Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.

Bei Kraftfahrzeugen können im Fahrwerk Federn zur federnden Lagerung des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Hinsichtlich des F ahrkomforts ist eine möglichst weiche Federung wünschenswert. Hinsichtlich der Fahrdynamik hingegen ist eine harte Federung vorteilhaft. Es gibt somit einander widersprechende Anforderungen, deren Vorteile und Nachteile jedoch von der Fahrsituation beziehungsweise von dem Fahrzeugzustand, insbesondere von einer Beladung des Kraftfahrzeugs, abhängig sind. Es gibt somit keine dauerhaft optimale Einstellung der Federung für das Kraftfahrzeug. Bei passiven Federn ist die Auslegung der Feder somit immer ein Kompromiss zwischen den situativ unterschiedlichen Anforderungen an die Federeigenschaften.

Während eine weiche Federung generell dem Komfort dient, kann diese jedoch beispielsweise bei einer Kurvenfahrt zu einer starken Belastung auf der Außen- radiusseite und somit zu einer Wankbewegung des Kraftfahrzeugs genau entgegen dem Komfortempfinden des Fahrers führen. Luftfedern sind teilweise aktiv, können also ihre Federkonstante ändern, sind jedoch für eine dynamische Änderung der Federkonstante zu träge. Es ist deshalb eine der Situation dynamisch anpassbare Einstellung der Federkonstante wünschenswert.

Der Anmelderin ist betriebsinterner Stand der Technik bekannt, bei dem dies teilweise durch eine progressive Federung erzielt werden kann. Eine derartige Federung, beispielsweise eine Luftfeder, weist mit steigender Einfederung beziehungsweise mit steigender Belastung der Federung eine zunehmende Federwirkung auf. Das heißt, die Federung kann bei leichten Fahrbahnunebenheiten weich und bei starken Fahrbahnunebenheiten hart sein. Es ist jedoch keine akti- ve Anpassung an die Fahrsituation beziehungsweise an die situativen Anforderungen möglich.

Ferner ist es gemäß betriebsinternem Stand der Technik möglich, eine aktive Federung einzusetzen. Hierbei wird eine aktive Gegenbewegung zur Einfederung, meist durch eine aktive Dämpferbewegung, erzeugt. Dies ist jedoch ein komplexes System, das teuer, schwer, energieintensiv und limitiert reaktionsfähig ist.

Bei einer sogenannten semi-aktiven Federung mit einem Dämpfer ist eine In- situ-Einstellung des Dämpfers, sprich des Dämpfungskoeffizienten, möglich. Der Dämpfer kann sich also entweder versteifen, um den Ein- oder Ausfedervorgang einzubremsen beziehungsweise zu verlangsamen, beziehungsweise weicher werden, und so den Ein- oder Ausfedervorgang schnell zuzulassen. Semi-aktive Federungen sind jedoch nur dynamisch wirksam, nicht jedoch statisch. Das heißt, es kann und darf ein Einfedern nicht verhindert, sondern nur zeitlich verzögert werden.

Bei einem Einsatz sogenannter Wankstabilisatoren ziehen diese bei einer Kurvenfahrt das Kraftfahrzeug durch eine Verdrehung einer Torsionsfeder, deren Torsionskraft dieser Verdrehung entgegenwirkt, gerade. Hier sind der Anmelderin auch aktive Varianten betriebsintern bekannt, welche den Zug erhöhen. Bei einer gleichförmigen Einfederung der Räder einer Achse sind diese jedoch wirkungslos.

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Federvorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Demgemäß wird eine Federvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die

Federvorrichtung umfasst eine Federeinrichtung und eine Steifigkeitsverstell- einrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Federeinrichtung zu versteifen, um so die Federkonstante der Federvorrichtung dynamisch zu verändern.

Dadurch, dass die Steifigkeitsverstelleinrichtung vorgesehen ist, ist es möglich, die Federkonstante der Federvorrichtung im Betrieb der Federvorrichtung an die jeweilige Fahrsituation des Kraftfahrzeugs beziehungsweise an dessen Beladungszustand aktiv anzupassen. Dies erfolgt situativ, das heißt hoch dynamisch und in Echtzeit. Die Federkonstante ist somit in Echtzeit veränderbar.

Das Kraftfahrzeug kann eine beliebige Anzahl derartiger Federvorrichtungen aufweisen. Die Federeinrichtung kann beispielsweise eine Schraubenfeder oder eine Blattfeder sein. Die Federeinrichtung kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Federstahl, oder aus einem Verbundwerkstoff, wie beispielsweise einem Faserverbundkunststoff, gefertigt sein. Die Federeinrichtung ist bevorzugt eine Druckfeder. Die Federeinrichtung kann jedoch auch eine Zugfeder sein.

Die Federeinrichtung ist bevorzugt eine Biegefeder oder Biegefedereinrichtung oder kann als solche bezeichnet werden. Das heißt, dass die Begriffe "Federeinrichtung" und "Biegefedereinrichtung" beliebig gegeneinander getauscht werden können. Unter einer "Biegefeder" oder einer "Biegefedereinrichtung" ist vorliegend ein Bauteil, im einfachsten Fall ein stabförmiger Biegebalken, zu verstehen, welches sich unter Belastung federelastisch und damit reversibel verformt. Die Materialeigenschaften des verwendeten Materials und die Geometrie der Feder- einrichtung beeinflussen deren Verformungsverhalten. Ein Beispiel für eine Biegefeder ist eine Blattfeder.

Die Federeinrichtung kann auch eine Torsionsfeder oder Torsionsfedereinrichtung sein oder kann als solche bezeichnet werden. Das heißt, dass auch die Begriffe "Fe der einrichtung" und "Torsionsfedereinrichtung" beliebig gegeneinander getauscht werden können. Ein Beispiel für eine Torsionsfeder ist eine Schraubenfeder oder Zylinderfeder, bei der ein Federdraht in Schraubenform aufgewickelt ist. Auch bei Torsionsfedern beeinflussen die Materialeigenschaften des verwendeten Materials und die Geometrie der Federeinrichtung deren Verformungsverhalten. Die Federeinrichtung kann auch eine Biege- oder Torsionsfedereinrichtung sein oder als solche bezeichnet werden. Im Gegensatz zu Biegefedern oder Torsionsfedern wird bei einer Luftfeder oder Gasfeder die Kompressibilität von Luft oder eines Gases ausgenutzt. Die Federeinrichtung ist also keine Luftfeder oder Gasfeder.

Die Federvorrichtung unterscheidet sich von der Federeinrichtung dadurch, dass die Federvorrichtung sowohl die Federeinrichtung als auch die Steifigkeitsverstelleinrichtung aufweist. Das heißt, dass die Federeinrichtung und die Steifigkeitsverstelleinrichtung Teil der Federvorrichtung sind. Die Steifigkeitsverstel- leinrichtung ist hingegen nicht Teil der Federeinrichtung. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die Steifigkeitsverstelleinrichtung an der Federeinrichtung angebracht oder befestigt ist. Die Federvorrichtung kann mehrere Federeinrichtun- gen umfassen.

Die Federkonstante, Federsteifigkeit, Federhärte oder Federrate gibt das Verhältnis einer auf die Federvorrichtung wirkenden Kraft zu einer dadurch bewirkten Auslenkung der Federvorrichtung an. Unter der "Steifigkeit" ist vorhegend der Widerstand der Federeinrichtung gegen eine elastische Verformung zu verstehen. Das heißt, dass die Steifigkeitsverstelleinrichtung dazu geeignet ist, die Federeinrichtung derart zu beeinflussen, dass deren Widerstand gegen eine elastische Verformung verändert, insbesondere größer, wird. Das Versteifen der Federeinrichtung kann dabei entweder lokal oder global erfolgen. "Lokal" bedeutet dabei nur in bestimmten Abschnitten der Federeinrichtung. "Global" bedeutet im Gegensatz hierzu, dass die gesamte Federeinrichtung versteift wird. Unter "Verändern" ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass die Federkonstante mit Hilfe der Steifigkeitsverstelleinrichtung stufenlos verstellt, insbesondere vergrößert, werden kann. Die Federkonstante kann jedoch auch verkleinert werden. Dieses Verändern oder Verstellen der Federkonstante ist reversibel. Die Steifigkeitsverstelleinrichtung kann auch als Federsteifigkeitsverstelleinrichtung oder Federkonstanteverstelleinrichtung bezeichnet werden.

Dass die Federkonstante "dynamisch" verändert wird oder verändert werden kann, bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Veränderung in Echtzeit, also ohne zeitliche Verzögerung, und insbesondere während des Betriebs der Feder- Vorrichtung, beispielsweise während eines Einfederns der Federeinrichtung, sowie insbesondere auch unter einer Beladung oder Belastung der Federvorrichtung erfolgt. Die Veränderung erfolgt somit nahezu verzögerungsfrei oder verzögerungslos.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Federeinrichtung aus einem Faserverbundkunststoff gefertigt.

Der Faserverbundkunststoff (FVK) kann auch als faserverstärktes Kunststoffmaterial bezeichnet werden. Der Faserverbundkunststoff umfasst ein Kunststoffmaterial, insbesondere eine Kunststoffmatrix, in welchem Fasern, beispielsweise Naturfasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder dergleichen, eingebettet sind. Das Kunststoffmaterial kann ein Duroplast, wie beispielsweise ein Epoxidharz, sein. Das Kunststoffmaterial kann jedoch auch ein Thermoplast sein. Die Fasern können Endlosfasern sein. Bei den Fasern kann es sich jedoch auch um kurze oder mittellange Fasern handeln, welche eine Faser- länge von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern aufweisen können. Die Fasern können gerichtet oder ungerichtet in dem Kunststoffmaterial angeordnet sein. Die Federeinrichtung kann einen lagenförmigen oder schichtweisen Aufbau aufweisen. Hierzu werden beispielsweise Lagen an Fasergewebe oder Fasergele- ge mit dem Kunststoffmaterial imprägniert. Alternativ können zur Fertigung der Federeinrichtung jedoch auch sogenannte Prepregs, das heißt vorimprägnierte Fasern, Fasergewebe oder Fasergelege, Anwendung finden. Alternativ kann die Federeinrichtung jedoch auch aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise einem Edelstahl, gefertigt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Federeinrichtung eine Blattfedereinrichtung.

Das heißt, die Begriffe "Federeinrichtung" und "Blattfedereinrichtung" können beliebig gegeneinander getauscht werden. Alternativ kann die Federeinrichtung jedoch auch eine Schraubenfeder sein. Im Gegensatz zu der Blattfedereinrichtung weist eine Zylinderfeder oder Schraubenfeder einen durchgehenden Draht auf, welcher derart schraubenförmig geformt ist, dass die Schraubenfeder eine zylinderförmige Geometrie aufweist. Für den Fall, dass die Federeinrichtung eine Blattfedereinrichtung ist, kann diese einen zickzackförmigen oder mäanderförmigen Aufbau aufweisen. Für den Fall, dass die Federeinrichtung eine Blattfedereinrichtung ist, ist die Federvorrichtung eine Blattfedervorrichtung oder kann als solche bezeichnet werden. Das heißt, auch die Begriffe "Federvorrichtung" und "Blattfedervorrichtung" können beliebig gegeneinander getauscht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Federeinrichtung eine Vielzahl von Blattfederabschnitten und eine Vielzahl von Umlenkungsabschnitten, wobei jeweils ein Umlenkungsabschnitt zwei benachbarte Blattfederabschnitte miteinander verbindet.

Das heißt, die Blattfederabschnitte und die Umlenkungsabschnitte sind abwechselnd angeordnet. Hierdurch ergibt sich der zickzackförmige oder mäanderförmige Aufbau der Federeinrichtung. Die einzelnen Blattfederabschnitte können eine blattförmige oder plattenförmige Geometrie aufweisen. "Blattförmig" oder "plattenförmig" schließt jedoch nicht aus, dass die Blattfederabschnitte gebogen oder beliebig dreidimensional geformt sind. Die Blattfederabschnitte können mit Hilfe der Umlenkungsabschnitte einstückig, insbesondere materialeinstückig, miteinander verbunden sein. "Einstückig" oder "einteilig" bedeutet vorliegend, dass die Blattfederabschnitte und die Umlenkungsabschnitte ein gemeinsames Bauteil bilden und nicht aus unterschiedlichen Bauteilen zusammengesetzt sind. "Materialeinstückig" bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Blattfederabschnitte und die Umlenkungsabschnitte durchgehend aus demselben Material gefertigt sind. Vorzugsweise weisen die Umlenkungsabschnitte eine größere Querschnittsfläche auf als die Blattfederabschnitte. Dies führt im Vergleich zu den Blattfederabschnitten zu einer größeren Steifigkeit der Umlenkungsabschnitte. Hierdurch ist gewährleistet, dass sich bei einem Einfedern der Feder- einrichtung im Wesentlichen die Blattfederabschnitte und nicht die Umlenkungsabschnitte federelastisch verformen. Die Umlenkungsabschnitte bilden somit deaktivierte Zonen der Fe der einrichtung oder können als solche bezeichnet werden. Alternativ können die Blattfederabschnitte auch mit Hilfe von hülsenförmigen oder klammerförmigen Umlenkungsabschnitten miteinander verbunden sein. In diesem Fall ist die Federeinrichtung weder einstückig noch materialeinstückig ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Blattfederabschnitte eine S-förmige Geometrie.

Insbesondere weisen die Blattfederabschnitte im Querschnitt die S-förmige Geometrie oder Form auf. Nach einem Einfedern der Federeinrichtung weisen die Blattfederabschnitte bevorzugt eine ebene Geometrie auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steifigkeitsverstelleinrich- tung ein Versteifungselement zum Versteifen der Federeinrichtung, welches an der Federeinrichtung angebracht ist.

Das Versteifungselement kann auch als Einleger bezeichnet werden oder ist ein Einleger. Beispielsweise kann das Versteifungselement in die Federeinrichtung eingelegt sein. Das Versteifungselement kann auch fest mit der Federeinrichtung verbunden sein. Beispielsweise ist das Versteifungselement stoffschlüssig mit der Federeinrichtung verbunden. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner voneinander trennen lassen. Stoffschlüssig kann beispielsweise durch Kleben oder Vulkanisieren verbunden werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Versteifungselement zylinderförmig.

Beispielsweise kann das Versteifungselement in einen der Umlenkungsabschnitte eingeklebt oder eingelegt werden. Das Versteifungselement kann jedoch auch in eine Windung einer Schraubenfeder eingelegt werden. Die Steifigkeitsverstelleinrichtung kann eine beliebige Anzahl von Versteifungselementen aufweisen. Dabei kann jedem Umlenkungsabschnitt oder bestimmten Umlenkungsabschnitten jeweils ein eigenes Versteifungselement zugeordnet sein. Die Geometrie des Versteifungselements ist beliebig. Beispielsweise ist das Versteifungselement im Querschnitt kreiszylinderförmig. Das Versteifungselement kann im Querschnitt jedoch auch mehreckig, insbesondere rechteckig, oval oder sternförmig sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform hüllt das Versteifungselement die Federeinrichtung zumindest abschnittsweise ein. Das heißt, die Federeinrichtung ist zumindest abschnittsweise innerhalb des Versteifungselement angeordnet. Insbesondere ist die Federeinrichtung zumindest abschnittsweise von Material des Versteifungselements umgeben oder umschlossen. Beispielsweise ist das Versteifungselement an die Federeinrichtung angegossen. Dadurch, dass das Versteifungselement die Federeinrichtung einhüllt, schützt das Versteifungselement die Federeinrichtung zusätzlich vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Wasser, Eis, Schmutz oder UV-Strahlung. Dies erhöht die Lebensdauer der Federvorrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Federeinrichtung einen weichen Federabschnitt mit einer ersten Federkonstante und einen harten Federabschnitt mit einer zweiten Federkonstante, wobei die zweite Federkonstante größer als die erste Federkonstante ist, und wobei das Versteifungselement nur an dem weichen Federabschnitt angebracht ist.

In diesem Fall ist die Federeinrichtung eine progressive Federeinrichtung. Das heißt, dass die Federkonstante der Federeinrichtung einen progressiven und keinen linearen Verlauf aufweist. Dadurch, dass das Versteifungselement nur an dem weichen Federabschnitt vorgesehen ist, ist es möglich, gezielt nur den weichen Federabschnitt zu beeinflussen. Alternativ kann jedoch auch zusätzlich an dem harten Federabschnitt ebenfalls ein Versteifungselement vorgesehen sein. Der weiche Federabschnitt kann auch als erster Federabschnitt bezeichnet werden. Der harte Federabschnitt kann auch als zweiter Federabschnitt bezeichnet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Versteifungselement dazu eingerichtet, den weichen Federabschnitt zu deaktivieren. Unter "Deaktivieren" ist vorliegend zu verstehen, dass das Versteifungselement ein Einfedern des weichen Federabschnitts verhindert. Der weiche Federabschnitt wird somit gesperrt oder eingefroren. Das heißt, die Federwirkung der Federvorrichtung wird im Wesentlichen ausschließlich mit Hilfe des harten Federabschnitts erzielt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steifigkeitsverstelleinrich- tung eine Steuereinheit zum Ansteuern des Versteifungselements, wobei das Versteifungselement mit Hilfe der Steuereinheit von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand und umgekehrt verbringbar ist, und wobei die Federkonstante der Federvorrichtung in dem aktivierten Zustand größer als in dem deaktivierten Zustand ist.

Das heißt beispielsweise, dass das Versteifungselement in dem aktivierten Zustand eine höhere Steifigkeit oder einen höheren Elastizitätsmodul als in dem deaktivierten Zustand aufweist. Die Steuereinheit kann beispielsweise einen Stromkreis mit einer Spannungs quelle und/oder eine elektrische Spule umfassen. Das "Ansteuern" des Versteifungselements umfasst beispielsweise ein Bestromen desselben mit Hilfe der Spannungsquelle und des Stromkreises. Das "Ansteuern" kann jedoch auch das Anlegen eines elektrischen Felds oder eines magnetischen Felds an das Versteifungselement umfassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem deaktivierten Zustand und dem aktivierten Zustand eine beliebige Anzahl von Zwischenzuständen vorgesehen, so dass die Federkonstante der Federvorrichtung stufenlos veränderbar ist.

Das Verbringen des Versteifungselements von dem deaktivierten Zustand in den aktivierten Zustand ist reversibel. Beispielsweise kann das Versteifungselement von dem aktivierten Zustand zurück in den deaktivierten Zustand verbracht werden, in dem die zuvor genannte Spannungs quelle ausgeschaltet wird. Beispielsweise wird die Federkonstante der Federvorrichtung umso größer, je höher die an dem Versteifungselement anliegende Spannung ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Versteifungselement mit Hilfe eines Bestromens desselben, mit Hilfe eines elektrischen Felds und/oder mit Hilfe eines magnetischen Felds von dem deaktivierten Zustand in den aktivierten Zustand verbringbar.

Umgekehrt kann sich das Versteifungselement als Ausgangszustand auch stets in dem aktivierten Zustand befinden. In diesem Fall wird das Versteifungselement mit Hilfe der Steuereinheit von dem aktivierten Zustand in den deaktivierten Zustand verbracht. Unter "Bestromen" ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass mit Hilfe des Stromkreises und der Spannungsquelle an das Versteifungselement eine Spannung angelegt wird. Das elektrische Feld oder das magnetische Feld wird vorzugsweise mit Hilfe einer elektrischen Spule der Steifigkeitsverstelleinrichtung erzeugt. Im letztgenannten Fall kann das Versteifungselement insbesondere berührungslos angesteuert werden. Dies führt zu einem weniger komplexen Aufbau, da keine Verkabelung des Versteifungselements erforderlich ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform verändern sich bei dem Verbringen des Versteifungselements von dem deaktivierten Zustand in den aktivierten Zustand Eigenschaften, insbesondere Materialeigenschaften und/oder geometrische Eigenschaften, des Versteifungselements derart, dass sich die Federkonstante der Federvorrichtung vergrößert.

Insbesondere verändern sich die Eigenschaften des Versteifungselements derart, dass dieses eine Verformung der Federeinrichtung behindert und so dessen Steifigkeit lokal oder global erhöht wird. Hierdurch erhöht sich die Federkonstante der Federvorrichtung. Die Materialeigenschaften können beispielsweise die Härte, den Elastizitätsmodul oder dergleichen umfassen. Die geometrischen Eigenschaften können beispielsweise Abmessungen des Versteifungselements, wie beispielsweise dessen Durchmesser, dessen Breite, dessen Dicke oder dergleichen umfassen. Ferner können die geometrischen Eigenschaften auch die Form des Versteifungselements umfassen. Beispielsweise weist das Versteifungselement in dem deaktivierten Zustand einen kreisrunden Querschnitt und in dem aktivierten Zustand einen ellipsenförmigen Querschnitt auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Versteifungselement ein magnetorheologisches Material und/oder ein elektrorheologisches Material.

Vorzugsweise weist das Versteifungselement ein magnetorheologisches Elastomer und/oder ein elektrorheologisches Elastomer auf. Das Versteifungselement kann aus einzelnen Materialien oder aus einer Kombination aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, die beispielsweise nur teilweise ihre Eigenschaften innerhalb des elektrischen oder magnetischen Felds ändern. Magnetorheologische Elastomere umfassen eine Elastomermatrix und darin dispergierte magnetisch aktive Partikel. Bei derartigen magnetorheologischen Elastomeren können die viskoelastischen oder dynamisch-mechanischen Eigenschaften durch Anlegen eines äußeren magnetischen Felds schnell und reversibel verändert werden. Das Versteifungselement kann auch ein elektrorheologisches Fluid, Elastomer oder dergleichen aufweisen.

"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Weitere mögliche Implementierungen der Federvorrichtung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Federvorrichtung hinzufügen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Federvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Federvorrichtung. Im Weiteren wird die Federvorrichtung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Feder- Vorrichtung!

Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Ansicht der Federvorrichtung gemäß Fig. i;

Fig. 3 zeigt die Detailansicht III gemäß Fig. 1;

Fig. 4 zeigt schematisch einen Kraft-Auslenkung- Verlauf der Federvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 5 zeigt erneut die Detailansicht III gemäß Fig. 1;

Fig. 6 zeigt schematisch einen weiteren Kraft-Auslenkung-Verlauf der Federvorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer F edervorrichtung!

Fig. 8 zeigt schematisch einen Kraft-Auslenkung- Verlauf der Federvorrichtung gemäß Fig. 7!

Fig. 9 zeigt eine weitere schematische Ansicht der Federvorrichtung gemäß Fig. 7! und

Fig. 10 zeigt schematisch einen weiteren Kraft- Auslenkung- Verlauf der Feder- Vorrichtung gemäß Fig. 7.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Federvorrichtung 1A. Die Feder- Vorrichtung 1A ist eine Blattfedervorrichtung oder kann als solche bezeichnet werden. Die Federvorrichtung 1A kann jedoch jede beliebige Ausgestaltung einer Feder, beispielsweise eine Schraubenfeder oder dergleichen, sein. Nachfolgend wird jedoch davon ausgegangen, dass die Federvorrichtung 1A eine Blattfedervorrichtung ist. Die Federvorrichtung 1A ist für einen Einsatz in oder an einem Kraftfahrzeug 2, insbesondere an einem Radfahrzeug, geeignet. Die Federvorrichtung 1A kann im Bereich einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs 2 Anwendung finden. Das Kraftfahrzeug 2 kann eine beliebige Anzahl von Federvorrichtungen 1A aufweisen.

Die Federvorrichtung 1A umfasst eine Federeinrichtung 3. Die Federeinrichtung 3 ist eine Blattfedereinrichtung oder kann als solche bezeichnet werden. Die Federeinrichtung 3 kann jedoch beispielsweise auch eine Schraubenfeder sein. Die Federeinrichtung 3 ist aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial oder ei- nem Faserverbundkunststoff (FVK) gefertigt. Alternativ kann die Federeinrichtung 3 jedoch auch zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Federstahl, gefertigt sein. Nachfolgend wird jedoch davon ausgegangen, dass die Federeinrichtung 3 aus einem Faserverbundkunststoff gefertigt ist.

Der F aserverbundkunststoff umfasst ein Kunststoffmaterial, insbesondere eine Kunststoffmatrix, in welchem Fasern, beispielsweise Naturfasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder dergleichen, eingebettet sind. Das Kunststoffmaterial kann ein Duroplast, wie beispielsweise ein Epoxidharz, sein. Das Kunststoffmaterial kann jedoch auch ein Thermoplast sein. Die Fasern können Endlosfasern sein. Bei den Fasern kann es sich jedoch auch um kurze oder mittellange Fasern handeln, welche eine Faserlänge von einigen Millimetern bis einige Zentimeter aufweisen können. Die Federeinrichtung 3 kann einen lagenförmigen oder schichtweisen Aufbau aufweisen. Hierzu werden beispielsweise Lagen an Fasergewebe oder Fasergelege mit der Kunststoffmatrix imprägniert. Alternativ können zur Fertigung der Federeinrichtung 3 jedoch auch sogenannte Prepregs, das heißt vorimprägnierte Fasern, Fasergewebe oder Fasergelege, Anwendung finden.

Die Federeinrichtung 3 weist eine mäanderförmige Geometrie auf. Die Federeinrichtung 3 weist eine Vielzahl von Blattfederabschnitten 4 auf, welche an Umlenkungsabschnitten 5 miteinander verbunden sind. Die Anzahl der Blattfederabschnitte 4 ist beliebig. In der Fig. 1 ist jeweils ein Blattfederabschnitt 4 und ein Umlenkungsabschnitt 5 mit einem Bezugszeichen versehen. Die einzelnen Blattfederabschnitte 4 weisen jeweils eine S-förmige Geometrie auf beziehungsweise haben in der Seitenansicht einen S-förmigen Verlauf.

Die Blattfederabschnitte 4 können mit Hilfe der Umlenkungsabschnitte 5 einstückig, insbesondere materialeinstückig, miteinander verbunden sein. "Einstückig" oder "einteilig" bedeutet vorliegend, dass die Blattfederabschnitte 4 und die Um- lenkungsabschnitte 5 ein gemeinsames Bauteil bilden und nicht aus unterschiedlichen Bauteilen zusammengesetzt sind. "Materialeinstückig" bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Blattfederabschnitte 4 und die Umlenkungsabschnitte 5 durchgehend aus demselben Material gefertigt sind.

Die Blattfederabschnitte 4 und die Umlenkungsabschnitte 5 sind derart ausgelegt, dass bei einer Belastung der Federeinrichtung 3 in den Umlenkungsabschnitten 5 keine oder zumindest keine nennenswerte Verformung stattfindet. Die Blattfederabschnitte 4 hingegen werden jeweils in einem mittleren Bereich 6 verformt und erzeugen eine einer von außen einwirkenden Belastung entgegenwirkende Federkraft.

Ein erster Endabschnitt 7 der Federeinrichtung 3 ist in einer ersten Lagereinrichtung 8 gelagert. Ein zweiter Endabschnitt 9 der Federeinrichtung 3 ist dementsprechend in einer zweiten Lagereinrichtung 10 gelagert. Die erste Lagereinrichtung 8 kann beispielsweise Teil eines Rahmens des Kraftfahrzeugs 2 sein. Die zweite Lagereinrichtung 10 kann Teil eines Achslenkers des Kraftfahrzeugs 2 sein. Die Lagereinrichtungen 8, 10 sind Teil der Federvorrichtung 1A. Bezüglich einer Schwerkraftrichtung g ist die erste Lagereinrichtung 8 oberhalb der zweiten Lagereinrichtung 10 platziert. Die erste Lagereinrichtung 8 ist ein Federschuh oder kann als solcher bezeichnet werden. Die zweite Lagereinrichtung 10 ist ebenfalls ein Federschuh oder kann als solcher bezeichnet werden.

Die Fig. 1 zeigt die Federvorrichtung lA in einem unbelasteten oder ausgefederten Zustand. Die Fig. 2 hingegen zeigt die Federvorrichtung 1A in einem belasteten oder eingefederten Zustand. In dem eingefederten Zustand weisen die in dem unbelasteten Zustand S-förmigen Blattfederabschnitte 4 eine ebene Form auf. Die Fig. 3 zeigt die Detailansicht III gemäß der Fig. 1. Wie zuvor erwähnt, umfasst die Federeinrichtung 3 Blattfederabschnitte 4, von denen in der Fig. 3 zwei gezeigt sind, die mit Hilfe eines Umlenkungsabschnitts 5 miteinander verbunden sind. Die Fig. 3 kann jedoch beispielsweise für den Fall, dass die Federeinrichtung 3 keine Blattfedereinrichtung ist, auch einen Teil einer Windung einer Schraubenfeder zeigen. Ganz allgemein zeigt die Fig. 3 einen Federabschnitt oder Federstrang mit zumindest einer Windung.

Die Federvorrichtung 1A umfasst ein Versteifungselement 11, welches es ermöglicht, die Federsteifigkeit oder Federkonstante k (Fig. 4) der Federvorrichtung 1A im Betrieb des Kraftfahrzeugs 2 beziehungsweise der Federvorrichtung 1A zu beeinflussen, das heißt je nach Bedarf zu vergrößern oder zu verkleinern. Die "Federkonstante" oder "Federsteifigkeit" gibt das Verhältnis einer auf die Feder- Vorrichtung 1A wirkenden Kraft F (Fig. 4) zu einer dadurch bewirkten Auslenkung a (Fig. 4) der Federvorrichtung 1A an.

Das Versteifungselement 11 kann eine beliebige Geometrie aufweisen. Das Versteifungselement 11 kann beispielsweise Zylinder- oder walzenförmig sein. Das Versteifungselement 11 kann beispielsweise an dem Umlenkungsabschnitt 5 vorgesehen sein. Es kann eine Vielzahl von Versteifungselementen 11 vorgesehen sein, wobei jedem oder nur ausgewählten Umlenkungsabschnitten 5 ein derartiges Versteifungselement 11 zugeordnet sein kann.

Das Versteifungselement 11 beziehungsweise die Versteifungselemente 11 kann beziehungsweise können entweder lokal an einem oder einzelnen Abschnitten der Federeinrichtung 3, insbesondere an den Umlenkungs ab schnitten 5, angebracht sein oder auch die gesamte Federeinrichtung 3 einhüllen. Das Versteifungselement 11 kann in den Umlenkungsabschnitt 5 eingelegt oder eingeklebt sein. Für den Fall, dass die Federeinrichtung 3 eine Schraubenfeder ist, kann das Versteifungselement 11 auch zwischen Windungen der Federeinrichtung 3 platziert sein.

Mit Hilfe einer Steuereinheit 12 kann das Versteifungselement 11 derart angesteuert werden, dass dieses seine Eigenschaften gezielt so verändert, dass die Federkonstante k, der Federweg, die Ausdehnung oder dergleichen der Federvorrichtung 1A beeinflusst wird. Das heißt, die Eigenschaften der Federvorrichtung 1A werden gezielt beeinflusst. Dies kann lokal, beispielsweise an nur einem der Umlenkungsabschnitte 5, oder an der gesamten Federeinrichtung 3 erfolgen.

Zum Beeinflussen der Eigenschaften der Federvorrichtung 1A wird an das Versteifungselement 11 beispielsweise ein, insbesondere elektrisches, Signal angelegt. Für den Fall, dass mehrere Versteifungselemente 11 vorgesehen sind, können diese einzeln oder gemeinsam angesteuert werden. Unter den "Eigenschaften" des Versteifungselements 11 können dabei zum Beispiel dessen geometrische Ausdehnung, beispielsweise ein Durchmesser, eine Länge, eine Dicke, eine Breite oder dergleichen, oder dessen geometrische Form, beispielsweise kreisrund, oval oder mehreckig, zu verstehen sein.

Unter den "Eigenschaften" des Versteifungselements 11 können jedoch auch Materialeigenschaften wie beispielsweise die Härte, die Viskosität, die Steifigkeit, der Elastizitätsmodul oder dergleichen zu verstehen sein. Mit Hilfe der Steuereinheit 12 kann auch eine beliebige Kombination der zuvor genannten Eigenschaften des Versteifungselements 11 beeinflusst werden. Beispielsweise kann das Versteifungselement 11 mit Hilfe der Steuereinheit 12 derart angesteuert werden, dass sich das Versteifungselement 11 zumindest lokal versteift und/oder verformt.

Das Versteifungselement 11 weist insbesondere elektrorheologische oder magnetorheologische Eigenschaften auf. Das heißt, die zuvor erwähnten Eigenschaften des Versteifungselements 11, welche die Federkonstante k der Federvorrichtung 1A verändern, können durch das Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Felds beziehungsweise durch ein direktes Bestromen des Versteifungselements 11 beeinflusst werden.

Das Versteifungselement 11 kann aus einzelnen Materialien oder aus einer Kombination aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, die beispielsweise nur teilweise ihre Eigenschaften innerhalb eines elektrischen oder magnetischen Felds ändern. Das Versteifungselement 11 ist aus einem Elastomer oder aus einem Verbundwerkstoff umfassend ein Elastomer gefertigt. Das Versteifungselement 11 kann beispielsweise aus einem magnetorheologischen Elastomer gefertigt sein oder ein magnetorheologisches Elastomer aufweisen.

Magnetorheologische Elastomere umfassen eine Elastomermatrix und darin dispergierte magnetisch aktive Partikel. Bei derartigen magnetorheologischen Elastomeren können die viskoelastischen oder dynamisch-mechanischen Eigenschaften durch Anlegen eines äußeren magnetischen Felds schnell und reversibel verändert werden. Das Versteifungselement 11 kann auch ein elektrorheologi- sches Fluid, Elastomer oder dergleichen aufweisen.

Im einfachsten Fall ist die Steuereinheit 12 ein elektrischer Stromkreis 13 mit einer Spannungs quelle 14. Die Steuereinheit 12 und das Versteifungselement 11 zusammen bilden eine Steifigkeitsverstelleinrichtung 15 der Federvorrichtung 1A. Das Versteifungselement 11 ist Teil des Stromkreises 13. In der Ansicht der Fig. 3 liefert die Spannungs quelle 14 beispielsweise keine Spannung und das Versteifungselement 11 befindet sich in einem deaktivierten Zustand ZI.

In dem deaktivierten Zustand ZI ist das Versteifungselement 11 beispielsweise um ein Vielfaches weniger steif als die Federeinrichtung 3, so dass eine Verformung der Federeinrichtung 3 durch das Versteifungselement 11 nicht behindert wird. Es ergibt sich der in der Fig. 4 gezeigte Verlauf der Federkonstante k der Federvorrichtung 1A. Dieser Verlauf der Federkonstante k gemäß der Fig. 4 entspricht im Wesentlichen dem Verlauf einer nicht gezeigten Federvorrichtung ohne eine derartige Steifigkeitsverstelleinrichtung 15.

Wird an das Versteifungselement 11, wie in der Fig. 5 gezeigt, eine Spannung angelegt, wird das Versteifungselement 11 von dem deaktivierten Zustand Z 1 in einen aktivierten Zustand Z2 verbracht. Die Zustände ZI, Z2 sind in den Fig. 3 und 5 mit unterschiedlichen Schraffuren dargestellt. Beispielsweise weist das Versteifungselement 11 in dem aktivierten Zustand Z2 eine andere Geometrie als in dem deaktivierten Zustand ZI auf. Ferner kann sich der Elastizitätsmodul des Versteifungselements 11 bei dem Verbringen desselben aus dem deaktivierten Zustand ZI in den aktivierten Zustand Z2 verändern.

Um bei dem vorherigen Beispiel zu bleiben, kann das Versteifungselement 11 in dem aktivierten Zustand Z2 um ein Vielfaches steifer sein als die Federeinrichtung 3, so dass das Versteifungselement 11 in dem aktivierten Zustand Z2 die Verformung der Federeinrichtung 3 derart behindert, dass sich, wie in der Fig. 6 gezeigt, im Vergleich zu dem deaktivierten Zustand ZI ein steilerer Verlauf der Federkonstante k' der Federvorrichtung 1A ergibt. Das heißt, dass mit derselben Kraft F eine geringere Auslenkung a der Federvorrichtung 1A erzielt werden kann. Die Federvorrichtung 1A ist also in dem aktivierten Zustand Z2 härter als in dem deaktivierten Zustand ZI.

Dabei kann die Steifigkeitsverstelleinrichtung 15 derart ausgelegt sein, dass der Verlauf der Federkonstante k' immer steiler wird, je höher die an dem Versteifungselement 11 angelegte Spannung ist. Die Federkonstante k kann somit stufenlos verändert werden. Zwischen dem deaktivierten Zustand ZI und dem aktivierten Zustand Z2 kann eine unendliche Anzahl von Zwischenzuständen vorgesehen sein. Die Steuereinheit 12 kann jedoch zum Ansteuern des Versteifungselements 11 auch geeignet sein, ein elektrisches Feld E oder ein magnetisches Feld M zu erzeugen. In dem aktivierten Zustand Z2 ist das Versteifungselement 11 zumindest abschnittsweise innerhalb des elektrischen Felds E oder des magnetischen Felds M angeordnet. Es ist somit eine kontaktfreie oder berührungslose Ansteuerung des Versteifungselements 11 möglich. Zum Erzeugen der Felder E, M kann die Steuereinheit 12 eine bestrombare Spule umfassen. Die Spule kann das Versteifungselement 11 zumindest abschnittsweise umschließen. Dies ist jedoch nicht zwingend erfoderlich.

Die Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Federvorrichtung 1B, die ebenfalls für das Kraftfahrzeug 2 geeignet ist. Nachfolgend wird nur auf Unterschiede zwischen den Federvorrichtungen 1A, 1B eingegangen. Die Federvorrichtung 1B umfasst eine Federeinrichtung 3, welche eine wie zuvor erläuterte Blattfedereinrichtung mit Blattfederabschnitten 4 und zwischen den Blattfederabschnitten 4 angeordneten Umlenkungsabschnitten 5 ist. Die Verformung der Blattfederabschnitte 4 erfolgt im Wesentlichen in Bereichen 6. Die Federeinrichtung 3 ist aus einem Faserverbundkunststoff gefertigt.

Im Unterschied zu der Federvorrichtung 1A weist die Federvorrichtung 1B eine Federeinrichtung 3 mit progressiver Kennlinie auf. Hierzu umfasst die Federeinrichtung 3 einen ersten oder weichen Fe der ab schnitt 16 mit einer ersten Feder- konstante kl und einen zweiten oder harten Federabschnitt 17 mit einer zweiten Federkonstante k2. Die zweite Federkonstante k2 ist größer als die erste Feder- konstante kl. Dieser Unterschied in den Federkonstanten kl, k2 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der harte Feder abschnitt 17 eine größere Querschnittsfläche und/oder eine andere Geometrie als der weiche Federab- schnitt 16 aufweist. Bezüglich der Schwerkraftrichtung g ist der weiche Federab- schnitt 16 oberhalb des harten Federabschnitts 17 platziert. Die Federabschnitte 16, 17 sind einstückig, insbesondere materialeinstückig, miteinander verbunden.

Bei einer Belastung der Federvorrichtung 1B federt nun zuerst der weiche Federabschnitt 16 ein. Der harte Federabschnitt 17 federt erst dann ein, wenn der weiche Federabschnitt 16 fast oder nahezu vollständig eingefedert ist. Es ergibt sich dadurch, wie in der Fig. 8 gezeigt, ein progressiver Verlauf der Federkonstante k der Federvorrichtung 1B.

Die Federvorrichtung 1B umfasst eine wie zuvor erwähnte Steifigkeitsverstelleinrichtung 15 mit einer Steuereinheit 12 und einem Versteifungselement 11. Das Versteifungselement 11 ist bevorzugt an dem weichen Federabschnitt 16 vorgesehen. Dabei kann das Versteifungselement 11, wie mit Bezug auf die Fig. 3 und 5 erläutert, nur an dem Umlenkungsabschnitt 5 oder nur an den Umlenkungsabschnitten 5 vorgesehen sein. Das Versteifungselement 11 kann jedoch auch, wie in den Fig. 7 und 9 gezeigt, den gesamten weichen Federabschnitt 16 einhüllen oder umhüllen.

Beispielsweise ist das Versteifungselement 11 stoffschlüssig mit dem weichen Federabschnitt 16 verbunden. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner trennen lassen. Stoffschlüssig beispielsweise durch Kleben oder Vulkanisieren verbunden werden. Beispielsweise ist das Versteifungselement 11 an den weichen Federabschnitt 16 angegossen.

Das Versteifungselement 11 weist, wie zuvor erwähnt, elektrorheologische oder magnetorheologische Eigenschaften auf. Mit Hilfe der Steuereinheit 12 kann das Versteifungselement 11 von einem deaktivierten Zustand ZI (Fig. 7) in einen ak- tivierten Zustand Z2 (Fig. 9) und umgekehrt verbracht werden. Dies kann beispielsweise durch ein Bestromen des Versteifungselements 11 oder durch ein Beaufschlagen desselben mit einem elektrischen Feld E (Fig. 9) oder einem magnetischen Feld M erfolgen. Die unterschiedlichen Zustände ZI, Z2 sind in den Fig. 7 und 9 mit unterschiedlich orientierten Schraffuren dargestellt.

In dem aktivierten Zustand Z2 deaktiviert das Versteifungselement 11 den weichen Federabschnitt 16 derart, dass bei einer Belastung der Federvorrichtung 1B im Wesentlichen nur der harte Federabschnitt 17 einfedert. Der weiche Federabschnitt 16 ist eingefroren und trägt im Idealfall nichts zu der Federwirkung der Federvorrichtung 1B bei. Wie in der Fig. 10 gezeigt, ergibt sich hierdurch ein linearer Verlauf der Federkonstante k'. Die Federkonstante k' entspricht dann im Wesentlichen der zweiten Federkonstante k2. Zusätzlich können auch an dem harten Federabschnitt 17 Versteifungselemente 11 vorgesehen sein.

Mit Hilfe der Steifigkeitsverstelleinrichtung 15 ist somit eine schnelle Änderung der Federkonstante k möglich, um beispielsweise eine Einfederung sowie die Federkonstante k der Federvorrichtung 1A, 1B aktiv und in Echtzeit zu verstellen beziehungsweise zu regeln. Es ist ein Höhenausgleich, beispielsweise bei einer Lastveränderung, sowie eine Verschiebung der Eigenfrequenz der Federvorrichtung 1A, 1B in einen unkritischen Bereich möglich. Es kann eine rad-, Seiten- und/oder achsspezifische Änderung der Federkonstante k, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, zur Wankstabilisierung, beim Beschleunigen, beim Bremsen und/oder im Rahmen von elektronischen Ausgleichssystemen oder sogenannten Body Control Systemen, durchgeführt werden.

Mit Hilfe der kontinuierlichen Veränderung der Federkonstante k können sowohl der Fahrkomfort als auch die Fahrdynamik verbessert werden. Dies kann auch ohne die Verwendung einer progressiven Federung (nicht gezeigt), deren Feder- konstante abhängig von der Einfederung ist, erreicht werden. Durch die Ver- stellbarkeit der Federkonstante k können Dämpferfunktionen unterstützt werden. Die Federvorrichtung 1A, 1B kann zumindest teilweise andere, teils aktive, Fahrwerkskomponenten, wie beispielsweise einen Wankstabilisator, Dämpfer, Luftfedern oder dergleichen, ersetzen oder es ist im Rahmen eines Downsizings zumindest eine kleinere Dimensionierung dieser Fahrwerkskomponenten möglich. Es ist die Implementierung einer hoch dynamisch schaltbaren Federvorrichtung 1A, 1B möglich. Im Vergleich zu aktiven Luftfedern ist die Federvorrichtung 1A, 1B eine einfache, kostengünstige und im Hinblick auf die dynamische Einsetzbarkeit höher-performante Lösung.

Obwohl die vorhegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 A Fe dervorrichtun g

1B Federvorrichtung

2 Kraftfahrzeug

3 Fe der einrichtun g

4 Blattfederabschnitt

5 Umlenkungsabschnitt

6 Bereich

7 Endabschnitt

8 Lagereinrichtung

9 Endabschnitt

10 Lagereinrichtung

11 Versteifungselement

12 Steuereinheit

13 Stromkreis

14 Spannungs quelle

15 Steifigkeitsverstelleinrichtung

16 Federabschnitt

17 Federabschnitt a Auslenkung

E elektrisches Feld

F Kraft g Schwerkraftrichtung k Federkonstante k' Federkonstante kl Federkonstante k2 F e derkonst ante

M magnetisches Feld ZI Zustand

Z2 Zustand