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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung des Federweges
einer mit einem Dämpfer
zusammenwirkenden Feder gemäß der im
Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
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Derartige
Vorrichtungen zur Begrenzung des Federweges eines mit einer Feder
zusammenwirkenden Dämpfers
sind beispielsweise aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 202 15 950 U1 bekannt. Dort
ist ein Federwegbegrenzer in Form eines Ringes in eine Schraubenfeder
eingebracht. Der Ring ist um eine Kolbenstange herum angeordnet.
Der Federwegbegrenzer umfasst zumindest zwei Ringe zum Begrenzen
des Federweges, die an der Kolbenstange angebracht sind. Der Ring
ist jeweils mit einer Unterbrechung versehen, um über die
Unterbrechung um die Kolbenstange herum angeordnet zu werden. Die
Kolbenstange des Dämpfers
greift dabei in ein Dämpferrohr
ein. Die Ringe sind elastisch ausgebildet, um durch elastische Verformung – Aufspreizen des
Ringkörpers – transversal
an der Kolbenstange angebracht werden zu können. Die Ringe begrenzen den
Federweg, in dem sie sich im Bereich der maximalen Einfederung zunächst elastisch
verformen und schließlich
den Federweg gänzlich
blockieren. Der Federbegrenzer, der durch die Ringe gebildet wird, kann
individuell durch Einbringen einer gewissen Anzahl von Ringen den
Federweg verkleinern oder durch Herausnahme der Ringe den Federweg
vergrößern. Alle
Ringe sind in Reihe geschaltet. Das Vergrößern oder Verkleinern des Federweges
erfolgt manuell unter Zuhilfenahme von Spezialwerkzeugen.
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Insbesondere
bei Kraftfahrzeugen beinhaltet die Auslegung der Radachsen eine
Festlegung des Radfederweges. Dieser Federweg ist unter allen Betriebsbedingungen
immer vorhanden. Die maximale Entfernung des Rades zur Karosserie,
also dem Gehäuse
des Kraftfahrzeuges, wird durch die obere Begrenzungsposition des
Federweges und somit durch die Lage des eben genannten Federwegbegrenzers definiert.
Der obere Anschlag bestimmt maßgeblich den
Raumbedarf des Rades. Dieser Raumbedarf geht in die Konstruktion
und Auslegung der Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit ein.
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Hierbei
muss jedoch die Karosserie so ausgelegt werden, dass genügend Freiraum
zum Rad in allen Stellungen gewährleistet
ist. Daher wird bei der Konstruktion eine Reifenhüllkontur – eine vorbestimmte
maximale Außenform
zu den Betriebs- und Lenkbedingungen – erzeugt. Zur Erzeugung dieser Hüllkontur
werden alle für
ein Fahrzeug verfügbaren Reifen
auf Basis einer Dachkontur durch den vollen Federweg bewegt. Diese
Dachkontur beinhaltet definierte Federungs- und Lenkstellungen der
Räder des Kraftfahrzeuges.
Die so erzeugte Reifenhüllkontur beinhaltet
auch Konturen für
Schneeketten.
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Der
obere Anschlag und somit die obere Begrenzungsposition wird physikalisch
durch eine Zusatzfeder, beispielsweise in Form des oben genannten
elastischen Ringes oder entsprechend der Zusatzfeder in 1 dieser Patentanmeldung,
realisiert. Diese Zusatzfeder ist mit einer stark progressiven Steifigkeitskennlinie
versehen und so ausgelegt und positioniert, dass das Dämpferrohr
nach einem bestimmten Federweg auf die Zusatzfeder aufschlägt. Die
Zusatzfeder wird dann durch die weitere Einfederung des Dämpferrohrs
komprimiert. Die Komprimierung erfolgt, bis die Zusatzfeder ihr
Blockmaß erreicht.
Wenn die Zusatzfeder auf ihr Blockmaß komprimiert worden ist, ist
der obere Anschlag erreicht. Das Rad kann nun nicht mehr weiter
einfedern.
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Wie
soeben erwähnt,
werden auch Schneeketten beim Erzeugen von Reifenhüllkonturen
berücksichtigt.
Hierdurch entsteht ein erhöhter
Raumbedarf nach oben. Bei der Auslegung der Karosserie im Radhausbereich
muss der Freiraum für
die Ketten berücksichtigt
sein, obwohl die Schneeketten im normalen Fahrbetrieb eher selten,
zum Einsatz kommen. Der Freiraum für die Kettenkonturen wird daher ebenfalls
selten genutzt. Der erhöhte
Bauraumbedarf und die sich dadurch ergebende größere Reifenhüllkontur
hat negative Auswirkungen hinsichtlich der Gestaltung des Radhausbereiches,
was für
das Fahrzeugdesign und eine optimierte Auslegung der Fahrzeugkarosserie
von Nachteil ist.
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Aus
der
DE 198 58 259
A1 ist eine Arretiervorrichtung zwischen einem Fahrzeugaufbau
und einem Radführungsteil bekannt.
Die Arretiervorrichtung umfasst ein axial verschiebbares und vorzugsweise
rohrförmig
ausgebildetes Tragelement, das am freien Ende mit einem elastischen
Bauteil versehen ist. Die Außenfläche des
Tragelementes wirkt mit einer Haltevorrichtung zusammen, die von
wenigstens einem radial beweglichen und von einer Betätigungseinrichtung
beaufschlagbaren Backen gebildet ist. Vorzugsweise bildet die Arretiervorrichtung
eine Baueinheit mit einer Luftfeder, wobei die Betätigungseinrichtung
teleskopartig ausgebildet ist und einerseits mit dem Tragelement
und andererseits mit dem radial beweglichen Backen in Wirkverbindung
steht. Eine derartige Arretiervorrichtung ist bei Lastkraftwagen oder
Spezialfahrzeugen erwünscht,
wenn ein Schwanken des Fahrzeugaufbaus beim Ladevorgang oder bei
einem Arbeitsgang mit einem angebauten Kran, mit angebauter Arbeitsbühne oder
Leiter, auf ein Minimum reduziert werden soll und/oder wenn die
Ladefläche
einer Laderampe angepasst werden soll. Die Arretiervorrichtung ist
somit nur in Betrieb, wenn das Fahrzeug nicht bewegt wird. Wird das
Fahrzeug bewegt, wird die Arretiervorrichtung wieder gelöst.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Begrenzung
des Federweges einer mit einem Dämpfer
zusammenwirkenden Feder gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung der
genannten Nachteile eine einfache Möglichkeit geschaffen wird,
dass das Radhaus im Hinblick auf den Normalbetrieb optimiert werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die
Unteransprüche
bilden jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Einfederweg in
Abhängigkeit
der maximalen Außenform
des Rades, die beispielsweise durch Schneeketten oder durch Aufziehen
größerer Räder geändert werden
kann, eingestellt wird, sodass das Radhaus für den Normalbetrieb, also für den Einsatz bis
zu einer vorbestimmten maximalen Außenform des Rades, optimiert
werden kann. Hierbei wird in Kauf genommen, dass die Federungseigenschaften für den Sonderbetrieb,
nämlich
beispielsweise für den
Einsatz von Schneeketten oder größeren Rädern, eingeschränkt werden.
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Hierzu
weist die Vorrichtung zur Begrenzung des Federweges einer mit einem
Dämpfer
zusammenwirkenden Feder, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, eine
mit dem Dämpfer
in Wirkverbindung stehende Zusatzfeder auf, die als Begrenzung des maximalen
Federweges wirkt, wobei die Zusatzfeder fest mit einem karosseriefestem
Aufbau des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Erfindungsgemäß umfasst die
Zusatzfeder ein erstes mit dem Aufbau fest verbundenes Federelement
und ein mit dem ersten Federelement in Reihe geschaltetes zweites
Federelement. Zudem ist eine Schalteinrichtung vorgesehen. Die Schalteinrichtung
umfasst einen in zwei Schaltpositionen bewegbaren Stellzylinder
und eine zwischen dem ersten Federelement und dem zweiten Federelement
angeordnete Steuerscheibe, wobei der Stellzylinder mit der Steuerscheibe
so zusammenwirkt, dass der Stellzylinder in der zweiten Schaltposition
an der Steuerscheibe angreift und das erste Federelement überbrückt und
in der ersten Schaltposition die Steuerscheibe freigibt, sodass
das erste und zweite Federelement wirksam sind. Hierdurch wird auf
einfache Weise gewährleistet,
dass bei Wirksamsein von beiden Federelementen ein großer Federweg
und bei Überbrückung eines
Federelementes nur ein kleiner Federweg wirksam ist. Entsprechend
der Anforderung an einen Federweg kann dieser dadurch vergrößert oder
verkleinert werden.
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Es
ist auch möglich,
mehrere erste und mehrere zweite Federelemente und gegebenenfalls
auch dritte Federelemente vorzusehen. Dann können bedarfsweise das erste
oder das erste und zweite Federelement überbrückt werden.
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Insbesondere
umfasst dabei der Dämpfer eine
mit dem Gehäuse,
der Karosserie oder ähnliches
verbundene Kolbenstange, die in ein Dämpferrohr eingreift. Die Zusatzfeder,
die an dem Gehäuse, der
Karosserie oder ähnliches
abgestützt
ist, der Stellzylinder, die Steuerscheibe und das Dämpferrohr
sind konzentrisch zur Kolbenstange angeordnet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist der Stellzylinder konzentrisch zur Kolbenstange
zwischen der ersten Schaltposition und der zweiten Schaltposition
drehbar gelagert.
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Die
Schalteinrichtung weist zumindest einen Haltefinger auf und die
Steuerscheibe weist in Umfangsrichtung zumindest eine Ausnehmung
und einen Vorsprung auf. Die Ausnehmung und der Vorsprung der Steuerscheibe
sind jeweils dem Haltefinger zugeordnet, sodass in der zweiten Schaltposition der
Haltefinger an dem Vorsprung angreift, das erste Federelement überbrückt, der
Haltefinger in der ersten Schaltposition in die Ausnehmung eingreifen kann
und das erste und zweite Federelement wirksam sind.
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Vorzugsweise
umfasst die Vorrichtung zur Begrenzung des Federweges einer mit
einem Dämpfer
zusammenwirkenden Feder eine Steuereinrichtung, über die der Stellzylinder steuerbar
ist, wobei die Steuereinrichtung den Stellzylinder in Abhängigkeit
der Außenform
der Räder
steuert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung sind für
die Erfassung der Außenform
der Räder
entsprechende Sensoren vorgesehen, über die die Außenform
der Räder
unmittelbar feststellbar ist.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Erfassung der Außenform der Räder mittelbar, über im Kraftfahrzeug
vorhandene Messsysteme, beispielsweise über den Drehzahlunterschied
der Räder
während
der Fahrt des Kraftfahrzeugs.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
einer Ausführungsform
im Zusammenhang mit der Erfindung. Es zeigen:
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1a eine
schematische Darstellung eines Dämpfers
eines Rades im nicht eingefederten Zustand gemäß dem Stand der Technik;
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1b eine
schematische Darstellung des Dämpfers
von 1a im eingefederten Zustand gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
schematische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Begrenzung des Federweges eines mit einer Feder zusammenwirkenden
Rades nach der Erfindung;
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3a eine
schematische Schnittansicht von 2 einer
Schalteinrichtung mit Zusatzfeder, Kolbenstange und Dämpferrohr
in einer Schaltposition, in der beide Federelemente wirksam sind
im nicht eingefederten Zustand;
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3b eine
schematische Schnittansicht von 2 einer
Schalteinrichtung mit Zusatzfeder, Kolbenstange und Dämpferrohr
in einer Schaltposition, in der beide Federelemente wirksam sind
im eingefederten Zustand;
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4a eine
schematische Schnittansicht von 2 einer
Schalteinrichtung mit Zusatzfeder, Kolbenstange und Dämpferrohr
in einer Schaltposition, in der nur das zweite Federelemente wirksam
ist im nicht eingefederten Zustand;
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4b eine
schematische Schnittansicht von 2 einer
Schalteinrichtung mit Zusatzfeder, Kolbenstange und Dämpferrohr
in einer Schaltposition, in der nur das zweite Federelemente wirksam
ist im eingefederten Zustand;
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5 ein
Rad mit und ohne Schneeketten im eingefederten Zustand ohne erfindungsgemäße Vorrichtung;
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6 ein
Rad mit und ohne Schneeketten im eingefederten Zustand mit erfindungsgemäßer Vorrichtung,
und
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7 eine
Verlaufsdarstellung, wie die Steuereinrichtung für die Vorrichtung zur Begrenzung
des Federweges arbeitet.
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In
den 1a und 1b ist
ein Dämpfer 10 mit
einer Zusatzfeder 12 dargestellt. Der Dämpfer 10 ist mit seiner
Kolbenstange 14 an einem Gehäuse 16 eines Kraftfahrzeuges
angelenkt. Die Kolbenstange 14 greift in ein Dämpferrohr 18 ein.
Das Dämpferrohr 18 ist
mit einem hier nicht dargestellten Rad verbunden. Konzentrisch zur
Kolbenstange 14 ist die Zusatzfeder 12 angeordnet
und mit dem Gehäuse 16 verbunden.
Die Zusatzfeder 12 ist rotationssymmetrisch ausgebildet.
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In 1a ist
der Dämpfer 10 in
seinem unbelasteten Zustand dargestellt.
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In 1b ist
der Dämpfer 10 in
seinem belasteten Zustand dargestellt, bei dem das Dämpferrohr 18 auf
die Zusatzfeder 12 aufschlägt und diese vollständig komprimiert.
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Dies
ist Stand der Technik mit den in der Beschreibungseinleitung genannten
Nachteilen.
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In 2 ist
eine Vorrichtung 20 nach der Erfindung zur Begrenzung des
Federweges eines Rades eines Kraftfahrzeuges dargestellt.
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Die
Vorrichtung 20 weist ebenfalls die Zusatzfeder 12 auf,
die jedoch in zwei Federelemente 22 und 24 unterteilt
ist. Das erste Federelement 22 liegt an dem hier nicht
dargestellten Gehäuse 16 mit seiner
einen Stirnseite an. Die andere Stirnseite des ersten Federelementes 22 liegt
an einer Steuerscheibe 26 an. An der dem ersten Federelement 22 entfernt
gelegenen Seite der Steuerscheibe 26 liegt mit der einen
Stirnseite das zweite Federelement 24 an. Das zweite Federelement 24 ist
mit der Steuerscheibe 26 und die Steuerscheibe 26 mit
dem ersten Federelement 22 sowie das erste Federelement
mit dem Gehäuse 16 fest
verbunden. Die Steuerscheibe 26, das zweite Federelement 24 und
das erste Federelement 22 sind jedoch auf der Kolbenstange 14 axial verschiebbar
angeordnet, sodass bei Anliegen des Dämpferrohres 18 das
erste und zweite Federelement 22 und 24 mit der
Steuerscheibe 26 in Richtung des Gehäuses 16 bewegt und
komprimiert werden.
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Die
Steuerscheibe 26 weist zwei Vorsprünge 28 auf, die diametral
zueinander entfernt liegen. Die Vorsprünge 28 sind Haltefingern 30 eines
ebenfalls konzentrisch zur Kolbenstange angeordneten Stellzylinders 32 zugeordnet.
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Der
Stellzylinder 32 wirkt mit einem Stellmotor 40 und
einer Steuereinrichtung 42 zusammen und ist koaxial zur
Achse 36 der Kolbenstange 14 zwischen zwei Schaltpositionen
drehbar. Der Stellzylinder 32 weist den Vorsprüngen 28 zugeordnete
Ausnehmungen 34 auf. Die Ausnehmungen 34 sind
so ausgebildet, dass die Vorsprünge 28 der
Steuerscheibe 26 bei einem axialen Verschieben des zweiten
Federelementes 24, der Steuerscheibe 26 und des
ersten Federelementes 22 in Richtung des Gehäuses 16 entlang
der Achse 36 der Kolbenstange 14 in die Ausnehmungen 34 des
Stellzylinders 32 eingreifen. Die Haltefinger 30,
die ebenfalls zueinander diametral entfernt liegen, umgreifen dann
die Steuerscheibe 26. Diese Stellung entspricht der ersten
Schaltposition wie sie in 2 sowie
in den 3a und 3b dargestellt
ist.
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In
der zweiten Schaltposition wird der Stellzylinder 32 durch
den Stellmotor 40 um die Achse 36 gedreht, bis
sich die Haltefinger 30 über den Vorsprüngen 28 der
Steuerscheibe 26 befinden. Wird dann das zweite Federelement 24 durch
das Dämpferrohr 18 belastet,
bildet die Steuerscheibe 26 im Zusammenwirken mit den Haltefingern 30 und
somit des Stellzylinders 32 ein Widerlager. Das erste Federelement 22 ist
dann nicht wirksam. Lediglich das zweite Federelement 24 kann
elastisch verformt werden. Diese zweite Schaltposition des Stellzylinders 32 ist
in den 4a und 4b dargestellt.
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Die
Steuereinrichtung 42, der Stellmotor 40 mit dem
Stellzylinder und die zugeordnete Steuerscheibe 26 bilden
eine Schalteinrichtung 44.
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In 3a ist
die erste Schaltposition des Stellzylinders 32 gezeigt.
Die Feder 10 befindet sich dabei im nicht belasteten Zustand.
Die Vorsprünge 28 der
Steuerscheibe 26 greifen dabei in Ausnehmungen 34 des
Stellzylinders 32 ein. Wird die Zusatzfeder 12 nun
durch Einfedern des Dämpferrohres 18 belastet,
indem das Dämpferrohr 18 mit
seiner Stirnseite auf das zweite Federelement 24 aufschlägt, bewegen
sich das zweite Federelement 24 sowie die Steuerscheibe 26 und
ein Teil des ersten Federelementes 22 aufgrund ihrer elastischen
Verformung axial in Richtung nach oben zum Gehäuse 16 hin, bis beide
Federelemente 22 und 24 vollständig komprimiert sind. Die
Ausnehmung 34 des Stellzylinders 32 ist dabei
tiefer ausgebildet, sodass die Steuerscheibe 26 in dieser
Schaltposition nicht durch den Stellzylinder 32 blockiert
wird, sondern ausschließlich
durch den komprimierten Zustand der beiden Federelemente 22 und 24.
Die beiden Federelemente 22 und 24 bilden somit
eine erste Begrenzungsposition, die einem Normalbetrieb eines Rades eines
Kraftfahrzeuges entspricht. Der Federweg entspricht dabei dem Maß F1.
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In
den 4a und 4b ist
die zweite Schaltposition des Stellzylinders 32 dargestellt,
in dem die Haltefinger 30 über den Vorsprüngen 28 der Steuerscheibe 26 angeordnet
sind. 4a zeigt dabei den unbelasteten
Zustand und 4b den belasteten Zustand der
Feder 10. Im belasteten Zustand schlägt das Dämpferrohr 18 mit seiner
Stirnseite auf das zweite Federelement 24 auf, verschiebt
die Steuerscheibe 26 soweit bis die Vorsprünge 28 an
den Haltefingern 30 anliegen. Daraufhin wird das zweite Federelement 24 vollständig komprimiert,
bis es die in 4b dargestellte Federbegrenzung
bildet. Es handelt sich hierbei um eine zweite Begrenzungsposition.
Der Federweg F2 – gemessen
von der Stirnseite des unbelasteten Dämpferrohrs 18 bis
zur Stirnseite des belasteten Dämpferrohrs 18 in
die zweite Begrenzungsposition – ist
zumindest um das Maß der
elastischen Verformung des ersten Federelementes 22 kleiner.
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Der
Stellzylinder 32 wird von dem Stellmotor 40 zwischen
den genannten zwei Schaltpositionen gedreht.
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In
den 5 und 6 sind jeweils zwei Räder 38 nebeneinander
dargestellt. Das linke Rad 38 weist eine normale Außenform
auf. Das rechte Rad 38 weist einen die maximale Außenform
um das Maß S1 überschreitenden
Teil auf, der durch aufgezogene Schneeketten 46 hervorgerufen
wird.
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In 5 ist
veranschaulicht, dass durch die aufgezogenen Schneeketten 46 der
Radius der Lauffläche
von der Achse des Rades 38 sich um das Maß S1 vergrößert. Dieses
Maß müsste bei
der Auslegung des Radhauses eines Kraftfahrzeuges bei der Erstellung
der Reifenhüllkonturen
berücksichtigt
werden.
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5 zeigt
die beiden Räder 38 im
ungefederten Zustand.
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In 6 sind
die beiden Räder 38 im
eingefederten Zustand. Beim linken Rad 38 sind beide Federelemente 22 und 24 der
Zusatzfeder 12 wirksam. Das Rad befindet sich in der ersten
Begrenzungsposition.
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Das
rechte Rad 38 ist ebenfalls im eingefederten Zustand. Hier
ist die zweite Schaltposition und somit die zweite Begrenzungsposition
eingenommen. Hier wird deutlich, dass die zweite Begrenzungsposition
den Federweg um das Maß S2
verkürzt.
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In 7 ist
das Verfahren zur Begrenzung des Federweges dargestellt. In einem
ersten Schritt 48 werden über die Zündung des Kraftfahrzeuges Sensoren
aktiviert, die feststellen, ob das Rad 38 mit Schneeketten 46 versehen
ist. In einem nächsten Schritt 50 werden
die Sensoren von der Steuereinrichtung 42 abgefragt, ob
Schneeketten 46 montiert sind oder nicht. Sind Schneeketten 46 montiert,
erhält
die Schalteinrichtung 44 von der Steuereinrichtung 42 ein
Signal und die Schalteinrichtung 44 nimmt die zweite Schaltposition
ein und definiert damit die zweite Begrenzungsposition des Federweges.
Sind keine Schneeketten 46 montiert, erhält die Schalteinrichtung 44 von
der Steuereinrichtung 42 ein Signal, dass die erste Schaltposition
beibehalten oder eingenommen wird.
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Alternativ
hierzu kann auch das Vorhandensein von Schneeketten 46 über den
durch die Schneeketten 46 geänderten Durchmesser und somit
durch die geänderte
Radumdrehung ermittelt werden. Dies kann vorzugsweise über das
im Fahrzeug vorhandene Messsystem im Zusammenhang mit der ABS-Bremssteuerung
in die Steuereinrichtung mit einfließen. Entsprechend erhält die Schalteinrichtung 44 entsprechende
Signale von der Steuereinrichtung 42.
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- 10
- Dämpfer
- 12
- Zusatzfeder
- 14
- Kolbenstange
- 16
- Gehäuse
- 18
- Dämpferrohr
- 20
- Vorrichtung
- 22
- erstes
Federelement
- 24
- zweites
Federelement
- 26
- Steuerscheibe
- 28
- Vorsprünge
- 30
- Haltefinger
- 32
- Stellzylinder
- 34
- Ausnehmungen
- 36
- Achse
- 38
- Rad
- 40
- Stellmotor
- 42
- Steuereinrichtung
- 44
- Schalteinrichtung
- 46
- Schneeketten
- F1
- vollständiger Federweg – erste
Begrenzungsposition wirksam
- F2
- eingeschränkter Federweg – zweite
Begrenzungsposition wirksam
- S1
- der
die maximale Außenform überschreitende Teil
- S2
- Maß, um das
der Federweg verkürzt
wird.
- A
- Abstand
der Lauffläche
zum Gehäuse 16 im eingefederten
Zustand