleichsbehälter 26 gesaugt, so dass kein zusätzliches Fluid in den hydraulischen Aktor 27 strömt und das Niveau des Fahrzeugs nicht angehoben wird. Entsprechend bleibt das Niveau des Fahrzeugs konstant.
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Soll das Niveau des Fahrzeugs angehoben werden, wird das erste Steuerventil 22 in die Ruhestellung und das zweite Steuerventil 23 in die betätigte Stellung geschalten bzw. gehalten, wie es in 2 dargestellt ist. Durch eine Pumpwirkung an der Pumpe 21 wird bei einer Vergrößerung der durch den Kolben in der Pumpe 21 abgetrennten Kammer Fluid aus dem Ausgleichsbehälter 26 gesaugt und bei einer Verkleinerung der Kammer in der Pumpe 21 Fluid in den hydraulischen Aktor 27 gepresst, so dass sich der Kolben 272 des hydraulischen Aktors 27 nach außen verschiebt und das Fahrzeug bzw. dessen Niveau angehoben wird. Ist die optimale Fahrlage bzw. eine angestrebte Fahrlage erreicht oder befindet sich das Niveau in einem Toleranzbereich um die optimale oder angestrebte Fahrlage, wird das Niveau gehalten und das erste und zweite Steuerventil 22, 23 in die entsprechende Stellung gebracht.
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Ist das Niveau des Fahrzeugs zu hoch, so dass dieses abgesenkt werden soll, wird das erste Steuerventil 22 in die betätigte Stellung und das zweite Steuerventil 23 in die unbetätigte bzw. Ruhestellung gebracht, so dass Fluid aus dem hydraulischen Aktor 27 in den Ausgleichsbehälter 26 strömen kann. Hierbei ist das Drosselventil 28 vorgesehen ein plötzliches Absacken bzw. ruckartiges Absinken des Niveaus zu vermeiden.
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Dadurch, dass die Steuerventile 22, 23 in der Variante gemäß 2 elektrisch und somit durch eine Steuereinheit bzw. in Abhängigkeit von Sensorwerten des nicht dargestellten Sensors ansteuerbar sind, sind auch weitere Fahrlagen bzw. Verhaltensweisen einstellbar. Beispielsweise kann das Fahrzeug bei Stillstand abgesenkt werden oder auf Wunsch, beispielsweise in schwerem Gelände, über das optimale Niveau bzw. über die optimale Fahrlage angehoben werden.
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Die 3 und 4 offenbaren jeweils eine Variante mit einem mechanisch angesteuerten Steuerventil 24, 25, welche durch den Winkel zwischen dem Rahmen 13 und der Schwinge 14 gesteuert werden. Die Funktionselemente, welche bei der Ausführungsform gemäß 2 in die Steuerventile 22, 23 integriert waren, also die Rückschlagventile 291, 292 und das Drosselventil 28 sind in den Ausbildungsformen gemäß 3 und 4 separat vorgesehen.
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Das jeweilige mechanische Steuerventil 24, 25 sieht jeweils ein Ventilgehäuse 241, 251 sowie ein gegenüber bzw. in dem Ventilgehäuse 241, 251 beweglichen Ventilkörper 242, 252 vor. Die Steuerventile 24, 25 weisen jeweils drei Anschlüsse auf, wobei durch eine Positionierung des Ventilkörpers 242, 252 gegenüber dem Ventilgehäuse 241, 251 drei Schaltzustände bzw. Schaltstellungen herstellbar sind.
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Ein erster Anschluss des jeweils mechanischen Steuerventils 24, 25 ist über das Drosselventil 28 mit dem hydraulischen Aktor 27 verbunden. Ein zweiter Anschluss des jeweiligen Steuerventils 24, 25 führt über einen Knotenpunkt zu der Pumpe 21 und zu den Rückschlagventilen 291, 292. Über den dritten Anschluss ist das jeweilige Steuerventil 24, 25 unmittelbar mit dem Ausgleichsbehälter 26 verbunden.
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In einer jeweils ersten Schaltstellung sind der erste und der zweite Anschluss des jeweiligen mechanischen Steuerventils 24, 25 blockiert bzw. durch den Ventilkörper 242, 252 verschlossen, so dass bei einer Pumpbewegung an der Pumpe 21 Fluid zunächst über das erste Rückschlagventil 291 aus dem Ausgleichsbehälter 26 gesaugt und anschließend aus der Pumpe 21 durch das zweite Rückschlagventil 292 in den hydraulischen Aktor 27 gepumpt wird. Entsprechend wird der Kolben 272 des hydraulischen Aktors 27 aus dessen Gehäuse 271 gedrückt und das Niveau des Fahrzeugs angehoben.
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Ist beispielsweise der Ventilkörper 242 in der Ausführungsform gemäß 3 mit dem Rahmen 13 und das Ventilgehäuse 241 mit der Schwinge 14 verbunden, ist diese Schaltstellung eine Folge aus einem zu kleinem Winkel zwischen Rahmen 13 und Schwinge 14, so dass das Niveau des Fahrzeugs angehoben wird, wenn der Winkel zu klein ist.
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Vergrößert sich der Winkel, wird der Ventilkörper 242 in 3 in eine zweite Schaltstellung verschoben, welche bei dem mechanischen Ventil 24` gezeigt ist. In dieser zweiten Schaltstellung ist nur der erste Anschluss durch den Ventilkörper 242 verschlossen und der zweite und dritte Anschluss strömungstechnisch miteinander verbunden. Kommt es zu einer Pumpwirkung durch die Pumpe 21, kann diese über das mechanische Steuerventil 24` Fluid aus dem Ausgleichsbehälter 26 saugen und zurück in diesen pumpen, ohne dass das Niveau des Fahrzeugs geändert wird.
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Ist das Niveau des Fahrzeugs zu hoch und dadurch der Winkel zwischen Rahmen 13 und Schwinge 14 zu groß, ist der Ventilkörper 242 weiter in dem Ventilgehäuse 241 in die durch das Steuerventil 24" dargestellte Ventilstellung verschoben, wodurch alle Anschlüsse des Steuerventils 24 strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Entsprechend kann Fluid aus dem hydraulischen Aktor 27 über das Drosselventil 28 und das Steuerventil in den Ausgleichsbehälter 26 abfließen, so dass das Niveau des Fahrzeugs absinkt.
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Bei den dargestellten Ventilen 24, 24', 24" handelt es sich jeweils um dasselbe mechanische Steuerventil, welches lediglich in den drei unterschiedlichen Schaltstellungen abgebildet ist.
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Eine Toleranz um die optimale Fahrlage ist durch die Maße des Ventilkörpers 242 gegenüber dem Ventilgehäuse 241 bzw. durch deren Relationen zueinander einstellbar.
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Die Funktionsweise der Variante gemäß 4 entspricht der Variante der 3, wobei der wesentliche Unterschied das mechanische Steuerventil 25 ist, welches gemäß der in 4 dargestellten Ausführung nicht durch eine lineare Verschiebung des Ventilkörpers 252 gegenüber dem Ventilgehäuse 251 sondern durch eine Verdrehung des Ventilkörpers 252 relativ zu dem Ventilgehäuse 251 die drei Schaltzustände einnehmen kann. Daher kann das Steuerventil 25, dessen drei Schaltzustände analog zu dem Steuerventil 24 in 3 dargestellt sind, unmittelbar auf bzw. in die Drehachse A integriert sein. Entsprechend ist eine Rotationsachse des Ventilkörpers 252 und/oder des Ventilgehäuses 251 koaxial zu der Drehachse A, so dass durch eine Drehung der Schwinge 14 relativ zu dem Rahmen 13 um die Drehachse A zu einer Rotation des Ventilkörpers 252 gegenüber dem Ventilgehäuse 251 führt.
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Die Integration des Steuerventils 24 auf die Drehachse A ist in 4 durch den gestrichelten Pfeil angedeutet.
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Wie bei der Variante gemäß 3 befindet sich das Steuerventil 25 in der ersten Schaltstellung, die Variante des Steuerventils 25' in der zweiten Schaltstellung und die weitere Variante de Steuerventils 25" in der dritten Schaltstellung, wodurch ein anheben, halten oder absenken des Niveaus des Fahrzeugs ermöglicht ist.
