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Die Erfindung betrifft ein Federungssystem für ein Fahrzeug
mit jeweils wenigstens einer einem Rad zugeordneten mechanischen
Feder-Dämpfereinrichtung.
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Aus der
DE 198 55 310 C2 ist ein
aktives Federungssystem für
Fahrzeuge bzw. Kraftfahrzeuge bekannt, das zwischen einem Fahrzeugaufbau
und Fahrzeugrädern
jeweils ein Abstützaggregat
aufweist. Die Abstützaggregate
umfassen jeweils ein. aktiv hubverstellbares Stellorgan und eine
dazu in Reihe angeordnete passive Feder. Mittels des Stellorgans
bzw. des Hydraulikaggregates läßt sich
ein aufbauseitiges Widerlager der Feder relativ zum Fahrzeugaufbau
vertikal verstellen.
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Parallel zur Feder ist ein Dämpfer angeordnet.
Dieser ist zwischen einem Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau vorgesehen,
wobei es grundsätzlich auch
möglich
sein soll, diesen Dämpfer
zwischen einem Fahrzeugrad und dem Hydraulikaggregat parallel zur
Feder anzuordnen. Das Hydraulikaggregat wird von einer Steuerventilanordnung
angesteuert und ist mit einer Druckquelle sowie über die Steuerventilanordnung
fluidisch mit einem Druckmittelreservoir verbindbar.
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Dieses bekannte aktive Federungssystem weist
jedoch. den Nachteil auf, daß bei
einer Wankstabilisierung aus den Zylindern der Hydraulikaggregate
einer Fahrzeugseite Hydrauliköl
in das Druckmittelreservoir abgelassen werden muß, welches zuvor unter Zuführung von
Verdichtungsarbeit in die Zylinder gepumpt worden ist. Dadurch entsteht
ein Energie verlust, weshalb dieses aktive Federungssystem eine energetisch
ungünstige
Ausführung
darstellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Federungssystem für
ein Fahrzeug mit jeweils wenigstens einer einem Rad zugeordneten
mechanischen Feder-Dämpfereinrichtung
zur Verfügung
zu stellen, mit der ein aktiver energetisch günstiger Wankausgleich durchführbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem
Federungssystem gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das Federungssystem nach der Erfindung mit
einem Aktor zum Verschieben von Druckmittel bzw. Hydrauliköl zwischen
mindestens zwei Fußpunkt-Verstelleinrichtungen
stellt vorteilhafterweise eine energetisch günstige Lösung eines Federungssystems
mit aktiver Wankstabilisierung dar, da Druckmittel im System während eines
Wankausgleiches ohne Zuführung
von Verdichtungsenergie von einer Fußpunkt-Verstelleinrichtung
eines Rades zu wenigstens einer weiteren Fußpunkt-Verstelleinrichtung
eines weiteren Rades auf derselben Fahrzeugseite und/oder auf der
anderen Fahrzeugseite geführt
wird.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind den Patentansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar.
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Sechs vorteilhafte Ausführungsbeispiele
des Federungssystems nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es zeigt:
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l ein
Federungssystem mit einer steuerbaren Verbindung zwischen zwei Fußpunkt-Verstelleinrichtungen,
wobei eine Hydraulikpumpe als reversierbare Pumpe ausgeführt ist;
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2 ein
Federungssystem gemäß 1, wobei ein Dämpferelement
in eine mechanische Feder integriert ist;
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3 ein
Federungssystem mit einer einsinnigen Hydraulikpumpe, wobei zur
Ansteuerung der Fußpunkt-Verstelleinrichtungen
ein Druckübersetzer vorgesehen
ist;
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4 ein
Federungssystem mit einer steuerbaren Verbindung zwischen zwei Fußpunkt-Verstelleinrichtungen,
wobei zwischen zwei Hydraulikzylindern der Fußpunkt-Verstelleinrichtungen
ein Stabilisator angeordnet ist;
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5 ein
Federungssystem gemäß 2, wobei darin ein Stabilisator
gemäß 4 integriert ist und
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6 ein
Federungssystem gemäß 5, wobei ein Dämpfungselement
in eine mechanische Feder integriert ist.
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Bezug nehmend auf 1 ist ein Federungssystem 1 eines
Kraftfahrzeuges dargestellt, welches mit jeweils einer einem Rad 2A, 2B zugeordneten
mechanischen Feder-Dämpfer einrichtung 3A, 3B ausgebildet
ist. Des weiteren ist für
jede der Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B eine
hydraulische Fußpunkt-Verstelleinrichtung 4A, 4B vorgesehen.
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Um einen aktiven Wankausgleich zwischen den
beiden Feder-Dämpfereinrichtung 3A, 3B durchführen zu
können,
ist zwischen den beiden hydraulischen Fußpunkt-Verstelleinrichtungen 4A, 4B eine steuerbare
Verbindung 5 vorgesehen, über
welche zwischen den beiden hydraulischen Fußpunkt-Verstelleinrichtungen 4A, 4B Druckmittel
verschoben werden kann.
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In die steuerbare Verbindung 5 ist
eine Hydraulikpumpe 6 integriert, welche als eine reversierbare
Pumpe ausgeführt
ist. Zwischen der Hydraulikpumpe 6 und einem Hydraulikzylinder 7A der
Fußpunkt-Verstelleinrichtung 4A sowie
zwischen der Hydraulikpumpe 6 und einem Hydraulikzylinder 7B der Fußpunkt-Verstelleinrichtung 4B ist
jeweils ein Sperrorgan 8A bzw. 8B angeordnet,
wobei die Sperrorgane jeweils als 2/2-Wege-Ventil 8A bzw. 8B ausgeführt sind.
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Des weiteren zweigt jeweils im Bereich
zwischen der Hydraulikpumpe 6 und dem 2/2-Wege-Ventil 8A bzw,
dem 2/2-Wege-Ventil 8B eine
Leitung 9A bzw. 9B ab, welche in ein Druckmittelreservoir 10 münden. Die
beiden Leitungen 9A, 9B sind jeweils mit ansteuerbaren
weiteren 2/2-Wege-Ventilen 11A, 11B ausgeführt, mittels
welchen die beiden Leitungen 9A, 9B und eine Verbindung
zwischen der Hydraulikpumpe 6 und dem Druckmittelreservoir 10 sperrbar
ist.
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Die beiden Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B sind
jeweils mit einem Dämpfungselement 12A, 12B und
jeweils einer mechanischen Feder 13A, 13B ausgeführt, welche
parallel zueinander geschaltet sind. Die Hydraulikzylinder 7A, 7B sind
in Reihe mit den mechanischen Federn 13A, 13B geschaltet,
wobei jeweils eine Kolbenstange 14A, 14B mit einer Achse 15A, 15B eines
Rades 2A, 2B verbunden ist. Die Verbindung zwischen
den Kolbenstangen 14A, 14B und den Achsen 15A, 15B stellen
jeweils einen Fußpunkt
der Federn 13A bzw. 13B dar. Die Dämpferelemente 12A, 12B sind
fahrzeugaufbauseitig an einer Karosserie 17 eines nicht
näher dargestellten Kraftfahrzeuges
und an ihrem anderen Ende jeweils an einer Achse 15A, 15B festgelegt.
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Die Kombination der durch einen Elektromotor 16 angetriebenen
reversierbaren Hydraulikpumpe 6 mit mehreren, vorzugsweise
elektromagnetisch entsperrbaren Sperrorganen bzw. 2/2-Wege-Ventilen 8A, 8B, 11A, 11B ermöglicht es,
daß die
Funktionen Abdichten, Federung, Wankstabilisierung, Niveauregulierung
und Kneeling mit dem Federungssystem 1 auf einfache Art
und Weise ausgeführt
werden können.
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Der für den Antrieb der Hydraulikpumpe 6 verwendete
Elektromotor 16 ist vorzugsweise als ein Asynchronmotor
ausgeführt.
Ein Asynchronmotor ist besonders geeignet, weil er ein hohes Drehmoment bei
kleinen Drehzahlen erzeugt und kompakte Wechselrichter aufweist,
weshalb er nur einen geringen Bauraum benötigt.
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Mit den vorzugsweise elektromagnetisch entsperrbaren
2/2-Wege-Ventilen 8A, 8B, 11A, 11B sind
in verschiedenen Schaltstellungen der Ventile auch verschiedene
Funktionen des Federungssystems 1 durchführbar. So
bleiben die den beiden Hydraulikzylindern 7A, 7B zugeordneten
Ventile 8A, 8B geschlossen, wenn ein rein passives
Fahrzeug ohne Wankausgleich dargestellt werden soll.
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Zur Wankstabilisierung wird von der
Hydraulikpumpe 6 ein bestimmtes Volumen an Druckmittel
in Abhängigkeit
der Drehrichtung des Elektromotors 16 von dem Hydraulikzylinder 7A der
einen Fahrzeugseite in den Hydraulikzylinder 7B der anderen
Fahrzeugseite oder umgekehrt gefördert.
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Zur Realisierung eines aktiven Wankausgleichs
werden die zwischen den Hydraulikzylindern 7A, 7B und
der Hydraulikpumpe 6 liegenden Ventile 8A, 8B geöffnet und
die in den Leitungen 9A, 9B angeordneten Ventile 11A, 11B geschlossen.
Der Elektromotor 16 treibt die Hydraulikpumpe 6 in
Abhängigkeit
der gewünschten
bzw. erforderlichen Verschieberichtung des Druckmittels links- und
rechtsdrehend an, wobei die zwischen der Hydraulikpumpe 6 und den
Hydraulikzylindern 7A, 7B angeordneten Ventile 8A, 8B geöffnet sind
und die in den zum Druckmittelreservoir 10 führenden
Leitungen angeordneten Ventile 11A, 11B geschlossen
sind.
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Für
ein einseitiges Absenken einer Fahrzeugseite, dem sogenannten Kneeling,
sind jeweils die einer Fahrzeugseite zugeordneten Ventile 8A, 11A geschlossen,
und die Ventile 8B, 11B, welche der anderen Fahrzeugseite
zugeordnet sind, sind geöffnet.
Das Hydrauliköl
bzw. das Druckmittel des belasteten Hydraulikzylinders 7B wird
in das Druckmittelreservoir abgelassen, was zum Absenken dieser Fahrzeugseite
führt.
Um das Fahrzeug wieder in eine horizontale Position zu bringen,
werden die Ventile 8A, 11A bzw. 8B, 11B
paarweise geöffnet
bzw. geschlossen, während
die Hydraulikpumpe das Druckmittel in den betreffenden Hydraulikzylinder 7A bzw. 7B des
Federungsystems 1 fördert.
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Für
eine Niveauregulierung wird beispielsweise das Ventil 8A so
angesteuert, daß es
sich in Durchflußposition befindet.
Das von der Hydraulikpumpe 6 geförderte Druckmittelvolumen wird
vom Druckmittelreservoir 10 in den Hydraulikzylinder 7A gefördert, wodurch
ein mit den mechanischen Federn 13A, 13B verbundener
Karosserieaufbau 17 gegenüber einem Untergrund des Fahrzeugs
angehoben wird. Um den Karosserieaufbau 17 wieder abzusenken,
werden alle Ventile 8A, 8B, 11A, 11B geöffnet, so
daß das
Druckmittel wieder in das Druckmittelreservoir 10 zurückgeführt werden
kann. Eine Absicherung des Hydrauliksystems des Federungssystems 1 kann
durch ein Druckbegrenzungsventil erfolgen, das in die Leitungen
integriert wird, die die Hydraulikzylinder 7A, 7B mit
der Hydraulikpumpe 6 verbinden.
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Im Bereich der Fußpunkte der mechanischen Federn 13A, 13B und
der Fußpunkte
der Dämpferelemente 12A, 12B ist
eine nicht näher
dargestellte Zwangsführung
vorgesehen. Die Zwangsführung
gewährleistet,
daß eine
Verstellung der Fußpunkte
der mechanischen Federn 13A, 13B eine gleichzeitige
Verstellung der Fußpunkte
der Dämpferelemente 12A, 12B zur
Folge hat und ein Kippen der Achsen 15A, 15B dabei
unterbleibt.
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In 2 bis 6 sind weitere Ausführungsbeispiele
des Federungssystems 1 dargestellt, wobei für baugleiche
sowie für
funktionsgleiche Bauteile des Federungssystems nach der Erfindung
die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet
werden.
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2 zeigt
das Federungssystem 1 aus 1,
wobei die Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B abweichend
von den Feder-Dämpfereinrichtungen
aus 1 ausgeführt sind.
Die Dämpferelemente 12A, 12B ohne
Zwangsführung
sind koaxial zu den mechanischen Federn 13A, 13B angeordnet,
wodurch einer seits eine Verstellung der Kolbenstangen 14A, 14B auch
direkt auf die Dämpferelemente 12A und 12B ohne
Zwangsführung
einwirkt und andererseits die Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B insgesamt
einen geringeren Bauraumbedarf aufweisen.
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In 3 ist
das Federungssystem 1 mit Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B gemäß 1 dargestellt, wobei die
steuerbare Verbindung 5 zwischen den beiden Hydraulikzylindern 7A, 7B mit
einem Druckübersetzer 18 ausgeführt ist.
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Der Druckübersetzer 18 weist
vier Kammern 19A, 19B, 20A und 20B auf,
wobei die Kammern 19A und 19B jeweils über einen
Leitungsast der steuerbaren Verbindung 5 mit den Hydraulikzylindern 7A bzw. 7B verbunden
sind. Die Kammern 20A und 20B sind über weitere
Leitungen 21A, 21B von der als einsinnige Pumpe
ausgeführten
Hydraulikpumpe 6 mit Druckmittel beaufschlagbar, wenn ein
zwischen dem Druckübersetzer 18 und
der Hydraulikpumpe 6 angeordnetes 3/4-Wege-Ventil 22 sich
in der entsprechenden Schaltstellung befindet. Das 3/4-Wege-Ventil
22 ist elektromagnetisch und mechanisch mit Federelementen in einer
der drei möglichen
Schaltpositionen haltbar.
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Der Druckübersetzer 18 ist mit
einer festen Zwischenwand 23 und mit zwei als Trennkolben
ausgeführten
beweglichen Zwischenwänden 24A und 24B ausgebildet.
Die beiden beweglichen Trennwände 24A, 24B sind
durch einen Verbindungskolben 25 fest miteinander verbunden.
Der Verbindungskolben 25 ist längsbeweglich dichtend in der
festen Zwischenwand 23 geführt und durchdringt die beiden Kammern 20A, 20B derart,
daß eine
Wirkfläche
der Kammern 19A, 19B größer als die Wirkfläche der Kammern 20A, 20B ist.
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Damit wird bei gleicher Förderleistung
der Hydraulikpumpe 6 in die Kammern 20A, 20B eine größere Menge
an Druckmittel dem jeweilig zu versorgenden Hydraulikzylinder 7A bzw. 7B zugeführt.
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Darüber hinaus ist über weitere
Verbindungsleitungen 26A, 26B die Hydraulikpumpe 6 direkt
mit den Hydraulikzylindern 7A, 7B verbindbar. Dazu
ist in die Verbindungsleitungen 26A, 26B jeweils
ein 3/3-Wege-Ventil 27A, 27B integriert. Bei entsprechender
Stellung der Ventile 27A, 27B werden die Hydraulikzylinder 7A, 7B direkt
von der Hydraulikpumpe 6 mit Druckmittel versorgt. In einer
weiteren Schaltstellung der Ventile 27A, 27B wird
Druckmittel aus den Hydraulikzylindern 7A, 7B in
das Druckmittelreservoir 10 abgeführt.
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Des weiteren besteht die Möglichkeit,
Druckmittel mittels des Druckübersetzers 18 aufgrund
eines Druckgefälles
zwischen den beiden Hydraulikzylindern 7A, 7B ohne
Verdichterleistung der Hydraulikpumpe 6 von dem Hydraulikzylinder 7A zum
anderen Hydraulikzylinder 7B oder in entgegengesetzter Richtung
zu verschieben. Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit,
die 3/3-Wege-Ventile 27A, 27B derart zu schalten,
daß neben
der über
den Druckübersetzer 18 vorgesehenen
fluidischen Wirkverbindung eine weitere direkte fluidische Verbindung
zwischen den beiden Hydraulikzylindern 7A, 7B besteht.
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Selbstverständlich liegt es im Ermessen
des Fachmannes, die Feder-Dämpfereinrichtungen
des Federungssystems gemäß 3 derart auszuführen, daß jeweils
das Dämpferelement
einer Feder-Dämpfereinrichtung
in der in 2 dargestellten Art
und Weise räumlich
in die mechanische Feder integriert ist.
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Bezug nehmend auf 4 ist eine weitere Ausführungsform
des Federungssystems 1 dargestellt, bei der zwischen den
beiden Hydraulikzylindern 7A, 7B ein sich in Fahrzeugquerrichtung
erstreckender, federartig ausgebildeter Stabilisator 28 angeordnet
ist. Der Stabilisator 28 ist karosserieseitig und jeweils
an den den Achsen 15A, 15B abgewandten Enden der
Hydraulikzylinder 7A, 7B festgelegt. Des weiteren
ist der Stabilisator 28 im wesentlichen trapezförmig ausgeführt, wobei
die obere kürzere Seite
an zwei Punkten an der Karosserie 17 festgelegt ist. Ausgehend
von den beiden Befestigungspunkten des Stabilisators 28 an
der Karosserie 17 ist dieser mit zwei Knickpunkten ausgebildet,
an welche sich zwei Äste
anschließen,
die in Richtung der Räder 2A, 2B verlaufen.
Das freie Ende der Äste
ist jeweils mit einem der beiden Hydraulikzylinder 7A, 7B im
Bereich der Verbindungsstelle zwischen der mechanischen Feder 13A bzw. 13B und
dem Hydraulikzylinder 7A bzw. 7B verbunden.
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Der Stabilisator 28 stellt
dabei ein Federelement dar, das nur bei gegensinniger Einfederung
der beiden Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B wirkt,
d. h., wenn ein Rad 2A bzw. 2B eine Verschiebung
erfährt,
die der Bewegung des anderen Rades 2B bzw. 2A entgegengesetzt
ist. In einem derartigen Fall wirkt der Stabilisator 28.
Bei einer gleichgerichteten Einfederung der beiden Räder 2A, 2B ist
der Einfluß des Stabilisators 28 auf
das Federungssystem 1 nur geringfügig.
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Erfolgt eine aktive Wankstabilisierung
durch eine Fußpunktverstellung
der Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B mit tels
der beiden Hydraulikzylinder 7A, 7B, wird der
Stabilisator 28 bzw. der Fußpunkt des Stabilisators 28 gemeinsam
mit dem Fußpunkt der
mechanischen Federn 13A, 13B verstellt, weshalb
die in 3 gezeigte Festlegung
des Stabilisators 28 eine energetisch günstige Anordnung darstellt.
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Die in 4 bis 6 dargestellten Ausführungsformen
des Federungssystems werden vorzugsweise in Vorderachssystemen von
Fahrzeugen eingesetzt, wobei das in 4 dargestellte
hydraulische System dem in 3 dargestellten
hydraulischen System ohne den hydraulischen Druckübersetzer
entspricht. Selbstverständlich
liegt es im Ermessen des Fachmannes, die Ausführungsform des Federungssystems 1 gemäß 4 bis 6 bei Bedarf mit dem in 3 dargestellten Druckübersetzer zu kombinieren.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
des Federungssystems 1, welche eine Kombination des Stabilisators 28 gemäß 4 und der hydraulischen
Ansteuerung der beiden Hydraulikzylinder 7A, 7B in
der in 1 gezeigten Art
und Weise darstellt.
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In 6 ist
eine weitere Ausführungsform des
Federungssystems 1 dargestellt, welches im wesentlichen
dem Federungssystem gemäß 5 entspricht. Lediglich
die Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B sind
abweichend ausgeführt
und entsprechen der in 2 dargestellten
Ausgestaltung, bei der die Dämpferelemente 12A, 12B innerhalb
der mechanischen Federn bzw. Schraubenfedern 13A, 13B angeordnet
sind. Damit können
die Fußpunkte
der mechanischen Federn 13A, 13B und der Dämpferelemente 12A, 12B gemeinsam
verstellt wer den, was insbesondere bei einer Federbeinanordnung
von Vorteil ist.
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Diese Ausführungsvariante der Feder-Dämpfereinrichtungen 3A, 3B gegenüber der räumlich versetzt
zueinander ausgeführten
Anordnung der Dämpferelemente 12A, 12B und
der mechanischen Federn 13A, 13B stellt eine energetisch günstigere
Ausführungsform
dar, wenngleich die koaxiale Anordnung der Dämpferelemente 12A, 12B und
der Federn 13A, 13B einen geringfügig höheren Regelaufwand
erfordert als die räumlich
getrennte Anordnung.
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- 1
- Federungssystem
- 2A,2B
- Rad
- 3A,3B
- Feder-Dämpfereinrichtung
- 4A,4B
- hydraulische
Fußpunkt-Verstelleinrichtung
- 5
- steuerbare
Verbindung
- 6
- Hydraulikpumpe
- 7A,7B
- Hydraulikzylinder
- 8A,8B
- Sperrorgan,
2/2-Wege-Ventil
- 9A,9B
- Leitung
- 10
- Druckmittelreservoir
- 11A,11B
- zweites
2/2-Wege-Ventil
- 12A,12B
- Dämpferelement
- 13A,13B
- mechanische
Feder
- 14A,14B
- Kolbenstange
- 15A,15B
- Achse
- 16
- Elektromotor
- 17
- Karosserie
- 18
- Druckübersetzer
- 19A,19B
- Kammer
des Druckübersetzers
- 20A,20B
- Kammer
des Druckübersetzers
- 21A,21B
- Leitungen
- 22
- 3/4-Wege-Ventil
- 23
- Zwischenwand
- 24A,24B
- Trennwand
- 25
- Verbindungskolben
- 26A,26B
- Verbindungsleitungen
- 27A,27B
- 3/3-Wege-Ventil
- 28
- Stabilisator