DE102006026822B4

DE102006026822B4 - Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102006026822B4
Application number: DE200610026822
Authority: DE
Inventors: Karl Schramm; Eberhard Rödig
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2026-06-10
Also published as: DE102006026822A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug, mit einem Dämpferrohr (1), in dem eine Kolbenstange (3) geführt ist, die am Fahrzeugaufbau angebunden ist, und einer Zusatzfeder (11), die zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Stirnseite des Dämpferrohrs (1) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Zusatzfeder (11) mit zumindest einem weiteren Federelement (20) in Reihe geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Schwingungsdämpfer für Fahrzeuge weisen üblicherweise einen fahrzeugaufbauseitigen Aufprallpuffer aus Polyurethan oder Gummi auf. Dieser kommt bei stärkerem Einfedern der Radaufhängung an dem Dämpferrohr des Schwingungsdämpfers zur Anlage und fängt so als Zusatzfeder zusammen mit einer Tragfeder Schwingungsamplituden des Dämpferrohrs des Schwingungsdämpfers auf.
Aus der DE 101 05 791 A1 ist ein als Zusatzfeder zur Spiralfeder eines Schwingungsdämpfers dienendes Federelement bekannt, das aus mindestens zwei elastischen Formkörpern besteht, die über mindestens ein Verbindungsteil miteinander verbunden sind. Die beiden elastischen Formteile der Zusatzfeder weisen unterschiedliche Eigenschaften und Geometrien auf, wodurch die Variabilität bezüglich der Federcharakteristik und dem Blockmaß erhöht ist. Aus der DE 67 51 258 U ist ein weiterer Schwingungsdämpfer mit einem Dämpferrohr und einer darin geführten Kolbenstange bekannt. Am Kolbenstangenkopf ist ein flaches eingespanntes Federelement angeordnet, gegen das das Dämpferrohr am Ende eines Dämpferhubes mit seiner Stirnseite anliegt.
Insbesondere bei Fahrzeugen mit sportlich ausgelegtem Fahrwerk soll die Zusatzfeder im normalen Fahrbetrieb ausreichend steif gestaltet sein. Andererseits soll die Zusatzfeder einen ausreichend großen Einfederweg bereitstellen. Der große Federweg gewährleistet, dass große, stoßartige Kräfte aufgefangen und in Schwingungen umgewandelt werden. Bei einer Schwellenüberfahrt können daher Beschädigungen am Fahrwerk des Fahrzeugs vermieden werden. Nachteilig ist jedoch, dass für einen großen Federweg die Zusatzfeder mit einer großen Federhöhe zu dimensionieren ist, wodurch im normalen Fahrbetrieb die Zusatzfeder zwangsläufig im weicheren Kennlinienbereich mit geringerer Federrate arbeitet.
Aus der DE 103 06 157 A1 ist ein gattungsgemäßer Schwingungsdämpfer bekannt, bei dem die Zusatzfeder in einem Verlagerungskolben angeordnet ist. Zwischen einem umfangsseitigen Stützring des Verlagerungskolbens und einem Boden des Stützzylinders ist ein Federelement abgestützt. Dadurch ergibt sich ein Fahrzeug-Federungssystem mit veränderbarem Höhenstand des Fahrzeugaufbaus.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug bereitzustellen, der im normalen Einsatzbereich ausreichend steif ist und bei Sonderereignissen, etwa einer Schwellenüberfahrt, zugleich einen ausreichend großen Federweg bereitstellt.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist die Zusatzfeder mit zumindest einem weiteren Federelement in Reihe geschaltet. Durch die Reihenschaltung der Zusatzfeder mit dem Federelement kann die Federcharakteristik der Fahrwerksfederung insgesamt in einfacher Weise variiert werden. Hierzu kann eine herkömmlich ausgebildete Zusatzfeder mit dem Federelement einfach in Reihe gekoppelt werden.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Zusatzfeder unter Zwischenschaltung des Federelements an einem aufbauseitigen Tragelement abgestützt sein. In diesem Fall ist die Zusatzfeder also nicht unmittelbar an dem steifen aufbauseitigen Tragelement oder dergleichen angebunden, sondern mittels des Federelements federnd am Tragelement abgestützt.
Um die Federkennung der Fahrwerksfederung den spezifischen Anforderungen des jeweiligen Fahrzeugs anzupassen, ist es vorteilhaft, wenn das Federelement und die Zusatzfeder unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen. Dabei kann es insbesondere bei einer sportlichen Auslegung des Fahrwerks bevorzugt sein, wenn das Federelement auf eine Vorspannkraft vorgespannt ist. Bei einer Krafteinleitung in den Schwingungsdämpfer unterhalb der Vorspannkraft entspricht somit das Federelement einer steifen Abstützung ohne Federeigenschaft. Erst wenn der Schwingungsdämpfer mit einer Kraft belastet wird, die größer als die Vorspannkraft ist, kann das Federelement einen zusätzlichen Federweg bereitstellen.
Erfindungsgemäß kann die Zusatzfeder mit einer geringeren Länge dimensioniert werden, wodurch die Federrate der Zusatzfeder im normalen Fahrbetrieb in den steifen Bereich der Federkennlinie der Zusatzfeder verlagert ist. Wenn etwa bei einer Schwellenüberfahrt des Fahrzeugs die in den Schwingungsdämpfer eingeleitete stoßartige Kraft die Vorspannkraft des Federelements übersteigt, so kann der Dämpfer aufgrund des vorgespannten Federelements weiter einfedern. Das Federelement stellt somit einen zusätzlichen Federweg für einen zusätzlichen Kraftabbau bereit. Der aufgrund einer reduzierten Federhöhe der Zusatzfeder fehlende Federweg kann somit durch das vorgespannte steife Federelement zurückgewonnen werden.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Vorspannkraft des Federelements einer Kraft entspricht, bei der sich die Zusatzfeder bereits im progressiven, nicht linearen Kennlinienbereich befindet. In diesem Fall ist gewährleistet, dass das Federelement erst bei einem Sonderereignis außerhalb des normalen Fahrbetriebs einen zusätzlichen Federweg zum Kraftabbau bereitstellt und im normalen Fahrbetrieb ohne Federeigenschaften ist.
Um eine kompakte Bauweise der aus der Zusatzfeder und dem Federelement bestehenden Anordnung zu ermöglichen, kann das Federelement ein Tellerfederpaket mit äußerst geringer Bauhöhe sein. Als Zusatzfeder kann ein herkömmlicher Anschlagpuffer aus einem Elastomermaterial eingesetzt werden.
Um baulich in einfacher Weise die Federcharakteristik der Fahrwerksfederung einzustellen, können die Zusatzfeder und das Federelement zwei separate Bauteile sein, die in einfacher Weise gegeneinander austauschbar sind. Die Zusatzfeder und das Federelement können zur Bildung einer kompakten Baueinheit in einem zum Dämpferrohr offenen Gehäuse gelagert sein. Dabei ist das Federelement erfindungsgemäß zwischen einem Gehäuseboden und einer Sperrscheibe im Gehäuse auf eine vorbestimmte Vorspannkraft gespannt. Zur Einstellung der Vorspannkraft des Federelements kann die Sperrscheibe höhenverstellbar im Gehäuse angeordnet sein. Die Höhenverstellbarkeit der Sperrscheibe kann in einfacher Weise über eine Schraubverbindung zwischen der Sperrscheibe und dem Gehäuse realisiert werden. In diesem Fall kann die Sperrscheibe zur Höhenverstellung lediglich in das Gehäuse hineingeschraubt oder aus dem Gehäuse herausgeschraubt werden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1 in einer Seitenschnittansicht einen oberen Teil eines Schwingungsdämpfers in einem eingefederten Zustand;
2 in einer vergrößerten Seitenschnittansicht die Einzelheit X aus der 1 in einem Ruhezustand des Schwingungsdämpfers; und
3 ein Kennliniendiagramm der Zusatzfeder und des Federelements.
In der 1 ist ein Schwingungsdämpfer eines Fahrzeugs mit einem Dämpferrohr 1 und einer darin geführten Kolbenstange 3 gezeigt. Das Dämpferrohr 1 kann, wie in der 1 nicht näher dargestellt ist, entweder an einem Radführungselement, etwa einem Lenker, der Radaufhängung eines Fahrzeugs angelenkt sein. Alternativ kann das Dämpferrohr 1 als ein radführendes Federbein mit einem Radträger fest verbunden sein.
Gemäß der 1 ist die Kolbenstange 3 an ihrem Kolbenstangenkopf mit einem Dämpferlager 5 versehen, das an einem Fahrzeugaufbau anlenkbar ist. Das Dämpferlager 5 erstreckt sich als ringförmiger Elastomerblock um den Kolbenstangenkopf, der an einer im Elastomerblock integrierten Metallscheibe in bekannter Weise abgestützt ist.
Das Dämpferlager 5 sitzt mit seinem Gehäuse auf einem aufbauseitigen Federdom 7, durch den die Kolbenstange 3 zentral geführt ist. Zwischen einer ringförmigen Randabstufung des Federdorns 7 und einem radträgerseitigen Federteller 9 ist eine Tragfeder 12 abgestützt.
Wie aus der 1 und auch der 2 hervorgeht, ist an der Unterseite des Federdoms 7 ein Anschlagpuffer 11 aus einem Elastomermaterial vorgesehen, der als Zusatzfeder mit der benachbarten Stirnseite des Dämpferrohrs 1 des Schwingungsdämpfers zusammenwirkt, um gemeinsam mit der Tragfeder 12 Schwingungsamplituden des Dämpferrohrs 1 aufzufangen. In der 1 ist der Schwingungsdämpfer in einem eingefederten Zustand gezeigt, bei dem die Stirnseite des Dämpferrohrs 1 gegen die Zusatzfeder 11 gedrückt ist.
Wie aus der 2 hervorgeht, ist die Zusatzfeder 11 in einer Fangtasse 13 gehalten, die in einem zum Schwingungsdämpfer offenen, topfartigen Gehäuse 15 kolbenartig verschiebbar gelagert ist. Die Fangtasse 13 ist an ihrem Boden mit einer Hülse 17 verlängert, durch die die Kolbenstange 3 bis zum aufbauseitigen Dämpferlager 5 geführt ist. Die Hülse 17 ist an ihrem Außenumfang mit einem ringförmigen Stützsockel 19 ausgebildet, der in der 2 zusammen mit einer ringförmigen Sperrscheibe 21 in Anlage ist mit einem Tellerfederpaket 20. Das Tellerfederpaket 20 ist zwischen der ringförmigen Sperrscheibe 21 und einem Gehäuseboden 23 auf eine bestimmte Vorspannkraft F_V vorgespannt. Zur Einstellung dieser Vorspannkraft F_V ist die ringförmige Sperrscheibe 21 über ein gehäuseseitiges Innengewinde 25 durch eine Schraubbewegung in ihrer Höhenposition verstellbar. In Abhängigkeit von der Höhenposition der Sperrscheibe 21 ergibt sich somit die Vorspannkraft F_V des Tellerfederpakets 20.
In der 2 ist der Schwingungsdämpfer in einem Leerzustand des Fahrzeugs sowie bei Fahrzeugstillstand gezeigt. In diesem Zustand ist die Zusatzfeder 11 geringfügig von der benachbarten Stirnseite des Dämpferrohrs 1 beabstandet. Die Zusatzfeder 11 weist in ihrem unbelasteten Zustand gemäß der 2 beispielhaft eine Federhöhe l₀ von etwa 47 mm. Die Federhöhe l₀ ist auch dem Kennliniendiagramm der 3 zugrunde gelegt.
Bei einem normalen Fahrbetrieb ist das Dämpferrohr 1 gegen die Zusatzfeder 11 in Anlage gedrückt. Die sich daraus ergebende Federcharakteristik der Zusatzfeder 11 und des dazu in Reihe geschalteten Tellerfederpakets 20 ist aus dem Kennliniendiagramm der 3 ersichtlich.
Das Kennliniendiagramm der 3 geht, wie oben erwähnt, von einer Zusatzfeder-Federhöhe l₀ im unbelasteten Zustand von ca. 47 mm aus. Bei einer anfänglichen Krafteinleitung in den Schwingungsdämpfer steigt die Kennlinie lediglich mit einer geringen Federrate c an. Die Federrate c gibt die Federeigenschaften, d. h. harte Federkennung oder weiche Kennung, an und ist das Verhältnis der eingeleiteten Kraft F_Z zum Federweg I.
Die Zusatzfeder 11 ist gemäß der 3 so ausgelegt, dass sie bei einer mittelgroßen, eingeleiteten Kraft F_Z im normalen Fahrbetrieb in einem Bereich der Kennlinie bei großer Federrate c und daher bei großer Steifigkeit arbeitet. In diesem normalen Fahrbetrieb liegt die Federhöhe l der Zusatzfeder 11 gemäß der 3 beispielhaft zwischen ca. 45 und 39 mm.
Bei einer Federhöhe l von weniger als 39 mm befindet sich die Zusatzfeder 11 im progressiven, nicht linearen Kennlinienbereich, d. h. in diesem Bereich stellt die Zusatzfeder 11 nur noch einen geringfügigen Federweg bereit, um die in den Schwingungsdämpfer eingeleitete Kraft F_Z abzubauen.
Demgegenüber ist mittels der Sperrscheibe 21 das Tellerfederpaket 20 auf eine Vorspannkraft F_V vorgespannt, die in ihrer Höhe etwa der Kraft entspricht, bei der die Zusatzfeder 11 bereits im vorgenannten progressiven, nicht linearen Kennlinienbereich arbeitet. Gemäß der 3 liegt die Vorspannkraft F_V beispielhaft bei ca. 10 kN.
Übersteigt daher die in den Schwingungsdämpfer eingeleitete Kraft F_Z die Vorspannkraft F_V des Tellerfederpakets 20, so geht die Zusatzfeder 11 weiter in die Progression, wodurch sie gemäß der 3 einen maximalen Federweg von der Federhöhe l₀ = 47 mm auf ca. 37 mm bereitstellt. Das Tellerfederpaket 20 kann gemäß der 3 einen zusätzlichen Federweg von ca. 5 mm bereitstellen, wodurch sich aus der Kombination der beiden reihengeschalteten Federn ein Gesamtfederweg von ca. 15 mm ergibt.

Claims

Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug, mit einem Dämpferrohr (1), in dem eine Kolbenstange (3) geführt ist, die am Fahrzeugaufbau angebunden ist, und einer Zusatzfeder (11), die zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Stirnseite des Dämpferrohrs (1) angeordnet ist, wobei die Zusatzfeder (11) mit zumindest einem weiteren Federelement (20) in Reihe geschaltet ist, und das Federelement (20) zusammen mit der Zusatzfeder (11) in einem zum Dämpferrohr (1) offenen Gehäuse (15) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) zwischen einem Gehäuseboden (23) und einer Sperrscheibe (21) im Gehäuse (15) derart vorgespannt ist, dass es einen zusätzlichen Federweg bereitstellt, wenn die über die Zusatzfeder (11) eingeleitete Kraft die Vorspannkraft (F_V) des Federelementes (20) übersteigt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (11) unter Zwischenschaltung des Federelements (20) an einem aufbauseitigen Tragelement (15) abgestützt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) und die Zusatzfeder (11) unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) auf eine Vorspannkraft (F_V) vorgespannt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Krafteinleitung in den Schwingungsdämpfer sich die Zusatzfeder (11) in Höhe der Vorspannkraft (F_V) im progressiven, nicht linearen Kennlinienbereich befindet.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) ein Tellerfederpaket ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (11) und das Federelement (20) zwei separate Bauteile sind.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrscheibe (21) zur Einstellung der Vorspannkraft (F_V) des Federelements (20) höhenverstellbar im Gehäuse (15) angeordnet ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (11) aus einem Elastomermaterial besteht.