WO2011141155A1 - Feder-dämpfer-einheit zur höhenverstellung eines fahrzeuges - Google Patents

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WO2011141155A1 PCT/EP2011/002313 EP2011002313W WO2011141155A1 WO 2011141155 A1 WO2011141155 A1 WO 2011141155A1 EP 2011002313 W EP2011002313 W EP 2011002313W WO 2011141155 A1 WO2011141155 A1 WO 2011141155A1
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damper
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PCT/EP2011/002313
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Matthias Kohlhauser
Hansjörg Pöhler
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Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co. Kg
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    • H02K7/08—Structural association with bearings

Definitions

  • the present invention relates to a spring-damper unit for height adjustment of a vehicle according to the preamble of claim 1 and a suspension system according to the preamble of claim 14 and a motor vehicle.
  • sprung and wheel-guiding struts such as the McPherson strut, known in which between one end of the spring and the body, an adjustment is arranged.
  • This adjustment means establishes the optimum vehicle level even with load changes or makes possible an additionally selectable height adjustment.
  • the level control or adjustment is carried out using a movable spring plate.
  • DE 10 2008 013 913 A1 discloses a wheel suspension for steered wheels of motor vehicles, which has an upper and a lower spring plate, between which a helical compression spring is arranged.
  • the upper spring plate is clamped facing the vehicle body, while the lower spring plate is firmly connected to a damper tube of a shock absorber.
  • an actuator is provided around the shock absorber, which acts via an actuator with the interposition of an axial roller bearing on the upper spring plate.
  • the thrust bearing is arranged in the axial adjustment part of the actuator. In the complex combination of the required functional elements, this arrangement requires a lot of space, which must be available at least on each steered wheel of the motor vehicle.
  • the object of the present invention is therefore to provide a spring-damper unit, a suspension system and a motor vehicle are available, in which, despite the large number of functional elements optimal space utilization is possible. Furthermore, the spring-damper unit, the suspension system and the motor vehicle to be inexpensive to manufacture.
  • a spring-damper unit for height adjustment of a vehicle comprising a vibration damper, a suspension spring for suspension of the vehicle, an upper spring plate on which the suspension spring is supported, an adjusting device for height adjustment of the upper spring plate, with an actuator and an adjusting mechanism, wherein preferably the adjusting mechanism for converting the rotational movement generated by the actuator is formed in a translational movement of the upper spring plate, a thrust bearing for supporting the spring-damper unit, in particular of the upper spring plate and / or a piston rod to a body of the Vehicle, wherein the adjusting mechanism additionally, in particular exclusively, forms the thrust bearing.
  • a structurally simple solution requires less installation space since it is possible to dispense with a separate axial bearing.
  • the thrust bearing supports at least one movable component, preferably a plurality of movable components, of the spring-damper unit with respect to at least one non-movable, preferably a plurality of non-movable, connected to the body of the motor vehicle component or connected components of the spring-damper unit and preferably takes the axial bearing axial forces, in particular in the direction of an axis of the spring-damper unit, in particular the piston rod, on and / or the thrust bearing takes a rotational movement, in particular about the axis of the spring-damper unit, at least one movable component of the spring-damper unit.
  • the movable components perform a rotational movement about the axis and / or a translational movement parallel to the axis.
  • the spring-damper unit no separate thrust bearing in addition to the adjusting mechanism and / or the adjusting mechanism is designed as a screw, which a threaded spindle with an external thread with a, preferably slight, pitch for receiving the rotation and / or support of the suspension spring has, which engages in a, connected to the upper spring plate screw nut which coaxially surrounds the screw spindle and has an internal thread with the same, preferably slight, pitch.
  • the screw drive has a high load capacity. This property is used to act as a thrust bearing for the rotation and support of the suspension spring. It is expedient to consider a, in particular axial, actuating mechanism bearing, not as a separate thrust bearing.
  • the, preferably slight, pitch of the inner and outer threads corresponds to an axial height difference of a thread of the inner and outer threads of less than 5 mm, 4 mm, 3 mm or 2 mm and / or a rotation of the screw spindle by 45 ° a height offset of upper spring plate of less than 1 mm or 0.45 mm or 0.35 mm or 0.25 mm and / or the internal and external threads are designed so that when a rotation of the screw spindle by 45 ° with a fixed screw nut the height offset of the upper spring plate is less than 2 mm or 1 mm or 0.55 mm or 0.35 mm or 0.25 mm.
  • the screw drive is designed as a ball screw drive or as Planetenxxlzgewindetrieb. This results in a particularly low-friction solution, which allows a smooth steering.
  • the suspension spring in particular radially, positively connected to the upper spring plate and / or of the wheel-guiding spring-damper unit is a steering movement of a wheel executable and / or steering movement of the wheel causes a vertical displacement of the spring-damper unit , From this positive connection of the suspension spring on the upper spring plate results in a rotation of the upper spring plate as well as the firmly connected to the upper spring plate threaded nut.
  • the wheel is attached to the spring-damper unit.
  • the wheel attached to the spring-damper unit performs a rotational movement, in particular about the axis of the spring-damper unit, preferably the piston rod. Since the adjusting mechanism also forms the thrust bearing, the threaded nut carries out the rotational movement or rotational movement of the wheel during the steering movement. This leads to a small height offset in the steering movement.
  • the actuator for driving the actuating mechanism on an electric, a pneumatic or a hydraulic motor can be selected for the actuator mechanism without the need for any structural changes to the spring-damper unit.
  • the electric, the pneumatic or the hydraulic motor is arranged above a vehicle dome of the vehicle body and / or the upper spring plate.
  • the space below the spring dome or the upper spring plate can be used alone for the remaining mechanical functional elements of the spring-damper unit, thereby improving the space required.
  • the electric, the pneumatic or hydraulic motor is fixed, ie not movable, connected to the vehicle body or the body. This eliminates moving electrical connections for the drive. The fixed connections are easily accessible at all times. By the outer layer of the engine can also be realized a good cooling possibility.
  • the electric motor, the pneumatic or the hydraulic motor is designed as a ring motor. Since the ring motor is preferably provided with a large diameter, due to a large, applied by the ring motor torque no additional translation to the screw drive is necessary. This also results in a low overall height, which is why above the spring dome or the upper spring plate little space is needed.
  • the ring motor consists of a rotor and a stator, which are mounted concentrically to one another, wherein the rotor of the ring motor with the screw spindle of the adjusting mechanism for converting the rotational movement in the translational movement, preferably at least during the adjustment, is firmly connected.
  • the radial structure of the ring motor leads to a further space saving at the installation in the motor vehicle.
  • the ring motor has an opening for receiving a piston rod of the vibration damper, which is elastically connected to the adjusting device. This results in more space for the necessary support of the piston rod of the spring-damper unit.
  • the axis of rotation of the electric, the pneumatic or the hydraulic motor is substantially, for. B. with a deviation of less than 1 cm or 0.5 cm or 0.2 cm, identical to the axis of the suspension spring or axis of the piston rod of Vibration damper, which is for receiving a vehicle vibration, preferably enclosed by a damper tube.
  • the available space can be optimally used for the movement sequences of the spring-damper unit.
  • a lower spring plate is attached to the damper tube, which is connected via the suspension spring with the upper spring plate, wherein the upper and lower spring plates are slidably mounted in the direction of the axis of the piston rod or in the direction of the axis of the support spring. Also, this structure contributes to the optimal utilization of the available space with optimal and reliable execution of the function of the spring-damper unit.
  • An inventive suspension system comprises a spring-damper unit, a wishbone and a tie rod, wherein the spring-damper unit is designed as a spring-damper unit described in this patent application.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a spring-damper unit described in this patent application and / or a wheel suspension system also described in the patent application.
  • Fig. 1 a schematic representation of a spring-damper unit in
  • FIG. 3 shows a detailed view of a suspension spring on an upper spring plate.
  • a known McPherson strut for a motor vehicle not shown is shown. It is a special form of spring-damper unit 1 for independent suspension.
  • the spring-damper unit 1 takes over the connection between a wheel carrier with a wheel (not shown) to the body of the motor vehicle.
  • the spring-damper unit 1 has a shock absorber 2, which consists of a piston rod 3, which is guided in a cylindrical damper tube 4.
  • the damper tube 4 of the shock absorber 2 leads with a lower end 5 a steering knuckle, not shown.
  • a lower spring plate 6 is fixed, on which a trained as a helical spring support spring 7 rests.
  • the opposite, upper end of the suspension spring 7 leads to an upper spring plate 8, which is covered by a vehicle dome 9.
  • a bellows is arranged, which transmits no forces from the spring plate 8 to the vehicle dome 9.
  • an electric motor designed as a ring motor is arranged above the vehicle dome 9, which consists of a stator 10 which concentrically encloses a rotor 11.
  • a threaded spindle 12 is fixedly mounted or fixed, which is guided by means of actuating mechanism bearings 13 as a rolling bearing, in particular with rollers or needle rollers, and thus carries out the rotational movement of the rotor 1 1 with.
  • the uppermost actuating mechanism bearing 13 is an axial actuating mechanism bearing 13 and the second and third actuating mechanism bearings 13 are radial actuating mechanism bearings 13.
  • the actuating mechanism bearings 13 are part of an actuating mechanism and support rotating components of the actuating mechanism, in particular the threaded spindle 12.
  • the threaded spindle 12 carries an external thread 14, which extends on the one hand approximately to the vehicle dome 9 and on the other hand guided along the piston rod 3 outside the damper tube 4 and executed.
  • the screw spindle 12 is shown in Fig. 2 with a different hatching represented (the upper hatching has a smaller distance than the lower hatching).
  • the external thread 14 of the screw spindle 12 engages in a not-shown internal thread of a threaded nut 15 which is rotatably connected to the upper spring plate 8. External and internal threads have a low pitch. With a rotation of the screw spindle 12 by 45 °, a height offset of only 0.35 mm is realized.
  • the ring motor with the stator 10 and the rotor 1 1 is formed very flat and has a large opening 16 in the middle, in which the piston rod 3 can engage elastically for receiving vehicle vibrations.
  • the ring motor has a large diameter and is formed very flat, whereby a large torque for driving the screw spindle 12 is formed, which can be transmitted to the screw nut 15 without an additional intermediate gear.
  • connection of the suspension spring 7 with the upper and / or lower spring plate 6, 8 can also be made material and / or non-positive, and this is preferably also complementary to the positive connection possible (not shown).
  • the axial bias of the suspension spring 7 is adjusted by means of the ring motor.
  • the rotor 1 1 rotates, with the rotation of the rotor 1 and the screw spindle 12 is rotated.
  • the external thread 14 formed on the threaded spindle 12 engages in the internal thread of the threaded nut 15, causing it to translate in the direction of the axis 18 of the piston rod 3, which is illustrated by the direction of the arrow 19 in FIG.
  • the screw spindle 12 consists of two parts. A first upper part is shown in Fig. 2 with a hatching with a small distance and a second lower part is shown in Fig. 2 with a hatching with a large distance and also has the external thread 14.
  • the lower part of the screw spindle 12 is slightly lifted by a mechanism, not shown, of the vehicle dome 9, so that no forces from the lower part of the screw spindle 12 on the vehicle dome 9 can be transmitted.
  • the axial forces received by the spring plate 8 are introduced by means of the screw spindle 12 and the upper axial actuating mechanism bearing 13 in particular via the non-movable component at the opening 16 in the body of the motor vehicle.
  • the lower part of the screw spindle 12 is placed on the vehicle dome 9 of the mechanism, not shown, and the axial forces are from the upper spring plate 8 with the threaded nut 15 and the lower part of the screw spindle 12, in particular directly transmitted to the vehicle dome 9 and preferably from the non-movable vehicle dome 9 to the rest of the body.
  • the wheel rotates about the axis 18 of the spring-damper unit. 1
  • the damper tube 4 rotates together with the lower spring plate 6.
  • this rotational movement is transmitted via the suspension spring 7 to the upper spring plate 8, which is also positively connected to the suspension spring 7.
  • the upper spring plate 8 takes the screw nut 15 with it. Due to the presence of the low-friction screw spindle 12 with the small pitch of the external thread 14 a proper steering movement is possible and at the same time ensures axial support of the suspension spring 7. A slight rotation of the suspension spring 7 leads only to a small height offset, z. B. 0.45 mm, the upper spring plate 8, since the screw spindle 12 substantially does not carry out the rotational movement of the screw nut 15 with; this low height offset has no significance in practice.

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Abstract

Bei einer Feder-Dämpfer-Einheit zur Höhenverstellung eines Fahrzeuges, umfassend einen Schwingungsdämpfer (2), eine Tragfeder (7) zur Federung des Fahrzeuges, einen oberen Federteller (8), an welchem die Tragfeder (7) abgestützt ist, eine Verstelleinrichtung (10, 11, 12, 13, 14, 15) zur Höhenverstellung des oberen Federtellers (8) mit einem Aktuator (10, 11) und einem Stellmechanismus (12, 13, 14, 15), wobei vorzugsweise der Stellmechanismus (12, 13, 14, 15) zur Umwandlung der durch den Aktuator (10, 11) erzeugten Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung des oberen Federtellers (8) ausgebildet ist, ein Axiallager zur Lagerung der Feder-Dämpfer-Einheit (1), insbesondere des oberen Federtellers (8) und/oder einer Kolbentange (3), an einer Karosserie des Fahrzeuges, soll trotz der Vielzahl der Funktionselemente eine optimale Bauraumnutzung möglich sein. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Stellmechanismus (12, 13, 14, 15) zusätzlich, insbesondere ausschließlich, das Axiallager (12, 13, 14, 15) bildet.

Description

Feder-Dämpfer-Einheit zur Höhenverstellung eines Fahrzeuges
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder-Dämpfer-Einheit zur Höhenverstellung eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Radaufhängungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14 und ein Kraftfahrzeug.
Zur statischen und dynamischen Niveauregulierung bzw. Höhenverstellung von Fahrzeugen sind schraubengefederte und radführende Federbeine, beispielsweise das McPherson Federbein, bekannt, bei denen zwischen einem Ende der Feder und der Karosserie ein Verstellmittel angeordnet ist. Dieses Verstellmittel stellt das optimale Fahrzeugniveau auch bei Belastungsänderungen her bzw. ermöglicht eine zusätzlich wählbare Höhenverstellung. Die Niveauregelung bzw. -Verstellung erfolgt dabei mit Hilfe eines beweglichen Federtellers.
Die DE 10 2008 013 913 A1 offenbart eine Radaufhängung für gelenkte Räder von Kraftfahrzeugen, welche einen oberen und einen unteren Federteller aufweist, zwischen welchen eine Schraubdruckfeder angeordnet ist. Der obere Federteller ist der Fahrzeugkarosserie zugewandt eingespannt, während der untere Federteller fest mit einem Dämpferrohr eines Stoßdämpfers verbunden ist. Zur Höhenverstellung des Aufbaus ist um den Stoßdämpfer herum ein Aktuator vorgesehen, welcher über einen Stelltrieb unter Zwischenschaltung eines Axialwälzlagers auf den oberen Federteller wirkt. Das Axiallager ist dabei im axialen Verstellteil des Stelltriebes angeordnet. Bei der komplexen Verknüpfung der erforderlichen Funktionselemente benötigt diese Anordnung viel Bauraum, welcher zumindest an jedem gelenkten Rad des Kraftfahrzeuges zur Verfügung stehen muss.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Feder- Dämpfer-Einheit, ein Radaufhängungssystem und ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem trotz der Vielzahl der Funktionselemente eine optimale Bauraumnutzung möglich ist. Ferner sollen die Feder-Dämpfer- Einheit, das Radaufhängungssystem und das Kraftfahrzeug in der Herstellung preiswert sein.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Feder-Dämpfer-Einheit zur Höhenverstellung eines Fahrzeuges, umfassend einen Schwingungsdämpfer, eine Tragfeder zur Federung des Fahrzeuges, einen oberen Federteller, an welchem die Tragfeder abgestützt ist, eine Versteileinrichtung zur Höhenverstellung des oberen Federtellers, mit einem Aktuator und einem Stellmechanismus, wobei vorzugsweise der Stellmechanismus zur Umwandlung der durch den Aktuator erzeugten Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung des oberen Federtellers ausgebildet ist, ein Axiallager zur Lagerung der Feder-Dämpfer- Einheit, insbesondere des oberen Federtellers und/oder einer Kolbenstange, an einer Karosserie des Fahrzeuges, wobei der Stellmechanismus zusätzlich, insbesondere ausschließlich, das Axiallager bildet. Durch eine solche baulich einfache Lösung wird weniger Bauraum benötigt, da auf ein gesondertes Axiallager verzichtet werden kann. Die Funktion des Axiallagers wird dabei von dem Stellmechanismus selbst übernommen. Neben der Einsparung von Bauraum werden durch den Wegfall eines gesonderten Wälzlagers auch Kosten und Gewicht der Feder-Dämpfer-Einheit reduziert. Zweckmäßig lagert das Axiallager wenigstens eine bewegbare Komponente, vorzugsweise mehrere bewegbaren Komponenten, der Feder-Dämpfer- Einheit bezüglich wenigstens einer nicht bewegbaren, vorzugsweise mehreren nicht bewegbaren, mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbundene Komponente bzw. verbundenen Komponenten der Feder- Dämpfer-Einheit und vorzugsweise nimmt das Axiallager axiale Kräfte, insbesondere in Richtung einer Achse der Feder-Dämpfer-Einheit, insbesondere der Kolbenstange, auf und/oder das Axiallager nimmt eine Rotationsbewegung, insbesondere um die Achse der Feder-Dämpfer-Einheit, wenigstens einer bewegbaren Komponente der Feder-Dämpfer-Einheit auf. Die bewegbaren Komponenten führen insbesondere eine Rotationsbewegung um die Achse und/oder eine Translationsbewegung parallel zu der Achse aus.
Vorteilhafterweise weist die Feder-Dämpfer-Einheit kein gesondertes Axiallager in Ergänzung zu dem Stellmechanismus auf und/oder der Stellmechanismus ist als Gewindetrieb ausgebildet, welcher eine Gewindetriebspindel mit einem Außengewinde mit einer, vorzugsweise geringfügigen, Steigung zur Aufnahme der Verdrehung und/oder Abstützung der Tragfeder aufweist, welche in eine, mit dem oberen Federteller verbundenen Gewindetriebmutter eingreift, die die Gewindetriebspindel koaxial umschließt und ein Innengewinde mit derselben, vorzugsweise geringfügigen, Steigung aufweist. Die Verwendung eines Gewindetriebes mit Gewinden, welche nur eine geringfügige Steigung aufweisen, ermöglicht die Aufnahme von Verdrehungen ohne dass die axiale Lage des oberen Federtellers wesentlich verändert wird. Der Gewindetrieb weist dabei eine hohe Tragfähigkeit auf. Diese Eigenschaft wird dazu genutzt, um als Axiallager für die Verdrehung und Abstützung der Tragfeder zu fungieren. Zweckmäßig wird ein, insbesondere axiales, Stellmechanismuslager, nicht als gesondertes Axiallager betrachtet.
Insbesondere entspricht die, vorzugsweise geringfügige, Steigung des Innen- und Außengewindes einem axialen Höhenunterschied eines Gewindeganges des Innen- und Außengewindes von weniger als 5 mm, 4 mm, 3 mm oder 2 mm und/oder eine Verdrehung der Gewindetriebspindel um 45° einem Höhenversatz des oberen Federtellers von weniger als 1 mm oder 0,45 mm oder 0,35 mm oder 0,25 mm entspricht und/oder das Innen- und Außengewinde sind dahingehend ausgebildet, dass bei einer Verdrehung der Gewindetriebspindel um 45° bei einer feststehenden Gewindetriebmutter der Höhenversatz des oberen Federtellers weniger als 2 mm oder 1 mm oder 0, 55 mm oder 0,35 mm oder 0, 25 mm beträgt. Ein geringer Betrag des Höhenversatzes des oberen Federtellers durch die Drehung bei einer Lenkbewegung ist in der Praxis ohne Bedeutung. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Gewindetrieb als Kugelgewindetrieb oder als Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet. Daraus ergibt sich eine besonders reibungsarme Lösung, welche eine leichtgängige Lenkung ermöglicht.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Tragfeder, insbesondere radial, formschlüssig mit dem oberen Federteller verbunden und/oder von der radführenden Feder-Dämpfer-Einheit ist eine Lenkbewegung eines Rades ausführbar und/oder eine Lenkbewegung des Rades bedingt einen Höhenversatz der Feder-Dämpfer-Einheit. Aus dieser formschlüssigen Verbindung der Tragfeder am oberen Federteller ergibt sich eine Verdrehsicherheit des oberen Federtellers genauso wie der mit dem oberen Federteller fest verbundenen Gewindetriebmutter. Zweckmäßig ist das Rad an der Feder-Dämpfer-Einheit befestigt. Bei einer Lenkbewegung führt das an der Feder-Dämpfer-Einheit befestigt Rad eine Rotationsbewegung, insbesondere um die Achse der Feder-Dämpfer-Einheit, vorzugsweise der Kolbenstange, aus. Da der Stellmechanismus auch das Axiallager bildet führt die Gewindetriebmutter die Drehbewegung bzw. Rotationsbewegung des Rades bei der Lenkbewegung mit aus. Dies führt zu einem geringen Höhenversatz bei der Lenkbewegung.
In einer Variante weist der Aktuator zum Antrieb des Stellmechanismus einen Elektro-, einen Pneumatik- oder einen Hydraulikmotor auf. Je nach Funktionsweise der Feder-Dämpfer-Einheit können die Antriebe für den Stellmechanismus ausgewählt werden, ohne dass konstruktive Änderungen an der Feder-Dämpfer-Einheit notwendig werden.
Vorzugsweise ist der Elektro-, der Pneumatik- oder der Hydraulikmotor oberhalb eines Fahrzeugdomes der Fahrzeugkarosserie und/oder des oberen Federtellers angeordnet. Dadurch kann der Bauraum unterhalb des Federdomes bzw. des oberen Federtellers allein für die verbleibenden mechanischen Funktionselemente der Feder-Dämpfer-Einheit genutzt werden, wodurch sich der Raumbedarf verbessert. Zweckmäßig ist der Elektro-, der Pneumatik- oder der Hydraulikmotor fest, d. h. nicht beweglich, mit dem Fahrzeugaufbau bzw. der Karosserie verbunden. Dadurch entfallen bewegliche elektrische Anschlüsse für den Antrieb. Die feststehenden Anschlüsse sind jederzeit leicht zugänglich. Durch die Außenlage des Motors lässt sich auch eine gute Kühlmöglichkeit realisieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromotor, der Pneumatik- oder der Hydraulikmotor als Ringmotor ausgebildet. Da der Ringmotor vorzugsweise mit einem großen Durchmesser versehen ist, ist auf Grund eines großen, vom Ringmotor aufgebrachten Drehmomentes keine zusätzliche Übersetzung zum Gewindetrieb notwendig. Daraus ergibt sich auch eine geringe Bauhöhe, weshalb auch oberhalb des Federdomes oder des oberen Federtellers wenig Bauraum benötigt wird.
Insbesondere besteht der Ringmotor aus einem Rotor und einem Stator, die konzentrisch zueinander gelagert sind, wobei der Rotor des Ringmotors mit der Gewindetriebspindel des Stellmechanismus zur Umwandlung der Rotationsbewegung in die translatorische Bewegung, vorzugsweise zumindest während des Verstellvorganges, fest verbunden ist. Der radiale Aufbau des Ringmotors führt zu einer weiteren Platzeinsparung am Einbauort im Kraftfahrzeug. In einer ergänzenden Ausführungsform weist der Ringmotor eine Öffnung zur Aufnahme einer Kolbenstange des Schwingungsdämpfers auf, welche elastisch mit der VerStelleinrichtung verbunden ist. Somit ergibt sich mehr Platz für die notwendige Abstützung der Kolbenstange der Feder-Dämpfer- Einheit.
In einer Weiterbildung verläuft die Rotationsachse des Elektro-, des Pneumatik- oder des Hydraulikmotors im Wesentlichen, z. B. mit einer Abweichung von weniger als 1 cm oder 0,5 cm oder 0,2 cm, identisch zur Achse der Tragfeder oder Achse der Kolbenstange des Schwingungsdämpfers, welche zur Aufnahme einer Fahrzeugschwingung, vorzugsweise von einem Dämpferrohr, umschlossen ist. Dadurch kann der vorhandene Bauraum optimal für die Bewegungsabläufe der Feder-Dämpfer- Einheit genutzt werden.
In einer ergänzenden Variante ist an dem Dämpferrohr ein unterer Federteller befestigt, welcher über die Tragfeder mit dem oberen Federteller verbunden ist, wobei der obere und untere Federteller in Richtung der Achse der Kolbenstange oder in Richtung der Achse der Tragfeder verschiebbar gelagert sind. Auch dieser Aufbau trägt zur optimalen Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes bei optimaler und zuverlässiger Ausführung der Funktion der Feder-Dämpfer-Einheit bei.
Ein erfindungsgemäßes Radaufhängungssystem umfasst eine Feder- Dämpfer-Einheit, einen Querlenker und eine Spurstange, wobei die Feder- Dämpfer-Einheit als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Feder-Dämpfer-Einheit ausgebildet ist.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Feder-Dämpfer-Einheit und/oder ein ebenfalls in der Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Radaufhängungssystem.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Feder-Dämpfer-Einheit in
Form eines McPherson-Federbeins, Fig. 2: ein Längsschnitt durch die Feder-Dämpfer-Einheit und
Fig. 3: eine Detailansicht einer Tragfeder an einem oberen Federteller. In Fig. 1 ist ein an sich bekanntes McPherson-Federbein für ein nicht weiter dargestelltes Kraftfahrzeug abgebildet. Dabei handelt es sich um eine spezielle Form einer Feder-Dämpfer-Einheit 1 zur Einzelradaufhängung. Die Feder-Dämpfer-Einheit 1 übernimmt die Verbindung zwischen einem Radträger mit einem Rad (nicht dargestellt) zur Karosserie des Kraftfahrzeuges. Die Feder-Dämpfer-Einheit 1 weist einen Stoßdämpfer 2 auf, welcher aus einer Kolbenstange 3 besteht, die in einem zylinderförmigen Dämpferrohr 4 geführt wird. Das Dämpferrohr 4 des Stoßdämpfers 2 führt mit einem unteren Ende 5 einen nicht dargestellten Achsschenkel. Am anderen Ende des Dämpferrohres 4 ist ein unterer Federteller 6 befestigt, auf welchem eine als Schraubenfeder ausgebildete Tragfeder 7 aufliegt. Das entgegen gesetzte, obere Ende der Tragfeder 7 führt an einen oberen Federteller 8, welcher von einem Fahrzeugdom 9 abgedeckt ist. Zwischen dem oberen Federteller 8 und dem Fahrzeugdom 9 ist ein Faltenbalg angeordnet, welcher keine Kräfte von dem Federteller 8 auf den Fahrzeugdom 9 überträgt.
Wie aus dem Längsschnitt in der Fig. 2 ersichtlich, ist oberhalb des Fahrzeugsdomes 9 ein als Ringmotor ausgebildeter Elektromotor angeordnet, welcher aus einem Stator 10 besteht, der einen Rotor 1 1 konzentrisch umschließt. Am Rotor 1 1 ist eine Gewindetriebspindel 12 fest angeordnet bzw. befestigt, welche mittels Stellmechanismuslagern 13 als Wälzlager, insbesondere mit Rollen oder Nadelrollen, geführt ist und somit die Drehbewegung des Rotors 1 1 mit ausführt. Das oberste Stellmechanismuslager 13 ist ein axiales Stellmechanismuslager 13 und das von oben zweite und dritte Stellmechanismuslager 13 sind radiale Stellmechanismuslager 13. Die Stellmechanismuslager 13 sind Teil eines Stellmechanismus und lagern rotierende Komponenten des Stellmechanismus, insbesondere die Gewindetriebspindel 12. Die Gewindetriebspindel 12 trägt ein Außengewinde 14, welches sich einerseits annähernd bis zum Fahrzeugdom 9 erstreckt und andererseits entlang der Kolbenstange 3 außerhalb des Dämpferrohres 4 geführt bzw. ausgeführt ist. Die Gewindetriebspindel 12 ist in Fig. 2 mit einer unterschiedlichen Schraffur dargestellt (die obere Schraffur weist einen geringeren Abstand auf als die untere Schraffur).
Das Außengewinde 14 der Gewindetriebspindel 12 greift in ein nicht dargestelltes Innengewinde einer Gewindetriebmutter 15 ein, welche drehfest mit dem oberen Federteller 8 verbunden ist. Außen- und Innengewinde weisen dabei eine geringe Steigung auf. Bei einer Verdrehung der Gewindetriebspindel 12 um 45° wird ein Höhenversatz von lediglich 0, 35 mm realisiert.
Darüber hinaus ist der Ringmotor mit dem Stator 10 und dem Rotor 1 1 sehr flach ausgebildet und weist mittig eine große Öffnung 16 auf, in welche die Kolbenstange 3 zur Aufnahme von Fahrzeugschwingungen elastisch eingreifen kann. Der Ringmotor weist einen großen Durchmesser auf und ist sehr flach ausgebildet, wodurch ein großes Drehmoment zum Antrieb der Gewindetriebspindel 12 entsteht, welches ohne ein zusätzliches Zwischengetriebe auf die Gewindetriebmutter 15 übertragen werden kann.
Die Befestigung der Tragfeder 7 am oberen Federteller 8 ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei wird das obere Ende der Tragfeder 7 formschlüssig in eine Aufnahme 17 eingesteckt, welche unterhalb des Federtellers 8 ausgebildet ist. Eine vergleichbare Befestigung ist mit dem unteren Ende der Tragfeder 7 am unteren Federteller 6 möglich, wo die Aufnahme 17 entsprechend auf dem unteren Federtellers 6 angeordnet ist. Auf diese Weise sind beide Enden der Tragfeder 7 fest am unteren und oberen Federteller 6, 8 arretiert. Durch diese formschlüssige Aufnahme 17 am oberen und unteren Federteller 6, 8 wird ein Verdrehen der Tragfeder 7 zwischen oberen und unterem Federteller 7 verhindert und gleichzeitig eine Verdrehsicherung für den oberen Federteller 8 und damit der Gewindetriebmutter 15 realisiert. Die Verbindung der Tragfeder 7 mit dem oberen und/oder unteren Federteller 6, 8 kann auch stoff- und/oder kraftschlüssig erfolgen, wobei dies vorzugsweise auch ergänzend zur formschlüssigen Verbindung möglich ist (nicht dargestellt). Die axiale Vorspannung der Tragfeder 7 wird mit Hilfe des Ringmotors eingestellt. Je nach einzustellender Vorspannung dreht sich der Rotor 1 1 , wobei mit der Drehung des Rotors 1 sich auch der Gewindetriebspindel 12 verdreht. Das an der Gewindetriebspindel 12 ausgebildete Außengewinde 14 greift in das Innengewinde der Gewindetriebmutter 15 ein, wodurch diese zu einer translatorischen Bewegung in Richtung der Achse 18 der Kolbenstange 3 veranlasst wird, was durch die Richtung des Pfeils 19 in Fig. 2 verdeutlicht ist. Durch diese Bewegung der Gewindetriebmutter 15 verändert sich die Position des oberen Federtellers 8 und somit auch die von der Tragfeder 7 aufgebrachte Kraft in Abhängigkeit davon, in welche Richtung der obere Federteller 8 verschoben wird.
Die Gewindetriebspindel 12 besteht aus zwei Teilen. Ein erstes oberes Teil ist in Fig. 2 mit einer Schraffur mit einem geringen Abstand dargestellt und ein zweites unteres Teil ist in Fig. 2 mit einer Schraffur mit einem großen Abstand dargestellt und weist auch das Außengewinde 14 auf. Während einer Rotationsbewegung der Gewindetriebspindel 12 und einer damit verbundenen axialen Bewegung des oberen Federtellers 8 wird der untere Teil der Gewindetriebspindel 12 von einem nicht dargestellten Mechanismus von dem Fahrzeugdom 9 geringfügig abgehoben, so dass von dem unteren Teil der Gewindetriebspindel 12 auf den Fahrzeugdom 9 keine Kräfte übertragen werden können. Die von dem Federteller 8 aufgenommenen axialen Kräfte werden mittels der Gewindetriebspindel 12 und dem oberen axialen Stellmechanismuslager 13 insbesondere über das nicht bewegbare Bauteil an der Öffnung 16 in die Karosserie des Kraftfahrzeuges eingeleitet. Während einer feststehenden Gewindetriebspindel 12, d. h. außerhalb eines Verstellvorganges, ist von dem nicht dargestellten Mechanismus der untere Teil der Gewindetriebspindel 12 auf den Fahrzeugdom 9 aufgelegt und die axialen Kräfte werden von dem oberen Federteller 8 mit der Gewindetriebmutter 15 und dem unteren Teil der Gewindetriebspindel 12, insbesondere direkt, auf den Fahrzeugdom 9 übertragen und vorzugsweise von dem nicht bewegbaren Fahrzeugdom 9 auf die übrige Karosserie. Wird eine Lenkbewegung ausgeführt, dreht sich das Rad um die Achse 18 der Feder-Dämpfer-Einheit 1 . Dabei dreht sich das Dämpferrohr 4 gemeinsam mit dem unteren Federteller 6. Über die formschlüssige Verbindung der Tragfeder 7 mit dem unteren Federteller 6 wird diese Drehbewegung über die Tragfeder 7 zum oberen Federteller 8 übertragen, welcher ebenfalls formschlüssig mit der Tragfeder 7 verbunden ist. Der obere Federteller 8 nimmt dabei die Gewindetriebmutter 15 mit. Infolge des Vorhandenseins der reibungsarmen Gewindetriebspindel 12 mit der der geringen Steigung des Außengewindes 14 ist eine einwandfreie Lenkbewegung möglich und zugleich eine axiale Abstützung der Tragfeder 7 gewährleistet. Eine geringe Verdrehung der Tragfeder 7 führt nur zu einem geringen Höhenversatz, z. B. 0,45 mm, des oberen Federtellers 8, da die Gewindetriebspindel 12 im Wesentlichen die Drehbewegung der Gewindetriebmutter 15 nicht mit ausführt; dieser geringe Höhenversatz hat in der Praxis keine Bedeutung.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer- Einheit 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die Funktion der Gewindetriebspindel 12 integriert damit gleichzeitig die Funktion des sonst notwendigen zusätzlichen Axiallagers. Dabei wird nicht nur Bauraum in der Feder-Dämpfer-Einheit 1 eingespart, sondern durch den Wegfall eines zusätzlichen Wälzlagers auch das Gewicht sowie die Kosten einer solchen Feder-Dämpfer-Einheit 1 reduziert.

Claims

ANSPRÜCHE
Feder-Dämpfer-Einheit (1) zur Höhenverstellung eines Fahrzeuges, umfassend
- einen Schwingungsdämpfer (2),
- eine Tragfeder (7) zur Federung des Fahrzeuges,
- einen oberen Federteller (8), an welchem die Tragfeder (7)
abgestützt ist,
- eine Versteileinrichtung (10, 11 , 12, 13, 14, 15) zur
Höhenverstellung des oberen Federtellers (8) mit einem Aktuator (10, 11) und einem Stellmechanismus (12, 13, 14, 15), wobei vorzugsweise der Stellmechanismus (12, 13, 14, 15) zur
Umwandlung der durch den Aktuator (10, 11 ) erzeugten
Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung des oberen Federtellers (8) ausgebildet ist,
- ein Axiallager zur Lagerung der Feder-Dämpfer-Einheit (1 ),
insbesondere des oberen Federtellers (8) und/oder einer
Kolbenstange (3), an einer Karosserie des Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmechanismus (12, 13, 14, 15) zusätzlich, insbesondere ausschließlich, das Axiallager (12, 13, 14, 15) bildet.
Feder- Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Feder-Dämpfer-Einheit (1) kein gesondertes Axiallager in
Ergänzung zu dem Stellmechanismus (12, 13, 14, 15) aufweist und/oder der Stellmechanismus (12, 13, 14, 15) als Gewindetrieb ausgebildet ist, welcher eine Gewindetriebspindel (12) mit einem Außengewinde (14) mit einer, vorzugsweise geringfügigen, Steigung zur Aufnahme der Verdrehung und/oder Abstützung der Tragfeder (7) aufweist, welche in eine, mit dem oberen Federteller (8) verbundenen
Gewindetriebmutter (15) eingreift, die die Gewindetriebspindel (12) koaxial umschließt und ein Innengewinde mit derselben, vorzugsweise geringfügigen, Steigung aufweist. 3. Feder- Dämpfer-Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die, vorzugsweise geringfügige, Steigung des Innen- und
Außengewindes (14) einen Höhenunterschied von weniger als 5 mm,
4 mm, 3 mm oder 2 mm eines Gewindeganges des Innen- und Außengewindes (14) entspricht
und/oder
eine Verdrehung der Gewindetriebspindel (12) um 45 ° einem
Höhenversatz des oberen Federtellers (8) von weniger als 1 mm oder
0, 45 mm oder 0,35 mm oder 0, 25 mm entspricht.
4. Feder-Dämpfer-Einheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindetrieb (12, 14, 15) als Kugelgewindetrieb oder als
Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet ist.
Feder-Dämpfer-Einheit nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfeder (7), insbesondere radial, formschlüssig mit dem oberen
Federteller (8) verbunden ist
und/oder
von der radführenden Feder-Dämpfer-Einheit (1) eine Lenkbewegung eines Rades ausführbar ist
und/oder
eine Lenkbewegung des Rades einen Höhenversatz der Feder- Dämpfer-Einheit (1) bedingt. 6. Feder-Dämpfer-Einheit nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10, 11) zum Antrieb des Stellmechanismus (12, 13, 14, 15) einen Elektro-, einen Pneumatik- oder einen Hydraulikmotor aufweist.
7. Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro-, der Pneumatik- oder der Hydraulikmotor (10, 11) oberhalb eines Fahrzeugdomes (9) der Fahrzeugkarosserie und/oder des oberen Federtellers (8) angeordnet ist.
Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro-, der Pneumatik- oder der Hydraulikmotor (10, 11) fest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.
9. Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro-, der Pneumatik- oder der Hydraulikmotor als Ringmotor (10, 1 1 ) ausgebildet ist.
10. Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmotor (10, 1 1 ) aus einem Rotor (1 1 ) und einem Stator (10) besteht, die konzentrisch zueinander gelagert sind, wobei der Rotor (1 1 ) des Ringmotors (10, 1 1 ) mit der Gewindetriebspindel (12) des Stellmechanismus (12, 13, 14, 15) zur Umwandlung der
Rotationsbewegung in die translatorische Bewegung, vorzugsweise zumindest während des Verstellvorganges, fest verbunden ist.
1 1. Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmotor (10, 1 1 ) eine Öffnung (16) zur Aufnahme einer
Kolbenstange (3) des Schwingungsdämpfers (2) aufweist, welche elastisch mit der VerStelleinrichtung (10, 1 1 , 12, 13, 14, 15) verbunden ist.
12. Feder-Dämpfer-Einheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Elektro-, des Pneumatik- oder des
Hydraulikmotors (10, 1 1 ) im Wesentlichen identisch zu einer Achse der Tragfeder (7) oder einer Achse (18) der Kolbenstange (3) des Schwingungsdämpfers (2) verläuft, welche insbesondere zur
Aufnahme einer Fahrzeugschwingung, vorzugsweise von einem Dämpferrohr (4), umschlossen ist. 13. Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Dämpferrohr (4) ein unterer Federteller (6) befestigt ist, welcher über die Tragfeder (7) mit dem oberen Federteller (8) verbunden ist, wobei der obere Federteller (8) in Richtung der Achse (18) der Kolbenstange (3) oder in Richtung der Achse der Tragfeder (7) verschiebbar gelagert sind. 14. Radaufhängungssystem, umfassend
eine Feder-Dämpfer-Einheit,
einen Querlenker und
eine Spurstange dadurch gekennzeichnet, dass die Feder-Dämpfer-Einheit (1 ) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist. 15. Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug wenigstens eine Feder-Dämpfer-Einheit (1 ) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13 und/oder eine Radaufhängungssystem gemäß Anspruch umfasst.
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