DE102004032083A1

DE102004032083A1 - Feder- und Dämpfungsvorrichtung für Radaufhängungen

Info

Publication number: DE102004032083A1
Application number: DE200410032083
Authority: DE
Inventors: Walter Schmidt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-07-03
Also published as: DE102004032083B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung für eine Radaufhängung in Kraftfahrzeugen, mit einem hydraulischen Teleskopstoßdämpfer, der mit einer an einem Federteller abgestützten Tragfeder zusammenwirkt, und mit einer über ein Ventil zuschaltbaren Zusatzfeder, die zur Änderung der Gesamtfederrate mit dem unterhalb des Kolbens des Stoßdämpfers liegenden Hydraulikraum verbunden oder von diesem getrennt ist. Zur Schaffung einer baulich und fertigungstechnisch günstigen und einen großen Verstellbereich ermöglichenden Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass der Federteller der Tragfeder über eine Hydraulikeinrichtung verstellbar ist, deren Hydraulikkammer über ein zweites schaltbares Ventil mit dem unterhalb des Kolbens liegenden Hydraulikraum des Stoßdämpfers verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung für Radaufhängungen in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Radaufhängungen sind bekannt, bei denen z. B. durch Zuschalten und/oder Verändern des Vordruckes eines Zusatzvolumens die Gesamtfederrate der Feder- und Dämpfungsvorrichtung veränderbar (vgl. beispielsweise die DE 203 00 946 U1 ) und gegebenenfalls eine Niveauverstellung erzielbar ist. Dies ermöglicht u. a. auch eine veränderliche Abstimmung des Fahrwerkes des Kraftfahrzeuges von sportlich (hart) bis komfortabel (weich).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei baulich und fertigungstechnisch günstiger Konstruktion eine verbesserte Einstellung der Federraten und gegebenenfalls des Fahrzeugniveaus ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung geben die weiteren Patentansprüche an.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Federteller der Tragfeder über eine Hydraulikeinrichtung verstellbar ist, deren Hydraulikkammer über ein zweites schaltbares Ventil mit dem unterhalb des Kolbens liegenden Hydraulik raum des Stoßdämpfers verbindbar ist. Demgemäss können durch entsprechendes Steuern der Ventile sowohl die radbezogene Federrate der Tragfeder verändert als auch die Zusatzfeder zu- oder abgeschaltet werden. Es können somit mit geringem Mehraufwand und bei baulich günstiger Anordnung drei unterschiedliche Gesamtfederraten der Feder- und Dämpfungsvorrichtung nur durch Umschalten der beiden Ventile eingestellt werden.

Bevorzugt kann dabei die Tragfeder eine zentrisch um den Stoßdämpfer angeordnete Schraubendruckfeder sein, wobei deren dämpferseitiger Federteller auf einer verschiebbar auf dem Zylinderrohr des Stoßdämpfers geführten und nach außen abgedichteten Stellhülse angeordnet ist. Die Stellhülse wirkt somit baulich günstig und mit geringen Reibungsverlusten direkt auf den Federteller der Tragfeder und verändert in definiertem Maße deren radbezogene Federrate.

Ferner kann vorteilhaft um das Zylinderrohr des Stoßdämpfers ein teilweise in die Stellhülse einragendes Führungsrohr mit definiertem radialen Abstand zum Zylinderrohr vorgesehen sein, über das die Hydraulikkammer der Hydraulikeinrichtung mit dem unterhalb des Kolbens des Stoßdämpfers liegendem Hydraulikraum unter Zwischenschaltung des Ventiles verbindbar ist. Das Führungsrohr bildet somit in Verbindung mit dem Zylinderrohr des Stoßdämpfers in einfacher Weise eine zentrische Verbindungsleitung zur Hydraulikeinrichtung am verstellbaren Federteller der Tragfeder.

Die beiden Ventile können zur Verringerung des Bau- und Steuerungsaufwandes der Vorrichtung zu einem kombinierten Ventil zusammengefasst sein; das Ventil kann z. B. einen elektromagnetisch betätigten Steuerschieber aufweisen, der in einer Mittelstellung beide Ventildurchgänge geöffnet, und in den beiden Endstellungen den einen oder den anderen Ventildurchgang schließt.

In fertigungstechnisch günstiger Weise kann die Zusatzfeder über eine quer zum Zylinderrohr des Stoßdämpfers verlaufende Verbindungsleitung an den Hydraulikraum angeschlossen sein, wobei die Verbindungsleitung ferner an das Führungsrohr anschließt und die beiden Ventile aufnimmt. Die Verbindungsleitung bildet dann quasi das Ventilgehäuse der beiden Ventile und ist an des Führungsrohr und an die Zusatzfeder entsprechend angeschlossen.

Dabei kann vorzugsweise die Zusatzfeder eine Kolben-Zylindereinheit sein, die baulich besonders kompakt parallel zum Zylinderrohr des Stoßdämpfers angeordnet und an diesem befestigt ist. Ferner kann die Zusatzfeder eine an sich bekannte Gasdruckfeder sein, deren Volumen und Vordruck entsprechend abgestimmt sind.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich zur Zusatzfeder eine mit dem unterhalb des Kolbens des Stoßdämpfers liegenden Hydraulikraum verbindbare, hydraulische Stelleinrichtung vorgesehen sein. Über die Stelleinrichtung kann durch Zuführen oder Abführen von Hydrauliköl im Stoßdämpfer zusätzlich zur Veränderung der Federrate das Fahrzeugniveau verstellt werden, insbesondere zur Niveauregulierung oder zur Anpassung an Fahrbahnverhältnisse.

Dabei kann die hydraulische Stelleinrichtung bevorzugt eine Kolben-Zylinder-Einheit sein, deren Kolben elektromotorisch ein- und ausfahrbar ist und deren volumenveränderliche Kammer mit dem Hydraufikraum des Stoßdämpfers ständig verbunden ist. Die beiden Ventile zur Veränderung der Federrate und der Elektromotor der Stelleinrichtung können bevorzugt über ein einheitliches, elektronisches Steuergerät angesteuert und entsprechend betätigt werden.

Schließlich kann die hydraulische Stelleinrichtung ebenfalls parallel zum Zylinderrohr des Stoßdämpfers ausgerichtet und mittels einer quer verlaufenden Verbindungsleitung mit dem Hydraulikraum des Stoßdämpfers verbunden sein.

Daraus resultiert eine besonders robuste und kompakte Feder- Dämpfungs-Vorrichtung, die sich an die gegebenen Einbauverhältnisse an Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen vorteilhaft anpassen lässt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 ein Blockschaltbild der Feder- Dämpfungsvorrichtung mit einem hydraulischen Teleskopstoßdämpfer, einer Tragfeder und einer Zusatzfeder, die über zwei Ventile zur Veränderung der Federrate beeinflussbar sind; und
2 eine Feder- Dämpfungsvorrichtung nach 1 an einem Federbein einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge in einem Längsschnitt und mit einer zusätzlichen Stelleinheit zur Niveauverstellung.
In der 1 ist als Blockschaltbild mit 10 ein Teleskop-Stoßdämpfer bezeichnet, mit einer in einem Zylinderrohr 12 verschiebbar gelagerten Kolbenstange 14. Über Gelenkstellen 16 ist die Kolbenstange 14 am nicht dargestellten Aufbau des Kraftfahrzeuges und das Zylinderrohr 12 an einem Radaufhängungsteil, z.B. einem Querlenker, angelenkt. Die Kolbenstange 14 trägt einen Kolben 18 mit nicht dargestellten Drosselventilen, wobei der Kolben 18 einen mit Hydrauliköl befüllten oberen Hydraulikraum 20 und einen unteren Hydraulikraum 22 begrenzt. Der Stoßdämpfer 10 ist soweit nicht beschrieben üblicher, dem Fachmann geläufiger Bauart.
Am Zylinderrohr 12 des Stoßdämpfers 10 ist über einen unteren, axial verschiebbaren Federteller 24 eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Tragfeder 26 abgestützt. Der kolbenähnliche Federteller 24 ist dabei in einer zylindrischen Hydraulikeinrichtung 28 geführt, deren an den Federteller 24 angren zende Hydraulikkammer 30 über eine Leitung 32 und ein elektrisch schaltbares Ventil 34 mit dem unteren Hydraulikraum 22 des Stoßdämpfers 10 verbindbar ist. Die Tragfeder 26 ist andererseits in üblicher Weise über eine Gelenkstelle 27 am Aufbau des Kraftfahrzeuges angelenkt.
Ferner ist über eine weitere Leitung 36 mit einem elektrisch schaltbaren Ventil 38 eine Zusatzfeder 40 an den unteren Hydraulikraum 22 des Stoßdämpfers 10 angeschlossen. Die Zusatzfeder 40 setzt sich aus einer Kolben-Zylinder-Einheit zusammen, mit einem eine Hydraulikkammer 42 begrenzenden Kolben 44, der durch eine Feder 46 (oder ein unter Überdruck stehendes Gasvolumen) mit einer definierten Kraft gegen die Hydraulikkammer 42 vorgespannt ist.
Die Tragfeder 26 und die Zusatzfeder 40 bzw. 46 weisen eine definierte Federrate C₁ und C₂ auf.
Die beiden Ventile 34, 38 können handelsübliche Absperrventile sein, die mittels eines nicht dargestellten, elektronischen Steuergerätes nach Maßgabe fahrdynamischer Daten wie Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, Lenkwinkel, Gierrate, etc. und nach Fahrbahnzustand, Beladung des Kraftfahrzeuges, etc. wie folgt geschaltet sind: Sind beide Ventile 34, 38 offen, so sind die Hydraulikeinheit 28 und die Zusatzfeder 40 gleichzeitig wirksam, wobei sich die Gesamtfederrate definiert aus 1/ C₁ + 1/C₂ (komfortabel bzw. weich).
Ist das Ventil 38 geschlossen, so ist die Zusatzfeder 40 abgeschaltet und es ist nur die Hydraulikeinheit 28 wirksam, die bei einem Einfedern des Stoßdämpfers 10 den Federteller 24 im Sinne einer Verhärtung der Tragfeder 26 mit entsprechend zunehmender Federrate C₁ verfährt. Die Gesamtfederrate ist als mittelhart zu bezeichnen.
Ist das Ventil 38 offen und das Ventil 34 geschlossen, so ist die Zusatzfeder 40 und die Tragfeder 26 in ihrer Grundauslegung wirksam; die Gesamtfederrate definiert sich dann aus C₁ + C₂ = hart.
Durch entsprechendes Umschalten der beiden Ventile 34, 38 kann somit eine weiche (komfortable), eine mittelharte und eine harte (sportliche) Fahrwerksauslegung mit entsprechend abgestimmter Gesamtfederrate eingestellt werden.
Die 2 zeigt ein Federbein 50 einer im übrigen nicht dargestellten Radaufhängung für Kraftfahrzeuge, mit einem Teleskop-Stoßdämpfer 52, um den zentrisch eine Schraubendruckfeder als Tragfeder 54 angeordnet ist.
Das nur abschnittweise dargestellte Federbein 50 ist in an sich bekannter Wiese oben am Aufbau des Kraftfahrzeuges mit der Kolbenstange 56 und über einen nicht ersichtlichen Federteller gelenkig abgestützt. Ferner ist das Zylinderrohr 58 des Stoßdämpfers 52 über eine nicht dargestellte, untere Gelenkstelle an einem Radaufhängungsteil wie einem Querlenker oder einem Radträger in bekannter Weise angelenkt.
Der untere Federteller 60 der Tragfeder 54 ist einstückig mit einer Stellhülse 62 ausgeführt, welche Stellhülse 62 auf dem Zylinderrohr 58 des Stoßdämpfers 52 und im unteren Abschnitt auf einem mit definierten radialen Abstand auf dem Zylinderrohr 58 befestigten Führungsrohr 64 verschiebbar geführt ist. Die Stellhülse 62 ist dabei mittels zweier Dichtringe 63 auf dem Zylinderrohr 58 bzw. dem Führungsrohr 64 dicht nach außen abgeschlossen.
Das Führungsrohr 64 weist an seiner in die Stellhülse 62 eintauchenden, ringförmigen Stirnseite mehrere Durchbrüche 66 auf, die eine Strömungsverbindung zwischen der innerhalb der Stellhülse 62 gebildeten, ringförmigen Hy draulikkammer 68 und der durch das Führungsrohr 64 und das Zylinderrohr 58 gebildeten Ringleitung 69 ergeben.
Im unteren Abschnitt schließt das Führungsrohr 64 bzw. die innerhalb des Führungsrohres 64 gebildete Ringleitung 69 strömungsleitend an eine querverlaufende Verbindungsleitung 70 an, die in den unterhalb des Kolbens 57 des Stoßdämpfers 52 befindlichen Hydraulikraum 74 des Stoßdämpfers 52 mündet und an die eine Zusatzfeder 76 angeschlossen ist.
Die Zusatzfeder 76 ist als eine Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt und etwa parallel zum Teleskop-Stoßdämpfer 52 ausgerichtet. Die als Gasdruckfeder mit einem unter Druck stehenden Gasvolumen 78 und einer durch einen Kolben 80 abgetrennten Hydraulikkammer 82 wirkende Zusatzfeder 76 ist mittels eines Dreiwege-Ventiles 84 in der Verbindungsleitung 70 zu- bzw. abschaltbar.
Über das Dreiwege-Ventil 84 können somit die Hydraulikkammer 68 innerhalb der Stellhülse 62 als hydraulische Stelleinrichtung für die Tragfeder 54 und/ oder die Zusatzfeder 76 mit dem Hydraulikraum 74 des Stoßdämpfers 52 zur Veränderung der Federraten C₁ und C₂ wie vorstehend zur 1 beschrieben verbunden werden.
Das Dreiwege-Ventil 84 – das bekannter Bauart sein kann – kann dabei aus einer Mittelstellung mit geöffneten Strömungswegen zur Hydraulikkammer 68 der Stellhülse 62 und der Hydraulikkammer 82 der Zusatzfeder 76 elektrisch oder elektromagnetisch umgeschaltet werden in Endstellungen, in denen die Zusatzfeder 76 oder die Verstellung der Stellhülse 62 bzw. des Federtellers 60 der Tragfeder 54 abgeschaltet sind.
Über eine weitere quer verlaufende Verbindungsleitung 86 ist an den unteren Hydraulikraum 74 des Stoßdämpfers 52 eine hydraulische Stelleinrichtung 88 in Form einer weiteren Kolben-Zylinder-Einheit angeschlossen. Die an dem Zylinderrohr 58 des Stoßdämpfers 52 befestigte Stelleinrichtung 88 ist dabei wie ersichtlich ebenfalls parallel zum Stoßdämpfer 52 ausgerichtet.
Dabei ist der an eine volumenveränderliche Kammer 90 angrenzende Kolben 92 der Stelleinrichtung 88 über eine Gewindespindel 94 und einen elektrischen Stellmotor 96 axial verstellbar, wobei zur Verstellung des Fahrzeugniveaus bzw. der Bodenfreiheit des Kraftfahrzeuges Hydrauliköl aus der Kammer 90 in den Hydraulikraum 74 des Stoßdämpfers 52 zu- bzw. von diesem abführbar ist.
Die Ansteuerung des betreffenden Stellmotors 96 erfolgt über das auch das Dreiwege-Ventil 84 ansteuernde, elektronische Steuergerät (nicht dargestellt).

Claims

Feder- und Dämpfungsvorrichtung für eine Radaufhängung in Kraftfahrzeugen, mit einem hydraulischen Teleskopstoßdämpfer, der mit einer an einem Federteller abgestützten Tragfeder zusammenwirkt, und mit einer über ein Ventil zuschaltbaren Zusatzfeder, die zur Änderung der Gesamtfederrate mit dem unterhalb des Kolbens des Stoßdämpfers liegenden Hydraulikraum verbunden oder von diesem getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (24; 60) der Tragfeder (26; 54) über eine Hydraulikeinrichtung (28; 62) verstellbar ist, deren Hydraulikkammer (30; 68) über ein zweites schaltbares Ventil (34; 84) mit dem unterhalb des Kolbens (18; 57) liegenden Hydraulikraum (22; 74) des Stoßdämpfers (10; 52) verbindbar ist.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfeder (54) eine zentrisch um den Stoßdämpfer (52) angeordnete Schraubendruckfeder ist und dass der Federteller (60) auf einer verschiebbar auf dem Zylinderrohr (58} des Stoßdämpfers (52) geführten und nach außen abgedichteten Stellhülse (62) angeordnet ist.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass um das Zylinderrohr (58) des Stoßdämpfers (52) ein teilweise in die Stellhülse (62) einragendes Führungsrohr (64) mit definiertem radialem Abstand zum Zylinderrohr (58) vorgesehen ist, über das die Hydraulikkammer (68) der Hydraulikeinrichtung (62) mit dem unterhalb des Kolbens (57) des Stoßdämpfers (52) liegendem Hydraulikraum (74) unter Zwischenschaltung des Ventiles (84} verbindbar ist.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventile zu einem kombinierten Ventil (84) zusammengefasst sind.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (76) über eine quer zum Zylinderrohr (58) des Stoßdämpfers (52) verlaufende Verbindungsleitung (70) an den Hydraulikraum (74) angeschlossen ist, wobei die Verbindungsleitung (70) ferner an das Führungsrohr (64) anschließt und die beiden Ventile (84) aufnimmt.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (76) eine Kolben-Zylinder-Einheit ist, die parallel zum Zylinderrohr (58) des Stoßdämpfers (52) angeordnet und an diesem befestigt ist.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (76) eine Gasdruckfeder ist.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Zusatzfeder (76} eine mit dem unterhalb des Kolbens (57) des Stoßdämpfers (52) liegenden Hydraulikraum (74) verbindbare, hydraulische Stelleinrichtung (88) vorgesehen ist.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Stelleinrichtung (88) eine Kolben-Zylinder-Einheit ist, deren Kolben (92) elektromotorisch ein- und ausfahrbar ist und deren volumenveränderliche Kammer (90) mit dem Hydraulikraum (74) des Stoßdämpfers (52) ständig verbunden ist.
Feder- und Dämpfungsvorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Stelleinrichtung (88) ebenfalls parallel zum Zylinderrohr (58) des Stoßdämpfers (52) ausgerichtet und mittels einer quer verlaufenden Verbindungsleitung (86) mit dem Hydraulikraum (74) des Stoßdämpfers (52) verbunden ist.