DE102014219338A1

DE102014219338A1 - Elastomere Zusatzfeder in der Radaufhängung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102014219338A1
Application number: DE102014219338.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Stocker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2016-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elastomere Zusatzfeder in der Radaufhängung eines Fahrzeugs, welche funktional parallel zu einer dem jeweiligen Rad zugordneten Tragfeder solchermaßen angeordnet ist, dass die Zusatzfeder nach Überschreiten eines gewissen Federwegs der Tragfeder zum Eingriff kommt und welche ein nicht-newtonsches Fluid enthält. Vorzugsweise sind in der Zusatzfeder zumindest zwei durch einen Kanal miteinander verbundene Hohlräume für die Aufnahme des nicht-newtonschen Fluids vorgesehen, wobei der Kanal eine zusätzliche Drosselstelle aufweisen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine elastomere Zusatzfeder in der Radaufhängung eines Fahrzeugs, welche funktional parallel zu einer dem jeweiligen Rad zugordneten Tragfeder solchermaßen angeordnet ist, dass die Zusatzfeder nach Überschreiten eines gewissen Federwegs der Tragfeder zum Eingriff kommt. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 103 52 077 A1 verwiesen, wobei eine typische Anordnung in der FR 28 34 027 A gezeigt ist; ferner seien stellvertretend für weiteren Stand der Technik die US 4,576,366 und die DE 689 03 231 T2 genannt.
In den Radaufhängungen modernerer Fahrzeuge mit Stoßdämpfern (genauer Schwingungsdämpfern) ist am Ende der Kolbenstange dieses Stoßdämpfers jeweils eine annähernd zylinderförmige Zusatzfeder als Anschlagpuffer vorgesehen. Solche Zusatzfedern sind üblicherweise aus mehreren im Querschnitt anwachsenden Wellenelementen aufgebaut und bestehen aus einem geschäumten Kunststoff. Solche Zusatzfedern können aber auch in sog. aufgelöster Anordnung angebracht sein, wonach solche als Anschlagpuffer wirkende elastomere Zusatzfedern nicht auf der Kolbenstange eines Dämpfers, sondern beispielsweise zwischen Achslenkern und Karosserieelementen vorgesehen sind. Grundsätzlich wirken solche elastomere Zusatzfedern als Federelement mit integrierter Dämpfung.
Weiteren Stand der Technik, jedoch nicht für Radaufhängungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bilden Gummilager mit integrierten flüssigkeitsführenden Kanälen oder Hohlräumen, welche sog. „Hydrolager” damit nichtlineare Dämpfungseigenschaften aufweisen, vgl. bspw. DE 689 03 231 T2 .
Für die Anwendung als Motorlager ist es weiterhin bekannt, als (solche) Flüssigkeit ein nicht-newtonsches Fluid vorzusehen (siehe die o. g. US 4,576,366 ). Bekanntlich handelt es sich bei einem nicht-newtonschen Fluid um ein Fluid, dessen Viskosität nicht konstant bleibt, wenn sich die auf das Fluid einwirkenden Scherkräfte verändern. Damit entspricht dieses Fluid nicht dem newtonschen Elementargesetz der Zähigkeitsreibung. Dieses Verhalten wird auch als anomalviskos bezeichnet.
Zurückkommend auf eine elastomere Zusatzfeder in der Radaufhängung eines Fahrzeugs muss bei deren Auslegung ein Zielkonflikt zwischen dem Fahrkomfort des Fahrzeugs und der Erfüllung ihrer Funktion als Anschlagpuffer aufgelöst werden. Eine weichere Feder-Kennlinie der Zusatzfeder trägt nämlich positiv zum Fahrkomfort bei, während mit einer härteren Feder-Kennlinie in die Radaufhängung eingebrachte Energie verstärkt gespeichert oder abgebaut werden kann, womit insbesondere bei der Überfahrt eines vertikalen Hindernisses der Fahrzeug-Aufbau und die Radaufhängung besser vor einer Beschädigung geschützt sind.
Hiermit soll nun eine Möglichkeit zur Lösung des vorstehend genannten Zielkonflikts aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine elastomere Zusatzfeder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder ein nicht-newtonsches Fluid enthält. Insbesondere handelt es sich dabei um ein Fluid mit dilatanter Eigenschaft, d. h. um ein scherverdickendes Fluid, dessen Viskosität bei steigenden Schergeschwindigkeiten ansteigt. Wirkt also auf eine solche erfindungsgemäße Zusatzfeder ein kurzer harter Stoß mit relativ hoher Geschwindigkeit ein, wird diese mit einer härteren Feder-Kennlinie wirksam als bei der Einwirkung eines vergleichbar kräftigen Stoßes mit niedrigerer Geschwindigkeit.
Eine erste vorteilhafte Weiterbildung geht aus der beigefügten Schnitt-Skizze eines Ausführungsbeispiels hervor, welches im Folgenden erläutert wird:
Eine hinsichtlich Ihrer Außenkontur übliche elastomere Zusatzfeder 1 ist auf einer Kolbenstange 2 eines nicht weiter dargestellten Stoß- oder Schwingungdämpfers in der Aufhängung eines Rads eines Personenkraftwagens geführt, wobei die (sowohl in der Skizze als auch in der Realität im Einbauzustand) obere Stirnseite O der näherungsweise zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Zusatzfeder 1 an einem Karosserie-Flansch 3 des Fahrzeug-Aufbaus anliegt. An der gegenüberliegenden unteren Stirnseite U der Zusatzfeder kann der (dem Fachmann bekannte) Dämpferzylinder des besagten Schwingungsdämpfers zum Anschlag kommen bzw. kommt zum Anschlag, wenn eine übliche und hier der Einfachheit halber ebenfalls nicht dargestellte Tragfeder zwischen dem besagten Rad und dem Fahrzeug-Aufbau um eine nennenswerte Wegstrecke eingefedert ist.
Wie die Skizze zeigt, sind in der relativ dicken Wand der im Hinblick auf die Durchführung der Kolbenstange 2 annähernd hohlzylindrischen Zusatzfeder 1 im Bereich nahe der oberen Stirnseite O übereinander liegend und dabei voneinander beabstandet zwei ringförmige Hohlräume 4a, 4b vorgesehen, die über einen ringförmigen und sich in Richtung der Kolbenstange 2 erstreckenden Kanal 4c miteinander verbunden sind. Zumindest einer der Hohlräume 4a und/oder 4b und/oder der Kanal 4c ist bzw. sind mit einem nicht newtonschen Fluid befüllt, welches bei starker Krafteinwirkung durch den vorstehend genannten Dämpferzylinder auf die untere Stirnseite U und daraus resultierender Verformung oder Kompression der Zusatzfeder 1 innerhalb derselben insbesondere vom Hohlraum 4b über den Kanal 4c in den Hohlraum 4a zumindest anteilig verlagert wird. Da es sich bei dem besagten in den Hohlräumen 4a, 4b bzw. im Kanal 4c befindlichen und bei nennenswertem Wirksamwerden der Zusatzfeder 1 verlagerten Fluid um ein nicht-newtonsches Fluid handelt, ist bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Zusatzfeder 1 eine Geschwindigkeitsabhängigkeit der Dämpfung stärker ausgeprägt, als dies bei herkömmlichen Zusatzfedern der Fall ist. Hier liegt nämlich nun eine Zusatzfeder 1 vor, die bei geringeren Geschwindigkeiten eines vom besagten Dämpferzylinder aufgebrachten Impulses weicher ist (und somit eine eher komfortable Einfederungs-Charakteristik zeigt) als bei höher Geschwindigkeit einer im wesentlichen gleichen Kraft-Einwirkung und damit einhergehend eines höheren einwirkenden Impulses. Insbesondere bei hohen Krafteinwirkungs-Geschwindigkeiten, wie sie bspw. bei Bordstein-Überfahrten auftreten, wirkt die erfindungsgemäße Zusatzfeder 1 mit einer härteren Federkennlinie und weist insbesondere auch eine höhere Dämpfung auf.
Mit einer härteren Federkennlinie und einer höheren Dämpfung wird eine eingeleitete kinetische Energie in der erfindungsgemäßen Zusatzfeder verbessert abgebaut, so dass solche Energie nicht mehr von angrenzenden Bauteilen aufgenommen werden muss. Hiermit ergibt sich eine deutliche Schutzfunktion insbesondere für die Karosserie und weitere angrenzende Bauteile.
Selbstverständlich kann eine Vielzahl von Details abweichend von diesem Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. So können bspw. die besagten Hohlräume 4a, 4b, die hier bezüglich der Kolbenstange ringförmig sind, sich in Richtung der Kolbenstange 2 betrachtet auch nur über ein gewisses Winkelsegment erstrecken, wobei auch mehrere solcher Hohlräume vorgesehen sein können. Auch können solche Hohlräume 4a, 4b und/oder ein diese verbindender Kanal 4c andersartig zueinander ausgerichtet sein, bspw. in radialer Richtung zur Kolbenstange 2 liegend angeordnet sein oder unter aus Bauraumsicht und Funktion günstigen anderen, Winkeln relativ zur Kolbenstange 2 liegen.
Nicht dargestellt ist eine vorteilhafte Weiterbildung, wonach im Kanal 4c eine geeignet gestaltetet Drosselstelle vorgesehen ist, an welcher beim Passieren des nicht-newtonschen Fluids aufgrund zusätzlicher Reibungsverluste in die Radaufhängung eingebrachte Energie noch weiter abgebaut werden kann. Im übrigen kann die Zusatzfeder in einem Zweikomponenten-Verfahren gefertigt werden. Durch die geometrische Gestaltung kann gezielt eine gewünschte Dämpfkurve erreicht werden. Die Art und Form der Hohlräume 4a, 4b, Kanäle 4c oder Drosselstellen, sowie Ihrer Verbindungen können an die jeweiligen Belastungen angepasst werden. Durch das Schaffen dieser Hohlräume 4a, 4b, gefüllt mit einer nicht-newtonschen Flüssigkeit, lässt sich der Zielkonflikt zwischen Komfortanforderungen und Pufferfunktion einer elastomeren Zusatzfeder auflösen. Weiterhin lässt sich der benötigte Bauraum für die Zusatzfeder reduzieren, indem die mögliche Energieaufnahme mit dem nicht-newtonschen Fluid deutlich gesteigert wird. Ferner wird mit einer erfindungsgemäßen Zusatzfeder ein zusätzlicher Freiheitsgrad einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfung und somit einer weiterer ein Abstimmparameter geschaffen, der zur Zielerreichung der Vertikaldynamikanforderungen eines Fahrzeugs genutzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10352077 A1 [0001]
FR 2834027 A [0001]
US 4576366 [0001, 0004]
DE 68903231 T2 [0001, 0003]

Claims

Elastomere Zusatzfeder (1) in der Radaufhängung eines Fahrzeugs, welche funktional parallel zu einer dem jeweiligen Rad zugordneten Tragfeder solchermaßen angeordnet ist, dass die Zusatzfeder (1) nach Überschreiten eines gewissen Federwegs der Tragfeder zum Eingriff kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (1) ein nicht-newtonsches Fluid enthält.
Elastomere Zusatzfeder nach Anspruch 1, in welcher zumindest zwei durch einen Kanal (4c) miteinander verbundene Hohlräume (4a, 4b) für die Aufnahme des nicht-newtonschen Fluids vorgesehen sind.
Elastomere Zusatzfeder nach Anspruch 2 mit einer Drosselstelle im Kanal (4c).