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Die Erfindung bezieht sich auf ein Federbein für eine federende Radaufhängung, insbesondere für ein Motorrad, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.
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Ein bekanntes Federbein zeigt die
DE-OS 24 38 978 . Die Federelemente, die im Zylindergehäuse untergebracht sind, bestehen aus Gummi- oder Kunststoffhohlkugeln, die zwischen einem Dämpfungskolben und einem Boden des Zylindergehäuses angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Federbein, so weiterzugestalten, dass es bei unterschiedlichen Bedingungen optimal einsetzbar ist.
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Nach der Erfindung sind Stellglieder vorgesehen, die auf die Federelemente wirken, das heißt, die Federelemente lassen sich mehr oder weniger vorspannen. Auf diese Weise wird die Steifigkeit der Federelemente und somit deren Federrate verändert.
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Normalerweise ist damit auch eine Änderung der Gesamtlänge des Federbeins verbunden. Dies kann je nach Einsatzzweck den Vorteil haben, dass die Federratenanhebung zur Beladungskompensation gleichzeitig die Fahrlage korrigiert. In anderen Fällen jedoch kann es wünschenswert sein, die Gesamt- bzw. Einbaulänge des Federbeins auch bei einer zunehmenden Vorspannung der Federelemente beizubehalten.
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In einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung ist in solchen Fällen als Stellglied eine auf die Außenseite des Zylindermantels aufgeschraubte Stellhülse vorgesehen. Sie wirkt gegebenenfalls über weitere Bauteile auf die Federelemente und verändert je nach Lage deren Vorspannung. Außerdem ist diese Stellhülse über ein weiteres Gewinde mit dem Schaft eines Befestigungsauges des Federbeins verbunden. Durch Abstimmen der Steigungen der beiden Gewinde aufeinander lässt sich die Längenänderung des Federbeins bei Vorspannung der Federelemente kompensieren. Bei vollständiger Kompensation der Längenänderung ist die Steigung des Gewindes zwischen Stellhülse und Zylindermantel doppelt so groß wie die Steigung des Gewindes zwischen Stellhülse und Schaft des Befestigungsauges.
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Das erfindungsgemäße Federbein lässt sich auf vielfältige Weise einsetzen. So kann es bei einer federnden Radaufhängung bspw. bei einem Motorrad die Hauptfedereinheit bilden, das heißt, es verbindet federnd ein Fahrzeugrad mit dem Fahrzeugaufbau. Ebenso kann es als zusätzliche Federeinheit zu Unterstützung der Hauptfedereinheit vorgesehen sein. In diesem Fall sitzt es vorteilhafterweise zwischen einem gefederten Radführungsglied, wie bspw. einem Radführungslenker und dem Fahrzeugaufbau. Es kann dabei parallel oder seriell zur Hauptfedereinheit geschaltet sein. Wird es in dieser Weise als Unterstützungskomponente der Hauptfedereinheit verwendet, muss bei einer erfindungsgemäßen Vorspannung nur gegen die Kraft der Elastomerfedern und nicht auch gegen die Federkraft der Hauptfedereinheit verstellt werden. Für die Verstellung ist in diesem Fall nur ein kleiner Kraftaufwand nötig.
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Ganz allgemein lässt sich die Feder-Kennlinie des erfindungsgemäßen Federbeins über die Auswahl der Elastomere in einfacher Weise definieren, man erhält damit einen großen Abstimmspielraum. In der Regel bestehen die Elastomerfederelemente im Zylindergehäuse aus mehreren Einzelfederelementen. Durch die entsprechende Auswahl von „weichen” und „harten” Einzelelementen können unterschiedliche Federkennlinien realisiert werden, auch progressive Kennlinien sind möglich. Damit lässt sich eine gewünschte Progression in einfacher Weise und ohne – in der Praxis für solche Zwecke – zusätzliche Hebel und deren Übersetzungen darstellen.
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Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Federbein spannungsfrei eingebaut werden. Damit erhält man einen kraftfreien Nulldurchgang bei Wechsel von der Zug- in die Druckstufe und umgekehrt. Arbeitet das Federbein als Zugfeder, treten die Lasten als Zugkräfte auf mit der Folge, dass das Federbein gegen Ausknicken und Führungsverschleiß gesichert ist.
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Insgesamt ergeben sich sehr geringe Reibungs- und Losbrechkräfte, da das erfindungsgemäße Federbein keine hydraulischen Dämpfungsmittel vorsieht und damit keine Druckdichtungen notwendig sind. Das gilt auch im Falle einer zweckmäßigen hydraulischen Verstellung der Vorspannung, da der Stellkolben und damit seine Dichtungen die Federvorgänge nicht mitmachen.
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Schließlich zeichnet sich das erfindungsgemäße Federbein durch einfachen Aufbau und geringen Bauraumbedarf aus. Dabei sind hohe Federraten bei geringem Gewicht darstellbar. Dies gilt besonders auch für den Fall, in dem das erfindungsgemäße Federbein die Hauptfedereinheit unterstützt. Die Hauptfeder lässt dadurch deutlich schwächer und leichter ausführen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazu gehörenden Zeichnung. Darin sind dargestellt in
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1a eine erstes Ausführung eines erfindungsgemäßen Federbeins gemäß der Erfindung im Schnitt.
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1b das Federbein nach 1a mit vorgespannten Federelementen,
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2 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Federbeins
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3a eine dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen Federbeins mit hydraulisch betätigten Stellglied und
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3b das Federbein nach 3a mit vorgespannten Federelementen
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1 zeigt ein Federbein 1 für eine federnde Radaufhängung eines Motorrades. Es kann sich dabei um Aufhängung des Vorder- oder Hinterrades handeln. Das Federbein 1 kann dabei die Hauptfedereinheit der Radaufhängung bilden, die gewöhnlich noch mit einer Dämpfungseinheit zusammenarbeitet. Ebenso kann das Federbein 1 eine nicht näher dargestellte Hauptfedereinheit unterstützen.
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Das Federbein 1 besteht aus einem Zylindergehäuse 2, in dem ein Druckkolben 3 geführt ist. Am Druckkolben 3 greift eine aus dem Zylindergehäuse 2 herausführende Kolbenstange 4 an, die an ihrem frei liegenden Abschnitt ein Befestigungsauge 5 vorsieht. Mit diesem Befestigungsauge 5 ist das Federbein 1 – je nach Anwendungsfall – an einem Fahrzeugrad oder einem Radführungsglied oder am Fahrzeugaufbau angeschlossen; diese Fahrzeugteile sind in der Zeichnung nicht näher dargestellt.
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An der gegenüberliegenden Seite ist auf das Zylindergehäuse 2 eine Stellhülse 6 aufgeschraubt, die sich beim Verdrehen entlang der Zylinderachse entsprechend eines Pfeils 7 (1b) auf dem Außenmantel des Zylindergehäuses 2 verlagern lässt. Die Stellhülse 6 ist in ihrem Inneren zu einem rohrartigen Aufnahmeabschnitt 6a ausgeformt, in den ein Schaft 8 eines weiteren Befestigungsauges 9 eingeschraubt ist. Dabei sind die Gewindesteigungen so gewählt, dass die Steigung des Gewindes Stellhülse 6/Zylindergehäuse 2 doppelt so groß ist wie die Steigung des Gewindes zwischen Stellhülse 6 (bzw. des Aufnahmeabschnitts 6a) und Schaft 8.
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Mit dem Befestigungsauge 9 ist das Federbein 1 an dem jeweils zu dem Befestigungsauge 5 korrespondierende Fahrzeugteil angeschlossen, also beispielsweise am Fahrzeugaufbau, falls das Befestigungsauge 5 mit dem Fahrzeugrad oder einem Radführungsglied verbunden ist. Schließlich stößt die der dem Befestigungsauge 9 gegenüberliegenden Stirnseite des Aufnahmeabschnitts 6a gegen eine Druckplatte 10.
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Im Innern des Zylindergehäuses 2 sind in Richtung Zylinderachse mehrere Elastomerfederelemente 11, 12 und 13 zu Paketen geschichtet und um den Druckkolben 3 herum angeordnet. Ein erstes Paket befindet sich dabei zwischen der zum Befestigungsauge 5 zeigenden Kolbenfläche des Druckkolbens 3 und dem Boden des Zylindergehäuses, der von der Kolbenstange 4 durchstoßen wird. Ein zweites Paket liegt zwischen der zum Befestigungsauge 9 zeigenden Kolbenfläche und einer dem Druckkolben 3 zugewandten Stirnfläche der Druckplatte 10. Zwischen den Federelementen 11, 12 und 13 sind nicht näher mit einer Bezugsziffer belegten Trennscheiben vorgesehen.
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Die Federelemente 11, 12 und 13 ergeben zusammen die Gesamtfederrate des Federbeins 1, sie sind aber unterschiedlich hart. Die geringste Federrate, also am „weichsten” sind die Federelemente 11, während die höchste Federrate die Federelemente 13 aufweisen. Dazwischen liegt die Federrate der Federelemente 12. Auf diese Weise lässt sich ein progressives Federungsverhalten einstellen, wie untenstehend erläutert.
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Ergänzend sei noch erwähnt, dass die unterschiedlich harten Federelemente in ihrer Härte frei definiert werden können. Hierzu kann auch eine bewusste Formgebung der Federelemente beitragen. Ganz allgemein, lassen sich dadurch Federkennlinien von linear bis progressiv einstellen.
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1a zeigt das Federbein 1 ohne vorgespannten Elastomerfederelementen 11, 12 und 13. Im eingebauten Zustand macht das Federbein die im Fahrbetrieb auftretenden Federungsbewegungen mit, dargestellt durch einen Doppelpfeil 14. Je nach Richtung der Federungsbewegungen drückt dabei der Druckkolben 3 entweder das links oder das rechts neben ihm angeordnete Federpaket zusammen. Da die Federelemente unterschiedlich hart sind, werden zunächst und hauptsächlich die weichen Federelemente 11 zusammengedrückt mit der Folge, dass in dieser Anfangsphase das Federbein eine geringe Federrate aufweist. Mit zunehmendem Federungsweg werden auch die Federelemente 12 zusammengedrückt und die Federelemente 11 gehen „auf Block”, wodurch sich die Federrate deutlich erhöht. Schließlich wirken auch die harten Federelemente 13 und die Gesamtfederrate des Federbeins steigt weiter an. Insgesamt weist das Federbein 1 somit ein progressives Federungsverhalten auf.
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In 1b sind die Federelemente vorgespannt. Hierzu wurde die Stellhülse 6 verdreht, so dass sie sich in Pfeilrichtung 7 weiter über das Zylindergehäuse 2 geschoben hat. Gleichzeitig wurde der Schaft 8 durch die Drehbewegungen der Stellhülse 6 aus deren Aufnahmeabschnitt 6a herausgedreht. Durch das Verhältnis der beiden Gewindesteigungen zueinander veränderte sich die Länge zwischen den beiden Befestigungsaugen 5 und 6 dabei nicht. Der rohrförmige Aufnahmeabschnitt 6a drückt bei dem erwähnten Verdrehen der Stellhülse 6 über die Druckplatte 10 das erste Federpaket zusammen, das wiederum über den Druckkolben 3 auch das zweite Federpaket entsprechend staucht. Die weichen Federelemente 11 gehen dabei „auf Block”, so dass sie zur Federcharakteristik nichts mehr beitragen können. Die Gesamtfederrate des Federbein 1 ist in dieser Einstellung deutlich höher als in der Einstellung nach 1a.
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Die Ausführung nach 2 ähnelt der nach den 1a und 1b. Jedoch ist hier der Schaft 8' des Befestigungsauges 9' frei drehbar in dem Aufnahmeabschnitt 6a' der Aufnahmehülse 6' gehalten; eine Gewindeverbindung besteht nicht. Dadurch verkürzt sich das Federbein 1' beim Vorspannen der Federelemente 13', was je nach Anforderung gewünscht sein kann. Im Übrigen zeigen die Federelemente in dieser Ausführung kein progressives Federungsverhalten, es sind nur Federelemente 13' einer Federhärte verwendet.
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In den 3a und 3b werden die Federelemente 13'' durch eine hydraulische Betätigung vorgespannt. In 3a sind nur „harte” Federelemente verwendet, in 3b ist jedoch angedeutet, dass auch Federelemente unterschiedlicher Härte einsetzbar sind. Für das Vorspannen sieht das Zylindergehäuse 2'' in ihrem Innern eine in ihrem Volumen veränderbare Hydraulikkammer 15 vor. Sie wird gebildet durch Abschnitte der Innenwandung des Zylindergehäuses 2'', der Innenseite des der Kolbenstange 4'' abgewandten Zylinderboden 2a' und einem gegenüber dem Zylinderboden 2a'' in dem Zylindergehäuse 2'' geführten Stellkolben 16. Der Stellkolben 16 ist über eine Kolbenstange 17 mit dem Befestigungsauge 9'' verbunden. Über eine Zuführöffnung 18 in der Zylinderwand des Zylindergehäuses 2'' kann die Hydraulikkammer 15 mit Flüssigkeit befüllt werden. Ansonsten ist das Federbein vergleichbar aufgebaut wie die zuvor beschrieben Federbeine in den 1 und 2.
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Soll das Federbein 1'' vorgespannt werden. wird Hydraulikflüssigkeit über Zuführöffnung 18 in die Hydraulikkammer 15 gepumpt. Der Stellkolben 16 bewegt sich dabei in Zeichnungsebene – entlang der Zylinderachse – nach links und drückt das benachbarte Federpaket und über den Druckkolben 3'' das dahinter liegende Federpaket zusammen. Die Folge ist wiederum eine hohe Gesamtfederrate des Federbeins 1''. Diesen Zustand zeigt 3b. Dabei hat sich wiederum – wie in 2 – die Einbaulänge des Federbeins 1'' verkürzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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