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Die
Erfindung betrifft ein justierbares Federbein mittels dessen in
einer Stoßrichtung
Stöße zwischen
einem Fahrzeugaufbau und einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs aufnehmbar
sind mit einer in Stoßrichtung
wirkenden Druckfeder, einem in Stoßrichtung wirkenden hydraulischen
Teleskop-Schwingungsdämpfer
und mit einem Kolben-Zylinder-Aggregat, an dem die Druckfeder mittels
einer Federaufnahme in Stoßrichtung
aufgenommen ist, wobei die Länge
des Federbeins durch Verschieben der Federaufnahme an dem Kolben-Zylinder-Aggregat
in Stoßrichtung
justierbar ist und wobei das Kolben-Zylinder-Aggregat einen Druckzylinder
und einen Druckkolben mit einer Druckkolbenstange aufweist, die
durch Beaufschlagen eines Druckraumes in dem Druckzylinder mit einem
Hydraulikfluid in Stoßrichtung
verschiebbar ist.
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Derartige
Federbeine, deren Einbaulänge bei
derselben Baugröße durch
die Justierung der Federaufnahme auf der Stange leicht an eine Vielzahl unterschiedlicher
Einbausituationen – gekennzeichnet
durch unterschiedliche Geometrien verschiedener Fahrzeuge – angepasst
werden kann, sind allgemein bekannt. So kann im Werkstattbereich
und in Ersatzteillagern die Anzahl verschiedener vorzuhaltender
Baugrößen reduziert
werden. Insbesondere finden derartige Federbeine von verschiedenen
Herstellern – beispielsweise
von der KW automotive GmbH, Fichtenberg, DE – unter der Bezeichnung „Gewindefahrwerk" zur individuellen
Anpassung der Tieferlegung eines Kraftfahrzeugs nach individuellem Kundenwunsch
Verwendung.
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Unter „Tieferlegen" werden Maßnahmen
zusammengefasst, die eine Verminderung der Bodenfreiheit eines Kraftfahrzeugs
im Vergleich mit dessen serienmäßiger Version
bewirken. Hierdurch wird – häufig im
Verbund mit anderen Tuningmaßnahmen wie
Auspuffvergrößerung,
Aufkleben von Rallyestreifen oder Aufsetzen von Spoilern und vergrößerten Bug-
und Heckschürzen – der Eindruck
eines besonders sportlichen, schnellen, im Rennsport einsetzbaren
Fahrzeugs vermittelt.
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Zur
Tieferlegung werden insbesondere zwischen Fahrwerk und Fahrzeugaufbau
Federbeine eingesetzt, die im Vergleich mit den serienmäßig verwendeten
Federbeinen eine geringere Länge
aufweisen. Bausätze
zum Tieferlegen werden üblicher
Weise von Dritten angeboten und bedürfen einer amtlichen Zulassung.
Der Umbau eines Serienfahrzeugs mit solchen Bausätzen wird in der Regel durch
Werkstätten
ausgeführt
und von einer amtlichen Prüfstelle für den Straßenverkehr
zugelassen. Von den Herstellern derartiger Bausätze werden bereits die bekannten
justierbaren Federbeine eingesetzt um eine individuelle Anpassung
an Kundenwünsche
zu ermöglichen.
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Die
gattungsbildende
DE
42 31 641 A1 schlägt
ein solches justierbares Federbein vor, an dem die Druckkolbenstange
als separates Bauteil ausgebildet ist, in dem der Dämpfungszylinder
des Teleskop-Schwingungsdämpfers
axial geführt
ist.
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Allgemein
bekannt sind darüber
hinaus Federbeine, deren Länge
mittels eines fluidisch beaufschlagten Kolbens im Betrieb variierbar
ist. Beispielsweise wird ein solches Federbein in der
DE 2 360 149 A als „Aufhänge-Einrichtung
zur Berichtigung der Karosserie-Lage an Kraftwagen" beschrieben. Mit
derartigen Federbeinen können
im Rahmen einer automatischen Niveauregulierung unterschiedliche
Lastfälle,
gekennzeichnet durch verschiedene transportierte Lasten oder auch
unterschiedliche Anforderungen an die Fahrdynamik bei unterschiedlichen
Geschwindigkeiten oder je nach Präferenz des Fahrzeugnutzers
im Betrieb berücksichtigt
werden.
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AUFGABE DER
ERFINDUNG
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Beim
Betrieb eines tiefergelegten Kraftfahrzeugs insbesondere im Stadtverkehr,
in Baustellenbereichen oder bei schadhaften Straßenbelägen treten häufig Probleme
auf, die unmittelbar aus der verminderten Bodenfreiheit resultieren.
Beispielsweise beim Überfahren
von Bodenwellen – sogenannten „sleeping
policemen" – zur Verkehrsberuhigung
können
tief herunter gezogene Bug- und Heckschürzen oder Bauelemente im Bodenbereich – typischer
Weise Auspufftöpfe
oder Differentialgehäuse – in Kontakt mit
der Fahrbahn kommen und beschädigt
werden.
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Während die
gattungsgemäßen Federbeine keine
Anpassung im Betrieb erlauben, sind die bekannten Federbeine mit
fluidbeaufschlagten Kolben aufgrund der komplexen Ansteuerung und
der notwendigen Feinabstimmung der Komponenten trotz ihrer prinzipiell
variablen Länge
bei derselben Baugröße nicht – im Sinne
einer Justierbarkeit – zum Einbau
in verschiedenen Fahrzeuggeometrien oder zur Abstimmung einer Tieferlegung
geeignet. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Federbein vorzuschlagen,
das sowohl die Justierung für
verschiedene Geometrien als auch eine Anpassung an verschiedene
Betriebszustände
erlaubt.
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LÖSUNG DER
AUFGABE
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einem gattungsgemäßen Federbein nach der Erfindung
dadurch gelöst,
dass der Teleskop-Schwingungsdämpfer
koaxial in der Druckfeder angeordnet ist und einen Dämpfungszylinder
aufweist, in dem ein Dämpfungskolben
mit einer daran angeordneten Dämpfungskolbenstange
axial verschiebbar ist, wobei der Dämpfungszylinder zugleich als
Druckkolbenstange in dem Druckzylinder ausgebildet ist.
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Das
erfindungsgemäße Federbein
bietet damit zwei von einander unabhängige Möglichkeiten zur Verstellung
seiner Länge:
Diese ist wie bei den gattungsgemäß bekannten Federbeinen für verschiedene
Einbausituationen, beispielsweise zur individuellen Abstimmung einer
Tieferlegung nach Kundenwunsch justierbar. Zusätzlich ist die Länge des
erfindungsgemäßen Federbein
im Fahrbetrieb verstellbar. Beide Verstellmöglichkeiten sind erfindungsgemäß in getrennten
Bauelementen realisiert und beeinflussen sich nicht gegenseitig.
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Bevorzugt
ist die Druckfeder in einem erfindungsgemäßen Federbein eine Schraubenfeder. Schraubenfedern
stehen in einer Vielzahl von Ausführungsformen für unterschiedlichste
Anforderungen am Markt zur Verfügung,
sind vergleichsweise preiswert und unproblematisch sowohl in der
Auslegung als auch im Betrieb. Alternativ kann die Druckfeder jedoch
auch als Luftfeder ausgebildet sein.
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Besonders
einfach kann die Länge
des erfindungsgemäßen Federbeins
für verschiedene
Einbausituationen justiert werden, wenn das Kolben-Zylinder-Aggregat
ein Außengewinde
und die Federaufnahme ein hierein eingreifendes Innengewinde aufweist
und die Federaufnahme durch Verdrehen um das Kolben-Zylinder-Aggregat
in deren axialer Richtung verschiebbar ist. Alternativ ist auch
eine Rastverstellung – beispielsweise
mit an der Stange ausgeformten Rastpunkten und an der Federaufnahme angeordneten
Klinken – oder
die Verwendung von Klemmelementen denkbar.
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Das
erfindungsgemäße Federbein
weist einen in Stoßrichtung
wirkenden hydraulischen Teleskop-Schwingungsdämpfer auf. Grundsätzlich kommt gemeinsam
mit den bekannten Federbeinen immer eine Dämpfungseinrichtung zum Einsatz
um die von einem Stoß induzierte
Längsschwingung
der Druckfeder schnell Abklingen zu lassen. Obwohl grundsätzlich auch
andere Dämpfungsprinzipien – beispielsweise
Reibungsdämpfer – zum Einsatz
kommen könnten,
haben sich im Fahrzeugbau hydraulisch wirkende Teleskop-Schwingungsdämpfer weitgehend
durchgesetzt und stehen wiederum für eine Vielzahl von Auslegungsfälle am Markt
zur Verfügung.
Die Kombination einer Dämpfungseinrichtung und
eines erfindungsgemäßen Federbeins
in einer Baueinheit erlaubt eine exakte Abstimmung der Komponenten
auf einander. Darüber
hinaus ist auch der Austausch der Komponenten – die typischer Weise an den
selben Punkten an Fahrwerk und Fahrzeugaufbau angreifen – signifikant
vereinfacht.
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Der
Teleskop-Schwingungsdämpfer
ist koaxial in der Druckfeder angeordnet und weist einen Dämpfungszylinder
auf, in dem ein Dämpfungskolben
mit einer daran angeordneten Dämpfungskolbenstange
axial verschiebbar ist, wobei der Dämpfungszylinder zugleich als
Druckkolbenstange in dem Druckzylinder ausgebildet ist. Die koaxiale
Bauweise vermeidet die Übertragung
von Drehmomenten zwischen Fahrwerk und Fahrzeugaufbau und macht
entsprechende Maßnahmen
zur Abstützung überflüssig. Die
Verwendung des Dämpfungszylinders
zugleich als Druckkolbenstange für
die Längenverstellung
im Fahrbetrieb stellt eine Reduzierung der Bauelemente dar, die
sich insbesondere vorteilhaft auf die Abmessungen des erfindungsgemäßen Federbeins
auswirkt. Ein solches Federbein mit koaxial zu der Druckfeder angeordnetem
Teleskop-Stoßdämpfer kann
sowohl in der weit verbreiteten Anordnung mit oben liegender Druckfeder
und nach unten abgestütztem
Teleskop-Stoßdämpfer, als
auch in der Umkehrung in der so genannten „upside-down"-Anordnung Verwendung
finden.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist in einem solchen Federbein die
Dämpfungskolbenstange durch
den Druckraum hindurch geführt.
Auf diese Weise kann der Druckzylinder beispielsweise innerhalb
der Windungen einer Schraubenfeder angeordnet sein. Die Abmessungen
des erfindungsgemäßen Federbeins
unterscheiden sich dann nur geringfügig von den Abmessungen eines
bekannten Federbeins ohne Verstellmöglichkeit im Fahrbetrieb. Angesichts der
typischer Weise beengten räumlichen
Verhältnisse
an Kraftfahrzeugen erleichtert diese Anordnung signifikant die Auslegung
von für
den Austausch bestimmten erfindungsgemäßen Federbeinen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Federbein ein
Druckversorgungselement auf, mittels dessen der Druckzylinder mit
unter Druck stehendem Fluid versorgbar ist. Dieses Druckversorgungselement kann
neben einer Pumpe für
das Hydraulikfluid auch einen Fluidspeicher beinhalten. Die Integration
eines Druckversorgungselements vermindert die Anforderungen an die
in dem Kraftfahrzeug vorhandene Infrastruktur. Wenn insbesondere
das Druckversorgungselement auch den Fluidspeicher beinhaltet, kann
das erfindungsgemäße Federbein
auch in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen, das nicht mit einem
separates Druckversorgungssystem ausgestattet ist. Darüber hinaus
werden mit der Integration des Druckversorgungselementes Druckleitungen überflüssig, wodurch
einerseits die Installation des erfindungsgemäßen Federbeins wesentlich erleichtert,
andererseits die Anzahl potenziell undichter Verbindungsstellen
im System verringert wird.
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Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Federbeins
kommen insbesondere in einem Bausatz zum Tieferlegen eines Kraftfahrzeugs
zur Geltung. Die erfindungsgemäßen Federbeine
erlauben ein vom Fahrzeugführer
oder automatisch bei geringer Fahrtgeschwindigkeit ausgelöstes Anheben
des Fahrzeugaufbaus, wodurch die erforderliche Bodenfreiheit im
Bedarfsfall wieder hergestellt ist.
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Ein
Bausatz mit erfindungsgemäßen Federbeinen
weist vorteilhafter Weise eine Steuereinheit auf, mittels derer
die Beaufschlagung jedes der Federbeine des Bausatzes mit Hydraulikfluid
zentral steuerbar ist. Insbesondere sind die Federbeine bevorzugt
stufenlos mit Hydraulikfluid beaufschlagbar. Der Druckkolben in
einem erfindungsgemäßen Federbein
ist so stufenlos verschiebbar und jede gewünschte Position des Druckkolbens
kann mit fließenden Übergängen erreicht
werden. Gleichfalls bevorzugt sind die Federbeine in Stufen mit
Hydraulik-Fluid beaufschlagbar, so dass der Druckkolben in dem Druckzylinder
in Stufen verschiebbar ist. So können
häufig
genutzte Positionen des Druckkolbens besonders einfach erreicht
werden. Besonders vorteilhaft sind beide Varianten – die stufenlose
Verschiebung wie auch die Verschiebung in Schaltstufen – je nach
Bedarf zu verwenden.
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Der
Betrieb eines mit erfindungsgemäßen Federbeinen
tiefergelegten Fahrzeugs wird wesentlich vereinfacht, wenn die Beaufschlagung
der Federbeine mit Hydraulikfluid – und damit die Position des Druckkolbens
im Druckzylinder – mittels
eines Schaltelementes von der Position des Fahrzeugführers steuerbar
ist. So ist grundsätzlich
die manuelle Verstellung während
der Fahrt ermöglicht.
Erfindungsgemäße Federbeine
können
aber auch im Rahmen eines Systems zur automatischen Niveauregulierung zum
Einsatz kommen.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf
die Figuren näher
erläutert.
Diese zeigen
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in 1 ein
erstes erfindungsgemäßes Federbein
und
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in 2 ein
zweites erfindungsgemäßes Federbein.
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Die
in den Figuren in teilweise geschnittener Darstellung gezeigten
erfindungsgemäßen Federbeine 1, 2 weisen
jeweils eine Druckfeder 3, 4 und einen hydraulisch
wirkenden Teleskop-Schwingungsdämpfer oder
Teleskop-Stoßdämpfer 5, 6 auf.
Die Teleskop-Stoßdämpfer 5, 6 sind
koaxial im Innern der Windungen 7, 8 der Druckfedern 3, 4 angeordnet
und weisen jeweils ein Dämpfungszylinder 9, 10,
einen Dämpfungskolben
und eine mit diesem verbundene Dämpfungskolbenstange 13, 14 auf.
Die Dämpfungskolben
sind in den Dämpfungszylindern 9, 10 axial verschiebbar
und zum Schutz gegen Umgebungseinflüsse – insbesondere Staub und Schmutz – von einer
jeweils gestrichelt angedeuteten Gummimanschette 15, 16 umhüllt. Die
Dämpfungszylinder 9, 10 wirken
zugleich als Druckkolbenstangen 17, 18 und sind
als solche in Druckzylindern 19, 20 durch Beaufschlagung
des jeweiligen Druckraumes 21, 22 mit nicht dargestelltem
Hydrauliköl
in Stoßrichtung 23 verschiebbar.
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In 1 an
dem Federbein 1 ist der Druckzylinder 19 oben
an dem Dämpfungszylinder 9 angeordnet.
Die Dämpfungskolbenstange 13 ist
durch den Druckraum 21 und den Druckzylinder 19 hindurch
geführt.
In 2 an dem Federbein 2 ist der Druckzylinder 20 unten
an dem Dämpfungszylinder 10 angeordnet.
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Die
Druckfedern 3, 4 sind jeweils zwischen einer oberen
Federaufnahme 24, 25 und einer unteren Federaufnahme 26, 27 angeordnet.
Die oberen Federaufnahmen 24, 25 sind fest mit
den Dämpfungskolben
verbunden. Die Federbeine 1, 2 weisen jeweils
ein oberes Befestigungselement 28, 29 zur Befestigung
der Federbeine 1, 2 am Fahrzeugaufbau und ein
unteres Befestigungselement 30, 31 zur Befestigung
am Fahrwerk auf. Die oberen Befestigungsele mente 28, 29 sind
mit den Dämpfungskolbenstangen 13, 14 verbunden.
Fahrzeugaufbau und Fahrwerk sind jeweils nicht dargestellt.
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Das
untere Befestigungselement 30, 31 ist an dem Federbein 1 in 1 an
dem Dämpfungszylinder 9,
an dem Federbein 2 in 2 an dem
Druckzylinder 20 ausgebildet.
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In 1 an
dem Federbein 1 ist am Druckzylinder 19, in 2 an
dem Federbein 2 am Dämpfungszylinder 10 ein
Außengewinde 32, 33 ausgebildet,
in das ein nicht dargestelltes Innengewinde der unteren Federaufnahme 26, 27 eingreift.
Die unteren Federaufnahmen 26, 27 sind in den
Außengewinden 32, 33 um
die Stoßrichtung 23 des
Federbeins 1, 2 drehbar. Mit dieser Drehung sind
die unteren Federaufnahmen 26, 27 in Stoßrichtung 23 des
Federbeins 1, 2 gegenüber den unteres Befestigungselementen 30, 31 axial
justierbar.
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Die
Druckzylinder 19, 20 sind über Anschlussstutzen 34, 35 mit
dem Hydrauliköl
beaufschlagbar. Die Druckräume 21, 22 sind
gegenüber der
Umgebung durch nicht dargestellte O-Ringdichtungen abgedichtet,
die in umlaufende Nuten 36, 37 in den Dämpfungszylindern 9, 10 und
in den Druckzylindern 19, 20 eingelegt sind.
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Das
Federbein 1, 2 ist jeweils eines von vier baugleichen
Federbeinen in einem nicht näher
dargestellten Bausatz zum Tieferlegen eines Kraftfahrzeugs. An jedes
Federbein 1, 2 wird ein nicht dargestelltes Druckversorgungselement
vor dem Einbau derart angeflanscht, dass es mit dem Federbein 1, 2 eine
bauliche Einheit bildet. Bestandteil des Bausatzes sind weiterhin
eine Steuereinheit, mittels derer z. B. abhängig von der Fahrtgeschwindigkeit
die Druckversorgungselemente angesteuert werden, ein Schalt- und
Anzeigemodul, mittels dessen dem Fahrzeugführer der jeweilige Betriebszustand
der Federbeine 1 optisch dargestellt und ihm der manuelle
Eingriff ermöglicht
wird und die erforderlichen elektrischen Verbindungskabel.
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Im
Normalbetrieb des tiefergelegten Kraftfahrzeugs ist der Dämpfungszylinder 9, 10 – wie in den
Figuren dargestellt – vollständig in
die Druckzylinder 19, 20 eingefahren. Bei Unterschreiten
einer einstellbaren Schaltgeschwindigkeit – beispielsweise einer Fahrtgeschwindigkeit
von 50 km/h – oder
auf ein manuelles Signal des Fahrzeugführers werden die in den Druckversorgungselementen
angeordneten Pumpen von der Steuereinheit angesteuert und beaufschlagen
die Druckräume 21, 22 mit
Hydrauliköl.
Die Dämpfungszylinder 9, 10 aller
vier Federbeine 1 werden gleichmäßig bis zu einem fest eingestellten – oder über die
Schalteinheit vom Fahrzeugführer vorgegebenen – Niveau
aus den Druckzylindern 19, 20 ausgefahren. Um denselben
Betrag wird der Fahrzeugaufbau gegenüber dem Fahrgestell und damit auch
gegenüber
der Fahrbahn angehoben.
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Bei Überschreiten
der eingestellten Schaltgeschwindigkeit oder wiederum auf ein manuelles
Signal des Fahrzeugführers
werden die Druckversorgungselemente derart angesteuert, dass die
Pumpen außer
Betrieb gesetzt und die Druckräume 21, 22 über Drosselelemente
mit den jeweils zugeordneten Speicherelementen für die Hydraulikflüssigkeit
verbunden. Die Dämpfungszylinder 9, 10 aller
vier Federbeine 1 senken sich gleichmäßig bis zu dem in der Figur
dargestellten Zustand im Normalbetrieb.
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- 1
- Federbein
- 2
- Federbein
- 3
- Druckfeder
- 4
- Druckfeder
- 5
- Teleskop-Stoßdämpfer
- 6
- Teleskop-Stoßdämpfer
- 7
- Windung
- 8
- Windung
- 9
- Dämpfungszylinder
- 10
- Dämpfungszylinder
- 11
- freibleibend
- 12
- freibleibend
- 13
- Dämpfungskolbenstange
- 14
- Dämpfungskolbenstange
- 15
- Gummimanschette
- 16
- Gummimanschette
- 17
- Druckkolbenstange
- 18
- Druckkolbenstange
- 19
- Druckzylinder
- 20
- Druckzylinder
- 21
- Druckraum
- 22
- Druckraum
- 23
- Stoßrichtung
- 24
- obere
Federaufnahme
- 25
- obere
Federaufnahme
- 26
- untere
Federaufnahme
- 27
- untere
Federaufnahme
- 28
- oberes
Befestigungselement
- 29
- oberes
Befestigungselement
- 30
- unteres
Befestigungselement
- 31
- unteres
Befestigungselement
- 32
- Außengewinde
- 33
- Außengewinde
- 34
- Anschlussstutzen
- 35
- Anschlussstutzen
- 36
- Nut
- 37
- Nut