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Die Erfindung betrifft ein Federbein mit verstellbarer Niveaulage gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Um die Niveaulage bei einem Fahrzeug anzupassen, gibt es in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps angepasste Lösungen. In der einfachsten Ausführung kann als Anbindungsstelle zwischen einer gefederten und einer ungefederten Masse ein Federteller über eine Gewindeverbindung in seiner axialen Position, z. B. zum äußeren Zylinder, mechanisch axial verstellt werden. Dieses Prinzip ist für eine dauerhafte Grundeinstellung geeignet.
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Die
DE 10 2010 013 394 A1 oder die
DE 10 2010 014 569 B3 beschreiben ein selbstpumpendes Federbein. Über die geometrische Ausgestaltung einer internen Pumpeinrichtung wird eine vorgegebene Niveaulage eingehalten. Eine Beladungsänderung führt zu einem Einregelvorgang auf die besagte Niveaulage. Die vorgegebenen Niveaulage kann nicht verändert werden.
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Die
DE 195 10 032 A1 betrifft einen Federträger, bei dem der Federteller mittels eines Elektromotors in Kombination mit einem Spindelgetriebe axial verstellbar ist. Bei dieser Bauform ist eine in Grenzen stufenlose Verstellung der Niveaulage möglich. Andererseits ist für die Verstellung Fremdenergie für den E-Motor erforderlich. Dieses Bauprinzip eines Federträgers ist auch in der
DE 10 2007 004 747 A1 verwirklicht. In der
DE 10 2007 059 140 A1 wird das Bauprinzip verwendet, um den Einsatzpunkt eines Anschlagpuffers zu verstellen.
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Die
JP 2016 098 966 A1 beschreibt einen in seiner Niveaulage unverstellbaren Schwingungsdämpfer, bei dem eine Arbeitsbewegung der Kolbenstange über ein Spindelgetriebe in eine Drehbewegung einer Zusatzmasse umgesetzt wird.
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Bei der
DE 10 2014 207 055 A1 wird eine motorisch angetriebene Pumpe eingesetzt, um den Befüllungszustand eines Arbeitszylinders und eines Ringzylinders für einen axial verstellbaren Federteller zu verändern.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen einfachen verstellbaren Federträger zu schaffen, der unabhängig von Fremdenergie arbeitet.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Antriebsanordnung eine von dem Verdrängervolumen der Kolbenstange angetriebene Strömungsmaschine aufweist, die die rotatorische Eingangsbewegung für das Getriebe erzeugt.
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Der große Vorteil besteht darin, dass die Verstellfunktion des Federträgers ohne externe Fremdenergie ausführbar ist. Folglich kann bei dem Federträger auf eine aufwändige Verkabelung verzichtet werden. Der Federträger erzeugt die erforderliche Energie einfach über seine Arbeitsbewegung.
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Bevorzugt ist die Strömungsmaschine als ein Zahnradmotor ausgeführt. Ein Zahnradmotor führt zu einer trägheitsarmen und kontinuierlichen Verstellbewegung.
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Im Hinblick auf einen einfachen Aufbau des Federträger trägt eine Achse eines Zahnrades eine Gewindespindel des Getriebes. Damit soll eine weiteren Kraftumlenkung vermieden werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Anbindungsstelle als ein axial verstellbares Anschlussorgan ausgeführt. Über die Verkoppelung des Anschlussorgans mit der gefederten oder ungefederten Masse wird keine Verdrehsicherung für das Getriebe benötigt.
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Damit ein möglichst großer Volumenstrom zum Antrieb der Strömungsmaschine zur Verfügung steht, ist die Strömungsmaschine funktional zwischen einem mit Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum und einem Speicher zur Kompensation des Verdrängervolumen der Kolbenstange angeordnet. Das gesamte Verdrängervolumen der Kolbenstange steht damit dem Antrieb der Strömungsmaschine zur Verfügung.
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Eine weitere Option besteht darin, dass einer Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und der Strömungsmaschine eine zweite Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Speicher parallelgeschaltet ist, wobei diese zweite Strömungsverbindung mittels einer Ventileinrichtung steuerbar ist. Mit dieser Ventileinrichtung kann die Strömungsmaschine hydraulisch überbrückt werden, so dass der Federträger keine Niveauregelung ausführt. Funktional stellt die Ventileinrichtung für die Strömungsmaschine eine verschleißfreie schaltbare Kupplung dar.
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Zur Beruhigung der Niveauregelfunktion des Federträgers ist unabhängig von der Schaltstellung der Ventileinrichtung in der zweiten Strömungsverbindung eine Strömung vom Speicher zum Arbeitsraum gegeben.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass eine Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und der Strömungsmaschine eine Ventilrichtung aufweist, über die die Zufuhrrichtung des Verdrängervolumen in die Strömungsmaschine eingestellt wird.
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Der Arbeitsraum des Federträgers wird von einem Kolben an der Kolbenstange in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum unterteilt, wobei der kolbenstangenferne Arbeitsraum mit der Strömungsmaschine verbunden ist. Damit dient jede Kompressionsbewegung des Federträgers auch als Förderbewegung von Dämpfmedium in die Strömungsmaschine.
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Zur Ansteuerung der Ventileinrichtungen weist der äußere Zylinder eine Sensoreinrichtung zur axialen Positionserfassung der Anbindungsstelle auf.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Prinzipdarstellung des Federträgers in einem Längsschnitt
- 2 Hydraulisches Ersatzschaubild zur 1
- 3A - 3C Betriebszustände des Federträgers nach 1
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Die 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines verstellbaren Federträgers 1 auf der Basis eines Schwingungsdämpfers 3, der für den Einbau zwischen einer gefederten und einer ungefederter Masse vorgesehen ist. In diesem Fall ist der Schwingungsdämpfer 3 als Einrohr-Schwingungsdämpfer ausgeführt. Grundsätzlich ist die Bauform des Schwingungsdämpfers 3 nicht beschränkt, doch bietet ein Einrohr-Schwingungsdämpfer u. U. eine größere Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung von Anbauteilen für die Funktion der Verstellbarkeit.
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In einem äußeren, vollständig mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllten Zylinder 5 ist eine Kolbenstange 7 mit einem Kolben 9 axial beweglich geführt. Der mit Dämpfventilen 11; 13 bestückte Kolben unterteilt einen Arbeitsraum 15 des Zylinders 5 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 A; 15 B, die über die Dämpfventile 9; 11 miteinander verbindbar sind.
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Eine Kolbenstangenführung verschließt endseitig den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 A. An der Kolbenstange 7 ist ein Anschlussorgan 19 für die Befestigung des Federträgers zwischen der gefederter und ungefederten Masse angeordnet.
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Dem äußeren Zylinder 5 schließt sich ein Anschlussblock 21 an, der eine Strömungsmaschine 23 in der Bauform eines Zahnradmotors aufnimmt, wie die 2 zeigt. Zwischen der Strömungsmaschine 23 und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 B besteht eine erste Strömungsverbindung 25, so dass das von der Kolbenstange erzeugte Verdrängervolumen eine rotatorische Antriebsbewegung des Zahnradmotors 23 bewirkt. Der Zahnradmotor 23 verfügt über zwei Druckmediumanschlüsse 27; 29. Beide Druckmediumanschlüsse 27; 29 sind mit einer Ventileinrichtung 31 verbunden, deren Eingangsanschluss P mit der Strömungsverbindung 25 hydraulisch gekoppelt ist. Die Ventileinrichtung 31 umfasst zumindest zwei Schaltstellungen a; b, um die beiden Druckmediumanschlüsse 27; 29 selektiv mit dem Eingangsanschluss P zu verbinden und darüber die Drehrichtung des Zahnradmotors 23 zu bestimmen.
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Der Zahnradmotor 23 trägt mit einer Achse 33 eine Gewindespindel 35 eines Getriebes 37, mit dem eine Drehbewegung des Zahnradmotors 23 in eine translatorische Bewegung einer Anbindungsstelle 39, in diesem Fall einem zylinderseitigen Anschlussorgan 39, erreicht wird. Das Anschlussorgan 39 verfügt über eine mit einem Bewegungsgewinde ausgeführte Spindelaufnahme 41 für die Gewindespindel 35. Die Gewindespindel 35, die Spindelaufnahme 41 und die Strömungsmaschine 23 bzw. der Zahnradmotor bilden eine Antriebsanordnung für die Verstellfunktion des Federträgers 1. Über die Befestigung des zylinderseitigen Anschlussorgans 39 an der gefederten oder der ungefederten Masse wird ein Mitdrehen des Anschlussorgans 39 verhindert. Alternativ könnte man auch zwischen dem Anschlussblock 21 und dem Anschlussorgan 39 eine Verdrehsicherung einführen, doch wäre diese Lösung aufwändiger und müsste auch gegen Schmutz geschützt sein.
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Der Anschlussblock 21 verfügt über eine zweite Strömungsverbindung 43 zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 B und einem Speicher 45 für das von der Kolbenstange 7 bei einer Federungsbewegung verdrängte Dämpfmediumvolumen. Ein axial beweglicher Trennkolben 47 trennt einen Ausgleichsraum 49 von einem Gasdruckraum 51. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Ausgleichsraum 49 und der Gasraum 51 in einem zum Zylinder 5 seitlich versetzt angeordneten Zusatzbehälter 53 ausgeführt. Die Ausrichtung des Zusatzbehälters 53 zum äußeren Zylinder 5 hat keinen Einfluss auf die Funktionalität der Erfindung. Auch die zweite Strömungsverbindung 43 verfügt über eine Ventileinrichtung 55, über die das Durchflussvolumen zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 B und dem Ausgleichsraum 49 willkürlich steuerbar ist. Die Ventileinrichtung verfügt mindestens über zwei Schaltstellungen. In einer Schaltstellung „a“ sind der Speicher 45 und der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 15 B in beiden Strömungsrichtungen miteinander verbunden. Eine Schaltstellung „b“ wird von einem Rückschlagventil 57 bestimmt, das in Strömungsrichtung vom Speicher 45 zum kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 B öffnet und in Gegenrichtung schließt. Die Schließfunktion muss nicht unbedingt die vollständige Blockierung der zweiten Strömungsverbindung 43 bedeuten.
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Eine dritte Strömungsverbindung 59 stellt eine Abflussverbindung zwischen der Strömungsmaschine 23 und dem Speicher 45 dar. Folglich wird das gesamte Verdrängervolumen der Kolbenstange 7, dass die Strömungsmaschine 23 passiert, in den Speicher 45 gefördert und aus dem Speicher 45 wieder zurück in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 B entnommen.
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Damit ist es möglich, durch eine entsprechende Schaltung der Ventileinrichtung 55 die Strömungsmaschine 23 hydraulisch zu überbrücken und außer Funktion zu setzen. Die Ventileinrichtung 55 stellt praktisch eine hydraulische, schaltbare Kupplung dar.
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Optional verfügt der Federträger 1 über eine Sensoreinrichtung 61 zur axialen Positionserfassung der Anbindungsstelle 39 bzw. des Anschlussorgans relativ zum äußeren Zylinder 5, um den vorhandenen Stellbereich zu erfassen und darauf aufbauend die Ventileinrichtungen 31; 55 sinnvoll anzusteuern.
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Die 3A bis 3C zeigen die Arbeitsweise des Federträgers 1. In der 3 A wird davon ausgegangen, dass der Federträger 1 seine vorgesehene Normallage einnimmt, wenn keine äußere Anregung einwirkt. Dann ist die Ventileinrichtung 55 in der zweiten Strömungsverbindung 43 auf Durchlass d. h. Schaltstellung „a“ geschaltet, so dass bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 7 das gesamte Verdrängervolumen der Kolbenstange 7 unter Umgehung der Strömungsmaschine 23 in den Speicher 45 fließt. Die Strömungsmaschine 23 und damit die Antriebsanordnung führen keine Arbeitsbewegung aus.
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Die 3B und 3C zeigen die Ventileinrichtung 55 bei einer Verstellbewegung der Anbindungsstelle 39. Dabei ist die zweite Strömungsverbindung 43 in Strömungsrichtung von dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 B in den Ausgleichsraum 49 blockiert. Beispielsweise wird das Verdrängervolumen der Kolbenstange 7 in der 3B in den Zahnradmotor 23 gepumpt, um die Anbindungsstelle 39 über das Getriebe 37 auszufahren, d. h. den Abstand zwischen den beiden Anschlussorganen 39; 19 statisch zu vergrößern, indem die Ventileinrichtung 31 die Schaltstellung „a“ einnimmt. Bei einer Schaltstellung „b“ der Ventileinrichtung wird die Drehrichtung der Gewindespindel verändert, so dass das Anschlussorgan 39 in Richtung des Zylinders 5 einfährt, also der statische Abstand zwischen den beiden Anschlussorganen 19; 39 reduziert wird. In allen Schaltstellungen der Ventileinrichtungen 31; 55 wird das Gesamtvolumen des Dämpfmediums in den Arbeitsräumen 15 A; 15 B und im Ausgleichsraum 49 konstant gehalten. Es wird kein Dämpfmediumvolumen in einen Verstellzylinder verdrängt, so dass das Dämpfmediumvolumen insgesamt kleiner gehalten werden kann, wodurch auch der Speicher 45 kleiner und mit einer geringeren Vorspannung ausgeführt sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federträger
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- Zylinder
- 7
- Kolbenstange
- 9
- Kolben
- 11
- Dämpfventil
- 13
- Dämpfventil
- 15
- Arbeitsraum
- 15 A
- Kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15 B
- Kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Kolbenstangenführung
- 19
- Anschlussorgan
- 21
- Anschlussblock
- 23
- Strömungsmaschine
- 25
- Erste Strömungsverbindung
- 27
- Druckmediumanschluss
- 29
- Druckmediumanschluss
- 31
- Ventileinrichtung
- 33
- Achse
- 35
- Gewindespindel
- 37
- Getriebe
- 39
- Anbindungsstelle
- 41
- Spindelaufnahme
- 43
- Zweite Strömungsverbindung
- 45
- Speicher
- 47
- Trennkolben
- 49
- Ausgleichsraum
- 51
- Gasdruckraum
- 53
- Zusatzbehälter
- 55
- Ventileinrichtung
- 57
- Rückschlagventil
- 59
- Dritte Strömungsverbindung
- 61
- Sensoreinrichtung
