DE10236621A1

DE10236621A1 - Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins

Info

Publication number: DE10236621A1
Application number: DE2002136621
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. Frey; Peter Dipl.-Ing. Gönnheimer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-10
Also published as: DE10236621B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Luftfedersystem (1) eines McPherson-Federbeins für ein Kraftfahrzeug. Herkömmliche Luftfedersysteme sind als Kompromiss zwischen sportlicher und komfortabler Federung ausgelegt. DOLLAR A Aufgabe des erfinderischen Luftfedersystems (1) war es, beide Federungsraten in einem Luftfedersystem (1) zu verwirklichen. Dazu weist der Luftfederkopf (11) des Luftfedersystems (1) mehrere voneinander abgetrennte Kammern (13, 14) auf, die miteinander über Schaltventile (20) verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßes Luftfedersystem ist aus der DE 197 53 637 A1 bekannt. Dort ist ein Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins offenbart, welches einen Luftfedertopf aufweist, der über eine Lagerung mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Der Luftfedertopf wird dabei von einer kardanisch an der Fahrzeugkarosserie gelagerten Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers durchquert. Ein Federbalg ist einerseits an dem Luftfedertopf und andererseits an dem Gehäuse des Schwingungsdämpfers befestigt. Dabei weist der Federbalg eine schräg verlaufende Schlaufe auf, die auf einer nicht rotationssymmetrischen Abrollkontur des Abrollkolbens unter Ausbildung einer Kraftlinie abrollt, die unter Einschluss eines Winkels zur Dämpfungsachse verläuft.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins anzugeben, welches veränderbare Federsteifigkeiten aufweist.

Diese Aufgabe wird durch das Luftfedersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Grundgedanke der Erfindung ist, bei einem derartigen Luftfedersystem den Luftfedertopf aus mehreren Kammern auszuführen, die gegeneinander abgeschlossen sind und deren Volumina miteinander verbunden werden können. So weist die Luftfeder bei einem kleinen eingeschlossenen Luftvolumen infolge einer kleinen Kammer eine höhere Federsteifigkeit auf, als bei einem größeren eingeschlossenen Luftvolumen infolge einer größeren Luftkammer. Durch die Verbindung von Luftkammern kann somit die Federsteifigkeit der Luftfeder verändert werden.

In Ausgestaltung der Erfindung weist das Luftfedersystem mindestens ein Schaltventil zwischen je zwei Kammern auf, über das eine Verbindung zwischen den Kammern hergestellt werden kann. Dabei kann das Schaltventil als elektromagnetisches Schaltventil oder in Form eines elektrischen Stellmotors ausgebildet sein. Die Ansteuerung des Stellventils bzw. des Stellmotors erfolgt dabei durch ein Steuergerät, das eventuell auch Ventile zur Veränderung der Dämpfungsrate des Schwingungsdämpfers steuern kann.

Das Schaltventil kann so angeordnet werden, dass das Ventil des Schaltventils bzw. das welches von dem elektrischen Stellmotor verstellt wird, in unbetätigtem Zustand die Kammern voneinander trennt und bei Betätigung in Richtung des bei Einfedern des Federbeins aktive Federvolumen geöffnet werden kann. Dadurch wird eine energetisch günstige Anordnung erreicht, indem bei geschlossenem Ventil eine Druckzunahme in dem Luftraum ein weiteres Andrücken des Ventiltellers an den Ventilsitz bewirkt, wohingegen bei geöffnetem Ventil die Luft aus dem Luftraum in eine weitere Kammer des Luftfedertopfes strömen kann. Die Energie, die dabei zum Halten des Ventils in der geöffneten Stellung benötigt wird, ist geringer, als wenn das Ventil entgegen der bei Kompression infolge des Einfederns des Schwingungsdämpfers auftretenden Druckspitzen die Verbindung zwischen zwei Kammern geschlossen halten müsste.

Unter dem aktiven Federvolumen ist dabei das durch den Federtopf, den Federbalg und den Schwingungsdämpfer eingeschlossene Luftvolumen zu verstehen, welches vor der Öffnung des Ventils durch Kompression und Expansion infolge des Ein- und Ausfederns des Schwingungsdämpfers die Feder darstellt.

Der Luftfedertopf und der Federbalg sind so angeordnet, dass die Kolbenstange des Schwingungsdämpfers eine innere Kammer des Luftfedertopfes durchquert. Diese innere Kammer umschließen zusammen mit dem Federbalg und dem Gehäuse des Schwingungsdämpfers einen Luftraum. Die darin eingeschlossene Luft wirkt als pneumatische Feder.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Luftfedertopf eine weitere, äußere Kammer auf, die die innere Kammer zumindest auf einem Abschnitt in axialer Ausrichtung radial umschließt. Dabei kann die äußere Kammer auch so gestaltet sein, dass sie ebenfalls den Federbalg zumindest teilweise umgibt und somit für diesen einen Schutz gegen Verschmutzung und Beschädigung darstellt. Eine kompakte Bauform kann dadurch verwirklicht werden.

Nachfolgend wir die Erfindung anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beschrieben.
In der 1 ist ein McPherson Luftfederbein 1 in Seitenansicht dargestellt, wobei der obere Teil teilweise als Schnittzeichnung wiedergegeben ist. Das McPherson Luftfederbein 1 weist eine Luftfedereinheit 10 und eine Dämpfereinheit 40 auf. Ein Federtopf 11 ist über ein Kugellager 3 um seine Längsachse drehbeweglich an einem Abstützelement 6 befestigt. Dieses ist mit Schrauben 5 an der Karosserie 2 des Fahrzeuges verbunden. Zwischen der Karosserie 2 und dem Abstützelement 6 ist ein Gummilager 4 angeordnet, über das axiale Kräfte vom Federtopf 11 gedämpft an der Karosserie 2 abgestützt werden.
Die Außenwand 15 des Federtopfes 11 ist rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet, wobei der Durchmesser nach unten konisch verjüngend verläuft. An ihrem Rand 16 ist die Außenwand 15 mit einem asymmetrischen Innentopf 17 verschweißt, dessen Topfboden 18 mit einer ringförmigen Innenwand 12 des Federtopfes 11 verschweißt ist. Mit dem Topfboden 18 ist außerdem ein Haltering 34 luftdicht verschraubt, an dem das eine Ende eines Rollbalgs 30 über einen Klemmring 31 kraftschlüssig befestigt ist. Das andere Ende des Rollbalgs 30 ist mittels eines Klemmrings 32 an einem Exzenterelement 45 befestigt. Das Exzenterelement 45 ist kraftschlüssig und luftdicht mit dem oberen Ende eines Luftfederkolbens 19 verbunden, der wiederum mit dem Gehäuse 41 der Schwingungsdämpfereinheit 40 verbunden ist und auf dem der Rollbalg 30 zumindest teilweise bei Einfedern des Schwingungsdämpfers 40 in Richtung Luftfedereinheit 10 abrollen kann. Die Kolbenstange 43 ist an ihrem oberen Ende in einem Gummilager 44 kardanisch mit gewisser Winkelbeweglichkeit gelagert und über das Gummilager 44 mit dem Federtopf 11 verbunden.
Der Schwingungsdämpfer 40 weist an seinem unteren Abschnitt einen Anschlüsse 47 auf, über die der Schwingungsdämpfer 40 mit einem nicht dargestellten Radträger eines ebenfalls nicht weiter dargestellten Rades des Fahrzeuges verbunden ist. Ebenso kann der Schwingungsdämpfer eine Halterung aufweisen, an der ein nicht dargestellter Stabilisator angelenkt werden kann. Zur Einstellung von veränderlichen Dämpfungskennlinien besitzt der Schwingungsdämpfer 40 eine externe Dämpfungsventileinheit 46.
Der asymmetrische Innentopf 17 und das Exzenterelement 45 bewirken, dass die Längsachse 35 des Rollbalges 30 beabstandet von der Längsachse 42 des Schwingungsdämpfers 40 verläuft. Diese Exzentrizität bewirkt über einen Querkraftausgleich eine Verringerung des auf den mit der Kolbenstange 43 verbundenen Kolben wirkenden, bei McPherson-Federbeinen typischen Kippmoments.
Der Federtopf 11 und die Innenwand 12 bilden einen Teil einer inneren Kammer 13, die zusammen mit dem Haltering 34, dem Rollbalg 30 und dem Exzenterelement 45 sowie dem Gehäuse 41 des Schwingungsdämpfers 40 einen hinsichtlich des Volumens variablen Luftraum 32 umschließt. Von der inneren Kammer 13 durch die Innenwand 12 getrennt, wird durch den Federtopf 11, die Außenwand 15 und den Innentopf 17 eine äußere Kammer 14 gebildet, die die innere Kammer 13 zumindest abschnittsweise ringförmig umgibt.
Ein 2/2-Schaltventil 20 ist zwischen der inneren 13 und der äußeren Kammer 14 angeordnet. Das Schaltventil 20 weist ein Ventil 23 auf, welches konzentrisch zur Längsachse eines Ringmagnets 21 angeordnet ist. Der Schaft des Ventils 23 ist über eine Feder 22 mit einer Rückenplatte 26 verbunden, über deren Einschraubtiefe der Hub des Ventils 23 einstellbar ist.
In der 1 ist das Ventil 23 in seinen beiden Endlagen dargestellt. Die obere Hälfte zeigt das Ventil 23 in seiner geschlossenen Position, bei der der Ventilteller am Ventilsitz 24 luftdicht abschließend anliegt. Die untere Hälfte zeigt das Ventil 23 in seiner geöffneten Position, bei der zwischen der inneren 13 und der äußeren Kammer 14 über den Kanal 25 eine Verbindung besteht, so dass der Luftraum 32 bei geöffneter Ventilposition ein größeres Luftvolumen umfasst.
Die Federsteifigkeit bei einem größeren Luftvolumen ist geringer als bei einem kleineren Luftvolumen. Somit ist bei Trennung der beiden Volumina durch das Schaltventil eine härte, sportlichere Federung in dem McPherson-Federbein erreichbar, bei Verbinden der beiden Volumina ist hingegen eine Komfortfederung erzielbar.
Der Magnet 21 des Schaltventils 20 sowie die Ventile der externen Dämpfungsventileinheit 46 werden von einem nicht dargestellten Steuergerät über ebenfalls in 1 nicht dargestellte Leitungen angesteuert.
Es ist leicht nachvollziehbar, dass die Luftfedereinheit 10 auch mehr als zwei miteinander verbindbare Kammern 13,14 aufweisen kann. Diese zusätzlichen Kammern können sodann über Schaltventile zur mehrstufigen Volumenvergrößerung in Reihe geschaltet werden. Möglich sind auch mehrstufige Volumenvergrößerungen durch parallel zugeschaltete Kammern, die auch unterschiedliche Volumina umschließen können, so dass durch Kombination unterschiedlicher Kammern verschiedene Federsteifigkeiten erzielbar sind.

Claims

Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins für ein Kraftfahrzeug mit: – einem Luftfedertopf, der an der Fahrzeugkarosserie gelagert ist, – einer Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers, die kardanisch an der Fahrzeugkarosserie gelagert ist, – einem Federbalg, der einerseits an dem Luftfedertopf und andererseits an dem Schwingungsdämpfer befestigt ist und zusammen mit diesen einen Luftraum begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfedertopf mehrere voneinander abgetrennte Kammern aufweist, die miteinander verbindbar sind.
Luftfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung zwischen zwei Kammern über eine aktiv steuerbare Schaltvorrichtung herstellbar ist.
Luftfedersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Kammer von der Kolbenstange durchquert wird.
Luftfedersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Kammer zumindest teilweise durch den Federbalg begrenzt ist.
Luftfedersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Kammer zumindest einen axialen Abschnitt einer inneren Kammer radial umschließt.
Luftfedersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Schwingungsdämpfers beabstandet von der Längsachse des Federbalgs verläuft.
Luftfedersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiv steuerbare Schaltvorrichtung als elektromagnetisches Schaltventil oder als elektrischer Stellmotor ausgebildet ist.
Luftfedersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil des Schaltventils in Richtung des aktiven Federvolumens bei Einfedern des Federbeins öffenbar ist.
Luftfedersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil des Schaltventil in unbetätigtem Zustand die Kammern von einander trennt.