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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Federbeinaufhängungssystem mit Zweiwege-Kopfbefestigungen,
bei dem ein oberer Teil eines Federbeins und ein unterer Teil einer
Schraubenfeder unabhängig
voneinander mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden sind.
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Stand der
Technik
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Federbeinaufhängungssysteme
für Kraftfahrzeuge
werden zur Aufhängung
von gelenkten Rädern
verwendet und umfassen beispielsweise eines, das einen wie in 3 gezeigten Aufbau hat. Bei
diesen Federbeinaufhängungssystemen
ist ein über
ein Lager mit einem Rad 1 verbundener Achsschenkel 2 durch
einen unteren Arm 3 und ein Federbein 4 mit der
Fahrzeugkarosserie verbunden.
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Wie
es in 3 gezeigt ist,
ist das Federbein 4 mit einem Stoßdämpfer 5 versehen,
der ein Zylinderrohr 5a und eine Kolbenstange 5b aufweist,
und eine Schraubenfeder 6 ist um den Stoßdämpfer 5
herum angeordnet. Das Zylinderohr 5a ist an seinem unteren
Endabschnitt mit einem oberen Teil 2B des Achsschenkels 2 verbunden,
und ein oberer Endabschnitt der Kolbenstange 5b, der sich
von dem oberen Endabschnitt des Zylinderrohrs 5a nach oben erstreckt,
ist an seinem Kopfende mit der Fahrzeugkarosserie 7 verbunden.
Die Schraubenfeder 6 ist mit ihrem unteren Ende mit einem äußeren Umfang
des Zylinderrohrs 5a und mit ihrem oberen Ende mit der Fahrzeugkarosserie 7 verbunden.
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Das
in 3 gezeigte Federbeinaufhängungssystem
ist eine Einwegkopfbefestigungskonstruktion, bei der die Kolbenstange 5b und
die Schraubenfeder 6 an ihren oberen Enden integral miteinander
verbunden sind. Eine Reaktionskraft von einer Straßenoberfläche wird von
einem oberen Teil des Federbeins 4 entlang eines einzigen
Weges der Fahrzeugkarosserie 7 zugeführt, nachdem sie durch den
Stoßdämpfer 5 und
die Schraubenfeder 6 übertragen
wurde.
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Genauer
gesagt ist ein oberer Federaufnahme 8a fest an einem Außenumfang
des oberen Endes der Kolbenstange 5b angeordnet, und das
obere Ende der Schraubenfeder 6 ist mit der oberen Federaufnahme 8a und
deshalb integral mit dem oberen Ende der Kolbenstange 5b verbunden.
Die Kolbenstange 5b ist an ihrem oberen Ende mit der Fahrzeugkarosserie 7 über ein
Lager 9a und einen Isolator 10a verbunden. Die
Schraubenfeder 6 ist mit ihrem unteren Ende mit der unteren
Federaufnahme 11 verbunden, die fest an dem Außenumfang
des Zylinderrohrs 5a angeordnet ist.
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In 4 ist dahingegen ein Federbeinaufhängungssystem
mit einer Zweiwege-Kopfbefestigungskonstruktion gezeigt, bei der
ein oberes Ende der Kolbenstange 5b und ein oberes Ende
der Schraubenfeder 6 unabhängig voneinander sind. Eine
Reaktionskraft von einer Straßenoberfläche wird
von einem oberen Teil des Federbeins 4 entlang zweier Wege über einen
Stoßdämpfer 5 und
eine Schraubenfeder 6 der Fahrzeugkarosserie 7 zugeführt.
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Genauer
gesagt ist eine Platte 12a fest an einem Außenumfang
des oberen Endes der Kolbenstange 5b angebracht, ein Isolator 10b ist
an einem Federbeinbefestigungsabschnitt der Fahrzeugkarosserie 7 so
angeordnet, dass die Platte 12a an ihrer oberen und unteren
Seite durch den Isolator 10b gehalten wird, und die Kolbenstange 5b ist
an ihrem oberen Ende über
den Isolator 10b mit der Fahrzeugkarosserie verbunden.
Unterhalb des Isolators 10b an dem Federbeinbefestigungsabschnitt
der Fahrzeugkarosserie 7 ist dahingegen eine Federaufnahme 8b mit
einem Lager 9b angeordnet, das zwischen der Federaufnahme 8b und
dem Isolator 10b angeordnet ist, und die Schraubenfeder 6 ist
mit ihrem oberen Ende mit der Federaufnahme 8b verbunden. Die
Schraubenfeder 6 ist mit ihrem unteren Ende mit einer unteren
Federaufnahme 11 verbunden, die fest an einem Außenumfang
des Zylinderrohrs 5a angeordnet ist, wie es bei dem Federbeinaufhängungssystem
mit der Einweg-Kopfbefestigungseinrichtung (siehe 3) der Fall ist.
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Das
Rad 1 ist um eine Achsschenkelbolzenachse 20 lenkbar,
wie es in 3 gezeigt
ist. Die Achsschenkelbolzenachse 20 ist eine gerade Linie, die
sich zwischen einem oberen Haltepunkt Pa des Federbeins 4 und
einem unteren Haltepunkt Pb des Achsschenkels 2 erstreckt.
Das Federbein 4 und der Achsschenkel 2 sind durch
den Isolator 10a (10b) und das Lager 9a (9b)
an dem oberen Haltepunkt Pa bzw. durch ein nicht gezeigtes Kugelgelenk an
dem unteren Haltepunkt Pb gehalten, so dass sowohl das Federbein 4 als
auch der Achsschenkel 2 um die Achsschenkelbolzenachse 20 drehbar
sind.
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Wegen
der konstruktiven Beschränkungen um
das Rad herum, ist es schwierig die Achsschenkelbolzenachse 20 und
die Achse 21 des Federbeins 4 so anzuordnen, dass
sie miteinander übereinstimmen.
Egal ob das Federbeinaufhängungssystem eine
Einweg-Kopfbefestigungskonstruktion
oder eine Zweiweg-Kopfbefestigungskonstruktion ist, ist die Achsschenkelbolzenachse 20 im
Allgemeinen in Richtung der Außenseite
des Fahrzeugs 7 bezüglich der
Achse 21 des Federbeins 4 geneigt, wie es in 3 gezeigt ist.
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Außerdem ist
eine Ebene 13a der Drehung der Federaufnahmen 8a (8b),
die zu einer Drehebene des Lagers 9a (9b) bei
den dargestellten bekannten Federbeinaufhängungssystemen äquivalent
ist, insgesamt so gelegt, dass sie in einer Ebene liegt, die senkrecht
zur Achse 21 des Federbeins ist, jedoch geneigt (nicht
senkrecht) bezüglich
der Achsschenkelbolzenachse 20 ist.
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Bei
dem Federbeinaufhängungssystem
mit der Zweiwege-Kopfbefestigungskonstruktion, bei der das Kopfende
der Kolbenstange 5b und das Kopfende der Schraubenfeder 6 unabhängig voneinander sind,
wird deshalb ein Moment (Lenkmoment), das eine Drehung des Federbeins 4 verursacht,
durch Federreaktionskräfte
von der Schraubenfeder 6 erzeugt, obwohl ein solches Moment
bei einem Federbeinaufhängungssystem
mit einer Einweg-Kopfbefestigungskonstruktion
nicht auftritt, bei der die Kolbenstange 5b und die Schraubenfeder 6 integral
miteinander an ihren oberen Enden verbunden sind. Dieses Moment
wirkt bei einer Auslenkung des Fahrzeugs und hat ein Problem verursacht.
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Die
Faktoren eines Auftretens eines solchen Lenkmoments werden nun beschrieben.
Zunächst wird
eine Diskussion über
ein linkes Rad anhand der 5A und 5B durchgeführt. Eine
Reaktionskraft von der Schraubenfeder 6 zu der Seite der
Fahrzeugkarosserie 7 wird in Richtung einer Außenseite einer
Linie, die sich zwischen einem Aufbringungspunkt (oberem Punkt einer
Aufbringung einer Kraft) P1 und einem Aufbringungspunkt (unterem
Punkt einer Aufbringung einer Kraft) P2 erstreckt, an beiden Kraftaufbringungspunkten
aufgebracht.
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Stellt
man sich nun ein X-Y-Z Koordinatensystem vor, in dem sich die Achsschenkelbolzenachse 20 als
Z-Achse erstreckt und sich die Längsrichtung
der Kraftfahrzeugkarosserie in einer Ebene, die in einem rechten
Winkel bezüglich
der Z-Achse (Achsschenkelbolzenachse 20) liegt und den
oberen Kraftaufbringungspunkt P1 enthält, als X-Achse erstreckt,
und sich die Seitenrichtung der Kraftfahrzeugkarosse als Y-Achse
erstreckt, sind die X, Y-Koordinaten des oberen Kraftaufbringungspunkt
P1 (X, Y). Außerdem
werden die X, Y-Komponenten der Aufbringungskraft F an dem oberen
Kraftaufbringungspunkt P1 als (Fx, Fy) bezeichnet.
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Stellen
wir uns außerdem
ein X'-Y'-Z'-Koordinatensystem
vor, in dem sich die Achse 21 des Federbeins 4 als
Z'-Achse erstreckt,
und sich die Längsrichtung
der Kraftfahrzeugkarosserie in einer Ebene, die in einem rechten
Winkel relativ zu der Z'-Achse liegt
und den oberen Kraftanbringungspunkt P1 enthält (welche Ebene als Ebene
für die
Drehung der oberen Federaufnahme 8 dient), als X'-Achse erstreckt,
und die Seitenrichtung der Kraftfahrzeugkarosserie sich als Y'-Achse erstreckt.
Nimmt man an, dass ein Winkel zwischen der Z-Achse (Achsschenkelbolzenachse 20)
und der Z'-Achse
(die Achse 21 des Federbeins 4, die in einem rechten
Winkel bezüglich
der Ebene 13 der Drehung der oberen Federaufnahme 8b liegt) θ ist und
außerdem,
dass ein Versatz der Z'-Achse
( Drehachse der oberen Federaufnahme 8b) in Richtung der
Y-Achse relativ zu der Z-Achse (Achsschenkelbolzenachse 20)
auf der X-Y-Ebene δ ist
(siehe 5C; δ nimmt insgesamt einen
negativen Wert an) werden die X'Y'-Koordinaten des
oberen Kraftaufbringungspunkts P1 ausgedrückt durch: (x,(y – δ)cosθ) ≈(x, y – δ) (θ: sehr klein)
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Drückt man
die Komponenten (Fx',
Fy') in der X'-Y'-Ebene (der Ebene
der Drehung der oberen Federaufnahme (8B) der aufgebrachten
Kraft F an dem oberen Aufbringungspunkt P1 durch Verwendung von
x und y aus, können
diese Komponenten wie folgt definiert werden: (Fx,
Fy·cosθ + Fz·sinθ)[siehe
Fig. 6B]
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Folglich
kann ein Moment M1 um die Drehachse der oberen Federaufnahme 8B (Z'-Achse) durch die
aufgebrachte Kraft F an dem oberen Kraftaufbringungspunkt P1 wie
folgt ausgedrückt
werden: M1 = x·Fy·cosθ + Fz·sinθ) – (y – δ)·Fx (1)
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Dieses
Moment M1 wird über
die Schraubenfeder 6 nach unten übertragen. Wenn die Schraubenfeder 6 als
Universalgelenk genommen wird, wirkt das Moment M1 ungefähr als Moment
um die Achsschenkelbolzenachse 20.
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Nimmt
man an, dass die Distanz zwischen dem oberen Kraftaufbringungspunkt
P1 und dem unteren Kraftaufbringungspunkt P2 H ist, sind die X, Y-Koordinaten
des unteren Kraftaufbringungspunktes P2 in dem X-Y-Z-Koordinatensystem: (x – Fx/Fz·H,y – Fx/Fy·H)
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Die
Komponenten (X, Y Komponenten) der aufgebrachten Kraft F an dem
unteren Kraftaufbringungspunkt P2, wobei die Komponenten senkrecht zu
der Z-Achse (Achsschenkelbolzenachse 20) sind, sind: (–Fx, –Fy)
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Deshalb
kann ein Moment M2 um die Achse der Drehung der unteren Federaufnahme 11 (Z-Achse) durch die
aufgebrachte Kraft F an dem unteren Kraftaufbringungspunkt P2 wie
folgt ausgedrückt werden: M2 = –(x-Fx/Fz·H)·Fy + (y – Fx/Fy·H)·Fx = –x·Fy + y·Fx (2)
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Ein
Lenkmoment ML durch eine Reaktionskraft
von der Schraubenfeder 6 über die obere und untere Federaufnahme
ist die Summe von M1 und M2, ML = x·(Fy·cosθ + Fz·sinθ) – (y – δ)·Fx – x·Fy + y·Fx = x·(Fy·(cosθ – 1) + Fz·sinθ) + δ·Fx (3)
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Das
oben beschriebene Lenkmoment ML durch die
Reaktionskraft von der Schraubenfeder 6 wird durch das
linke Rad aufgebracht. Wenn dieselbe Federbeinanordnung gewöhnlich für sowohl
das linke als auch das rechte Rad verwendet wird (in anderen Worten,
die Schraubenfeder 6 gewöhnlich auf beiden Seiten verwendet
wird), ist ein auf das rechte Rad aufgebrachtes Lenkmoment MR das gleiche wie das auf das linke Rad angebrachte
ML (siehe 7). MR =
x·(Fy·(cosθ – 1) + Fz·sindθ) + δ·Fx (4)
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Deshalb
ist ein Gesamtlenkmoment M durch die Reaktionskraft der Schraubenfeder 6: M = ML +
MR = 2·(x·(Fy·(cosθ – 1) + Fz·sinθ) + δ·Fx) (5)
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Zu
den Lenkmomenten, die auf Aufhängungssysteme
eines Fahrzeugs aufgebracht werden, gehören zusätzlich zu den Reaktionskräften von
den Schraubenfedern 6 der Aufhängungssysteme sowohl des linken
als auch des rechten Rades, diejenigen, die durch Reifenreaktionskräfte MTL, MTR von den linken
und rechten Rädern
erzeugt werden, wie es in 7 gezeigt
ist. Da diese Reifenreaktionskräfte MTL, MTR durch die
linken und rechten Räder
aufgehoben werden, ist es ein durch eine Reaktionskraft von der
Schraubenfeder 6 erzeugtes Lenkmoment, das eine Auslenkung
des Fahrzeugs verursacht.
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Eine
Auslenkung des Fahrzeugs kann deshalb unterdrückt werden, wenn das Gesamtlenkmoment
M durch die Reaktionskraft von der Schraubenfeder 6 reduziert
werden kann.
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Das
Gesamtlenkmoment M hängt
deutlich von der X-Koordinate x des oberen Kraftaufbringungspunktes
P1 (d. h. der Längsversetzung
des oberen Kraftanbringungspunktes P1 bezüglich der Achsschenkelbolzenachse 20)
und dem Winkel θ zwischen
der Z-Achse (Achsschenkelbolzenachse 20) und der Z'-Achse (der Achse 21 des
Federbeins 4) (in anderen Worten dem Winkel zwischen der
Ebene, die im rechten Winkel bezüglich
der Achsschenkelbolzenachse 20 liegt, und der Ebene 13a der
Drehung der oberen Federaufnahme 8b) ab.
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Wenn
die Längsversetzung
x des oberen Kraftanbringungspunktes P1 bezüglich der Achsschenkelbolzenachse 20 reduziert
wird, wird das Gesamtlenkmoment M verringert, wodurch es möglich ist,
die Auslenkung des Fahrzeugs zu unterdrücken. Dies erfordert jedoch
eine äußerst schwierige
Arbeit bei der Durchführung
der Positionierung des oberen Kraftanbringungspunktes 1 bei
dem Herstellungsprozess.
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Deswegen
ist es nicht leicht, die Versetzung x zu reduzieren.
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Die
JP 2,715,666B offenbart
ein Federbeinaufhängungssystem,
bei dem eine Drehachse eines Wälzlagers
auf einem oberen Teil eines Federbeins koaxial zur Achsschenkelbolzenachse
angeordnet ist. Da dieses Federbeinaufhängungssystem eine Einweg-Kopfbefestigungskonstruktion
ist, ist die Federreaktionskraft nicht ein Grund für das Auftreten
eines Lenkmoments und das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem tritt
nicht auf. Das technische Gebiet der in dieser japanischen Veröffentlichung
offenbarten Erfindung unterscheidet sich daher von dem der vorliegenden
Erfindung.
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Das
U.S. Patent Nr. 5,454,585 offenbart dahingegen ein Federbeinaufhängungssystem
mit einer Zweiwege-Kopfbefestigung das, wie es in 8 dieser Anmeldung gezeigt ist, so aufgebaut
ist, dass eine Ebene der Drehung einer oberen Federaufnahme 110 so
angeordnet ist, dass sie im Wesentlichen im rechten Winkel bezüglich einer
Achsschenkelbolzenachse 130 liegt und dass eine Achse einer
Drehung eines Wälzlagers
(Lageranordnung) 120 an einem oberen Abschnitt eines Federbeins
im Wesentlichen koaxial zu der Achsschenkelbolzenachse 130 ist.
Aufgrund dieser Konstruktion kann eine Auslenkung eines Fahrzeugs
durch Verringerung eines Gesamtlenkmoments unterdrückt werden,
das auf das Aufhängungssystem
aufgebracht wird.
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Die
Lageranordnung 120 ist aus einem oberen, stationärseitigen
Element 122, einem unteren drehseitigen Element 124,
und Kugeln 126 zusammengesetzt, die zwischen diesem oberen
und unteren Element angeordnet sind. Eine Aufhängungsfeder 140 ist
mit ihrem oberen Ende mit einer oberen Federaufnahme 110 über eine
Gummiaufnahme 142 verbunden. Außerdem ist ein vibrationsisolierender Gummi 152 an
einem oberen Endabschnitt einer Kolbenstange 150 eines
Stoßdämpfers angeordnet
und der vibrationsisolierende Gummi 152 ist um seinen Umfang
herum durch eine Staubabdeckung 154 abgedeckt. Die Kolbenstange 150 ist
an ihrem oberen Endabschnitt mit einer Fahrzeugkarosserie über einem
Gummikörper 180 mit
Kernelementen 182, 184 verbunden, die darin eingebettet
sind.
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Bei
dieser Technik ist jedoch ein Abstandsstück (Keil) 170 mit
einer Keilform, die einer Neigung einer Achse 156 des Stoßdämpfers und
der der Achsschenkelbolzenachse 130 entspricht, zwischen einer
Befestigungsfläche 160 des
Gummikörpers 180 und
der Lageranordnung 120 angeordnet, um den Winkel der oberen
Federaufnahme 110 und der Lageranordnung 120 einzustellen.
In anderen Worten, sind die obere Federaufnahme 110 und
die Lageranordnung 120 mit der Fahrzeugkarosserie über den Keil 170 und
die Befestigungsfläche 160 des
Gummikörpers 180 verbunden.
Deshalb ist als Neues ein Keil 170 erforderlich, was zu
einer Erhöhung
der Anzahl der Teile führt.
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Außerdem ist
die Lageranordnung 120 so an der oberen Federaufnahme 110 angeordnet,
dass sie im Wesentlichen in Reihe zueinander liegen. Diese Anordnung
ist jedoch für
eine Verringerung der Axiallänge
der Aufhängung
und für
eine Erhöhung
der effektiven Länge
der Aufhängung
nachteilig.
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Die
vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der oben stehenden Probleme
vollendet, und hat als Ziel die Bereitstellung einer Konstruktion,
durch die bei einem Federbeinaufhängungssystem mit Zweiwege-Kopfbefestigung
ein auf das Aufhängungssystem
aufgebrachtes Gesamtmoment reduziert werden kann, um eine Auslenkung
eines Fahrzeugs ohne eine Erhöhung
der Anzahl von Teilen zu reduzieren, und außerdem die Bereitstellung einer
Konstruktion durch die bei einem Federbeinaufhängungssystem mit Zweiwege-Kopfbefestigungen
die Axialrichtung und die effektive Länge des Aufhängungssystems auf
vorteilhafte Weise reduziert bzw. erhöht werden können.
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Offenbarung
der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird deshalb
ein Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen
bereitgestellt, wobei das Federbeinaufhängungssystem versehen ist mit:
einem
ersten Eingabesystem, bei dem ein oberer Teil einer Kolbenstange
eines auf einem Federbein angeordneten Stoßdämpfers mit einer Seite einer
Fahrzeugkarosserie über
einen Isolator verbunden ist, und
einem zweiten Eingabesystem,
bei dem ein oberer Teil einer an einem Außenumfang des Federbeins angeordneten
Schraubenfeder mit der Seite der Fahrzeugkarosserie über eine
obere Federaufnahme und ein Lager verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass
das Federbeinaufhängungssystem
eine untere Halterung umfasst, die in Kontakt mit einer unteren
Fläche
des Isolators und zwischen dem Lager und der Fahrzeugkarosserie
angeordnet ist, und so ausgebildet ist, dass sich die untere Halterung
an ihrer – in Seitenrichtung
des Fahrzeugs gesehen – inneren Seite
weiter nach unten erstreckt, als an ihrer äußeren Seite, damit eine Drehachse
des Lagers und eine Achsschenkelbolzenachse miteinander übereinstimmen.
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Dies
ermöglicht
es, die Drehachse des Lagers und die Achsschenkelbolzenachse miteinander durch
extrem einfache Maßnahmen
in Übereinstimmung
zu bringen, indem die Konfigurationen der unteren Halterung verändert werden.
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Die
untere Halterung kann vorzugsweise so ausgebildet werden, dass sie
an ihrem Kontaktabschnitt mit dem Isolator eine Ebene, die in einem rechten
Winkel zu der Federbeinachse liegt, und an ihrem Lagerhalterungsabschnitt
für das
Lager eine Ebene aufweist, die in einem rechten Winkel zu der Achsschenkelbolzenachse
liegt. Hierdurch ist es möglich,
die Dämpfungskraft
auf den Stoßdämpfer, die
nach unten gerichtete Kraft alleine durch die Halterung, ein einziges
Teil in Richtung der Federbeinachse zu richten. Zusätzlich wird
es hierdurch außerdem
ermöglicht,
die Kraft von dem zweiten Eingabesystem in Richtung der Achsschenkelbolzenachse
zu richten.
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Die
untere Halterung kann vorzugsweise an einem äußeren Umfang seines Isolatorkontaktabschnittes
mit dem Lagerhalterungsabschnitt vorgesehen werden. Dies ermöglicht es,
eine gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Isolator und dem Lager zu
vermeiden, auch wenn sie auf derselben Höhe in Richtung einer Achse
des Federbeins angeordnet sind. Dies ermöglicht es außerdem,
außer
der unteren Halterung herkömmliche
Elemente zu verwenden, wie z.B. den Isolator und das Lager.
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Vorzugsweise
kann das Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigung außerdem
einen Gummipuffer umfassen, der an einem äußeren Umfang der Kolbenstange
angeordnet ist, und der Gummipuffer kann unterhalb des Isolators
angeordnet sein, wobei nur die untere Halterung dazwischen angeordnet
ist. Dies ermöglicht
es, den Gummipuffer auf einem noch höheren Niveau anzuordnen und
daher die Federbeinumhüllung
länger
zu gestalten. Außerdem
kann die Seitensteifigkeit des Federbeins verbessert werden, was
zu einer Verbesserung der Fahrstabilität beiträgt.
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Der
Gummipuffer kann vorzugsweise an seinem oberen Ende mit einer Ebene
in Kontakt stehen, die in einem rechten Winkel zur Federbeinachse
an dem Kontaktabschnitt der unteren Halterung mit dem Isolator liegt.
Hierdurch kann der Gummipuffer seine stoßhemmende Wirkung entlang der
Richtung des Ausfahrens und Zusammenziehens des Kolbens des Stoßdämpfers adäquat zeigen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die 1A und 1B sind schematische perspektivische
Darstellung, die den Aufbau einer unteren Halterung zeigen, die
für die
Anordnung in einem Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung nützlich
ist, wobei 1A eine obere
perspektivische Ansicht der unteren Klammer von der Seite seiner
oberen Oberfläche
ausgesehen ist, und 1B eine
untere perspektivische Ansicht der unteren Halterung von der Seite
ihrer unteren Oberfläche aus
gesehen ist,
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2 ist eine schematische
vertikale Teilquerschnittsansicht des Federbeinaufhängungssytems
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
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3 ist eine schematische
vertikale Teilquerschnittsansicht eines bekannten Federbeinaufhängungsystems
mit Einweg-Kopfbefestigungen,
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4 ist eine schematische
vertikale Teilquerschnittsansicht eines bekannten Federbeinaufhängungssytems
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen,
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5A bis 5C sind Diagramme, die ein Problem bei
dem bekannten Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwegekopf-Befestigungen zeigen, wobei 5A eine Seitenansicht eines linksseitigen, gelenkten
Rades ist, 5B eine Rückansicht
des linksseitigen, gelenkten Rades ist, und 5C eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts
A in 5(B) ist,
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6A und 6B sind Diagramme, die ein anderes Problem
bei dem bekannten Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen zeigen, wobei 6A schematisch eine Reaktionskraft durch
eine untere Federaufnahme zeigt und 6B schematisch
eine Reaktionskraft durch eine obere Federaufnahme zeigt,
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7 ist eine schematische
Draufsicht, die ein weiteres Problem bei dem bekannten Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen darstellt, und Momente zeigt, die
auf gelenkte Räder
aufgebracht werden, und
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8 ist ein vertikaler Teilquerschnitt,
der ein anderes bekanntes Federbeinaufhängungssystem mit Zweiwege-Kopfbefestigungen
zeigt.
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Beste Wege
zur Ausführung
der Erfindung
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Anhand
der 1A, 1B und 2 der
beigefügten
Zeichnungen wird nachstehend die Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
In der Beschreibung wird teilweise auch Bezug auf 3 genommen, da der Aufbau eines unteren
Teils dieses Aufhängungssystem
dem des bekannten Aufhängungssystems ähnlich ist,
das in 3 gezeigt ist.
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Das
Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen gemäß dieser Ausführungsform
wird zur Aufhängung
eines gelenkten Rades verwendet. Wie es in 3 gezeigt ist, ist ein mit einem Rad 1 über ein
Lager verbundener Achsschenkel 2 mit einer Fahrzeugkarosserie 7 über einen
unteren Arm 3 und ein Federbein 4 verbunden. Der
untere Arm 3 verbindet einen unteren Teil 2A des Achsschenkels 2 mit
der Fahrzeugkarosserie 7. Das Federbein 4 ist
mit einem Stoßdämpfer 5 versehen, der
ein Zylinderrohr 5a und eine Kolbenstange 5b aufweist.
Um den Stoßdämpfer 5, über den
ein Oberteil 2B des Achsschenkels 2 mit der Fahrzeugkarosserie 7 verbunden
ist, ist eine Schraubenfeder 6 angeordnet. Das Zylinderohr 5a ist
an seinem unteren Endabschnitt mit dem oberen Abschnitt 2B des
Achsschenkels 2 verbunden, und die Schraubenfeder 6 ist an
ihrem unteren Ende mit einer unteren Federaufnahme 11 verbunden,
die fest an einem äußeren Umfang
des Zylinderrohrs 5a angeordnet ist.
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Wie
es in 2 gezeigt ist,
ist ein oberer Teil des Federbeins 4 als Zweiwege-Kopfbefestigungskonstruktion
ausgebildet, bei der ein oberes Ende der Kolbenstange 5b und
ein oberes Ende der Schraubenfeder 6 unabhängig voneinander
sind, so dass eine Reaktionskraft von einer Straßenfläche über einen oberen Teil des Federbeins 4 der
Fahrzeugkarosserie 7 über
zwei Wege des Stoßdämpfers 5 und der
Schraubenfeder 6 zugeführt
wird.
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Genauer
gesagt ist eine Platte 12b fest an einem Außenumfang
des oberen Endes der Kolbenstange 5b angeordnet. An einem
Federbeinbefestigungsabschnitt der Fahrzeugkarosserie 7 ist
ein Isolator 10c so angeordnet, dass die Platte 12b an
ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite durch den Isolator 10c gehalten
wird. Der Isolator 10c wird an seiner Unterseite durch
eine untere Halterung 16 und an seiner Oberseite durch
eine obere Halterung 17 gehalten. Die Kolbenstange 5b ist
somit an ihrem oberen Ende mit der Fahrzeugkarosserie 7 über den
Isolator 10c, die untere Halterung 16 und die
obere Halterung 17 verbunden, wodurch ein erstes Eingabesystem
gebildet wird, über
das eine Lastzuführung von
der Seite des Rades 1 zu der Seite der Fahrzeugkarosserie 7 durch
den Stoßdämpfer 5 und
den Isolator 10c bewirkt wird.
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An
einem unteren Teil der unteren Halterung 16, die unterhalb
des Isolators 10c an dem Federbeinbefestigungsabschnitt
des Fahrzeugs 7 angeordnet ist, ist dahingegen eine obere
Federaufnahme 8c über
eine Lagerhalterung 18 und ein Lager (Querleitlager) 9c angeordnet.
Die Schraubenfeder ist an ihrem oberen Ende mit der oberen Federaufnahme 8c über eine
Gummiaufnahme 14 verbunden. Ein zweites Eingabesystem ist
deshalb so aufgebaut, dass eine Lastzuführung von der Seite des Rades 1 zu
der Seite der Fahrzeugkarosserie 7 durch die Schraubenfeder 6,
die Gummiaufnahme 14, die obere Federaufnahme 8c,
das Lager 9c, die Lagerhalterung 18 und die untere
Halterung 16 bewirkt wird.
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Ein äußerer Umfang
eines oberen Endabschnitts der Kolbenstange 5b ist durch
einen Gummipuffer 15 abgedeckt. Dieser Gummipuffer 15 begrenzt
elastisch die Kontraktionen des Stoßdämpfers 5, und besteht
bei dieser Ausführungsform
aus einem Gummipufferhauptkörper 15a,
der aus Urethan geformt ist, das ein geringes Gewicht aufweist, relativ
weich und flexibel und ökonomisch
ist, und ein deformationsverhindernder Napf 15b ist auf
einem Außenumfang
eines Basisabschnittes (einem oberen Endabschnitt in 2) des Gummipufferhauptkörpers 15a angeordnet.
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Der
deformationsverhindernde Napf 15b ist angeordnet, da im
Falle eines Gummipufferhauptkörpers 15a aus
Urethan wesentliche Deformationen auftreten können. Dieser Napf 15b funktioniert
so, dass der Gummipufferhauptkörper 15a keinen übermäßigen Deformationen
ausgesetzt ist und außerdem
seine Steifigkeit erhöht
wird.
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Bei
dem Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen gemäß dieser Erfindung, ist eine
Ebene 13b der Drehung der oberen Federaufnahme 8c in
einer Richtung gelegt, die senkrecht zur Achsschenkelbolzenachse 20 ist.
Bei dieser Ausführungsform
ist das Lager 9c zwischen der oberen Federaufnahme 8c und
der Fahrzeugkarosserie 7 angeordnet, und eine Drehachse
des Lagers 9c ist koaxial zur Achsschenkelbolzenachse 20 gelegt.
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Diese
Konstruktion wurde dadurch verwirklicht, dass die Konfigurationen
der unteren Halterung 16 modifiziert wurden.
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Genauer
gesagt ist die untere Halterung 16, wie in 1A und 1B gezeigt,
mit einer Öffnung 16a, die
zentral durch die untere Halterung hindurchgeht, einem Isolatorkontaktabschnitt 16b der
direkt auf und entlang eines äußeren Umfangs
der Öffnungen 16a angeordnet
ist, einem Lagerhalterungsabschnitt 16c, der außen und
entlang eines äußeren Umfangs
des Isolatorkontaktabschnitts 16b angeordnet ist, und einem
Fahrzeugkarosserie-Verbindungsabschnitt 16b versehen,
der auf und entlang eines äußeren Umfangs
des Lagerhalterungsabschnitts 16c angeordnet ist. Zurückkommend
auf 2 erstreckt sich
die Kolbenstange 5b durch die Öffnung 16a, der Isolatorkontaktabschnitt 16b steht
in Kontakt mit der unteren Seite des Isolators 10c, der
Lagerhalterungsabschnitt 16c ist mit der oberen Oberfläche der
Lagerhalterung 18 verbunden, auf der das Lager 9c gehalten
wird, und der Fahrzeugkarosserie-Verbindungsabschnitt 16d ist
nach oben mit der Fahrzeugkarosserie 7 durch Bolzen 19 verbunden.
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Wie
es in 1A, 1B und 2 gezeigt ist, verläuft eine ringförmig Fläche des
Isolatorkontaktabschnitts 16b im Wesentlichen parallel
zu einer ringförmigen
Fläche
des Kraftfahrzeugkarosserie-Verbindungsabschnitts 16d,
während
eine ringförmige
Fläche
des Lagerhalterungsabschnitts 16c nicht nur bezüglich der
ringförmigen
Fläche
des Fahrzeugkarosserie-Verbindungsabschnitts 16d sondern auch
bezüglich
der ringförmigen Fläche des
Isolatorkontaktabschnitts 16b schräg verläuft. In anderen Worten ist
der Lagerhalterungsabschnitt 16c der unteren Halterung 16 so
ausgebildet, dass der Lagerhalterungsabschnitt 16c sich
weiter an seiner inneren Seite – in
seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosserie gesehen – nach unten
erstreckt, als an seiner Außenseite.
Außerdem
ist die ringförmige
Fläche
des Lagerhalterungsabschnitts 16b in einer zur Achsschenkelbolzenachse 20 senkrecht
verlaufenden Richtung angeordnet, während die ringförmige Fläche des
Isolatorkontaktabschnitts 16b in einer senkrecht zu einer
Federbeinachse (die Achse des Federbeins 4) 21 verlaufenden
Richtung angeordnet ist.
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Die
oben beschriebenen Konfigurationen der unteren Halterung 16 können dadurch
realisiert werden, dass sowohl die Höhe einer Böschung (Schrägfläche) 16e zwischen
dem Lagerhalterungsabschnitt 16c und dem Isolatorkontaktabschnitt 16b als
auch die Höhe
einer Böschung
(Schrägfläche) 16f zwischen
dem Lagerhalterungsabschnitt 16c und dem Kraftfahrzeugkarosserie-Verbindungsabschnitt 16d auf
der Innenseite der Fahrzeugkarosserie größer ist und auf der Außenseite
der Fahrzeugkarosserie kleiner ist. Bei dieser Ausführungsform
wurde die untere Halterung 16 wie oben beschrieben durch
Pressverformung einer Metallplatte ausgebildet.
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Der
oben beschriebene Gummipuffer 15 (Gummipufferhauptkörper 15a und
deformationsverhindernder Napf 15b) steht in Kontakt mit
der ringförmigen
Fläche
des Isolatorkontaktabschnitts 16b der unteren Halterung 16 und
ist unterhalb des Isolators 10c angeordnet, wobei nur die
untere Halterung 16 dazwischen angeordnet ist, die aus
einer Metallplatte mit einer geringen Dicke hergestellt ist. Deshalb
ist der Gummipuffer 15 auf einer sehr hohen Höhe extrem
nahe an dem Isolator 10c angeordnet. Da der deformationsverhindernde
Napf 15d auch aus einer extrem dünnen Metallplatte hergestellt
ist, kann der Gummipufferhauptkörper 15a selbst
ebenfalls auf einer hohen Höhe
extrem nahe an dem Isolator 10c angeordnet werden. Folglich
kann die Federbeinumhüllung
länger
gestaltet werden.
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Da
das Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird ein Winkel θ, der zwischen
einer geraden Linie, die senkrecht zu der Ebene 13b der
Drehung der oberen Federaufnahme 8c an einem Schnittpunkt
der Ebene 13b der Drehung und der Achsschenkelbolzenachse 20,
und der Achsschenkelbolzenachse 20 auf 0 eingestellt. Außerdem wird die
Drehachse des Lagers 9c koaxial zur Achsschenkelbolzenachse 20 eingestellt
und ein Versatz 6 der Drehachse der oberen Federaufnahme 8c bezüglich der
Achsschenkelbolzenachse 20 wird auf 0 eingestellt.
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Deshalb
wird das oben beschriebene Gesamtlenkmoment M durch die Reaktionskraft
von der Schraubenfeder 6 ausgedrückt durch: M = 2·x·(Fy·(cosθ – 1) + Fz·sindθ) + δ·F x= 0 (5)
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Das
Gesamtlenkmoment M wird 0, wodurch es möglich ist, eine Auslenkung
des Fahrzeugs zu unterdrücken.
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Hierdurch
ist es möglich
geworden, eine Auslenkung eines Fahrzeugs auf einfache Weise und sicher
zu unterdrücken,
ohne dass extrem schwierige Arbeiten zur Durchführung der oben beschriebenen Positionierung
an dem oberen Kraftanbringungspunkt P1 beim Herstellungsprozess
erforderlich sind.
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Auch
wenn die Drehachse der oberen Federaufnahme 8c (in anderen
Worten die Drehachse des Lagers 9c) ein wenig bezüglich der
Achsschenkelbolzenachse 20 versetzt ist, in anderen Worten,
auch wenn die Drehachse des Lagers 9c nicht koaxial zur Achsschenkelbolzenachse 20 ist,
liefert eine Einstellung der Ebene 13b der Drehung der
Federaufnahme 8c in einer Richtung senkrecht zu der Achsschenkelbolzenachse 20 ein
extrem geringes Gesamtlenkmoment M, da M = δ, Fx und δ und Fx jeweils sehr klein sind.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann, wenn das Gesamtdrehmoment M extrem
klein gemacht werden kann, eine Auslenkung des Fahrzeugs leicht und
sicher unterdrückt
werden, ohne dass die extrem schwierige Arbeit zur Durchführung der
Positionierung des oberen Kraftanbringungspunkts P1 beim Herstellungsprozess
erforderlich ist.
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Da
die Richtungseinstellung der Ebene der Drehung der oberen Federaufnahme 8c,
so dass die Drehachse des Lagers und die Achsschenkelbolzenachse
wie oben beschrieben in Übereinstimmung miteinander
gebracht werden, durch die extrem einfache Maßnahme bewirkt wird, dass wie
oben beschrieben Konfigurationen der unteren Halterungen 16 modifiziert
werden, kann der Zusammenbau leicht durchgeführt werden, ohne dass eine
Erhöhung
der Anzahl von Teilen erforderlich ist, während ein Anstieg der Kosten
reduziert wird.
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Die
untere Halterung 16 ist aus der Metallplatte hergestellt
und kann leicht durch Pressformen ausgebildet werden. Hierdurch
kann ein Anstieg der Kosten reduziert werden.
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Allein
durch die ein einzelnes Teil bildende untere Halterung 16 kann
die nach unten gerichtete Kraft der Dämpfungskraft des Stoßdämpfers (Kraft von
dem ersten Eingabesystem) in der Richtung der Federbeinachse gerichtet
werden, und die Kraft von der Schraubenfeder 6 (die Kraft
von dem zweiten Eingabesystem) kann in der Richtung der Achsschenkelbolzenachse
gerichtet werden, wodurch die Konstruktion des Federbeinaufhängungssystems weiter
vereinfacht werden kann.
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Da
der Lagerhalterungsabschnitt 16 an und entlang des Außenumfangs
des Isolatorkontaktabschnitts 16b in der unteren Halterung 16 angeordnet ist,
können
der Isolator 10c und das Lager 9c sich gegenseitig
nicht beeinflussen, auch wenn sie im Wesentlichen in Richtung der
Federbeinachse auf der gleichen Höhe angeordnet sind. Das Aufhängungssystem
kann deshalb in Richtung der Federbeinachse kompakt ausgebildet
werden.
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Da
die Ausbildung des Isolators 10c, des Lagers 9c und
dergleichen ziemlich frei gestaltet werden kann, ohne dass sie sich
gegenseitig beeinflussen, können
herkömmliche
Teile normalerweise als Elemente, außer der unteren Halterung,
verwendet werden, wie z.B. der Isolator 10c und das Lager 9c.
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Darüber hinaus
ist der Gummipuffer 15 unterhalb des Isolators 10c angeordnet,
wobei nur die aus der dünnen
Metallplatte hergestellte untere Halterung 16 dazwischen
angeordnet ist, und der Gummipuffer 15 (natürlich auch
einschließlich
des Gummipufferhauptkörpers 15a)
ist auf einer hohen Höhe extrem
nahe zu dem Isolator 10c angeordnet. Daher kann die Umhüllung des
Federbeins länger
gestaltet werden. Es ist daher möglich,
die Seitensteifigkeit des Federbeins zu verbessern, was zu einer
Verbesserung der Fahrstabilität
beiträgt.
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Das
obere Ende des Gummipuffers steht in Kontakt mit der Ebene, die
senkrecht zur Federbeinachse an dem Isolatorkontaktabschnitt der
unteren Halterung verläuft.
Der Gummipuffer kann deshalb seine Stoßhemmungswirkung entlang der
Richtung der Kolbenausdehnungen und Kontraktionen des Stoßdämpfers adäquat ausführen.
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Es
ist anzumerken, dass die oben beschriebene Ausführungsform nur ein Beispiel
ist. Deshalb ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform
zu begrenzen und kann durch Modifizierung der oben beschriebenen
Ausführungsform auf
verschiedene Weise realisiert werden, ohne von dem Geist der Erfindung
abzuweichen.
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Beispielsweise
kann die untere Halterung aus einem Kunstharz hergestellt werden,
solange die Festigkeit sichergestellt wird, obwohl die untere Halterung
bei der oben beschriebenen Ausführungsform aus
einer Metallplatte geformt wurde. Die Verwendung eines solchen Kunstharz
ermöglicht
eine einfachere Ausbildung.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben wurde, ermöglicht
es das erfindungsgemäße Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen die Drehebene der oberen Federaufnahme,
auf der der obere Teil der Schraubenfeder gelagert ist, in eine
Richtung zu legen, die senkrecht zu der Achsschenkelbolzenachse
ist, die eine hypothetische Drehachse ist, wenn das zugeordnete
gelenkte Rad gelenkt wird. Es ist deshalb möglich, das Auftreten eines
Lenkmoments (ein Moment, das eine Drehung des Federbeins verursacht)
durch Federreaktionskräfte
von der Schraubenfeder zu unterdrücken und daher eine Auslenkung
des Fahrzeugs zu verhindern.
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Bei
Anbringung der Aufhängungen
an einem Kraftfahrzeug kann die vorliegende Erfindung das Verhalten
des Fahrzeugs mit geringen Kosten verbessern und es wird deshalb
angenommen, dass sie eine extrem hohe Nützlichkeit hat.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Federbeinaufhängungssystem
mit Zweiwege-Kopfbefestigungen ist mit einem ersten Eingabesystem
und einem zweiten Eingabesystem versehen. Bei dem ersten Eingabesystem
ist ein oberer Teil der Kolbenstange (5a) eines an einem
Federbein (4) angeordneten Stoßdämpfers (5) mit einer
Fahrzeugkarosserie (7) über
einen Isolator (10c) verbunden, wenn das Federbeinaufhängungssystem
an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Bei dem zweiten Eingabesystem
ist ein oberer Teil einer an einem Außenumfang des Federbeins (4)
angeordneten Schraubenfeder (6) mit der Seite der Kraftfahrzeugkarosserie
(7) über
eine obere Federaufnahme (8c) und ein Lager (9c)
verbunden, wenn das Federbeinaufhängungssystem an dem Kraftfahrzeug
angeordnet ist. Um eine Unterdrückung
einer Auslenkung des Fahrzeugs durch Reduzierung eines auf das Aufhängungssystem
aufgebrachten Gesamtlenkmoments zu ermöglichen, ohne dass eine Erhöhung der
Anzahl von Teilen erforderlich ist, ist eine untere Halterung (16)
in Kontakt mit einer unteren Oberfläche des Isolators (10c)
und zwischen dem Lager (9c) und der Fahrzeugkarosserie
(7) angeordnet, und so ausgebildet, dass sich die untere
Halterung an ihrer – in
Seitenrichtung des Fahrzeugs (7) gesehen – inneren Seite
weiter nach unten erstreckt, als von ihrer äußeren Seite, damit die Drehachse
des Lagers und der Achsschenkelachse (20) miteinander übereinstimmen
(2).
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