Beschreibung

Fußpunktverstellung für Fahrzeugfederungen

Die Erfindung betrifft eine Fußpunktverstellung für Fahrzeugfederungen und findet insbesondere für einen Wank- und Nickausgleich sowie einen Niveauausgleich Anwendung.

Aus DE 101 01 694 C5 ist eine Fahrzeugfeder bekannt, welche einen Federträger zur Abstützung einer zwischen zwei Federteilen verspannten Wendelfeder und einem, ein Dämpferrohr und eine am Fahrzeug angebundene Kolbenstange umfassenden, Schwingungsdämpfer aufweist. Dabei sind ein Teil der Kolbenstange und/oder des Dämpferrohres innerhalb der Wendelfeder angeordnet und mindestens ein Federteller ist mittels einer Antriebseinheit mit Elektromotor und Getriebe axial verstellbar. Der Elektromotor ist dabei als Ringmotor mit einem außen liegenden Stator und einem innen liegenden Rotor ausgebildet. Der Rotor trägt innenseitig eine Bewegungsmutter, die einen außen als Gewindespindel ausgebildeten und mit dem Federteller verbundenen Federtellerträger axial verstellt. Der Federtellerträger weist einen mit einer zentralen öffnung versehenen Boden auf, gegen den sich der Federteller stützt. Damit wird eine elektromechanische Einrichtung zur Lageverstellung des Fahrzeug-Aufbaus geschaffen, da an jedem Federbein eine automatische Höhenverstellung realisiert werden kann und das Fahrzeug bei Kurvenfahrt, Bremsen bzw. Beschleunigen in die Horizontale bewegt (horizontiert) wird.

Ein Fahrzeugfahrwerk mit einem Federträger zur Abstützung einer zwischen zwei Federtellern verspannten Wendelfeder und einem Schwingungsdämpfer wird in DE 102 55 764 B3 beschrieben. Hier ist ebenfalls ein Bereich der Kolbenstange und/oder des Dämpferrohres innerhalb der Wendelfeder angeordnet. Mindestens ein Federteller ist mittels einer Antriebseinheit in Form eines Getriebes, das aus einem Ring- Elektromotor und aus einer Gewindespindel und Gewindeschraube gebildet wird, axial verstellbar. Zumindest ein Teil der Gewindespindel ist einerseits radial innerhalb der Wendelfeder und andererseits radial im Bereich der radialen Erstreckung des Ring- Elektromotors vorgesehen.

Eine weitere Lösung zur Federfußpunktverschiebung ist aus DE 10 2006 056 632 A1 bekannt. Danach sind die Abstützpunkte der Tragfedern sowie die Enden des Querstabilisators individuell verstellbar. Die Abstützpunkte der Tragfedern werden dabei mittels Aktuatoren individuell verstellt. Die konstruktive Ausbildung der Aktuatoren ist aus dieser Druckschrift jedoch nicht entnehmbar.

Die bekannten Systeme weisen einen zu groß dimensionierten und komplizierten Aufbau auf und besitzen im eingeregelten Zustand keine Selbsthemmung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fußpunktverstellung für Fahrzeugfederungen zu entwickeln, die insbesondere für einen Wank- und Nickausgleich sowie einen Niveauausgleich Anwendung finden kann, einen einfachen Aufbau bei geringen Bauraum aufweist, funktionssicher mit Selbsthemmung im eingeregelten Zustand sowie energieeffizient arbeitet und bei einer Höhenverstellung mit zunehmender Federkraft das erforderliche Drehmoment konstant hält bzw. verringert.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Fußpunktverstellung für Fahrzeugfederungen, ist eine, eine Federlängsachse aufweisende, Fahrzeugfeder zwischen zwei Federaufnahmen befestigt, wobei wenigstens eine Federaufnahme in Richtung der Federlängsachse über stabförmige, an beiden Enden gelenkig gelagerte Koppelelemente, verstellbar ist.

Dabei nehmen die stabförmigen Koppelelemente eine räumliche Winkelstellung einnehmen und stehen mit ihrem ersten Ende mit der Federaufnahme über ein erstes Befestigungselement in Wirkverbindung und sind mit ihrem zweiten Ende an einem zweiten Befestigungselement gelagert so dass die Federaufnahme durch eine Relativdrehung zwischen ersten und zweiten Befestigungselement in Richtung zur Längsachse der Feder verstellbar ist.

Die Einleitung der Drehbewegung kann dabei beispielsweise mittels eines Schneckenantriebes erfolgen.

Vorzugsweise sind das erste oder zweite Befestigungselement axial verschiebbar und verdrehfest und das jeweils andere Befestigungselement axial fixiert und drehbar gelagert.

Neben der vorgenannt beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, dass das erste Befestigungselement zweiteilig in Form eines inneren Elementes und eines äußeren Elementes ausgebildet ist. In diesem Fall ist ein erster Satz Koppelelemente mit dem ersten Ende der Koppelelemente am inneren Element und ein zweiter Satz Koppelelemente mit dem ersten Ende am äußeren Element gelagert. Die zweiten Enden des ersten und zweiten Satzes der Koppelelemente sind am zweiten Befestigungselement auf gleichen oder unterschiedlichen Teilkreisen angeordnet.

Alternativ kann auch das zweite Befestigungselement zweiteilig in Form eines inneren Elementes und eines äußeren Elementes ausgebildet sein, wobei die Befestigung der Koppelelemente analog erfolgt.

In beiden Fällen sind das äußere und das innere Element relativ zueinander drehbar und ein Befestigungselement axialbeweglich und drehbeweglich gelagert ist und das andere Befestigungselement axial fixiert. Dadurch vollführt das dem zweiteiligen Befestigungselement gegenüberliegende Befestigungselement bei Relativdrehung zwischen äußeren und inneren Element eine Hubbewegung in Richtung zur Federlängsachse.

Die dem inneren Element gegenüberliegenden Enden des ersten Satzes der Koppelelemente sind bevorzugt auf einem kleineren Teilkreis angeordnet, als die dem äußeren Element gegenüberliegende Enden des zweiten Satzes der Koppelelemente.

Insbesondere bilden das innere Element und das äußere Element zentrisch angeordnete Ringe, wobei bevorzugt das innere Element und dass äußere Element gegeneinander mittels eines Schneckenantriebes verdrehbar sind.

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Dabei können z.B. das innere Element und dass äußere Element gegeneinander mittels eines dazwischen angeordneten Zahnrades verdreht werden, welches in eine Außenverzahnung des Innenringes und eine Innenverzahnung des Außenringes eingreift.

Dieses Zahnrad kann wiederum insbesondere mittels eines Schneckengetriebes antreibbar sein.

Die Koppelelemente werden vorteilhafter Weise am ersten und zweiten Befestigungsteil an beiden Enden kugelgelenkartig gelagert.

Die Federaufnahme ist vorzugsweise in Form eines napfartigen Federtellers ausgebildet. Die Koppelelemente sind zumindest teilweise im Innenraum der Feder angeordnet. Die Feder ist insbesondere eine Wendelfeder.

Mit der Erfindung wird eine vollkommen neue Generation von elektromechanischen Federfußpunktverstellungen geschaffen. Die Fußpunktverstellung erfolgt erstmalig über an beiden Enden gelenkig gelagerte Koppelelemente, wobei ein mit der Fußpunktaufnahme (dem Federteller) der Feder verbundenes Befestigungselement zur übertragung der Reaktionskräfte dient, die über das andere Befestigungselement und die Koppelelemente eingeleitete werden.

Es wird eine kleinere, leichtere, agilere und dabei robustere Bauform eines Fahrzeugfederwerkes möglich und eine zuverlässige Funktionsweise gewährleistet.

Die am ersten und zweiten Befestigungselement befestigten Koppelelemente verändern bei einer relativen Drehbewegung zwischen ersten und zweiten Befestigungselement ihre räumliche Winkelstellung, wodurch eine Hubbewegung erzeugt und der Fußpunkt der Feder verstellt wird. Damit ist es unter anderem möglich, die Federkraft zu verändern.

Die Reaktions- und Schaltzeiten werden mit der neuartigen Lösung im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ebenfalls verbessert. Durch die neuartige Verstellmöglich-

keit jedes Federbeins werden bei der Fahrt auftretenden Wank- und Nickbewegungen (Aufbaubewegungen) eines Fahrzeuges schnell und effizient ausgeglichen. Weiterhin ist die Aufbaulage des Fahrzeuges verstellbar, z.B. wenn das Fahrzeug stark beladen wird. Dann kann durch die Federfußpunktverstellung der Aufbau des Fahrzeuges unabhängig von der Beladung in einer gewünschten Position gehalten werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : Fußpunktverstellung für Fahrzeuge, wobei das erste Befestig ungselement axial verschiebbar und verdrehfest gelagert und mit dem napfförmigen Federteller einer Wendelfeder gekoppelt ist und das zweite Befestigungselement über einen Schneckenantrieb antreibbar ist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Befestigungselement Koppelelemente angeordnet sind,

Fig. 2a und 2b: Fußpunktverstellung für Fahrzeuge, wobei das erste Befestigungselement axial verschiebbar und drehbar gelagert und mit dem napfförmigen Federteller einer Wendelfeder gekoppelt ist und das zweite Befestigungselement ein inneres Element und ein äußeres Element aufweist und zwei Sätze von Koppelelementen vorgesehen sind, die jeweils am ersten Ende im ersten Befestigungselement gelagert sind, wobei der erste Satz von Koppelelementen mit ihrem zweiten Ende am inneren Element und der zweite Satz von Koppelelementen mit ihrem zweiten Ende am äußeren Element des zweiten Befestigungselementes kugelgelenkartig gelagert sind.

In Figur 1 ist eine Fußpunktverstellung der Feder 1 eines Fahrzeugfahrwerkes dargestellt. Dabei ist eine Feder 1 in Form einer Wendelfeder vorgesehen. Die Wendelfeder stützt sich mit jedem Ende an einem Federteller 2, 3 ab. Zentral innerhalb der Feder 1 (Wendelfeder) sitzt ein Stoßdämpfer 4 mit einer Kolbenstange 5. Der Stoßdämpfer 4 wird an seinem nicht dargestellten anderen Ende an der Radaufhängung befestigt. Das erste Befestigungselement 6 ist axial verschiebbar und verdrehfest gelagert und mit dem napfförmigen Federteller 2 der Feder 1 (Wendelfeder) gekoppelt und das zweite Befestigungselement 8 ist über einen Schneckenantrieb 10 antreibbar ist, wo-

bei zwischen dem ersten und zweiten Befestigungselement 6, 8 Koppelelemente 7 angeordnet sind. Der oben liegende Federteller 2 ist napfförmig ausgebildet. Den Boden des Napfes bildet das erstes Befestigungselement 6. In dem ersten Befestigungselement 6 sind Lagerungen 6.1 für die ersten kugelförmigen Enden 7.1 der Koppelelemente 7 vorgesehen. Die zweiten kugelförmigen Enden 7.2 der Koppelelemente 7 sind in dem zweiten Befestigungselement 8 in Lagerungen 8.1 kugelgelenk- förmig gelagert. Die Koppelelemente 7 nehmen eine räumliche Winkelstellung ein.

Das erste Befestigungselement 6 ist auf einem die der Kolbenstange 5 umgreifenden Führungselement 5.1 mittels einer Längsverzahnung 9 axial beweglich und drehfest gelagert. Das zweite Befestigungselement 8 ist über ein Schneckengetriebe 10 drehbar und axial feststehend gelagert.

Wird mittels des Schneckengetriebes 10 eine Drehbewegung des zweiten Befestigungselementes 8 erzeugt, so wird die räumliche Winkelstellung (Neigungswinkel α) der Koppelelemente 7 verändert und durch die Längsverzahnung 9 eine Hubbewegung des ersten Befestigungselementes 6 und somit des oberen Federtellers 2 bewirkt. Bei einem kleiner werdenden Neigungswinkel α der Koppelelemente 7 wird eine Hubbewegung des Federtellers 2 nach oben vollführt. Bei größer werdendem Neigungswinkel α der Koppelelemente 7 bewegt sich der Federteller 2 nach unten.

Dabei ist von Vorteil, dass die erforderliche Drehkraft mit zunehmender Federkraft sinkt.

Im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 sind 4 Koppelstangen vorgesehen. Es können je nach Anwendungsfall auch weniger (mindestens eine) oder mehr Koppelelemente eingesetzt werden.

In Fig. 2a in der dreidimensionalen Ansicht von oben und in Fig. 2b in der dreidimensionalen Ansicht von unten wird eine Fußpunktverstellung für Fahrzeuge gezeigt, wobei im Unterschied zu Fig. 1 das erste Befestigungselement 6 axial verschiebbar und drehbar gelagert ist. Das erste Befestigungselement 6 ist wie in Fig. 1 mit dem napf- förmigen hier oben liegenden Federteller 2 der Feder 1 (Wendelfeder) gekoppelt.

Ebenfalls im Unterschied zu Fig. 1 weist das zweite Befestigungselement 8 ein inneres Element 8a und ein äußeres Element 8b auf. Die beiden Elemente 8a, 8b sind konzentrisch und axial feststehend sowie drehbeweglich an der Kolbenstange 5 des Kolbens 5 befestigt. Es sind zwei Sätze von Koppelelementen 7a und 7b vorgesehen, die jeweils an ihrem ersten Ende 7.1 am ersten Befestigungselement 6 gelagert sind. Der erste Satz von Koppelelementen 7a ist mit den zweiten Enden 7.2 der Koppelelemente 7a am inneren Element 8a und der zweite Satz von Koppelelementen 7b mit den zweiten Enden 7.2 der Koppelelemente 7b am äußeren Element 8b des zweiten Befestigungselementes 8 kugelgelenkartig gelagert. Das innere Element 8a und dass äußere Element 8b des zweiten Befestigungselementes 8 sind gegeneinander mittels eines dazwischen angeordneten Zahnrades 11 verdrehbar. Das Zahnrad 11 greift dazu in eine nicht näher bezeichnete Außenverzahnung des Innenringes (inneres Element 8a) und eine Innenverzahnung des Außenringes (äußeres Element 8b) ein. Der Antrieb des Zahnrades 11 kann beispielsweise über ein nicht dargestelltes Schneckengetriebe erfolgen.

Die Koppelelemente 7a des ersten Satzes weisen zu den Koppelelementen 7b des zweiten Satzes eine entgegengesetzte Neigungsrichtung auf. Werden das innere E- lement 8a und das äußere Element 8b gegeneinander mittels des Zahnrades 11 verdreht, so verringert bzw. vergrößert sich der Neigungswinkel der Koppelelemente 7a, 7b. Die Reaktionskraft wird auf das erste Befestigungselement 6 und somit auf den Federteller 2 übertragen, wodurch dieser eine Hubbewegung und eine Drehbewegung vollführt. Daher ist zwischen dem Federteller 2 und der Feder 1 eine Kugellagerung 12 vorgesehen. Es werden in dieser Ausführungsform in jedem Satz vier Koppelelemente 7a, 7b eingesetzt, die jeweils abwechselnd angeordnet sind. Es können auch weniger oder mehr Koppelelemente verwendet werden.

Im Vergleich zu der Ausführungsvariante gem. Fig. 1 wird mit der Ausführungsform gem. Fig. 2 nur das halbe Drehmoment benötigt.

Sowohl bei der Ausführung gem. Fig. 1 als auch bei der Ausführung gem. Fig. 2a/2b sind die Kolbenstange 5 und das zweite Befestigungselement 8 karosseriefest angeordnet, wobei jedoch die Drehbeweglichkeit des zweiten Befestigungselementes 8 zu

gewährleisten ist. Der untere Federteller 3 ist am nicht näher bezeichneten Dämpferrohr des Stoßdämfers 4 befestigt.