DE10236591B4 - Device for changing the spring rate - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Verändern der Federrate an Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, mit einer ersten Tragfeder und einem gummielastischen Anschlagpuffer als Zusatzfeder, wobei der Anschlagpuffer abhängig von definierten Fahrzuständen des Kraftfahrzeuges zeitlich früher oder später mit einem mittels einer Verstelleinrichtung verlagerbaren Anschlagteil in Wirkung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagpuffer (20) mit einer das Anschlagteil für den Anschlagpuffer (20) ausbildenden weiteren Feder (26) kombinierbar ist, deren Federrate zumindest anfangs gleich oder härter als die des Anschlagpuffers (20) ist.Device for changing the spring rate of wheel suspensions of motor vehicles, with a first suspension spring and a rubber elastic stop buffer as an additional spring, the stop buffer depending on defined driving conditions of the motor vehicle in time sooner or later with a displaceable by means of an adjusting stop member in effect, characterized in that the stop buffer (20) can be combined with a further spring (26) forming the abutment part for the stop buffer (20) whose spring rate is at least initially the same or harder than that of the stop buffer (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Federrate an Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for changing the spring rate of wheel suspensions of motor vehicles, according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Vorrichtung zeigt die DE 199 35 865 A1 , bei der bei einer Radaufhängung mit einem Teleskop-Stoßdämpfer und einer Gasdruckfeder als Tragfeder ein auf dem Dämpferrohr axial verschiebbarer Anschlagteller mit einem gummielastischem Anschlagpuffer zusammenwirkt. Damit gelingt es, durch entsprechendes Ausfahren des Anschlagtellers gegen den Anschlagpuffer die Federrate z. B. beim Durchfahren von Kurven an den kurvenäußeren Rädern zu erhöhen und damit der Wankneigung des Kraftfahrzeuges entgegen zu wirken. Zwangsweise damit verbunden ist aber eine Verkürzung des Federweges an der Radaufhängung.Such a device shows the DE 199 35 865 A1 in which in a suspension with a telescopic shock absorber and a gas spring as a suspension spring on the damper tube axially displaceable stop plate cooperates with a rubber-elastic stop buffer. This makes it possible by appropriate extension of the stop plate against the stop buffer, the spring rate z. B. when driving through curves on the outside wheels and thus to counteract the tendency to roll of the motor vehicle. Forcibly associated with this, however, is a shortening of the suspension travel on the wheel suspension.

Aus der nachveröffentlichten DE 101 21 918 A1 ist ein Feder-Dämpfer-System eines Fahrzeugs mit einem Gasfederelement bekannt, das ein Stoßdämpferelement koaxial umschließt. Das Stoßdämpferelement ist durch mehrere Zylinder gebildet, denen jeweils ein Kolben und eine Kolbenstange zugeordnet ist. Der Kolbenhub ist pro Richtung jeweils durch mindestens einen federenden Anschlag verstellbar begrenzt, wobei jeder der Anschläge durch eine Zylinder-Kolben-Einheit mit jeweils einem auf der Kolbenstange geführten, hydraulisch beaufschlagbaren Anschlagkolben gebildet ist. Jede dieser Zylinder-Kolben-Einheiten stützt sich wiederrum direkt oder indirekt entweder am Fahrzeugaufbau oder an einem Lenker ab. Die Anschlagkolben der Zylinder-Kolben-Einheiten tragen weiter jeweils ein zum Kolben hin orientiertes Anschlagfederelement.From the post-published DE 101 21 918 A1 a spring-damper system of a vehicle with a gas spring element is known, which surrounds a shock absorber element coaxially. The shock absorber element is formed by a plurality of cylinders, each associated with a piston and a piston rod. The piston stroke is adjustable limited in each direction by at least one spring-stop, wherein each of the stops is formed by a cylinder-piston unit, each with a guided on the piston rod, hydraulically actuated stop piston. Each of these cylinder-piston units is in turn directly or indirectly supported either on the vehicle body or on a handlebar. The stop piston of the cylinder-piston units continue to wear each one towards the piston oriented stop spring element.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die ohne Federwegverkürzung und bei geringem baulichen Mehraufwand die Veränderung der Federrate bereitstellt.The object of the invention is to propose a device of the generic type, which provides the change in the spring rate without spring travel reduction and low structural overhead.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die weiteren Patentansprüche.This object is achieved with the characterizing features of claim 1. Advantageous developments of the invention describe the other claims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Anschlagpuffer mit einer das Anschlagteil für den Anschlagpuffer ausbildenden weiteren Feder kombiniert ist, deren Federrate zumindest anfangs gleich oder härter als die des Anschlagpuffers ist. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird quasi das Anschlagteil für den Anschlagpuffer ebenfalls zur Feder, die jedoch bevorzugt in einem stetigen Übergang der Federrate bis zu einem endgültigen Blockieranschlag wirkt. Mit der vorgeschlagenen Kombination ist eine hervorragende Abstimmung der gewünschten Federraten gegeben, deren Verlauf bevorzugt progressiv ausgelegt ist. Trotzdem bleibt der konstruktiv vorgegebene, vollständige Federweg der Radaufhängung erhalten.According to the invention it is proposed that the stop buffer is combined with a further spring forming the stop member for the stop buffer whose spring rate is at least initially the same or harder than that of the stop buffer. By the proposal according to the invention quasi the stop member for the stop buffer is also the spring, but preferably acts in a steady transition of the spring rate up to a final blocking stop. With the proposed combination an excellent vote of the desired spring rates is given, the course is preferably designed progressive. Nevertheless, the structurally given, complete travel of the suspension is maintained.

Obwohl die weitere Feder theoretisch mit dem Anschlagpuffer hintereinander geschaltet eine Baueinheit bilden kann, wird bevorzugt vorgeschlagen, die weitere Feder zwischen einer Verstelleinrichtung und einem Anschlagteller für den Anschlagpuffer anzuordnen, weil damit konstruktiv größere Freiheitsgrade in der Auslegung der Bauteile gegeben sind.Although the other spring can theoretically form a structural unit with the stop buffer in succession, it is preferably proposed to arrange the further spring between an adjusting device and a stop plate for the stop buffer, because this results in structurally greater degrees of freedom in the design of the components.

Ferner kann die weitere Feder in baulich besonders günstiger Weise als eine einfache Schraubendruckfeder um das Zylinderrohr eines Teleskop-Stoßdämpfers und der Anschlagpuffer um dessen Dämpferstange positioniert sein. Dies ergibt eine kostengünstige Konstruktion, die die Verwendung herkömmlicher Bauteile wie beispielsweise des Anschlagpuffers und des Teleskop-Stoßdämpfers ermöglicht und den in Kraftfahrzeugen zur Verfügung stehenden Einbauverhältnissen Rechnung trägt.Furthermore, the further spring can be positioned in a structurally particularly favorable manner as a simple helical compression spring around the cylinder tube of a telescopic shock absorber and the stop buffer around its damper rod. This results in a low cost construction that allows the use of conventional components such as the bump stop and telescopic shock absorber and accommodates the installation ratios available in automobiles.

Der Anschlagteller der Verstelleinrichtung kann bevorzugt und in an sich bekannter Weise auf der Dämpferstange des Stoßdämpfers verschiebbar geführt sein; zudem kann die weitere Feder an einem Federteller abgestützt sein, der auf dem Dämpferrohr axial verschiebbar geführt und hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch verstellbar ist. Daraus resultiert eine kompakte und im Fahrbetrieb robuste Konstruktion der Verstelleinrichtung. Zur Erzielung einer schnellen Verstellbarkeit bzw. Veränderung der Federrate kann der axial verschiebbare Federteller über ein Kugelumlaufsystem mit einer Kugelmutter elektromotorisch verstellbar sein, wie sie beispielsweise in der vorgenannten DE 199 35 865 A1 beschrieben ist.The stop plate of the adjusting device can preferably be displaceably guided in a manner known per se on the damper rod of the shock absorber; In addition, the other spring may be supported on a spring plate, which is axially displaceably guided on the damper tube and hydraulically, pneumatically or electrically adjustable. This results in a compact and robust driving construction of the adjustment. To achieve a quick adjustability or change the spring rate, the axially displaceable spring plate can be adjusted by means of a recirculating ball system with a ball nut by an electric motor, as described, for example, in the aforementioned DE 199 35 865 A1 is described.

Des weiteren wird vorgeschlagen, die weitere Feder und deren axiale Führung mittels einer mit dem Anschlagteller verbundenen Manschette nach außen abzudichten, um einen störungsfreien Betrieb der Verstelleinrichtung über einen langen Betriebszeitraum des Kraftfahrzeuges sicherzustellen.Furthermore, it is proposed to seal the other spring and its axial guidance by means of a cuff connected to the stop plate to the outside to ensure trouble-free operation of the adjusting device over a long period of operation of the motor vehicle.

Schließlich kann die wirksame Länge der weiteren Feder etwa deren maximalem Verstellweg entsprechen. Damit bleibt bei geringem baulichem Aufwand etwa der gleiche Federweg in der Radaufhängung erhalten, als wie dies ohne die weitere Feder und die Verstelleinrichtung der Fall wäre.Finally, the effective length of the other spring can correspond approximately to its maximum displacement. This leaves about the same suspension in the suspension is obtained with little construction effort, as would be the case without the other spring and the adjustment.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.An embodiment of the invention is described in more detail below with further details.

Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in:The accompanying schematic drawing shows in:

1 eine Vorrichtung zum Verändern der Federrate einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges mit einem Teleskop-Stoßdämpfer, einem als Zusatzfeder wirkenden Anschlagpuffer und einer weiteren, axial verstellbaren Feder; und 1 a device for changing the spring rate of a suspension of a motor vehicle with a telescopic shock absorber, acting as an additional spring stop buffer and another, axially adjustable spring; and

2 ein Kraft-Weg-Diagramm der Vorrichtung gemäß 1 bei ausgefahrenem und nicht ausgefahrenem Anschlagteller der weiteren Feder. 2 a force-displacement diagram of the device according to 1 with extended and not extended stop plate of the other spring.

Die 1 zeigt einen Teleskop-Stoßdämpfer 10 als Teil einer nicht dargestellten Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, der z. B. an seiner oberen Lagerstelle 12 an der nicht dargestellten Karosserie des Kraftfahrzeuges und an seiner unteren Lagerstelle 14 an einem Lenker der Radaufhängung angelenkt sein kann. Die Lagerstelle 12 ist dabei an der Kolbenstange 16 und die Lagerstelle 14 am Dämpferrohr 18 des Stoßdämpfers 10 ausgebildet. Der Stoßdämpfer 10 ist soweit nicht beschrieben herkömmlicher Bauart.The 1 shows a telescopic shock absorber 10 as part of a suspension, not shown, of a motor vehicle, the z. B. at its upper bearing point 12 on the body of the motor vehicle, not shown, and at its lower bearing point 14 can be hinged to a handlebar of the suspension. The depository 12 is on the piston rod 16 and the depository 14 on the damper tube 18 of the shock absorber 10 educated. The shock absorber 10 is not described as far as conventional design.

Innerhalb der nicht dargestellten Radaufhängung oder ggf. um den Stoßdämpfer 10 herum ist eine Tragfeder (z. B. eine Gasdruckfeder oder eine Schraubendruckfeder) vorgesehen, die jedoch nicht dargestellt ist.Within the suspension, not shown, or possibly to the shock absorber 10 Around a suspension spring (eg, a gas spring or a helical compression spring) is provided, which is not shown.

Ferner ist an der Kolbenstange 16 des Stoßdämpfers 10 ein gummielastischer Anschlagpuffer 20 angeordnet, der mit einem verschiebbar auf der Kolbenstange 16 geführtem Anschlagteller 22 zusammenwirkt. Der Anschlagteller 22 liegt in seiner eingefahrenen Position über eine elastische Dämpferscheibe 24 an der betreffenden Stirnwand des Dämpferrohres 18 an.Further, on the piston rod 16 of the shock absorber 10 a rubber-elastic stop buffer 20 arranged with a sliding on the piston rod 16 led stop plate 22 interacts. The stop plate 22 is in its retracted position over an elastic damper disc 24 at the respective end wall of the damper tube 18 at.

An dem Anschlagteller 22 liegt eine um das Dämpferrohr 18 herum angeordnete Schraubendruck-Feder 26 an, die andererseits mit einem auf dem Dämpferrohr 18 verschiebbar geführtem Federteller 28 abgestützt ist.At the stop plate 22 one lies around the damper tube 18 arranged around screw pressure spring 26 on the other hand with a on the damper tube 18 slidably guided spring plate 28 is supported.

Der Federteller 28 ist Funktionsteil einer axial wirkenden Verstelleinrichtung 30, die sich aus einer äußeren Führungsbüchse 32 und einer inneren Kugelmutter 34 und mit in entsprechenden Kugelbahnen befindlichen Kugeln (nicht näher dargestellt) zusammensetzt. Hinsichtlich der detaillierten Konstruktion der Verstelleinrichtung 30 wird auf die vorgenannte DE 199 35 865 A1 hingewiesen. Die Kugelmutter 34 ist über den büchsenförmigen Führungsabschnitt 36 fest mit dem Federteller 28 verbunden, so dass bei einem elektromotorischen Verdrehen der Kugelmutter 34 der Federteller 28 axial verstellbar bzw. auf der Zeichnung 1 nach oben ausfahrbar ist.The spring plate 28 is functional part of an axially acting adjusting device 30 arising from an outer guide bush 32 and an inner ball nut 34 and with located in corresponding ball tracks balls (not shown) composed. With regard to the detailed construction of the adjusting device 30 will be on the aforementioned DE 199 35 865 A1 pointed. The ball nut 34 is above the sleeve-shaped guide portion 36 firmly with the spring plate 28 connected, so that in an electromotive rotation of the ball nut 34 the spring plate 28 axially adjustable or on the drawing 1 is extendable to the top.

Der Elektromotor zur Verstellung der Kugelmutter 34 kann wie in der vorgenannten DE 199 35 865 A1 ebenfalls um das Dämpferrohr 18 angeordnet sein und über eine nicht dargestellte elektronische Fahrwerksregelung bei definierten Fahrsituationen den Anschlagteller 22 entsprechend ausfahren.The electric motor for adjusting the ball nut 34 can as in the above DE 199 35 865 A1 also around the damper tube 18 be arranged and a not shown electronic suspension control in defined driving situations the stop plate 22 Extend accordingly.

Die Schraubendruck-Feder 26 ist härter ausgelegt als die Federrate des Anschlagpuffers 20 bei Beginn dessen Verformung. Die Feder 26 kann beispielsweise in vorgespanntem Zustand verbaut sein. Deren Federweg s (Weg vom voll ausgefahrenem Zustand bis zum Anschlag des Anschlagtellers 22 am Dämpferrohr 18) ist etwa gleich dem vorgegebenen Verstellweg der Verstelleinrichtung 30. Im übrigen ist die Feder 26 mittels einer ringförmigen, elastischen Manschette 38 nach außen abgedichtet, wobei die Manschette 38 an dem Anschlagteller 22 und an dem Federteller 28 entsprechend befestigt ist.The helical compression spring 26 is designed harder than the spring rate of the stop buffer 20 at the beginning of its deformation. The feather 26 can be installed, for example, in a prestressed state. Their travel s (way from the fully extended state to the stop of the stop plate 22 on the damper tube 18 ) is approximately equal to the predetermined displacement of the adjustment 30 , Otherwise, the spring 26 by means of an annular, elastic cuff 38 sealed to the outside, with the cuff 38 on the stop plate 22 and on the spring plate 28 is attached accordingly.

Gemäß dem Kraft-Weg-Diagramm der 2 verhält sich die Federkraft F über dem Federweg s bei eingefahrenem Anschlagteller 22 entsprechend der ausgezogenen Linie, wobei der Federkraftanstieg in an sich bekannter Weise nur durch die Federrate des Anschlagpuffers 20 bewirkt ist. Die Feder 26 ist unwirksam, da der Anschlagteller 22 am Dämpferrohr 18 abgestützt ist. Der Anschlagpuffer 20 wirkt somit in erster Linie als Durchschlagsicherung bei sehr hohen (dynamischen) Radlasten.According to the force-displacement diagram of 2 The spring force F behaves over the travel s with retracted stop plate 22 according to the solid line, wherein the spring force increase in a conventional manner only by the spring rate of the stop buffer 20 is effected. The feather 26 is ineffective because of the stop plate 22 on the damper tube 18 is supported. The stop buffer 20 acts primarily as a breakdown protection at very high (dynamic) wheel loads.

Bei mittels der Verstelleinrichtung 30 ausgefahrenem Anschlagteller 22 (z. B. zur Wankabstützung der Karosserie des Kraftfahrzeuges beim Durchfahren von Kurven) kommt die Feder 26 zusätzlich zur Wirkung und es ergibt sich ein Federkraftanstieg F, dessen Abweichung aus der gestrichelten Linie der 2 ersichtlich ist.When using the adjustment 30 extended stop plate 22 (For example, for roll support of the body of the motor vehicle when driving through curves) comes the spring 26 in addition to the effect and there is a spring force increase F, whose deviation from the dashed line of 2 is apparent.

Der Federkraftanstieg F über den Federweg s erfolgt nun zeitlich früher mit Bezug zum Gesamtfederweg der Radaufhängung (nicht dargestellt) und mit einem komfortableren, weniger steilen Anstieg, weil sich zunächst die Federraten des Anschlagpuffers 20 und der Feder 26 addieren bzw. zu einer vorgegebenen Federrate (gestrichelte Linie) überlagern. Erst wenn die weitere Feder 26 den vorgegebenen Federweg s (Einfedern des Anschlagtellers 20 bis zum Anschlag am Dämpferrohr 18) durchlaufen hat, geht bei einer weiter zunehmenden Radlast auch der Anschlagpuffer 20 auf Block (Endlinie des Diagramms).The spring force increase F on the spring travel s is now time earlier with respect to the total spring travel of the suspension (not shown) and with a more comfortable, less steep increase, because initially the spring rates of the stop buffer 20 and the spring 26 add or overlay to a predetermined spring rate (dashed line). Only when the other spring 26 the predetermined spring travel s (compression of the stop plate 20 until it stops at the damper tube 18 ) has gone through, with a further increase in wheel load and the stop buffer 20 on block (end line of the diagram).

Claims (10)

Vorrichtung zum Verändern der Federrate an Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, mit einer ersten Tragfeder und einem gummielastischen Anschlagpuffer als Zusatzfeder, wobei der Anschlagpuffer abhängig von definierten Fahrzuständen des Kraftfahrzeuges zeitlich früher oder später mit einem mittels einer Verstelleinrichtung verlagerbaren Anschlagteil in Wirkung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagpuffer (20) mit einer das Anschlagteil für den Anschlagpuffer (20) ausbildenden weiteren Feder (26) kombinierbar ist, deren Federrate zumindest anfangs gleich oder härter als die des Anschlagpuffers (20) ist.Device for changing the spring rate on wheel suspensions of motor vehicles, comprising a first suspension spring and a rubber-elastic stop buffer as an additional spring, wherein the Buffer depending on defined driving conditions of the motor vehicle in time sooner or later can be brought into action with a displaceable by means of an adjusting stop member, characterized in that the stop buffer ( 20 ) with a stop piece for the stop buffer ( 20 ) forming another spring ( 26 ) whose spring rate is at least initially equal to or harder than that of the stop buffer ( 20 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Feder (26) zwischen einer Versteileinrichtung (30) und einem Anschlagteller (22) für den Anschlagpuffer (20) angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that the further spring ( 26 ) between an adjusting device ( 30 ) and a stop plate ( 22 ) for the stop buffer ( 20 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Feder (26) in der eingefahrenen Position der Verstelleinrichtung (30) unwirksam ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the further spring ( 26 ) in the retracted position of the adjusting device ( 30 ) is ineffective. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Feder (26) als eine Schraubendruckfeder um das Zylinderrohr (18) eines Teleskop-Stoßdämpfers (10) und der Anschlagpuffer (20) um dessen Dämpferstange (16) positioniert ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the further spring ( 26 ) as a helical compression spring around the cylinder tube ( 18 ) of a telescopic shock absorber ( 10 ) and the stop buffer ( 20 ) around its damper rod ( 16 ) is positioned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagteller (22) der Verstelleinrichtung (30) auf der Dämpferstange (16) des Stoßdämpfers (10) verschiebbar geführt ist.Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the stop plate ( 22 ) of the adjusting device ( 30 ) on the damper rod ( 16 ) of the shock absorber ( 10 ) is guided displaceably. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagteller (22) in der eingefahrenen Position der Verstelleinrichtung (30) am Dämpferrohr (18) des Stoßdämpfers (10) abgestützt ist.Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the stop plate ( 22 ) in the retracted position of the adjusting device ( 30 ) on the damper tube ( 18 ) of the shock absorber ( 10 ) is supported. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Feder (26) an einem Federteller (28) abgestützt ist, der auf dem Dämpferrohr (18) axial verschiebbar geführt und hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch verstellbar ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the further spring ( 26 ) on a spring plate ( 28 ) supported on the damper tube ( 18 ) Is axially displaceable and hydraulically, pneumatically or electrically adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verschiebbare Federteller (28) über ein Kugelumlaufsystem mit einer Kugelmutter elektromotorisch verstellbar ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the axially displaceable spring plate ( 28 ) is adjustable by means of a ball screw system with a ball nut by an electric motor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Feder (26) und deren axialer Führungsabschnitt (36) mittels einer mit dem Anschlagteller (22) verbundenen Manschette (38) nach außen abgedichtet ist.Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the further spring ( 26 ) and its axial guide section ( 36 ) by means of a with the stop plate ( 22 ) associated cuff ( 38 ) is sealed to the outside. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Länge der weiteren Feder (26) etwa deren maximalem Verstellweg entspricht.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the effective length of the further spring ( 26 ) corresponds approximately to their maximum adjustment.
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