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Die
Erfindung betrifft ein Federbein mit einem Anschlagpuffer gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Aus
der
DE 83 11 927 U1 ist
ein Federbein mit einer drehbaren Pufferabstützung bekannt. Neben einem
Lager zwischen einem Federteller und einem fahrzeugaufbauseitigen
Anschlussorgan wird ein zweites Lager verwendet, das eine Relativbewegung
zwischen dem Anschlussorgan und dem Zylinder des Federbeins ausgleicht,
wenn der Anschlagpuffer auf der oberen Stirnfläche des Zylinders aufliegt.
Das Lager ist Bestandteil einer Endkappe, die auf dem Zylinder aufgepresst
ist. Die beiden Lager ermöglichen
eine vollständige
Entkopplung des Anschlusslagers von dem Zylinder des Federbeins.
Damit können
zwischen dem Anschlusslager und dem Zylinder zwangsläufig keine
Verspannungen auftreten, die sich für einen Fahrzeuginsassen komfortmindernd
auswirken. Die Endkappe selbst ist zwar vergleichsweise einfach
aufgebaut, doch stellt sie zweifellos einen Kostenaufwand dar.
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Zur
Kompensation von Querkräften,
die auf die Kolbenstange wirken, wird die Fahrzeugfeder häufig schräg zur Längsachse
des Federbeins angebaut. Daraus resultieren auch schräggestellte
Federteller. Ein schräggestellter
Federteller, der über
ein Lager zum Anschlusslager verdrehbar ist, führt zu einer zylinderseitigen
Stirnfläche
des Federbeins eine Taumelbewegung aus. Befestigt man federtellerseitig einen
Anschlagpuffer, dann führt
dieser bei einer Lenkbewegung des Rades, die der Zylinder zwangsläufig synchron
mit ausführt,
ebenfalls eine Taumelbewegung aus. Der radiale Ausschlag, den der
Anschlagpuffer ausführt,
ist sehr stark von einem maximalen Lenkwinkel des Rades bzw. des
Zylinders und der axialen Baulänge
des Anschlagpuffers abhängig. Wenn
z. B. ein sehr kurzer Anschlagpuffer in Verbindung mit einer sehr
großen
zylinderseitigen Stirnfläche
kombiniert werden kann, dann tritt das Problem der Taumelbewegung
des Anschlagpuffers u. U. gar nicht auf. Bei sehr knapp bemessenen
radialen Bauräumen
kann man z. B. den Anschlagpuffer am Zylinder befestigen. Der Anschlagpuffer
ist damit von einem federtellerseitigen Bauteil entkoppelt und führt auch
keine Taumelbewegung bezogen auf die Stirnfläche oder die Kolbenstange aus.
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Es
gibt jedoch auch gute Gründe,
eine zylinderseitige Befestigung des Anschlagpuffers abzulehnen.
So wird dann unbedingt eine Befestigungskappe für den Anschlagpuffer benötigt. Der
Zylinder sollte jedoch möglichst
leicht sein, um die radseitig ungefederte Masse minimal zu halten.
Ein einfaches Aufschieben des Anschlagpuffers auf der Kolbenstange ohne
Befestigung am Zylinder führt
zu einer unkontrollierten Eigenschwingbewegung des Anschlagpuffers.
Man wäre
gezwungen, den Anschlagpuffer mit einer leichten Presspassung auf
der Kolbenstange zu zentrieren, wobei dann eine erhöhte Reibung
bei einer Kolbenstangenbewegung auftreten kann.
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Die
DE 101 44 164 C1 beschreibt
ein Federbein, das ein erstes Lager zwischen dem Federteller und
einem Anschlusslager des Schwingungsdämpfers aufweist. Das erste
Lager ist zusammen mit einem Federteller rechtwinklig zu der Schwingungsdämpferlängsachse
ausgerichtet. Dieses erste Lager sorgt für eine vollständige rotatorische
Entkopplung zwischen der Fahrzeugtragfeder in Verbindung mit dem
Zylinder und dem Anschlusslager. Ein zweites Lager ist zwischen
einem Anschlagpuffer und dem Anschlusslager angeordnet, sodass auch
bei einem wirksamen Anschlagpuffer eine verspannungsfreie Relativbewegung
zwischen dem Anschlusslager und dem Anschlagpuffer möglich ist.
Der Anschlagpuffer selbst ist ortsfest mit dem Federteller verbunden.
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In
der älteren
DE 103 08 193 A1 ist
ein Federbein beschrieben, das ebenfalls zwei Lager aufweist. In Übereinstimmung
mit der
DE 101 44
164 C1 ist das erste Lager zwischen dem Federteller und dem
Anschlusslager angeordnet. Ein Anschlagpuffer ist über ein
zweites Lager direkt mit dem Anschlusslager verbunden. Zwischen
dem Federteller und dem Anschlagpuffer kann aufgrund der räumlichen
Trennung auch eine rotatorische Relativbewegung ablaufen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Federbein zu realisieren,
bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme bezüglich der
Befestigung des Anschlagpuffers behoben sind.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.
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Mit
dem zweiten Lager kann die Taumelbewegung des Anschlagpuffers auch
bei einem schräggestellten
Federteller kompensiert werden. Der Anschlagpuffer selbst kann im
Bereich seines Federvolumens konventionell ausgeführt sein.
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Auch
bei einer Lenkbewegung des Zylinders und wirksamen Anschlagpuffer
findet in Umfangsrichtung keine Relativbewegung zwischen dem Zylinder
und dem Anschlagpuffer statt.
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Für eine gute
Montage sind das ausgangsseitige Lagerteil des zweiten Lagers und
der Federteller einteilig ausgeführt.
Es ist nach Möglichkeit
vorgesehen, dass diese Baueinheit aus einem Kunststoff hergestellt
wird.
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Zur
Versteifung des Federtellers weist das ausgangsseitige Lagerteil
des zweiten Lagers eine Armierung auf.
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Bei
einer Variante weist das ausgangsseitige Lagerteil des zweiten Lagers
einen Aufnahmeraum für
den Anschlagpuffer auf, wobei zwischen einer lagerseitigen Stirnfläche des
Anschlagpuffers und einem Boden des Aufnahmeraums ein Freigang für den Anschlagpuffer
besteht, wobei eine Mantelfläche des
Anschlagpuffers und eine radiale Führungsfläche des Aufnahmeraums zur Mantelfläche des
Anschlagpuffers die Winkelbewegung des Anschlagpuffers zulassen.
Die Mantelfläche
und die Führungsfläche sind
ballig ausgeformt. Die axiale Erstreckung der Mantel- und der Führungsfläche kann
sich auf einen scheibenförmigen
Bereich begrenzen, da auch die Winkelbewegung des Anschlagpuffers
begrenzt ist, so dass das zweite Lager eine geringe Bauhöhe aufweist.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Armierung zumindest einen Teil des
Aufnahmeraums bildet.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das ausgangsseitige Lagerteil
des zweiten Lagers eine Zugsicherungsverbindung zum Anschlagpuffer auf.
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Dabei
wird die Zugsicherungsverbindung von einer zumindest partiellen
Durchmessererweiterung des Anschlagpuffers gebildet, die in mindestens eine
Aufnahme des ausgangsseitigen Lagerteils des zweiten Lagers eingreift.
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Die
Zugsicherungsverbindung am ausgangsseitigen Lagerteil weist eine
Tragfläche
auf, die den Drehpunkt für
die Winkelbewegung des Anschlagpuffers abstützt. Die Radien der gekrümmten Führungsfläche und
der Mantelfläche
werden demnach vom Abstand des Drehpunktes zur Mittelachse des Federbeins
bestimmt.
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Alternativ
weist das ausgangsseitige Lagerteil des zweiten Lagers eine sphäroidisches
Lagerfläche
für eine
Gegenlagerfläche
des Anschlagpuffers auf. Der Anschlagpuffer kann sich ohne nennenswertes
axiales Spiel an der Lagerfläche
abstützen.
Deshalb tritt auch bei einer Lenkbewegung des Zylinders keine spürbare Änderung
der Federkennlinie des Anschlagpuffers auf.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist eine Zugsicherungsverbindung
für den
Anschlagpuffer zur sphäroidischen
Lagerfläche
eine konzentrische Raumform auf. Die Durchmessererweiterung bildet
die Gegenlagerfläche
des Anschlagpuffers. Der axiale Bauraum ist minimiert und es wird
eine sehr einfache räumliche
Ausgestaltung des ausgangsseitigen Lagerteils des zweiten Lagers
erreicht.
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Im
Hinblick auf eine einfache Montage ist die radiale Ausdehnung der
Aufnahme für
die Zugsicherungsverbindung größer als
es für
eine definierte Winkelbewegung des Anschlagpuffers notwendig wäre. Bei
der Montage wird der Anschlagpuffer in das ausgangsseitige Lagerteil
des zweiten Lagers in einer extremen Winkelstellung eingeführt und
durch eine Geradstellung greift die Zugsicherungverbindung ein.
Die bei der Montage eingenommene extreme Winkelstellung wird im
Federbein nicht mehr erreicht.
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Gemäß einem
vorteilhaften Unteranspruch weist der Anschlagpuffer eine Durchgangsöffnung für die Kolbenstange
auf, wobei der Anschlagpuffer eine radiale Führungsfläche im Bereich der Durchgangsöffnung aufweist,
die sich an der Kolbenstange abstützt. Die Führungsfläche selbst ist ballig ausgeformt.
Bei einer Lenkbewegung des Zylinders und einer damit verbundenen
Winkelbewegung des Anschlagpuffers stützt sich der Anschlagpuffer
an der zum Zylinder winkelkonstanten Kolbenstange ab. Die Kolbenstange
lenkt dabei den Anschlagpuffer in dem zweiten Lager so aus, dass
die Mittelachse des Anschlagpuffers spielbehaftet zur Mittelachse
des Federbeins ausgerichtet ist.
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Des
weiteren kann durch ein drittes Lager die Kolbenstange zum Anschlusslager
verdrehbar gelagert sein. Wenn der Zylinder bei einer Lenkbewegung eine
Verdrehbewegung zum Anschlusslager ausführt, dann kann sich die Kolbenstange
synchron mit dem Zylinder mitdrehen. Es ist davon auszugehen, dass
die Reibung zwischen dem Zylinder und der Kolbenstange größer ist
als die Reibung innerhalb des dritten Lagers. Folglich kann auch
zwischen dem Anschlagpuffer und der Kolbenstange keine rotatorische
Relativbewegung auftreten.
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Anhand
der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es
zeigt:
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1 – 3 Zum
Federteller winkelbeweglicher Anschlagpuffer
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4 – 7 Anschlagpuffer
mit einer sphäroidischen
Gegenfläche
zu einer Lagerfläche
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt
von einem Federbein 1 in Verbindung mit einem Anschlusslager 3.
Das Federbein umfasst einen Zylinder 5, in dem eine Kolbenstange 7 axial
beweglich angeordnet ist. Das Anschlusslager verfügt über einen
kolbenstangenseitigen ringförmige
Grundkörper 9,
der beidseitig axial und außenseitig
radial von einem Elastomerkörper 11 umschlossen
ist. Eine topfförmiger
Tragkörper 13 bildet
die Armierung für
das Anschlusslager und kammert einseitig axial und in radiale Richtung
den Elastomerkörper.
Des weiteren verfügt
der Tragkörper über Anschlussmittel 15 an
einen nicht dargestellten Fahrzeugaufbau.
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Außenseitig
am Tragkörper 13 stützt sich
ein zweiter Elastomerkörper 17 ab,
der ebenfalls eine Armierung aufweist. Der zweite Elastomerkörper trägt ein zur
Längsachse
des Federbeins schräggestelltes erstes
Lager 19, wobei sich am zweiten Elastomerkörper ein
anschlussseitiges Lagerausgangsteil 21 abstützt und
ein Federteller 23 für
eine Fahrzeugfeder 25 selbst ein anschlussseitiges Lagereingangsteil
bildet. Das erste Lager gewährleistet,
dass sich die Fahrzeugfeder in Umfangsrichtung relativ zum Anschlusslager
und damit auch zur Kolbenstange verdrehen kann.
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Konzentrisch
zur Kolbenstange ist ein Anschlagpuffer 27 an dem Anschlusslager 3 befestigt. Der
Anschlagpuffer 27 kommt ab einem bestimmten Einfederungsweg
der Kolbenstange relativ zum Zylinder auf einer Stirnfläche 29 des
Zylinders, oder in diesem Fall einer Zylinderendkappe zur Anlage.
Um eine Verspannung des Anschlagpuffers in Umfangsrichtung zu vermeiden
ist dieser über
ein zweites Lager 31 mit dem Lagereingangsteils des ersten
Lagers 19, also dem Federteller 23, wirkverbunden.
Ganz konkret ist in diesem Fall ein Ausgangsteil des zweiten Lagers
einteilig mit dem Federteller 23 ausgeführt. Folglich tritt in Umfangsrichtung
zwischen den Bauteilen Zylinder 5, Anschlagpuffer 27,
Federteller 23 und Fahrzeugfeder 25 in Umfangsrichtung
keine Relativbewegung auf.
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Der
Federteller 23 verfügt
als ausgangsseitiges Lagerteil für
das zweite Lager über
einen topfförmigen
Grundkörper 33 mit
einer zentralen Durchgangsöffnung
für die
Kolbenstange 7. Der Grundkörper 33 weist für den Anschlagpuffer 27 einen
Aufnahmeraum 35 auf, wobei zwischen einer Stirnfläche 27s des
Anschlagpuffers und einem Boden 37 des Aufnahmeraums 35 ein
Freigang für
den Anschlagpuffer besteht. Der Anschlagpuffer verfügt über eine
Mantelfläche 39,
die auf einer Führungsfläche 41 des
Aufnahmeraums gleitend gelagert ist, so dass der Anschlagpuffer
eine Winkelbewegung zum Federteller bezogen auf die Längsachse
des Federbeins ausführen
kann.
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Das
ausgangsseitige Lagerteil 33 des zweiten Lagers 31 weist
eine Zugsicherungsverbindung 43 zum Anschlagpuffer 27 auf.
Die Zugsicherungsverbindung 43 wird von einer zumindest
partiellen Durchmessererweiterung 45 gebildet die in eine
Aufnahme, in diesem Fall dem Aufnahmeraum 35 des zweiten
Lagers 31 eingreift. Das ausgangsseitige Lagerteil weist
eine Tragfläche 47 auf,
die den Drehpunkt für
eine Winkelbewegung des Anschlagpuffers zum ausgangsseitigen Lagerteil
abstützt.
Die Mantelfläche
und die Führungsfläche verfügen über eine
gerundete Kontur, deren Radius in etwa dem Durchmesser am Übergang
der Führungsfläche 41 zur Tragfläche 47 entspricht.
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In
der 2 erkennt man, dass
sich bei einer Lenkbewegung des Zylinders 5 aufgrund der
Schrägstellung
des ersten Lagers 19 die Winkelstellung des topfförmigen Grundkörpers 33 verändert. Der
toppförmige
Grundkörper 33 führt praktisch
eine Taumelbewegung aus. In dünnen
Linien ist der Anschlagpuffer 27 so dargestellt, als würde er die
Taumelbewegung des topfförmigen
Grundkörpers
synchron mit ausführen,
was der Fall wäre,
wenn der Anschlagpuffer fest mit dem topfförmigen Grundkörper verbunden wäre. Das
zweite Lager 31 ermöglicht
jedoch eine Winkelbewegung des Anschlagpuffers zum Federteller 23,
wobei sich der Anschlagpuffer mit seinem in Richtung des Zylinders 5 weisenden
Ende an der Kolbenstange 7 abstützt und die mit breiter Volllinie dargestellte,
den Freiraum ausnutzende Position innerhalb des Aufnahmeraums 35 einnimmt.
Bei einer überlagerten
Einfederungsbewegung der Kolbenstange kann sich der Anschlagpuffer
am Boden 37 des Aufnahmeraums 35 abstützen.
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Die 3 gleicht funktional der
Ausführung nach 1. Abweichend weist das
ausgangsseitige Lagerteil 33 des zweiten Lagers 31 eine
Armierung 49 auf, die auch die Kontur des Aufnahmeraums 35 bestimmt.
In den Grundkörper 33 werden
ab dem Einsatzpunkt des Anschlagpuffers erhebliche Kräfte eingeleitet.
Mit der Armierung können
die aufzunehmenden Kräfte
im Vergleich zu einem reinen Kunststoff-Grundkörper nochmals gesteigert werden.
Zusätzlich
wirkt noch die Vorspannung eines Schutzbalgs 51 auf den
Grundkörper 33.
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In
der zweiten Ausführungsvariante
nach 4 weist das ausgangsseitige
Lagerteil, im folgenden Grundkörper 33 genannt,
eine sphäroidische
Lagerfläche 53 für eine Gegenlagerfläche 55 des
Anschlagpuffers 27 auf. Bezogen auf das erste Lager 19 ist
die Lagerfläche
konvex ausgeformt. Der optimale Mittelpunkt für die Lagerfläche liegt
im Schnittpunkt der Ebene des ersten Lagers mit der Längsachse
des Federbeins. Die Zugsicherungsverbindung 43 für den Anschlagpuffer
weist eine zur Lagerfläche
konzentrische Raumform auf. Im Bereich einer Durchgangsöffnung 57 für die Kolbenstange
verfügt
der Anschlagpuffer über
eine radiale Führungsfläche 59, die
sich an der Kolbenstange abstützt.
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Bei
einer Lenkbewegung des Zylinders 5 führt der Grundkörper 33 aufgrund
des schräggestellten
ersten Lagers 19 bezogen auf die Kolbenstange 7 die
Taumelbewegung aus. Der Anschlagpuffer stützt sich mit seiner Führungsfläche 59 an
der Kolbenstange ab. Dabei gleitet der Anschlagpuffer mit seiner
Gegenlagerfläche
auf der Lagerfläche
des Grundkörpers
und führt
eine die Taumelbewegung ausgleichende Winkelbewegung aus. Unabhängig von
der Winkelstellung des Anschlagpuffers zum Grundkörper besteht
immer ein großer
Kontaktbereich zwischen der Lagerfläche des Grundkörpers und
der Gegenlagerfläche
des Anschlagpuffers.
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In
der 5 ist die Montagewinkelstellung des
Anschlagpuffers 27 der 4 in
dem Grundkörper 33 dargestellt.
Die radiale Ausdehnung der Lagerfläche 53 und einer Aufnahme 61 für die Zugsicherungsverbindung
des Anschlagpuffers sind größer als
es für
eine definierte maximale Winkelbewegung des Anschlagpuffers notwendig
wäre. Dadurch kann
die Zugverbindung zwischen dem Anschlagpuffer und dem Grundkörper durch
eine extreme Winkelstellung leichter montiert werden. Diese Winkelstellung
wird im Einbauzustand des Federbeins innerhalb eines Fahrwerks nicht
erreicht. Als weitere montageerleichternde Maßnahmen ist der Grundkörper mit
einer konisch verlaufenden Zuführfläche 63 zur Tragfläche 47 der
Zugsicherungsverbindung ausgeführt
und auch der Übergang
von der Zuführfläche zur
Tragfläche
der Zugverbindung ist mit einem Übergangsradius
ausgestaltet.
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In
der 6 kommt neben dem
ersten Lager 19 für
die Fahrzeugfeder 25 und dem zweiten Lager 31 für den Anschlagpuffer 27 ein
drittes Lager 65 zur Anwendung, das eine rotatorische Relativbewegung der
Kolbenstange 7 zum Anschlusslager 3 ermöglicht.
Das dritte Lager ist räumlich
zwischen dem ringförmigen
Grundkörper 9 und
einem Absatz der Kolbenstange angeordnet und damit funktional vom zweiten
Lager 31 getrennt ausgeführt, da weder das Lagereingangsteil
noch das Lagerausgangsteil des zweiten Lagers weder mit der Kolbenstange
noch mit dem Grundkörper 9 verbunden
sind.
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Das
dritte Lager 65 ist ebenfalls beispielhaft als ein Gleitlager
ausgeführt.
Ein Gleitkörper 67 ist zwischen
einer Lagerscheibe 69 und einem Lagertopf 71 angeordnet.
Alternativ kann auch an dieser Stelle ein Wälzlager verwendet werden.
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Das
dritte Lager 65 wirkt einer Relativbewegung des Anschlagpuffers 27 zur
Kolbenstange entgegen. Insgesamt ist mit dem dritten Lager das Anschlusslager
in Umfangsrichtung vollständig
von dem Federteller 23, von dem Zylinder 5 und
von dem Anschlagpuffer 27 entkoppelt. Damit können aufgrund der
Winkelbewegung des Anschlagpuffers auch keine in Umfangsrichtung
wirksamen Reib kräfte
zwischen der Führungsfläche 59 des
Anschlagpuffers und der Kolbenstange 7 auftreten.
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Mit
der 7 soll verdeutlicht
werden, dass die Krümmungsrichtung
der sphäroidischen
Lagerfläche
und Gegenlagerfläche
des zweiten Lagers 31 im Vergleich zu den 4 bis 6 auch
einen entgegengesetzt gerichteten Krümmungsradius aufweisen kann. Die
Bestimmung des Betrags des Krümmungsradius ergibt
sich aus den Bauraumverhältnissen,
der Länge
des Anschlagpuffers 27 und vor allem dem maximal auftretenden
Lenkwinkel, aber auch der Schrägstellung
des ersten Lagers 19 zur Längsachse des Federbeins 1.
Ansonsten ist die Funktion identisch mit der Variante nach den 4 und 5, wobei es dem Fachmann freisteht, auch
ein drittes Lager gemäß der 6 zu verwenden.