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Die Erfindung betrifft eine Längsblattfedervorrichtung zur Federung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, aufweisend ein länglich ausgebildetes Blattfederelement, eine Kopplungsvorrichtung zur mechanischen Kopplung des Blattfederelementes an eine Kraftfahrzeugachse und eine Anschlagpuffer-Einheit mit zwei separaten, elastischen, vertikal übereinander angeordneten Anschlagelementen.
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Die
DE 86 14 082 U1 beschreibt eine Vorrichtung zur Begrenzung der vertikalen Einfederung eines Achskörpers, der an einem Federbündel angebracht ist, gegenüber einem oberhalb der Federspannplatte des Federbündels angeordneten, im Querschnitt U-förmigen Rahmenlängsträger eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Lkws, wobei der Steg des Rahmenlängsträgers vertikal steht und dessen unterer Flansch horizontal liegt, mit einem am Rahmenlängsträger angebrachten Gummianschlag. Der Gummianschlag ist an der Unterseite des Flansches angeordnet, wobei seitlich neben dem Gummianschlag ein mit dem Steg des Rahmenlängsträgers verbundener Festanschlag angebracht ist, der vom Gummianschlag um das Maß der für diesen noch zulässige Verformung überragt wird und die Federspannplatte soweit verbreitert ist, dass sie mit ihrer flachen Oberseite als Gegenanschlag sowohl für den Gummianschlag als auch für den Festanschlag eingerichtet ist.
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Eine Stoßdämpfervorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß der
US 5 979 920 A umfasst einen elastischen Stoßdämpfer, der an einem Rahmenelement befestigt ist, und eine Stoßdämpferbarriere, die an einem Achsgehäuse befestigt ist, um den elastischen Stoßdämpfer aufzunehmen und dadurch die Aufwärtsbewegung des Achsgehäuses zu begrenzen. Die Stoßdämpferbarriere umfasst einen ersten Abschnitt zum Befestigen der Stoßdämpferbarriere am Achsgehäuse. Der zweite, dritte und vierte Abschnitt sind so angeordnet, dass sie im Allgemeinen eine U-Form bilden. Der dritte Abschnitt enthält eine Aufprallfläche zur Aufnahme des Rammschutzes bei extremer Aufwärtsbewegung des Achsgehäuses relativ zum Rahmen.
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Für eine Achse für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge mit einem starren Achskörper, wird gemäß der
DE 100 43 802 A1 eine Achsführung und/oder Achsabstützung vorgesehen, die eine Anpassung an unterschiedliche, karosserieseitig vorgegebene Querabstände in der Achsführung bzw. Achsabstützung ermöglichen.
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In der
US 2 735 673 A ist eine Blattfeder offenbart, wobei Anschlagpuffer an einem Rahmen eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
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Im Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, elastische Federelemente zwischen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs als gefedertes Objekt und Rädern des Fahrzeugs als ungefederte Objekte einzusetzen, um einen Fahrkomfort von Fahrzeuginsassen zu erhöhen, indem von Bodenunebenheiten verursachte Stöße nicht unmittelbar auf die Karosserie übertragen werden. Ferner kann ein für eine Kraftübertragung erforderlicher Bodenkontakt der Räder auch bei Bodenunebenheiten gewährleistet werden. Durch Bodenunebenheiten angeregte Schwingungen der Karosserie werden in bekannter Weise durch eine Verwendung von Stoßdämpfern gedämpft, die zwischen der Karosserie und Radachsen angeordnet sind. Die elastischen Federelemente können dabei beispielsweise von elastischen Spiralfedern gebildet und integraler Bestandteil der Stoßdämpfer sein.
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Im Gebiet der Federung von Kraftfahrzeugen ist ferner die Verwendung von Längsblattfederanordnungen bekannt. Eine Blattfeder einer Längsblattfederanordnung ist im Allgemeinen als ein gebogener länglicher Stab, beispielsweise aus Stahl, mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet und im Fahrzeug mit seiner Erstreckungsrichtung in einer vertikalen, parallel zu einer Erstreckungsrichtung des Fahrzeugs ausgerichteten Ebene angeordnet. Weiterhin kann die Längsblattfederanordnung mit ihrem mittleren Bereich an einer Fahrzeugachse befestigt und jedes ihrer Enden kann an einem Fahrzeugchassis befestigt sein.
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Für die Federung von Kraftfahrzeugen ist eine progressive Kennlinie der verwendeten Federn erwünscht, um bei einer normalen Last einen hohen Fahrkomfort bereitstellen und bei einer hohen Last, beispielsweise bei einer unebenen Fahrbahn und/oder einer hohen Gewichtsbelastung, eine Auslenkung der Federung bis zu einem Endanschlag vermeiden zu können, damit Schlaglöcher nicht bis zum Fahrzeugchassis „durchschlagen“. Zum Erreichen einer progressiven Federkennlinie sind im Stand der Technik verschiedene Lösungen, etwa die Verwendung von elastischen Anschlagpuffern, vorgeschlagen worden.
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Beispielsweise beschreibt die
US 2 701 713 A eine Hinterradaufhängung mit Anschlagpuffer für ein Kraftfahrzeug mit einem Rahmen und einer Hinterachse, umfassend einen starren röhrenförmigen Drehmomentarm; eine Halterung, die nahe des Rahmens an dem vorderen Ende des Drehmomentarms angeordnet ist; einen Gelenkbolzen, der sich durch die Halterung und die Hülse am vorderen Ende des Drehmomentarms erstreckt, um den Drehmomentarm schwenkbar mit dem Rahmen für eine Schwenkbewegung um eine quer verlaufende, sich horizontal erstreckende Achse zu verbinden; eine nach unten weisende kanalförmige Endverlängerung, die integral am hinteren Ende des röhrenförmigen Drehmomentarms ausgebildet ist, wobei die Endverlängerung ein offenes hinteres Ende aufweist; eine freitragende Blattfeder mit einem Hauptfederblatt und einer Vielzahl von benachbart angeordneten Hilfsblattfedern, deren sämtliche vordere Enden in das offene hintere Ende des kanalförmigen Endabschnitts des Drehmomentarms ragen und in dem nach unten weisenden Kanalabschnitt aufgenommen und von diesem umgriffen werden; vertikal ausgerichtete Öffnungen durch die vorderen Enden der Federblätter und durch die obere Wand des kanalförmigen Endabschnitts des Drehmomentarms; Bolzen, die sich durch die Öffnungen erstrecken, um die freitragende Blattfeder an dem Drehmomentarm zu befestigen; ein Federbügel, der das hintere Ende des Hauptfederblattes schwenkbar mit dem hinteren Teil des Fahrzeugrahmens verbindet; obere und untere Halterungsplatten auf gegenüberliegenden Seiten des hinteren Endabschnitts des Drehmomentarms, wobei die obere Halterungsplatte die Hinterachse trägt; und U-förmige Bolzen, die die Hinterachse und die Halterungsplatten an dem hinteren Endabschnitt des Drehmomentarms festklemmen, um eine Bewegung der Hinterachse auf einen Bogen um die horizontale Querachse zu begrenzen, an der das vordere Ende des Drehmomentarms mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist. Ein Achsenpuffer ist an einer Unterseite des Fahrzeugrahmens und oberhalb der Hinterachse befestigt, um mittelbar, über ein Achsrohr, mit der Hinterachse bei einer übermäßigen vertikalen Achsbewegung in Anlage zu gelangen.
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Eine Längsblattfederanordnung, die sogar eine Überladung eines Straßenfahrzeugs bei ausreichender Bodenfreiheit ermöglichen soll, ist in der
US 3 799 571 A beschrieben. Die Längsblattfederanordnung umfasst eine Überlastfeder in Form einer Blattfeder, die in Kombination mit einem mehrblättrigen, halbelliptischen Federpaket verwendet wird, das wiederum dazu bestimmt ist, die Last der Achse eines Straßenfahrzeugs oberhalb des Federpakets zu tragen. Die Überlastfeder ist ebenfalls im Wesentlichen halb-elliptisch ausgeführt, mit einer Ausbuchtung, die auf halbem Weg zwischen den Enden ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass der elliptische Abschnitt mit der Hauptblattfeder des Federpakets zusammenwirkt und die Ausbuchtung sich oberhalb der Achse erstrecken kann. Auf der Achse sind Mittel vorgesehen, um zu verhindern, dass sich die Ausbuchtung schließt, während sich die Blattfedern krümmen und beugen. Die Ausbuchtung weist zwei parallele Abschnitte auf, die durch einen geraden Abschnitt verbunden sind, und das Fahrzeug weist einen Stoßdämpfer aus Gummi auf, der direkt oberhalb der Achse an der Unterseite des Chassis befestigt ist, so dass der Stoßdämpfer mit dem geraden Abschnitt in Überlastbedingungen in mechanische Anlage gelangt.
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Des Weiteren ist in der
US 4 796 910 ein Hilfsfederungssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Sattelzug (Sattelkraftfahrzeug) beschrieben, das sowohl dazu dient, die Aufliegerfedern zu ergänzen und zu schützen als auch zu verhindern, dass der Auflieger direkt auf die Reifen des Kraftfahrzeugs fällt, falls eine der Aufliegerfedern brechen sollte. Ein dickes Gummipolster wird an einer Platte auf der Unterseite des Untergestells des Aufliegers befestigt. Die Feder ist oberhalb von U-Bolzen auf dem Hilfsrahmen positioniert, die die Aufliegerfedern halten. Wenn der Auflieger entladen ist, wird das von der Unterseite des Untergestells nach unten ragende Gummipolster normalerweise mehrere Zentimeter oberhalb der Oberseite des U-Bolzens beabstandet angeordnet sein. Wenn das Kraftfahrzeug eine volle Last trägt, ist das Gummipolster normalerweise auf der Oberseite des U-Bolzens abgestützt. Für den Fall, dass die Aufliegerfedern während des Betriebs des Kraftfahrzeugs brechen, unterstützt das Gummipolster den Auflieger-Unterrahmen auf dem U-Bolzen und verhindert, dass der Unterrahmen direkt auf die Reifen fällt. Das Kraftfahrzeug soll so auch mit den zerbrochenen Aufliegerfedern bewegbar sein und soll zu einer Reparaturwerkstatt fahrbar sein.
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Zur Erreichung einer nichtlinearen progressiven Federkennlinie einer Fahrzeugaufhängung ist im Stand der Technik auch die Verwendung von Elementen aus Gummi oder anderen Materialien mit gummi-elastischen Eigenschaften vorgeschlagen worden, da diese von Natur aus eine nichtlineare Federkennlinie aufweisen.
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Beispielsweise beschreibt die
US 9 050 873 B2 Federungssysteme, Blattfedern und Verfahren zur Bereitstellung einer Blattfeder in einem Federungssystem eines Fahrzeugs. Die Federungssysteme, die Blattfedern und die Verfahren zur Bereitstellung einer Blattfeder in einem Federungssystem erlauben die Verwendung einer leichteren Blattfeder, während eine maßgeschneiderte Rollsteifigkeit und eine vertikale Federkennlinie bereitgestellt werden, die durch einen Puffer ergänzt werden, der mit der Blattfederanordnung in Eingriff gelangt, wenn diese auf zumindest eine vorbestimmte Position komprimiert wird. Der Puffer beinhaltet ein elastisches Element, das aus mikrozellularem Polyurethan oder einem anderen Schaumstoff hergestellt sein kann, der Energie absorbiert. Der Puffer ist mit einer Achskopplungsanordnung zur Kopplung von Achse und Blattfeder oder mit einem Fahrzeugrahmen des Fahrzeugs verbunden und derart angeordnet, dass eine Mitte des elastischen Elementes in Vorwärtsrichtung und innen von einer Mitte der Achskopplungsanordnung angeordnet ist.
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Die US 2014 / 0 117 640 A1 beschreibt eine Fahrzeugradaufhängungs-Verbesserungsvorrichtung, die ein Paar vertikal ausgerichteter Federungselemente umfasst, wobei ein Federungselement an der Achse und das andere Federungselement an dem Fahrzeugrahmen angebracht ist. Die Federungselemente bestehen bevorzugt aus zellularem Polyurethan-Elastomerschaum, aber auch andere nicht-metallische Werkstoffe wie synthetischer Kautschuk, beispielsweise Chloropren-Kautschuk (Neopren®) und Polyester-Urethan-Kautschuk (Vulkollan®), können verwendet werden. Jede Fahrzeugachse kann mit zwei Fahrzeugaufhängungs-Verbesserungsvorrichtungen ausgerüstet werden, wobei jeweils eine Fahrzeugaufhängungs-Verbesserungsvorrichtung auf jeder Seite einer Achse angeordnet ist. Jedes der Federelemente ist in dem Raum zwischen der Achse und dem Fahrzeugrahmen angeordnet, wobei die der Achse bzw. dem Fahrzeugrahmen abgewandten Enden jedes Federelementes einander zugewandt sind und ein Raum zwischen diesen Enden einen Spalt definiert. Der Spalt zwischen den einander zugewandten Enden der Federungselemente wird in Reaktion auf eine Erhöhung des Abstands zwischen Rahmen und Achse zunehmen.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Fahrzeugradaufhängungen mit Längsblattfedervorrichtungen noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Längsblattfedervorrichtung zur Federung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die verbesserte Eigenschaften in Bezug auf eine Querstabilität aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Längsblattfedervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweils abhängigen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße Längsblattfedervorrichtung zur Federung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs weist eine länglich ausgebildete Blattfedereinheit, eine Kopplungsvorrichtung zur mechanischen Kopplung der Blattfedereinheit an eine Achse eines Kraftfahrzeugs und zumindest eine Anschlagpuffer-Einheit mit zwei separaten, elastischen Anschlagelementen auf, die in vertikal übereinander angeordneter Weise mit einem Fahrgestell bzw. mit der Achse verbindbar sind.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass senkrechte Richtungen auf einer nach unten gerichteten, gemittelten Kontaktfläche des oberen Anschlagelementes und auf einer nach oben gerichteten, gemittelten Kontaktfläche des unteren Anschlagelementes mit der Vertikalen jeweils einen von Null verschiedenen Winkel ausbilden.
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Unter einer „Längsblattfedervorrichtung“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere eine Blattfedervorrichtung mit zumindest einer Blattfeder verstanden werden, die in einem eingebauten Zustand in einer Ebene angeordnet ist, die senkrecht zur Achse des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist.
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Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Transporter, eine Zugmaschine oder ein Kraftomnibus verstanden werden.
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Unter „vertikal übereinander angeordnet“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere verstanden werden, dass das obere Anschlagelement und das untere Anschlagelement sich in der vertikalen Richtung zumindest teilweise überdecken.
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Unter einer „gemittelten Kontaktfläche“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere eine ebene, virtuelle Ausgleichsfläche verstanden werden, die dadurch festgelegt ist, dass Abweichungen von der realen Kontaktfläche (im Folgenden nur: „Kontaktfläche“) durch die ebene, virtuelle Ausgleichsfläche minimiert werden, beispielsweise im Sinne einer minimalen Summe der quadratischen Abweichungen.
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Unter einer „senkrechten Richtung auf einer gemittelten Kontaktfläche“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere eine Richtung verstanden werden, die von einem Mittelpunkt der gemittelten Kontaktfläche ausgehend auf dieser senkrecht angeordnet ist.
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Dadurch, dass die Kontaktfläche des oberen Anschlagelementes und die Kontaktfläche des unteren Anschlagelementes jeweils einen von Null verschiedenen Winkel ausbilden, kann in Federungssituationen, bei denen das obere Anschlagelement und das untere Anschlagelement in gegenseitige Anlage gelangen, eine seitlich wirkende Querkraft übertragen werden. Ursache einer seitlich wirkenden Querkraft kann beispielsweise die bei einer Kurvenfahrt auf die Karosserie des Kraftfahrzeugs wirkende Beschleunigungskraft sein. Durch Übertragung der seitlich wirkenden Querkraft kann die Querstabilität des Kraftfahrzeugs erhöht werden.
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Die Blattfedereinheit kann eine oder mehrere Blattfedern aufweisen, die beispielsweise aus Stahl hergestellt sind.
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Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung jedoch auf Längsblattfedervorrichtungen anwendbar, die ein Blattfederelement aufweisen, das zu einem überwiegenden Anteil aus einem Kompositwerkstoff hergestellt ist.
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Unter dem Begriff „zu einem überwiegenden Teil“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere einen Anteil von mehr als 50 Vol.%, bevorzugt von mehr als 70 Vol.% und, besonders bevorzugt, von mehr als 90 Vol.% verstanden werden. Insbesondere soll der Begriff die Möglichkeit einschließen, dass das Blattfederelement vollständig, d.h. zu 100 Vol.%, aus dem Kompositwerkstoff besteht.
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Der Kompositwerkstoff kann beispielsweise als Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) ausgebildet sein. Insbesondere kann der Kompositwerkstoff kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK), glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) und/oder aramidfaserverstärkten Kunststoff (AFK) umfassen.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Längsblattfedervorrichtung bilden die Anschlagelemente in einem nur mit der Karosserielast belasteten Zustand der Längsblattfedervorrichtung einen vertikalen Zwischenraum von vorbestimmter Größe aus. In diesem Fall kann ein unterer Lastbereich der Fahrzeugfederung festgelegt werden, bis zu dessen Obergrenze die Kontaktflächen der Anschlagelemente nicht in gegenseitige Anlage gelangen und keine Wirkung auf ein Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs ausüben, so dass im unteren Lastbereich ein erhöhter Fahrkomfort erreicht werden kann.
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Bevorzugt betragen die von den senkrechten Richtungen auf der gemittelten Kontaktfläche des oberen Anschlagelementes und auf der gemittelten Kontaktfläche des unteren Anschlagelementes mit der Vertikalen gebildeten Winkel zwischen 10° und 40°. Dabei ist der von der senkrechten Richtung auf der gemittelten Kontaktfläche des unteren Anschlagelementes gebildete Winkel nach innen gerichtet und der von der senkrechten Richtung auf der gemittelten Kontaktfläche des oberen Anschlagelementes nach außen gerichtet. Auf diese Weise können in Fahrsituationen auftretende, seitliche Querkräfte besonders effektiv übertragen werden.
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Wenn der von der senkrechten Richtung auf der gemittelten Kontaktfläche des oberen Anschlagelements mit der Vertikalen gebildete Winkel im Wesentlichen betragsmäßig dem Winkel entspricht, der von der senkrechten Richtung auf der gemittelten Kontaktfläche des unteren Anschlagelementes mit der Vertikalen gebildet ist, können das obere Anschlagelement und das untere Anschlagelement in vorbestimmten Federungssituationen in besonders großflächiger Weise in gegenseitige Anlage gelangen. Die seitlichen Querkräfte können dann mit besonders geringer Flächenpressung und daher besonders materialschonend und verschleißarm übertragen werden.
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Unter „im Wesentlichen“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere eine maximale Differenz der Beträge der betreffenden Winkel von weniger als 20°, bevorzugt von weniger als 15° und, besonders bevorzugt, von weniger als 10° verstanden werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen weist zumindest eines der zwei separaten Anschlagelemente zumindest in einem Bereich der einander zugewandten Kontaktflächen ein gummi-elastisches Material auf. Gummi-elastische Materialien weisen von Natur aus eine nichtlineare Federkennlinie auf, so dass die Anschlagpuffer-Einheit in Fahrsituationen, in denen die Anschlagelemente in gegenseitiger Anlage sind, zu einer gewünschten nichtlinearen, progressiven Federung beitragen.
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Bevorzugt ist die Anschlagpuffer-Einheit zumindest in seitlicher Richtung nach innen von der Kopplungsvorrichtung beabstandet angeordnet. Dadurch kann eine kompakte Anordnung von Anschlagpuffer-Einheit und Kopplungsvorrichtung mit einer geringen erforderlichen Einbauraumhöhe erreicht werden.
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Wenn die Kontaktfläche des oberen Anschlagelementes und die Kontaktfläche des unteren Anschlagelementes eine Reibungspaarung mit einem Haftreibungskoeffizienten von mindestens 0,8 bilden, kann eine Gleitbewegung zwischen den Kontaktflächen weitgehend verhindert und auftretende seitliche Querkräfte besonders effektiv übertragen werden. Bevorzugt beträgt der Haftreibungskoeffizienten mindestens 1,0 und, besonders bevorzugt, mindestens 1,2.
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In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Kontaktfläche des oberen Anschlagelementes und die Kontaktfläche des unteren Anschlagelementes zueinander korrespondierende Formschlusselemente auf. Auf diese Weise kann eine Gleitbewegung zwischen den Kontaktflächen in Fahrsituationen, in denen seitliche Querkräfte zwischen den Anschlagelementen auftreten, weitgehend verhindert und die seitlichen Querkräfte zuverlässig übertragen werden.
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Bevorzugt sind die zueinander korrespondierenden Formschlusselemente in Form aufeinander abgestimmter Treppenläufe ausgebildet, deren Trittstufen in zumindest einem Betriebszustand der Längsblattfedervorrichtung horizontal ausgerichtet sind, wobei Vorderkanten der Trittstufen quer zur Achse verlaufen. Auf diese Weise können die Anschlagelemente in Federungssituationen, bei denen das obere Anschlagelement und das untere Anschlagelement in gegenseitige Anlage gelangen, miteinander verzahnen und eine besonders zuverlässige Formschlussverbindung zur Vermeidung einer Gleitbewegung zwischen den Kontaktflächen bilden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das mit zumindest einem Paar mit einer Achse des Kraftfahrzeugs gekoppelten, erfindungsgemäßen Längsblattfedervorrichtungen ausgestattet ist. Dabei sind die oberen Anschlagelemente mit einem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs und die unteren Anschlagelemente mit der Achse verbunden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer an eine Achse eines Kraftfahrzeugs gekoppelten Längsblattfedervorrichtung in einer Seitenansicht, und
- 2 eine schematische, in einer Ebene quer zur Achse des Kraftwagens geschnittene Rückansicht der Längsblattfedervorrichtung gemäß der 1.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer an der linken Seite einer Achse 74 eines Kraftfahrzeugs gekoppelten Längsblattfedervorrichtung 10 in einer Seitenansicht. Die Längsblattfedervorrichtung 10 dient zur Federung einer Karosserie des Kraftfahrzeugs, das als Lastkraftwagen oder Transporter ausgebildet ist. Die Achse 74 ist von einer starren Hinterachse des Kraftfahrzeugs gebildet. Eine spiegelbildlich aufgebaute Längsblattfedervorrichtung ist symmetrisch auf der rechten Seite der Achse 74 des Kraftfahrzeugs vorgesehen (nicht dargestellt).
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Die Längsblattfedervorrichtung 10 beinhaltet eine länglich ausgebildete Blattfedereinheit 11 mit einem Blattfederelement 12, das zu einem überwiegenden Anteil von mehr als 95 Vol.% aus einem Kompositwerkstoff, nämlich aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, besteht. Der Faser-Kunststoff-Verbund ist als kohlenstofffaserverstärktes Epoxidharz (CFK) ausgeführt. Das länglich ausgebildete Blattfederelement 12 liegt in dem in der 1 dargestellten Einbauzustand in einer Ebene (XZ-Ebene), die senkrecht zur Achse 74 des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und mit der Zeichenebene übereinstimmt. Eine Erstreckungsrichtung des Blattfederelementes 12 ist dabei im Wesentlichen parallel zu einer (Vorwärts-) Fahrtrichtung 76 des Kraftfahrzeugs angeordnet, die in der 1 von rechts nach links verläuft (-X-Richtung). Das Blattfederelement 12 weist einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf, der entlang der Erstreckungsrichtung variiert, um eine vorbestimmte Federkennlinie des Blattfederelementes 12 zu erzielen.
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Die Längsblattfedervorrichtung 10 weist ferner eine Kopplungsvorrichtung 14 zur mechanischen Kopplung des Blattfederelementes 12 an die Achse 74 des Kraftfahrzeugs auf. Die Kopplungsvorrichtung 14 weist ein Paar von U-Schraubbügeln 16 aus Stahl auf, die in der (Vorwärts-) Fahrtrichtung 76 beabstandet und mit dem U-förmigen Teil nach oben ausgerichtet angeordnet sind und das Blattfederelement 12 in seinem mittleren Bereich umfassen. Zwischen dem Blattfederelement 12 und dem U-förmigen Teil der U-Schraubbügel 16 ist ein oberes Übergangselement 18 der Kopplungsvorrichtung 14 zur Anpassung an das Blattfederelement 12 und zwischen dem Blattfederelement 12 und dem offenen Teil der U-Form der Schraubbügel 16 ist ein unteres Übergangselement 20 der Kopplungsvorrichtung 14 zur Anpassung an die Achse 74 angeordnet. Das obere Übergangselement 18 und das untere Übergangselement 20 bestehen aus Stahl. Die U-Schraubbügel 16 durchdringen Durchgangsbohrungen in dem unteren Übergangselement 20 und sind durch Schraubenmuttern gesichert.
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Des Weiteren beinhaltet die Kopplungsvorrichtung 14 ein als Elastomer-Formteil ausgebildetes Akustiktrennelement 22, das an dem Blattfederelement 12 zugewandte, innere Oberflächen des oberen Übergangselementes 18 bzw. des unteren Übergangselementes 20 und an äußere Konturen des Blattfederelementes 12 im Bereich der Kopplungsvorrichtung 14 angepasst ist. Das Akustiktrennelement 22 dient während des Betriebs der Längsblattfedervorrichtung 10 zur akustischen Entkopplung des Blattfederelementes 12 von der Kopplungsvorrichtung 14. In der vorliegenden Ausgestaltungsform ist das Akustiktrennelement 22 als ein einzelnes Elastomer-Formteil ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen kann das Akustiktrennelement auch von zwei separaten Elastomer-Formteilen gebildet sein, die zwischen dem oberen Übergangselement 18 und dem Blattfederelement 12 und/oder zwischen dem unteren Übergangselement 20 und dem Blattfederelement 12 angeordnet sind.
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Das Kraftfahrzeug ist mit einem Haltebügel 24 ausgestattet, der an einer oberhalb des hinteren Endes des Blattfederelementes 12 angeordneten Position mit dem Fahrgestell (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs, das beispielsweise als Leiterrahmen ausgebildet ist, verbunden ist und sich nach unten erstreckt. Der Haltebügel 24 ist mit in vertikaler Richtung (Z-Richtung) beabstandeten, zylindrischen Gleitlagerbuchsen 26, 30 aus Metall ausgestattet. Durch die obere Gleitlagerbuchse 26 ist ein Zylinderbolzen aus Metall geführt, der mit dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs fest verbunden ist, so dass der Haltebügel 24 um eine obere Querachse 28 relativ zum Fahrgestell schwenkbar ist.
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Ein in Fahrtrichtung 76 gesehen hinteres Ende des Blattfederelementes 12 ist als Auge ausgebildet. Ein zylindrischer Metallbolzen ist durch das Auge hindurchgeführt. Beide Enden des Metallbolzens sind durch zwei in gleicher Höhe im Haltebügel 24 angeordnete untere Gleitlagerbuchsen 30 aus Metall hindurchgeführt, so dass das hintere Ende des Blattfederelementes 12 um eine untere Querachse 32 relativ zum Haltebügel 24 schwenkbar ist. Eine Füllung aus Gummi (nicht dargestellt) zwischen den Gleitlagerbuchsen 26, 30 und den zylindrischen Metallbolzen ist zur Verminderung einer Geräuschentwicklung während des Betriebs der Längsblattfedervorrichtung 10 vorgesehen.
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Ein vorderes Ende des Blattfederelementes 12 ist als kreisrundes Auge ausgebildet, das einen äußeren metallischen Hohlzylinder 36 einer vorderen Gleitlagerbuchse 34 vollständig umschließt. Ein innerer metallischer Hohlzylinder 40 der vorderen Gleitlagerbuchse 34 ist fest mit dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs verbunden. Zwischen dem äußeren Hohlzylinder 36 und dem inneren Hohlzylinder 40 der vorderen Gleitlagerbuchse 34 ist eine Gummifüllung 38 vorgesehen, so dass das vordere Ende des Blattfederelementes 12 nahezu geräuschlos um die vordere Querachse 42 relativ zum Fahrgestell schwenkbar ist.
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2 zeigt eine schematische, in einer Ebene quer zur Achse 74 des Kraftwagens geschnittene Rückansicht der an der linken Seite der Achse 74 angeordneten Längsblattfedervorrichtung 10 gemäß der 1, also in einer Y-Z-Ebene.
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Wie aus der 2 ersichtlich weist die Längsblattfedervorrichtung 10 eine Anschlagpuffer-Einheit 44 mit zwei separaten, elastischen Anschlagelementen 46, 58 auf. Die Anschlagpuffer-Einheit 44 ist in seitlicher (+Y-) Richtung nach innen von der Kopplungsvorrichtung 14 beabstandet angeordnet. Die Anschlagelemente 46, 58 sind vertikal übereinander angeordnet und überdecken sich in vertikaler Richtung nur teilweise. Ein oberes Anschlagelement 46 der beiden Anschlagelemente 46, 58 ist mit dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) fest verbunden. Ein unteres Anschlagelement 58 der beiden Anschlagelemente 46, 58 ist mit der Achse 74 fest verbunden.
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In dieser speziellen Ausführungsform ist das obere Anschlagelement 46 im Wesentlichen in Form eines schiefen Kegelstumpfes ausgebildet, und das untere Anschlagelement 58 weist im Wesentlichen die Form eines schräg angeschnittenen Kreiszylinders auf. In weiteren Ausführungsformen sind auch andere, dem Fachmann sinnvoll erscheinende Formen möglich.
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Das obere Anschlagelement 46 weist eine nach unten gerichtete Kontaktfläche 48 auf. Das untere Anschlagelement 58 weist eine nach oben gerichtete Kontaktfläche 60 auf, die in ihrer Größe eine Größe der Kontaktfläche 48 des oberen Anschlagelementes 46 um mehr als 60% übertrifft. Die Kontaktfläche 48 des oberen Anschlagelementes 46 und die Kontaktfläche 60 des unteren Anschlagelementes 58 weisen jeweils eine Vielzahl von zueinander korrespondierenden Formschlusselementen 50, 62 auf.
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Die zueinander korrespondierenden Formschlusselemente 50, 62 der Kontaktflächen 48, 60 sind in der Form aufeinander abgestimmter Treppenläufe ausgebildet, deren Trittstufen in einem nur mit der Karosserielast belasteten Zustand der Längsblattfedervorrichtung 10, der in der 2 dargestellt ist, horizontal ausgerichtet sind, wobei Vorderkanten der Trittstufen quer zur Achse 74 verlaufen.
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In dem in der 2 dargestellten Zustand der Längsblattfedervorrichtung 10 bilden die Anschlagelemente 46, 58 zwischen den Kontaktflächen 48, 60 einen vertikalen Zwischenraum von vorbestimmter Größe aus. Die Größe des vertikalen Zwischenraums kann beispielsweise zwischen 10 und 20 mm betragen.
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Der nach unten gerichteten Kontaktfläche 48 des oberen Anschlagelementes 46 kann nach der bekannten Methode der kleinsten Quadrate eine ebene, virtuelle Ausgleichsfläche zugeordnet werden, die im Folgenden als gemittelte Kontaktfläche 52 bezeichnet wird. Auf die gleiche Weise kann der nach oben gerichteten Kontaktfläche 60 des unteren Anschlagelementes 58 eine gemittelte Kontaktfläche 64 zugeordnet werden.
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Ferner können den gemittelten Kontaktflächen 52, 64 der Anschlagelemente 46, 58 senkrechte Richtungen 54, 66 zugeordnet werden, die von einem Mittelpunkt der jeweiligen gemittelten Kontaktfläche 52, 64 ausgehend auf dieser senkrecht angeordnet sind.
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Wie aus der 2 ersichtlich bildet die senkrechte Richtung 54 auf der gemittelten Kontaktfläche 52 des oberen Anschlagelementes 46 mit der Vertikalen einen von Null verschiedenen Winkel 56 zwischen 10° und 40°, bevorzugt von 22° aus, der von der Vertikalen aus nach außen gerichtet ist. Des Weiteren bildet die senkrechte Richtung 66 auf der gemittelten Kontaktfläche 64 des unteren Anschlagelementes 58 mit der Vertikalen ebenfalls einen von Null verschiedenen Winkel 68 zwischen 10° und 40°, bevorzugt auch von 22° aus, der von der Vertikalen aus nach innen gerichtet ist.
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Somit entspricht der von der senkrechten Richtung 54 auf der gemittelten Kontaktfläche 52 des oberen Anschlagelementes 46 mit der Vertikalen gebildete Winkel 56 betragsmäßig genau dem Winkel 68, der von der senkrechten Richtung 66 auf der gemittelten Kontaktfläche 64 des unteren Anschlagelementes 58 mit der Vertikalen gebildet ist.
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Beim Durchfahren einer Rechtskurve mit dem Kraftfahrzeug erfolgt ein linksseitiges Einfedern, bei dem sich das obere Anschlagelement 46 und das untere Anschlagelement 58 einander annähern und sich der vertikale Zwischenraum vorbestimmter Größe, der zuvor in dem nur mit der Karosserielast belasteten Zustand der Längsblattfedervorrichtung 10 bestanden hatte, verringert.
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Wenn eine Querbeschleunigung beim Durchfahren der Rechtskurve mit dem Kraftfahrzeug einen vorbestimmten Wert überschreitet, dann gelangen die Kontaktfläche 48 des oberen Anschlagelementes 46 und die Kontaktfläche 60 des unteren Anschlagelementes 58 in gegenseitige Anlage. Dabei bilden die zueinander korrespondierenden Formschlusselemente 50 der Kontaktfläche 48 des oberen Anschlagelementes 46 und die Formschlusselemente 62 der Kontaktfläche 60 des unteren Anschlagelementes 58 eine Vielzahl von Formschlussverbindungen.
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Die beiden Anschlagelemente 46, 58 bestehen vollständig aus Synthesekautschuk, bevorzugt aus Chlorbutadien-Kautschuk, und weisen somit insbesondere im Bereich der einander zugewandten Kontaktflächen 48, 60 ein gummi-elastisches Material auf. Die Kontaktfläche 48 des oberen Anschlagelementes 46 und die Kontaktfläche 60 des unteren Anschlagelementes 58 bilden eine Reibungspaarung mit einem Haftreibungskoeffizienten, der größer als 0,8 und in dieser speziellen Ausführungsform größer als 1,5 ist.
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Durch die gegenseitige Anlage der Kontaktflächen 48, 60 des oberen Anschlagelementes 46 und des unteren Anschlagelementes 58 und durch die gleichen Winkel 56, 68 von 22° zwischen den gemittelten Kontaktflächen 52, 64 und der Vertikalen wird in der beschriebenen Fahrsituation neben einer vertikalen Kraftkomponente 70 auch eine seitlich wirkende Querkraft 72 übertragen. Durch diese neu geschaffene Möglichkeit der Übertragung einer seitlich wirkenden Querkraft 72 ist die Querstabilität des Kraftfahrzeugs deutlich erhöht.
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Beim Durchfahren einer Linkskurve mit dem Kraftfahrzeug erfolgt ein rechtsseitiges Einfedern, und das Verhalten der auf der rechten Seite der Achse 74 des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Längsblattfedervorrichtung entspricht spiegelbildlich der obigen Beschreibung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Längsblattfedervorrichtung
- 11
- Blattfedereinheit
- 12
- Blattfederelement
- 14
- Kopplungsvorrichtung
- 16
- U-Schraubbügel
- 18
- oberes Übergangselement
- 20
- unteres Übergangselement
- 22
- Akustiktrennelement
- 24
- Haltebügel
- 26
- obere Gleitlagerbuchse
- 28
- obere Querachse
- 30
- untere Gleitlagerbuchsen
- 32
- untere Querachse
- 34
- vordere Gleitlagerbuchse
- 36
- äußerer Hohlzylinder
- 38
- Gummifüllung
- 40
- innerer Hohlzylinder
- 42
- vordere Querachse
- 44
- Anschlagpuffer-Einheit
- 46
- oberes Anschlagelement
- 48
- Kontaktfläche
- 50
- Formschlusselement
- 52
- gemittelte Kontaktfläche
- 54
- senkrechte Richtung
- 56
- Winkel
- 58
- unteres Anschlagelement
- 60
- Kontaktfläche
- 62
- Formschlusselement
- 64
- gemittelte Kontaktfläche
- 66
- senkrechte Richtung
- 68
- Winkel
- 70
- vertikale Kraftkomponente
- 72
- Querkraft
- 74
- Achse
- 76
- (Vorwärts-) Fahrtrichtung
