DE10029639C2 - Kopplung eines Achskörpers an eine Fahrzeugblattfeder oder einen Längslenker - Google Patents

Kopplung eines Achskörpers an eine Fahrzeugblattfeder oder einen Längslenker

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Description

Die Erfindung betrifft die Kopplung eines Achskörpers an eine Fahrzeugblattfeder oder einen federbelasteten Längslenker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 38 41 846 C2 ist eine Kopplung zwischen Achse und Blattfeder bekannt, bei der die Blattfeder am Schnittpunkt mit der Achse zwischen Elastomerkörpern mittig eingespannt ist. Die Kopplung zwischen Elastomerkörper und Blattfeder erfolgt über Reibschluß. Durch die kurzen Federwege in vertikaler Richtung und in Querrichtung ist in diesen beiden Richtungen die Steifigkeit des Systems höher als in Längsrichtung.
Die Nachgiebigkeit in Längsrichtung überlagert sich mit der Nachgiebigkeit der Aufhängung zu einem Betrag, der vor allem bei Lastwechseln zu einem unerwünschten Längsversatz der Achse führt.
Aus der DE 12 33 283 B ist ebenfalls die Kopplung eines Achskörpers an eine Blattfeder unter Zwischenschaltung von Elastomerelementen bekannt. An der Blattfeder sind Federarme befestigt, an deren Enden horizontal und parallel zum Achskörper ausgerichtete Elastomerelemente angeordnet sind. Die als Dämpfungselement wirkenden Elastomerelemente sind zylindrische Hülsen, die um jeweils ein quer zur Fahrtrichtung horizontal angeordnetes Befestigungsmittel angeordnet sind. Das einzelne Elastomerelement ist in der Richtung quer zur Fahrtrichtung nachgiebiger als in Fahrtrichtung und in der vertikalen Richtung. Fahrbahnunebenheiten, Antriebskräfte und die Radunwuchten führen zu Auslenkungen und Schwingungen der Federarme. Hierbei kann auch die gesamte Achse in Fahrzeuglängsrichtung versetzt und/oder verdreht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, die durch den Fahrzeugantrieb, die Fahrbahnunebenheiten und die Radunwuchten angeregten Schwingungen des Aufbaus eines Fahrzeuges mit Starrachse zu minimieren. Die Starrachse ist hierbei über Blattfedern oder Längslenker am Aufbau angelenkt. Zur Verbesserung des Fahrkomforts sollen die schwingungsdämp­ fenden Elemente in Quer- und Längsrichtung härter als in ver­ tikaler Richtung sein.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Achskörper wird unter Zwischenschaltung von Feder- Dämpferelementen an eine Fahrzeugblattfeder oder einen Längslenker gekoppelt. Zwischen Achskörper und Fahrzeugblatt­ feder bzw. Längslenker sind mindestens zwei Feder-Dämpferele­ mente angeordnet, die in Fahrtrichtung vor und hinter dem Ab­ schnitt des Achskörpers liegen, an dem die Blattfeder oder der Längslenker angekoppelt ist. Die Steifigkeit der Feder- Dämpferelemente ist in den horizontalen Richtungen größer als in der vertikalen Richtung.
Die Körperschallenergie, die die Starrachse zu Schwingungen anregt, wird primär vom Motor und vom Antriebsstrang erzeugt und über das Differenzial in die Starrachse eingeleitet. Ebenso wird die Übertragung von Körperschall, der durch andere Anregungsarten, wie Fahrbahnunebenheiten und Radunwuchten er­ zeugt wird, von der Starrachse in den Aufbau reduziert.
Die weiche Kopplung in vertikaler Richtung führt zu einer Dämpfung bzw. Dämmung der Körperschallübertragung und somit des Innengeräusches im Fahrzeug. Sie ist zugleich unproblema­ tisch für die Fahrdynamik. Die harte Anbindung in Fahrzeug­ quer- und -längsrichtung ist günstig für die Fahrdynamik. Diese Kopplung kann verwendet werden für ein- und mehrlagige Blattfedern mit und ohne Zwischenlagen, Viertel- und Dreivier­ telfedern, Halb- und Vollelliptikfedern, Parallelanordnung von Hauptfeder mit Zusatzfeder und dgl.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schema­ tisch dargestellten Ausführungsform.
Fig. 1 Übersicht der Kopplung zwischen Achskörper und Blattfeder;
Fig. 2 Schnitt durch die Kopplung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Befestigung eines Achskör­ pers (1) an einer Blattfeder (60). Der Achskörper (1) wird über einen Tragbügel (30), Feder-Dämpferelemente (40) und der Befestigungsbaugruppe (10) an der Blattfeder (60) befestigt.
Der Achskörper (1) ist beispielsweise im Bereich der Blattfe­ der (60) ein rundes Stahlrohr, an dessen Ende die Räder wie bekannt gelagert sind.
Die Befestigungsbaugruppe (10) besteht aus der oberen Feder­ platte (11), die mit den Briden (22) und der unteren Feder­ platte (14) an der Blattfeder (60) befestigt ist.
Die obere Federplatte (11) ist im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel ein in Längs- und Querrichtung jeweils achsensymmetri­ sches Bauteil. In der Nähe der Enden der Längsachse hat das Bauteil einen kreissegmentförmigen Querschnitt. Die Unterseite ist plan. In der Mitte des Bauteils ist eine Bohrung. Die obere Federplatte (11) kann auch quer geteilt sein.
Die untere Federplatte (14) ist nach Fig. 1 und 2 ebenfalls ein in Längs- und Querrichtung achsensymmetrisches Bauteil. Das Bauteil ist an beiden Längsenden abgekröpft, wobei beide Enden parallel zur planen Oberseite des Bauteils sind. In Querrichtung befinden sich parallel zur Querachse je zwei An­ sätze (17), die beispielsweise unter dem Niveau der zentralen Bauteiloberseite liegen. In diesen Ansätzen (17) befinden sich die Bohrungen, durch die die Briden (22) gesteckt sind. Die Unterseite des Bauteils ist im äußeren Bereich der Längsachse parallel zur Oberseite des Bauteils, zwischen den beiden abge­ kröpften Enden hat die Unterseite eine Aussparung (15). In den beiden äußeren Abkröpfungen befinden sich Bohrun­ gen (16) zur Aufnahme der Halteschrauben (26), auf der Unter­ seite dieser Bohrungen sind Zentrieransenkungen (18) einge­ bracht. Auf die Abkröpfungen kann verzichtet werden, wenn an­ stelle der Bohrungen (16) Gewinde vorgesehen werden. Zentrisch im Bauteil befindet sich eine Zentrierbohrung zur formschlüssigen Fixierung an der Blattfeder (60).
Die Briden (22) haben im Ausführungsbeispiel eine halbovale Bauform.
Der Tragbügel (30) nach Fig. 1 und 2 ist beispielsweise ein annähernd hantelförmiges Bauteil. An seinen Enden befinden sich rohrförmige Ansätze, während der mittlere Bereich von oben gesehen schmal ist. Das Bauteil hat eine annährend gleichbleibende Höhe. In der Mitte der Längsachse befindet sich eine kreissegmentförmige Aussparung (31) mit einer zum Rohr des Achskörpers (1) parallelen Achse, deren Mittelpunkt sich auf dem Mittenniveau der seitlichen Ansätze befindet. Das Bauteil ist z. B. durch Gießen, Schmieden oder als Schweiß­ konstruktion hergestellt. In den Ansätzen befinden sich Boh­ rungen (32) mit beispielsweise vertikaler Achse.
Die Feder-Dämpferelemente (40) sind im Anwendungsbeispiel auf­ gebaut aus einem Außenrohr (41), einem äußeren Elastomerkör­ perteil (42), einer Trennhülse (43), einem inneren Elastomerkörperteil (44) und einem Innenrohr (45), die alle konzen­ trisch ineinander liegen.
Das Innenrohr (45) ist länger als die anderen Teile des Feder- Dämpferelements (40) und steht hier nach oben und unten gleichweit über.
Das Außenrohr (41) ist bezüglich seiner Außenkontur ein zy­ lindrisches Bauteil. Seine Innenkontur dagegen vergrößert ih­ ren Durchmesser von den beiden äußeren Enden zur Mitte hin ko­ nusartig.
Der einzelne Elastomerkörper (40) ist kürzer als das Außenrohr und durch eine Trennhülse (43) in zwei separate Teile (42, 44) getrennt. Die Teile weisen bei gleichbleibender Stärke in der Mitte den größten Innen- und Außendurchmesser auf.
Die Trennhülse (43) besteht aus zwei kegelstumpfmantelförmigen Hälften, deren größere Durchmesser ineinander übergehen.
Das Innenrohr (45) ist bezüglich seines Innendurchmessers ein zylindermantelförmiges Bauteil. An den äußeren Enden ist der Außendurchmesser zylinderförmig, vergrößert sich aber zur Mitte hin konusartig.
Die Scheiben (48) haben in der Mitte jeweils eine Bohrung. Von einer Seite sind die Bohrungen zusätzlich angesenkt.
Die Blattfeder (60) ist im Ausführungsbeispiel eine einlagige, halbelliptische Längsblattfeder. Im Bereich der Befestigungs­ baugruppe (10) sind Ober- und Unterseite parallel, außerhalb dieses Bereiches ist die Blattfeder (60) nach außen hin ver­ jüngt. In der Mitte des Bereichs der Befestigungsbau­ gruppe (10) ist der Herzbolzen (61) angesetzt.
Der Tragbügel (30) wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel so an den Achskörper (1) geschweißt, dass die Bohrungen (32) senkrecht stehen. In die Bohrungen (32) werden die Feder-Dämp­ ferelemente (40) eingepresst, bis die Außenrohre (41) bündig am Tragbügel (30) anschließen. Der Tragbügel (30) kann auch an den Achskörper (1) angegossen sein oder mit diesem durch ent­ sprechende Verbindungselemente verbunden sein.
Die untere Federplatte (14) mit den eingesetzten Halteschrau­ ben (26) wird im Beispiel nach Fig. 1 und 2 von unten im Herzbolzen (61) der Blattfeder (60) positioniert, während von oben die Federplatte (11) auf die Blattfeder (60) aufgesetzt wird. Untere (14) und obere (11) Federplatte werden mit der Blattfeder (60) mit Hilfe der Federbriden (22) und der Mut­ tern (23) verschraubt.
Der Achskörper (1) mit dem Tragbügel (30) und den Feder-Dämp­ ferelementen (40) wird in die Halteschrauben (26) eingesetzt. Hierbei werden die Innenrohre (45) der Feder-Dämpferele­ mente (40) in den Ansenkungen (18) der unteren Feder­ platte (14) zentriert. Nach Aufsetzen und Zentrieren der Scheiben (48) auf den Innenrohren (45) werden die Haltemut­ tern (27) aufgeschraubt.
Die Orientierung der Halteschrauben (26) kann umgedreht wer­ den, d. h., die Schraubenköpfe können auch unten sein. Statt der Halteschrauben (26) können auch Bolzen verwendet werden. Alternativ können Halteschrauben und/oder Bolzen auch an die untere Federplatte (14) oder am Tragrohr (30) angeformt sein.
Im tieffrequenten Bereich bestimmt die Nachgiebigkeit der Blattfeder das Schwingverhalten der Konstruktion, während im für das Innengeräusch maßgebenden höherfrequenten Bereich eine Verringerung der Körperschallübertragung besonders in vertika­ ler Richtung durch die Feder-Dämpferelemente (40) erfolgt. Da­ bei wird die in der Mitte der Blattfeder (60) vorhandene hö­ here dynamische Masse ausgenutzt. Diese ist zusätzlich um die Masse der Befestigungsbaugruppe (10) vergrößert. Physikalisch führt diese dynamische Masse in Kombination mit den weichen Feder-Dämpferelementen (40) zu einem Impedanzsprung, der die Körperschallübertragung reduziert.
Aus der Fahrbahn werden die Kräfte sequenziell über das Rad und das Radlager auf den Achskörper (1) übertragen. Das Glei­ che gilt für die durch Motor und Antriebsstrang erzeugten Wechselkräfte. Vom Achskörper (1) aus erfolgt die Kraftleitung über den Tragbügel (30) auf die Feder-Dämpferelemente (40) bzw. Elastomerkörper (40). Vertikale Kräfte bewirken eine axiale Verschiebung des Außenrohres (41) gegenüber dem Innen­ rohr (45). Das Spiel (29) zwischen der unteren Feder­ platte (14) und dem Achskörper (1) ermöglicht die Vertikalbe­ wegung des Achskörpers (1) und eine gegenseitige Verschränkung dieser Bauteile.
Auf den Achskörper (1) wirkende Schwingungen aus Horizontal­ kräften, wie sie bei Kurvenfahrten und Beschleunigungen auf­ treten, werden radial in den Feder-Dämpferelementen (40) auf­ genommen. In dieser Richtung sind die Elemente relativ steif ausgeführt.
Kombinierte Beanspruchungen führen u. a. zu einer Verdrehung des Systems um die Radachse bzw. die Mittellinie des Achskör­ pers (1) und einem Verschwenken des Tragbügels (30) gegenüber der Blattfeder (60) in Querrichtung annähernd um die Achs­ mitte. Um ein Verklemmen im Bereich der Feder-Dämpferele­ mente (40) zu verhindern, sollte das Verhältnis des Abstandes der Feder-Dämpferelemente (40) quer zur Fahrzeuglängsachse zum Abstand der Feder-Dämpferelemente (40) in Fahrzeuglängsrichtung auf einer Fahrzeugseite kleiner als 10 : 1 sein. Der maxi­ male Winkel, um den die Außenrohre (41) gegenüber den Halte­ schrauben (26) ohne Metall-Metallkontakt geneigt werden kön­ nen, muss immer größer sein als der maximale Winkel, um den sich der Achskörper (1) einschließlich des Tragbügels (30) ge­ gen die horizontale Fahrbahnoberfläche neigt. Um das zu ge­ währleisten, muss die radiale Elastomerelementstärke in einem bestimmten Verhältnis zur Längserstreckung der Elastomerkör­ per (40) stehen. Um die Krafteinleitung an die Beanspruchung anzupassen, können die Feder-Dämpferelemente (40) auch schräg angeordnet werden. Durch geeignete Wahl der Kennlinie der Elastomerkörper, zum Beispiel einer progressiven Kennlinie, können zusammen mit dem Hebelarm des Tragbügels Brems- und An­ triebsmomente aufgenommen werden, wobei auf Anschläge verzich­ tet werden kann.
Zur Begrenzung der Bewegungen der Feder-Dämpferelemente (40) können diese, vor allem bei Verwendung von Elastomerkör­ pern (40) mit linearer Kennlinie, mit separaten oder integ­ rierten Anschlägen ausgeführt werden. Die Feder-Dämpferele­ mente (40) können auch rein vertikal wirkend ausgeführt wer­ den, die Elastomerkörper (40) können längs oder quer geteilt sein. Des weiteren können die Elastomerelemente (42, 44) außen konvex und innen konkav gekrümmt sein, um zum Beispiel eine Annäherung an ein Kugelgelenk zu erreichen. Die Außen­ rohre (41) und die Innenrohre (45) der Feder-Dämpferele­ mente (40) können an den einander zugewandten Konturen auch zylindrisch oder konisch ausgeführt sein, wobei bei der koni­ schen Ausführung die Steigungen der Konen ungleich sein kön­ nen. Entsprechend können die sich zwischen den Außen- (41) und Innenrohren (45) befindenden Elastomerelemente (42, 44) über ihre Länge unterschiedliche Wandstärken haben.
Das Wirkprinzip der Feder-Dämpferelemente (40) kann statt auf Elastomerfedern auch auf fluidmechanischen Federn beruhen.
Eine Kombination beider Wirkprinzipien ist ebenfalls denkbar.
Die Erfindung gestattet eine weiche Kopplung zwischen Achskör­ per und Blattfeder bzw. Längslenker in vertikaler Richtung, die maßgeblich für die Akustik und unproblematisch für die Fahrdynamik ist und eine für die Fahrdynamik günstige steife Anbindung in Fahrzeugquer- und -längsrichtung. Die Positionie­ rung der weichen Kopplung in Blattfedermitte bewirkt eine Ver­ besserung der akustischen Entkopplung, da die dort lokali­ sierte dynamische Masse größer ist als beispielsweise an den Blattfederenden. Mit dieser Art der Kopplung können die kon­ ventionellen, rohrförmigen Elastomerelemente an den Enden der Blattfeder, die in Fahrzeugquerrichtung weich und in vertika­ ler sowie in Fahrzeuglängsrichtung hart sind, entfallen. So erhält man eine preiswerte Lagerung, die auf die im Transport­ bereich erforderliche hohe Nutzlasten ausgelegt ist. Für den Fall, dass die Elastomerkörper (40) versagen, können zwischen dem Tragbügel (30) und der unteren Federplatte (14) Anschläge mit beispielsweise gekrümmten Kontaktflächen vorge­ sehen werden, die eine definierte Anlage ermöglichen, ohne die Beweglichkeit des Achskörpers (1) einzuschränken.
Bezugszeichenliste
1
Achskörper
10
Befestigungsbaugruppe
11
Federplatte, oben
14
Federplatte, unten
15
Aussparung
16
Bohrungen
17
Ansätze
18
Ansenkungen
22
Briden
23
Muttern
26
Halteschrauben
27
Haltemuttern
29
Spiel
30
Tragbügel
31
Aussparung
32
Bohrungen
40
Feder-Dämpferelemente, Elastomerkörper
41
Außenrohre
42
Elastomerkörperteile, außen, Elastomerelemente
43
Trennhülsen
44
Elastomerkörperteile, innen, Elastomerelemente
45
Innenrohre
48
Scheiben
60
Blattfeder
61
Herzbolzen

Claims (10)

1. Kopplung eines Achskörpers an eine Fahrzeugblattfeder oder einen federbelasteten Längslenker unter Zwischenschaltung von Feder-Dämpferelementen, wobei zwischen dem Achskörper und einer Fahrzeugblattfeder oder einem Längslenker mindestens zwei separate Feder-Dämpferelemente angeordnet sind, und wobei die Feder-Dämpferelemente in Fahrtrichtung gesehen vor und hinter dem Abschnitt des Achskörpers liegen, an dem die Blattfeder oder der Längslenker angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
  • - dass die Feder-Dämpferelemente (40) um annähernd vertikal ausgerichtete Befestigungsmittel (26) angeordnet sind, wobei die Steifigkeit der Feder-Dämpferelemente (40) in den Horizontalrichtungen größer ist als in der vertikalen Rich­ tung.
2. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Feder-Dämpferelemente (40) mit dem Abschnitt des Achskörpers (1), an dem die Blattfeder (60) oder der Längslen­ ker angekoppelt ist, auf einem Niveau liegen.
3. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass das einzelne Feder-Dämpferelement (40) ein Elasto­ merkörper ist, der bezüglich seiner Außen- und Innenkontur ein zumindest annähernd rohrförmiges Elastomerelement (42, 44) ist, das zumindest in Teilbereichen seiner zylindrischen Au­ ßen- und Innenkonturen mittels Hülsen (43) verstärkt ist.
4. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Elastomerkörper (40) bezüglich ihrer Mittelli­ nien vertikal ausgerichtet sind.
5. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass der Achskörper (1) die Elastomerkörper (40) mit Hilfe eines Tragbügels (30) lagert.
6. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass an der Fahrzeugblattfeder (60) oder dem Längslenker eine Befestigungsvorrichtung (10) angeordnet ist, die über Be­ festigungsmittel (26, 27) die innenliegenden Hülsen (45) der Elastomerkörper (40) starr lagert.
7. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass im Elastomerelement (42, 44) eine Trennhülse (43) integriert ist, wobei das Elastomerelement (42, 44) die Trenn­ hülse (43) zumindest großteils umschließt.
8. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass der Außen- und der Innendurchmesser der Trenn­ hülse (43) - bei gleicher Hülsenwandstärke - zur Hülsenmitte hin zunimmt.
9. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Kopplung am Ort der größten dynamischen Masse der Blattfeder (60) angeordnet ist.
10. Achskörperkopplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Feder-Dämpferelemente (40) eine progressive Kennlinie haben.
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