DE3409154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Federbein oder -dämpfer für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie es beispielsweise aus der DE-AS 15 05 522, Fig. 2, bekannt ist.

Diese bekannte Baueinheit besteht aus einem hydropneumatischen Teleskopstoßdämpfer und einer parallel geschalteten Gasfeder, welche zwischen Kolbenstange und Dämpferrohr des Teleskopstoßdämpfers angreift. Die Dämpfungskraft des Teleskopstoßdämpfers dieser bekannten Baueinheit ist selbsttätig beladungsabhängig und stufenlos veränderbar, so daß bei jedem Belastungszustand des Fahrzeuges mit einer ihm angepaßten Abfederung und Dämpfung gefahren werden kann, wodurch bei zugleich gesteigertem Fahrkomfort eine größere Fahrsicherheit gewährleistet wird.

Die selbsttätige lastabhängige Verstellung der Dämpfungskraft wird mittels einer Verstellstange vorgenommen, welche innerhalb der hohl ausgebildeten Kolbenstange verstellbar gelagert ist und durch deren Axialverschiebung die Drosselwirkung von Drosselöffnungen veränderbar ist, welche beidseitig des Teleskopstoßdämpfer-Kolbens gelegene Hydraulikräume miteinander verbinden.

Zur lastabhängigen Axialverschiebung der Verstellstange ist im Bereich des kolbenstangenseitigen Endes der Baueinheit eine Steuerkammer vorgesehen, welche mit dem der unterschiedlichen Fahrzeugbelastung folgenden Druck der Gasfeder versorgt wird, so daß in ihr je nach Belastung des Fahrzeuges ein unterschiedlich großer Gasdruck herrscht. Über eine Membran der Steuerkammer wird die Verstellstange daher entsprechend der unterschiedlichen Fahrzeugbelastung axial unterschiedlich stark relativ zur Kolbenstange verschoben, wodurch Drosselöffnungen mehr oder weniger stark in ihrem wirksamen Querschnitt verändert werden.

Der Aufwand zur Veränderung der Dämpfungskraft ist bei dieser bekannten Anordnung verhältnismäßig groß; darüber hinaus steht eine derartige Druckquelle nur bei solchen Federbein- oder -dämpferanordnungen von vornherein zur Verfügung, bei denen den Teleskopstoßdämpfern Gasdruckfedern parallelgeschaltet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federbein oder -dämpfer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art weiter zu verbessern und insbesondere derart auszubilden, daß zur selbsttätigen stufenlosen und beladungsabhängigen Veränderung der Dämpfungskraft des Teleskopstoßdämpfers keine Druckquelle erforderlich ist und daß die gewünschte Dämpfungskraftverstellung auch bei solchen Federbein- oder -dämpferanordnungen möglich wird, bei denen als Federungselemente entweder übliche Schraubenfedern oder konventionelle Gasfedern eingesetzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform in axialem Schnitt,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform in axialem Schnitt,

Fig. 3 ein Detail einer dritten Ausführungsform in axialem Schnitt und

Fig. 4 und 5 Details vierter und fünfter Ausführungsformen in axialem Schnitt.

Der in Fig. 1 dargestellte Federdämpfer für Kraftfahrzeuge besteht aus einem in seiner Dämpfungskraft selbsttätig beladungsabhängig und stufenlos veränderbaren hydraulischen Teleskopstoßdämpfer 1 sowie einer zwischen dessen Kolbenstange 2 und dessen Dämpferrohr 3 angreifenden, der Fahrzeugabfederung dienenden Federvorrichtung, welche im rechten Teil der Zeichnung als übliche Schraubenfeder 4 und im linken Teil als konventionelle Gasfeder 4′ dargestellt ist.

Innerhalb der Kolbenstange 2 ist eine Längsbohrung 6 vorgesehen, in der eine Verstellstange 7 verstellbar, d. h. axial verschiebbar gelagert ist. Im Bereich des unteren Endes der Verstellstange ist die Kolbenstange 2 mit radialen Drosselöffnungen 8 versehen, durch die - wenn sie frei sind - über eine Axialbohrung 81 im Teleskopstoßdämpfer-Kolben 9 eine Verbindung zwischen den beidseitig des Kolbens gelegenen Hydraulikräumen 10 und 11 hergestellt ist. Durch axiale Verschiebung der Verstellstange 7 innerhalb der Kolbenstange 2 kann durch Vergrößerung oder Verkleinerung des wirksamen Durchflußquerschnitts die Drosselwirkung dieser Drosselöffnungen 8 verändert werden, womit eine entsprechende Änderung der Dämpfungskraft verbunden ist. Neben diesen Drosselöffnungen in der Kolbenstange sind im Kolben 9 selbst natürlich noch übliche Drosseldurchlässe (Zug- und Druckventile) vorgesehen, die jedoch nicht weiter dargestellt sind, weil sie für die vorliegende Erfindung selbst ohne Bedeutung sind.

Der Federdämpfer wird über ein nicht weiter beziffertes rohrseitiges sowie über ein kolbenstangenseitiges Befestigungsgelenk 5 in üblicher Weise zwischen Fahrzeugaufbau und Radführungsglied angelenkt, wobei die Einbaulage von den Einbauerfordernissen sowie von der Art des Teleskopstoßdämpfers abhängt; das kolbenstangenseitige Befestigungsgelenk 5 kann somit nach Bedarf also entweder am Fahrzeugaufbau oder am Radführungsglied angelenkt werden.

Das kolbenstangenseitige Befestigungsgelenk 5 ist als gummielastisches Befestigungsgelenk ausgebildet, d. h. das freie Ende der Kolbenstange 2 wird nicht starr, sondern unter Zwischenschaltung eines bei Belastung nachgiebigen gummielastischen Elementes am Fahrzeugaufbau bzw. am Radführungsglied angelenkt. Das freie Ende der Kolbenstange 2, an dem ein oberer Federteller 41 zur Abstützung einer Schraubenfeder 4 oder einer Luftfeder 4′ befestigt ist, ist demnach über ein gummielastisches Element 51 von vorzugsweise ringförmiger Gestalt mit einer Befestigungsöse 52 versehen, welche unmittelbar am Fahrzeugaufbau bzw. am Radführungsglied des Kraftfahrzeuges anlenkbar ist. Bei Verwendung einer Schraubenfeder 4 ist am Stoßdämpferrohr 3 noch ein unterer Federteller 42 befestigt, auf dem sich das untere Ende der Schraubenfeder in üblicher Weise abstützt.

Die innerhalb der hohlen Kolbenstange 2 verstellbar gelagerte Verstellstange 7 ist mit ihrem vom Kolben 9 abgewandten Ende axial aus der Kolbenstange 2 herausgeführt. Unter Umgehung des gummielastischen Elementes 51 des gummielastischen Befestigungsgelenkes 5 ist dieses Ende unmittelbar mit der Befestigungsöse 52 verbunden, so daß es bei ins Kraftfahrzeug eingebautem Federbein oder -dämpfer direkt am Fahrzeugaufbau bzw. Radführungsglied des Kraftfahrzeuges angelenkt ist.

Die Drosselöffnungen 8 in der Kolbenstange 2 und das untere Ende der Verstellstange 7, welches kolbenförmig ausgebildet sein kann, sind räumlich derart angeordnet, daß die Drosselöffnungen 8 bei Leerlast völlig frei sind. Das bedeutet, daß bei diesem Beladungszustand des Kraftfahrzeuges nicht nur die nicht weiter dargestellten üblichen Zug- und Druckventile im Kolben 9, sondern auch die Drosselöffnungen 8 für die Dämpfungsfunktion des Stoßdämpfers wirksam sind.

Wenn das Kraftfahrzeug beladen wird, wird das gummielastische Element 51 mit wachsender Beladung zunehmend zusammengedrückt. Das hat zur Folge, daß die innerhalb der Kolbenstange 2 gelagerte Verstellstange 7 mit zunehmender Beladung selbsttätig tiefer in die Kolbenstange eindringt, wodurch das untere Ende der Verstellstange mit wachsender Beladung den Öffnungsquerschnitt der radialen Drosselöffnungen 8 zunehmend verkleinert. Das Maß der Verkleinerung hängt davon ab, welche Dämpfercharakteristik angestrebt wird. So ist es insbesondere auch möglich, die Drosselöffnungen 8 bei einem bestimmten Beladungszustand des Kraftfahrzeuges, z. B. Vollast, völlig zu verschließen. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es natürlich auch möglich, mehrere Drosselöffnungen übereinander anzuordnen, so daß zum völligen Verschließen der Drosselöffnungen eine größere Relativbewegung zwischen Verstellstange 7 und Kolbenstange 2 durchgeführt werden muß, was steuerungstechnisch mitunter von Vorteil ist.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, das untere Ende der Verstellstange 7 statt auf zusätzliche Drosselöffnungen in der Kolbenstange 7 in an sich bekannter Weise (z. B. DE-OS 23 25 247) auf die im Kolben 9 üblicherweise sowieso vorhandenen Zug- und Druckventile, und zwar auf deren Ventilfederscheiben einwirken zu lassen und deren Vorspannung belastungsabhängig zu verändern.

Man erkennt, daß bei entsprechender gegenseitiger Abstimmung der einzelnen Bauelemente, insbesondere des gummielastischen Elementes 51, der Verstellstange 7 und der Drosselöffnungen 8, die Dämpfung D dieses Federbeins oder -dämpfers unabhängig vom Beladungszustand des Kraftfahrzeuges zumindest annähernd konstant gehalten werden kann, wodurch ein entsprechend guter Fahrkomfort erzielt wird. Durch die bei Erhöhung der Fahrzeugbeladung selbsttätig stattfindende Verringerung des Durchflußquerschnitts der zusätzlichen Drosselöffnungen 8 ist eine entsprechende Erhöhung der Dämpferkraft F und damit des Dämpfungsfaktors k=F/v verbunden, wodurch der bei üblichen Teleskopstoßdämpfern und Federbeinen bei zunehmender Beladung stattfindenden Erhöhung der Dämpfung infolge der damit verbundenen Erhöhung der Masse m sowie der Federrate c entgegengewirkt wird, denn allgemein gilt für die Dämpfung einer Schwingung

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Federbein oder -dämpfer ist das kolbenstangenseitige gummielastische Befestigungsgelenk 5 - wie bei Teleskopstoßdämpfern üblich - als Augengelenk mit einer quer zur Kolbenstange verlaufenden Gelenkachse ausgebildet. Solche bekannten Augengelenke besitzen üblicherweise eine mit der Kolbenstange formsteif verbundene metallische Außenhülse, eine unmittelbar mit dem Fahrzeugaufbau bzw. dem Radführungsglied verbindbare metallische Innenhülse (Befestigungsöse) und ein zwischen der Außen- und der Innenhülse angeordnetes, auf Druck beanspruchtes gummielastisches Element. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Außenhülse mit 54 und das gummielastische Element wie in Fig. 1 mit 51 beziffert. Eine besondere metallische Innenhülse ist im Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Das gummielastische Element 51 liegt statt dessen unmittelbar an dem durch das Augengelenk hindurchgeführten Schraubbolzen 53 an, mit dem dieses Befestigungsgelenk am nur angedeuteten Fahrzeugaufbau 12 befestigt ist. Die Verstellstange 7 liegt mit ihrem oberen Ende von unten am Befestigungsbolzen 53 an. Sie wird durch eine zwischen ihr und der Kolbenstange wirksame Federvorrichtung geringer Federkraft in dieser Lage fixiert. In ihrer Funktionsweise stimmt diese Federbein- oder -dämpferanordnung mit der zuvor erläuterten Anordnung gemäß Fig. 1 überein.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist das kolbenstangenseitige gummielastische Befestigungsgelenk 5 als Axiallager mit koaxial zur Kolbenstange 2 verlaufender Gelenkachse ausgebildet, wie dies bei Federbeinanordnungen zur Erzielung einer weichen Anlenkung am Fahrzeugaufbau bestens bekannt ist. Dieses Axiallager besitzt einen radial inneren Trägerteil 55, welcher formfest mit der den oberen Federteller 41 tragenden Kolbenstange 2 verbunden ist, einen radial äußeren Trägerteil 56, welcher unmittelbar mit dem Fahrzeugaufbau 12 bzw. dem Radführungsglied verbindbar ist, und ein zwischen dem inneren und dem äußeren Trägerteil 55 bzw. 56 angeordnetes gummielastisches Element 51, welches vorwiegend auf Schub beansprucht wird.

Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federbeins oder -dämpfers steht das axial aus der Kolbenstange 2 herausgeführte Ende der Verstellstange 7 mit einem Anschlag 57 in Verbindung, welcher mit dem äußeren Trägerteil 56 verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Verstellstange durch eine nicht weiter dargestellte Federvorrichtung geringer Federkraft in Anlage zu diesem Anschlag 57 gehalten. Dieser Anschlag ist im Ausführungsbeispiel als axial verschiebbare Schraube o. ä. ausgebildet, so daß es z. B. in einfacher Weise möglich ist, bei nachlassender Dämpferkraft durch tieferes Eindrehen dieser Schraube eine Korrektur vorzusehen, was zur Lebensdauererhöhung führt. Es versteht sich, daß dieser Anschlag 57 nicht unbedingt am äußeren Trägerteil 56 selbst befestigt sein muß, sondern statt dessen auch mit dem Fahrzeugaufbau 12 bzw. mit dem Radführungsglied verbunden sein kann.

Die erfindungsgemäße Federbein- oder -dämpferanordnung zeichnet sich durch ihre einfache Konstruktion aus. Besondere zusätzliche äußere Versorgungsleitungen oder -gestänge zur Verstellung der Verstellstange sind zur selbsttätigen beladungsabhängigen Verstellung nicht erforderlich, so daß ein derartiges Federbein bzw. -dämpfer ohne Schwierigkeiten wie jeder normale Federdämpfer o. ä. eingebaut werden kann.

In einfacher und vorteilhafter Weise kann bei nur geringfügigem Mehraufwand das Federbein bzw. der Federdämpfer derart ausgebildet werden, daß seine Dämpfungskraft mittels der Verstellstange 7 nicht nur selbsttätig in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeladung steuerbar ist, sondern auch in Abhängigkeit von anderen Betriebs- und Fahrzuständen des Fahrzeuges, z. B. in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrzeugbeschleunigung und/oder Abbremsung, von Seitenkräften oder Lenkbewegungen etc. Auf diese Weise ist es leicht möglich, auf das allgemeine Fahrverhalten des Fahrzeuges, z. B. auf das Anfahr- oder Bremstauchen bzw. -nicken, Wank- oder Rollbewegungen etc. des Fahrzeuges Einfluß zu nehmen. Von Vorteil ist es generell, wenn die Dämpferkraft mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit größer wird, d. h. die Dämpfer härter werden. Von Vorteil ist es z. B. auch, beim Durchfahren von Kurven die kurvenäußeren Teleskopstoßdämpfer härter und die kurveninneren Stoßdämpfer ggf. weicher werden zu lassen.

In den Fig. 4 und 5 sind zwei Ausführungsbeispiele des Federbeins schematisch dargestellt, bei denen die Dämpferkraft wunschgemäß in dieser Weise verändert werden kann. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 4 und 5 stimmen in ihrem Grundaufbau mit dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel überein. Das axial aus der Kolbenstange 2 herausragende Ende der Verstellstange 7 steht bei diesen Ausführungen jedoch nicht mit einem ortsfesten oder nur manuell verstellbaren Anschlag in Verbindung, sondern mit einem Element, dessen axialer Abstand zum Kolbenstangenende vergrößert oder verkleinert werden kann. Zu diesem Zweck ist am äußeren Trägerteil 56 des gummielastischen Axiallagers 5 ein nur schematisch dargestellter Stellmotor 13 befestigt, der die Verstellstange 7 in Abhängigkeit von den jeweils in Betracht gezogenen Fahrzeugparametern - Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigung o. ä. - in der gewünschten Weise verstellt. Die Umsetzung der Bewegung des Stellmotors 13 in eine Stellbewegung der Verstellstange 7 kann - wie in Fig. 4 - mittels eines spindelförmigen Übertragungsgliedes 14 oder - wie in Fig. 5 - mittels einer exzentrischen Scheibe 15 erfolgen, durch die Drehbewegungen einer Rotorwelle des Stellmotors in entsprechende Axialbewegungen der Verstellstange 7 umgewandelt werden, wie dies in den Figuren durch Pfeile angedeutet ist. Als Stellmotor bietet sich insbesondere ein kleiner Elektromotor an. Grundsätzlich sind hierfür natürlich auch andere geeignete Stellglieder, z. B. hydraulische oder pneumatische Stellglieder verwendbar.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 4 und 5 wird die durch den Stellmotor bewirkte Verstellung der Verstellstange 7 durch deren axiale Verschiebung innerhalb des Kolbens 2 bewirkt, wie dies auch in den Fig. 1 und 2 der Fall ist. Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen ist es natürlich auch möglich, die Drosselwirkung der Drosselöffnungen durch Verdrehen der Verstellstange um ihre Längsachse zu bewirken. Hierbei könnte z. B. das untere Ende der Verstellstange mit einer schrägen Fläche versehen sein, durch welche die Drosselöffnungen je nach Drehstellung der Verstellstange mehr oder weniger weit geöffnet oder verschlossen werden.

Claims (7)

1. Federbein oder -dämpfer für Kraftfahrzeuge mit einem in seiner Dämpfungskraft selbsttätig und stufenlos veränderbaren hydraulischen Teleskopstoßdämpfer sowie einer zwischen dessen Kolbenstange und dessen Dämpferrohr angreifenden, der Fahrzeugabfederung dienenden Federvorrichtung, wobei das kolbenstangenseitige Befestigungsgelenk des Federbeins oder -dämpfers mit gummielastischen Elementen ausgebildet ist und wobei innerhalb einer Längsbohrung der Kolbenstange eine die Dämpfungskraft steuernde Verstellstange verstellbar gelagert ist, durch deren Verstellung die Drosselwirkung von Drosselöffnungen veränderbar ist, welche beidseitig des Kolbens des Teleskopstoßdämpfers gelegene Hydraulikräume miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellstange (7) mit ihrem vom Kolben (9) abgewandten Ende axial aus der Kolbenstange (2) herausgeführt und unter Umgehung der gummielastischen Elemente (51) des kolbenstangenseitigen Befestigungsgelenks (5) direkt am Fahrzeugaufbau (12) bzw. Radführungsglied des Kraftfahrzeugs angelenkt ist.

2. Federbein oder -dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das kolbenstangenseitige Befestigungsgelenk (5) eine über mindestens ein gummielastisches Element (51) mit dem freien Ende der Kolbenstange (2) verbundene Befestigungsöse (52) enthält, die unmittelbar am Fahrzeugaufbau (12) bzw. Radführungsglied des Kraftfahrzeugs anlenkbar ist,
und daß das axial aus der Kolbenstange (2) herausgeführte Ende der Verstellstange (7) unmittelbar mit der Befestigungsöse (52) in Verbindung steht.

3. Federbein oder -dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kolbenstangenseitige gummielastische Befestigungsgelenk (5) in an sich bekannter Weise als Augengelenk mit quer zur Kolbenstange (2) verlaufender Gelenkachse ausgebildet ist, mit einer mit der Kolbenstange (2) formsteif verbundenen metallischen Außenhülse (54), einer unmittelbar mit dem Fahrzeugaufbau (12) bzw. dem Radführungsglied verbindbaren metallischen Innenhülse (Befestigungsöse, bei 53) und einem auf Druck beanspruchten, zwischen Außen- und Innenhülse angeordneten gummielastischen Element (51), (Fig. 2).

4. Federbein oder -dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das kolbenstangenseitige gummielastische Befestigungsgelenk (5) in an sich bekannter Weise als Axiallager mit koaxial zur Kolbenstange (2) verlaufender Gelenkachse ausgebildet ist, mit einem mit der Kolbenstange (2) formsteif verbundenen radial inneren Trägerteil (55), einem unmittelbar mit dem Fahrzeugaufbau (12) bzw. dem Radführungsglied verbindbaren radial äußeren Trägerteil (56) und einem zumindest vorwiegend auf Schub beanspruchten, zwischen innerem und äußerem Trägerteil (55 bzw. 56) angeordneten gummielastischen Element (51),
und daß das axial aus der Kolbenstange (2) herausgeführte Ende der Verstellstange (7) unmittelbar mit einem mit dem äußeren Trägerteil (56) oder dem Fahrzeugaufbau (12) bzw. dem Radführungsglied in Verbindung stehenden Anschlag (57) o. ä. in Verbindung steht (Fig. 3).

5. Federbein oder -dämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (57) verstellbar ist.

6. Federbein oder -dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Axialverschiebung der Verstellstange (7) zumindest ein Teil der die beidseitig des Teleskopstoßdämpfer- Kolbens (9) gelegenen Hydraulikräume (10, 11) miteinander verbindenden Drosselöffnungen (8) im Durchflußquerschnitt veränder- und/oder verschließbar ist (Fig. 1, 2).

7. Federbein oder -dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Axialverschiebung der Verstellstange (7) die Vorspannung von Drosselfedern (Federscheiben o. ä.) von im Kolben (9) angeordneten, die beidseitig des Kolbens (9) gelegenen Hydraulikräume (10; 11) miteinander verbindenden Drosselventilen veränderbar ist.