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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugfedervorrichtung. Ferner
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System zur Einstellung
der Fahrzeughöhe
mittels einer solchen Fahrzeugfedervorrichtung.
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Technischer
Hintergrund
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Bei
Fahrzeugen mit einem verhältnismäßig großen Ladungsvermögen, z.B.
Vans oder Kombis, kann die Fahrzeughöhe infolge einer Änderung
des Ladungszustandes, welcher davon abhängt, dass Passagiere in das
Fahrzeug einsteigen oder aus diesem aussteigen oder Gegenstände bzw.
Gepäck
in das Fahrzeug eingeladen oder aus diesem ausgeladen wird, in erheblichem
Maß variieren.
Dies beeinflusst die Bewegungssteuerung (Body Motion Control) und
das Lenksystem. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an einem Aufhängungssystem,
welches ungeachtet von Veränderungen
der Ladung zur automatischen Aufrechterhaltung der Fahrhöhe in der Lage
ist.
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E
wurden bereits Dämpfungs-Aufhängungssysteme
für Fahrzeuge
vorgeschlagen, wie beispielsweise in der
US 4 273 358 A . Bei diesem
hydraulischen Dämpfer
gemäß dem Stand
der Technik weisen ein Öltank
und ein Reservoir ein hierin eingeschlossenes, unter Hochdruck stehendes
Gas auf. Eine Pump einrichtung liefert ein Hydraulikfluid von dem Öltank in
eine Arbeitskammer, um für
einen Ansprechdruck für
den Ausschub und den Einzug einer Kolbenstange zu sorgen. Um die
verschiedenen Medien in der Arbeitskammer voneinander zu trennen, ist
wenigstens ein Diaphragma vorgesehen. Ein solches System gemäß dem Stand
der Technik stellt eines von vielen Beispielen für Systeme dar, welche mit gesteuerten
hydropneumatischen Einheiten mit einer Druckversorgung mittels einer
Hydraulikpumpe arbeiten.
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Die
hydraulische Versorgung erfordert Hydraulikleitungen und Hydraulikpumpen,
ist komplex und macht das Herstellungsverfahren eines Fahrzeugs
in der Regel kompliziert, kosten- und zeitaufwändig.
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Eine
Alternative zu dem vorgenannten System besteht in einem selbstpumpenden
Hydraulikdämpfer.
Indes leidet ein solcher selbstpumpender Hydraulikdämpfer gemäß dem Stand
der Technik unter einigen Nachteilen. Ist ein Fahrzeug, welches
mit dem selbstpumpenden Hydraulikdämpfer ausgestattet ist, ohne
Beladung mit Gepäck
gefahren worden, so ist der Druck des Hydraulikfluides in dem Zylinder entsprechend
der geringen Traglast auf ein niedriges Niveau eingestellt worden.
Während
das Fahrzeug mit Gepäck
beladen wird, befindet sich die Pumpeinrichtung in Betrieb, um das
Druckfluid von dem Öltank
in die Arbeitskammer zu überführen, was
zu einer sukzessiven Erhöhung
der Fahrzeughöhe
führt. Auf
diese Weise wird die Fahrzeughöhe
auf ein vorherbestimmtes Niveau eingestellt. Wird das Fahrzeug in
diesem Fall in Gang gesetzt, wenn der Pumpvorgang noch nicht hinreichend
wirksam war, so fährt das
Fahrzeug in einem Zustand, bei welchem die Fahrzeughöhe immer
noch gering ist. Ein Beispiel eines solchen selbstpumpenden Hydraulikdämpfers ist aus
der
US 4 469 315 A bekannt.
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Folglich
ist die Bodenfreiheit zu gering und besteht die Gefahr eines Aufsetzens
der Unterseite des Fahrzeugs auf dem Boden. Aus diesem Grund kann
die Unterseite des Fahrzeugs in nachteiliger Weise auf dem Boden
aufsetzen, wenn die Traglast schwer ist oder wenn das Fahrzeug eine
unebene Stelle in der Straße
passiert.
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Die
US 6 092 816 A beschreibt
ein System mit einem Hochdruck-Speichertank, welcher über ein Schaltventil
mit einer Arbeitskammer verbunden ist. Der Druck des Systems kann
auch erniedrigt werden. Folglich lässt sich die Fahrzeughöhe selbst
unmittelbar nachdem das Fahrzeug im unbeladenen Zustand mit Gepäck beladen
worden ist auf ein Niveau innerhalb eines Standardbereiches der
Fahrzeughöhe einstellen.
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Selbstverständlich ist
es von Bedeutung, die Fahrsicherheit zu verbessern und die Bewegungssteuerung
(Body Motion Control) sowie den Straßenkontakt der Reifen auch
bei scharfen Fahrmanövern und
in anderen Extremsituationen außerhalb
des normalen Fahrzeugbetriebs aufrechtzuerhalten, ohne an dem Feder-
und Dämpfungssystem
des Fahrzeugs Schaden zu verursachen. Zugleich ist es wichtig, für ein System
zu sorgen, welches robust, einfach aufgebaut und auf einfache Weise,
herstellbar und somit nicht übermäßig teuer
ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Federvorrichtung
vorzuschlagen, welche den vorgenannten Punkten begegnet und es möglich macht,
für eine
aktiv steuerbare Fahrzeugfedervorrichtung zu sorgen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine in
eine Einheit integrierte Fahrzeugfedervorrichtung vorzuschlagen.
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Schließlich besteht
ein weiteres Ziel darin, eine Federvorrichtung vorzuschlagen, welche
diese sowie weitere Ziele erreicht, aber gleichwohl kostengünstig und
insbesondere auf einfache Weise herstellbar und in einem Fahrzeug
installierbar ist.
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Diese
und weitere Ziele werden durch eine Federvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 erreicht. Bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine
Fahrzeugfedervorrichtung mit einem Gehäuse vorgeschlagen, in welchem
Fluid eingeschlossen ist, wobei das Gehäuse einen Zylinder mit einem
gleitend eingepassten Kolben und eine Kolbenstange umfasst, welche
an einem Ende mit dem Kolben verbunden ist, wobei sich die Kolbenstange
an dem anderen Ende aus dem Zylinder heraus erstreckt, welche dadurch
gekennzeichnet ist, dass der Zylinder über einen Durchlass und ein
erstes Ventil mit einer ersten Speicherkammer verbunden ist, welche
ein federndes Medium aufweist, und dass der Zylinder über einen
Durchlass und ein zweites Ventil mit einer zweiten Speicherkammer
verbunden ist, welche ein federndes Medium aufweist, wobei die Speicherkammern über wenigstens
eine steuerbare Pumpe miteinander verbunden sind.
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Eine
solche Ausgestaltung macht es möglich,
für eine
aktiv steuerbare Federung einer Fahrzeugfedervorrichtung zu sorgen,
wobei die Vorrichtung auf einfache Weise herstellbar und in einem Fahrzeug
installierbar ist. Die Reaktion auf die Hübe der Kolbenstange infolge
von Vibrationen des Fahr zeugs während
des Betriebs verursacht Druckänderungen
in der Vorrichtung. Beide Speicher sind mit einem federnden Medium
versehen. Ist die Kolbenstange in Bewegung, so ist die Vorrichtung
vorzugsweise derart eingerichtet, dass nur ein Ventil dem Fluid
einen Zutritt in seinen Speicher ermöglicht, wodurch in diesem Speicher
ein Druckanstieg bewirkt wird, während
das andere Ventil dem Fluid nur einen Austritt aus seinem Speicher
ermöglicht,
was in Abhängigkeit
von den Hüben
der Kolbenstange zu einem Fluidfluss in einen der Speicher und aus
dem anderen Speicher heraus führt.
Folglich steigt der Druck in einem der Speicher an, während er
in dem anderen Speicher der Federvorrichtung absinkt. Je höher der
Druck in einem der beiden Speicher ist, desto höher ist die erreichte Kraft,
welche von der Federvorrichtung wirkt. Eine steuerbare Pumpe steuert die
Druckdifferenz zwischen den beiden Speichern derart, dass während des
Betriebs zumindest ein notwendiger bzw. gar gewünschter Druckbereich einstellbar
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Fahrzeugfedervorrichtung
ist ein Durchlass vorgesehen, um Fluid von einer Seite zu der anderen
Seite des Kolbens zu transportieren. Auf diese Weise ist es möglich, an
diesen Durchlass einen Dämpfer
gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung anzuschließen.
Folglich wird eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung
zur Verfügung
gestellt, welche in eine Einheit integrierbar ist. Aufgrund des
vorgenannten Aufbaus kann eine robuste Fahrzeugfedervorrichtung
erhalten werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die steuerbare Pumpe elektrisch gesteuert. Folglich
lässt sich
die Vorrichtung in eine elektrisch versorgte Einheit integrieren.
Eine solche Ausgestaltung macht es möglich, eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, welche nicht von einer äußeren Hydraulikversorgung ab gängig ist.
Hydrauliksysteme gemäß dem Stand
der Technik sind oft komplex und schwierig in einem Fahrzeug installierbar.
Indem die Möglichkeit
einer integrierten Federvorrichtung geboten wird, wird das Herstellungsverfahren
erleichtert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Fahrzeugfedervorrichtung zur Verbindung zwischen gefederten
und nicht gefederten Teilen eines Fahrzeugs ausgebildet. Der einfache
Aufbau, welchen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung einer Fahrzeugfedervorrichtung aufweist, macht es einfach,
gefederte mit nicht gefederten Teilen zu verbinden, wobei vorzugsweise
die Karosserie und die Radaufhängung
eines Fahrzeugs mittels der Federvorrichtung miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer
weiterhin bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das erste Ventil von einem Einwegventil gebildet,
welches einen Durchfluss nur in Richtung von dem Zylinder zu dem
ersten Speicher ermöglicht,
während
das zweite Ventil von einem Einwegventil ist, welches einen Durchfluss
nur in Richtung von dem zweiten Speicher zu dem Zylinder erlaubt.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
durch die Verwendung von einfachen Einwegventilen der Bedarf an
Steuer- und Schaltventilen zum Erreichen der gewünschten Druckniveaus in der
Vorrichtung aus ein Minimum begrenzt ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die Fahrzeugfedervorrichtung eine
Verbindung zu einer Steuereinheit auf, um die Vorrichtung aktiv
zu steuern. Die Steuereinheit bietet einen weiteren Vorteil der
erfindungs gemäßen Federvorrichtung
dahingehend, dass die aktive Steuerung der Einheit präziser wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein System zur Einstellung der Fahrzeughöhe, welche
die Federvorrichtung sowie Fahrzeughöhendetektoren zur Erfassung
der Fahrzeughöhe
und eine Steuereinheit umfasst, wobei die Fahrzeugfedervorrichtung
zwischen gefederten und nicht gefederten Teilen des Fahrzeugs angeordnet
ist, wobei die zwischen den Speicherkammern angeordnete Pumpe mit
Energie versorgbar ist, um Fluid von der zweiten Speicherkammer
in die erste Speicherkammer zu überführen, um den
Abstand zwischen den gefederten und den nicht gefederten Teilen
des Fahrzeugs zu erhöhen,
während
ein Fluidtransfer von der ersten Speicherkammer in die zweite Speicherkammer
durchführbar
ist, wenn der Abstand zwischen den gefederten und den nicht gefederten
Teilen des Fahrzeugs verringert werden soll. Ein solches Höheneinstellsystem
stellt ein robustes, einfaches und zuverlässiges System dar, um während des
Betriebs zumindest für
einen notwendigen Bereich der Fahrzeughöhe zu sorgen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist ein Fahrzeug mit wenigstens einer Fahrzeugfedervorrichtung
ausgestattet. Gemäß einer weiteren,
alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist ein Fahrzeug an jeder der vier Ecken des Fahrzeugs
mit einer Federvorrichtung zwischen der Karosserie und der Radaufhängung ausgestattet. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Höheneinstellsystem vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Höheneinstellsystem
umfasst eine Fahrzeugfedervorrichtung. Ein solcher Aufbau macht
es möglich,
einem Fahrzeug eine exaktere Federung und Dämpfung in Bezug auf die vorherrschenden
Betriebsbedingungen zu bieten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Nachstehend
ist eine gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Federvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Federvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3a eine
schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
einer Federvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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3b eine
schematische Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
einer Federvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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3c eine
schematische Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
einer Federvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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4 eine
vergrößerte Teilansicht
einer Federvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs,
welches für eine
Federvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung
geeignet ist.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Nachstehend
ist eine erste Ausführungsform der
Erfindung, welche sich auf eine Federvorrichtung für ein Fahrzeug
bezieht, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Wie
aus 1 ersichtlich, weist eine Federvorrichtung 1 gemäß dieser
Ausführungsform
ein Zylindergehäuse
auf. In dem Gehäuse
ist ein Zylinder 4 angeordnet. Um den Zylinder 4 sind
zwei ringförmige Speicherkammern 2, 3 – eine erste
Kammer 2 und eine zweite Kammer 3 – gebildet.
Ein Kolben 6 ist gleitend in den Zylinder 4 eingepasst.
Der Kolben 6 unterteilt das Innere des Zylinders 4 in
zwei Speicherkammern, d.h. in eine obere Speicherkammer des Zylinders
und in eine untere Speicherkammer der Zylinders. Ein Ende der Kolbenstange 5 ist
mit dem Kolben 6 verbunden. Der andere Endabschnitt der
Kolbenstange 5 erstreckt sich durch das Gehäuse hindurch
und steht aus dem Zylinder 4 nach außen vor. In das Gehäuse, welches
die beiden Speicherkammern 2, 3 umfasst, ist ein
Fluid 9 einschlossen.
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Der
Zylinder 4 ist über
einen Durchlass und ein erstes Einwegventil 11a mit der
ersten Speicherkammer 2 verbunden, welche ein federndes
Medium 8 aufweist. Der Zylinder 4 ist ferner über einen
Durchlass und ein zweites Einwegventil 11b mit der zweiten Speicherkammer 3 verbunden,
welche ein federndes Medium 8 aufweist. Die Speicherkammern 2, 3 sind ebenfalls über wenigstens
eine steuerbare Pumpe 13 miteinander verbunden. Zum Transportieren
des Fluides 9 von der einen Seite zu der anderen Seite
des Kolbens 6 ist ein Durchlass 7 vorgesehen.
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An
den Durchlass 7 ist eine Dämpfungseinheit 20 angeschlossen.
Vorzugsweise wird eine steuerbare Dämpfungseinheit 20 eingesetzt.
Je nach Anforderungen können
alternative Dämpfungseinheiten 20 herkömmlicher
Art sowie Dämfungseinrichtungen eingesetzt
werden, um für
eine Dämpfung
der Vorrichtung 1 zu sorgen.
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Die
steuerbare Pumpe 13 ist elektrisch gesteuert und vorzugsweise
in eine elektrisch versorgte Einheit, d.h. in die Fahrzeugfedervorrichtung,
integriert. Des Weiteren besitzt die Federvorrichtung eine Verbindung
zu einer Steuereinheit 16, um die Vorrichtung aktiv zu
steuern. In Verbindung mit Fahrzeughöhendetektoren (nicht dargestellt)
zum Erfassen der Fahrzeughöhe
verarbeitet die Steuereinheit 16 die erfassten Daten. Die
Federvorrichtung ist zwischen einem gefederten und einem nicht gefederten
Teil des Fahrzeugs 23 angeordnet.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird die Federvorrichtung 1 in einem
System zur Einstellung der Fahrzeughöhe eingesetzt. Die zwischen
den Speicherkammern 2, 3 angeordnete Pumpe 13 ist
mit Energie versorgbar, um Fluid aus der zweiten Speicherkammer 3 in
die erste Speicherkammer 2 zu überführen, um den Abstand zwischen
den gefederten und den nicht gefederten Teilen des Fahrzeugs 23 zu
erhöhen.
Soll der Abstand zwischen den gefederten und den nicht gefederten
Teilen des Fahrzeugs 23 verringert werden, so wird ein
Fluidtransfer von der ersten Speicherkammer 2 in die zweite
Speicherkammer 3 durchgeführt. Die vorgenannten Vorgänge werden
auf der Basis von Informationen der Fahrzeughöhensensoren über die
vorherrschende Fahrzeughöhe
durchgeführt,
wobei mit diesen Informationen eine genauere Steuerung der Fahrzeughöhe möglich ist.
Eine an die Federvorrichtung angeschlossene Steuereinheit kann zur
Steuerung der Pumpe 13 und ferner zur Verar beitung der
notwendigen Informationen des Systems zur Erfassung der Fahrzeughöhe genutzt
werden, um die Höhe
des Fahrzeugs zu steuern und einzustellen.
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Die
Vorrichtung 1 ist zur Verbindung zwischen gefederten und
nicht gefederten Teilen eines Fahrzeugs 23 ausgebildet.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise mit Mitteln (nicht gezeigt) ausgestattet, um
sie an einem Ende mit der Karosserie eines Fahrzeugs und mit dem
anderen Ende mit der Radaufhängung
zu verbinden.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung wiedergegeben, bei welcher der Kolben 6 im
Vergleich mit der ersten Ausführungsform
mit einem zusätzlichen
Fluiddurchlass 10 durch den Kolben selbst ausgestattet
ist. Dieser Fluiddurchlass 10 sorgt unter anderem für eine Dämpfung des
Systems.
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Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf 3a bis 3c das
in den Speicherkammern 2, 3 aufgenommene federnde
Medium 8 näher
erläutert. Das
in den Speicherkammern 2, 3 aufgenommene federnde
Medium 8 ist ein pneumatisches Medium 8a. Das
federnde Medium 8 kann ferner von einer Feder 8c aus
einem gummiartigen Material oder von einer Stahlfeder 8b gebildet
sind. Die Feder kann als eine Hauptfeder oder als eine Hilfsfeder
dimensioniert sein. Das Fluid ist vorzugsweise von dem federnden
Medium 8 abgedichtet. Eine Abdichtung kann im Falle der
Verwendung eines gummiartigen Materials 8c als federndes
Medium auch entbehrlich sein.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung der Pumpe 13 in einer vergrößerten Teilansicht.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist die Pumpe 13 von ihrem einen Ende her elektrisch versorgt.
Der Druck ist zwischen der Speicherkammer 3 und der Speicherkammer 2 steuerbar,
ohne den Kol ben 6 in dem Zylinder 4 zu verlagern.
Wird der Druck in der Kammer 2 erhöht, so benötigt die Pumpe 13 Energie.
Der Druck in der Kammer 3 wird in diesem Fall abgesenkt.
Wird der Druck in der Kammer 2 verringert, so lässt sich
dadurch von der Pumpe Energie zurückgewinnen. Die Energie kann
zur erneuten Aufladung einer Batterie genutzt werden. Auf diese
Weise kann der Gesamtenergiebedarf in dem System begrenzt werden.
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In 5 ist
eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, d.h. ein mit einem erfindungsgemäßen System zur Steuerung der
Fahrzeughöhe
und der Federung ausgestattetes Fahrzeug 23, wiedergegeben.
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Die
vorliegende Erfindung darf nicht als auf die oben beschriebenen,
bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt
erachtet werden, sondern umfasst vielmehr sämtliche möglichen Ausführungsvarianten,
welche unter den durch die beigefügten Ansprüche bestimmten Schutzbereich
fallen.
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So
kann die oben beschriebene Federvorrichtung selbstverständlich eine
beliebige Art von Dämpfungseinheit
gemäß dem Stand
der Technik umfassen, wobei sie vorzugsweise eine kleinformatige
Dämpfungseinheit
(z.B. einen von Ulins hergestellten Dämpfer) aufweist, welche in
die Federvorrichtung eingebaut werden kann.
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Die
Größe und die
Form der Kolbenstange kann verändert
werden, um für
die geeigneten Druckniveaus zu sorgen, welche zur Einstellung der
Höhe des
Fahrzeugs erforderlich sind. Die erfindungsgemäße Federvorrichtung kann an
der Rückseite
des Fahrzeugs angeordnet sein. Je nach Anforderungen kann die erfindungsgemäße Federvorrichtung
auch lediglich an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet sein.
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Die
genaue Form und Größe der Federvorrichtung
sowie ihrer Merkmale, z.B. den Speicherkammern, kann gleichfalls
verändert
werden, um den speziellen Anforderungen zu genügen, und ist vorstehend lediglich
als Richtschnur angegeben.
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Die
Federvorrichtung ist für
sämtliche
Arten von Fahrzeugen, wie Lastwagen, Vans, Panzer etc., vorgesehen
und nicht auf ein Fahrzeug, wie es in 5 gezeigt
ist, beschränkt.