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Die Erfindung betrifft eine Federbeinstützlageranordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Führungsring zur zumindest mittelbaren Aufnahme einer stirnseitig an einer Unterseite des Führungsrings zur Anlage kommenden Tragfeder, sowie ein den Führungsring an einer Oberseite abdeckenden Kappenring zur Befestigung der Federbeinstützlageranordnung an einer Karosserie des Kraftfahrzeuges. Räumlich zwischen dem Führungsring und dem Kappenring ist ein Lagerelement angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Federbein, umfassend eine solche Federbeinstützlageranordnung.
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Ein Federende bzw. die letzte Federwindung einer Tragfeder weist herstellungsbedingt eine Hohllage auf. Eine Hohllage ist ein Bereich zwischen der letzten Federwindung der Tragfeder und einem Führungsring, an dem die Tragfeder zumindest mittelbar zur Anlage kommt, in welchem kein Kontakt zwischen der Federwindung und dem Führungsring vorliegt und somit keine Kräfte übertragen werden. Anders gesagt liegt die Tragfeder nicht gleichmäßig am Führungsring an, wobei folglich die Verteilung der Stützkräfte am Umfang des Führungsrings ungleichmäßig ist und Spannungsspitzen auftreten. Dies führt zu Verformungen des Führungsrings sowie der weiteren Lagerkomponenten, wodurch die Lebensdauer der Federbeinstützlageranordnung beeinträchtigt wird. Außerdem ist eine Abdichtung der verformten Bauteile und insbesondere des Lagers der Federbeinstützlageranordnung vergleichsweise aufwendig.
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Aus der
DE 10 2010 25 372 A1 geht ein Federbeingleitlager mit einer topfförmig geformten Kappe hervor, die einen um eine Mittelachse des Federbeingleitlagers umlaufenden Rand ausgebildet hat. Um die Mittelachse des Federbeingleitlagers ist ein Element angeordnet, das eine elastische Dichtlippe aufweist, die mit dem umlaufenden Rand der Kappe schleifend zusammenwirkt. Das Element dient als Federauflage, deren Material eine Armierung umschließt und zusammen mit der Dichtlippe ein einstückiges Bauteil bildet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Federbeinstützlageranordnung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Lebensdauer verbessert wird.
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Eine erfindungsgemäße Federbeinstützlageranordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Führungsring zur zumindest mittelbaren Aufnahme einer stirnseitig an einer Unterseite des Führungsrings zur Anlage kommenden Tragfeder, sowie ein den Führungsring an einer Oberseite abdeckenden Kappenring zur Befestigung der Federbeinstützlageranordnung an einer Karosserie des Kraftfahrzeuges, wobei räumlich zwischen dem Führungsring und dem Kappenring ein Lagerelement angeordnet ist, wobei an der Unterseite des Führungsrings eine Federauflage zur Aufnahme der Tragfeder angeordnet ist, bestehend aus einer ersten Komponente zur Homogenisierung eines Kräfteverlaufs und einer verschleißfesten zweiten Komponente, wobei die erste Komponente zumindest teilweise zwischen der zweiten Komponente und dem Führungsring angeordnet ist. Durch die unterschiedlichen Komponenten der Federauflage wird eine gleichmäßige Lastverteilung bzw. Lastweiterleitung von der Tragfeder in den Führungsring realisiert. Mit anderen Worten erfolgt mittels der genannten Komponenten bzw. der Federauflage eine Federkraftkompensation durch die Federauflage.
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Die Federauflage ist vorzugsweise im Führungsring integriert oder fest damit verbunden, wobei die Federauflage somit als Mehrkomponentenbauteil, bestehend aus dem Führungsring sowie der ersten und zweiten Komponente, ausgebildet ist. Unter einem Mehrkomponentenbauteil ist ein Bauteil, bestehend aus mindestens zwei oder mehr Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu verstehen.
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Die Federauflage ist vorzugsweise mittels Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren oder mittels Vulkanisation oder mittels additiver Fertigung, z.B. 3D-Druck hergestellt. Anders gesagt werden die beiden Komponenten untereinander sowie die erste Komponente mit dem Führungsring durch das jeweilige Herstellungsverfahren einteilig, bevorzugt formschlüssig verbunden. Ferner kann eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten sowie zwischen der ersten Komponente und dem Führungsring ausgebildet werden. Alternativ ist denkbar, die erste Komponente lösbar zur zweiten Komponente auszubilden, um eine Instandhaltung der Federbeinstützlageranordnung zu vereinfachen und kostengünstiger zu gestalten.
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Der Kappenring und der Führungsring sind vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einer hohen Steifigkeit zur Gewährleistung einer vergleichsweise hohen Standzeit gefertigt. Demgegenüber ist die erste Komponente aus einem Werkstoff mit besseren elastischen Eigenschaften als der Kappenring, der Führungsring sowie die zweite Komponente ausgebildet. Die erste Komponente der Federauflage ist vorzugsweise eine sogenannte Weichkomponente und dient im Wesentlichen zur Kompensation und gleichmäßigen Verteilung der aus der Tragfeder kommenden Kräfte. Mithin verformt sich die elastische Weichkomponente und stellt dadurch eine größere Auflagefläche für die Tragfeder an der Federauflage her, sodass die Kräfte gleichmäßig in den Führungsring geleitet werden. Die zweite Komponente besteht aus einem im Vergleich zur ersten Komponente härteren und insbesondere verschleißfesteren Werkstoff, um im Kontaktbereich zwischen der Tragefeder und dem Führungsring den Verschleiß zu reduzieren bzw. zu hemmen.
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Vorzugsweise sind der Führungsring und die zweite Komponente aus einem identischen Material ausgebildet und weisen somit eine höhere Steifigkeit im Vergleich zur ersten Komponente auf. Dies reduziert die Anzahl verschiedener Werkstoffe und wirkt sich somit positiv auf die Herstellungskosten der Federbeinstützlageranordnung aus.
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Bevorzugt weisen der Führungsring, die erste Komponente und/oder die zweite Komponente umlaufend zumindest abschnittsweise eine variierende Stärke auf, um Lastspitzen zu kompensieren. Mit anderen Worten wird die Federauflage sowohl materialtechnisch als auch gestalterisch dem Federverlauf der Tragfeder und/oder der Kraftverteilung im Tragfederkontakt derart angepasst, dass eine möglichst gleichmäßige Belastung des Führungsrings der Federbeinstützlageranordnung über den gesamten Federkontakt und den Umfang der axialen Auflagefläche der Federauflage erfolgt. Folglich werden alle im Kraftfluss hinter dem Führungsring angeordneten Bauteile der Federbeinstützlageranordnung ebenfalls gleichmäßig belastet, wodurch Kraftspitzen reduziert werden und daraus resultierend die Lebensdauer der Federbeinstützlageranordnung verbessert wird.
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In Bereichen der Federauflage, an denen Kraftspitzen auftreten, wird eine Stärke der ersten Komponente lokal vergrößert, sodass die Tragfeder mit der letzten Federwindung durch in diesem Bereich größere Volumen des weicheren bzw. elastischeren Materials der ersten Komponente in Folge einer elastischen Verformung mit einer größeren Fläche an der Federauflage zur Anlage kommt. Mithin erfolgt durch die in Form und Stärke bzw. Stärke aufeinander abgestimmten Komponenten eine gleichmäßige Krafteinleitung in den Führungsring. Durch die optimierte Kraftverteilung reduzieren sich die Verformungen in der Federbeinstützlageranordnung, was sich positiv auf die Lebensdauer sowie die Dichtfunktion zur Abdichtung des Lagerelements auswirkt.
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Die Federauflage erfüllt somit eine Doppelfunktion. Zum einen erzielt sie mittels der ersten Komponente eine Dämpfungswirkung mit damit einhergehender Geräuschentkopplung. Zum anderen wird eine räumliche Verformung der Tragfeder sowie des Führungsrings in Folge einer Belastung der Tragfeder kompensiert. Vorteilhaft ist dabei, dass die Federbeinstützlageranordnung nicht überdimensioniert werden muss und somit Herstellungskosten durch den geringeren Materialaufwand reduziert werden können.
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Ergänzend oder alternativ ist die zweite Komponente segmentiert am Umfang der Federauflage angeordnet. Die zweite Komponente kann insbesondere in den Bereichen der Federauflage angeordnet sein, an denen mit erhöhtem Verschleiß zu rechnen ist. An den Zwischenbereichen, an denen die zweite Komponente nicht vorgesehen ist, können Kraftspitzen abgebaut werden und über die erste Komponente homogenisiert in den Führungsring eingeleitet werden.
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Vorzugsweise ist das Lagerelement als Kugellager ausgebildet, wobei das Kugellager räumlich zwischen Radialschenkeln des Führungsrings und des Kappenrings angeordnet ist. Alternativ ist das Lagerelement als Gleitlager ausgebildet, wobei das Gleitlager insbesondere einen sich axial erstreckenden ersten Abschnitt zur radialen Abstützung des Führungsrings gegenüber dem Kappenring sowie einen sich radial erstreckenden Abschnitt zur axialen Abstützung des Führungsrings gegenüber dem Kappenring umfasst.
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Ein erfindungsgemäßes Federbein ist in einem Kraftfahrzeug angeordnet, wobei das Kraftfahrzeug mehrere Achsen umfasst, an deren Enden jeweils ein Federbein angeordnet ist, das zwischen einer Karosserie und einer Radaufhängung befestigt ist und eine Federbeinstützlageranordnung gemäß der Erfindung aufweist.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von drei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt
- 1a eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federbeinstützlageranordnung,
- 1b eine Detailschnittdarstellung der Federbeinstützlageranordnung gemäß 1a,
- 2a eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federbeinstützlageranordnung,
- 2b eine Detailschnittdarstellung der Federbeinstützlageranordnung gemäß 2a,
- 3 eine schematische Darstellung einer Abwicklung eines Führungsrings sowie einer ersten und zweiten Komponente der erfindungsgemäßen Federbeinstützlageranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine schematische Darstellung der Abwicklung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 5 eine schematische Darstellung der Abwicklung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
- 6a eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federbeinstützlageranordnung, und
- 6b eine Detailschnittdarstellung der Federbeinstützlageranordnung gemäß 6a.
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Gemäß den 1a bis 2b sowie 6a und 6b ist eine erfindungsgemäße Federbeinstützlageranordnung 1 für ein - hier nicht näher gezeigtes und beschriebenes - Federbein eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt, die im Bereich der Radaufhängung des Kraftfahrzeugs zwischen einem - hier ebenfalls nicht gezeigten - Rad und einer Karosserie 7 angeordnet ist. Die Karosserie 7 ist lediglich in 1a dargestellt, wobei die weiteren Ausführungsbeispiele analog dazu ausgeführt sind.
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Die Federbeinstützlageranordnung 1 umfasst einen Führungsring 2 mit einer Federauflage 8, wobei die Federauflage 8 an einer Unterseite 4 des Führungsrings 2 zur Aufnahme einer stirnseitig an der Federauflage 8 zur Anlage kommenden Tragfeder 3 befestigt ist. Mit anderen Worten stützt sich die Tragfeder 3 an einer Außenmantelfläche der Federauflage 8 karosserieseitig an der Unterseite 4 der Federauflage 8 axial ab.
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Ferner umfasst die Federbeinstützlageranordnung 1 ein den Führungsring 2 an einer Oberseite 5 abdeckenden Kappenring 6 zur Befestigung der Federbeinstützlageranordnung 1 an der Karosserie 7 des Kraftfahrzeugs, wobei räumlich zwischen dem Führungsring 2 und dem Kappenring 6 ein Lagerelement angeordnet ist.
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Die Federauflage 8 besteht aus einer ersten Komponente 9a zur Homogenisierung eines Kräfteverlaufs sowie einer verschleißfesten zweiten Komponente 9b, wobei die erste Komponente 9a zumindest teilweise zwischen der zweiten Komponente 9b und dem Führungsring 2 angeordnet ist. Die Federauflage 8 ist vorliegend mittels Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren hergestellt.
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Der Führungsring 2 ist aus einem Werkstoff mit einer hohen Steifigkeit ausgebildet, wobei der Führungsring 2 und die zweite Komponente 9b aus einem identischen Material ausgebildet sind. Die erste Komponente 9a ist demgegenüber aus einem im Vergleich zur zweiten Komponente 9b elastischen bzw. weicheren Material ausgebildet, dass dazu ausgebildet ist, eine größere Anlagefläche der Tragfeder an der Federauflage 8 zu schaffen und somit eine gleichmäßige Krafteinleitung in den Führungsring 2 zu realisieren.
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Nach den 1a und 1b ist das Lagerelement als Kugellager 11 ausgebildet, wobei das Kugellager 11 räumlich zwischen Radialschenkeln 13, 14 des Führungsrings 2 und des Kappenrings 6 angeordnet ist. Die Federauflage 8 ist nach 1b derart ausgebildet, dass die erste Komponente 9a über den gesamten Umfang der Unterseite 4 des Führungsrings 2 mit dem Führungsring 2 verbunden ist. An einer Außenmantelfläche 20 der ersten Komponente 9a ist wiederum die zweite Komponente 9b angeordnet, wobei die zweite Komponente 9b vorliegend die gesamte Außenmantelfläche 20 der ersten Komponente 9a bedeckt.
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Nach den 2a und 2b ist das Lagerelement 10 als Gleitlager 12 ausgebildet, wobei das Gleitlager 12 einen sich axial erstreckenden ersten Abschnitt 12a zur radialen Abstützung des Führungsrings 2 gegenüber dem Kappenring 6 sowie einen sich radial erstreckenden Abschnitt 12b zur axialen Abstützung des Führungsrings 2 gegenüber dem Kappenring 6 umfasst. Die Federauflage 8 ist analog zu den 1a und 1b ausgebildet.
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Die 3 bis 5 zeigen jeweils eine schematische Abwicklung des Führungsrings 2 sowie der ersten und zweiten Komponente 9a, 9b, wobei die Abwicklungen alle im Bezug auf einen identischen, beispielhaften Kräfteverlauf bezogen sind. Der Kräfteverlauf resultiert aus der herstellungsbedingten Ausbildung der Tragfeder 3 im Bereich der an der Federbeinstützlageranordnung 1 zur Anlage kommenden letzten Federwindung der Tragfeder 3.
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Gemäß 3 weist der Führungsring 2 eine variierende Stärke über den Umfang des Führungsrings 2 auf. Die zweite Komponente 9b weist demgegenüber eine konstante Stärke auf. Mithin wird der Zwischenraum zwischen dem Führungsring 2 und der zweiten Komponente 9b von der ersten Komponente 9a ausgefüllt. In einem ersten Bereich 15 greift vorliegend eine hohe Kraft aus der Tragfeder 3 an der Federauflage 8 an, wobei daher die erste Komponente 9a im ersten Bereich 15 stärker bzw. dicker bzw. mit einem größeren Volumen ausgebildet ist. In einem zweiten Bereich 16 ist eine sogenannte Hohllage der Tragfeder 3 ausgebildet, wobei in diesem Bereich 16 nur eine vergleichsweise geringe Kraft in die Federauflage 8 übertragen wird. In einem dritten Bereich 17 kommt die Tragfeder 3 ebenfalls an der Federauflage 8 zur Anlage und überträgt dort eine Kraft auf die Federauflage 8. Ein vierter Bereich 18 weist wiederum eine zum zweiten Bereich 16 ähnlich ausgebildete Form auf, wobei hier ebenfalls nur eine geringe Kraft übertragen wird. Mit anderen Worten ist die erste Komponente 9a im ersten und dritten Bereich 15, 17 in Abhängigkeit der wirkenden Lasten stärker ausgebildet als im den zweiten und vierten Bereich 16, 18. Durch die spezifische Form der aneinander anliegenden Flächen wird insbesondere im ersten und dritten Bereich 15, 17 eine größere Anlagefläche geschaffen, wodurch die Kräfte homogenisiert werden. Mithin erfolgt dadurch eine optimierte Kraftverteilung und damit einhergehend ein Abbau von Spannungsspitzen.
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4 geht in einem alternativen Ausführungsbeispiel von einer gleichen Krafteinwirkung auf die Federauflage 8 aus, wobei im Gegensatz zu 3 hier der Führungsring 2 mit einer konstanten Stärke ausgebildet ist und die zweite Komponente 9b eine sich ändernde bzw. variierende Stärke aufweist. Eine Außenfläche 19 der zweiten Komponente 9b ist dabei eben ausgebildet. Analog zu 3 wird der Zwischenraum zwischen dem Führungsring 2 und der zweiten Komponente 9b von der ersten Komponente 9a ausgefüllt. In diesem Fall wird ebenfalls der Effekt erreicht, dass größere Lasten bzw. Spannungsspitzen im ersten und dritten Bereich 15, 17 durch die darin stärker bzw. mit einem größeren Volumen ausgebildete erste Komponente 9a und die dadurch erzeugte größere Anlagefläche am Führungsring 2 abgebaut bzw. homogenisiert werden, um eine Kraftverteilung zu optimieren.
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Auch 5 erzielt den gleichen Effekt, wobei in diesem Fall der Führungsring 2 und die erste Komponente 9a eine konstante Stärke und die zweite Komponente 9b eine variierende Stärke aufweisen. Vorliegend ist die Außenfläche 19 der zweiten Komponente 9b im Wesentlichen an die Geometrie der Federwindung der Tragfeder 3 angepasst. Anders gesagt ist die Außenfläche 19 uneben ausgebildet, wobei von der ersten Komponente 9a im ersten und dritten Bereich 15, 17 Spannungsspitzen homogenisiert werden und als gleichmäßige Kraft in den Führungsring 2 weitergeleitet werden.
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Da sich die in den 3 bis 5 dargestellten Abwicklungen auf einen lediglich beispielhaften Kräfteverlauf, resultierend aus der ungleichmäßigen Außenform beziehen, ist es selbstverständlich denkbar, dass die aneinander anliegenden Oberflächen des Führungsrings 2 sowie der Komponenten 9a, 9b beliebig ausgebildet bzw. in Form und Stärke aufeinander abgestimmt sein können, um der spezifischen Kraftverteilung aus der Tragfeder 3 zu begegnen. Jede der in den 3 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele ist auf die verschiedenen Ausführungsformen der Federbeinstützlageranordnung 1 nach den 1a, 1b, 2a, 2b, 6a und 6b ohne Weiteres anwendbar.
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Nach den 6a und 6b ist das Lagerelement 10 ebenfalls als Gleitlager 12 mit dem sich axial erstreckenden ersten Abschnitt 12a und dem sich radial erstreckenden Abschnitt 12b ausgebildet. Der Unterschied zur zweiten Ausführungsform gemäß den 2a und 2b besteht im Wesentlichen darin, dass die zweite Komponente 9b segmentiert am Umfang der Federauflage 8 angeordnet ist. Anders gesagt sind mehrere zweite Komponenten 9b verteilt am Umfang der Federauflage 8 bzw. an der Außenumfangsfläche 20 der ersten Komponente 9a angeordnet. Darüber hinaus zeigt 6b genauer, dass die zweite Komponente 9b in die erste Komponente 9a integriert ist, wobei folglich nur ein Teil der Außenmantelfläche 20 der ersten Komponente 9a mit der zweiten Komponente 9b bedeckt ist bzw. die zweite Komponente 9b nur in einem Teil der Außenmantelfläche 20 der ersten Komponente 9a integriert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federbeinstützlageranordnung
- 2
- Führungsring
- 3
- Tragfeder
- 4
- Unterseite
- 5
- Oberseite
- 6
- Kappenring
- 7
- Karosserie
- 8
- Federauflage
- 9a, 9b
- Komponente
- 10
- Gleitlager
- 11
- Kugellager
- 12a, 12b
- Abschnitt des Gleitlagers
- 13
- Radialschenkel des Führungsrings
- 14
- Radialschenkel des Kappenrings
- 15
- Erster Bereich
- 16
- Zweiter Bereich
- 17
- Dritter Bereich
- 18
- Vierter Bereich
- 19
- Außenfläche der zweiten Komponente
- 20
- Außenfläche der ersten Komponente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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