DE102007000658A1

DE102007000658A1 - Zusatzfeder zum Verhindern einer Verformung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Anbindung des Federbeins

Info

Publication number: DE102007000658A1
Application number: DE102007000658A
Authority: DE
Inventors: Hubert Siemer; Josef Burwinkel; Daniel Wolf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-05-14

Abstract

Es wird eine Zusatzfeder (1) zum Verhindern einer Verformung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Anbindung des Federbeins vorgeschlagen, welche als hydraulisch gedämpfte Zusatzfeder mit einer Arbeitskammer (2) und einer Ausgleichskammer (3) für die Hydraulikflüssigkeit ausgeführt ist, bei der die Arbeitskammer (2) durch einen Gewebebalg (8) gebildet ist, durch den die Kolbenstange (4) des Dämpfers durchgeführt ist, wobei die Arbeitskammer (2) mit der Ausgleichskammer (3) mittels eines Verbindungsrohres (5) fluidtechnisch verbunden ist und wobei die erzielbare hydraulische Dämpfung durch die Länge und den Durchmesser des Verbindungsrohres (5) bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusatzfeder zum Verhindern einer Verformung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Anbindung des Federbeins gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem Kraftfahrzeug werden die von der Fahrbahn auf das Rad wirkenden Kräfte über die Tragfeder, den Dämpfer und ggf. über eine Anschlagfeder auf die Karosserie übertragen. Hierbei kann die Situation auftreten, bei der die zu übertragenden Kräfte so hoch sind, dass dies in Verformungen der Karosserie im Bereich der Anbindung des Federbeins resultieren kann. Um dies zu vermeiden sind so genannte High-Impact-Dämpfer (HID) vorgeschlagen worden, welche Kraftspitzen abfangen und auf ein niedriges Niveau bringen können. In nachteiliger Weise werden jedoch diejenigen Kraftspitzen, die sich zeitlich nach der Einfederung des Dämpfers aufgrund des Anpralls des Federbeins an der Anschlagfeder ergeben, nicht ausreichend reduziert, da die aus dem Stand der Technik bekannten Anschlagfedern eine stark progressive Kennlinie und eine geringe Dämpfung bei geringem Einfederungsweg aufweisen. Dies kann wiederum in Beschädigungen resultieren, da die Kraftspitzen sehr hohe Werte annehmen können.
Nach dem Stand der Technik ist zwischen dem Federbeinstützlager, das die Anbindung der Tragfeder und des Dämpfers an der Karosserie gewährleistet, und dem Dämpfer eine Zusatzfeder vorgesehen, die auch Anschlagpuffer oder Pralldämpfer genannt wird und welche ein hartes Anschlagen des oberen Dämpferrohrs an die Karosserie am Ende des Federweges verhindert.
Derartige Anschlagpuffer sind in der Regel als zylindrische Hülsen mit gewellter Oberfläche ausgeführt und werden üblicherweise aus zelligem PUR- Elastomer hergestellt (Polyol auf Polyesterbasis); diese Puffer sind auch als Cellastopuffer bekannt.
Beim Überfahren von Hindernissen, beispielsweise von Schwellen und Rinnen mit zu hohen Geschwindigkeiten wird die Zusatzfeder stark beansprucht (bis zum maximalen Federweg), wodurch hohe Kräfte in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet werden, die innachteiliger Weise vereinzelt zur plastischen Verformung der Karosserie führen können.
Zur Vermeidung derartiger Situationen werden Fahrzeuge definierten Tests unterzogen, die schadensfrei überstanden werden müssen. Aufgrund der geringen Dämpfung und der sehr spät stark ansteigenden Federkennlinien herkömmlicher Zusatzfedern kommt es bei der Auslegung der beteiligten Bauteile zu Konflikten; teilweise muss die Karosserie verstärkt werden, um die maximalen Lasten zu ertragen.
In der DE 100 64 762 A1 ist eine Feder beschrieben, die zusätzlich zu einem gummielastischen Federelement ein Hydraulikvolumen aufweist, wobei die Flüssigkeit im Hydraulikvolumen durch Verbindungskanäle einer Trennwand in eine Ausgleichskammerströmen kann, wobei die Flüssigkeit in der Ausgleichskammer durch eine Membran von einem Gasvolumen getrennt wird, das sich im oberen Bereich der Ausgleichskammer befindet. Durch das Gasvolumen in der Ausgleichskammer wird der Gummifeder eine Luftfeder überlagert; zudem wird über die Strömungskanäle in der Trennplatte zusätzlich zur Materialdämpfung im Gummi eine wesentlich stärkere hydraulische Dämpfung erzielt.
Des weiteren ist aus der DE 101 17 443 A1 ein Feststofflager mit einem Dämpferelement bekannt, welches mechanisch parallel, baulich jedoch in Reihe geschaltet ist.
Im Rahmen der noch nicht veröffentlichten DE 10 2006 028879 der Anmelderin ist ein Pralldämpfer vorgeschlagen worden, mit zumindest einer Dämpfereinheit, welche zumindest ein elastomeres Federelement, zumindest eine fluidgefüllte Primärkammer und zumindest eine fluidgefüllte Sekundärkammer aufweist. Der bekannte Pralldämpfer weist zudem eine die Primärkammer und die Sekundärkammer verbindende Düsenöffnung auf, über die das Fluid bei einem Einfedern des elastomeren Federelementes aus der Primärkammer in die Sekundärkammer verdrängbar ist, wobei die Dämpfereinheit die Form eines Ringkörpers aufweist. Dadurch werden die Kräfte entlang einer ringförmigen Kontaktfläche abgefangen, wobei in vorteilhafter Weise weitere Bauteile, wie z. B. die Kolbenstange eines Stossdämpfers durch den Ringkörper geführt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zusatzfeder zum Verhindern einer Verformung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Anbindung des Federbeins anzugeben, welche eine sehr hohe Dämpfung erzielt und geringen Bauraum beansprucht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird eine Zusatzfeder zum Verhindern einer Verformung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Anbindung des Federbeins vorgeschlagen, welche als hydraulisch gedämpfte Zusatzfeder mit einer Arbeitskammer und einer Ausgleichskammer ausgeführt ist, bei der die Arbeitskammer als Gewebebalg ausgeführt ist, durch den die Kolbenstange des Dämpfers durchgeführt wird, wobei die Arbeitskammer mit der Ausgleichskammer mittels eines Verbindungsrohres fluidtechnisch verbunden ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird in der Ausgleichskammer durch ein durch eine Membran getrenntes Luftvolumen eine Luftfeder dargestellt. Durch diese Konzeption entsteht im Vergleich zum Stand der Technik der Vorteil, dass die Ausgleichskammer aufgrund des Verbindungsrohrs zwischen der Ausgleichskammer und der Arbeitskammer in einer bauraumgünstigen Position angeordnet werden kann. Hierbei wird die erzielbare hydraulische Dämpfung (bei vorgegebener Hydraulikflüssigkeit) durch die Länge und den Durchmesser des Verbindungsrohrs bestimmt. Durch eine geeignete Wahl dieser Parameter können auch bei einer schnellen Rinnendurchfahrt die maximalen Kräfte, die auf die Karosserie wirken, erheblich reduziert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die durch die Membran gebildete Luftfeder in der Ausgleichskammer durch eine konventionelle im Balg angeordnete Zusatzfeder zu ersetzen, wobei in diesem Fall die Ausgleichskammer kein konstantes Volumen aufweist, sondern als elastische Blase ausgeführt ist, welche beim Einströmen der Flüssigkeit ihr Volumen vergrößert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Zusatzfeder zum Verhindern einer Verformung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Anbindung des Federbeins vorgeschlagen, bei der die mechanische Zusatzfeder und die als Balg ausgeführte hydraulische Arbeitskammer hintereinander geschaltet sind.
In vorteilhafter Weise kann am Verbindungsrohr zwischen der Arbeitskammer und der Ausgleichskammer, vorzugsweise in der Nähe des Auslasses an der Arbeitskammer zumindest ein zusätzliches Ventil zur Beeinflussung der Charakteristik der hydraulisch gedämpften Feder eingesetzt werden. Die Ventile können als elektrisch verstellbare Proportionalventile ausgeführt sein, wie sie vom CDC (Continous Damping Control, ständige Dämpferregelung) bekannt sind. Alternativ können die Ventile als elastisch gelagerte Ventile oder als Venti le ausgeführt sein, die im Rahmen des HID (High Impact Damping) der Firma ZF Sachs verwendet werden.
Für den Fall, dass die mechanische Zusatzfeder und die Arbeitskammer hintereinander geschaltet sind, kann in vorteilhafter Weise ein Ventil verwendet werden, welches das Verbindungsrohr zur Ausgleichskammer erst beim Erreichen einer vorgegebenen Kraft öffnet, um die auf die Zusatzfeder wirkende Maximalkraft zu begrenzen.
Des weiteren kann bei allen beschriebenen Ausführungsformen anstelle eines Balges ein modifiziertes, konventionelles Puffer benutzt werden, in das eine Arbeitskammer integriert ist und welches vorzugsweise einen größeren Innendurchmesser aufweist und axial betrachtet am oberen und am unteren Ende bzgl. der Dämpferkolbenstange mittels Dichtringen abgedichtet ist. Hierbei kann die obere Dichtung fest geklemmt oder in eine Nut in der Dämpferkolbenstange eingebracht werden, während die untere Dichtung verschiebbar angeordnet ist. Bei dieser Konstruktion kann auf eine Zusatzfeder, die als herkömmliche mechanische Feder oder als Luftfeder ausgeführt ist, verzichtet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: Eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Zusatzfeder gemäß der Erfindung;
2: Eine Detailansicht der Ausführungsform gemäß Figur 1;
3: Eine schematische Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zusatzfeder;
4: Eine schematische Detailansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zusatzfeder;
5: Eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zusatzfeder; und
6 Eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zusatzfeder.
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf 1 ist die Zusatzfeder 1 zum Verhindern einer Verformung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Anbindung des Federbeins als hydraulisch gedämpfte Zusatzfeder mit einer Arbeitskammer 2 und einer Ausgleichskammer 3 ausgeführt, wobei die Arbeitskammer 2 durch einen Gewebebalg 8 gebildet ist, durch den die Kolbenstange 4 des Dämpfers durchgeführt wird, wobei die Arbeitskammer 2 mit der Ausgleichskammer 3 mittels eines Verbindungsrohres 5 fluidtechnisch verbunden ist. Des weiteren ist in der Ausgleichskammer 3 durch ein durch eine Membran 6 getrenntes Luftvolumen 7 eine Luftfeder dargestellt. Vorzugsweise wird als Hydraulikflüssigkeit Ethylenglykol verwendet.
Eine Detailansicht der Anordnung des Balgs bzw. der Arbeitskammer 2 ist Gegenstand der 2. In der Figur ist die Tragfeder mit 9, der Stossdämpferzylinder mit 10 und der Auslass zum nicht dargestellten Verbindungsrohr mit 11 bezeichnet. Des weiteren sind zwei um die Kolbenstange 4 des Stossdämpfers angeordnete Gleitdichtungen 12 vorgesehen, die axial betrachtet an jeweils einem Ende der Arbeitskammer 2 angeordnet sind.
Gegenstand der 3 ist eine Ausführungsform bei der im Vergleich zur Ausführungsform nach 1 und 2 die durch die Membran gebildete Luftfeder in der Ausgleichskammer durch eine konventionelle, herkömmliche im Balg 8 angeordnete Zusatzfeder 13 ersetzt ist, wobei die (nicht dargestellte) Ausgleichskammer vorzugsweise kein konstantes Volumen aufweist, sondern als elastische Blase ausgeführt ist, welche beim Einströmen der Flüssigkeit ihr Volumen vergrößert. Es ist alternativ auch möglich, dass die Ausgleichskammer ein konstantes Volumen aufweist.
In 4 ist eine Zusatzfeder dargestellt, welche eine mechanische Zusatzfeder 13 und eine als Balg ausgeführte hydraulische Arbeitskammer 2 aufweist, die axial betrachtet hintereinander geschaltet sind, wobei in der Arbeitskammer 2 optional eine weitere Zusatzfeder angeordnet sein kann.
In vorteilhafter Weise kann der die Arbeitskammer 2 bildende Balg durch ein modifiziertes, konventionelles Puffer 14 ersetzt werden, in das eine Arbeitskammer integriert ist, wie anhand 5 veranschaulicht. Das Puffer 14 weist vorzugsweise einen großen Innendurchmesser auf, um ein ausreichendes Volumen für die Arbeitskammer 2 zu gewährleisten und ist axial betrachtet am oberen und am unteren Ende bzgl. der Dämpferkolbenstange 4 mittels Dichtringen 15, 16 abgedichtet.
Hierbei kann die obere Dichtung bzw. der obere Dichtring 15 fest geklemmt oder, wie in 5 dargestellt, in eine Nut 17 in der Dämpferkolbenstange 4 eingebracht werden, wobei die untere Dichtung bzw. der untere Dichtring 16 verschiebbar angeordnet ist. In der oberen Dichtung sind Boh rungen 18 vorgesehen, über die die Hydraulikflüssigkeit über ein Verbindungsrohr in eine Ausgleichskammer ausströmen kann.
Eine weitere Ausgestaltung einer in ein Puffer 14 integrierten Arbeitskammer 2 ist Gegenstand der 6. Hierbei wird durch ein in axialer Richtung zweiteilig ausgeführtes Puffer 14 eine in etwa toroidförmige Arbeitskammer 2 zwischen den beiden Teilen 22 und 23 definiert, wobei die radial betrachtet innenliegenden Enden der Teile 22, 23 mittels starrer Verbindungselemente 20, 21 miteinander verbunden sind und zwischen den radial betrachtet außenliegenden Enden der Teile 22, 23 eine Austrittsöffnung 19 vorgesehen ist, über die die Hydraulikflüssigkeit über ein Verbindungsrohr in eine Ausgleichskammer ausströmen kann.

1: Zusatzfeder
2: Arbeitskammer
3: Ausgleichskammer
4: Kolbenstange
5: Verbindungsrohr
6: Membran
7: Luftvolumen
8: Gewebebalg
9: Tragfeder
10: Stossdämpferzylinder
11: Auslass
12: Gleitdichtung
13: Zusatzfeder
14: Puffer
15: Dichtring
16: Dichtring
17: Nut
18: Bohrung
19: Austrittsöffnung
20: Verbindungselement
21: Verbindungselement
22: Puffer
23: Puffer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10064762 A1 [0007]
- DE 10117443 A1 [0008]
- DE 102006028879 [0009]

Claims

Zusatzfeder (1) zum Verhindern einer Verformung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Anbindung des Federbeins, welche als hydraulisch gedämpfte Zusatzfeder mit einer Arbeitskammer (2) und einer Ausgleichskammer (3) für die Hydraulikflüssigkeit ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (2) durch einen Gewebebalg (8) gebildet ist, durch den die Kolbenstange (4) des Dämpfers durchgeführt ist und wobei die Arbeitskammer (2) mit der Ausgleichskammer (3) mittels eines Verbindungsrohres (5) fluidtechnisch verbunden ist, wobei die erzielbare hydraulische Dämpfung durch die Länge und den Durchmesser des Verbindungsrohrs (5) bestimmt wird.
Zusatzfeder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein durch eine Membran (6) getrenntes Luftvolumen (7) in der Ausgleichskammer (3) eine Luftfeder realisiert wird.
Zusatzfeder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine konventionelle Zusatzfeder (13) vorgesehen ist, welche im Balg (8) angeordnet ist, wobei die Ausgleichskammer (3) als elastische Blase ausgeführt ist, welche beim Einströmen der Flüssigkeit ihr Volumen vergrößert.
Zusatzfeder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine konventionelle Zusatzfeder (13) vorgesehen ist, wobei die Zusatzfeder (13) und der Balg (8) bzw. die Arbeitskammer (2) axial betrachtet hintereinander geschaltet sind und wobei die Ausgleichskammer (3) als elastische Blase ausgeführt ist, welche beim Einströmen der Flüssigkeit ihr Volumen vergrößert.
Zusatzfeder (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines Balges (8) ein konventionelles Puffer (14) vorgesehen ist, in das die Arbeitskammer (2) integriert ist.
Zusatzfeder (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffer (14) in axialer Richtung zweiteilig ausgeführt ist und dass zwischen den beiden Teilen (22) und (23) des Puffers (14) eine in etwa toroidförmige Arbeitskammer (2) definiert ist, wobei die radial betrachtet innenliegenden Enden der Teile (22, 23) mittels starrer Verbindungselemente (20, 21) miteinander verbunden sind und wobei zwischen den radial betrachtet außenliegenden Enden der Teile (22, 23) eine Austrittsöffnung (19) vorgesehen ist, über die die Hydraulikflüssigkeit über ein Verbindungsrohr in eine Ausgleichskammer ausströmen kann.
Zusatzfeder (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Verbindungsrohr (5) zwischen der Arbeitskammer (2) und der Ausgleichskammer (3) zumindest ein zusätzliches Ventil zur Beeinflussung der Charakteristik der hydraulisch gedämpften Feder vorgesehen ist.
Zusatzfeder (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Ventil als elektrisch verstellbares Proportionalventil, als elastisch gelagertes Ventil oder als Ventil ausgeführt ist, welches im Rahmen des HID (High Impact Damping) der Firma ZF Sachs verwendet wird.
Zusatzfeder (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die mechanische Zusatzfeder (13) und die als Balg (8) ausgeführte bzw. in das Puffer (14) integrierte hydraulische Arbeitskammer (2) hintereinander geschaltet sind, ein Ventil verwendet wird, welches das Verbindungsrohr (5) zur Ausgleichskammer (3) erst beim Erreichen einer vorgegebenen Kraft öffnet.
Zusatzfeder (1) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Ventil in der Nähe des Auslasses (11) an der Arbeitskammer (2) angeordnet ist.