DE102018119086A1

DE102018119086A1 - Federbein und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018119086A1
Application number: DE102018119086.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Mages; Sebastian Dirmeier; Daniel Hansen; Vanessa Hofsommer
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: US20200039312A1; CN110802994B; US11472248B2; DE102018119086B4; CN110802994A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Federbein für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs mit einem Schwingungsdämpfer (10), einer Tragfeder (12), die ein Außenrohr (13) des Schwingungsdämpfers (10) teilweise umgibt und durch einen Federteller (14) abgestützt ist, und einer Hubeinrichtung (15) zur Höheneinstellung des Fahrzeugs, wobei die Hubeinrichtung (15) einen Hohlkolben (16) und einen Zylinder (17) aufweist, die konzentrisch um das Außenrohr (13) angeordnet sind, wobei der Hohlkolben (16) zwischen dem Außenrohr (13) und dem Zylinder (17) axial geführt und mit dem Federteller (14) zur Verstellung des Fußpunktes der Tragfeder (12) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Federbein für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs mit einem Schwingungsdämpfer, einer Tragfeder, die ein Außenrohr des Schwingungsdämpfers teilweise umgibt und durch einen Federteller abgestützt ist, und einer Hubeinrichtung zur Höheneinstellung des Fahrzeugs. Ein derartiges Federbein ist bspw. aus WO 2014/095211 A1 bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug mit einem solchen Federbein.
Zur Steigerung der Fahrdynamik wird bei Automobilen eine geringe Bodenfreiheit gefordert. Um das Aufsetzen des Fahrzeuges bei Hindernissen zu verhindern, ist ein zeitweises Anheben der Fahrzeugfront notwendig. Für die Realisierung wird ein Dämpfermodul mit einer Federfusspunktverstellung ausgestattet. Stand der Technik ist es, pneumatisch das Dämpferrohr innerhalb des Moduls auszufahren. Aufgrund der Forderung nach höheren Federraten der Tragfeder und den damit verbundenen Einsatz einer Helperfeder mit geringer Federrate lässt sich dieses System nicht anwenden.
WO 2014/095211 A1 beschreibt eine Höhenverstelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Zylinderelement, in dem eine Hilfsfeder und ein
ein Hubkolben aufgenommen sind, der einen Druckraum im Zylinderelement beweglich begrenzt. Die Hilfsfeder ist im Druckraum angeordnet ist. Dabei stützt sich die Tragfeder außenseitig gegen den Hubkolben ab. Innenseitig ist die Hilfsfeder zwischen dem Hubkolben und dem Zylinderelement verspannt. Der Hubkolben wirkt als Zwischenfederteller. Fährt der Schwingungsdämpfer aus, so kann durch die Hilfsfeder der Hubkolben mit einer in Richtung zur Tragfeder gerichteten Kraft beaufschlagt und bis zu einer Hubbegrenzung aus dem Zylinderelement herausgedrückt werden. Außenseitig stützt sich die Tragfeder gegen den Hubkolben ab. Über einen Druckmittelanschluss am Zylinderelement kann der Druckraum pneumatisch unter Druck gesetzt werden. Dadurch fährt der Hubkolben nach unten aus dem Zylinderelement über einen definierten Weg aus und der Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs wird angehoben.
Die Höhenverstelleinrichtung des bekannten Federbeins vergrößert den für den Einbau des Federbeins erforderlichen Bauraum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein kompaktes Federbein für ein Fahrzeug anzugeben, das eine Höhenverstellung des Fahrzeugs zur Beeinflussung der Bodenfreiheit, bspw. beim Überfahren von Hindernissen, ermöglicht. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug mit einem solchen Federbein anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Federbein mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit Blick auf das Fahrzeug wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 12 gelöst.
Konkret wird die Aufgabe durch ein Federbein für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs gelöst, das einen Schwingungsdämpfer und eine Tragfeder aufweist, die ein Außenrohr des Schwingungsdämpfers teilweise umgibt und durch einen Federteller abgestützt ist. Das Federbein weist ferner eine Einrichtung zur Höheneinstellung des Fahrzeugs auf. Die Hubeinrichtung weist einen Hohlkolben und einen Zylinder auf, die konzentrisch um das Außenrohr angeordnet sind. Der Hohlkolben ist zwischen dem Außenrohr und dem Zylinder axial geführt und mit dem Federteller zur Verstellung des Fußpunktes der Tragfeder verbunden.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass das Federbein kompakt aufgebaut ist und relativ wenig Bauraum benötigt. Dazu ist der Hohlkolben zwischen dem Außenrohr und dem Zylinder axial geführt. Das Außenrohr übernimmt dabei die Führung des Hohlkolbens. Zur Höhenverstellung ist der Federteller mit dem axial beweglichen Hohlkolben verbunden. Durch Verschieben des Hohlkolbens wird die Höhenlage des Federtellers entlang der Längsachse des Schwingungsdämpfers und somit der Fußpunkt der Tragfeder verstellt. Dadurch wird der Abstand des Fahrzeugs zum Boden, also die Bodenfreiheit, verändert, d.h. vergrößert oder verkleinert.
Die Erfindung ist sowohl für Federbeine, die in Upside-Down-Einbaulagen verwendet werden als auch für konventionelle Federbeine geeignet, die nicht in Upside-Down-Einbaulagen montiert werden.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Beispielsweise kann der Hohlkolben ein Abstreif-und Dichtelement aufweisen, das am Schwingungsdämpfer anliegt. Dabei kann auf einen am Federbein bereits vorhandenen Abstreifer zurückgegriffen werden, sodass kein zusätzliches Dichtelement zur Vermeidung von Schmutz in der Hubeinrichtung erforderlich ist. Andere Ausführungsformen, bei denen ein zusätzliches bzw. modifiziertes Abstreif- und Dichtelement vorgesehen ist, sind möglich.
Das Abstreif- und Dichtelement dichtet vorzugsweise den Schwingungsdämpfer und die Hubeinrichtung ab. Das Abstreif- und Dichtelement übernimmt eine Doppelfunktion, wodurch die Bauteilanzahl verringert wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abstreif- und Dichtelement für einen maximalen Hub am axialen Ende des Hohlkolbens angeordnet.
Die Innenseite des Hohlkolbens kann zumindest abschnittsweise als Gleitfläche zum Gleiten auf dem Außenrohr ausgebildet sein. Damit wird eine einfache lineare Führung ohne zusätzliche Führungsbauteile ermöglicht.
Der Hohlkolben kann wenigstens eine Innendichtung aufweisen, die gegen das Außenrohr abdichtet. Dies hat den Vorteil, dass große Hubdrücke zur Fußpunktverstellung möglich sind.
Der Hohlkolben kann wenigstens eine Außendichtung aufweisen, die gegen den Zylinder abdichtet. Auch dadurch wird erreicht, dass für die Fußpunktverstellung große Hubbrücke aufgebracht werden können.
Der Hohlkolben weist vorzugsweise einen axialen Anschlag für den Zylinder auf, wodurch die Sicherheit gegen Verlieren der Komponenten verbessert wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet der Zylinder einen Zylindermantel, der den Hohlkolben in Umfangsrichtung umgibt und eine Druckkammer zur Beaufschlagung des Hohlkolbens mit einem Verstelldruck bzw. Hubdruck aufweist. Der Zylindermantel verbessert den kompakten Aufbau des Federbeins.
Wenn der Zylinder Anschlüsse für ein Druckmedium aufweist, kann dieser pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden.
Der Zylinder weist vorzugsweise wenigstens eine Dichtung auf, die gegen das Außenrohr abdichtet. Diese Maßnahme trägt dazu bei, dass große Drücke zu Fußpunktverstellung aufgebracht werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist ein Federbein in eine Radaufhängung des Fahrzeugs integriert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
In diesen zeigen

1 einen Schnitt durch eine Komponente eines Federbeins nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
2 eine perspektivische Ansicht der Komponente nach 1 bzw. einer ähnlichen Komponente nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
3 einen Schnitt durch die Komponente nach 2 ohne Federteller;
4 einen Schnitt durch die Komponente nach 2 mit Federteller und im eingefahrenen Zustand; und
5 die Komponente nach 4 im ausgefahrenen Zustand.

Bei der Komponente nach 1 handelt es sich um einen Schwingungsdämpfer, der bspw. in einem McPherson Federbein in flexiblen Einbaulagen, z.B. Upside-Down-Technik eingesetzt wird. Bei der Upside-Down-Technik ist die Kolbenstange unten im Rohrkörper befestigt (nicht dargestellt). Das Federbein mit Schwingungsdämpfer 10 und Tragfeder 12 ist in 2 gezeigt. Die Erfindung kann auch auf Federbeine angewendet werden, die nicht in Upside-Down-Technik eingesetzt werden.
Der Schwingungsdämpfer 10 weist ein Außenrohr 13 auf, das Bestandteil einer Dämpferpatrone ist. Wie in 2 dargestellt, umgibt die Tragfeder 12 das Außenrohr 13 teilweise auf dessen Außenumfang. Die Tragfeder 12 ist auf einem Federteller 14 abgestützt, der in 1 sowie in den 4 und 5 gut zu erkennen ist. Die Tragfeder 12 ist relativ zum Außenrohr 13 entlang der Längsachse des Ausbruchs 13 verstellbar, sodass der Fußpunkt der Tragfeder 12 veränderbar ist. Dadurch ist eine Höheneinstellung des Fahrzeugs möglich.
Zur Verstellung der Tragfeder 12 ist eine Hubeinrichtung 15 vorgesehen, die hydraulisch oder pneumatische betätigbar ist. Die Hubeinrichtung 15 weist einen Hohlkolben 16 auf, der zwischen einem Zylinder 17 und dem Außenrohr 13 angeordnet ist. Dabei ist der Zylinder 17 radial außen und das Außenrohr 13 radial innen bezogen auf den Hohlkolben 16 angeordnet. Der Hohlkolben 16, der Zylinder 17 und das Außenrohr 13 sind konzentrisch angeordnet. Das Außenrohr 13 hat dabei die Funktion, den Hohlkolben 16 axial entlang der Längsachse des Schwingungsdämpfers zu führen. Der Hohlkolben 13 gleitet auf dem Außenrohr 13.
Der Zylinder 17 bildet einen Zylindermantel 24, der im Bereich eines Axialendes, insbesondere des in der Einbaulage unteren Axialendes des Zylinders 17 eine Druckkammer 25 aufweist. Die Druckkammer 25 wird einerseits durch eine Stirnfläche des Hohlkolbens 16 und andererseits durch die Wandung des Zylindermantel 24 begrenzt. Die Druckkammer 25 ist mit einem Anschluss 27 für ein Druckmedium, beispielsweise Luft oder Öl, fluidverbunden. Die Druckkammer 25 bildet einen Ringspalt zwischen der Außenfläche des Außenrohres 13 und der Innenfläche des Zylindermantel 24.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind zwei Anschlüsse 27 radial gegenüberliegend angeordnet. Anderweitig ausgerichtete Anschlüsse 27 sind ebenfalls denkbar. Beispielsweise können die beiden Anschlüsse 27 unmittelbar nebeneinander, d.h. auf derselben Seite, am Zylinder angeordnet sein.
Durch Beaufschlagen der Druckkammer 25 mit einem Verstelldruck bzw. Hubdruck wird der Hohlkolben 16 in axialer Richtung des Schwingungsdämpfers bewegt (siehe 5). Dadurch vergrößert sich das Volumen der Druckkammer 25.
Der Federteller 14, auf dem sich die Tragfeder 12 abstützt, ist mit dem Außenumfang des Hohlkolbens 16 verbunden, beispielsweise verschraubt. Dazu weist der Hohlkolben 16 ein Gewinde auf. Andere Verbindungsarten sind möglich. Der Federteller 14 und der Hohlkolben 16 können einteilig, d.h. monolithisch ausgebildet sein.
Durch die mechanische Verbindung des Federtellers 14 mit dem Hohlkolben 16 wird der Federteller 14 beim Verstellen des Hohlkolbens 16 mitgenommen und in axialer Richtung entlang der Längsachse des Schwingungsdämpfers 10 bewegt. Durch diese Bewegung wird der Fußpunkt der Tragfeder 12 verstellt.
Der Zylindermantel 24 schließt mit der Außenfläche des Außenrohres 13 an beiden axialen Enden des Zylindermantel 24 ab. Dazu weist der Zylindermantel 24 an dem in 1 gezeigten unteren Ende des Zylindermantels 24 eine Zylinderdichtung 26 auf, die gegen das Außenrohr 13 abdichtet. Die Dichtigkeit der Druckkammer 25 wird durch eine Innendichtung 21 und eine Außendichtung 22 erreicht, die jeweils am axial unteren Ende des Hohlkolbens 16 ausgebildet sind. Dabei dichtet die Innendichtung 21 gegen das Außenrohr 13 und die Außendichtung 22 gegen den Zylindermantel 24 ab. Eine zweite Innendichtung 21 kann in axialer Richtung beabstandet von der unteren Innendichtung 21 ebenfalls gegen das Außenrohr 13 abdichten. Es ist auch möglich, nur die in 1 obere Innendichtung 21 zu verwenden.
Die Angaben „unten“, „oben“ beziehen sich auf die in den 1 bis 5 gezeigte Position des Schwingungsdämpfers.
Der Hohlkolben 16 weist eine bearbeitete Innenfläche auf, die eine Gleitfläche 20 bildet. Auf dieser Gleitfläche 20 gleitet der Hohlkolben 16 auf dem Außenrohr 13. Dementsprechend kann eine Außenfläche des Außenrohrs 13 ebenfalls als korrespondierende Gleitfläche bearbeitet sein. Am axial unteren Ende weist der Hohlkolben 16 einen axialen Anschlag 23 auf, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckt. Der radiale Anschlag 23 wirkt mit einem Gegenstück des Zylinders 17 zusammen und bewirkt, dass die Bewegung des Hohlkolbens 16 beim Ausfahren begrenzt wird, wenn der maximale Hub des Hohlkolbens 16 erreicht ist.
Wie 1 zu erkennen, weist der Hohlkolben 16 ein Abstreif-und Dichtelement 18 auf, dass am Schwingungsdämpfer 10, konkret am Außenrohr 13 anliegt.
In den 2 bis 5 ist zu erkennen, dass der Zylindermantel 24 an seiner Außenfläche einen Faltenbalg 28 aufweist, der mit dem Hohlkolben 16 verbunden ist, um diesen im ausgefahrenen Zustand zu schützen (siehe 5).
In den 4, 5 ist die Funktionsweise der Hubeinrichtung 15 verdeutlicht.
Im eingefahrenen Zustand gemäß 4 ist der Hohlkolben 16 vollständig in den Zylindermantel 24 eingefahren, wobei der Federteller 14 nahe an der in 4, 5 oberen Stirnfläche des Zylindermantels 24 angeordnet ist (siehe auch 1). Das veränderliche Volumen der Druckkammer 25 ist dabei minimal. Wenn die Druckkammer 25 mit Druck beaufschlagt wird, fährt der Hohlkolben 16 aus dem Zylindermantel 24 aus und schlägt im vollständig ausgefahrenen Zustand mit dem Anschlag 23 am Zylindermantel 24 an, sodass die Bewegung des Hohlkolbens 16 gestoppt wird. In diesem Zustand ist der Hohlkolben 16 vollständig ausgefahren und der Tragteller 14 maximal vom Zylindermantel 24 entfernt. Damit ist der Fußpunkt der Tragfeder (siehe 2) zur Veränderung der Bodenfreiheit des Fahrzeugs entsprechend verstellt.
Im Vergleich zur bestehenden Liftsystemen ermöglicht der in den Figuren dargestellte Schwingungsdämpfer bzw. das mit dem Schwingungsdämpfer ausgerüstete Federbein eine gesteigerte Hubkraft. Außerdem baut das Federbein kompakt, insbesondere in axialer Richtung kurz.
Bezugszeichenliste

10: Schwingungsdämpfer
11: frei
12: Tragfeder
13: Außenrohr
14: Federteller
15: Hubeinrichtung
16: Hohlkolben
17: Zylinder
18: Abstreif- und Dichtelement
19: Innenseite des Hohlkolbens
20: Gleitfläche
21: Innendichtung
22: Außendichtung
23: Anschlag
24: Zylindermantel
25: Druckkammer
26: Zylinderdichtung
27: Anschlüsse
29: Faltenbalg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/095211 A1 [0001, 0003]

Claims

Federbein für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs mit einem Schwingungsdämpfer (10), einer Tragfeder (12), die ein Außenrohr (13) des Schwingungsdämpfers (10) teilweise umgibt und durch einen Federteller (14) abgestützt ist, und einer Hubeinrichtung (15) zur Höheneinstellung des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (15) einen Hohlkolben (16) und einen Zylinder (17) aufweist, die konzentrisch um das Außenrohr (13) angeordnet sind, wobei der Hohlkolben (16) zwischen dem Außenrohr (13) und dem Zylinder (17) axial geführt und mit dem Federteller (14) zur Verstellung des Fußpunktes der Tragfeder (12) verbunden ist.
Federbein nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (16) ein Abstreif- und Dichtelement (18) aufweist, das am Schwingungsdämpfer (10) anliegt.
Federbein nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreif- und Dichtelement (18) den Schwingungsdämpfer (10) und die Hubeinrichtung (15) abdichtet.
Federbein nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreif- und Dichtelement (18) am axialen Ende des Hohlkolbens (16) angeordnet ist.
Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenseite (19) des Hohlkolbens (16) zumindest abschnittsweise als Gleitfläche (20) für das Außenrohr (13) ausgebildet ist.
Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (16) wenigstens eine Innendichtung (21) aufweist, die gegen das Außenrohr (13) abdichtet.
Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (16) wenigstens eine Außendichtung (22) aufweist, die gegen den Zylinder (17) abdichtet.
Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (16) einen axialen Anschlag (23) für den Zylinder (17) aufweist.
Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (17) einen Zylindermantel (24) bildet, der den Hohlkolben (13) in Umfangsrichtung umgibt und eine Druckkammer (25) zur Beaufschlagung des Hohlkolbens (13) mit einem Verstelldruck aufweist.
Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (17) Anschlüsse (18) für ein Druckmedium aufweist.
Federbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (17) wenigstens eine Dichtung (26) aufweist, die gegen das Außenrohr (13) abdichtet.
Fahrzeug mit einem Federbein nach Anspruch 1, das in eine Radaufhängung des Fahrzeugs integriert ist.