WO2011080163A1

WO2011080163A1 - Feder-dämpfer-einheit

Info

Publication number: WO2011080163A1
Application number: PCT/EP2010/070433
Authority: WO
Inventors: Matthias Kohlhauser; Hansjörg Pöhler
Original assignee: Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co Kg
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-07-07
Also published as: CN102781691B; DE112010005077B4; US20130020748A1; US9050874B2; DE112010005077A5; CN102781691A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder-Dämpfer-Einheit (10) zur Anordnung zwischen einem ersten Fahrzeugteil und einem zweiten Fahrzeugteil, insbesondere zwischen einem Fahrzeugaufbau und einem Fahrzeugrad eines Kraftfahrzeugs. Die Feder-Dämpfer-Einheit weist eine erste Befestigungseinrichtung (12) zur Befestigung der Feder-Dämpfer-Einheit an dem ersten Fahrzeugteil und eine zweite Befestigungseinrichtung (12') zur Befestigung der Feder-Dämpfer-Einheit an dem zweiten Fahrzeugteil auf. Weiterhin umfasst die Feder-Dämpfer-Einheit ein elastisches Element (20) und einen Schwingungsdämpfer (14) mit zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferteilen (16,18), die zwischen den Befestigungseinrichtungen angeordnet sind, um relative Bewegungen zwischen den Fahrzeugteilen zu dämpfen und einen Abstand zwischen den Fahrzeugteilen zu regulieren. Eine Vorspannung des elastischen Elements ist durch eine erste Verstelleinrichtung (26) variabel einstellbar. Außerdem ist eines der Dämpferteile durch eine zweite Verstelleinrichtung relativ zu einer der Befestigungseinrichtungen verstellbar. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder-Dämpfer-Einheit zur Anordnung zwischen einem ersten Fahrzeugteil und einem zweiten Fahrzeugteil, insbesondere zwischen einem Fahrzeugaufbau und einem Fahrzeugrad eines Kraftfahrzeugs. Die Feder-Dämpfer-Einheit weist eine erste Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Feder-Dämpfer-Einheit an dem ersten Fahrzeugteil und eine zweite Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Feder-Dämpfer-Einheit an dem zweiten Fahrzeugteil auf. Weiterhin umfasst die Feder-Dämpfer-Einheit ein elastisches Element und einen Schwingungsdämpfer mit zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferteilen, die zwischen den Befestigungseinrichtungen angeordnet sind, um relative Bewegungen zwischen den Fahrzeugteilen zu dämpfen und einen Abstand zwischen den Fahrzeugteilen zu regulieren. Eine Vorspannung des elastischen Elements ist durch eine erste Verstelleinrichtung variabel einstellbar. Außerdem ist eines der Dämpferteile durch eine zweite Verstelleinrichtung relativ zu einer der Befestigungseinrichtungen verstellbar.

Description

Feder-Dämpfer-Einheit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder-Dämpfer-Einheit zur Anordnung zwischen einem ersten Fahrzeugteil und einem zweiten Fahrzeugteil, insbesondere zwischen einem Aufbau und einem Rad (d.h. einer Achse) eines Kraftfahrzeugs. Derartige Feder-Dämpfer-Einheiten finden in der Kraftfahrzeugtechnik Anwendung um relative Bewegungen zwischen zwei Fahrzeugteilen zu dämpfen und einen Abstand zwischen den Fahrzeugteilen zu regulieren. Moderne Feder-Dämpfer-Einheiten in Kraftfahrzeugen ermöglichen Niveauregulierungen zum Beladungsausgleich und Höhenverstellungen von Fahrzeugen, um auch bei den unterschiedlichsten Belastungszuständen und den unterschiedlichsten Straßenverhältnissen stets die optimale Bodenfreiheit sicherstellen zu können. Zu diesem Zweck ist üblicherweise eine Versteileinrichtung vorgesehen, die zwischen der Feder-Dämpfer- Einheit und dem Aufbau bzw. dem Fahrzeugrad wirkt. Alternativ kann die Versteileinrichtung innerhalb der Feder-Dämpfer-Einheit wirken.

Die beiden genannten Varianten weisen allerdings Nachteile auf die sich ungünstig auf den Fahrkomfort auswirken. Wirkt die Versteileinrichtung zwischen der Feder-Dämpfer-Einheit und dem Aufbau oder dem Fahr- zeugrad, so werden bei einem Beladungsausgleich (Belastungsausgleich) die Wege der Zug- und Druck-Stufe der Dämpferkomponente der Feder- Dämpfer-Einheit reduziert. Wirkt die Versteileinrichtung innerhalb der Feder-Dämpfer-Einheit, so wird bei einer Höhenverstellung ein Federweg auf Kosten des anderen Federwegs verkürzt. Dieser Effekt tritt beispiels- weise dann auf, wenn ein Fahrzeug aufgrund eines schlechten Fahrbahn- belags höher gestellt wird. Bei einem Ausfedern schlägt die Dämpferkomponente dann früher an dem ihr zugeordneten oberen Anschlag an, verglichen mit einem nicht höhenverstellten Zustand. Somit wird bei Fahrten mit vergrößerter Bodenfreiheit der Fahrkomfort merklich verschlechtert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Feder-Dämpfer- Einheit der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, den Abstand zwischen zwei Fahrzeugteilen auf möglichst effiziente Weise einzustellen und die Schwingungen zwischen den Fahrzeugteilen zu dämp- fen. Insbesondere soll eine Feder-Dämpfer-Einheit geschaffen werden, die eine Niveauregulierung des Fahrzeugs und/ oder eine Verstellung der Bodenfreiheit ermöglicht, ohne dass dadurch der Fahrkomfort geschmälert wird. Diese Aufgabe wird durch eine Feder-Dämpfer-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Feder-Dämpfer-Einheit weist eine erste Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Einheit an dem ersten Fahrzeugteil und eine zweite Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Einheit an dem zweiten Fahrzeugteil auf. Weiterhin sind ein elastisches Element und ein Schwingungsdämpfer mit zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferteilen vorgesehen. Die Dämpferteile und das elastische Element sind - zumindest funktionell gesehen - zwischen den Befestigungseinrichtungen angeordnet. Sie müssen zwar nicht selbst mit den Befestigungseinrichtungen verbunden sein, allerdings zwischen ihnen wirken. Durch eine erste VerStelleinrichtung ist eine Vorspannung des elastischen Elements variabel einstellbar. Dies bedeutet insbesondere, dass die Lage einer Angriffsstelle des elastischen Elements (z.B. die Lage eines Federtellers) durch die erste VerStelleinrichtung relativ zu der Lage einer der Befesti- gungseinrichtungen verstellbar ist. Ferner ist die Lage eines der Dämpferteile (des Schwingungsdämpfers) durch eine zweite Versteileinrichtung relativ zu der Lage einer der Befestigungseinrichtungen (insbesondere derselben Befestigungseinrichtung) verstellbar.

Mit anderen Worten wird durch die erste Versteileinrichtung die Vorspannung des elastischen Elements angepasst, um beispielsweise einer Änderung der zwischen den Fahrzeugteilen wirkenden Belastung Rechnung zu tragen. Mit Hilfe der zweiten Versteileinrichtung kann zusätzlich beispielsweise eine Position eines Kolbens der Dämpfereinheit derart verändert werden, dass stets die optimalen Wege der Zug- und Druckstufe der Dämpfereinheit zur Verfügung stehen. Durch ein geeignetes Zusammenspiel der beiden Versteileinrichtungen kann dabei gewährleistet werden, dass auch bei einer gleichzeitig vorgenommenen Niveauregulierung und Höhenverstellung des Fahrzeugs unveränderte Ein- und Ausfederwege sowie Zug- und Druck-Stufen-Wege in der Feder-Dämpfer-Einheit zur Verfügung stehen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Versteileinrichtung unabhängig von der zweiten Versteileinrichtung betreibbar ist. Dies ermöglicht es bei- spielsweise, bei einem mit einer solchen Feder-Dämpfer-Einheit ausgestatteten Fahrzeug eine Niveauregulierung zur Belastungskompensation vorzunehmen, ohne dass gleichzeitig eine Veränderung der Bodenfreiheit (Höhenverstellung) erfolgt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Versteileinrichtungen antriebswirksam miteinander koppelbar sind, das heißt wenn die Versteileinrichtungen derart mechanisch oder elektromagnetisch miteinander koppelbar sind, dass Kräfte oder Drehmomente übertragen werden kön- nen. Beispielsweise können die Versteileinrichtungen derart koppelbar sein, dass die zweite Versteileinrichtung nur zusammen mit der ersten Versteileinrichtung betreibbar ist. So kann beispielsweise die erste Versteileinrichtung durch eine Antriebseinheit angetrieben werden, während die zweite Versteileinrichtung mittelbar über die erste Versteileinrichtung von der Antriebseinheit angetrieben wird. Bei dieser Ausführungsform sind der ersten und der zweiten Versteileinrichtung eine gemeinsame Antriebseinheit zugeordnet. Grundsätzlich sind aber auch anders ausgestaltete Ausführungsformen denkbar, bei denen jeweils eine einzige Antriebseinheit für beide Verstellmechanismen vorgesehen ist. Durch das Vorse- hen lediglich einer Antriebseinheit werden Kostenvorteile erzielt. Außerdem zeichnet sich diese Ausführungsform durch ihre Kompaktheit aus.

Zwischen der Antriebseinheit und zumindest einer der Versteileinrichtungen kann eine Übertragungseinrichtung angeordnet sein, mit der eine antriebswirksame Kopplung zwischen der Antriebseinheit und der einen Versteileinrichtung konfigurierbar, d.h. einstellbar oder auswählbar ist. Beispielsweise kann durch die Übertragungseinrichtung die zweite Versteileinrichtung selektiv mit der Antriebseinheit gekoppelt werden. Bevorzugt ist der Übertragungseinrichtung eine Sperreinrichtung zugeordnet, mit der zumindest eine der Komponenten der Übertragungseinrichtung relativ zu einem Gehäuse der Feder-Dämpfer-Einheit fixierbar ist. Insbesondere ist die Sperreinrichtung elektrisch (einschließlich elektromagnetisch) betreibbar, wobei die Sperreinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Übertragungseinrichtung in einem nicht-bestromten Zustand blockiert ist. Mit dieser Ausgestaltung kann beispielsweise eine "fail-safe"- Funktion bereitgestellt werden, das heißt die Übertragungseinrichtung wird in einem Störfall blockiert, um sie in einem sicheren Zustand zu bringen, in dem beispielsweise die Feder-Dämpfer-Einheit wie eine nicht aktiv steuerbare Feder-Dämpfer-Einheit reagiert.

Gemäß einer besonders robusten und kompakten Ausgestaltung der Übertragungseinrichtung umfasst diese ein Planetengetriebe. Insbesondere ist ein Sonnenrad des Planetengetriebes mit einem Eingangselement einer der VerStelleinrichtungen verbunden. Das heißt, der„Ausgang" des Planetengetriebes wird durch ein Sonnenrad gebildet, während der„Eingang" des Planetengetriebes beispielsweise durch ein Hohlrad des Planetengetriebes gebildet wird. Es versteht sich, dass bei anderen Ausführungsformen auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen sein kann.

In bestimmten Fällen kann es von Vorteil sein, wenn der ersten und der zweiten Versteileinrichtung jeweils eine eigene Antriebseinheit zugeordnet ist, die insbesondere koaxial zueinander angeordnet sind. Eine besonders kompakte Bauform ergibt sich, wenn die beiden Antriebseinheiten an einem Ende des Schwingungsdämpfers angeordnet sind, das heißt wenn sie gemeinsam im Bereich einer der Befestigungseinrichtungen liegen. Dies gestaltet zum Beispiel die Energiezufuhr zu den Antriebseinheiten einfacher. Insbesondere kann ein jeweiliger Rotor der beiden Antriebseinheiten direkt mit einem Eingangselement der entsprechenden Verstellein- richtung verbunden sein.

Die vorgenannte jeweilige Antriebseinheit kann einen Rotor aufweisen, der direkt mit einem Eingangselement einer der Versteileinrichtungen, insbesondere einem Eingangselement der ersten Versteileinrichtung antriebs- wirksam verbunden ist. Dadurch wird die entsprechende Versteileinrichtung bei Betrieb der Antriebseinheit stets angetrieben.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Antriebseinheit koaxial zu einer der Versteileinrichtungen, insbesondere koaxial zu beiden Versteileinrichtungen angeordnet ist. Auch die erste und die zweite Versteileinrichtung können koaxial zueinander angeordnet sein, wobei dies nicht ausschließt, dass zwischen den beiden Versteileinrichtungen ein Versatz in axialer Richtung vorliegt.

Die zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferteile des Schwingungsdämpfers können ein Kolben und ein Zylinder sein, wobei insbesondere der Kolben durch die zweite Versteileinrichtung verstellbar ist. Das elastische Element kann eine Feder sein, insbesondere eine Schraubenfeder, die zwischen zwei Federtellern angeordnet ist, wobei die Vorspannung der Feder durch eine Verschiebung eines der beiden Federteller entlang einer Längsachse, d.h. der Längserstreckung der Feder-Dämpfer-Einheit veränderbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Dämpfung von Relativbewegungen zwischen einem ersten Fahrzeugteil und einem zweiten Fahrzeugteil und zur Regulierung eines Abstands zwischen den beiden Fahrzeugteilen, insbesondere zwischen einem Aufbau und einem Rad eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Verwendung einer Feder- Dämpfer-Einheit, die zwischen den Fahrzeugteilen angeordnet ist und die ein elastisches Element und einen Schwingungsdämpfer mit zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferteilen umfasst.

Wie eingangs erwähnt treten bei bekannten Verfahren, bei denen entweder das elastische Element oder die Dämpferkomponente der Feder-Dämpfer- Einheit beeinflusst wird, Nachteile auf, die sich in einem verringerten Fahrkomfort niederschlagen.

Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaf- fen, dass diese Nachteile beseitigt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Erfindungsgemäß wird die Vorspannung des elastischen Elements durch eine erste Versteileinrichtung variabel eingestellt. Außerdem wird - falls erforderlich - zumindest eines der Dämpferteile durch eine zweite Versteileinrichtung relativ zu einem der Fahrzeugteile verstellt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden die

Versteileinrichtungen durch eine gemeinsame Antriebseinheit angetrieben.

Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Versteileinrichtung in Abhängigkeit von der ersten Versteileinrichtung betrieben wird, insbesondere dass die zweite Versteileinrichtung nur zusammen mit der ersten Versteileinrichtung betrieben wird.

Um beispielsweise bei einem Fahrzeug zum Belastungsausgleich eine Niveauregulierung durchzuführen, kann es ausreichend sein, wenn nur die erste Versteileinrichtung betrieben wird. Dadurch wird etwa eine Verringerung des Abstands der Fahrzeugteile kompensiert, die durch eine zwischen den Fahrzeugteilen wirkende Kraft - beispielsweise eine Belastung durch eine Zuladung - erzeugt wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Versteileinrichtung betrieben werden, um aktiv den Abstand zwischen den Fahrzeugteilen zu verändern, das heißt beispielsweise um den Fahrzeugaufbau je nach Straßenqualität anzuheben oder zu senken.

Vorteilhafterweise wird die zweite Versteileinrichtung derart betrieben, dass eine Verstellbewegung erzeugt wird, die gegensinnig/ antiparallel zu der von der ersten Versteileinrichtung erzeugten Verstellbewegung ist. Die zweite Versteileinrichtung wird insbesondere derart betrieben, dass eine durch den Betrieb der ersten Versteileinrichtung erzeugte Relativbewegung zwischen den beiden Dämpferteilen des Schwingungsdämpfers kompensiert wird. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Kopplung zwischen den Versteileinrichtungen oder auch durch eine nachträgliche Kompensation durch eine der beiden Versteileinrichtungen sicherge- stellt werden.

Weitere Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben. Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter

Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Einheit,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Feder-Dämpfer- Einheit der Fig. 1 , Fig. 3 und 4 den Ausschnitt der Fig. 2 in weiteren Betriebszustän- den der Feder-Dämpfer-Einheit,

Fig. 5 eine Gegenüberstellung von verschiedenen Betriebszu- stände der Feder-Dämpfer-Einheit der Fig. 1 ,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Feder-Dämpfer-Einheit. Fig. 1 zeigt eine Feder-Dämpfer-Einheit 10, die einen oberen Befestigungspunkt 12 aufweist, der mit einem Aufbau eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) verbindbar ist. Ein unterer Befestigungspunkt 12' dient der Befestigung der Feder-Dämpfer-Einheit 10 an einem Rad des Kraftfahrzeugs bzw. der zugeordneten Achse (nicht gezeigt). Die Feder-Dämpfer- Einheit 10 umfasst einen Stoßdämpfer 14 mit einem Zylinder 16 und einem Kolben 18. Der Stoßdämpfer 14 dient zur Dämpfung von Schwingungen zwischen dem Rad und dem Fahrzeugaufbau. Der Stoßdämpfer 14 wird bei einem Einfedern des Fahrzeugs auf Druck und beim Ausfedern auf Zug beansprucht, weshalb die erzeugte Dämpfung beim Ausfedern als Zugstufe, beim Einfedern als Druckstufe bezeichnet wird.

Die Feder-Dämpfer-Einheit 10 umfasst weiterhin eine Feder 20, die zwischen einem unteren, fest mit dem Zylinder 16 verbundenen Federteller 22' und einem weiteren Federteller 22 angeordnet ist. Der Federteller 22 dient auch als unterer Abstützpunkt für eine Zusatzfeder 24, deren oberer Fixpunkt ein oberer Federteller 22" ist, der mit dem oberen Befestigungspunkt 12 in Verbindung steht.

Der Federteller 22 ist beweglich angeordnet und kann entlang der Längs- achse der Feder-Dämpfer-Einheit 10 verschoben werden. Zu diesem Zweck ist eine Aktuatorik 26 vorgesehen, die nachfolgend anhand von Fig. 2 näher beschrieben wird.

Fig. 2 zeigt den oberen Bereich der Feder-Dämpfer-Einheit 10 in einer Vergrößerung. Wie bereits vorstehend beschrieben, umfasst die Feder- Dämpfer-Einheit 10 den beweglichen Federteller 22, der eine obere Angriffsstelle für die Feder 20 bildet. Eine axiale Bewegung des Federtellers 22 führt zu einer Veränderung der Vorspannung der Feder 20, wodurch beispielsweise ein Niveauausgleich des Fahrzeugs realisiert werden kann. Das heißt, wenn sich durch eine größere Zuladung des Fahrzeugs dessen Aufbau zu dem Rad hin bewegt, wird der Federteller 22 relativ zu dem oberen Befestigungspunkt 12 aktiv nach unten verfahren. Mit anderen Worten wird der obere Befestigungspunkt 12 hierdurch wieder auf die ursprüngliche "Nullpunktlage" gebracht.

Um den Federteller 22 zu bewegen, ist die bereits erwähnte Aktuatorik 26 vorgesehen, die von einem Gehäuse 27 umgeben ist. Die Aktuatorik 26 umfasst einen Motor M l mit einem Stator 28 und einem Rotor mit einem unteren Rotorabschnitt 30' und einem oberen Rotorabschnitt 30. Zwar sind die beiden Rotorabschnitte 30, 30' separate Bauteile, um eine einfache Montage zu ermöglichen, in einem montierten Zustand sind sie allerdings drehfest miteinander verbunden. Der untere Rotorabschnitt 30' umgibt eine Kolbenstange 46 des Kolbens 18 des Stoßdämpfers 14 koaxial und weist ein Außengewinde 32 auf, das mit einem Innengewinde 32' des Federtellers 22 zusammenwirkt, um den (drehfesten) Federteller 22 in axialer Richtung zu bewegen (Spindelantrieb). Mit anderen Worten wird durch eine Bestromung des Stators 28 der untere Rotorabschnitt 30' in Rotation versetzt, wodurch letztlich der Federteller 22 in axialer Richtung relativ zu dem Befestigungspunkt 12 verfahren wird. Der obere Rotorabschnitt 30 ist mit einem Hohlrad 34 verbunden, das mit Planetenrädern 36 (nur eines gezeigt) kämmt. Bei einem Antrieb des Rotorabschnitts 30 durch den Stator 28 kommt es zu einer Drehung des Hohlrads 34, das die Planetenräder 36 antreibt. Die Planetenräder 36 sind von einem Planetenträger 38 getragen, der koaxial zu einem Sonnenrad 40 angeordnet ist. Das Sonnenrad 40 ist drehfest an einer Kolbenstangenhülse 42 angeordnet. Die Kolbenstangenhülse 42 weist eine zentrale Bohrung 44 auf, in der die Kolbenstange 46 verschiebbar angeordnet ist. Die Bohrung 44 weist ein Innengewinde auf, das mit einem entsprechenden Außengewinde der Kolbenstange 46 zusammenwirkt, um einen Spindelantrieb zu bilden, der eine Bewegung der Kolbenstange 46 - und damit des Kolbens 18 - relativ zu der Aktuatorik 26 und den mit ihr fest verbundenen Komponenten der Feder-Dämpfer-Einheit 10 (insbesondere relativ zu dem Befestigungspunkt 12) ermöglicht.

Mit anderen Worten bilden das Hohlrad 34, die Planetenräder 36, der Planetenträger 38 und das Sonnenrad 40 ein Planetengetriebe, das zwischen dem oberen Rotorabschnitt 30 des Motors M l und der Kolbenstangenhülse 42 angeordnet ist. In Abhängigkeit davon, welche Komponente des Planetengetriebes gehäusefest fixiert wird, kann eine Übertragung von Drehmoment von dem Motor M 1 auf die Kolbenstangenhülse 42 erreicht werden.

Durch die Bewegung der Kolbenstange 46 kann eine Veränderung der Position des Kolbens 18 relativ zu dem Zylinder 16 kompensiert werden. Wie eingangs beschrieben, tritt beispielsweise bei einem Fahrzeug, bei dem die Bodenfreiheit durch eine Verschiebung des Federtellers 22 vergrößert wurde, bei einem Ausfedern des Fahrzeugaufbaus früher ein Anschlag des Kolbens 18 an dem oberen Ende des Zylinders 16 auf (Zugan- schlag), da der Kolben 18 durch die Höherstellung des Fahrzeugaufbaus relativ zu dem Zylinder 16 nach oben verschoben wurde. Um dies zu kompensieren, wird der Kolben 18 durch eine entsprechende Versteileinrichtung 48 - umfassend das Planetengetriebe (Hohlrad 34, Planetenräder 36, Planetenträger 38, Sonnenrad 40) und den Spindelantrieb (Kolben- stangenhülse 42 /Kolbenstange 46) - relativ zu den fahrzeugaufbaufesten Komponenten (beispielsweise der Aktuatorik 26, dem oberen Federteller 22" und dem Befestigungspunkt 12) und dem Zylinder 16 bewegt, um wieder eine "Nullpunktlage" zu erreichen, die ausreichend Hubweg sowohl in der Druckstufe als auch in der Zugstufe bereitstellt.

Um die Übertragung von Drehmoment von dem Motor M 1 auf die Versteileinrichtung 48 der Kolbenstange 46 und eine Versteileinrichtung 48' des bewegbaren Federtellers 22 - umfassend den unteren Rotorabschnitt 30 und den entsprechenden Spindelantrieb mit dem Gewinde 32, 32' - steu- ern zu können, sind Arretierungselemente 50a, 50b vorgesehen, mit denen wahlweise das Sonnenrad 40 oder der Planetenträger 38 des Planetengetriebes der Versteileinrichtung 48 drehfest gesichert werden können. Die Arretierungselemente 50a, 50b können beispielsweise durch jeweils einen Hubmagneten betätigt werden.

In Fig. 2 ist ein Zustand abgebildet, in dem das Arretierungselement 50a in einen Abschnitt der drehfest mit dem Sonnenrad 40 verbundenen Kolbenstangenhülse 42 eingreift. Somit ist das Sonnenrad 40 drehfest gesichert, was auch durch die Schattierung der Sonnenrad-Kolben- stangenhülsen-Kombination angedeutet wird. Bei einer Bestromung des Stators 28 wird einerseits der untere Rotorabschnitt 30' in Drehung versetzt, wodurch der bewegbare Federteller 22 eine Translationsbewegung ausführt, die zu einer Änderung der Vorspannung der Feder 20 führt. Der obere Rotorabschnitt 30' wird ebenfalls in eine Drehung versetzt. Da aller- dings das Sonnenrad 40 fest fixiert ist, wälzen sich die Planetenräder 36 an diesem ab und versetzen dadurch letztendlich den Planetenträger 38 in eine Drehbewegung. Dies hat allerdings keine Wirkung auf die Kolbenstange 46. In der gezeigten Konfiguration wird durch einen Betrieb des Motors M l somit lediglich eine Bewegung des Federtellers 22 erzeugt. Die Bewegung des Federtellers 22 wird - je nach Drehbewegung des Rotorabschnitts 30 - durch die Pfeile Bl symbolisiert.

In Fig. 3 liegt eine andere Konfiguration vor. Das Arretierungselement 50a ist nicht mehr in Eingriff mit der Kolbenstangenhülse 42, während nun das Arretierungselement 50b den Planetenträger 38 drehfest fixiert (dunkle Farbgebung). Bei einem Betrieb des Motors M l werden - im Gegensatz zu der Konfiguration der Fig. 2 - die Planetenräder 36 lediglich zu einer Drehbewegung um ihre eigene Drehachse angetrieben. Da der Planetenträger 38 nun drehfest angeordnet ist, wird das Sonnenrad 40 zu einer Drehung angetrieben. Dies führt über den beschriebenen Spindelantrieb zu einer Verschiebung der Kolbenstange 46, symbolisiert durch den Pfeil B2.

In der Konfiguration der Fig. 3 werden die bereits erläuterte Federteller- bewegung Bl und zusätzlich eine Kolbenstangenbewegung B2 erzeugt, die gegensinnig sind, sodass eine Veränderung der Bodenfreiheit des Fahrzeugs nicht zu einer Reduzierung des Hubwegs der Zug- oder Druckstufe des Stoßdämpfers 14 führt. Mit anderen Worten sind die Versteileinrichtungen 48, 48' derart mechanisch miteinander gekoppelt, dass durch entsprechende Ansteuerung stets eine Kompensation erfolgt, um einen gleich bleibenden Fahrkomfort zu gewährleisten.

Fig. 4 zeigt eine Konfiguration, in der beide Arretierungselemente 50a, 50b in die ihnen zugeordneten Komponenten 42 bzw. 38 eingreifen und diese fixieren. Dadurch wird nicht nur die Versteileinrichtung 48 blockiert. Da in diesem Zustand der obere Rotorabschnitt 30 nicht mehr bewegbar ist, kann der mit ihm drehfest verbundene untere Rotorabschnitt 30' ebenfalls nicht mehr in eine Drehbewegung versetzt werden. Dieser Zustand sichert damit die Feder-Dämpfer-Einheit 10. Die Arretierungselemente 50a, 50b sind dabei so ausgelegt, dass in einem Störfall - beispielsweise wenn keine elektrische Energie zur Verfügung steht - automatisch eine Arretierungsstellung eingenommen wird (alle schattiert dargestellten Komponenten sind drehfest gesichert). Zwar sind damit keine Anpassung der Bodenfreiheit und kein Niveauausgleich mehr möglich, allerdings befindet sich die Feder-Dämpfer-Einheit 10 nun in einem„fail-safe"-Zustand, der grundsätzlich eine gefahrlose Weiterfahrt - wenngleich auch mit geringerem Fahrkomfort - ermöglicht.

Fig. 5 zeigt einen Vergleich unterschiedlicher Betriebszustände der Feder- Dämpfer-Einheit 10.

Zustand ZI stellt einen unbeladenen („normalen") Zustand dar. Der Kolben 18 ist in etwa mittig in dem Zylinder 16 angeordnet, sodass ein

Hubweg z der Zugstufe und ein Hubweg d der Druckstufe in etwa gleich lang sind.

Der Zustand Z2 liegt vor, wenn das Fahrzeug beladen ist. Um einen Niveauausgleich zu realisieren, wurde der Federteller 22 durch die Versteileinrichtung 48' relativ zu dem oberen Befestigungspunkt 12 nach unten verfahren. Die Vorspannung der Feder 20 wurde erhöht. Die Hubwege z, d sind dabei konstant geblieben.

Der Zustand Z3 verdeutlicht die Situation eines unbeladenen Fahrzeugs, das eine vergrößerte Bodenfreiheit aufweist, das heißt der Fahrzeugaufbau (oberer Befestigungspunkt 12) wurde um einen Versatz Δ1 angehoben, beispielsweise weil das Fahrzeug auf einem schlechten Feldweg benutzt werden soll. Deutlich zu sehen ist, dass die Kolbenstange 46 durch die Versteileinrichtung 48 relativ zu der Aktuatorik 26 und dem oberen Befestigungspunkt 12 nach unten verfahren wurde, um die Hubwege z, d in etwa gleich zu halten (Kompensation). Ohne ein Verfahren der Kolben- stange 46 würde sich der Kolben 18 näher am oberen Ende des Zylinders 16 befinden, wodurch der Hubweg z verringert und der Hubweg d vergrößert wären.

Der Zustand Z4 zeigt eine Umkehrung des Zustands Z3, das heißt der Aufbau des Fahrzeugs wurde um den Versatz Δ1 abgesenkt. Man beachte auch in diesem Zusammenhang wieder die Veränderung der relativen Position der Kolbenstange 46 in Bezug auf den Befestigungspunkt 12 und die Aktuatorik 26. Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform 10' der Feder-Dämpfer-Einheit, wobei die Versteileinrichtung 48 hier nicht durch ein Planetengetriebe gebildet ist. Das Planetengetriebe ist durch einen Stator 28' ersetzt, der direkt mit der als Rotor fungierenden Kolbenstangenhülse 42 zusammenwirkt, um einen Motor M2 zu bilden. Der obere Rotorabschnitt 30 steht nicht mehr antriebswirksam mit der Kolbenstangenhülse 42 in Verbindung, sondern dient nun vornehmlich zur Verbesserung der Lagerung des Rotors (Rotorenabschnitte 30, 30') des Motors M l . Die Motoren M l , M2 der Versteileinrichtungen 48' bzw. 48 sind koaxial und benachbart/ axial versetzt angeordnet, sodass ihre Stromversorgung auf kompakte Weise im oberen Bereich der Feder-Dämpfer-Einheit 10' angeordnet werden kann.

Diese Ausführungsform ermöglicht eine unabhängige Betätigung der Versteileinrichtungen 48, 48', was bei der Feder-Dämpfer-Einheit 10 nicht möglich ist. Dort ist die Versteileinrichtung 48 nur zusammen mit der Versteileinrichtung 48' betätigbar. Die unabhängige Aktivierbarkeit der Versteileinrichtungen 48, 48' ermöglicht eine höhere Flexibilität bei der Konfiguration der Feder-Dämpfer-Einheit 10'. Auch die Feder-Dämpfer- Einheit 10' weist geeignete Arretierungselemente (nicht gezeigt) auf, um auch bei Störungen einen zuverlässigen Betrieb des Fahrzeugs zu ermög- liehen.

Die Feder-Dämpfer-Einheiten 10, 10' wurden vorstehend beispielhaft in Bezug auf ein Kraftfahrzeug beschrieben, es versteht sich allerdings, dass die Einheiten 10, 10' grundsätzlich auch in anderen Bereichen zur An- wendung gelangen können, die hohe Anforderungen an Federungs- / Dämpfungseinrichtungen stellen.

Bezugszeichenliste

10, 10' Feder-Dämpfer-Einheit

12, 12' Befestigungspunkt

14 Stoßdämpfer

16 Zylinder

18 Kolben

20 Feder

22, 22', 22" Federteller

24 Zusatzfeder

26 Aktuatorik

27 Gehäuse

28, 28' Stator

30, 30' Rotorabschnitt

32, 32' Gewinde

34 Hohlrad

36 Planetenrad

38 Planetenträger

40 Sonnenrad

42 Kolbenstangenhülse

44 Bohrung

46 Kolbenstange

48, 48' Versteileinrichtung

50a, 50b Arretierungselement

M l , M2 Motor

Bl Federtellerbewegung

B2 Kolbenstangenbewegung

ZI , Z2, Z3, Z4 Zustand

z, d Hubweg

Δ1 Versatz

Claims

Patentansprüche

Feder-Dämpfer-Einheit zur Anordnung zwischen einem ersten Fahrzeugteil und einem zweiten Fahrzeugteil, insbesondere zwischen einem Aufbau und einem Rad eines Kraftfahrzeugs,

mit einer ersten Befestigungseinrichtung (12) zur Befestigung der Feder-Dämpfer-Einheit an dem ersten Fahrzeugteil und mit einer zweiten Befestigungseinrichtung (12') zur Befestigung der Feder- Dämpfer-Einheit an dem zweiten Fahrzeugteil, ferner

mit einem elastischen Element (20), und

mit einem Schwingungsdämpfer ( 14) mit zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferteilen (16, 18), die zwischen den Befestigungseinrichtungen (12, 12') angeordnet sind, um relative Bewegungen zwischen den Fahrzeugteilen zu dämpfen und einen Abstand zwischen den Fahrzeugteilen zu regulieren,

wobei eine Vorspannung des elastischen Elements (20) durch eine erste Versteileinrichtung (48') variabel einstellbar ist, und

wobei eines der Dämpferteile (16, 18) durch eine zweite Versteileinrichtung (48) relativ zu einer der Befestigungseinrichtungen (12, 12') verstellbar ist.

2. Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1 ,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass

die erste Versteileinrichtung (48') unabhängig von der zweiten Versteileinrichtung (48) betreibbar ist.

Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass 2

die Versteileinrichtungen (48, 48') antriebswirksam miteinander koppelbar sind.

Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Versteileinrichtung (48') und die zweite Versteileinrichtung (48) derart antriebswirksam miteinander koppelbar sind, dass die zweite Versteileinrichtung (48) nur zusammen mit der ersten Versteileinrichtung (48') betreibbar ist.

Feder-Dämpfer-Einheit nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der ersten und der zweiten Versteileinrichtung (48, 48') eine gemeinsame Antriebseinheit (Ml) zugeordnet ist.

Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen der Antriebseinheit (Ml) und zumindest einer der Versteileinrichtungen (48) eine Übertragungseinrichtung angeordnet ist, mit der eine antriebswirksame Kopplung zwischen der Antriebseinheit (Ml) und der einen Versteileinrichtung (48) konfigurierbar ist.

Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Übertragungseinrichtung eine Sperreinrichtung (50a, 50b) zuge ordnet ist, mit der zumindest eine der Komponenten (38, 40) der Übertragungseinrichtung relativ zu einem Gehäuse (27) der Feder- Dämpfer-Einheit fixierbar ist.

Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Sperreinrichtung (50a, 50b) elektrisch betreibbar ist, wobei die Sperreinrichtung (50a, 50b) derart ausgebildet ist, das die Übertragungseinrichtung in einem nicht-bestromten Zustand blockiert ist.

Feder-Dämpfer-Einheit nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Übertragungseinrichtung ein Planetengetriebe umfasst, wobei insbesondere ein Sonnenrad (40) des Planetengetriebes mit einem Eingangselement (42) einer der Versteileinrichtungen verbunden ist.

Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der ersten und der zweiten Versteileinrichtung (48, 48') jeweils eine eigene Antriebseinheit (Ml, M2) zugeordnet sind, die insbesondere koaxial zueinander angeordnet sind.

Feder-Dämpfer-Einheit nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

die beiden Antriebseinheiten (Ml, M2) benachbart zu derselben der beiden Befestigungseinrichtungen (12, 12') angeordnet sind.

12. Feder-Dämpfer-Einheit nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweilige Antriebseinheit (Ml, M2) einen Rotor (30) aufweist, der direkt mit einer der Versteileinrichtungen (48, 48'), insbesondere der ersten Versteileinrichtung (48') antriebswirksam verbunden ist. 4

13. Feder-Dämpfer-Einheit nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweilige Antriebseinheit (Ml, M2) koaxial zu zumindest einer der

Versteileinrichtungen (48, 48') angeordnet ist.

14. Feder-Dämpfer-Einheit nach zumindest einem der vorherstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste und die zweite Versteileinrichtung (48, 48') koaxial zueinander angeordnet sind.

15. Feder-Dämpfer-Einheit nach zumindest einem der vorherstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferteile ein Kolben ( 18) und ein Zylinder ( 16) sind, wobei insbesondere der Kolben ( 18) durch die zweite Versteileinrichtung (48) verstellbar ist.

16. Feder-Dämpfer-Einheit nach zumindest einem der vorherstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das elastische Element eine Feder (20), insbesondere eine Schrau- benfeder ist, die zwischen zwei Federtellern (22, 22') angeordnet ist, wobei die Vorspannung der Feder (20) durch eine Verschiebung eines der beiden Federteller (22) entlang einer Längsachse der Feder- Dämpfer-Einheit veränderbar ist. 5

17. Verfahren zur Dämpfung von Relativbewegungen zwischen einem ersten Fahrzeugteil und einem zweiten Fahrzeugteil und zur Regulierung eines Abstands zwischen den beiden Fahrzeugteilen, insbesondere zwischen einem Aufbau und einem Rad eines Kraftfahrzeugs, mit einer Feder-Dämpfer-Einheit, die zwischen den Fahrzeugteilen angeordnet ist und die ein elastisches Element (20) und einen Schwingungsdämpfer ( 14) mit zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferteilen (16, 18) umfasst,

wobei eine Vorspannung des elastischen Elements (20) durch eine erste Versteileinrichtung (48') variabel eingestellt wird,

wobei zumindest eines der Dämpferteile (16, 18) durch eine zweite Versteileinrichtung (48) relativ zu einem der Fahrzeugteile verstellt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Versteileinrichtungen (48, 48') durch eine gemeinsame Antriebseinheit (Ml) angetrieben werden.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zweite Versteileinrichtung (48) in Abhängigkeit von der ersten Versteileinrichtung (48') betrieben wird, insbesondere die zweite Versteileinrichtung (48) nur zusammen mit der ersten Versteileinrichtung (48') betrieben wird.

20. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 19,

dadurch gekennzeichnet, dass 6

nur die erste Versteileinrichtung (48') betrieben wird, um eine Abstandverringerung zu kompensieren, die durch eine zwischen den Fahrzeugteilen wirkende Kraft erzeugt wird.

21. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 20,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste und die zweite Versteileinrichtung (48' bzw.48) betrieben werden, um den Abstand zwischen den Fahrzeugteilen zu verändern.

22. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 21,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zweite Versteileinrichtung (48) derart betrieben wird, dass eine Verstellbewegung (B2) erzeugt wird, die gegensinnig zu einer von der ersten Versteileinrichtung (48') erzeugten Verstellbewegung (Bl) ist.

23. Verfahren nach nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass

die zweite Versteileinrichtung (48) derart betrieben wird, dass eine durch den Betrieb der ersten Versteileinrichtung (48') erzeugte Relativbewegung zwischen den beiden Dämpferteilen (16, 18) kompensiert wird.