Radaufhängung für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mit Niveauverstellung der Karosserie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Durch die DE 30 37 179 ist es bei einer Teleskop-Stoßdämpfer-Anordnung für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen bekannt, die Kolbenstange mittels eines nach außen abgedichteten, gummielastischen Faltenbalges vor Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen, wobei der Innenraum des Faltenbalges mit einem Zusatzvolumen verbunden ist. Das Zusatzvolumen ist dabei durch ein um das Dämpferrohr des Stoßdämpfers angeordnetes, gegebenenfalls unmittelbar an den Faltenbalg angeformtes Zylinderrohr gebildet.

Bei einer Stoßdämpferanordnung gemäß DE 725 687 sind zum Ausgleich von Druckschwankungen innerhalb der Faltenbälge zweier benachbart in einem Gehäuse angelenkter Teleskop-Stoßdämpfer die beiden Faltenbälge über eine Gehäuseverbindung zusammengeschlossen.

Aus der DE 102 00 608 A ist eine Stoßdämpferanordnung bekannt, bei der der Luftraum innerhalb des Faltenbalges über eine Leitung, welche in einem Luftfilter endet, mit der Umgebung in Verbindung steht. Bei Federbewegungen wird Luft entweder angesaugt oder ausgeschoben und passiert dabei den Luftfilter. Es soll vermieden werden, dass Sand und/oder Staubpartikel ins Innere des vom Faltenbalg abgegrenzten Raumes gelangen kann. Sand würde gewissermaßen zwischen der Federunterlage und der Federwindung als Schleifpaste wirken. In diesem Fall würde die Feder die Lebensdauer nicht erreichen und vorzeitig brechen.

Die aus der DE 102 00 608 A bekannte Lösung ist ausreichend für ein einfaches System, im Wesentlichen bestehend aus Feder und Federunterlage. Ein Nachteil besteht darin, dass sich der Filter je nach Einsatzfall, das heißt in welcher Umgebung sich das Fahrzeug bewegt, früher oder später zusetzt. Ist kein freier Luftdurchsatz mehr gegeben, wird der Faltenbalg in erster Linie kollabieren oder sogar platzen. Der größte Nachteil jedoch ist die Tatsache, dass der Filter keine feineren Partikel (kleiner als Sand) filtern kann. Würde man dieses Prinzip bei einer mechanischen Höhenverstellung, welche beispielsweise aus einem empfindlichen Kugelgewindetrieb besteht, anwenden, so würde dies nicht ausreichen. Das Fett des Kugelgewindetriebes darf keinesfalls verunreinigen, da auch kleinste Partikel das Fett in der Konsistenz so verändern würden, dass der Kugelgewindetrieb zerstört werden würde. Weiterhin ist der Filter nicht in der Lage, Feuchtigkeit, Kondenswasser oder Spritzwasser fernzuhalten. Feuchtigkeit würde Korrosion an den Wälzlagern und an der Spindel/Muttereinheit verursachen und den Kugelgewindetrieb ebenfalls zerstören.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radaufhängung mit einer

Höhenverstelleinrichtung und einem diese abdeckenden Faltenbalg derart weiterzubilden, dass bei baulich günstiger Anordnung ein steter Druckausgleich im Innenraum des Faltenbalges gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der von dem Faltenbalg umschlossene Innenraum mittelbar oder unmittelbar mit einem außerhalb des Faltenbalges positionierten Zusatzvolumen als Ausgleichsraum verbunden ist. Über das außerhalb positionierte Zusatzvolumen kann ohne bauliche Zwänge ein zuverlässiger Druckausgleich hergestellt werden; zugleich wird die innerhalb des Faltenbalges angeordnete Höhenverstelleinrichtung wirkungsvoll vor Schmutz- und Fremdpartikel-Eintrag geschützt.

Insbesondere kann das Zusatzvolumen durch einen mit dem Innenraum verbundenen, gummielastischen Faltenbalg gebildet sein, der kostengünstig herstellbar ist und über den ein nahezu widerstandsloser Luftaustausch stattfinden kann. Dadurch können auch unzulässige Verformungen des die Höhenverstelleinrichtung umschließenden Faltenbalges aufgrund von Druckschwankungen ausgeschlossen werden.

Erfindungsgemäß ist das, die Höhenverstelleinrichtung umströmende Luftvolumen hermetisch nach außen abgegrenzt. Ein Luftaustausch nach außen findet also nicht statt. Die Gefahr von eindringender Feuchtigkeit gibt es nicht. Wird zudem der Raum mit getrocknete Luft befüllt, scheidet auch Kondenswasserbildung aus. Möglich wird dies, indem das zweite, korrespondierende Luftvolumen mit dem Luftvolumen innerhalb des Faltenbalges ohne jegliche Drosselung gekoppelt ist. Wird das Fahrzeug in der Höhe verändert, wird je nach Richtung Luft in den Ausgleichsbalg geschoben oder abgezogen. Auch bei Temperaturänderungen wirkt der Ausgleichsbalg als Kompensationselement. Der Widerstand, den der Ausgleichsbalg beim Ausdehnen bzw. beim Zusammenziehen entgegensetzt, ist aufgrund der ziehharmonikaartigen Gestaltung äußerst gering. Ist das Zusatzvolumen über eine Verbindungsleitung mit dem Innenraum des Faltenbalges verbunden, so können gegebenenfalls im Kraftfahrzeug vorhandene Freiräume günstig für die Anordnung und den Einbau des Zusatzvolumens genutzt werden.

Besonders vorteilhaft können der Faltenbalg und das Zusatzvolumen mit einem entfeuchteten Gas, insbesondere Luft, befüllt sein, um Funktionsstörungen und/oder Korrosionsschäden von den im Faltenbalg umschlossenen Bauteilen fernzuhalten.

Bei einer Radaufhängung mit einer an einem Hohlprofil eines Trägers der Karosserie des Kraftfahrzeuges abgestützten Höhenverstelleinrichtung kann das Zusatzvolumen baulich besonders günstig unmittelbar in dem Träger angeordnet sein. Insbesondere kann der Faltenbalg als Zusatzvolumen in dem Hohlraum des Trägers positioniert und somit zuverlässig gegen äußere Einflüsse, z. B. Steinschlag, geschützt sein.

Des weiteren können bei einem Federbein als Radaufhängung und einer um den Teleskop-Stoßdämpfer des Federbeines angeordneten, zentralen Höhenverstelleinrichtung, einer Tragfeder und einer Speicherfeder beide Federn und die Höhenverstelleinrichtung mittels zumindest eines Faltenbalges umschlossen sein, der mit zumindest einem außenliegenden Zusatzvolumen als Ausgleichsraum verbunden ist.

Dabei kann das Zusatzvolumen dann als außenliegender Faltenbalg vorgesehen sein, der über eine Verbindungsleitung und über Verbindungskanäle in der Höhenverstelleinrichtung und des Stoßdämpfers mit dem Innenraum des Faltenbalges verbunden ist. In einer bevorzugten Strömungsführung kann innerhalb der Höhenverstelleinrichtung ein Strömungsweg, insbesondere ein Ringspalt vorgesehen werden, der strömungstechnisch zwischen das außenliegende Zusatzvolumen und dem vom Faltenbalg umschlossenen Innenraum geschaltet ist. In diesem Faltenbalg kann die Höhenverstelleinrichtung mit einer Anschlussseite über die Verbindungsleitung mit dem Zusatzvolumen verbunden sein. An der, von der Anschlusseite abgewandten Ende der Höhenverstelleinrichtung mündet der Strömungsweg in den vom Faltenbalg umschlossenen Innenraum. Bevorzugt kann der Strömungsweg als ein Ringspalt ausgebildet werden, der zwischen einer hohlzylindrischen Gewindespindel des Kugelgewindetriebes und einem darin angeordneten Stoßdämpfer-Zylinder vorgesehen ist.

Die Kühlluftströmung verläuft somit besonders wirksam unmittelbar außerhalb des Stoßdämpfers und innerhalb der hülsenförmigen Gewindespindel mit direkter Beaufschlagung der temperaturbelasteten Bauteiloberflächen. Baulich und fertigungstechnisch vorteilhaft können ferner im Bereich der unteren

Wälzlagerung der Gewindespindel auf dem Dämpferrohr des Stoßdämpfers

Verbindungskanäle vorgesehen sein, die den ringförmigen Kühlkanal mit dem durch den Faltenbalg umschlossenen Raum im Bereich der Kolbenstange des

Stoßdämpfers verbinden. Die Verbindungskanäle sind baulich und fertigungstechnisch vorteilhaft als Querbohrungen in der Gewindespindel ausgeführt, und zwar in Strömungsrichtung vor der unteren Wälzlagerung. Auf diese Weise kann auf baulich aufwendige Axialnuten oder Durchbrüche verzichtet werden, die in das Dämpferrohr eingeprägt oder etwa in einen

Zwischenring oder unmittelbar in den inneren Lagerring des Wälzlagers eingearbeitet sind. Insbesondere bei einer Radaufhängung mit zwei oder mehreren Faltenbalgen ist ein betriebssicherer Druckausgleich zwischen den Innenräumen dieser Faltenbalge und dem außenliegenden Zusatzvolumen von Bedeutung. Vor diesem Hintergrund können die nach außen luftdicht abgedichteten Faltenbalg- Innenräume zusammen mit dem in der Höhenverstelleinrichtung vorgesehenen Strömungsweg strömungstechnisch in Reihe geschaltet sein. Bei in die Faltenbalg-Innenräume einströmender Luft wird diese zunächst über den vorgenannten Strömungsweg bis zu einem ersten Faltenbalg-Innenraum und anschließend zu einem zweiten Faltenbalg-Innenraum geführt. Der erste Faltenbalg-Innenraum liegt dabei an einem von der Anschlussseite der Höhenverstelleinrichtung abgewandten Ende.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ein Federbein für eine Radaufhängung von Kraftfahrzeugen, mit einer einen Teleskop-Stoßdämpfer umschließenden Tragfeder, einer Speicherfeder und einer zentralen Höhenverstelleinrichtung, sowie zwei die Federn und die Höhenverstelleinrichtung umschließende Faltenbälge, deren Innenraum mit einem außen liegenden

Zusatzvolumen verbunden ist; und

Fig. 2 eine Höhenverstelleinrichtung an einer hinteren Radaufhängung für

Kraftfahrzeuge, mit einer Tragfeder und einer zentralen Höhenverstelleinrichtung, die an einem Längsträger des Aufbaus des

Kraftfahrzeuges abgestützt ist und mit einem im Längsträger positionierten Zusatzvolumen. In der Fig. 1 ist schematisch ein aktives Federbein 10 für eine Radaufhängung von Kraftfahrzeugen dargestellt, das sich im Wesentlichen aus einem Teleskop-Stoßdämpfer 12, einer Tragfeder 14, einer Speicherfeder 16, einem oberen Dämpferlager 18 und einer unteren Dämpferstütze 20 zusammensetzt.

Eine Niveauverstellung der Karosserie des Kraftfahrzeuges und/oder eine Wank- und Nickstabilisierung wird gesteuert mittels einer Höhenver- stelleinrichtung 22, die über einen Elektromotor 24 angetrieben ist.

Der Stoßdämpfer 12 ist mit seiner nach unten ragenden Kolbenstange 12a an einem unteren Federteller 26 befestigt. Der Federteller 26 bildet eine Baueinheit mit der Dämpferstütze 20, die in bekannter Weise an einem Radführungselement der Radaufhängung des Kraftfahrzeuges, z. B. einem Lenker oder einem Radträger, angelenkt oder befestigt ist. An dem Federteller 26 ist ferner ein gummielastischer Anschlagpuffer 17 als Zusatzfeder vorgesehen.

Das Dämpferrohr 12b des Stoßdämpfers 12 indes ist über einen zentrischen Anschlusszapfen 28 mit dem Dämpferlager 18 verbunden, dessen äußeres Lagergehäuse 18a mit dem nicht dargestellten Aufbau des Kraftfahrzeuges verschraubt ist.

Der über einen gummielastischen, ringförmigen Dämpferkörper 18c mit dem Lagergehäuse 18a verbundene Lagerkern 18b des Dämpferlagers 18 bildet mit einem oberen Federteller 30 und einem topfförmigen Gehäuseteil 32 eine Baueinheit, die konzentrisch an dem Anschlusszapfen 28 angeordnet ist.

Die Speicherfeder 16 stützt sich einerseits an dem oberen Federteller 30 und andererseits an einem Verstellfederteller 34 ab. Ferner stützt sich die in ihrer Vorspannkraft entgegengerichtete Tragfeder 14 an dem unteren Federteller 26 und ebenfalls an dem Verstellfederteller 34 ab.

Der Verstellfederteller 34 ist einstückig mit einer Gewindemutter 36 ausgeführt, die über Kugeln 38 in Axialrichtung formschlüssig mit einer Gewindespindel 40 der Höhenverstelleinrichtung 22 bzw. deren Kugelgewindetriebes in Eingriff ist.

Die Gewindespindel 40 wiederum ist über Wälzlager 42, 44 auf dem Anschlusszapfen 28 und dem Dämpferrohr 12b drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert.

Ferner trägt die Gewindespindel 40 den Rotor 46 des Elektromotors 24, dessen Stator 48 unter Belassung eines geringfügigen Ringspaltes den Rotor 46 umschließt.

Um die Speicherfeder 16 und die Tragfeder 14 ist jeweils ein gummielastischer Faltenbalg 50, 52 angeordnet. Der obere Faltenbalg 50 ist an dem Federteller 30 und an dem Verstellfederteller 34 befestigt und schließt somit einen oberen Innenraum 54 ab. Des weiteren ist der untere Faltenbalg 52 an dem unteren Federteller 26 und ebenfalls an dem Verstellfederteller 34 befestigt und bildet somit den darunter liegenden, abgeschlossenen Innenraum 56. Die Innenräume 54, 56 sind über Durchbrüche 58 in dem Verstellfederteller 34 miteinander verbunden.

In dem Anschlusszapfen 28 des Dämpferrohres 12b des Stoßdämpfers 12 ist eine zentrische Bohrung 28a vorgesehen, die über einen eingearbeiteten Querkanal 28b in einen Ringspalt 60 mündet, der zwischen dem Dämpferrohr 12b und der Gewindespindel 40 gebildet ist und der schließlich über Querbohrungen 61 in der Gewindespindel 40 mit dem Innenraum 56 des Faltenbalges 52 verbunden ist.

An die zentrische Bohrung 28a ist eine Verbindungsleitung 62 angeschlossen, die mit einem außerhalb der Faltenbälge 50, 52 positionierten, ein Zusatzvolumen 66 bildenden Faltenbalg 64 verbunden ist. Der Faltenbalg 64 ist in nicht dargestellter Weise an geeigneter Stelle an der Karosserie des Kraftfahrzeuges befestigt.

Die Innenräume 54, 56 und das Zusatzvolumen 66 sind mit einem entfeuchteten Gas, insbesondere Luft, befüllt.

Bei einem Durchfedern oder bei Niveauverstellungen der Radaufhängung mit entsprechender Kompression oder Entspannung der Federn 14, 16 kann über die Verbindung der Innenräume 54, 56 der Faltenbälge 50, 52 mit dem Zusatzvolumen 66 bzw. den gummielastischen Faltenbalg 64 ein Luftaustausch erfolgen, der Druckschwankungen innerhalb der Faltenbälge 50, 52 ausgleicht und unerwünschte Verformungen verhindert. Zugleich wird durch die geschlossene Ausbildung der Faltenbälge 50, 52 und des Zusatzvolumens 66 zuverlässig vermieden, dass Feuchtigkeit und Schmutz in die Höhenverstellvorrichtung 22 und den Elektromotor 24 eingetragen werden.

Der Luftaustausch erfolgt von den miteinander über die Durchbrüche 58 im Verstellfederteller 34 verbundenen Innenräumen 54, 56 über die Querbohrungen 61 , den Ringspalt 60, den Querkanal 28b und die zentrale Bohrung 28a in die Verbindungsleitung 62 und von dieser in das Zusatzvolumen 66 des Faltenbalges 64. Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer hinteren Radaufhängung 70 für Kraftfahrzeuge, die nur soweit dargestellt und beschrieben ist, als dies für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.

Dabei ist eine als Schraubendruckfeder ausgeführte Tragfeder 72 zwischen einem unteren, an einem Lenker 74 als Radführungselement befestigten Federteller 76 und einem Verstellfederteller 78 einer Höhenverstelleinrichtung 80 eingespannt.

Die Höhenverstelleinrichtung 80 setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einem Kugelgewindetrieb mit einer unverdrehbar am Verstellfederteller 78 befestigten Gewindehülse 82, einer über Kugeln 83 trieblich mit der Gewindehülse 82 verbundenen Kugelmutter 84 und einem zentral angeordneten Elektromotor 86, der über einen Stirnzahnradtrieb mit Zahnrädern 88, 90 einen innenverzahnten Zahnkranz 92 antreibt, wobei der Zahnkranz 92 mit der Kugelmutter 84 ein einheitliches Bauteil bildet.

Die Höhenverstelleinrichtung 80 weist ferner eine Tragplatte 94 auf, mittels der sie an einem ein Hohlprofil bildenden Längsträger 95 des tragenden Aufbaus der Karosserie des Kraftfahrzeuges mittels nicht dargestellter Schrauben fest verschraubt ist.

An der Tragplatte 94 ist ein unten durch einen Boden 96a verschlossener Führungszylinder 96 befestigt, auf dem die Kugelmutter 84 und der Zahnkranz 92 über Wälzlager 98 drehbar gelagert sind. In einer Zwischenwand 96b des Führungszylinders 96 sind die Antriebswelle des Elektromotors 86 mit dem Zahnrad 88 und das Zwischen-Zahnrad 90 drehbar gelagert, die mit dem abtreibenden Zahnkranz 92 zusammenwirken. Mittels des Elektromotors 86 kann über den Stirnzahnradtrieb 88, 90, 92 die Kugelmutter 84 verdreht werden, wodurch der unverdrehbar gehaltene Verstellfederteller 78 axial nach oben oder unten verschoben wird und den Fahrzeugaufbau mehr oder weniger anhebt oder absenkt.

Zwischen dem Außenumfang der Tragplatte 94 und dem an dem Führungszylinder 96 axial geführten Verstellfederteller 78 ist ein gummielastischer Faltenbalg 100 befestigt, der die Höhenverstelleinrichtung 80 umschließt und einen luftdichten Innenraum 102 in Verbindung mit dem Verstellfederteller 78 bildet.

Der Innenraum 102 ist über eine an die Tragplatte 94 anschließende Verbindungsleitung 104 und einem gummielastischen Faltenbalg 106 an ein Zusatzvolumen 108 angeschlossen. Der Faltenbalg 106 ist dabei an einer im Längsträger 95 vorgesehenen Halterung 106a befestigt.

Über den elastischen Faltenbalg 106 kann bei Volumenänderungen in dem Innenraum 102 unter Vermeidung von den Faltenbalg 100 verformenden Druckschwankungen ein steter Luftaustausch erfolgen. Trotzdem ist der Innenraum 102 bzw. die Höhenverstelleinrichtung 80 gegen äußere Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit oder Schmutzpartikel geschützt.

Die im Innenraum 102 und im Zusatzvolumen 108 befindliche Luft kann wiederum entfeuchtet sein.