DE4138238A1 - Feder-daempfersystem fuer eine radaufhaengung eines fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feder-Dämpfersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Buch "Fahrwerktechnik: Stoß- und Schwingungsdämp­ fer", J. Reimpell, H. Stoll, 2. Auflage, 1989, Seiten 223 ff., sind Stoßdämpfer und Federbeine mit Niveauregulie­ rung für Fahrzeuge bekannt. Auf der Seite 231 ist die Vorderachse des Citroën GSA abgebildet, bei der ein hy­ dropneumatisches Federelement auch den Stoßdämpfer ent­ hält. Dabei ist der Druckspeicher an einem Zylinder befe­ stigt, in dem ein Kolben beweglich angeordnet ist. Der Kolben ist an seinem unteren Ende mit einem Lenker der Achse verbunden.

Hydropneumatische Federungen haben gegenüber konventio­ nellen Federungen den Nachteil, daß mit zahlreichen, zu­ sätzlich erforderlichen Bauteilen das Fahrzeuggewicht an­ steigt. Diese zusätzlichen Bauteile setzen sich im we­ sentlichen aus einem Druckspeicher, einer Pumpe, einem Tank, Ventilen und Leitungen zusammen. Die Masse der Zu­ satzteile wird andererseits nicht zur Verbesserung der Fahreigenschaften herangezogen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Feder-Dämpfersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges zu schaffen, bei der die Radlastschwankungen und Aufbaubeschleunigungen ver­ mindert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsge­ mäßen Feder-Dämpfersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Anordnung einer Schwingungstilgermasse inner­ halb des Feder-Dämpfersystems können die Radlastschwan­ kungen und Aufbaubeschleunigungen vermindert werden. Da­ durch wird sowohl die Fahrsicherheit als auch der Fahr­ komfort gesteigert. Das Gewicht der Tilgermasse liegt zwischen 1 bis 3 kg und beträgt vorzugsweise ca. 2 kg. Insbesondere die Verwendung eines Druckspeichers als Schwingungstilgermasse bei einem Federbein führt zu einer kompakten Einheit mit einem geringen Platzbedarf. Dies ist dadurch möglich, daß der Schwingungstilger zwischen zwei Lagerelementen angeordnet ist, wobei die beiden La­ gerelemente jeweils eine Feder-Dämpfereinheit darstellen. Das eine Lagerelement ist zum einen mit einem Schwin­ gungsdämpfer und zum anderen direkt oder über ein Zwi­ schenstück mit der Schwingungstilgermasse verbunden. Das andere Lagerelement ist zum einen an einem Fahrzeugaufbau und zum anderen direkt oder über ein Zwischenstück an der Schwingungstilgermasse befestigt.

In der Regel ist parallel zum Schwingungsdämpfer eine Tragfeder geschaltet. Bei einer hydropneumatischen Fede­ rung ist die Tragfeder als Gasfeder ausgebildet. Der Schwingungsdämpfer wirkt dabei als Arbeitszylinder, so daß die Gasfeder in Reihe zum Schwingungsdämpfer auf das Lagerelement wirkt. Die hydropneumatische Federung kann teil- oder volltragend ausgeführt sein. Bei einer teil­ tragenden Gasfeder ist zusätzlich zur Gasfeder noch eine Tragfeder parallel zum Arbeitszylinder bzw. Schwingungs­ dämpfer erforderlich. Bei einer volltragenden Gasfeder wird die Tragfeder vollständig durch die Gasfeder er­ setzt.

Die Verbindung zwischen der Schwingungstilgermasse und dem ersten, unteren Lagerelement erfolgt über ein Zwischenstück. Das Zwischenstück ist so mit der Schwingungstilgermasse verbunden, daß die Schwingungstil­ germasse in bezug auf den am ersten, unteren Lagerelement angeordneten Schwingungsdämpfer frei schwingbar gehaltert ist. Zu diesem Zweck ist bei einer Ausführungsform zwi­ schen dem Schwingungsdämpfer und dem Zwischenstück eine Gleitführung angeordnet. Bei den übrigen Ausführungsfor­ men ist ein ausreichender Zwischenraum zwischen dem Schwingungsdämpfer und dem Zwischenstück in axialer Rich­ tung gegeben. In einer anderen Ausführungsform ist die Tilgermasse schräg und ggf. versetzt zur Längsachse des Schwingungsdämpfers angeordnet. Der Schwerpunkt der Til­ germasse liegt dabei, wie bei den übrigen Ausführungsfor­ men auch, auf der Verlängerung der Längsachse des Schwin­ gungsdämpfers.

Die Schwingungstilgermasse besteht im wesentlichen aus dem Druckspeicher. In den verschiedenen Ausführungsformen kommen unterschiedliche Druckspeicherformen zum Einsatz. Bei einem ausreichenden Platz in senkrechter Richtung bzw. in Richtung der Längsachse des Schwingungsdämpfers wird ein kugel- oder zylinderförmiger Druckspeicher ver­ wendet. Ist beispielsweise aufgrund der Haubenlinie der vorhandene Raum eingeschränkt, wird ein ring- oder to­ rusförmiger Druckspeicher eingebaut. In einer Ausfüh­ rungsform weist der ringförmige Druckspeicher einen ring­ förmigen Kolben auf. In einer anderen Ausführungsform ist der ringförmige Kolben durch eine Vielzahl von einzelnen Kolbenspeichern ersetzt. Bei diesen beiden zuletzt ge­ nannten Ausführungsformen bewegt sich der Kolben bzw. die Kolben parallel zur Längsachse bzw. in Richtung des Schwingungsdämpfers. In einer anderen Ausführungsform be­ wegt sich eine im Druckspeicher angeordnete, zylinderför­ mige Membran senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schwin­ gungsdämpfers. Die Verbindung zwischen dem Druckspeicher und dem Schwingungsdämpfer kann über ein Ventil erfolgen. Das Ventil kann ein Dämpferventil mit einer nicht verän­ derbaren Dämpfung oder ein ansteuerbares Ventil mit einer variablen Dämpfung sein.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Radaufhängung mit einem Schwingungstilger,

Fig. 2 eine Schnittansicht von der Seite des oberen Teils einer ersten Ausführungsform der in der Fig. 1 gezeigten Radaufhängung,

Fig. 3 eine Schnittansicht von der Seite eines oberen Teils einer zweiten Ausführungsform der in der Fig. 1 gezeigten Radaufhängung,

Fig. 4 eine Schnittansicht von der Seite eines oberen Teils einer dritten Ausführungsform der in der Fig. 1 gezeigten Radaufhängung,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung längs der Linie A-A in der Fig. 4, die insbesondere den Aufbau eines Druckspeichers mit Einzelkolben darstellt,

Fig. 6 eine Schnittansicht von der Seite eines oberen Teils einer vierten Ausführungsform der in der Fig. 1 gezeigten Radaufhängung und

Fig. 7 eine Schnittansicht von der Seite eines oberen Teils einer fünften Ausführungsform der in der Fig. 1 gezeigten Radaufhängung.

Die Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Radaufhän­ gung 1, bei der zwischen einem Rad 2 und einem Fahrzeug­ aufbau 3 eine Tragfeder 4 parallel zu einem Schwingungs­ dämpfer 5 geschaltet ist. Der Schwingungsdämpfer 5 ist über zwei in Reihe geschaltete Lagerelemente 8 und 9 mit dem Fahrzeugaufbau 3 verbunden. Der Abschnitt zwischen dem oberen Ende der Kolbenstange und dem Fahrzeugaufbau 3 ist in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet. Zwischen den beiden Lagerelementen 8 und 9 ist eine Tilgermasse 10 frei schwingbar angeordnet. Die Tilger­ masse 10 kann ein gesondertes Bauteil oder ein bereits im Fahrzeug vorhandenes Bauteil sein. Wie in den Fig. 2 bis 7 gezeigt ist, kann dieses Bauteil ein Druckspeicher 11 einer Hydropneumatik sein. In diesem Fall ist der Druckspeicher 11 über eine Leitung 12 mit dem Zylinder 13 des Schwingungsdämpfers 5 verbunden. Der Schwingungsdämp­ fer 5 dient als Arbeitszylinder, so daß die dann tragende Gasfeder im Druckspeicher 11 in Reihe zum Schwingungsdämpfer 5 auf das Lagerelement 8 wirkt.

Die Lagerelemente 8, 9 sind jeweils aus einem Dämpfer 14, 15 und einer Feder 16, 17 zusammengesetzt. In der einfachsten Bauweise sind die Lagerelemente 8, 9 als Gum­ milager ausgeführt, wobei die Federung und Dämpfung durch die Materialeigenschaften des Gummis realisiert sind. In einer anderen Ausführungsform kann statt dessen bei­ spielsweise ein Hydrolager eingesetzt sein.

Die Fig. 2 zeigt einen oberen Teil 7 einer ersten Aus­ führungsform, bei der an einem oberen Ende 19 einer hoh­ len Kolbenstange 20 des Schwingungsdämpfers 5 ein erstes Lagerelement 21 befestigt ist. Das Lagerelement 21 be­ steht aus einem konusförmigen Ring 22, an dessen Mantel­ fläche ein ringförmiger Gummikörper 23 mit einem in etwa rechteckförmigen Querschnitt befestigt ist. Mit der äuße­ ren Mantelfläche 24 des Gummikörpers 23 ist ein Halte­ rungsteil 25 verbunden. An das Halterungsteil 25 ist ein Innenteil 26 angeordnet, das eine konusförmig nach oben zusammenlaufende Mantelfläche 27 aufweist. Das Halte­ rungsteil 25 und das Innenteil 26 können rotationssymme­ trisch oder asymmetrisch ausgebildet sein. An der Mantel­ fläche 27 ist ein ringförmiger Gummikörper 28 eines zwei­ ten Lagerelements 29 befestigt. Der Gummikörper 28 weist ebenfalls einen im wesentlichen rechteckförmigen Quer­ schnitt auf. Das Halterungsteil 25 und das Innenteil 26 sind eine Baueinheit, die nachfolgend Zwischenstück 30 genannt wird. Eine äußere Mantelfläche 31 des Gummikör­ pers 28 ist mit einem Halterungsteil 32 verbunden, das am Fahrzeugaufbau 3 befestigt ist. Das Halterungsteil 32 kann ebenfalls rotationssymmetrisch oder asymmetrisch ge­ staltet sein. Das Lagerelement 29 weist an einem oberen Abschnitt 33 eine zylinderförmige Aussparung 34 auf, in der ein Druckspeicher 35 befestigt ist. Am Druckspeicher 35 ist an seinem unteren Ende 36 eine zylinderförmige Aussparung 37 zur Verbindung mit dem Schwingungsdämpfer 5 ausgebildet, wobei der Durchmesser der Aussparung 34 grö­ ßer als der Durchmesser der Kolbenstange 20 ist. Die Länge der Aussparung 34 ist größer als der maximale Ver­ schiebeweg der Kolbenstange 20, die in die Aussparung 34 ragt. Zwischen der Kolbenstange 20 und dem Innenteil 26 ist eine Gleitführung 38 angeordnet. Zur Abdichtung ist zwischen dem unteren Ende 36 des Druckspeichers 35 und der Stirnseite 39 des Innenteils 26 eine Dichtung 40, beispielsweise ein O-Ring, vorgesehen. Eine weitere Dich­ tung 41, beispielsweise ebenfalls ein O-Ring, ist zwi­ schen dem Innenteil 26 und der Kolbenstange 20 an­ geordnet. Der Druckspeicher 35 kann durch seine Wirkung als Gasfeder die in der Fig. 1 gezeigte Tragfeder ganz oder teilweise, je nach Ausbildung als teil- oder voll­ tragende Hydropneumatik, ersetzen. Die Verbindung zwi­ schen dem Druckspeicher 35 und dem Schwingungsdämpfer 5 erfolgt über die hohle Kolbenstange 20. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, sind die beiden Lagerelemente 21 und 29 in Reihe zueinander geschaltet.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeipiel, bei der als Tilgermasse ein Kolbenspeicher 42 mit einem ringför­ migen Kolben 43 verwendet wird. Die Abstützung des Kol­ benspeichers 42 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 3 erfolgt über ein oberes Lagerelement 44, das in der gezeigten Ausführungsform durch einen Gummikörper 45 gebildet ist. Der Gummikörper 45 kann aus einem einzigen ringförmigen Bauteil oder einer Vielzahl von Einzelelementen bestehen. Die Verbindung zu einem unteren Lagerelement 46, das ebenfalls aus einem Gummikörper 47 besteht, erfolgt über ein Zwischenstück 48, das wie bei der ersten Ausführungs­ form zweiteilig ausgeführt ist. Das Zwischenstück 48 be­ steht aus einem oberen Teil 49 und einem unteren Teil 50. Die Abdichtung zwischen den beiden Teilen 49 und 50 des Zwischenstücks 48 erfolgt durch eine Dichtung 57a, bei­ spielsweise durch einen O-Ring. Zur Platzeinsparung weist der Kolbenspeicher 42 an seiner Unterseite 51 eine napf­ förmige Einschnürung 52 auf. In den durch die Einschnü­ rung 52 entstandenen Raum 53 ragt das obere Teil 49 des Zwischenstücks 48. Das Zwischenstück 48 ist an seiner Stirnseite 54 mit dem Druckspeicher 42 dadurch verbunden, daß ein rohrförmiger Abschnitt 55 in eine zylindrische Aussparung 56 des Teils 49 ragt. Die Abdichtung zwischen dem Kolbenspeicher 42 und dem Teil 49 erfolgt über eine Dichtung 57, beispielsweise einem O-Ring, der zwischen dem Abschnitt 55 und der Aussparung 56 angeordnet ist. Das untere Lagerelement 48 ist über eine innere Mantel­ fläche 58 des Gummikörpers 47 mit einem konusförmigen Ring 59 verbunden, der auf einer hohlen Kolbenstange 60 angeordnet ist.

Die Fig. 4 und 5 unterscheiden sich von der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß in den Fig. 4 und 5 ein Kolbenspeicher 61 verwendet wird, der aus einer Vielzahl von kostengünstig zu fertigenden Ein­ zelspeichern 62 bis 69 besteht, wobei in der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform acht Einzelspeicher vorgesehen sind. In der Schnittansicht der Fig. 5 längs der Linie A-A in der Fig. 4 ist erkennbar, daß die Ein­ zelspeicher 62 bis 69 koaxial auf einem Kreis mit gleich­ bleibendem Abstand zur Längsachse des Schwingungsdämpfers angeordnet sind. In einer anderen Ausführungsform sind die Einzelspeicher jeweils mit einem unterschiedlichen Abstand zur Längsachse des Schwingungsdämpfers vorgese­ hen.

In der in der Fig. 6 gezeigten vierten Ausführungsform ist der Druckspeicher als ein ringförmiger Membranspei­ cher 70 ausgebildet, wobei eine Membran 71 konzentrisch zu einer Längsachse 72a des Gehäuses 96 des Druckspei­ chers 70 des Schwingungsdämpfers 5 angeordnet ist und ihre zylindrische Mantelfläche 73 parallel zur Längsachse 72 verläuft. Aus räumlichen oder funktionalen Gründen können die beiden Längsachsen 72a und 72 auch exzentrisch zueinander liegen bzw. bei einer Dichtungsanordnung ent­ sprechend der Fig. 3 können die Längsachsen 72a und 72 zusätzlich noch einen Winkel miteinander einschließen. Die Membran 71 unterteilt den Druckspeicher 70 in einen äußeren ringförmigen Druckraum 74 mit einer halbkreisför­ migen Querschnittsfläche, in dem sich ein Gas, beispiels­ weise Stickstoff, befindet, und ferner in einen inneren ringförmigen Druckraum 75 mit einer halbkreisförmigen Querschnittsfläche. Über Drosselbohrungen 78, 79 ist der innere Druckraum 75 mit einer hohlen Kolbenstange 77 des Schwingungsdämpfers 5 verbunden. Mit den gleichbleibenden Drosselbohrungen 78, 79 wird eine strömungsgeschwindig­ keitsabhängige, progressive Dämpfung erzielt. Im inneren Druckraum 75 befindet sich eine Hydraulikflüssigkeit. Zwischen den Drosselbohrungen 78, 79 ist ein Zwischenraum 76 ausgebildet. Der Zwischenraum 76 ist zwischen zwei waagrecht liegenden, kreisförmigen Abschnitten 80 und 81 angeordnet. Die Abschnitte 80 und 81 können, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Aus Stabilitätsgründen sind auch andere Quer­ schnittsformen möglich. Beispielsweise kann jeweils ein halbkreisförmiger Querschnitt vorliegen. Unterhalb des Zwischenraumes 76 ist in dem unteren Abschnitt 81 eine Öffnung 82 ausgebildet, die in einen am Abschnitt 81 an­ geordneten, rohrförmigen Ansatz 83 mündet. In den Ansatz 83 ragt das obere Ende 84 der Kolbenstange 77, wobei die Kolbenstange 77 frei in einer Aussparung 85 des Ansatzes 83 bewegbar ist. Die Kolbenstange 77 ist an ihrem oberen Ende 84 über eine Gleitführung 86 geführt, wobei die Gleitführung 86 in einem Zwischenstück 87 angeordnet ist. Die Abdichtung gegenüber der Umgebung erfolgt durch eine Dichtung 88, vorzugsweise ein O-Ring, zwischen dem Zwi­ schenstück 87 und dem Druckspeicher 70 und durch eine Dichtung 89 zwischen der Kolbenstange 77 und dem Zwi­ schenstück 87, wobei die Dichtung 89 unterhalb der Gleit­ führung 86 angeordnet ist. Das Zwischenstück 87 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem die Gleitfüh­ rung 86 enthaltenden oberen Teil 90 und einem mit diesem verbundenen unteren Teil 91. Zwischen dem unteren Teil 91 und dem Zwischenstück 87 ist das untere Lagerelement 92 ausgebildet. Das Lagerelement 92 besteht aus einem Gummi­ körper 93 mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt. Der Gummikörper 93 ist über einen konusför­ migen Ring 94 mit der Kolbenstange 77 verbunden. Das obere Lagerelement 95 ist zwischen einem Gehäuse 96 des Druckspeichers 70 und dem Fahrzeugaufbau 3 angeordnet.

Das obere Lagerelement 95 ist ebenfalls aus Gummi herge­ stellt. Das Lagerelement 95 kann als ein einziges, ring­ förmiges Bauteil mit einem im wesentlichen rechteckförmi­ gen Querschnitt ausgebildet sein. In einer anderen Aus­ führungsform können mehrere, gleichmäßig zueinander ver­ setzt angeordnete Einzelelemente zwischen dem Gehäuse 96 des Druckspeichers 70 und dem Fahrzeugaufbau 3 vorgesehen sein.

Die in der Fig. 7 gezeigte fünfte Ausführungsform unter­ scheidet sich von der in der Fig. 6 gezeigten vierten Ausführungsform dadurch, daß ein Dämpfungsventil 97 zur Erzielung einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, de­ gressiven Dämpfung zwischen einem inneren Druckraum 98 eines als ringförmiger Membranspeicher ausgebildeten Druckspeichers 99 eingebaut ist. Der innere Druckraum 98 wird durch eine Membran 100 von einem äußeren Druckraum 101 abgetrennt. Das Ventil 97 kann auch ein elektrisch angesteuertes Magnetventil oder ein Proportionalventil zur Bypass-Steuerung sein, mit dem dann eine variable Dämpfung erzielt werden kann.

Claims (11)

1. Feder-Dämpfersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges, mit einer Feder und einem Dämpfer, wobei die Feder und der Dämpfer zum einem mit dem Fahr­ zeugaufbau und zum anderen mit einem Rad verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Dämpfer (5) über mindestens zwei in Reihe geschaltete Lager­ elemente (8, 9; 21, 29; 44, 46; 92, 95) am Fahrzeug­ aufbau (3) abstützt und daß zwischen den beiden La­ gerelementen (8, 9; 21, 29; 44, 46; 92, 95) eine Tilgermasse (10, 11, 35, 42, 61, 70, 99) angeordnet ist.

2. Feder-Dämpfersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tilgermasse ein zusätzliches Bau­ teil oder ein bereits im Fahrzeug verwendetes Bau­ teil ist.

3. Feder-Dämpfersystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse ein Bau­ teil einer Federung, insbesondere einer hydropneuma­ tischen Federung, ist.

4. Feder-Dämpfersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse ein Druckspeicher (11, 35, 42, 61, 70, 99) ist.

5. Feder-Dämpfersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (11) ein Kugelspeicher (35) oder ein Kolbenspeicher (42) mit einem einzigen, ringförmigen Kolben (43) oder ein Kolbenspeicher (61) mit mehreren Einzelspeichern (62 bis 69) oder ein ringförmiger Membranspeicher (70, 99) ist.

6. Feder-Dämpfersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (8, 9; 21, 29; 44, 46; 92, 95) sowohl federnd als auch dämpfend wirken.

7. Feder-Dämpfersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (8, 9; 21, 29; 44, 46; 92, 95) als ein Gummilager ausgebildet ist.

8. Feder-Dämpfersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren und dem oberen Lagerelement (8, 9; 21, 29; 44, 46; 92, 95) ein Zwischenstück (30, 48, 87) angeordnet ist, das zumindest mit dem unteren Lagerelement (8, 21, 46, 92) direkt verbun­ den ist und daß das Zwischenstück (30, 48, 87) ent­ weder direkt oder unter Zwischenschaltung des Druckspeichers (42, 61, 70, 99) mit dem zweiten La­ gerelement (29, 44, 95) verbunden ist.

9. Feder-Dämpfersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß als Tilger­ masse ein Druckspeicher (11, 35, 42, 61, 70, 99) und/oder andere Bauteile als ein Druckspeicher einer pneumatischen oder hydropneumatischen Federung, insbesondere Ventile (76, 97), eingesetzt sind.

10. Feder-Dämpfersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (11, 35, 42, 61, 70, 99) teil­ weise oder ganz die Feder (4) ersetzt.

11. Feder-Dämpfersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (10, 11, 35, 42, 61, 70, 99) bei einem Federbein eingebaut ist.