DE102004002432A1

DE102004002432A1 - Oberes Stoßdämpfer-Montagesystem mit integriertem Luftfeder-Drehlagergehäuse

Info

Publication number: DE102004002432A1
Application number: DE102004002432A
Authority: DE
Inventors: Harold H. Huron Henry III; Steven O. Huron Luzsicza; David Perrysburg Steed; Karl Toledo Kazmirski; Gary Toledo Groves
Original assignee: Pullman Inc; Pullman Co
Current assignee: Pullman Inc; Pullman Co
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2024-01-10
Also published as: BRPI0400006A; CA2454852C; US6843472B2; MXPA03011730A; US20040140601A1; CA2454852A1; DE102004002432B4

Abstract

Ein oberes Montagesystem (38) für ein MacPherson-Federbein (10) besitzt eine Stoßdämpferaufnahme und eine Luftfederhalterung. Die Luftfederhalterung ist um die Stoßdämpferaufnahme koaxial angeordnet. Eine gewölbte, sphärische Schnittstelle der Luftfederhalterung erlaubt die Drehpunktbewegung der Luftfeder, so dass sie die koaxiale Beziehung zum Stoßdämpfer aufrecht erhält. Die gewölbte, sphärische Schnittstelle sorgt außerdem für eine Abdichtung der Luftfedergaskammer.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Federbeinaufhängungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere ein oberes Stoßdämpfer-Montagesystem, welches das Federbein von dem Fahrzeug isoliert und welches ein integriertes Drehpunktlager für die Luftfederung des Fahrzeugs aufweist.
Hintergrund der Erfindung
MacPherson-Federbeine werden zur Zeit und auch in Zukunft in vielen Fahrzeugen eingesetzt. Diese Federbeine weisen eine Kombination aus Radaufhängungsachsen und Stoßdämpfer auf, welche den Bedarf bezüglich eines oberen Steuerarmes beseitigen. Diese Beseitigung des oberen Steuerarmes schafft eine räumliche Erweiterung für den Motor und für die Kraftübertragung bzw. für das Getriebe innerhalb des Fahrzeugmotorraums. Das zusätzliche Raumangebot ist besonders für Fahrzeuge mit Vorderradantrieb vorteilhaft, der eher einen Ost-West-Motor als die traditionelle Nord-Süd-Ausrichtung enthält, die Fahrzeuge mit Hinterradantrieb aufweisen.
Ein typisches McPherson-Federbein besitzt eine Aufhängungsfederung, die um den Stoßdämpfer koaxial positioniert ist. Die Federung erstreckt sich von einer Halterung, die auf dem Außenrohr des Stoßdämpfers angebracht ist, bis hin zu einer Halterung, die in dem oberen Montagesystem für das MacPherson-Federbein integriert ist. Die Aufhängungsfederung kann aus einer stählernen Schraubenfeder oder einer Luftfeder bestehen.
Wenn eine Luftfeder mit dem MacPherson-Federbein verwendet wird, wird die Luftfeder oberhalb der Stoßdämpferanordnung koaxial positioniert, und es kommt dabei in der Regel eine Luftfeder zum Einsatz, die an der Fahrzeugkarosserie starr befestigt ist. Die Luftfeder ist mit einem ausreichenden Durchmesser so ausgelegt, um die Gelenkverbindung des Stoßdämpfers mit der normalen Federbeinzug- und -druckstufenbewegung des Fahrzeugs unterzubringen. Der innere Durchmesser der Luftfeder muss daher groß genug sein, um so den Luftfederbalg zwischen dem Stoßdämpferkörper und dem äußeren Federspeichergehäuse nicht einzuquetschen, wenn das Federbein gelenkig verbunden wird. Um den benötigten Durchmesser des Luftfederkörpers zu reduzieren, kann der obere Bereich der Luftfeder an einem sphärischen/achsensymmetrischen Drehpunktlager angebracht werden. Das sphärische Drehpunktlager lässt eine konische Bewegung zu, so dass die Luftfeder mit dem Stoßdämpfer koaxial anlenken kann. Diese Koaxialbewegung reduziert den Durchmesser der Luftfeder, da das äußere Federspeichergehäuse der Luftfeder sich mit dem Stoßdämpfer bewegt, statt dass sich der Stoßdämpfer in Richtung eines stationären äußeren Federspeichergehäuses bewegt. Um ein Austreten von Luft aus der Luftfeder wegen der gleitenden Flächen des sphärischen Drehpunktlagers zu verhindern, werden die gleitenden Elemente des sphärischen Drehpunktlagers in der Regel extern zur Druckkammer der Luftfeder positioniert.
Wenn auch das zusätzliche Anbringen eines sphärischen Drehpunktlagers die konische Bewegung zulässt, so dass die Luftfeder mit dem Stoßdämpfer koaxial gelenkig verbunden werden kann, und der Durchmesser der Luftfeder reduziert wird, ist im Allgemeinen der Unterbringungsraum sowohl für den oberen Isolationsstoßdämpfer als auch für die separate, sphärische Drehpunktlageranordnung inakzeptabel groß. Die sphärische Drehpunktlageranordnung kann oberhalb der Luftfeder und der oberen Isolationsstoßdämpferanordnung axial angeordnet sein, das dann einem Kugelgelenk ähnelt, jedoch reduziert diese Anordnung die zur Verfügung stehende Länge für den Stoßdämpfer, was den unerwünschten Effekt zur Folge hat, dass sich der zugelassene Federweg ebenfalls reduziert. Wenn die sphärische Drehpunktlageranordnung zum Luftfederspeichergehäuse extern angeordnet ist, und sie sich in der Regel auf der gleichen Ebene wie der Isolationsstoßdämpfer befindet, wird der Gesamtdurchmesser der oberen Montageanordnung inakzeptabel groß.
Die weitergehende Entwicklung der MacPherson-Federbeinachssysteme umfassen Konstruktionsdesign und Konstruktionsentwicklung der Montagesysteme, die den benötigten Raum für die Montagesysteme optimieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung sieht die Technik mit einem oberen Montagesystem für ein MacPherson-Federbein vor, das die sphärische Drehpunktlageranordnung integriert, welche die gleitende Oberfläche in das innere, obere Ende des Luftfederspeichergehäuses aufweist. Dieses System lässt zu, dass die Luftfeder mit dem Stoßdämpfer koaxial gelenkig verbunden ist, wobei der Durchmesser des Luftfederkörpers reduziert werden kann. Die Durchmesserreduzierung des Luftfederkörpers schafft eine akzeptable Modulunterbringung für den oberen Montagebereich der Luftfeder und der Stoßdämpferanordnung.
Für die Fachleute auf dem Gebiet werden weitere Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung, den anhängenden Patentansprüchen sowie aus den Zeichnungen erkennbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen veranschaulichen die bestmögliche Ausführungsform, die derzeit zur Ausführung der vorliegenden Erfindung vorstellbar ist. Es zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines vorderen Aufhängungssystems, in dem das einzigartige Montagesystem gemäß der vorliegenden Erfindung integriert ist,
2 eine Endansicht längs der Linie 2-2 der 1,
3 eine vergrößerte teilweise geschnittene Seitenansicht der oberen Hälfte des Federbeins längs der Linie 3-3 der 1, und
4 eine vergrößerte teilweise geschnittene Seitenansicht des einzigartigen Montagesystems nach 1.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In 1 ist ein Typ des MacPherson-Aufhängungsfederbeins dargestellt, in dem das einzigartige Montagesystem gemäß der vorliegenden Erfindung integriert ist und das allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Das Federbein 10 besitzt ein äußeres Behälterrohr 12, das an seinem unteren Ende in einer becherförmigen Montagehalterung 14 getragen wird. Die Montagehalterung 14 ist an einem Lenkachsschenkel 16 einer lenkbaren Vorderradanordnung 18 befestigt, die von einer drehbaren Achswelle 20 angetrieben wird. Innerhalb des Behälterrohrs 12 ist ein hydraulischer Stoßdämpfereinsatz mit einem Ventilkolben 22 befestigt, der für die gleitende Hin- und Herbewegung in einem Druckrohr 24 angebracht ist, das zu dem Behälterrohr 12 im Innern radial beabstandet ist, um einen Speichertank 26 für das hydraulische Dämpfungsfluid des Federbeins bereitzustellen. Ein Basisventil 28 sorgt für die gesteuerte Hydraulikverbindung zwischen dem Speichertank 26 und einer unteren Arbeitskammer 30, die durch den Ventilkolben 22 und das Druckrohr 24 gebildet ist. Der Ventilkolben 22 ist mit dem unteren Ende einer Zylinderkolbenstange 32 verbunden, die sich axial und aufwärts durch eine Stirnkappe 34 erstreckt.
Gemäß den 1 bis 4 weist die Kolbenstange 32 einen reduzierten Durchmesser und einen Gewindeanschluss 36 für die Anbringung an ein oberes Aufhängungsmontagesystem 38 auf, das wiederum an einem Metallschaft 40 befestigt ist, der in dem Radgehäuse der Fahrzeugkarosserie ausgebildet ist. Eine Luftfederanordnung 42 ist an einer Seite des Behälterrohrs 12 und an deren gegenüberliegenden Seite an das obere Montagesystem 38 angebracht.
Die Luftfederanordnung 42 besitzt einen inneren Federspeicher 44, der auf dem Behälterrohr 12 mit einem Gewinde verschraubend aufgenommen wird, und eine obere Kappe 46, die mit dem inneren Federspeicher 44 verschraubend befestigt ist. Die obere Kappe 46 wird von einer Stirnkappe 34 innerhalb des inneren Federspeichers 44 gehalten. Ein Dichtungssatz 48 dichtet die Schnittstelle zwischen der Kolbenstange 32 und der Stirnkappe 34 ab; eine Dichtung 50 dichtet die Schnittstelle zwischen der Stirnkappe 34 und dem inneren Federspeicher 44 ab, und eine Dichtung 52 dichtet die Schnittstelle zwischen dem Behälterrohr 12 und dem inneren Federspeicher 44 ab.
Ein Luftfederbalg 56 der Luftfederung ist an einem Ende mit dem inneren Federspeicher 44 unter Verwendung eines Halterings abdichtend befestigt. Das gegenüberliegende Ende des Luftfederbalgs 56 ist an der äußeren Federspeicheranordnung 60 befestigt. Die äußere Federspeicheranordnung 60 besitzt einen unteren Federspeicher 62, einen Zwischenfederspeicher 64, einen oberen Federspeicher 66 und eine Halterungskappe 68. Der Luftfederbalg 56 ist zwischen dem unteren Federspeicher 62 und dem Zwischenspeicher 64 eingeklemmt, der dazu dient, den Luftfederbalg 56 abgedichtet beizubehalten. Der Zwischenfederspeicher 64 ist an den oberen Federspeicher 66 abgedichtet befestigt, und der obere Federspeicher 66 ist an das obere Montagesystem 38 mittels einer Halterungskappe 68 befestigt. Eine Dichtung 70 dichtet die Schnittstelle zwischen oberem Federspeicher 66 und oberem Montagesystem 38 ab.
Das obere Montagesystem 38, die Luftfederanordnung 42 und die Stirnkappe 34 bilden eine Dichtungskammer 72, innerhalb der Druckluft als Federung funktioniert, um den abgefederten Bereich des Fahrzeugs zu unterstützen. Ein Ventil 74, das sich durch den Zwischenfederspeicher 64 hindurch erstreckt, ermöglicht die Steuerung des Drucks innerhalb der Kammer 72, um damit die Fahrzeughöhe und/oder die Luftmenge innerhalb der Kammer 72 zu steuern.
Das obere Montagesystem 38 besitzt ein Außenrohr 80, ein Elastomer-Gleitlager 82, ein Innenrohr 84, ein tragendes Innenrohr 86, einen Kunststoffzapfen 88, ein Elastomer-Gleitlager 90, ein ausgekehltes, tragendes Außenrohr 92 und einen End- bzw. Bundring 94. Das Außenrohr 80 ist vorteilhafterweise aus Aluminium hergestellt und besitzt einen im Wesentlichen planaren Bereich, auf dem drei Befestigungsbolzen 100 angebracht sind, die zur Befestigung des oberen Montagesystems an den Metallschaft 40 verwendet werden. Das Elastomer-Gleitlager 82 ist mit einem mittleren, zylinderförmigen Abschnitt des Außenrohrs 80 auf dessen Außenfläche verbunden, und es ist mit dem Innenrohr 84 auf dessen Innenfläche verbunden. Das Innenrohr 84 ist ebenfalls vorzugsweise aus Aluminium hergestellt.
Die Kolbenstange 32 erstreckt sich durch das Innenrohr 84, wobei eine Scheibe 102 am unteren Ende des Innenrohrs 84 angebracht ist, und eine Scheibe 104 und eine Mutter 106 am oberen Ende des Innenrohrs 84 angebracht sind. Die Scheibe 102 ist zwischen dem Innenrohr 84 und einem Haltering 108 eingespannt, der in einer Ausnehmung auf der Kolbenstange 32 angeordnet ist. Die Scheibe 102 und der Haltering 108 stellen einen Auflagedruckpunkt für die Stabilisierung der Mutter 106 her. Eine Dichtung 110 ist zwischen dem Innenrohr 84, der Dichtungsscheibe 102 und der Kolbenstange 32 hin zur Dichtungskammer 72 angeordnet. Die Scheibe 104 ist oberhalb der Kolbenstange 32, dem Innenrohr 84 und dem Elastomer-Gleitlager 82 platziert, und die Montageverbindung der Kolbenstange 32 mit dem oberen Montagesystem 38 wird durch die Mutter 106 erhalten, der auf dem verkleinerten Ende der Kolbenstange 32 mit einem Gewinde verschraubend aufgenommen und verfestigt wird.
Das tragende Innenrohr 86 ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt und wird von der Außenfläche des mittleren, zylinderförmigen Abschnitts des Außenrohrs 80 mit einem Gewinde verschraubend aufgenommen. Eine Dichtung 112 dichtet die Schnittstelle zwischen dem tragenden Innenrohr 86 und dem Außenrohr 80 ab. Bevor es an das Außenrohr 80 befestigt wird, wird ein Kunststoffzapfen 88 an die Außenfläche des tragenden Innenrohrs 86 angeformt. Der Kunststoffzapfen 88 besitzt eine erste, im Wesentlichen sphärische/achsensymmetrische Oberfläche 114, die eine der gewölbten Schnittstellen darstellt, die für das Gleiten oder die Drehbewegung in das obere Montagesystem 38 vorgesehen ist. Der untere Abschnitt des tragenden Innenrohrs 86 bildet eine ausgekehlte Oberfläche 116, die zum Anbringen einer Federwegbegrenzung 118 verwendet wird.
Das Elastomer-Gleitlager 90, das ein selbstschmierendes Elastomer ist, ist über den Kunststoffzapfen 88 schnappend befestigt und bildet eine zweite, im Wesentlichen sphärische/achsensymmetrische Oberfläche 120, welche die andere gewölbte Schnittstelle darstellt, die für das Gleiten oder die Drehbewegung in das obere Montagesystem 38 vorgesehen ist. Das tragende Außenrohr 92 ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt und wird über dem Elastomer-Gleitlager 90 und dem Bundring 94 zusammengesetzt, der vorzugsweise auch aus Aluminium hergestellt ist, und die von dem Außenrohr mit einem Gewinde verschraubend aufgenommen werden, um die Anordnung zu komplettieren. Die Anordnung des tragenden Innenrohrs 86, des Kunststoffzapfens 88, des Elastomer-Gleitlagers 90, des tragenden Außenrohrs 92 und des Bundrings 94 werden zusammen vervollständigt, bevor das tragende Innenrohr 86 mit dem Außenrohr 80 zusammengesetzt wird. Der Endring 94 wird in das tragende Außenrohr 92 verschraubt, und er steuert die Kompression des Elastomer-Gleitlagers 90. Die Kompression des Gleitlagers 90 reicht aus, um die Druckabdichtungskammer 72 abzudichten, wobei aber noch zugelassen wird, dass die Luftfederanordnung 42 mit dem Stoßdämpfer koaxial gelenkig verbunden wird. Diese Kompression ist auch ausreichend, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in die tragende und gleitende Schnittstelle von der oberen Seite her eintreten können, was eine äußere Abdichtung der tragenden Schnittstelle überflüssig macht.
Die Außenfläche des tragenden Außenrohrs 92 besitzt eine Ausnehmung 130, welche die Dichtung 70 und einen Nuteinschnitt 132 positioniert, die wiederum die Sicherungsringe 134 positionieren, die einen Auflagedruckpunkt für die Halterungskappe 68 bereitstellen.
Auf diese Art und Weise setzt das obere Montagesystem 38 sowohl die Kolbenstange 32 des Stoßdämpfers als auch die Luftfederanordnung 42 in das Fahrzeug ein, wobei die Koaxialbewegung der Luftfederanordnung 42 mit dem Stoßdämpfer zugelassen wird. Das Montagesystem 38 bietet sowohl eine reduzierte Bauteilgröße als auch eine Gewichtsreduzierung im Vergleich zu bisher bestehenden Techniken, die auch eine koaxiale Gelenkverbindung einer Luftfeder auf einer Stoßdämpferanordnung zulassen. Die Einbeziehung einer Unterstützung im Innern der Druckkammer erlaubt einen kleineren Durchmesser und ein leichteres, äußeres Luftfederspeichergehäuse, wobei dies nicht zu einem unerwünscht großen Durchmesser eines schweren, oberen Montagesystems führt. Das Elastomer-Gleitlager 90 bringt akzeptable, konische Anzugscharakteristiken hervor, die es zulassen, dass die Luftfederspeicher sich gelenkig verbinden, so dass der Luftfederbalg 56 nicht zerquetscht wird, sondern dass auch das Elastomer-Gleitlager 90 in der Anordnung auf dem Kunststoffzapfen 88 angemessen komprimiert werden kann, so dass eine Druckdichtung von der Kammer 72 ausgehend gebildet wird.
Wenn auch die vorstehende Beschreibung die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einzelnen erläutert, sollte davon ausgegangen werden, dass die vorliegende Erfindung mögliche Modifizierungen, Variationen und Abänderungen zulässt, ohne dass dabei vom Schutzumfang und der ordnungsgemäßen Bedeutung der anhängenden Patentansprüche abgewichen wird.

Claims

Aufhängemontagesystem für ein Fahrzeug, wobei das Montagesystem folgendes aufweist: einen Stoßdämpfer; eine Stoßdämpferaufnahme, die für die Befestigung des Stoßdämpfers an das Fahrzeug ausgelegt ist; eine Luftfederung, die um den Stoßdämpfer herum angeordnet ist, wobei die Luftfederung eine Dichtungskammer bildet; und eine Luftfederhalterung, die um die Stoßdämpferaufnahme herum angeordnet ist, wobei die Luftfederhalterung und die Stoßdämpferaufnahme eine Dichtungskammer bilden.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Luftfederhalterung eine Drehpunktbewegung in Bezug auf die Stoßdämpferaufnahme vorsieht.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Luftfederhalterung eine erste und eine zweite gewölbte Fläche für das Bereitstellen einer Drehpunktbewegung umfasst.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 3, bei dem die erste und zweite gewölbte Fläche im Wesentlichen sphärisch/achsensymmetrisch ist.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem die zweite gewölbte Fläche mit der ersten Wölbungsfläche abdichtend in Eingriff gelangt.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 2, bei dem die zweite gewölbte Fläche mit der ersten Wölbungsfläche abdichtend in Eingriff gelangt.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Stoßdämpferaufnahme ein Außenrohr, das für die Befestigung an das Fahrzeug ausgelegt ist, ein Innenrohr, das an den Stoßdämpfer befestigt ist, sowie ein Elastomer-Gleitlager, das zwischen dem Außen- und Innenrohr angeordnet ist, aufweist.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 7, bei dem die Luftfederhalterung eine Drehpunktbewegung in Bezug auf die Stoßdämpferaufnahme vorsieht.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 8, bei dem die Luftfederhalterung eine erste und eine zweite gewölbte Fläche für das Bereitstellen einer Drehpunktbewegung umfasst.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 9, bei dem die erste und zweite gewölbte Fläche im Wesentlichen sphärisch/achsensymmetrisch ist.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem die zweite gewölbte Fläche mit der ersten Wölbungsfläche abdichtend in Eingriff gelangt.
Aufhängemontagesystem gemäß Anspruch 7, bei dem die zweite gewölbte Fläche mit der ersten Wölbungsfläche abdichtend in Eingriff gelangt.
Aufhängemontagesystem gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Luftfederung einen Luftfederbalg mit einem ersten Ende aufweist, das um den Stoßdämpfer befestigt ist, sowie ein zweites Ende, das um die Luftfederhalterung angeordnet ist.
Oberes Montagesystem für einen Stoßdämpfer und eine Luftfederung eines Fahrzeugs, wobei das Montagesystem folgendes aufweist: – ein Innenrohr, das für die Befestigung am Stoßdämpfer ausgelegt ist; – ein Außenrohr, das für die Befestigung am Fahrzeug ausgelegt ist; – ein Elastomer-Gleitlager, das zwischen dem Innen- und Außenrohr angeordnet ist; – ein tragendes Innenrohr, das um das Außenrohr angeordnet ist; – ein tragendes Außenrohr, das um das tragende Innenrohr angeordnet ist, wobei das tragende Außenrohr für die Befestigung an der Luftfederung ausgelegt ist, sowie – eine Wölbungsflächenschnittstelle, die zwischen dem tragenden Innenrohr und dem tragenden Außenrohr angeordnet ist, wobei die Wölbungsschnittstelle die Drehpunktbewegung des tragenden Außenrohrs in Bezug auf das tragende Innenrohr zulässt.
Oberes Montagesystem gemäß Anspruch 14, bei dem die Wölbungsschnittstelle eine erste, im Wesentlichen sphärische/achssymmetrische Fläche umfasst, die an dem tragenden Innenrohr angebracht ist, sowie eine zweite, im Wesentlichen sphärische/achssymmetrische Fläche aufweist, die an dem tragenden Außenrohr angebracht ist.
Oberes Montagesystem gemäß Anspruch 15, bei dem die zweite, im Wesentlichen sphärische Fläche mit der ersten, im Wesentlichen sphärischen Fläche abdichtend in Eingriff gelangt.
Oberes Montagesystem gemäß Anspruch 14, bei dem die Wölbungsflächenschnittstelle so ausgelegt ist, um das Druckgas für die Luftfederung abzudichten.
Oberes Montagesystem gemäß Anspruch 17, bei dem die Wölbungsschnittstelle eine erste, im Wesentlichen sphärische Fläche umfasst, die an dem tragenden Innenrohr angebracht ist, sowie eine zweite, im Wesentlichen sphärische Fläche aufweist, die an dem tragenden Außenrohr angebracht ist.
Oberes Montagesystem gemäß Anspruch 18, bei dem die zweite, im Wesentlichen sphärische Fläche mit der ersten, im Wesentlichen sphärischen Fläche abdichtend in Eingriff gelangt.