DE102009051467B3

DE102009051467B3 - Federbein für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009051467B3
Application number: DE200910051467
Authority: DE
Inventors: Wilfried Michel; Wolfgang Schmid
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Federbein (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (12) mit einer ersten und einer zweiten Gehäusestirnseite (14, 16), einen Schubkörper (24), der in einer Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite (14) drehfest und axial verschiebbar gelagert ist, einen Schwingungsdämpfer (18) mit einem Dämpferzylinder (20) und einer darin axial verschiebbar gelagerten Kolbenstange (22), dessen Dämpferzylinder (20) im Innern des Gehäuses (12) an der zweiten Gehäusestirnseite (16) fest gelagert ist und dessen Kolbenstange (22) mit dem Schubkörper (24) in Wirkverbindung steht, sowie ein zwischen Schubkörper (24) und zweiten Gehäusestirnseite (16) wirksamen Tragfederelement. Hierbei ist das Tragfederelement in Form mindestens einem in axiale Richtung (a) ausgerichteten und koaxial zum Schwingungsdämpfer (18) im Innern des Gehäuses (12) angeordneten tordierbaren Stabelement (26) ausgebildet, dessen erstes stirnseitiges Ende (28) über Mittel drehbar um den Schubkörper (24) gelagert ist und dessen gegenüberliegendes stirnseitiges Ende (32) fest an der zweiten Gehäusestirnseite (16) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Federbein für ein Kraftfahrzeug gemäß der in Anspruch 1 angegebenen Art.
Federbeine für Kraftfahrzeuge sind hinreichend bekannt und umfassen in der Regel einen Schwingungsdämpfer, einen oberen und einen unteren Federteller sowie eine zwischen dem oberen und unteren Federteller konzentrisch um den Schwingungsdämpfer angeordnete Schraubenfeder. Ein derartiges Federbein ist beispielsweise in der DE 10 2005 045 949 A1 offenbart. Aufgrund der Schraubenfeder weisen derartige, herkömmliche Federbeine ein verhältnismäßig hohes Gewicht auf.
Die US 4,801,019 A offenbart ein Federbein für ein Kraftfahrzeug bei dem anstelle einer Schraubenfeder mehrere stabförmige Federelement zwischen einem oberen und unteren Federteller angeordnet sind. Aufgrund der bei einer Ein-/Ausfederung nach außen gerichteten Verformung/Wölbung der stabförmigen Federelemente benötigt diese Bauform verhältnismäßig viel Bauraum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federbein für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches eine leichtere Konstruktion aufweist und wenig Bauraum beansprucht.
Diese Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Nach der Erfindung umfasst das Federbein für ein Kraftfahrzeug ein rohrförmiges Gehäuse mit einer ersten und einer zweiten Gehäusestirnseite, einen Schubkörper, der in einer Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite drehfest und axial verschiebbar gelagert ist, einen Schwingungsdämpfer mit einem Dämpferzylinder und einer darin axial verschiebbar gelagerten Kolbenstange, wobei der Dämpferzylinder im Inneren des Gehäuses an der zweiten Gehäusestirnseite fest gelagert ist und die Kolbenstange mit dem Schubkörper in Wirkverbindung steht, sowie ein Tragfederelement, das im Inneren des Gehäuses angeordnet ist und mit dem Schubkörper und der zweiten Gehäusestirnseite in Wirkverbindung steht. Hierbei ist das Tragfederelement in Form mindestens einem in axiale Richtung ausgerichteten und koaxial zum Schwingungsdämpfer im Innern des Gehäuses angeordneten tordierbaren Stabelement ausgebildet, dessen erstes stirnseitiges Ende über Mittel drehbar um den Schubkörper gelagert ist und dessen gegenüberliegendes stirnseitiges Ende fest an der zweite Gehäusestirnseite gelagert ist, sodass eine durch eine Ein-/Ausfederung bedingte translatorische Relativbewegung zwischen dem mindestens einem tordierbaren Stabelement und dem Schubkörper eine Verdrehung des mindestens einem tordierbaren Stabelements bewirkt. Somit wird bei einer Ein-/Ausfederung das mindestens eine tordierbare Stabelement verdreht und gleichzeitig um den Schwingungsdämpfer verdrillt.
Lediglich der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass unter einem tordierbaren Stabelement ganz allgemein ein Bauteil zu verstehen ist, welches eine Torsionsbelastung übernehmen kann. Das Stabelement kann sowohl als Hohlkörper als auch als Vollkörper ausgebildet sein und eine runde oder eine eckige, d. h. drei-, vier- oder mehreckige, Querschnittform aufweisen.
Weiterhin wird der Vollständigkeit halber noch darauf hingewiesen, dass unter der Formulierung mindestens ein tordierbares Stabelement selbstverständlich auch zu verstehen ist, dass neben genau einem auch mehrere tordierbare Stabelemente vorgesehen sein können, deren stirnseitige Enden dann entsprechend gelagert sind.
In vorteilhafter Weise ist nunmehr ein Federbein zur Verfügung gestellt, welches anstelle der schwer bauenden Schraubenfeder nunmehr ein oder mehrere tordierbare Stabelement(e) aufweist, das bzw. die im Vergleich zu einer Schraubenfeder wesentlich weniger Gewicht aufweist bzw. aufweisen. Da bei einer Ein-/Ausfederung das bzw. die tordierbare(n) Stabelement(e) um den Schwingungsdämpfer verdrillt wird bzw. werden, beansprucht das erfindungsgemäße Federbein zudem wenig Bauraum.
Vorzugsweise ist dabei das erste Ende des tordierbaren Stabelements bzw. sind die ersten Enden der tordierbaren Stabelemente mittels eines Kugelgewindetriebs drehbar um den Schubkörper gelagert. Die Lagerung des ersten Endes des tordierbaren Stabelements bzw. der ersten Enden der tordierbaren Stabelemente mittels eines Kugelgewindetrieb erweist sich als besonders vorteilhaft, da hierdurch eine geringe Reibung sichergestellt ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Kugelgewindetrieb eine den Schubkörper konzentrisch umfassende Kulisse auf, in die das erste stirnseitige Ende des mindestens einem tordierbaren Stabelement fest eingespannt sind. Weiterhin weist der Schubkörper auf seiner der Kulisse zugewandten äußeren Mantelfläche eine oder mehrere schraubförmig um den Schubkörper gewundene Kugelrillen auf, während die Kulisse auf ihrer den Schubkörper zugewandten Innenseite mit einer oder mehreren hierzu korrespondierend ausgebildeten Kugelrillen versehen ist. Die Kugeln des Kugelgewindetriebes laufen in dem von den jeweils beiden Kugelrillen gebildeten Kugelkanal. Diese Ausführungsform des Kugelgewindetriebs zeichnet sich insbesondere durch einen geringen Bauraumbedarf, einen einfachen Aufbau und den damit verbundenen geringen Herstellungskosten aus.
Um eine reibungsarme drehgesicherte Führung des Schubkörpers in der Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite zu gewährleisten, ist der Schubkörper mittels mindestens einer Linearkugelführung drehgesichert in der Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite gelagert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine Linearkugelführung eine in die äußere Mantelfläche des Schubkörpers eingebrachte, in axialer Richtung verlaufende Nut, und eine hierzu korrespondierend in die dem Schubkörper zugewandte Innenseite der Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite eingebrachte Kugelaufnahme, sowie mindestens eine in der Nut und der Kugelaufnahme geführte Kugel. Diese Ausführungsform der Linearkugelführung zeichnet sich in vorteilhafter Weise wiederum durch ihre konstruktive Einfachheit und damit kostengünstige Ausführbarkeit aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Federbeins ist das tordierbare Stabelemente in Form einer Drehstabfeder, einer Torsionsfeder, eines Torsionsrohrs oder dergleichen ausgebildet.
Um eine einfache Befestigung des Federbeins zu gewährleisten, weist der Schubkörper an seiner äußeren Stirnseite eine erste Anlenkung und die zweite Gehäusestirnseite an ihrer Außenseite eine zweite Anlenkung zum Karosserie/radseitigen Anschluss des Federbeins auf.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten ausgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
In der Zeichnung bedeutet:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Federbeins
1 zeigt mehr oder minder schematisch ein insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnetes Federbein für ein Kraftfahrzeug.
Das Federbein umfasst ein Gehäuse 12 mit einer in axiale Richtung a betrachtet oberen ersten Gehäusestirnseite 14 und einer unteren, zweiten Gehäusestirnseite 16. Weiterhin weist das Federbein 10 im Inneren des Gehäuses 12 einen Schwingungsdämpfer 18 auf, dessen Dämpferzylinder 20 an der zweiten Gehäusestirnseite 16 fest gelagert ist und dessen Kolbenstange 22 mit einem in einer Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite 14 drehfest und axial verschiebbar gelagerten Schubkörper 24 in Wirkverbindung steht.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Federbein 10 als Tragfederelement mehrere in axiale Richtung a ausgerichtete und koaxial zum Schwingungsdämpfer 18 im Inneren des Gehäuses 12 angeordnete tordierbare Stabelemente 26 auf, deren erste stirnseitige Enden 28 in einer den Schubkörper 24 konzentrisch umfassenden Kulisse 30 fest eingespannt sind und deren gegenüberliegenden stirnseitigen Enden 32 fest an der zweiten Gehäusestirnseite 16 des Gehäuses 12 gelagert sind.
Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind tordierbaren Stabelemente 26 als Drehstabfedern ausgebildet und es sind vorliegend drei Drehstabfedern vorgesehen.
Zwischen der Kulisse 30 und dem Schubkörper 24 ist ein Kugelgewindetrieb ausgebildet. Hierzu weist der Schubkörper 24 auf seiner der Kulisse 30 zugewandten Mantelfläche 34 eine schraubförmig um den Schubkörper 24 gewundene Kugelrille 36 auf, während die Kulisse 30 auf ihrer dem Schubkörper 24 zugewandten Innenseite eine hierzu korrespondierend ausgebildete Kugelrille 38 aufweist. Weiterhin sind in dem von den beiden Kugelrillen 36, 38 gebildeten Kugelkanal mehrere Kugeln 40 angeordnet.
Als Drehsicherung weist der Schubkörper 24 eine in axiale Richtung a verlaufende Nut 42 auf, in der eine Kugel 44, welche in einer der dem Schubkörper 24 zugewandten Innenseite der Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite 14 eingebrachten Kugelaufnahme geführt ist.
Zudem weist das Federbein 10 im Bereich des Schubkörpers 24 eine erste Anlenkung 46 und im Bereich der zweiten Gehäusestirnseite 16 eine zweite Anlenkung 48 zum Karosserie-/radseitigen Anschluss des Federbeins 10 auf.
Die Funktion des neuartigen Federbeins 10 ist nachfolgend erläutert:
Bei einer Ein-/Ausfederung wird die zweite, radseitige Anlenkung 48 in axiale Richtung a bewegt. Da die Enden 32 der Drehstabfedern 26 fest mit der zweiten Gehäusestirnseite 16 verbunden sind, erfahren auch die Drehstabfedern 26 eine Bewegung in axiale Richtung a. Aufgrund des Kugelgewindetriebs zwischen Kulisse 30 und Schubkörper 24 werden die in der Kulisse 30 gelagerten ersten stirnseitigen Enden 28 der Drehstabfedern 26 und somit die Drehstabfedern 26 um den Schwingungsdämpfer 18 verdreht. D. h. die translatorische Bewegung wird in eine Drehbewegung gewandelt, wodurch die Drehstabfedern 26 selbst verdreht und gleichzeitig um den Schwingungsdämpfer 18 verdrillt werden. Aufgrund des Gehäuses 12, welches vorliegend der Abstützung des Drehmoments dient, ist die Drehbewegung auf die Kulisse 30 und die darin eingespannten Drehstabfedern 26 begrenzt.
In vorteilhafter Weise ist nunmehr ein Dämpferbein 10 zur Verfügung gestellt, welches auf eine Schraubenfeder als Tragfederelement gänzlich verzichtet und beim Ein-/Ausfedern aufgrund der Verdrehung/Verdrillung der Drehstabfedern 26 um den Schwingungsdämpfer 18 wenig Bauraum beansprucht.
Bezugszeichenliste

10: Federbein
12: Gehäuse
14: erste Gehäusestirnseite
16: zweite Gehäusestirnseite
18: Schwingungsdämpfer
20: Dämpferzylinder
22: Kolbenstange
24: Schubkörper
26: tordierbares Stabelement/Drehstabfeder
28: erstes stirnseitiges Ende des tordieren Stabelements
30: Kulisse
32: zweites stirnseitiges Ende des tordieren Stabelements
34: Mantelfläche des Schubkörpers
36: Kugelrillen
38: Kugelrillen
40: Kugel
42: Nut
44: Kugel
46: erste Anlenkung
48: zweite Anlenkung
a: axiale Richtung

Claims

Federbein (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – ein Gehäuse (12) mit einer ersten und einer zweiten Gehäusestirnseite (14, 16); – einen Schubkörper (24), der in einer Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite (14) drehfest und axial verschiebbar gelagert ist; – einen Schwingungsdämpfer (18) mit einem Dämpferzylinder (20) und einer darin axial verschiebbar gelagerten Kolbenstange (22), dessen Dämpferzylinder (20) im Innern des Gehäuses (12) an der zweiten Gehäusestirnseite (16) fest gelagert ist und dessen Kolbenstange (22) mit dem Schubkörper (24) in Wirkverbindung steht, sowie – ein Tragfederelement, das im Innern des Gehäuses (12) angeordnet ist und mit dem Schubkörper (24) und der zweiten Gehäusestirnseite (16) in Wirkverbindung steht, wobei das Tragfederelement in Form mindestens einem in axiale Richtung (a) ausgerichteten und koaxial zum Schwingungsdämpfer (18) im Innern des Gehäuses (12) angeordneten tordierbaren Stabelement (26) ausgebildet ist, dessen erstes stirnseitiges Ende (28) über Mittel (30, 38, 40) drehbar um den Schubkörper (24) gelagert ist und dessen gegenüberliegendes stirnseitiges Ende (32) fest an der zweite Gehäusestirnseite (16) gelagert ist, sodass eine durch eine Ein-/Ausfederung bedingte translatorische Relativbewegung zwischen dem mindestens einem tordierbaren Stabelement (26) und dem Schubkörper (24) eine Verdrehung des tordierbaren Stabelements (26) bewirkt.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste stirnseitige Ende (28) des tordierbaren Stabelements (26) mittels eines Kugelgewindetriebs drehbar um den Schubkörper (24) gelagert ist.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelgewindetrieb eine den Schubkörper (24) konzentrisch umfassende Kulisse (30) aufweist, in die das erste stirnseitige Ende (28) des tordierbaren Stabelements (26) fest eingespannt ist, wobei der Schubkörper (24) auf seiner der Kulisse (30) zugewandten Mantelfläche (34) eine oder mehrere schraubförmig um den Schubkörper (24) gewundene Kugelrillen (36) und die Kulisse (30) auf seiner dem Schubkörper (24) zugewandten Innenseite eine oder mehrere hierzu korrespondierend ausgebildete Kugelrillen (38) aufweist und in einem oder mehreren von den Kugelrillen (36, 38) gebildeten Kugelkanal mehrere Kugeln (40) laufen.
Federbein nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubkörper (24) in der Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite (14) mittels mindestens einer Linearkugelführung drehgesichert gelagert ist.
Federbein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Linearkugelführung eine in die Mantelfläche (34) des Schubkörpers (24) eingebrachte, in axiale Richtung (a) verlaufende Nut (42), und eine hierzu korrespondierend in die dem Schubkörper (24) zugewandte Innenseite der Austrittsöffnung der ersten Gehäusestirnseite (14) eingebrachte Kugelaufnahme, sowie mindestens eine in der Nut (42) und der Kugelaufnahme geführte Kugel (44) umfasst.
Federbein nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das tordierbare Stabelement (26) in Form einer Drehstabfeder, Torsionsfeder oder eines Torsionsrohr ausgebildet ist.
Federbein nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubkörper (24) eine erste Anlenkung (46) und die zweite Gehäusestirnseite (16) eine zweite Anlenkung (48) zum karosserie-/radseitigen Anschluss des Federbeins (10) aufweist.