DE102018213418B3 - Assembly for a wheel suspension of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe (1) für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs, aufweisend wenigstens eine Bandfeder (2) aus einem Faserverbundmaterial zum Abfedern einer gefederten Masse (3) des Fahrzeugs gegenüber einer ungefederten Masse des Fahrzeugs, wobei die Bandfeder (2) als Wellenzug mit seitlich angeordneten, gekrümmt ausgebildeten Umkehrabschnitten (4) und gerade ausgebildeten Zwischenabschnitten (5) ausbildet ist und um ihre Längsmittelachse (7) mäandriert, die einer Richtung einer Krafteinleitung in die Bandfeder (2) entspricht. Um eine gewichtsreduzierte Federung mit progressiver Federkennlinie für die Radaufhängung bereitzustellen, weist die Baugruppe (1) wenigstens ein die Bandfeder (2) zumindest seitlich in einem Abstand umschließendes Federgehäuse (8) auf, das derart ausgebildet und seitlich beabstandet zu der Bandfeder (2) angeordnet ist, dass sich die Umkehrabschnitte (4) der Bandfeder (2) ab Erreichen eines vorgegebenen Stauchungsgrads der Bandfeder (2) entlang ihrer Längsmittelachse (7) innen an dem Federgehäuse (8) abstützen.The invention relates to an assembly (1) for a suspension of a vehicle, comprising at least one band spring (2) made of a fiber composite material for cushioning a sprung mass (3) of the vehicle against an unsprung mass of the vehicle, wherein the band spring (2) as a wave train with arranged laterally arranged, curved Umkehrabschnitten (4) and straight intermediate portions (5) is formed and meandered about its longitudinal central axis (7), which corresponds to a direction of a force in the band spring (2). In order to provide a weight-reduced suspension with progressive spring characteristic for the suspension, the assembly (1) at least one band spring (2) at least laterally at a distance enclosing spring housing (8) formed and arranged laterally spaced from the band spring (2) is that the reversing portions (4) of the band spring (2) from reaching a predetermined degree of compression of the band spring (2) along its longitudinal central axis (7) are internally supported on the spring housing (8).
Description
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs, aufweisend wenigstens eine Bandfeder aus einem Faserverbundmaterial zum Abfedern einer gefederten Masse des Fahrzeugs gegenüber einer ungefederten Masse des Fahrzeugs, wobei die Bandfeder als Wellenzug mit seitlich angeordneten, gekrümmt ausgebildeten Umkehrabschnitten und gerade ausgebildeten Zwischenabschnitten ausbildet ist und um ihre Längsmittelachse mäandriert, die einer Richtung einer Krafteinleitung in die Bandfeder entspricht.The invention relates to an assembly for a suspension of a vehicle, comprising at least one band spring made of a fiber composite material for cushioning a sprung mass of the vehicle against an unsprung mass of the vehicle, wherein the band spring is formed as a wave train with laterally arranged, curved reversal sections and straight formed intermediate sections and meandering around its longitudinal central axis, which corresponds to a direction of a force introduction into the band spring.
Federelemente von Radaufhängungen von Fahrzeugen werden zur Verringerung eines Fahrzeuggewichts häufig aus einem Faserverbundmaterial hergestellt. Neben einem kompakten und baugruppeneffizienten Design ist es notwendig, dass die Federelemente auch alle funktionalen Anforderungen erfüllen. Für viele Anwendungen muss herkömmlich ein Kompromiss zwischen einer optimalen progressiven Charakteristik eines Federelements und einer optimalen Federwegcharakteristik gefunden werden.Spring elements of vehicle wheel suspensions are often made from a fiber composite material to reduce vehicle weight. In addition to a compact and module-efficient design, it is necessary that the spring elements also meet all functional requirements. For many applications, a compromise between an optimal progressive characteristic of a spring element and an optimal suspension travel characteristic has traditionally to be found.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gewichtsreduzierte Federung mit progressiver Federkennlinie für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs bereitzustellen.The invention has for its object to provide a weight-reduced suspension with progressive spring characteristic for a suspension of a vehicle.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die wenigstens ein die Bandfeder zumindest seitlich in einem Abstand umschließendes Federgehäuse aufweist, das derart ausgebildet und seitlich beabstandet zu der Bandfeder angeordnet ist, dass sich die Umkehrabschnitte der Bandfeder ab Erreichen eines vorgegebenen Stauchungsgrads der Bandfeder entlang ihrer Längsmittelachse innen an dem Federgehäuse abstützen.According to the invention the object is achieved by an assembly having the features of
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 der Figur zusätzlich.It should be noted that the features listed in the following description and measures can be combined in any technically meaningful way with each other and further embodiments of the invention show. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figure.
Durch die Herstellung der Bandfeder aus dem Faserverbundmaterial weist die Baugruppe ein relativ geringes Gewicht auf. Zudem weist die Baugruppe eine progressive Federkennlinie auf, da während eines Einfedervorgangs bis zu Erreichen des vorgegebenen Stauchungsgrads der Bandfeder entlang ihrer Längsmittelachse zunächst allein die Federcharakteristik der freien Bandfeder die Federkraft bestimmt und ab Erreichen des vorgegebenen Stauchungsgrads der Bandfeder bzw. ab dem Abstützen der Umkehrabschnitte der Bandfeder innen an dem Federgehäuse die Stauchung der Bandfeder nur unter einem deutlich erhöhten Kraftaufwand möglich ist, was die Federkraft der Baugruppe erhöht. Während eines Ausfedervorgangs kann die Baugruppe eine lineare Federkennlinie aufweisen.By producing the band spring of the fiber composite material, the assembly has a relatively low weight. In addition, the assembly has a progressive spring characteristic, since during a compression process up to reaching the predetermined degree of compression of the band spring along its longitudinal central axis initially only the spring characteristic of the free band spring determines the spring force and from reaching the predetermined degree of compression of the band spring or from supporting the reversal of Band spring inside the spring housing the compression of the band spring only under a significantly increased effort is possible, which increases the spring force of the assembly. During a Ausfedervorgangs the assembly may have a linear spring characteristic.
Das Federgehäuse kann die Bandfeder bezüglich der Längsmittelachse der Bandfeder ausschließlich seitlich oder zusätzlich auch auf einer der gefederten Masse abgewandten Seite und/oder auf einer der gefederten Masse zugewandten Seite umschließen. Ein die Bandfeder seitlich umschließender Mantel des Federgehäuses ist bei nicht gestauchter Bandfeder in einem bezüglich der Längsmittelachse der Bandfeder gegebenen maximalen radialen Abstand zu der Bandfeder angeordnet. Dieser Abstand zwischen Federgehäusemantel und Bandfeder wird bis zum Erreichen des vorgegebenen Stauchungsgrads der Bandfeder kontinuierlich bei einer Stauchung der Bandfeder reduziert. Das Federgehäuse kann teilweise oder vollständig aus einem Metall, insbesondere Leichtmetall, einer Metalllegierung, insbesondere Leichtmetalllegierung, oder einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein.The spring housing can surround the band spring with respect to the longitudinal center axis of the band spring exclusively laterally or additionally also on a side facing away from the sprung mass and / or on a side facing the sprung mass. A band spring laterally enclosing the jacket of the spring housing is arranged in non-compressed band spring in a given with respect to the longitudinal center axis of the band spring maximum radial distance from the band spring. This distance between the spring housing jacket and the band spring is continuously reduced until reaching the predetermined degree of compression of the band spring at a compression of the band spring. The spring housing may be partially or completely made of a metal, in particular light metal, a metal alloy, in particular light metal alloy, or a fiber composite material.
Vorzugsweise ist jeder Umkehrabschnitt der Bandfeder mit zwei Zwischenabschnitten verbunden. Die Bandfeder kann zwei oder mehrere Umkehrabschnitte, insbesondere eine geradzahlige Anzahl an Umkehrabschnitten, aufweisen.Preferably, each return portion of the band spring is connected to two intermediate sections. The band spring may have two or more reversing sections, in particular an even number of reversing sections.
Die Radaufhängung kann beispielsweise eine Einzelradaufhängung oder eine Achsaufhängung sein. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug sein. Die gefederte Masse des Fahrzeugs weist insbesondere den Fahrzeugaufbau auf. Die ungefederte Masse des Fahrzeugs weist bei einer Einzelradaufhängung ein Fahrzeugrad, einen Radträger und damit verbundene Lenker auf.The suspension may for example be an independent or axle suspension. The vehicle may be, for example, a passenger car or a commercial vehicle. The sprung mass of the vehicle has in particular the vehicle body. The unsprung mass of the vehicle has a vehicle wheel, a wheel carrier and associated handlebars in an independent suspension.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einer Innenmantelfläche des Federgehäuses für jeden Umkehrabschnitt ein Isolierelement angeordnet, über das der jeweilige Umkehrabschnitt ab Erreichen des vorgegebenen Stauchungsgrads der Bandfeder innen an dem Federgehäuse abstützbar ist. Das Isolierelement kann elastisch bzw. federnd ausgebildet sein und schützt die Bandfeder vor einem direkten körperlichen Kontakt mit dem Federgehäuse, der die Bandfeder durch Materialabtrag beschädigen und auf Dauer zerstören könnte. Das Isolierelement kann beispielsweise eine der Bandfeder zugewandte, reibungsreduzierte Oberfläche aufweisen.According to an advantageous embodiment, an insulating element is arranged on an inner lateral surface of the spring housing for each reversing section, via which the respective reversing section from the reaching of the predetermined degree of compression of the band spring inside of the spring housing can be supported. The insulating member may be elastic or resilient and protects the band spring from direct physical contact with the spring housing, which could damage the strip spring by material removal and permanently destroy it. The insulating element may for example have a band spring facing, reduced friction surface.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Federgehäuse ein mit der gefederten Masse verbindbares, topfförmig ausgebildetes oberes Gehäuseteil und ein radial innen längsverschiebbar an dem oberen Gehäuseteil geführtes, mit einem dem oberen Gehäuseteil abgewandten Ende der Bandfeder verbundenes, topfförmig ausgebildetes unteres Gehäuseteil aufweist, wobei Böden der Gehäuseteile an einander abgewandten Enden der Gehäuseteile angeordnet sind und wobei sich die Umkehrabschnitte der Bandfeder ab Erreichen des vorgegebenen Stauchungsgrads der Bandfeder innen an dem unteren Gehäuseteil abstützen. Das untere Gehäuseteil wird bei Federbewegungen der Bandfeder mitbewegt, wodurch eine Reibung der Umkehrabschnitte an dem Federgehäuse bzw. den radial innen daran angeordneten Isolierelementen stark bis vollständig reduziert werden kann. Hierdurch wird die Baugruppe deutlich dauerhaltbarer. Das obere Gehäuseteil kann über seinen Boden an der gefederten Masse des Fahrzeugs festgelegt werden und dient zur axialen Führung des unteren Gehäuseteils. Das Federgehäuse kann wenigstens einen Mechanismus zum Begrenzen der maximalen Bewegbarkeit des unteren Gehäuseteils relativ zu dem oberen Gehäuseteil aufweisen, um das untere Gehäuseteil unverlierbar an dem oberen Gehäuseteil zu sichern. Jedes Gehäuseteil kann einen Boden, eine umlaufend mit dem Boden verbundene Seitenwand und eine durch das dem Boden abgewandte freie Ende der Seitenwand definierte Öffnung aufweisen.A further advantageous embodiment provides that the spring housing having a sprung mass connectable, cup-shaped upper housing part and a radially inside longitudinally slidably guided on the upper housing part, connected to an upper housing part remote from the end of the band spring connected cup-shaped lower housing part, wherein Bottoms of the housing parts are arranged at mutually remote ends of the housing parts and wherein the reversing portions of the band spring from reaching the predetermined degree of compression of the band spring inside supported on the lower housing part. The lower housing part is moved with spring movements of the band spring, whereby a friction of the reversal sections on the spring housing and the radially inner thereto arranged insulating elements can be greatly reduced to complete. This makes the assembly much more durable. The upper housing part can be fixed via its bottom to the sprung mass of the vehicle and serves for the axial guidance of the lower housing part. The spring housing may include at least one mechanism for limiting the maximum movability of the lower housing part relative to the upper housing part to captively secure the lower housing part to the upper housing part. Each housing part may have a bottom, a side wall connected circumferentially to the bottom, and an opening defined by the free end of the side wall facing away from the bottom.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Baugruppe wenigstens einen Schwingungsdämpfer auf, der ein mit der ungefederten Masse verbindbares Dämpferrohr und eine mit einem verschiebbar in dem Dämpferrohr geführten Kolben verbundene, mit der gefederten Masse verbindbare Kolbenstange aufweist, wobei der Boden des unteren Gehäuseteils an einem dem Federgehäuse zugewandten oberen Ende des Dämpferrohrs festgelegt ist, die Kolbenstange durch eine koaxial zu der Längsmittelachse der Bandfeder angeordnete Durchgangsöffnung der Bandfeder hindurchgeführt ist und ein freier Endabschnitt der Kolbenstange an dem Boden des oberen Gehäuseteils festgelegt ist. Hiernach ist die Baugruppe als Feder-/Dämpfereinheit ausgebildet. Das Dämpferrohr stützt sich axial an dem Boden des unteren Gehäuseteils ab. Die Kolbenstange ist vorzugsweise durch eine Durchbrechung an dem Boden des unteren Gehäuseteils, durch die Durchgangsöffnung der Bandfeder, die durch einzelne zueinander fluchtende Durchbrechungen an den Zwischenabschnitten der Bandfeder und eventuell zusätzliche Durchbrechungen an Endschenkeln der Bandfeder gebildet ist, und durch eine Durchbrechung an dem Boden des oberen Gehäuseteils hindurchgeführt und über den Boden des oberen Gehäuseteils mittelbar an der gefederten Masse des Fahrzeugs festgelegt. Der Schwingungsdämpfer kann beispielsweise ein pneumatischer oder hydraulischer Schwingungsdämpfer mit oder ohne einstellbarer Dämpfungskraft sein.According to a further advantageous embodiment, the assembly has at least one vibration damper, which has a connectable to the unsprung mass damper tube and connected to a slidably guided in the damper tube piston connected to the sprung mass piston rod, wherein the bottom of the lower housing part at a the Spring housing facing upper end of the damper tube is fixed, the piston rod is passed through a coaxial with the longitudinal center axis of the band spring through hole of the band spring and a free end portion of the piston rod is fixed to the bottom of the upper housing part. Thereafter, the assembly is designed as a spring / damper unit. The damper tube is supported axially on the bottom of the lower housing part from. The piston rod is preferably formed by an opening at the bottom of the lower housing part, through the passage opening of the band spring, which is formed by individual mutually aligned openings at the intermediate portions of the band spring and possibly additional openings on end legs of the band spring, and through an opening at the bottom of passed through the upper housing part and fixed indirectly over the bottom of the upper housing part of the sprung mass of the vehicle. The vibration damper may be, for example, a pneumatic or hydraulic vibration damper with or without adjustable damping force.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bandfeder über wenigstens ein unteres Isolierelement an dem Boden des unteren Gehäuseteils und/oder über wenigstens ein oberes Isolierelement an dem Boden des oberen Gehäuseteils abgestützt. Hierdurch wird der Kontakt zwischen der Bandfeder und dem unteren Gehäuseteil bzw. oberen Gehäuseteil verbessert, insbesondere um eine Beschädigung der Bandfeder durch Materialabtrag dauerhaft verhindern zu können. Das untere Isolierelement und/oder das obere Isolierelement können bzw. kann elastisch ausgebildet sein. Die Bandfeder kann über das jeweilige Isolierelement um ein bestimmtes Ausmaß akustisch von dem Federgehäuse abgekoppelt werden, um die Übertragung von Schwingungen auf die gefederte Masse des Fahrzeugs zu reduzieren.According to a further advantageous embodiment, the band spring is supported via at least one lower insulating element at the bottom of the lower housing part and / or at least one upper insulating element at the bottom of the upper housing part. As a result, the contact between the band spring and the lower housing part or upper housing part is improved, in particular in order to permanently prevent damage to the band spring by material removal can. The lower insulating member and / or the upper insulating member may be formed elastically. The band spring can be acoustically decoupled from the spring housing via the respective insulating element to a certain extent in order to reduce the transmission of vibrations to the sprung mass of the vehicle.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der freie Endabschnitt der Kolbenstange über das obere Isolierelement gegenüber dem oberen Gehäuseteil isoliert ist. Hierdurch kann das obere Isolierelement auch zur Lagerung der Kolbenstange an dem Boden des oberen Gehäuseteils verwendet werden.A further advantageous embodiment provides that the free end portion of the piston rod is insulated by the upper insulating member relative to the upper housing part. As a result, the upper insulating element can also be used to support the piston rod at the bottom of the upper housing part.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der freie Endabschnitt der Kolbenstange durch das obere Isolierelement hindurchgeführt, wobei ein den freien Endabschnitt umgebender Abschnitt des oberen Isolierelements zwischen zwei auf das freie Ende aufgeschraubten Muttern eingespannt ist, die sich über jeweils einen Beilagring an dem oberen Isolierelement abstützen. Hierdurch wird ein Lager zur Lagerung des freien Endes der Kolbenstange an dem Boden des oberen Gehäuseteils geschaffen. Zudem wird die Kolbenstange hierdurch um ein bestimmtes Ausmaß akustisch von dem oberen Gehäuseteil abgekoppelt, was die Übertragung von Schwingungen auf die gefederte Masse des Fahrzeugs reduziert.According to a further advantageous embodiment, the free end portion of the piston rod is passed through the upper insulating member, wherein a portion surrounding the free end portion of the upper insulating member is clamped between two nuts screwed onto the free end, which are supported in each case via a shim on the upper insulating. As a result, a bearing for supporting the free end of the piston rod is provided at the bottom of the upper housing part. In addition, the piston rod is thereby acoustically decoupled from the upper housing part to a certain extent, which reduces the transmission of vibrations to the sprung mass of the vehicle.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt:
-
1 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Baugruppe.
-
1 a schematic partial sectional view of an embodiment of an assembly according to the invention.
Die Baugruppe
Des Weiteren weist die Baugruppe
Das Federgehäuse
Zudem weist die Baugruppe
Die Bandfeder
Der freie Endabschnitt der Kolbenstange
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Baugruppemodule
- 22
- Bandfederband spring
- 33
- gefederte Massesprung mass
- 44
-
Umkehrabschnitt von
2 Reverse section of2 - 55
-
Zwischenabschnitt von
2 Intermediate section of2 - 66
-
Endschenkel von
2 End legs of2 - 77
-
Längsmittelachse von
2 Longitudinal central axis of2 - 88th
- Federgehäusespring housing
- 99
-
Innenmantelfläche von
8 Inner lateral surface of8th - 1010
- Isolierelementinsulating
- 1111
- oberes GehäuseteilUpper housing part
- 1212
-
Boden von
11 Ground of11 - 1313
-
Seitenwand von
11 Sidewall of11 - 1414
- unteres Gehäuseteillower housing part
- 1515
-
Boden von
14 Ground of14 - 1616
-
Seitenwand von
14 Sidewall of14 - 1717
- Schwingungsdämpfervibration
- 1818
- Dämpferrohrdamper tube
- 1919
- Kolbenstangepiston rod
- 2020
-
Durchbrechung an
15 Breakthrough on15 - 2121
-
Durchgangsöffnung von
2 Passage opening of2 - 21a21a
-
Durchbrechung an
5 Breakthrough on5 - 21b21b
-
Durchbrechung an
6 Breakthrough on6 - 2222
-
Durchbrechung an
12 Breakthrough on12 - 2323
-
Gleitlager in
20 Plain bearing in20 - 2424
- unteres Isolierelementlower insulating element
- 2525
- oberes Isolierelementupper insulating element
- 2626
-
verdickter Abschnitt von
25 thickened section of25 - 2727
- Muttermother
- 2828
- Beilagringshim ring
- 2929
-
scheibenförmiger Abschnitt von
25 disc-shaped section of25
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