DE3608934A1 - Federungssystem fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Federungssystem für ein Kraftfahrzeug, welches zwischen einem Fahrzeugrad und einem Fahrzeugaufbau ange­ ordnet ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiges Federungssystem für ein Kraftfahrzeug ist durch die DE-OS 34 10 473 bekannt, wobei parallel zur Tragfeder eine Korrekturfeder angeordnet ist. Diese Korrekturfeder wird durch eine Magnetfeder gebildet und besteht aus zwei mit Permanentmag­ neten versehenen Teilen, wobei das eine Teil mit dem gefederten Fahrzeugaufbau und das andere Teil mit der ungefederten Fahrzeug­ achse verbunden ist. Die Teile der Korrekturfeder weisen jeweils mehrere in Bewegungsrichtung hintereinandergeschaltete Permanent­ magnete und dazwischen angeordnete Weicheisenstücke auf. Die An­ ordnung der Permanentmagnete und Weicheisenstücke ist derart, daß der durch die Weicheisenstücke senkrecht zur Bewegungsrichtung umgelenkte Magnetfluß Pole an beiden Teilen erzeugt, die gleich­ namig auf Abstoßung im labilen Gleichgewicht einander gegenüber­ stehen. Dadurch wird eine konzentrierte Abstoßung für die Korrek­ turfeder und somit eine geringere Steifigkeit im Arbeitspunkt des Federungssystems erhalten. Da das Federungssystem je nach Bela­ dung des Kraftfahrzeuges unendlich viele Arbeitspunkte einnehmen kann, ist es erforderlich, die beiden Teile mittels einer Ver­ stelleinrichtung dem jeweiligen Arbeitspunkt anzupassen. Eine solche Konstruktion ist aufwendig und teuer in der Herstellung, weist ein relativ hohes Gewicht auf und beansprucht einen erheb­ lichen Bauraum.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Federungssy­ stem für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welches im Bereich der Ni­ veaulage einen Federweg mit niederer Federrate aufweist. Das Fe­ derungssystem soll außerdem aus möglichst einfachen Bauteilen be­ stehen, die eine preiswerte Herstellung und eine problemlose Mon­ tage ermöglichen, wobei das Aggregat ein möglichst geringes Ge­ wicht und eine geringe Beanspruchung von Bauraum aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kor­ rekturfeder durch mindestens eine vorgespannte Tellerfeder gebil­ det ist, die in Reihe zur Tragfeder geschaltet ist, während paral­ lel hierzu wirkend die mit einer Zusatzfeder versehene Niveaure­ geleinrichtung angeordnet ist. Die Reihenschaltung von Korrektur­ feder und Tragfeder ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau, wobei die Korrekturfeder dem Durchmesser der Tragfeder angepaßt ist. Durch die Vorspannung der Korrekturfeder wird die Abstimmung von Korrekturfeder und Tragfeder so ausgeführt, daß diese Korrektur­ feder in der Niveaulage einen Federweg mit geringerer Federrate ergibt. Die Tellerfedern der Korrekturfeder sind einfache und preiswerte Bauteile, die eine problemlose Montage ermöglichen. Insbesondere die Verwendung von Tellerfedern, die radial nach in­ nen weisende Federzungen besitzen, ist sehr vorteilhaft.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die vorgespann­ ten Tellerfedern im Nulldurchgang eine negative Federsteifigkeit auf. Mit einer derart ausgelegten Korrekturfeder wird ein um die Niveaulage wirksamer Bereich mit sehr weicher Federung geschaf­ fen. Durch entsprechende Bemessung der vorgespannten Tellerfedern ist eine weitgehende Anpassung hinsichtlich der Federung um die Niveaulage möglich.

Zur eindeutigen Festlegung des von der Korrekturfeder ausgeübten Federweges um die Niveaulage weisen die die Korrekturfeder bil­ denden Tellerfedern einen von Anschlägen begrenzten Federweg auf. Eine weitere Vereinfachung hinsichtlich des Aufbaues und der Wir­ kungsweise wird entsprechend der Erfindung dadurch geschaffen, daß die durch eine Schraubendruckfeder gebildete Hauptfeder über einen Federteller mit der Korrekturfeder in Wirkverbindung steht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Korrekturfeder mittig zentriert und axial beweglich geführt, während der Feder­ teller eine zur Korrekturfeder gerichtete Aufnahme aufweist, in welche mindestens eine der Tellerfedern im Bereich ihres äußeren Durchmessers eingreift. Dadurch wird ein sehr funktionssicheres Federungssystem geschaffen, denn sowohl die Korrekturfeder als auch die Tragfeder sind eindeutig zueinander geführt.

Ein einen besonders geringen Bauraum beanspruchendes Federungs­ system wird erfindungsgemäß dadurch geschaffen, daß die Zusatzfe­ der durch eine im Innenraum der Hauptfeder angeordnete pneumati­ sche Feder gebildet ist, die mit der Niveauregeleinrichtung in Wirkverbindung steht. Die Zusatzfeder kann jedoch auch als Schraubenfeder ausgebildet und im Innenraum der Hauptfeder ange­ ordnet sein, wobei eine mechanische oder elektrische Verstellein­ richtung zur niveaulagegerechten Vorspannung der Zusatzfeder vor­ gesehen ist.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Federungssystem in schematischer Dar­ stellung;

Fig. 2 die Anordnung der Trag- und Korrekturfeder;

Fig. 3 eine der Korrekturfedern gem. Fig. 2 in der Draufsicht;

Fig. 4 eine Ausführungsform, wobei die Zusatzfeder als Luftfeder ausgebildet und im Innenraum der Tragfeder angeordnet ist;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform mit einer im Innenraum der Tragfeder befindlichen Schraubenfeder als Zusatzfeder;

Fig. 6 den Kennlinienverlauf des erfindungsgemäßen Federungssy­ stems.

In der schematischen Darstellung gem. Fig. 1 ist das Federungssy­ stem zwischen dem die gefederte Masse darstellenden Fahrzeugauf­ bau 1 und einer das Fahrzeugrad aufnehmenden Fahrzeugachse 2 an­ geordnet, wobei diese Fahrzeugachse 2 die ungefederte Masse bil­ det. Das Federungssystem besteht aus einem Schwingungsdämpfer 3, dessen Behälterboden mit der Fahrzeugachse 2 in Verbindung steht, während dessen Kolbenstange 4 am Fahrzeugaufbau 1 befestigt ist. Eine Tragfeder 5 stützt sich einerseits an einem mit der Fahr­ zeugachse 2 fest verbundenen Bauteil und andererseits gegenüber einer hierzu in Reihe geschalteten Korrekturfeder 6 ab. Das obere Ende der Korrekturfeder 6 stützt sich auf einem mit der Kolben­ stange 4 fest verbundenen Bauteil und somit am Fahrzeugaufbau 1 ab. Parallel zur vorbeschriebenen Tragfeder 5 und Korrekturfe­ der 6 ist eine Zusatzfeder 7 vorgesehen, die einerseits auf die Fahrzeugachse 2 und andererseits auf eine Niveauregeleinrichtung 8 wirkt, die mit dem Fahrzeugaufbau 1 in Verbindung steht.

Um in einer Niveaulage des Fahrzeuges eine weiche Federung über einen vorbestimmten Federweg zu erhalten, ist die Vorspannung der Tragfeder 5 so ausgelegt, daß sie mit der Federkraft der Korrek­ turfeder 6 im Gleichgewicht steht, d. h., daß ein geringer An­ stieg der von der Fahrzeugachse 2 eingeleiteten Kräfte ein Anspre­ chen der Korrekturfeder 6 bewirkt. Damit das Fahrzeug bei jedem Beladungszustand in der Niveaulage gehalten wird, ist die Niveau­ regeleinrichtung 8 vorgesehen, welche die Zusatzfeder 7 mehr oder weniger vorspannt, um die geforderte Niveaulage zu erreichen. Be­ dingt durch die niveaugeregelte Vorspannungsänderung der Zusatz­ feder 7 bleiben bei jedem Beladungszustand des Fahrzeuges die Kräfteverhältnisse zwischen der Tragfeder 5 und der Korrekturfe­ der 6 in der Niveaulage gleich. Die Korrekturfeder 6 ist so aus­ gelegt, daß sie um die Niveaulage einen Wirkungsbereich mit nie­ derer Federrate oder sogar mit geringfügig negativer Federsteifig­ keit aufweist. In diesem Bereich um die Niveaulage erfährt die eine relativ große Federsteifigkeit aufweisende Tragfeder 5 keine oder zumindest keine nennenswerte Federwegänderung. Erst bei Überschreiten oder Unterschreiten dieses Bereiches wird die Trag­ feder 5 wirksam.

Die Ausführungsform gem. Fig. 2 zeigt eine Korrekturfeder 6, die mehrere Tellerfedern 9 aufweist, wobei diese Tellerfedern 9 ra­ dial nach innen gerichtete Federzungen 10 besitzen, die an ihrem inneren Ende in Zentrierhülsen 11 bzw. 12 geführt sind. Diese Zentrierhülsen 11 und 12 sind axial beweglich auf einem Ansatz der Kolbenstange 4 angeordnet und bilden zur Begrenzung des Fe­ derweges der Korrekturfeder 6 Anschläge 16 und 17. Am Außendurch­ messer werden die Tellerfedern 9 in einem Abstandsring 13 geführt und mit entgegengesetzt gerichteter Schirmung derart vorgespannt, daß die der Niveaulage entsprechende Federkraft mit der der Trag­ feder 5 im Gleichgewicht steht. Auf der linken Seite der Fig. 2 ist die Vorspannkraft der Tellerfedern 9 größer als die der Trag­ feder 5, so daß sich die Zentrierhülse 11 am Fahrzeugaufbau 1 und die Zentrierhülse 12 an dem vom Kolbenstangenabsatz der Kolben­ stange 4 gebildeten Anschlag 16 abstützt. Über den oberen Feder­ teller 14 wird die Federkraft der Tragfeder 5 auf die Zentrier­ hülse 12 übertragen, wobei ein Ansteigen der Federkraft der Trag­ feder 5 über die Vorspannkraft der Korrekturfeder 6 bewirkt, daß die Zentrierhülse 12 auf dem Absatz der Kolbenstange 4 nach oben gleitet, und zwar so lange, bis die den Anschlag 17 bildende Stirnfläche der Zentrierhülse 12 auf der Stirnfläche der Zentrier­ hülse 11 zur Anlage kommt, wie dies auf der rechten Seite von Fig. 2 gezeigt ist. Im Bereich dieses Federweges ist die relativ weich ausgebildete Korrekturfeder 6 wirksam, während die sich un­ ten über den Federteller 15 an der Fahrzeugachse abstützende Tragfeder 5 keine oder zumindest keine nennenswerte Einfederung erfährt. Werden infolge Straßenunebenheiten größere Abstützkräfte erforderlich, so wird nach dem Anliegen der Zentrierhülse 12 auf der Zentrierhülse 11 wieder die Tragfeder 5 mit der relativ gro­ ßen Federsteifigkeit wirksam.

Die Ausführungsform gem. Fig. 4 weist eine Korrekturfeder 6 auf, deren obere Tellerfeder 9 im Bereich des Außendurchmessers auf einer Anlageplatte 19 aufliegt, die mit dem Fahrzeugaufbau in fe­ ster Verbindung steht. Die untere Tellerfeder 9 stützt sich auf einem Federteller 20 der Tragfeder 5 ab und greift in eine Auf­ nahme 21 des Federtellers 20 ein. Die Federzungen 10 der Teller­ federn 9 greifen im Bereich ihres inneren Durchmessers an einer Distanzhülse 18 an, die axial verschieblich zur Kolbenstange an­ geordnet ist. In dem von der Tragfeder 5 gebildeten Innenraum be­ findet sich die Zusatzfeder 7, welche als pneumatische Feder 22 ausgebildet ist. Zur Einregelung der Niveaulage dient der zu ei­ nem nicht eingezeichneten Niveauregelventil führende Kanal 23. Die Wirkungsweise entspricht dabei im wesentlichen der bereits beschriebenen.

Die Ausführungsform gem. Fig. 5 unterscheidet sich von der gem. Fig. 4 im wesentlichen dadurch, daß die Zusatzfeder 7 eine Schraubenfeder ist, die sich oben am Zusatzteller 24 abstützt und unten am Zusatzfederteller 25. Zur Änderung der Vorspannung die­ ser Zusatzfeder 7 ist ein Stellring 26 vorgesehen, der über ein Gewinde mit dem Behälter des Schwingungsdämpfers verbunden ist. Zur axialen Verstellung des Zusatzfedertellers 25 wird der Stell­ ring 26 über eine mechanische oder elektrische Verstelleinrich­ tung auf dem Gewinde nach oben oder unten geschraubt, wobei zwi­ schen dem Zusatzfederteller 25 und dem Stellring 26 ein Lager an­ geordnet ist. Die aus den vorgespannten Tellerfedern 9 bestehende Korrekturfeder 6 ist in dieser Figur in der eingefederten Stel­ lung gezeichnet. Die sich am Innendurchmesser auf der Distanzhül­ se 18 abstützenden Tellerfedern 9 sind dabei in ihrem äußeren Be­ reich aneinander anliegend, so daß bei einer weiteren Einfederung die Tragfeder 5 wirksam ist.

Als Korrekturfeder eignen sich vorgespannte Tellerfedern 9, die vorteilhafterweise radial nach innen gerichtete Federzungen 10 aufweisen, wie dies Fig. 3 zeigt. Durch entsprechende Bemessung dieser Tellerfedern 9 kann die Kennlinie der Korrekturfeder 6 verändert werden. Der Verlauf der Kennlinie für die Korrekturfe­ der 6 wird im wesentlichen von den Verhältnissen Durchschirmung der Tellerfeder zu Materialdicke und Außendurchmesser zu Mate­ rialdicke bestimmt. Je nach Einbausituation und gefordertem Fe­ derweg um die Niveaulage, in dem die Korrekturfeder wirksam ist, können eine oder mehrere Tellerfeder(n) 9 oder Tellerfederpakete verwendet werden.

Die Kennlinie des Federungssystems ist in Fig. 6 gezeigt. Der Kennlinienabschnitt 27 bezieht sich auf die Tragfeder vor dem Ein­ setzen der Korrekturfeder. Ab dem Punkt 28 beginnt die Wirkung der Korrekturfeder und endet im Punkt 30. In der Ordinate dieses Diagrammes ist die Federkraft F und auf der Abszisse der Feder­ weg s aufgetragen. Der Punkt 29 entspricht der geforderten Niveau­ lage des Fahrzeuges. Um diese Niveaulage 29 ist der Federweg der Korrketurfeder wirksam, der von den Puneten 28 und 30 begrenzt wird. Die Zusatzfeder bewirkt dabei in Verbindung mit einer Ni­ veauregeleinrichtung, daß das vorbestimmte Gleichgewicht zwischen der Tragfeder und der Korrekurfeder entsprechend der gezeichne­ ten Kennlinie bei Beladen bzw. beim Entladen des Fahrzeuges ein­ gestellt wird.

Claims (7)

1. Federungssystem für ein Kraftfahrzeug, welches zwischen einem Fahrzeugrad und einem Fahrzeugaufbau angeordnet ist und eine Tragfeder sowie eine Korrekturfeder aufweist, wobei die Trag­ feder eine positive, relativ große Steifheit und die Korrek­ turfeder eine geringe Steifheit aufweist, während zur Niveau­ haltung des Kraftfahrzeuges eine Niveauregeleinrichtung vorge­ sehen ist, welche Abstützkräfte des Fahrzeugaufbaues aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kor­ rekturfeder (6) durch mindestens eine vorgespannte Tellerfeder (9) gebildet ist, die in Reihe zur Tragfeder (5) geschaltet ist, während parallel hierzu wirkend die mit einer Zusatzfeder (7, 22) versehene Niveauregeleinrichtung (8, 26) angeordnet ist.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannten Tellerfedern (9) im Nulldurchgang (Niveau­ lage 29) eine negative Federsteifigkeit aufweisen.

3. Federungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorgespannten Tellerfedern (9) radial nach innen gerichtete Federzungen (10) aufweisen.

4. Federungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Korrekturfeder (6) bildenden Tellerfe­ dern (9) einen von Anschlägen (16, 17) begrenzten Federweg aufweisen.

5. Federungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durch eine Schraubendruckfeder gebildete Tragfeder (5) über einen Federteller (14, 20) mit der Korrek­ turfeder (6) in Wirkverbindung steht.

6. Federungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Korrekturfeder (6) mittig zentriert und axial beweglich geführt ist (Distanzhülse 18), während der Fe­ derteller (20) eine zur Korrekturfeder (6) gerichtete Aufnahme (21) aufweist, in welche mindestens eine der Tellerfedern (9) im Bereich ihres äußeren Durchmessers eingreift.

7. Federungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zusatzfeder (7) durch eine im Innenraum der Tragfeder (5) angeordnete pneumatische Feder (22) gebildet ist, die mit der Niveauregeleinrichtung in Wirkverbindung steht.