DE10034603A1 - Fahrwerk mit Tilgermassen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für Fahrzeuge mit luftbereiften Rädern, mit die Radaufhängungen einzeln gegen den Fahrzeugaufbau abstützenden Feder-Dämpferelementen und mit im Bereich der einzelnen Räder mittels eigenständiger Feder-Dämpfersystemen gelagerten Tilgermassen. DOLLAR A Das federnde und/oder dämpfende Element umfasst zwei durch mindestens ein Drosselelement getrennte gasgefüllte Volumina, von denen mindestens eines veränderlich ist und im Falle von zwei veränderlichen Volumina dem Element ein separates Federelement parallelgeschaltet ist. DOLLAR A Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrwerk entwickelt, das die Vorteile der pneumatischen Feder- und/oder Dämpferelemente mit denen eines in Radnähe angeordneten Tilgers zur Verbesserung des Fahrkomforts kombiniert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für Fahrzeuge mit luftbe­ reiften Rädern, mit die Radaufhängungen einzeln gegen den Fahrzeugaufbau abstützenden Feder-Dämpferelementen und mit im Bereich der einzelnen Räder mittels eigenständiger Feder- Dämpfersystemen gelagerten Tilgermassen.

Beim Fahren eines Kraftfahrzeuges werden durch Fahrbahnuneben­ heiten und Schwingungen des Antriebsstranges im Bereich des Fahrwerks ein Frequenzspektrum von Schwingungen erregt. Dieses beinhaltet den Frequenzbereich der Eigenfrequenz des Fahrzeug­ aufbaus sowie den Frequenzbereich der Eigenfrequenz der unge­ federten Massen. Die Eigenfrequenz des Fahrzeugaufbaus liegt wegen der hohen Masse bei niedrigen Frequenzen, die Eigenfre­ quenz der ungefederten Masse bei höheren Frequenzen. Der Fahr­ komfort wird bestimmt durch das Verhalten der Teilsysteme auf die Schwingungserregung.

Aus der DE-AS 14 30 836 ist eine Dämpfungsvorrichtung für die Federung von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bekannt. Diese Vorrichtung arbeitet nach einem hydropneumati­ schen Wirkprinzip. Hierbei werden ein inkompressibles Fluid und ein gasförmiges Medium verwendet. Beide sind durch eine Membran hermetisch getrennt. Das gasförmige Medium wirkt als Feder. Das Fluid hat die Aufgabe eines Übertragungsmediums und wirkt durch sein Durchströmen eines Drosselelements als Dämp­ fer. Zur Abdichtung der Betätigungselemente sind schleifende Dichtungen erforderlich. Bei der hydropneumatischen Federung bestimmt die Verdrängungsgeschwindigkeit des Hydraulikmediums die Fähigkeit des Systems, auf Erregerschwingungen zu reagie­ ren. Im Bereich höherer Erregerfrequenzen ist das System durch seine eigene Trägheit steif.

Mit zunehmender Last wird das Gaspolster unter Veränderung des Federweges komprimiert. Die Federung ist schon bei niedrigeren Erregerfrequenzen steif und hat dadurch eine relativ hohe Sy­ stemeigenfrequenz.

Die Einsatzgrenze dieses Dämpfers hin zu höheren Frequenzen wird durch die Trägheit und die Viskosität des Fluids be­ stimmt. Die in der Nähe der Räder angeordneten Tilgermassen mit ihren Feder-Dämpfer-Systemen dienen zur Federung und Dämp­ fung der höherfrequenten Schwingungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, ein Fahrwerk zu entwickeln, das mit einem Feder- Dämpfersystem ausgerüstet ist, das unabhängig von der Last ei­ nen hohen Federungskomfort gewährleisten soll. Im niederfre­ quenten Bereich soll es eine hohe Dämpfung aufweisen und die Amplituden der Oberschwingungen sollen gering sein.

Diese Problemstellung wird mit einem Fahrwerk mit den Merkma­ len des Hauptanspruches gelöst. Das einzelne die Radaufhängung gegen den Fahrzeugaufbau abstützende federnde und/oder dämpfende Element umfasst zwei durch mindestens ein Drossel­ element getrennte gasgefüllte Volumina, von denen mindestens eines veränderlich ist und im Falle von zwei veränderlichen Volumina dem Element ein separates Federelement parallelge­ schaltet ist.

Bei einer pneumatischen Federung wird durch das Einfahren des Kolbens das pneumatische Medium komprimiert. Durch die Erhö­ hung des Druckes wird eine Gegenkraft erzeugt, die den Kolben abstützt. Die Steifigkeit dieser Feder ist abhängig von der Querschnittsfläche des verdrängenden Kolbens sowie vom Druck des pneumatischen Mediums.

Durch die hohe Kompressibilität des Mediums ist die Fähigkeit des Systems, auf Erregerschwingungen zu reagieren, nur von der Trägheit des Kolbens und der an ihn angekoppelten Bauteile ab­ hängig. Das System kann dadurch für den gesamten Frequenzbe­ reich eingesetzt werden. Bei zunehmender Last wird das System über den gesamten Frequenzbereich steifer. Im höheren Fre­ quenzbereich verliert ein solches pneumatisches Feder-Dämpfer­ system an Dämpfungsleistung und gewinnt dafür an Federsteifig­ keit. Es liegt dabei aber immer unter herkömmlichen hydrauli­ schen Dämpfungssystemen.

Die Einheit ist wegen des geringeren Gewichtes des Mediums re­ lativ leicht. Da alle dynamischen Faktoren, vor allem Feder­ rate und Dämpfung, von geometrischen und einstellbaren physi­ kalischen Größen abhängig sind, ist das System leicht abstimm­ bar.

Die Aggregation dieses pneumatischen Feder-Dämpferelements mit dem in Radnähe angeordneten passiven Tilgersystem kombiniert die Vorteile beider Systeme. Der hohe Komfort der Luftfeder ergibt mit der Luftdämpfung und der beliebig abstimmbaren Rad­ dämpfung durch den Tilger eine Verbesserung des Fahrkomforts. Des weiteren werden die vom Tilger erzeugten Raddämpfungs­ kräfte - entgegen anderen Dämpfungssystemen - nicht am Fahr­ zeugaufbau abgestützt, woraus sich eine weitere Fahrkomfort­ verbesserung ableiten lässt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schema­ tisch dargestellten Ausführungsform.

Fig. 1 Fahrwerk mit hydropneumatischem Feder- und Dämpfungselement (DE-AS 14 30 836);

Fig. 2 Fahrwerk mit pneumatischem Feder- und Dämpfungselement;

Fig. 3 Fahrwerk mit Stahlfeder und pneumatischem Dämpfungselement.

Fig. 1 zeigt das in der DE-AS 14 30 836 beschriebene hydro­ pneumatische Feder- und Dämpfungssystem.

In diesem System ist zwischen einem Lenker (4) und einem Fahr­ zeugaufbau (5) ein Feder-Dämpfer-Element (30) angeordnet. Die­ ses Feder-Dämpfer-Element (30) besteht aus einem beispiels­ weise senkrecht angeordneten, zylinderähnlichen Bauteil (43), das in zwei miteinander durch ein Drosselelement (46) verbun­ dene Volumina (44, 45) aufgeteilt ist.

Weiterhin befindet sich in der Nähe eines Rades (7) eine Til­ germasse (12). Diese Tilgermasse (12) wird mit einem eigenen Feder-Dämpfersystem (13) gelagert.

Das Rad (7) kann mit seinem luftgefüllten Gummireifen eben­ falls als Feder-Dämpfersystem (8) betrachtet werden. Der Rei­ fen (2) sitzt auf einer Felge (3), die beispielsweise mit ei­ nem Wälzlager (6) auf dem radführenden Lenker (4) gelagert ist.

Das in der DE-AS 14 30 836 beschriebene hydropneumatische Fe­ der-Dämpfersystem (30) ist am Fahrzeugaufbau (5) und am rad­ führenden Lenker (4) jeweils mit einem Gelenk (32, 33) schwenkbar gelagert. An den beiden mit einem Hydraulikme­ dium (38) gefüllten Volumina (44, 45) der Zylinder-Kolbenein­ heit (43) sind jeweils ein Ausgleichsbehälter (34, 35) ange­ bracht. In den Ausgleichsbehältern sind Membranen (36, 37) an­ geordnet. Oberhalb der Membranen (36, 37) befindet sich ein Pneumatikmedium (47). In der Zylinder-Kolbeneinheit (43) wird ein Kolben (42) mit Hilfe einer Kolbenstange (41) geführt. Die Kolbenstange (41) selbst ist am Austritt auf der Stirn­ seite (49) der Zylinder-Kolbeneinheit (43) geführt und gegen­ über dem Zylinder (48) abgedichtet.

Das erfindungsgemäß in Fig. 2 dargestellte pneumatische Fe­ der-Dämpferelement (20) umfasst einen Rollbalg (23), einen Speicherbehälter (28) und ein zwischen diesen Teilen angeord­ netes Drosselelement (26). Es ist im Ausführungsbeispiel am Fahrzeugaufbau (5) und am radführenden Lenker (4) jeweils di­ rekt, ohne Gelenke, befestigt. Die beiden im Rollbalg (23) und Speicherbehälter (28) eingeschlossenen Volumina (24, 25) sind mit einem Gas (27) gefüllt. Der Kolben (22) steht z. B. füh­ rungsfrei auf dem Lenker (4). Der Rollbalg (23) ist fest mit dem Kolben (22) verbunden. Statt des Rollbalgs (23) kann hier z. B. auch ein Faltenbalg oder dgl. eingesetzt werden.

Wird das Rad (7) eingefedert, bewegt sich der Kolben (22) in Richtung des Fahrzeugaufbaus (5). Hierbei wird das im Roll­ balg (23) befindliche Gas (27) komprimiert. Dadurch wird der Druck im Rollbalg (23) kurzfristig erhöht. Dies bewirkt ein teilweises Verdrängen des Gases (27) über das Drosselele­ ment (26) in den Speicherbehälter (28). Das Verdrängen ist be­ endet, wenn in beiden Volumina (24, 25) derselbe Druck herrscht. Der Kolben (22) kann nur soweit einfahren, bis die Summe aus der durch den Außendruck verursachten äußeren Kraft und der Vortriebskraft des Kolbens (22) gleich der durch den Überdruck verursachten inneren Kraft ist. Das Gas (27) im Rollbalg (23) wirkt als Feder. Dieser Verdrängungsstrom von Rollbalg (23) zum Speicherbehälter (28) verzögert den Druck­ aufbau im Rollbalg (23), die Federwirkung wird gedämpft. Die Dämpfung ist abhängig von der Größe der Volumina (24, 25) und von der Geometrie des Drosselelements (26). Als Drosselele­ ment (26) kann eine Drosselblende oder z. B. eine Düse einge­ setzt werden. Das Drosselelement (26) kann z. B. auch in einer Leitung sitzen, sofern der Rollbalg (23) und der Speicherbe­ hälter (28) entfernt voneinander liegen. Selbstverständlich können das oder die Drosselelemente (26) verstellbar ausge­ führt sein.

Beim Ausfedern des Rades (7) entsteht zunächst ein Unterdruck im Rollbalg (23). Der Kolben (22) kann dabei nur soweit aus­ fahren, bis die Summe aus der durch den Außendruck verursach­ ten äußeren Kraft und der durch den Unterdruck verursachten inneren Kraft gleich der Vortriebskraft des Kolbens (22) ist. Da nun der Druck im Rollbalg (23) niedriger ist als im Spei­ cherbehälter (28), strömt das Gas (27) zum Druckausgleich aus dem Speicherbehälter (28) über das Drosselelement (26) in den Rollbalg (23). Da das Gas (27) schon bei geringen Druckdiffe­ renzen strömt, wird die Auswärtsbewegung des Kolbens (22) ver­ zögert, die Schwingung des Kolbens (22) wird gedämpft.

Die Führung des Kolben (22) ist reibungsfrei, ebenso hat das Element (20) keine reibschlüssige, zwangsläufig leckende Ab­ dichtung. Das einzige bewegte Bauteil ist der Balg (23). Somit ist das Element verschleißarm und montagefreundlich.

Alternativ hierzu ist in Fig. 3 ein Fahrwerk mit einem Feder- Dämpferelement (50) als Aggregation aus einem pneumatischen Dämpfer (51) und einer separaten Feder (67) dargestellt. Die Feder (67) kann hier beispielsweise nach einem mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Wirkprinzip arbeiten.

Der pneumatische Dämpfer (51) besteht aus einer gasgefüllten Zylinder-Kolbeneinheit (63), die u. a. einen Zylinder (66), ei­ nen Kolben (62) mit mindestens einer Drosselstelle (56) und eine Kolbenstange (61) umfasst. Die Zylinder-Kolbenein­ heit (63) ist an ihren beiden Enden gelenkig (52, 53) gela­ gert. Der Kolben (62) trennt den Inhalt des Zylinders (66) in ein oberes (55) und ein unteres Volumen (54).

Wird das Rad (7) unter Kompression der Schraubenfeder (67) eingefedert, wird der Kolben (62) in Richtung des Fahrzeugauf­ baus (5) bewegt. Hierbei wird das oberhalb des Kolbens (62) befindliche Gas (57) komprimiert. Ein Teil des Gases (57) strömt über die Drosselstelle (56) auf die Stangenseite (65) des Zylinders (66), bis in beiden Volumina (54, 55) derselbe Druck herrscht. Dieser Verdrängungsstrom vom oberen Volu­ men (55) in das untere Volumen (54) bewirkt eine Druckentlas­ tung oberhalb des Kolbens (62). Die Wirkung der Feder (67) wird hierbei gedämpft.

Auch hier ist die Dämpfung dieses Systems abhängig von der Größe der Volumina (54, 55) und der Geometrie bzw. dem Quer­ schnitt des Drosselelements (56).

Das Dämpfungsverhalten der in Fig. 2 und 3 dargestellten Aus­ führungsbeispiele ist im wesentlichen abhängig von der Druck­ ausgleichsgeschwindigkeit zwischen den durch das Drosselele­ ment (26, 56) getrennten Volumina (24, 25; 54, 55). Durch die entsprechende Dimensionierung der Volumina (24, 25; 54, 55) und Drosselelemente (26, 56) kann je nach Einsatzzweck eine progressive, lineare oder degressive Dämpferkennlinie einge­ stellt werden.

Das Druckniveau kann ggf. durch äußere Medienzufuhr ständig auf einem Sollniveau gehalten werden. Es kann beispielsweise auch dem Betriebszustand des Fahrzeuges angepasst werden.

Durch die primär im niederfrequenten Bereich wirksame Dämpfung ist die Aufgabe der Tilgermassen auf die Dämpfung der hö­ herfrequenten Schwingungen beschränkt. Das Gesamtsystem ist folglich präzise abstimmbar.

Bezugszeichenliste

2

Reifen, Gummireifen

3

Felge

4

Lenker, radführend

5

Fahrzeugaufbau

6

Lager, Wälzlager

7

Rad

8

Feder-Dämpfer-System des Rades

12

Tilgermasse

13

Feder-Dämpfersystem der Tilgermasse

20

Pneumatisches Feder-Dämpferelement

22

Kolben

23

Balg, Rollbalg

24

Volumen des Balgs

25

Volumen des Speicherbehälters

26

Drosselelement, Drosselstelle

27

Pneumatikmedium, Gas

28

Speicherbehälter

30

Hydropneumatisches Feder-Dämpferelement

32

Gelenk, oben

33

Gelenk, unten

34

Ausgleichsbehälter unten

35

Ausgleichsbehälter oben

36

Membran

37

Membran

38

Hydraulikmedium

41

Kolbenstange

42

Kolben

43

Zylinder-Kolbeneinheit

44

Volumen unterhalb der Drosselstelle

45

Volumen oberhalb der Drosselstelle

46

Drosselelement, Drosselstelle

47

Pneumatikmedium, Gas

48

Zylinder

49

Stirnseite des Zylinders

50

Pneumatisches Dämpferelement mit Feder

51

pneumatischer Dämpfer

52

Gelenk, oben

53

Gelenk, unten

54

Volumen unterhalb des Kolbens

55

Volumen oberhalb des Kolbens

56

Drosselelement, Drosselstelle

57

Pneumatikmedium, Gas

61

Kolbenstange

62

Kolben

63

Zylinder-Kolbeneinheit

64

Kolbenseite

65

Stangenseite

66

Zylinder

67

Feder, Schraubenfeder, Federelement

Claims (6)

1. Fahrwerk für Fahrzeuge mit luftbereiften Rädern (7), mit die Radaufhängungen einzeln gegen den Fahrzeugaufbau (5) ab­ stützenden Feder-Dämpferelementen (20) und mit im Bereich der einzelnen Räder (7) mittels eigenständiger Feder- Dämpfersystemen (13) gelagerten Tilgermassen (12), dadurch ge­ kennzeichnet, dass das federnde und/oder dämpfende Element (20) zwei durch mindestens ein Drosselelement (26) getrennte gasgefüllte Volu­ mina (24, 25) umfasst, von denen mindestens eines veränderlich ist und im Falle von zwei veränderlichen Volumina dem Ele­ ment (51) ein separates Federelement (67) parallelgeschaltet ist.

2. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feder-Dämpferelement (20) im Falle nur eines veränderlichen Volumens bereichsweise einen Balg (23) und bereichsweise einen Speicherbehälter (28) umfasst.

3. Fahrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (23) ein Rollbalg ist.

4. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (26) ein Drosselventil oder ein Blendenventil ist.

5. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (26) ein verstellbares Ventil ist.

6. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ei­ ner der Gasräume (24, 25) größer ist als der andere.