DE3712886A1 - Vorrichtung zum steuern der federhaerte eines fahrzeugs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Steuern der Feder­ härte eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Straßenfahrzeugs, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Steuerung der Federhärte eines Fahrzeugs bekannt, bei welcher über ein Ventil den Arbeitsräumen ei­ nes luftfedernden Tragelementes ein zusätzliches Luftvolumen zuge­ schaltet werden kann, um die Federhärte des Tragelementes zu verrin­ gern. Durch eine derartige Zuschaltung eines zusätzlichen Luftvolu­ mens ist jedoch nur eine Zwei-Punkt-Regelung der Federhärte reali­ sierbar, was in vielen Anwendungsfällen, gerade im Hinblick auf die zukünftige Fahrwerkstechnik, nicht ausreicht. Zwar wäre eine Zu­ schaltung weiterer Zusatzvolumina über weitere Ventile möglich, je­ doch bedingt dies einen großen räumlichen und baulichen Aufwand.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, unter Verwendung einer einzigen Stelleinrichtung eine - im Grenzfall - stufenlose Zu­ schaltung von zusätzlichen Volumina zu ermöglichen. Die Steuerung erfolgt durch ein einziges, rotorförmiges Bauteil.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Vorteilhaft ist es insbesondere, eine gewünschte Zuschaltung von Volumen durch entsprechende Kombina­ tion einzelner Kammern zu realisieren. Der die Zu- und Abschaltung von Zusatzvolumen bewirkende Rotor ist statisch druckausgeglichen, so daß zu seiner Betätigung nur geringe Stellkräfte erforderlich sind. Außerdem besteht eine Selbsthemmung, so daß keine Haltekräfte aufgebracht werden müssen.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt teilweise schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch den Speicher aus Fig. 1 entlang der Linie II-II. Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Speichers, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3. Fig. 5 zeigt ein weiteres Aus­ führungsbeispiel eines Speichers, Fig. 6 Schnitte in drei Ebenen der Fig. 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zwischen einer Fahrzeugachse 1 und einem Fahrzeugaufbau 2 ist ein Tragelement 3 angeordnet. Das Tragelement 3 kann außer einer tragen­ den auch eine dämpfende Funktion haben und ist durch einen Kolben 4 in zwei Arbeitsräume 5 und 6 unterteilt. Der Kolben 4 ist an einer aus dem Tragelement 3 ragenden Kolbenstange 8 befestigt, welche an­ dererseits an der Fahrzeugachse 1 angreift. Über Leitungen 13, 14 und 15 sind die beiden Arbeitsräume 5 und 6 mit einem ein Luftvolu­ men aufnehmenden Speicher 16 veränderbaren Volumens und mit einer pumpe 17 verbunden. Über ein Entlastungsventil 19 läßt sich der Druck in den Arbeitsräumen 5 und 6 absenken. Über zwei entgegenge­ richtete Rückschlagventile 20 und 21 und zwei Drosseln 22 und 23 sind die beiden Arbeitsräume 5 und 6 des Tragelementes 3 miteinander verbunden. Auf diese Weise kann das Tragelement 3 auch als Stoßdämp­ fer wirken.

Die Federhärte und die Dämpferhärte des Tragelementes 3 werden in Abhängigkeit von verschiedenen Einflüssen verändert. Diese Einflüsse werden von entsprechenden Sensoren erfaßt und über Sensorsignale an eine elektronische Einrichtung übermittelt. Durch die Pumpe 17 und das Entlastungsventil 19 kann der Druck im Speicher 16 und in den Arbeitsräumen 5 und 6 vergrößert oder verringert werden, um das Niveau des Fahrzeugaufbaus 2 gegenüber der Fahrzeugachse 1 zu verän­ dern. Je größer der von der Pumpe 17 erzeugte Druck ist, desto mehr streckt sich das Tragelement 3, da sich durch das Herausschieben ei­ nes Teils der Kolbenstange 8 das Gesamtvolumen in den Arbeitsräumen 5 und 6 vergrößert. Entsprechend verkürzt sich das Tragelement 3 bei Betätigung des Entlastungsventils 19. Bei Verzicht auf die dämpfende Funktion kann das Tragelement 3 auch als Einkammer-Tragelement aus­ geführt werden, wobei der Kolben 4 nur auf seiner der Kolbenstange 8 abgewandten Flachseite von Druck beaufschlagt wird. In einem solchen Fall würde die Dämpfung durch einen zwischen Fahrzeugachse 1 und Fahrzeugaufbau 2 parallel zum Tragelement 3 eingebauten Stoßdämpfer bewirkt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann durch die Wahl der Größe der Drosseln 22 und 23 eine gewünschte Unsymmetrie der Dämpfung in beliebiger Größe erzeugt werden. Die Drosseln 22 und 23 können ver­ änderbar ausgebildet sein, wodurch die beschriebene Vorrichtung zu einem verstellbaren Stoßdämpfer modifiziert wird.

Durch Einstellung des mit der Leitung 15 unmittelbar verbundenen Vo­ lumens des Speichers 16 kann die Federhärte des Tragelementes 3 ge­ wählt werden. Je größer das über die Leitungen 13, 14 und 15 mit den Arbeitsräumen 5 und 6 in Verbindung stehende, wirksame Volumen des Speichers 16 ist, desto weicher federt das Tragelement 3. Ursache dafür ist die durch Zuschaltung des Speichers 16 veränderte Größe an kompressiblem Medium. Das zuschaltbare Volumen des Speichers 16 wirkt als ein die Federhärte herabsetzender "Puffer".

Während der Speicher 16 mit einem Gas, insbesondere mit Luft, ge­ füllt ist, können die Arbeitsräume 5 und 6 sowie die Leitungen 13 und 14 sowohl mit einem Gas als auch mit einem hydraulischen Fluid gefüllt sein. In letzterem Fall ist es erforderlich, den mit Gas ge­ füllten Speicher 16 von den mit einem Fluid gefüllten Räumen durch eine Membran zu trennen, um Vermischungen zu vermeiden. Diese Tren­ nung muß im Bereich der Leitung 15 erfolgen.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Speicher 16 umfaßt ein in erster Linie zylindrisches Speichergehäuse 30, welches auf seiner einen Stirnseite bis auf eine Durchgangsbohrung für eine Antriebs­ welle 32 einer Stelleinrichtung 33, z.B. eines Elektromotors oder eines elektromagnetischen Drehstellers, verschlossen ist. Die An­ triebswelle 32 durchdringt in axialer Richtung nahezu das gesamte Speichergehäuse 30 und wird dabei in einer Führungsbohrung 35 des Speichergehäuses 30 geführt. Die Führungsbohrung 35 befindet sich in einem zylindrischen Körper 36, zwischen dem und einer inneren Man­ telfläche 37 des Speichergehäuses 30 sich radial ausgerichtete, über fast die gesamte Länge des Speichergehäuses 30 verlaufende Lamellen 39 erstrecken. Die Lamellen 39 unterteilen den Innenraum des Spei­ chergehäuses 30 in längliche Kammern 40 von nahezu dreieckigem Quer­ schnitt. Die Längsseiten der Kammern 40 sind durch die beiden je­ weils benachbarten Lamellen 39 sowie die innere Mantelfläche 37 des Speichergehäuses 30 begrenzt. Die der Stelleinrichtung 33 zugewandte Stirnseite der Kammern 40 ist durch eine erste Stirnwand 41 des Speichergehäuses 30 verschlossen, während die entgegengesetzte Stirnseite jeder der Kammern 40 durch eine mit der Antriebswelle 32 verbundene, drehbare Kreisscheibe 42 begrenzt ist. Die Kreisscheibe 42, welche im folgenden als Rotor 42 bezeichnet wird, ist an ihrem äußeren Radius dichtend zur inneren Mantelfläche 37 des Speicherge­ häuses 30 geführt. Die den Kammern 40 abgewandte Flachseite des Ro­ tors 42 begrenzt eine zylindrische, als Strömungsverbindung dienende Vorkammer 45, welche andererseits durch eine zweite Stirnwand 46 des Speichergehäuses 30 abgeschlossen ist. Die Leitung 15 führt in die zylindrische Vorkammer 45.

Der Rotor 42 weist eine Aussparung 48 in Form eines Kreisausschnitts auf, über die eine Verbindung zwischen der Vorkammer 45 und den Kam­ mern 40 herstellbar ist. Die Lamellen 39 und die Kammern 40 vertei­ len sich nicht über den gesamten Umfang des Speichers 16, sondern nur über einen Teil davon. Der nicht in Kammern 40 unterteilte Teil des Speichergehäuses 30 ist verschlossen.

Zweckmäßigerweise ist die Größe der Aussparung 48 so gewählt, daß in einer bestimmten Stellung des Rotors 42, welche beispielsweise die maximale Auslenkung sein kann, die Aussparung 48 gerade alle Kammern 40 gleichzeitig überdeckt. In einer anderen Stellung des Rotors 42 überdeckt die Aussparung 48 hingegen keine der Kammern 40, sondern nur den nicht in Kammern unterteilten Teil des Speichergehäuses 30. Folglich bestimmt die Stellung des Rotors 42 die Zahl jener Kammern 40, welche über die Aussparung 48 mit der Vorkammer 45 und damit mit den Arbeitsräumen 5 und 6 in Verbindung stehen. Je mehr Kammern 40 die Aussparung 48 frei gibt, desto größer ist das zusätzliche, mit den Arbeitsräumen 5 und 6 in Verbindung stehende Volumen und desto weicher federt das Tragelement 3. Die Betätigung des Rotors 42 er­ folgt über die Antriebswelle 32 durch die Stelleinrichtung 33, etwa in Abhängigkeit von Signalen der elektronischen Einrichtung.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Form des Speichers 16. Gleichwirkende Bauteile wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Lamellen 39 sind nicht, wie im ersten Ausführungsbeispiel, gehäusefest angeordnet, sondern sie sind auf einem axial im Speichergehäuse 30 angeordneten Rotorkern 51 des Rotors 42 befestigt und erstrecken sich radial bis unmittelbar vor die innere Mantelfläche 37 des Speichergehäuses. Außerhalb des Speichergehäuses 30 setzt sich der Rotorkern 51 in der zur Stellein­ richtung 33 führenden Antriebswelle 32 fort. Ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die Lamellen 39 bzw. die zwischen ihnen liegenden Kammern 40 nicht über dem gesamten Umfang des Speichers 16 angeordnet, sondern nur über einem Teilumfang. Der andere Teilumfang ist durch einen Halbzylinder 53 abgeschlossen. In Längsrichtung er­ strecken sich die Lamellen 39 von der ersten Stirnwand 41 bis zur zweiten Stirnwand 46 des Speichergehäuses 30. Zur Verstärkung können die Lamellen 39 an ihren Enden durch Kreisscheiben 55, 56 abge­ schlossen sein.

In die innere Mantelfläche 37 des Speichergehäuses 30 ist eine um­ laufende Nut 59 eingearbeitet. Die Nut 59 ist nur auf einer Umfangs­ länge eingearbeitet, welche der durch die Kammern 40 gebildeten Um­ fangslänge entspricht, so daß in einer bestimmten Stellung des Ro­ tors 42 die Nut 59 alle Kammern 40 umgibt. Andererseits läßt sich der Rotor 42 in eine Stellung drehen, in welcher keine der Kammern 40 von der Nut 59 umgeben ist. Die Nut 59 steht über die Leitung 15 mit den Arbeitsräumen 5 und 6 des Tragelementes 3 in Verbindung. Funktionsmäßig entspricht die Nut 59 der Vorkammer 45 des ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung. In beiden Ausführungsformen wird je nach der Stellung des Rotors 42 eine bestimmte Anzahl der Kammern 40 an die Leitung 15 angeschlossen. Durch eine feine Unter­ teilung der Kammern 40 läßt sich das gewünschte Zusatzvolumen nahezu stufenlos einstellen.

Der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Speicher 16 verfügt über ein Speichergehäuse 30, welches in drei beispielsweise ringförmige Kam­ mern 40 a, b, c unterteilt ist. Axial innerhalb der Kammern 40 a, b, c befindet sich die den Rotor 42 aufnehmende Führungsbohrung 35. Min­ destens jeweils eine Verbindungsöffnung 60 a, b, c führt von jeder der Kammern 40 a, b, c zur Führungsbohrung 35. Der Rotor 42 weist die Form eines Zylinders auf und ist über die aus dem Speichergehäuse 30 herausführende Antriebswelle 32 mit der Stelleinrichtung 33 verbun­ den. Im Rotor 42 befindet sich eine axiale Sackbohrung 62, welche mit der Leitung 15 und damit mit den Arbeitsräumen 5 und 6 dauernd verbunden ist.

In der Wand des zylinderförmigen Rotors 42 befinden sich von der Sackbohrung 62 ausgehende radiale Öffnungen 65 a, b, c, welche sich, je nach Stellung des Rotors 42, mit den Verbindungsöffnungen 60 a, b, c überdecken und damit die Arbeitsräume 5, 6 des Tragelementes 3 mit der/den jeweiligen Kammern 40 a, b, c in Verbindung bringen.

Zweckmäßigerweise richtet sich die Anordnung der Verbindungsöffnun­ gen 60 a, b, c zu den radialen Öffnungen 65 a, b, c nach einem be­ stimmten Schema, welches aus den in Fig. 6 dargestellten Schnitten hervorgeht.

Während die Verbindungsöffnungen 60 a, b, c axial hintereinander an­ geordnet sind, unterscheidet sich Anzahl, Winkellage und Größe der radialen Öffnungen 65 a, b, c. Für den in Fig. 5 dargestellten Drei­ kammerspeicher werden vier radiale Öffnungen 65 a verwendet, die sich über jeweils 45° Umfangswinkel erstrecken; zwei radiale Öffnungen 65 b, die sich jeweils über 90° Umfangswinkel erstrecken; eine ra­ diale Öffnung 65 c, die sich über 180° Umfangswinkel erstreckt.

Die Größe der Kammern 40 a, b, c zueinander ist so dimensioniert, daß Kammer 40 b das doppelte Volumen der Kammer 40 a und Kammer 40 c das doppelte Volumen der Kammer 40 b aufweist. Setzt man die Größe der Kammer 40 a zu 1, der Kammer 40 b zu 2 und der Kammer 40 c zu 4, so lassen sich durch entsprechende Kombination der Kammern 40 a, b, c alle Größen zwischen 1 und 7 realisieren. So wird beispielsweise ein Volumen der Größe 5 durch Öffnen der Kammern 40 a und 40 c realisiert.

In der dargestellten Stellung des Rotors 42 relativ zum Speicher­ gehäuse 30 sind sämtliche Verbindungsöffnungen 60 a, b, c durch den Rotor 42 verschlossen, die Arbeitsräume 5 und 6 des Tragelementes 3 stehen also mit keiner der Kammern 40 in Verbindung. Einschließlich dieser Nullstellung können mit dem Speicher 16 also acht verschie­ dene Volumina an die Leitung 15 angeschlossen werden, mithin acht verschiedene Federhärten des Tragelementes 3 eingestellt werden.

Die Größen der Kammern 40 zueinander können auch durch andere Fakto­ ren als den Faktor 2 festgelegt sein. Durch entsprechende Auslegung der jeweiligen Größen kann vielmehr ein gewünschter Verlauf der Fe­ derhärte der Vorrichtung erreicht werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Steuern der Federhärte eines Fahrzeugs, insbeson­ dere eines Straßenfahrzeuges, mit einem über mindestens einen Ar­ beitsraum verfügenden, mit einem pneumatischen oder hydraulischen Medium gefüllten Tragelement, wobei der Arbeitsraum über eine druck­ übertragende Verbindung unter Zwischenschaltung einer Ventilanord­ nung mit einem ein Gasvolumen aufnehmenden Speicher verbindbar ist, gekennzeichnet durch einen mittels einer Stelleinrichtung (33) rela­ tiv zu einem Speichergehäuse (30) bewegbaren Rotor (42), dessen Stellung die Größe des mit dem Arbeitsraum (5, 6) in Verbindung ste­ henden Speichervolumens bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gehäusefeste Kammern (40), welche längs innerhalb des Speichergehäuses (30) ver­ laufen und deren mit dem Arbeitsraum (5, 6) in Verbindung stehende Anzahl von der Stellung des Rotors (42) abhängt (Fig. 1, 2).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindung durch eine Aussparung (48) in dem als Scheibe ausgebildeten und die Kammern (40) abschließenden Rotor (42) realisiert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichergehäuse (30) in erster Linie zylindrisch ist und der Rotor (42) innerhalb des Speichergehäuses (30) so gelagert ist, daß die Drehachsen des Rotors (42) gleich der Längsachse des zylindrischen Speichergehäuses ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ro­ tor (42) in Längsrichtung verlaufende, radial nach außen bis unmit­ telbar an eine innere Mantelfläche (37) des Speichergehäuses (30) sich erstreckende Lamellen (39) aufweist, welche zwischen sich Kam­ mern (40) bilden, deren mit dem Arbeitsraum (5, 6) in Verbindung stehende Anzahl von der Stellung des Rotors (42) abhängt (Fig. 3, 4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindung durch eine in der inneren Mantelfläche (37) des Speicherge­ häuses (30) auf einem Teil deren Umfanges eingearbeitete Hut (59) realisiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindung durch eine axiale Aussparung in mindestens einer Stirnwand (41, 46) des Speichergehäuses (30) realisiert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ro­ tor (42) in einer Führungsbohrung (35) des Speichergehäuses (30) ge­ lagert ist und über eine mit dem Arbeitsraum (5, 6) verbundene Bohrung (62) sowie von dieser ausgehende radiale Öffnungen (65 a, b, c) verfügt, welche je nach Stellung des Rotors (42) in die Führungs­ bohrung (35) mündende Verbindungsöffnungen (60 a, b, c) überdecken, die zu abgeschlossenen Kammern (40 a, b, c) führen (Fig. 5, 6).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich alle Kammern (40 a, b, c) innerhalb des Speichergehäuses (30) befin­ den.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (40 a, b, c) radial um den Rotor (42) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Öffnungen (65 a, b, c) und die Verbindungsöffnungen (60 a, b, c) so zueinander angeordnet sind, daß je nach Stellung des Rotors (42) innerhalb der Führungsbohrung (35) eine, keine oder eine belie­ bige Kombination der Kammern (40 a, b, c) mit dem Arbeitsraum (5, 6) in Verbindung steht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Volumina der Kammern (40 a, b, c) um den Faktor 2 unterscheiden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina aller Kammern (40) die gleiche Größe aufweisen.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch einen Elektromotor als Stelleinrichtung (33).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen elektromagnetisch betätigten Drehsteller als Stellein­ richtung (33).