DE102006061919B4

DE102006061919B4 - Vorrichtung zur Abfederung eines Fahrwerkes

Info

Publication number: DE102006061919B4
Application number: DE102006061919.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: DE102006061919A1

Abstract

Vorrichtung zur Abfederung eines Fahrwerkes (2) gegenüber der Fahrzeugkarosserie (1) mittels mindestens einer harten Feder (4) und einer weichen Feder (3), wobei die Masse der Fahrzeugkarosserie (1) in Ruhestellung und beim Einfedern durch die harte und die weiche Feder (3, 4) abgestützt ist, und die maximale Federlänge (LFW) der weichen Feder (3) im entspannten Zustand größer ist als die maximale Federlänge (LFH) der harten Feder (4) im entspannten Zustand, so dass beim Ausfedern aus der Ruhestellung beim Überschreiten der maximalen Federlänge (LFH) der harten Feder (4) die harte Feder (4) aussetzt und auf das Fahrwerk (2) ausschließlich eine von der weichen Feder (3) ausgehende Ausfederkraft wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abfederung eines Fahrwerkes, die insbesondere bei einer Einzelradaufhängung nutzbar ist und ein Abheben der Räder von der Fahrbahn z. B. Unebenheiten verhindert.
Grundsätzlich dienen Federn am Fahrwerk eines Fahrzeuges dazu, Stöße durch Fahrbahn-Unebenheiten abzufangen. Zusammen mit den Stoßdämpfern haben sie außerdem die wichtige Aufgabe, für möglichst dauerhaften Fahrbahnkontakt der Räder zu sorgen.
Lediglich Rad und Achse sollten bei kleinen Unebenheiten eine Hubbewegung ausführen und danach unmittelbar wieder in die Ausgangslage zurückkehren.
Übertragt sich der Stoß durch schlechte Federwirkung auf den über dem betreffenden Rad liegenden Teil der Karosserie, so kann das Rad für kurze Zeit vom Boden abgehoben und die Bodenhaftung verringert werden. Wirken derartige Stöße kurzzeitig hintereinander lässt sich das Fahrzeug nicht mehr stabil lenken.
Für die Kraftfahrzeuge ist es vorteilhaft, wenn die Federungselemente mit kleiner Schwingungszahl schwingen. Was den Einsatz weicher Federn und damit großer Federn als zweckmäßig erscheinen lässt.
Der Raum, in dem die Federung untergebracht wird, lässt aber nicht immer große Federwege zu, weshalb auf progressiv wirkende Federn ( EP 0 520 928 B1 , DE 202 19 921 U1 ) oder auch spezielle Federanordnungen z. B. in waagerechter Lage ( DE 40 29 132 C2 ) zurückgegriffen wird.
Die progressiv wirkenden Federn sind so konstruiert, dass sie bei zunehmender Last des Fahrzeuges härter bzw. mit zunehmender Verformung steifer werden: Schraubenfedern mit ungleichen Windungsabstanden, einem ungleichmäßigen mittleren Durchmesser, nicht konstanter Drahtdurchmesser, Zusatzfedern, Federnreihenschaltungen ungleicher Härte.
Nun finden Radbewegungen aber nicht nur in Richtung Karosserie statt, was ein Zusammendrücken und dann einsetzender Progressivität der Federwirkung nach sich zieht, sondern auch weg von der Karosserie. Damit diese Bewegung nicht die Federlänge (entspannter Zstand) übersteigt, wird eine Bewegungsbegrenzung vorgesehen, die gewährleistet, dass die Feder unter einer bestimmten Vorspannung das Ende ihrer Ausdehnungsmoglichkeit erreicht. Dazu dienen elastische Anschlage, eine Federstange oder die Stoßdampferlange oder Kombinationen daraus.
Wahrend also Federbewegungen, die einen Stoß auf die Karosserie bewirken, durch unterschiedlichste Federausbildungen oder Federkennlinien, gedämpft werden, sind in Richtung der maximalen Federausdehnung Begrenzungen vorgesehen, mit der Folge, dass unter extremen Karosserielagen das Rad vom Boden abgehoben wird. Das ist ein gravierender Nachteil insbesondere bei Geländefahrzeugen aber auch bei Straßenrennfahrzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist es, auch bei extremen Karosserielagen, insbesondere großen Fahrzeugneigungen den Bodenkontakt der Räder zu gewährleisten.
Gelost wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist bei der Abfederung einer Fahrzeugachse gegenüber der Fahrzeugkarosserie vorgesehen, dass die Masse der Fahrzeugkarosserie in Ruhestellung und beim Einfedern durch eine harte kurze Feder mit einer maximalen Federlänge (LFH) und einer weichen Feder mit einer maximalen Federlänge (LFW) abgefedert ist, wobei der Federweg (f) der beiden Federn beim Einfedern jeweils ungleich 0 ist (f ≠ 0) und da die maximale Federlänge (LFW) der weichen Feder im entspannten Zustand größer ist als die maximale Federlänge (LFH) der harten Feder im entspannten Zustand beim Ausfedern die Federwirkung der harten Feder beim Überschreiten der maximalen Federlänge (LFH) (f_H = 0) aussetzt und auf das Fahrwerk ausschließlich eine Ausfederkraft von der weichen Feder ausgeht.
Da diese Ausfederkraft aufgrund der großen Weichheit der weichen Feder nicht ausreichen kann für den Erhalt der Bodenhaftung ist es von Vorteil, wenn mindestens beim Ausfedern über die Federlänge (LFH) hinaus eine zusätzliche Kraft auf das Fahrwerk in Richtung Boden wirkt, vorzugsweise eine Kraft infolge eines Luftstromes über Luftleiteinrichtungen am Fahrwerk.
Vorrichtungsseitig sind somit mindestens zwei Federn mit unterschiedlicher Federkernlinie zur federnden Abstützung der Masse der Fahrzeugkarosserie gegenüber einem Fahrwerk zwischen diesen angeordnet, wobei die eine Feder eine weiche Feder mit einer Federlänge (LFW) ist, die andere Feder eine deutlich härtere Feder mit einer Federlänge (LFH) ist und zwischen den Federlängen im entspannten Zustand die Beziehung (LFW) > (LFH) besteht sowie die Abstützung der Federn an der Karosserie und/oder am Fahrwerk so erfolgt, dass beim Ausfedern der weichen Feder die Federlänge (LFH) überschreitbar ist. Bei Einzelradaufhängung und der Verwendung von Schraubenfedern ist es platzmäßig von Vorteil, wenn die Federn ineinandergeschoben angeordnet sind, vorzugsweise die weiche Feder die harte Feder im Bereich bis (LFH) zylinderförmig ummantelt.
Ferner ist vorgesehen, dass die Federn in der wirksamen Länge und im Verhältnis zueinander einstellbar angeordnet sind, vorzugsweise stufenlos verstellbar.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Es zeigen:

1 Federstellung in Ruhestellung des Fahrzeuges
2 Federstellung beim Ausfedern und
3 Darstellung der Federwirkung bei besonderen Belastungen

In 1 ist die vorgeschlagene Federkombination einer weichen Feder 3 und einer deutlich harteren Feder 4, hier beide als Schraubenfedern ausgebildet und angeordnet zwischen Fahrzeugkarosserie 1 und Fahrwerk 2 mit Rad 5 dargestellt. Beide Federn 3, 4 stützen sich fahrwerksseitig in einer Ebene 6 ab, wobei dieser Zustand durch stufenlose Einsteller 10, 11 veränderbar ist.
Ferner ist zwischen der Karosserie 1 und dem Fahrwerk 2 der Stoßdämpfer 13 beidseitig fixiert angeordnet, der mit der Federstange 14, die wiederum mit den Einstellern 10, 11 gekoppelt ist und die innen im Stoßdampfer einen Anschlag 9 aufweist, der die Federausdehnung der weichen Feder 3 begrenzt. Auf der den Einstellern 10, 11 gegenüberliegenden Seite stutzt sich die harte Feder 4 lose auf einer Abstützung 7 am Stoßdämpfer 13 ab und die weiche Feder 3 auf einem Einsteller 12 am äußeren Umfang des Stoßdampfers.
Mittels der Einsteller 10-12 lassen sich somit stufenlos mögliche Federwege (Überschreiten von FWH) und Vorspannungen (weiche Feder 3) einstellen.
Die maximalen Federlängen (LFW = weiche Feder und LFH = harte Feder) unterscheiden sich, wobei gilt (LFW) > (LFH). Unter maximaler Federlänge (LF) ist die Länge im entspannten Zustand zu verstehen. Der Federweg (f) beim Einfedern, der zum Zusammendrücken der Federn 3, 4 führt, ist als f > 0 definiert, bei Erreichen einer maximalen Federlänge (LF) einer Feder ist er somit f = 0 für die jeweilige Feder 3 oder 4.
Bei der Darstellung in 1 in Ruhestellung wird die Masse der Karosserie 1 durch beide Federn 3, 4 gegenüber dem Fahrwerk 2 abgefedert. Die Federkennlinien werden dabei soweit voneinander beabstandet ausgewählt, dass die Kraftwirkung der weichen Feder 3 deutlich hinter der der harten Feder 4 zurückbleibt, so dass von einer harten Federung in Ruhestellung und beim Einfedern gesprochen werden kann.
Bei Bedarf kann die harte Feder 4 zusätzlich als progressive Feder ausgebildet sein.
Diese Härte bleibt auch erhalten, solange die Schwingungen beim Ausfedern nicht eine solche Größe annehmen, dass die Feder 4 ihre maximale Federlänge (LFH) erreicht, d. h. der Abstand zwischen der fahrwerkseitigen Abstützebene 6 bzw. dem Einsteller 11 und der Abstützung 7 auf dem Stoßdämpfer 13 größer (LFH) wird. Ab diesem Zeitpunkt wird ausschließlich durch die weiche Feder 3 eine Federkraft auf das Fahrwerk 2 und damit auf das Rad 5 ausgeübt. Die harte Feder 4 ist jetzt funktionslos. Zu dieser Kraft hinzu tritt die Masse des Fahrwerkes und vorteilhafterweise eine durch die Luftströmung des Fahrtwindes mittels Luftleitblechen (Luftflügeln) auf den Fahrwerksteilen erreichte in Richtung Boden 8 wirkende Kraft.
Mittels dieser Kraftesumme wird weiterhin die Bodenhaftung gewährleistet. Diese Kräfte reichen auch aus, um bei Gelandefahrten entstehende Dreckverkrustungen am Fahrwerk aufzubrechen.
Mit der vorgeschlagenen Anordnung ist es möglich, im Vergleich zur herkömmlichen Abfederung kürzere und härtere Federn 4 einzusetzen, gleichzeitig aber über die Federlänge der harten Feder (LFH) deutlich hinausgehende Federstangenlängen einzusetzen und so ein Hochheben (Hochspringen) des Fahrzeuges zu verhindern.
Des weiteren ist es auch möglich und vorgesehen, den jeweiligen Stoßdämpfer der eingesetzten Federn 3, 4 entsprechend anzupassen, d. h. eine harte Stoßdämpferwirkung wahrend des Wirksamseins der harten Feder 4 zu realisieren und bei deren Unwirksamkeit ebenfalls eine weiche Stoßdampferwirkung. Realisierbar ist dies z. B. durch Veränderung der Überströmkanäle für die Dämpferflussigkeit mit Erreichen der maximalen Federlänge (LFH) der harten Feder.
2 zeigt eine Federstellung der Federn 3, 4, in der nur noch die weiche Feder 3 wirkt. Diese Wirkung bleibt erhalten, bis die Feder 3 ihre maximale Federlänge (LFW) erreicht oder die weitere Ausdehnug durch einen Anschlag, einen Kolben im Stoßdampfer 13 oder entsprechende Teile an der Karosserie 1 beschränkt wird.
Beim nachfolgenden Einfedern erfolgt der Vorgang umgekehrt. Zuerst wird die weiche Feder 3 zusammengedrückt. Da diese Feder 3 keine reale Tragfunktion aufgrund ihrer weichen Federkennlinie hat, erfolgt dies schnell und verlangt wenig Belastung. Erst mit dem Einsetzen der Federwirkung der harten Feder 4 wird die Karossierie 1 wieder spürbar federnd abgestützt. Es wäre deshalb falsch, die Feder 4 als Federprogression für die Feder 3 zu definieren. Bestenfalls dampft die Feder 3 das Auftreffen der Masse der Karosserie auf die harte Feder 4.
3 zeigt das Wirksamwerden der Federn 3, 4 jeweils auf den beiden Achsseiten

(a) in Ruhestellung nur unter der Masse der Karosserie 1,
(b) bei einer extremen Schieflage der Karosserie 1 und
(c) in der Situation des Aushebens der Fahrzeugkarosserie.

Stets ist die Bodenhaftung durch die mögliche Ausdehnung der weichen Feder 3 über (LFH) hinaus gewahrleistet.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugkarosserie
2: Fahrwerk
3: weiche Feder
4: harte Feder
5: Rad
6: fahrwerkseitge Ebene
7: Stoßdämpferseitige Abstützung der harten Feder 4
8: Boden
9: Anschlag für weiche Feder
10: Einsteller der wirksamen Federwege
11: Einsteller harte Feder
12: Einsteller weicher Feder karosserieseitig
13: Stoßdampfer
14: Federstange

Claims

Vorrichtung zur Abfederung eines Fahrwerkes (2) gegenüber der Fahrzeugkarosserie (1) mittels mindestens einer harten Feder (4) und einer weichen Feder (3), wobei die Masse der Fahrzeugkarosserie (1) in Ruhestellung und beim Einfedern durch die harte und die weiche Feder (3, 4) abgestützt ist, und die maximale Federlänge (LFW) der weichen Feder (3) im entspannten Zustand größer ist als die maximale Federlänge (LFH) der harten Feder (4) im entspannten Zustand, so dass beim Ausfedern aus der Ruhestellung beim Überschreiten der maximalen Federlänge (LFH) der harten Feder (4) die harte Feder (4) aussetzt und auf das Fahrwerk (2) ausschließlich eine von der weichen Feder (3) ausgehende Ausfederkraft wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federweg der beiden Federn (3, 4) beim Einfedern gleich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Federweg der weichen Feder (3) in einem Bereich größer der maximalen Federlänge (LFH) der harten Feder (4) begrenzbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Ausfederlänge der weichen Feder (3) vor dem Erreichen ihrer maximalen Federlänge (LFW) erfolgt, so dass die weiche Feder (3) stets eine Federkraft ausübt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Ausfederlänge der weichen Feder (3) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Feder (4) eine progressiv wirkende Feder ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (3, 4) an der Karosserie (1) oder dem Fahrwerk (2) in einer Ebene (6) abgestützt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfederlänge der weichen Feder (3) karosserieseitig und/oder fahrwerkseitig verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (3, 4) Schraubenfedern sind, die ineinandergeschoben angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einstellmöglichkeiten für die Federn (3, 4) stufenlos arbeitende Einsteller (10 - 12) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Länge der Federn (3, 4) mittels der Einsteller (10, 11) an einer Federstange (14) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstange (14) mit einem zwischen Fahrzeugkarosserie (1) und Fahrwerk (2) beidseitig fixierten Stoßdämpfer (13) gekoppelt ist, derart, dass die Federstange (14) innen im Stoßdämpfer (13) einen Anschlag (9) für die Begrenzung des Federweges der weichen Feder (3) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßdämpferwirkung des Stoßdämpfers (13) durch eine Veränderung der Überströmkanäle beim Erreichen der maximalen Federlänge der harten Feder (4) veränderbar ist.