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Die Erfindung betrifft eine Federbeinabstützung für ein Fahrzeugrad, mindestens bestehend aus einem Dämpfer und aus einer diesen umgebenden, an dessen Dämpferzylinder abgestützten Tragfeder, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
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Bekannt sind unterschiedliche Konzepte für die Anbringung von Federbeinen einer Fahrzeugradaufhängung an einer Fahrzeugkarosserie. Bei mehrspurigen Fahrzeugen wird an gelenkten Rädern zumeist das so genannte Mc-Pherson-Federbein verbaut, wobei eine Tragfeder und ein zugeordneter, parallel geschalteter Dämpfer einerseits an einem Radführungsglied und andererseits über ein so genanntes Stützlager an der Karosserie des Fahrzeugs abgestützt sind. Dieses Stützlager kann ein Gummi-Metalllager sein, welches als Elastomerelement gleichzeitig als Feder und Dämpfer wirkt. Üblicherweise ist die Kolbenstange des Dämpfers am Stützlager befestigt, während der Dämpfer-Zylinder am Radführungsglied abgestützt und mit einer Aufnahme für die Tragfeder versehen ist, und es ist üblicherweise in diesem Bereich ferner eine so genannte Zusatzfeder vorgesehen, die ebenfalls als elastomeres Federelement ausgebildet ist und an der der Dämpferzylinder nach einem gewissen Einfederweg der Tragfeder zum Anschlag kommt. Mit dieser federwegabhängig gestuften Parallelschaltung von Tragfeder und Zusatzfeder kann dann die Federcharakteristik relativ einfach in gewünschter Weise gestaltet werden. Eine solche konventionelle Federbein-Anordnung, wie im Patent
US 5,775,720 beschrieben, ist insbesondere an gelenkten Rädern anzutreffen.
US 5,775,720 beschreibt ein so genanntes 3-Pfad-Stützlager, bei dem der Kraftfluss parallel über drei Wege von Tragfeder, Zusatzfeder und Kolbenstange letztlich in die Karosserie eingeleitet wird. Dies reduziert die mechanische Belastung der Elastomerelemente des Stützlagers vor allem bei Hindernisüberfahrt, da die großen Kräfte auf verschiedene Pfade aufgeteilt in die Karosserie eingeleitet werden.
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3-Pfad Stützlager haben einen guten Komfort und sind gut abstimmbar, da am Elastomerlager für die Kolbenstange nur die Dämpfer Zug- und Druckkräfte angreifen. Bei Federbeinen ist auch die Übertragung einer Seitenkraft möglich. Wenn das Rad ausfedert, macht die Feder genau den Dämpferhub und somit über die Übersetzung den Radhub mit. Bei großen Radhüben reduziert sich dadurch die Federvorspannkraft stark.
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Im Gegensatz dazu beschreibt die
EP 0 105 232 B1 eine Federbeinlagerung mit einem 1-Pfad Stützlager, bei der die gesamte Kraft über das Lager der Kolbenstange in die Karosserie eingeleitet wird. 1-Pfad-Stützlager haben einen schlechteren Komfort, da über das Elastomerlager der Kolbenstange außer deren Kraft auch noch die der Tragfeder und die der Zusatzfeder in die Karosserie eingeleitet wird. Bei Federbeinen ist auch noch Seitenkraftübertragung möglich. Tragfeder und Zusatzfederkraft sind sehr viel größer als die Kraft an der Kolbenstange, bestimmen daher die Auslegung des Elastomers des Stützlagers über dessen Lebensdauer. Wenn das Rad ausfedert, ist der Federhub durch den Ausfederweg des Schwingungsdämpfers begrenzt. Macht das Rad eine größere Ausfederung, längt sich nur das Elastomer des Stützlagers. Somit lässt sich die minimale Federkraft bei Ausfederung begrenzen, gleichzeitig aber ein größerer Radausfederweg erreichen.
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Die
EP 0 105 232 B1 beschreibt des Weiteren, dass die Kolbenstange mit begrenztem Spiel in Axialrichtung in dem schwingungsdämpfenden Lager beweglich ist. Das mit dem Fahrzeugaufbau verbundene Lager stützt sich hier über eine Tellerfeder auf einem Federteller für die den Schwingungsdämpfer umgebende Tragfeder ab. Unter der statischen Last des Fahrzeugaufbaus nimmt die Tellerfeder eine annähernd flache Form an, und der Federteller liegt auf einer an der Kolbenstange des Schwingungsdämpfers gehaltenen Staubschutzkappe auf. Auf diese Weise wird die Bewegung der Kolbenstange nach oben in Bezug auf das schwingungsdämpfende Lager begrenzt. In der entgegengesetzten Richtung wird die Bewegung der Kolbenstange durch eine oberhalb des Lagers an der Kolbenstange befestigte Scheibe begrenzt. Diese Anordnung hat den Zweck, hochfrequente Fahrbahnstöße mit kleiner Amplitude, bei denen sich der Swingungsdämpfer noch im Wesentlichen starr verhält, mit Hilfe der Tellerfeder besser abzufedern. Die Tellerfeder muss jedoch relativ hart ausgelegt sein, da sie das gesamte Gewicht des Fahrzeugaufbaus aufnimmt. Bei einer Abwärtsschwingung des Fahrzeugaufbaus schlägt die Tellerfeder bereits nach kurzem Federweg an dem Federteller an, der sich über die Staubschutzkappe an der Kolbenstange abstützt, so dass das Gewicht des Fahrzeugaufbaus im wesentlichen durch den Schwingungsdämpfer aufgenommen wird, der sich bei hochfrequenten Schwingungen relativ starr verhält. Resonanzschwingungen, die durch die Motorvibrationen hervorgerufen werden, können deshalb bei dieser herkömmlichen Vorderraufaufhängung nicht so gut unterdrückt werden.
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Aus der
DE 35 14 067 A1 ist eine Vorderradaufhängung bekannt, bei der die Tragfeder des Federbeins direkt an der äußeren Hülse des schwingungsdämpfenden Lagers angreift. Zwischen der äußeren Hülse und der mit der Kolbenstange des Schwingungsdämpfers verbundenen inneren Hülse ist ein gummielastisches Element eingefügt, das bei kleinen Auslenkungen der Kolbenstange auf Scherung beansprucht wird und sich somit relativ welch verhält. Da das gummielastische Element parallel zu der Tragfeder wirkt, ist es deshalb bei kleinen Schwingungsamplituden praktisch nicht an der Schwingungsdämpfung beteiligt. Nur bei Schwingungen mit großer Amplitude ist die Verformbarkeit des elasischen Körpers eingeschränkt, so dass ein Beitrag zur Schwingungsdämpfung geleistet wird. Bei dieser Bauweise ist es schwierig, den elastischen Körper so auszulegen, dass einerseits eine optimale Federkonstante im Hinblick auf die Dämpfung von Schwingungen mit großer Amplitude und andererseits eine optimale Federkonstante im Hinblick auf die Dämpfung von Schwingungen mit kleiner Amplitude erreicht wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Federbeinabstützung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die einerseits im Normalbetrieb hervorragende Feder- und Dämpfungseigenschaften aufweist, andererseits aber ein vollständiges Ausfedern ohne Abheben der Feder vom Federteller ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Weitere Ausbildungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
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Nach der Erfindung besteht eine Federbeinabstützung für ein Fahrzeugrad mindestens aus einem Schwingungsdämpfer mit einer Kolbenstange und aus einer diesen wenigstens teilweise umgebenden, an dessen Dämpferzylinder abgestützten Tragfeder, wobei diese über einen ihr zugeordneten Federteller, sowie die Kolbenstange des Dämpfers und eine einen Anschlag für den Dämpferzylinder des Dämpfers bildende Zusatzfeder, die erst ab einem bestimmten Einfederweg der Tragfeder wirksam wird, teilweise über Elastomerelemente durch ein oberes Stützlager so an der Karosserie des Fahrzeugs abgestützt sind, dass ein Kraftfluss einer Stützkraft parallel durch die Tragfeder und durch die Kolbenstange und, je nach Größe der Stützkraft, eventuell durch die Zusatzfeder verlaufend, direkt oder über das obere Stützlager in die Karosserie des Fahrzeugs eingeleitet wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das obere Stützlager wenigstens aus einem die Kolbenstange, die Tragfeder und die Zusatzfeder abstützenden Innenring und aus einem mit der Karosserie verbundenen Außenring mit dazwischen eingebrachtem elastomerem Werkstoff besteht, der eine Relativbewegung zwischen Innen- und Außenring wenigstens in axialer Richtung zulässt.
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Eine solche Gestaltung der Federbeiabstützung besitzt sowohl die Vorteile des 1-Pfad und des 3-Pfad Stützlagers. Bei normalen Fahrsituationen verhält sich das durch die Federkraft in Anschlag gebrachte Gummilager, in Zug- und Druckrichtung gekapselt, wie ein 3-Pfadlager und bringt guten Komfort. Bei großen Ausfederwegen wird der äußere Zuganschlag komprimiert, ohne dass die Tragfeder weiteren Hub macht, das heißt, das Gummilager ist jetzt nicht mehr gekapselt.
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Bevorzugte Ausführungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass Innen- und Außenring durch den dazwischen eingebrachten elastomeren Werkstoff ineinander geführt und gelagert sind. Zusätzlich können Innen- und Außenring durch den dazwischen eingebrachten elastomeren Werkstoff auch noch verbunden sein und weiterer elastomerer Werkstoff, am Innenring und/oder an der Karossserie angebracht, kann diese gegenüber dem Innenring elastisch federnd abstützen.
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Vorteilhafterweise bildet so der elastomere Werkstoff zwischen Innen- und Außenring einen Druckanschlag für deren axiale Bewegung zueinander beim Ausfedern. Zusätzlich können Innen- und Außenring des Stützlagers durch den elastomeren Werkstoff zueinander ausgerichtet werden, zum Beispiel zentriert. Der weitere elastomere Werkstoff zwischen Innenring und Karosserie bildet entsprechend einen Druckanschlag für die axiale Bewegung des Innenrings weg vom Außenring beim nachfolgenden Einfedern. Auch bei dieser Bewegung können Innen- und Außenring des Stützlagers durch den weirteren elastomeren Werkstoff zusätzlich zueinander ausgerichtet werden, zum Beispiel zentriert.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass Innen- und Außenring des Stützlagers durch den dazwischen eingebrachten elastomeren Werkstoff und/oder durch den weiteren elastomeren Werkstoff so zusammenwirken, dass bei unter Last eingefedertem Federbein sich der Innenring über den weiteren elastomeren Werkstoff an der Karosserie abstützt und dass bei ausfederndem Federbein mit niedriger Vorspannung der Tragfeder sich der Innenring am Außenring über den dazwischen eingebrachten elastomeren Werkstoff abstützt. So ist es auf einfache Weise möglich, ein Stützlager für eine Federbeinabstützung bereitzustellen, bei dem der Innenring mit Kolbenstange, Federteller für Tragfeder und Zusatzfeder zwischen der Stellung unter Last eingefedert und der Stellung bei ausgefedertem Federbein, in Ein- bzw. Ausfederrichtung, mit wenigstens drei Millimeter Bewegungsspiel vom Außenring gehalten werden kann. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Bewegungsspiel des Innenrings im Außenring vorteilhafterweise drei bis fünfzehn Millimeter betragen und alternativ oder zusätzlich kann der Innenring im Außenring in Ein- und Ausfederrichtung formschlüssig geführt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Stützlager in einem Federbeindom einer Karosserie angebracht. Solche Federbeindome sind Stand der Technik und ihre Ausgestaltung bezüglich Stabilität und Form ist gut geeignet mit einer erfindungsgemäßen Federbeinabstützung zusammen zu wirken.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung auf das Wesentliche beschränkt dargestellt. Es zeigen:
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1: einen Teil-Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Federbein abstützung belastet mit dem Fahrzeuggewicht und
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2: einen Teil-Längsschnitt durch die Federbeinabstützung gemäß 1, allerdings entlastet und ausgefedert.
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Nicht dargestellt in der Figur ist ein Radführungsglied eines Rades eines mehrspurigen Kraftfahrzeugs, da die Gestaltung eines Federbeins bzw. Feder-Dämpfer-Beins in diesem Bereich so ist, wie im bekannten Stand der Technik üblich. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem gegenüberliegenden Bereich des Federbeins, nämlich mit dessen Abstützung an der Karosserie 1 des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel ausgebildet als nicht gezeichneter Federbeindom. Bestandteile des Federbeins sind dabei u. a. eine Tragfeder 9, welcher ein Schwingungdämpfer mit Kolbenstange 11 parallel geschaltet ist. Über dieses Federbein ist die Karosserie 1 auf dem Radführungsglied abgestützt. Ein Gummilager 7 mit einer Durchtrittsöffnung für die Kolbenstange 11 des Schwingungsdämpfers stützt diese über eine Innenhülse 8 an der Karosserie 1 ab. Eine Mutter 12 dient zur Befestigung der Innenhülse 8 auf der Kolbenstange 11, gegeneinander verdrehbar. Ein Innenring 4 eines oberen Stützlagers nimmt das Gummilager 7 auf, zur Karosserie 1 hin offen. Des Weiteren nimmt der Innenring 4 gegenüberliegend zum Gummilager 7 eine elastomere Zusatzfeder 13 auf und stützt auf einem Anschlagrand 14 über eine elastomere Federunterlage 10 die Tragfeder 9 ab, eine Art Federteller bildend. Der Innenring 4 ist, in axialer Richtung verschiebbar, durch einen Stützlager Außenring 3, unter Zwischenschaltung eines elastomeren Zuganschlags 6, an der Karosserie 1 gehalten. Dazu ist der Außenring 3 über eine nicht näher dargestellte Verschraubung 2 mit der Karosserie 1 verbunden. Das entsprechende Gegenlager zum elastomeren Zuganschlag 6 bildet ein am Anschlagrand 14 des Innenrings 4 angebrachter elastomerer Druckanschlag 5, über den sich der Innenring 4 bei Druckbelastung an der Karosserie 1 abstützt.
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Auf der Kolbenstange 11 des Schwingungsdämpfers ist die gummielastische Zusatzfeder 13 angeordnet, an der bei entsprechender Einfederung der Tragfeder 9 und somit bei entsprechender Verlagerung der Kolbenstange 11 in den nicht gezeichneten Dämpferzylinder des Schwingungsdämpfers hinein, dieser mit seiner der Karosserie zugewandten Seite zum Anschlag kommen kann. Auf geeignete Weise gehalten wird diese Zusatzfeder 13 vom Innenring 4.
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Das obere Stützlager stützt das Federbein also so an der Karosserie 1 des Fahrzeugs ab, dass ein Kraftfluss einer Stützkraft parallel durch die Tragfeder 9 und durch die Kolbenstange 11 und, je nach Größe der Stützkraft, eventuell durch die Zusatzfeder 13 verläuft. Bei einer Belastung wie in 1 dargestellt, also einfedernd, wird der Kraftfluß von der Kolbenstange 11 direkt über das Gummilager 7 in die Karosserie 1 eingeleitet. Der Kraftfluss von der Tragfeder 9 und der Zusatzfeder 13 wird über Innen- 4 und Außenring 3 in die Karosserie 1 des Fahrzeugs eingeleitet. Bei einer Belastung wie in 2 dargestellt, also ausfedernd, wird der Kraftfluß von der Kolbenstange 11 und von der Tragfeder 9 ausschließlich über Innen- 4 und Außenring 3 in die Karosserie 1 des Fahrzeugs eingeleitet.
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Das obere Stützlager ist so aufgebaut, dass es aus einem die Kolbenstange 11, die Tragfeder 9 und die Zusatzfeder 13 abstützenden Innenring 4 und aus einem mit der Karosserie 1 verbundenen Außenring 3 mit dazwischen eingebrachtem elastomerem Werkstoff als Zuganschlag 6 besteht. Außerdem dient der elastomere Zuganschlag 6 der Zentrierung von Innen- 4 und Außenring 3 zueinander, wenn eine Relativbewegung in axialer Richtung zwischen diesen stattfindet. Innen- 4 und Außenring 3 werden also durch den dazwischen als Zuganschlag 6 eingebrachten elastomeren Werkstoff ineinander geführt, gelagert und miteinander verbunden. Weiterer elastomer Werkstoff, als Druckanschlag 5 am Innenring 4 angebracht, stützt die Karosserie gegenüber dem Innenring 4 elastisch federnd ab. Dabei wirken Innen- 4 und Außenring 3 durch den dazwischen eingebrachten elastomeren und weiteren elastomeren Werkstoff so zusammen, dass bei unter Last eingefedertem Federbein sich der Innenring 4 über den weiteren elastomeren Werkstoff als Druckanschlag 5 an der Karosserie 1 abstützt und dass bei ausfederndem Federbein mit niedriger Vorspannung der Tragfeder 9 sich der Innenring 4 am Außenring 3 über den dazwischen eingebrachten elastomeren Werkstoff als Zuganschlag 6 abstützt. Der Innenring 4 mit Kolbenstange 11, Federunterlage 10 für die Tragfeder 9 und mit der Zusatzfeder 13 wird für seine Bewegung in Ein- bzw. Ausfederrichtung zwischen der Stellung unter Last eingefedert und der Stellung bei ausgefedertem Federbein je nach Fahrwerkausführung mit wenigstens drei Millimetern bis fünfzehn Millimetern Bewegungsspiel vom Außenring 3 gehalten. Dabei kann alternativ der Innenring im Außenring in Ein- und Ausfederrichtung auch formschlüssig geführt werden, was nicht dargestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5775720 [0002, 0002]
- EP 0105232 B1 [0004, 0005]
- DE 3514067 A1 [0006]
