Verstellbarer Federträqer
Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Federträger gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
Aus der DE 32 23 195 A1 ist ein verstellbarer Federträger bekannt, der einen ersten und einen zweiten Federteller umfasst, wobei der Abstand der beiden Federteller mittels eines druckmittelbetätigtbaren Aktuators veränderbar ist, um eine Tragfeder, die zwischen den beiden Federtellern angeordnet ist, zielgerichtet vorzuspannnen, um eine gewünschte Tragkraft zu erreichen.
Als Druckmittel wird ein Hydraulikmedium verwendet. Eine Pumpe fördert aus einem Vorratsbehälter Druckmittel zu einem Zylinder des Aktuators. In dem Zylinder ist ein Kolben gleitend gelagert, der mit einem der beiden Federteller verbunden ist.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, besteht zwischen der Pumpe, einem Vorratsbehälter und dem Aktuator ein Rohrleitungssystem. Diese Aufteilung der Komponenten hat den Vorteil, dass das Gesamtsystem in einem Fahrzeug verteilt werden kann und dabei Einzelkomponenten, wie die Pumpe oder der Speicher, auch räumlich voneinander entfernt in einem Fahrzeug platzierbar sind. Damit steigen aber der Rohrlei- tungs- und der Montageaufwand, sowie das Risiko von Leckagen.
Des Weiteren benötigt man für jedes Fahrzeugrad mindestens ein Strömungsventil, um über den Federträger das gewünschte Fahrzeugaufbauniveau bzw. die Federvorspannung der Tragfeder einstellen zu können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen einfach montierbaren verstellbaren Federträger mit einem Druckmittelsystem zu realisieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Motor, die Pumpe und der Vorratsbehälter eine Baueinheit bilden. Durch die Anordnung des kompletten Druckmittelsystems als eine Baueinheit kann man auf Schläuche und freiliegende Leistungskupplungen verzichten. Des Weiteren vereinfacht sich die Gesamtmontage. Wenn z. B. in einem Fahrwerk mehrere Federträger eingesetzt werden, dann genügen z. B. jeweils ein
Stromversorgungsanschluss und ein CAN-Bus-Anschluss, um die gewünschte Funktion zu erreichen.
Eine besonders kompakte Bauform kann dadurch erreicht werden, dass die Baueinheit eine Zylinderfläche des Aktuators bereitstellt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind mindestens zwei der Komponenten Motor, Pumpe und Vorratsbehälter axial in Reihe angeordnet. Dadurch ergeben sich eine kompakte Bauform und kurze Energieleitungsverbindungen zwischen den Komponenten.
Eine besonders vorteilhafte Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Vorratsbehälter den Motor zumindest teilweise umschließt. Das Hydraulikmedium kann dann für den Motor eine Kühlfunktion übernehmen.
Des Weiteren ist es möglich, dass der Vorratsbehälter eine Antriebswelle des Motors zur Pumpe zumindest teilweise umschließt. Diese Variante bietet sich dann an, wenn man eine Baueinheit anstrebt, die zwei„trockene" endseitige Komponenten aufweist, um z. B. leichter Kabelanschlüsse für die Stromversorgung oder die Sensorik zu erhalten.
Ein ganz besonders kompakter Vorratsbehälter wird dann erreicht, wenn der Aktuator als Gleichgang-Zylinder ausgeführt ist und der Vorratsbehälter von einem ersten und einem zweiten Zylinderraum gebildet wird. Der Vorratsbehälter für das Druckmediumvolumen kann praktisch entfallen, da der Gleichgang-Zylinder den Vorratsbehälter darstellt. Folglich erreicht man eine sehr kurze Baueinheit.
Man kann auch vorsehen, dass die Baueinheit ein Hüllrohr aufweist, das die Zylinderfläche für den Aktuator bereitstellt. Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass dann für die Außenkontur des Aktuators deutlich mehr Gestaltungsspielraum zur Verfügung steht, z. B. um Kühlrippen oder Versteifungsrippen vorzusehen.
Optional kann sich das Hüllrohr zumindest über mindestens zwei in Reihe angeordnete Komponenten der Baueinheit erstrecken. Man ordnet das Hüllrohr z. B. nur in dem Bereich des Federträgers an, der auch den Aktuator aufnimmt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann das Hüllrohr mindestens einen Zwischenboden aufweisen, um z. B. eine Komponente der Baueinheit daran zu befestigen. Das Hüllrohr bildet dann praktisch eine Trägerpatrone für die Baueinheit.
Bei einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Baueinheit axial in dem Hüllrohr verschiebbar gelagert und ein Federteller an der Baueinheit fixiert ist. Das Hüllrohr bildet dann funktional den Zylinder und die Baueinheit den Kolben des Aktuators.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Baueinheit an einem abzustützenden Bauteil befestigt, z. B. dem Fahrzeugaufbau oder auch einer Fahrzeugkabine. Bei dieser Anordnung ist die Energieversorung und der Anschluss an die Sensorik zur Steuerung des Federträgers besonders einfach. Des Weiteren beeinflusst die Baueinheit dann nicht die ungefederte Masse eines Fahrzeugs.
Alternativ kann es auch sinnvoll sein, wenn die Baueinheit an einem stützenden Bauteil befestigt ist, z. B. der Fahrzeugachse oder einem Fahrzeugrahmen. Etwaige Schwingungen ausgehend vom Motor oder von der Pumpe werden dann nicht auf den Fahrzeugaufbau oder die Fahrzeugkabine übertragen.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, dass die Zylinderfläche der Baueinheit einen radialen Absatz aufweist, der einen Zylinderboden des Aktuators bildet. Dadurch vereinfacht sich der Gesamtaufbau des Aktuators.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 Federträger mit mechanischem Anschluss über den Vorratsbehälter
Fig. 2 Federträger über den Motor am zu stützenden Bauteil befestigt
Fig. 3 Variante zur Figur 1 mit radialer angeschlossener Energieversorgung
Fig. 4 Variante mit ringförmigen Vorratsbehälter
Fig. 5 weitere Reihenanordnung der Komponenten des Federträgers
Fig. 6 Federträger mit Druckmittelkammer als Vorratsbehälter
Fig. 7 Federträger an Fahrzeugachsen
Fig. 8 - 10 Federträger mit Hüllrohr
Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Fahrzeug im Bereich einer Fahrzeug- halbachse, die nur prinzipiell dargestellt ist. Grundsätzlich ist die Anwendung der Erfindung nicht aus diese Achskonstruktion beschränkt. Auf die Darstellung eines in der Regel eingesetzten Schwingungsdämpfers beliebiger Bauart wird aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Zwischen einem stützenden Bauteil 1 , in diesem Ausführungsbeispiel die Fahrzeugachse und einem zu stützenden Bauteil 3, dargestellt als Fahrzeugaufbau, ist ein verstellbarer Federträger 5 angeordnet. Der verstellbare Federträger 5 umfasst einen ersten Federteller 7, einen zweiten Federteller 9, sowie ein Druckmittelsystem 1 1 mit einem Aktuator 13, einer der beiden Federteller. Der Federteller 9 stützt sich an der Fahrzeugachse 1 und der andere Federteller 7 über den Aktuator 7 am Fahrzeugaufbau 3 ab.
Das Druckmittelsystem 1 1 umfasst in der einfachsten Ausführung einen Motor 15 zum Antrieb einer Pumpe 17 und einen Vorratsbehälter 19 für das Druckmittel, mit dem der Aktuator 13 von der Pumpe 17 befüllt wird.
In dieser Ausführungsform sind die drei Hauptkomponenten Motor 15, Pumpe 17, und Vorratsbehälter 19 axial in Reihe angeordnet und bilden eine zusammenhängende Baueinheit, bei die Komponente unmittelbar aneinander anliegen, so dass keine distanzüberwindenden Schlauch- oder Rohrverbindung vorliegen. Es besteht eine starre Verbindung der Teilgehäuse der drei Komponenten, so dass auch auf die
Baueinheit 15; 17; 19 wirkende Querkräfte aufgenommen werden könnten. Des Weiteren ist der Motor 15 hydraulisch dicht zum Vorratsbehälter 19 und zur Pumpe 17 ausgeführt.
Die äußere Mantelfläche der Baueinheit 15; 17; 19 bildet eine Zylinderfläche 21 des Aktuators 13. Des Weiteren ist erkennbar, dass die Zylinderfläche 21 der Baueinheit 15; 17; 19 einen radialen Absatz 23 aufweist, der einen ortsfesten Zylinderboden des Aktuators 13 bildet an dem sich der Betriebsdruck im Aktuator abstützen kann. Auf der Zylinderfläche 21 gleitet abgedichtet ein Aktuatorzylinder 25 mit einem Boden 27, so dass eine abgeschlossene Druckmittelkammer 29 vorliegt. An dem Aktuatorzylinder 25 ist der Federteller 7 befestigt. Zwischen beiden Federtellern 7; 9 ist eine Tragfeder 31 verspannt, wobei die Vorspannung der Tragfeder 31 durch die Veränderung des axialen Abstands zwischen den beiden Federtellern 7; 9 einstellbar ist, um die Stützkraft einer Zielkraft anzupassen.
In diesem Beispiel ist die Baueinheit 15; 17; 19 über den Vorratsbehälter 19 mechanisch an dem zu stützenden Bauteil fixiert. Eine Energieversorgung 35 und die Verbindung mit einer nicht dargestellten Sensorik am Fahrzeug erfolgt über das offene Ende des Motors 15 über die Fahrzeugachse 1 . Über die Fahrzeugachse bedeutet entlang und/oder durch die Achse.
Wenn das Fahrzeug z. B. angehoben werden soll, um z. B. die Bodenfreiheit zu vergrößern, dann wird über die von dem Motor 15 angetriebene Pumpe 17 gegen die Kraft der Tragfeder 31 Druckmittel aus der Druckmittelkammer 29 in den Vorratsbehälter 19 zurück gefördert. Vereinfacht ist dazu eine Anschlussöffnung 33 zwischen der Pumpe 17 und der Druckmittelkammer 29 eingezeichnet.
Die Figur 2 zeigt eine Baueinheit 15; 17; 19 mit derselben Reihenanordnung der Einzelkomponenten wie in Figur 1 . Abweichend ist die Baueinheit 15; 17; 19 über den Motor 15 an dem zu stützenden Bauteil 3 befestigt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Energieversorgung 35 über das zu stützende Bauteil erfolgt. Bei dieser Energieversorgung sind die Anschlussleitungen besonders gut gegen äußere Einflüsse geschützt.
Mit der Fig. 3 soll verdeutlicht werden, dass es auch möglich ist, die Anschlussleitungen für die Energieversorgung 35 und eine Sensorik 37 und einem Steuergerät 39 radial durch die Tragfeder 31 zu verlegen. Gewöhnlich wird eine Tragfeder 31 derart ausgelegt, dass sie nicht bis zur Blocklänge belastet wird. Dazu werden ggf. Anschlagpuffer innerhalb der Fahrzeugachse 1 eingesetzt, die dem Federträger 5 funktional parallel geschaltet sind.
In den weiteren Figuren wird auf die Darstellung der Anschlussleitungen verzichtet.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Variante der Baueinheit 15; 17; 19, bei der zwei Komponenten 15; 19 zusammen in Reihe zur dritten Komponente 17 angeordnet sind. Hier ist der Vorratsbehälter 19 als Ringzylinder ausgeführt, der den Motor 15 zumindest teilweise umschließt. Die Funktionsweise gleicht der Beschreibung zur Figur 1 , wonach über die Pumpe 17 nach Belieben Druckmittel zwischen der Druckmittelkammer 29 und dem Vorratsbehälter 19 umgepumpt wird.
Mit der Figur 5 soll verdeutlicht werden, dass es auch möglich ist, eine Reihenanordnung der Komponenten Pumpe 17 -Vorratsbehälter 19 -Motor 15 zu realisieren. Dazu ist der Vorratsbehälter 19 als Ringraum ausgeführt, der eine Antriebswelle 41 des Motors 15 zur Pumpe 17 zumindest teilweise umschließt.
In der Figur 6 ist der Aktuator 13 als ein Gleichgang-Zylinder ausgeführt. Der Aktua- torzylinder 25 weist einen Zwischenboden 43 auf, der die Druckmittelkammer zweiteilt. Die Pumpe 17 fördert Druckmittel zwischen einer ersten und einer zweiten Druckmittelteilkammer 45; 47. Bei dieser Ausführung ist es möglich, aktiv gegen die Kraft der Tragfeder 31 eine Federtellerverstellung vorzunehmen. Grundsätzlich ist dieses Arbeitsprinzip möglich. Dazu muss einfach der verschiebbare Boden 27 des Aktuatorzylinders 25 an dem dem Federteller 7 gegenüberliegenden Ende der der Druckmittelkammer 29 angeordnet sein, oder anders ausgedrückt, der Absatz 23 in der Zylinderfläche 21 muss in Richtung des nicht verstellbaren Federtellers 9 weisen.
Optional kann man vorsehen, dass in einem der Druckmittelteilkammern 45; 47 ein Trennkolben 49 angeordnet ist, der mit einem Gasspeicher 51 zusammenwirkt. Mit diesem Bauprinzip kann man sogar thermische Volumenänderungen im Druckmittelsystem kompensieren. Die beiden Druckmittelteilkammer 45; 47 bilden den Vorratsbehälter 19.
In der Figur 7 ist der Aktuatorzylinder 25 im linken Halbschnitt an dem stützenden Bauteil 1 fixiert und die Baueinheit 15, 17, 19 ist im Aktuatorzylinder 25 schwimmend gegen das Volumen der Druckmittelkammer 29 geführt. Der verstellbare Federteller 7 ist axial ortsfest mit der Baueinheit 15; 17; 19 verbunden. Auch hier wirkt die Verstellkraft des Aktuators 13 gegen die Tragfeder 31 .
Der rechte Halbschnitt verdeutlich, dass die Baueinheit 15; 17; 19 über den Motor 15 auch an dem stützenden Bauteil 1 fixiert sein kann und der verstellbare Federteller 7 ist wie in den Figuren 1 - 6 am Aktuatorzylinder 25 befestigt. Dann wird durch ein Abpumpen von Druckmedium aus der Druckmittelkammer 29 in den Vorratsbehälter 19 die Kraft der Tragfeder 31 eine Federtellerverstellung vorgenommen.
Die Figur 8 zeigt eine Variante, bei der die Bauheit 15; 17; 19 ein Hüllrohr 53 aufweist, das die Zylinderfläche 21 bereitstellt. An der Zylinderfläche 21 ist ein Druckmittelkammerboden 55 ausgeführt anstelle des Absatzes gemäß Fig.1 . Der Druckmittelkammerboden kann als separates Bauteil ausgeführt oder auch direkt aus dem Hüllrohr 53 geformt sein. In der Figur 8 erstreckt sich das Hüllrohr 53 zumindest teilweise über alle drei Komponenten 15; 17; 19 der Baueinheit. Man kann das Hüllrohr 53 aber auch auf die Baulänge der Druckmittelkammer 29 zuzüglich der Verschiebung des Aktuatorzylinders 25 begrenzen.
Die Figur 9 offenbart eine Variante mit einem zur Fig. 8 vergleichbaren Grundaufbau. Zusätzlich weist das Hüllrohr 53 mindestens einen Zwischenboden 57 auf, an dem die benachbarten Komponenten 15; 17; 19 axial fixiert werden können.
Mit der Fig. 10 soll verdeutlicht werden, dass auch das Grundprinzip nach Fig. 7 in Verbindung mit einem Hüllrohr 53 einsetzbar ist. In dem Fall ist das Hüllrohr 53 axial
ortsfest mit dem Vorratsbehälter 19 und/oder der Pumpe 17 verbunden und trägt den verstellbaren Federteller 7.
Bezuqszeichen
I stützendes Bauteil 59 3 zu stützendes Bauteil 61 5 Federträger 63 7 erster Federteller 65 9 zweiter Federteller 67
I I Druckmittelsystem 69 13 Aktuator 71 15 Motor 73 17 Pumpe 75 19 Vorratsbehälter 77 21 Zylinderfläche 79 23 Absatz 81 25 Aktuatorzylinder 83 27 Boden 85 29 Druckmittelkammer 87 31 Tragfeder 89 33 Anschlussöffnung 91 35 Energieversorgung 93 37 Sensorik 95 39 Steuergerät 97 41 Antriebswelle 99 43 Zwischenboden 101 45 erste Druckmittelkammer 103 47 zweite Druckmittelkammer 105 49 Trennkolben 107 51 Gasspeicher 109 53 Hüllrohr 1 1 1 55 Druckmittelkammerboden 1 13 57 Zwischenboden 1 15