DE10344102B3

DE10344102B3 - Federträger mit einer Zusatzfeder

Info

Publication number: DE10344102B3
Application number: DE2003144102
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Ing. Pradel (FH)
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-09-25

Abstract

Federträger, umfassend eine Tragfeder zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Bauteilen, mit einer koaxial zur Tragfeder angeordneten Zusatzfeder, die hubabhängig der Tragfeder funktional parallel geschaltet ist, wobei die Zusatzfeder bei einer Federbewegung eine Durchmesseränderung ausführt, wobei der radiale Abstand zur Tragfeder und die Durchmesseränderung der Zusatzfeder derart gewählt sind, dass die Zusatzfeder bei einer Stauchbewegung des Federträgers zumindest auf einem Längenabschnitt am inneren Windungsdurchmesser der Tragfeder anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Federträger mit einer Zusatzfeder entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 73 08 193 U1 ist ein Federträger bekannt, dessen Fahrzeugtragfeder eine Zusatzfeder hubabhängig parallel geschaltet ist. Damit wird die Federrate des Federträgers im Sinne einer progressiven Federkennlinie verändert. Die Fahrzeugtragfeder und die Zusatzfeder sind als zwei räumlich völlig getrennte Bauteile ausgeführt.

Die Zusatzfeder besteht häufig aus einem zelligen Elastomer in Verbindung mit einer profilierten Außenkontur. In der DE 73 08 193 U1 kommen Materialverdichtungsstellen in Verbindung mit trapezförmigen Biegeeinschnitten zur Anwendung, so dass ein umlaufenden Rippenprofil entsteht.

Eine Zusatzfeder ist hinsichtlich ihrer Belastung begrenzt, wobei man zur Steigerung der Federrate und/oder zum Verlängerung der Dauerfestigkeit Armierungsringe vor sieht, die die Zusatzfeder zumindest auf einem Längenbereich radial abstützen. Beispielhaft wird auf die DE 101 24 924 A und die DE 101 57 325 A verwiesen.

Ein ganz anderes Prinzip mit dem Ziel einer progressiven Federkraftkennlinie wird in der DE 36 27 714 A1 verfolgt. In die schraubenförmige Tragfeder wird ein Abstandselement eingelegt, das der Form der Tragfeder angepasst ist und aus einem elastischen Werkstoff besteht. Wenn die Tragfeder auf eine bestimmte Länge zusammengedrückt ist, dann klemmen zwei aufeinander folgende Windungen das Abstandselement ein, wodurch diese beiden Windungen in ihrem Federweg eingeschränkt sind, so dass die Federrate der Tragfeder deutlich ansteigt. Damit das Abstandselement radial ausreichend geführt ist, verfügt es zumindest auf einer Seite über ein Hohlkehlprofil, dass die Tragfeder radial nach innen und außen übergreift. Folglich vergrößert sich der notwendige Bauraum für die Tragfeder um das Überstandsmaß des Abstandselements.

Die gattungsbildende FR 1 035 139 beschreibt einen Federträger, umfassend eine Tragfeder zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Bauteilen, mit einer koaxial zur Tragfeder angeordneten Zusatzfeder, die hubabhängig der Tragfeder funktional parallel geschaltet ist, wobei die Zusatzfeder bei einer Federbewegung eine Durchmesseränderung ausführt, wobei der radiale Abstand zur Tragfeder und die Durchmesseränderung der Zusatzfeder derart gewählt sind, dass die Zusatzfeder bei einer Stauchbewegung des Federträgers zumindest auf einem Längenabschnitt am inneren Windungsdurchmesser der Tragfeder anliegt.

Ein weiteres Problem bei der Verwendung des Abstandselements besteht darin, dass es eine axial fixierte Einbaulauge innerhalb der Tragfeder während seiner Betriebsdauer beibehalten sollte.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Realisierung eines Federträgers mit einer Zusatzfeder, wobei die Zusatzfeder eine radiale Abstützung aufweist, jedoch gleichzeitig auch bei radial sehr kleinen Bauräumen einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß besteht eine erste Lösung darin, die Außenkontur mit einem Schraubenprofil entsprechend der Steigung der Tragfeder ausgeführt ist.

Damit wird eine partielle axiale Stauchung der Zusatzfeder vermieden und eine gleichmäßig Vorspannung zwischen den Windungen der Tragfeder erreicht.

Eine weitere erfindungsgmäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zusatzfeder mit Längenabschnitten mit verschiedenen Durchmessern ausgeführt. Aufgrund dieser Ausgestaltung findet ein belastungsabhängiges Eindringen der Zusatzfeder in die Windungen der Tragfeder statt, so dass eine auch eine belastungsabhängige Beeinflussung der Federkraftkennlinie des Federträgers vorliegt. Bei einer kleineren Belastung kommt auch nur ein Längenabschnitt der Zusatzfeder mit der Tragfeder in Kontakt, während bei maximaler Belastung zusätzlich u. U. noch weitere Längenabschnitt in die Windungen der Tragfeder eingreifen. Der große Vorteil besteht darin, dass die Tragfeder für die Zusatzfeder die Funktion einer Armierung übernimmt, ohne dass diese bereits in der Zusatzfeder als Bauteil vorhanden sein muss.

Dabei ist für eine erste Variante vorgesehen, dass der Abstand zwischen den federnden Windungen der Tragfeder bei einem Kontakt der Zusatzfeder mit der Tragfeder kleiner als ein Grenzextrusionsmass der Zusatzfeder. Die Tragfeder muss nicht auf ihr Blockmass gestaucht werden, um eine Armierungsfunktion zu übernehmen. Verschiedene Werkstoffe haben jeweils ein eigenes Grenzextrusionsmass, unterhalb dessen ein Eindringen von Werkstoff in Spalte nicht mehr auftritt. Dieser Effekt hat zur Folge, dass die Tragfeder trotz der federnden Windungen für die Zusatzfeder wie eine geschlossene Hülle wirkt und eine ideale radiale Abstützung bildet.

Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Zusatzfeder radial in den Bereich zwischen den Windungen der Tragfeder verformt wird. Damit werden zwei Ziele erreicht. Zum einen liegt eine radiale Abstützung der Zusatzfeder durch die Windungen der Tragfeder vor und zum anderen werden federnde Windungen der Tragfeder durch das Eindringen der Zusatzfeder in den Windungsbereich der Tragfeder zu blockierten Windungen, wodurch sich die Federrate des Federträgers merklich vergrößern lässt.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Ausschnitt aus einem Federträger in einem entspannten Zustand
2 Federträger nach 1 im belasteten Zustand
Die 1 zeigt einen Federträger 1 mit einer Tragfeder 3 in der Bauform einer Schraubendruckfeder, die zweischen zwei relativ zueinander beweglichen Bauteilen verspannt ist. Vielfach ist der Federträger als ein Federbein in der Bauform eines Schwingungsdämpfers ausgeführt und verfügt dann über eine axial bewegliche Kolbenstange 5 in einem mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder 7. Die Kolbenstange 5 und das obere Ende der Tragfeder 3 bewegen sich synchron. Zur Verdeutlichung ist ein Federteller 9 dargestellt, der sich an der Kolbenstange abstützt. Der Federträger verfügt über einen unteren nicht dargestellten Federteller.
Bei der Anwendung des Federträgers in einem Fahrzeug will man z.B. zur Abstützung größerer Lasten eine progressive Federkraftkennlinie erreichen. Dazu wird eine Zusatzfeder 11 verwendet, die hubabhängig der Tragfeder funktional parallel geschaltet ist. Räumlich ist die Zusatzfeder 11 koaxial zu der Tragfeder 3 angeordnet und bewegt sich synchron mit der Kolbenstange. Ab einer bestimmten Hublage kommt die Zusatzfeder auf der oberen Stirnfläche 13 des Zylinders 7 zur Anlage und wird dabei axial gestaucht. Mit der Staubewegung ist eine radiale Durchmesseränderung der Zusatzfeder verbunden.
Die Zusatzfeder verfügt über eine profilierte Außenkontur 15, angenähert einem Schraubenprofil entsprechend der Steigung der Tragfeder 3, wobei diese Konstuktionsdetial für die Erfindung nicht zwingend notwendig ist. Des weiteren weist die Zusatzfeder Längenabschnitte 11a; 11b; 11c mit verschiedenen Durchmessern auf. Am oberen Ende entspricht der Außendurchmesser der Zusatzfeder 11 dem Innendurchmesser der Tragfeder 3. Es schließen sich in Richtung der Stirnfläche des Zylinders zwei Längenabschnitte 11b; 11c an, in deren Bereich die Zusatzfeder abgestuft einen kleineren Außendurchmesser aufweist, um eine entsprechend progressive Federkraftkennlinie zu erreichen. Je größer das zu komprimierende Volumen ist, um so größer ist die Federrate.
Die 2 zeigt den Federträger entsprechend der 1 in der maximal verkürzten Betriebsstellung. Aufgrund der Stauchbewegung des Federträgers 1 liegt die Zusatzfeder 11 zumindest auf einem Längenabschnitt aufgrund der Durchmesseränderung am inneren Windungsdurchmesser der Tragfeder 3 an. Damit bildet die Tragfeder 3 für die Zusatzfeder eine nach radial außen abstützende Armierung. Der Abstand zwischen den federnden Windungen der Tragfeder ist bei dem Kontakt der Zusatzfeder mit der Tragfeder kleiner als ein Grenzextrusionsmass der Zusatzfeder. Die Zusatzfeder wird zwar. gezielt radial in den Bereich zwischen den Windungen der Tragfeder verformt, wird jedoch nicht bis zur Zerstörung ver quetscht, so dass einerseits ein reibschädigender Einfluss zwischen zwei folgenden Windungen der Tragfeder vermieden und gleichzeitig eine zusätzliche Federratensteigerung aufgrund der Blockierwirkung der Windungen mit der zwischenliegender Zusatzfeder erreicht wird.

Claims

Federträger, umfassend eine Tragfeder zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Bauteilen, mit einer koaxial zur Tragfeder angeordneten Zusatzfeder, die hubabhängig der Tragfeder funktional parallel geschaltet ist, wobei die Zusatzfeder bei einer Federbewegung eine Durchmesseränderung ausführt, wobei der radiale Abstand zur Tragfeder und die Durchmesseränderung der Zusatzfeder derart gewählt sind, dass die Zusatzfeder bei einer Stauchbewegung des Federträgers zumindest auf einem Längenabschnitt am inneren Windungsdurchmesser der Tragfeder anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (15) mit einem Schraubenprofil entsprechend der Steigung der Tragfeder (3) ausgeführt ist.
Federträger nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (11) Längenabschnitte (11a; 11b; 11c) mit verschiedenen Durchmessern aufweist.
Federträger nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den federnden Windungen der Tragfeder (3) bei einem Kontakt der Zusatzfeder (11) mit der Tragfeder (3) kleiner als ein Grenzextrusionsmass der Zusatzfeder (11) ist.
Federträger nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (11) radial in den Bereich zwischen den Windungen der Tragfeder (3) verformt wird.