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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftfahrzeug-Aufhängungssysteme vom MacPherson-Federbeintyp und insbesondere ein oberes Federbeinlager mit einer exzentrischen Lenkachse.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kraftfahrzeug-Aufhängungssysteme sind derart ausgebildet, dass die Räder Höhenänderungen in der Straßenoberfläche folgen können, wenn das Fahrzeug dort entlang fährt. Wenn eine Erhöhung in der Straßenoberfläche angetroffen wird, spricht die Aufhängung durch ein ”Einfedern” an, bei dem sich das Rad relativ zu dem Rahmen des Fahrzeugs aufwärts bewegen kann. Wenn andererseits eine Senke in der Straßenoberfläche angetroffen wird, spricht die Aufhängung durch ein ”Ausfedern” an, bei dem sich das Rad relativ zu der integrierten Karosserie-/Rahmenstruktur des Fahrzeugs abwärts bewegen kann. Sowohl bei dem Einfedern als auch bei dem Ausfedern ist eine Feder (d. h. eine Spiral-, Blatt-, Torsionsfeder, usw.) in die Karosseriestruktur eingebunden, um für ein elastisches Ansprechen auf die jeweiligen vertikalen Bewegungen des Rades bezogen auf die Fahrzeug-Karosseriestruktur zu sorgen. Um jedoch ein Springen des Rades und eine übermäßige Bewegung der Fahrzeugkarosserie zu vermeiden, ist ein Stoßdämpfer oder ein Federbein an dem Rad angeordnet, um die Rad- und Karosseriebewegung zu dämpfen. Ein Beispiel eines MacPherson-Federbeins ist in dem
US-Patent 5,467,971 offenbart.
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Ein beispielhaftes oberes Federbeinlager aus dem Stand der Technik mit einem einzelnen Befestigungselement für ein McPherson-Federbein, das durch die Adam Opel GmbH hergestellt wird, einer Abteilung der General Motors Company, Detroit, Mich., ist in 1 allgemein bei 10 gezeigt. Diese obere Federbeinlager 10 aus dem Stand der Technik grenzt an einen breiten ringförmigen Federbeindom 12 an, der an seinem unteren Ende (nicht gezeigt) mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Diese obere Federbeinlager 10 aus dem Stand der Technik weist eine ringförmige, kegelförmige Haube 14 auf, die verschachtelt in dem Dom 12 nach unten offen ist, und es ist daran an einer Verbindung 16 angeschweißt (wobei der Kegel benachbart zu der Verbindung am engsten und entfernt von der Verbindung am breitesten ist). Ein ringförmiges äußeres Gummielement 18 weist eine geneigte Außenfläche 18' auf, die an der Haube 14 anliegt. Ein ringförmiger Metallansatz 20 ist vorzugsweise in dem äußeren Gummielement 18 benachbart zu der Haube 14 zur Versteifung vorgesehen. Eine ringförmige, gestanzte Metallstützschale 22 haftet an dem äußeren Gummielement 18 in einer verschachtelten Beziehung (d. h. bezüglich des Querschnitts entgegengesetzt angeordnet) an der Haube 14 an; und ein ringförmiges inneres Gummielement 24 ist in der Stützschale 22 verschaltet und haftet an dieser an, wobei es sich bezüglich des Querschnitts in einer entgegengesetzten Anordnung bezogen auf das äußere Gummielement 18 befindet, wobei die zuvor erwähnten Anhaftungen aus dem Formungsprozess des inneren und des äußeren Gummielements resultieren.
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Ein ringförmiger Absatz 22' der Stützschale 22 in einem oberen Polymergehäuse 26''' ist ein oberer Laufring 26' eines ringförmigen Lagers 26. Der untere Laufring 26'' des Lagers 26 in einem unteren Polymergehäuse 26'''' ist an einer ringförmigen Federklammer 28 angeordnet, wobei das obere und das untere Polymergehäuse wechselseitig eine herkömmliche labyrinthartige Dichtungsverbindung aufweisen und wobei die Federklammer Lasten sowohl von der Spiralfeder 32 als auch von dem Einfederungsanschlag 34 aufnimmt und behandelt. An einem Außenumfang 28' der Federklammer 28 ist ein Federsitz 30 gebildet, der einen Gummiisolator 30a aufweist, an dem die Spiralfeder 32 anliegt, wobei die Federklammer einen Durchmesser keiner als derjenige des Federbeindoms 12 aufweist, der jedoch den Durchmesser der Haube 14 überschreitet. An einem Innendurchmesser 28'' der Federklammer 28 befindet sich benachbart zu dem Lager 26 ein Verbindungselement 28''' mit dem Einfederungsanschlag 34. Ein Federbeinschaft 36 ist auf eine herkömmliche Weise hin- und hergehend an einem Federbeingehäuse (nicht gezeigt) verbunden, um dadurch eine Dämpfung zu liefern, wenn er sich bezogen auf dieses in Ansprechen auf ein Einfedern und Ausfedern hin- und herbewegt. Eine rohrförmige Metallhülse 35 nimmt den Federbeinschaft 36 an einer Schulter 36' von diesem auf, wobei die Hülse (infolge des zuvor erwähnten Formungsprozesses) an dem inneren Gummielement 24 anhaftet. An der Schulter 36' des Federbeinschafts 36 befindet sich eine untere Scheibe 38, die an einem unteren Ende 24' des inneren Gummielements 24 und an einem unteren Ende der Hülse 35 anliegt. An einem oberen Ende der Hülse 35 liegt eine obere Scheibe 40 an, die auch an einem oberen Ende 24'' des inneren Gummielements 24 anliegt, wobei die obere Scheibe durch eine erste Mutter 42 in Position gehalten wird, die auf den Federbeinschaft 36 geschraubt ist. Eine Haltescheibe 44 ist an dem Federbeinschaft 36 befestigt, und sie wird zwischen der ersten Mutter und einer zweiten Mutter 46 in Position gehalten, die ebenso auf den Federbeinschaft geschraubt ist. An dem Umfang der Haltescheibe 44 befindet sich ein Haltescheiben-Gummielement 48.
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Eine Spindellänge ist ein Maß, das bei der Konstruktion einer Vorderradaufhängung für ein Kraftfahrzeug verwendet wird und das den Abstand von der Achse des Achsschenkelbolzens bis zu dem Radzentrum angibt. Ein minimaler Wert für die Spindellänge wird für eine optimale Leistung der Aufhängung gewünscht, da dies beispielsweise die bekannten Vorteile eines verringerten Lenkdrehmoments und einer verringerten Empfindlichkeit gegenüber einem Rütteln auf glatter Straße umfasst. McPherson-Aufhängungen sind vom Kosten- und Massenstandpunkt aus wünschenswert, und die Fähigkeit, die Spindellänge zu minimieren, wird am häufigsten durch die Notwendigkeit begrenzt, den Federbeinkörper bezogen auf das Rad und den Reifen innenliegend zu halten.
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Was dementsprechend in der Technik weiterhin benötigt wird, ist eine McPherson-Federbein-Vorderradaufhängung mit einer minimierten Spindellänge, welche die inhärenten Bauraumbeschränkungen überwindet, die durch die herkömmliche Ausbildung des Federbeinkörpers bezogen auf das Rad auferlegt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist eine McPherson-Federbein-Vorderradaufhängung, bei der die inhärenten Bauraumbeschränkungen durch eine Anordnung der Lenkachse in einer exzentrischen (oder verschobenen) Beziehung zu der Federbein-Stabachse überwunden werden, wobei der obere Punkt der Achse des Achsschenkelbolzens seitlich in Richtung eines vertikalen Strahls verschoben ist, der durch das Radzentrum verläuft, wodurch die Spindellänge bis zu einem Grad effektiv verkürzt wird, der gemäß dem Stand der Technik nicht möglich ist.
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Das obere Federbeinlager mit exzentrischer Lenkachse weist eine Karosserie-Befestigungsplatte, eine untere Lagerplatte und ein Drehlager auf, wobei das Drehlager die Karosserie-Befestigungsplatte mit der unteren Lagerplatte drehbar verbindet. Die Karosserie-Befestigungsplatte ist ausgebildet, um an einer Struktur-Karosseriekomponente des Kraftfahrzeugs befestigt zu werden. Die untere Lagerplatte nimmt einen Elastomerkörper auf, der wiederum eine zentral angeordnete Federbein-Stabhülse trägt, durch die der Federbeinstab des McPherson-Federbeins hindurchtritt. Das Drehlager weist einen äußeren Laufring, der an der Karosserie-Befestigungsplatte anliegt, und einen inneren Laufring auf, der an der unteren Lagerplatte anliegt.
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Die Lenkachse (identisch mit der Lagerachse) ist an der Zentrallinie der Lagerdrehung in einer exzentrischen Anordnung bezogen auf die Federbein-Stabachse positioniert (verschoben bezogen auf diese), welche an der Zentrallinie des Federbeinstabs angeordnet ist, wenn dieser in der Federbein-Stabhülse sitzt. In dieser Hinsicht wird die Exzentrizität durch die Anordnung der Lagerachse in einer beabstandeten Beziehung weg von der Federbein-Stabachse in Richtung eines vertikalen Strahls geschaffen, der durch das Radzentrum verläuft.
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Da die Lenkachse an der Lager-Zentrallinie näher zu dem vertikalen Strahl hin bewegt wird, der durch das Radzentrum verläuft, wird dadurch gleichzeitig der obere Punkt der Achse des Achsschenkelbolzens, der die Lenkachse schneidet, ebenso exzentrisch in Richtung des vertikalen Strahls bewegt. Somit schneidet die Achse des Achsschenkelbolzens nun einen horizontalen Strahl, der durch das Radzentrum verläuft, bei einer kürzeren Spindellänge bezogen auf das Radzentrum, als dies ansonsten der Fall wäre, wenn die Lagerachse und die Federbein-Stabachse überlagert wären (wie es im Stand der Technik üblicherweise der Fall ist).
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein oberes Federbeinlager mit exzentrischer Lenkachse, das eine verkürzte Spindellänge aufweist, für eine Vorderrad-McPherson-Federbeinaufhängung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.
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Diese und andere Aufgaben, Vorteile, Merkmale und Nutzungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung offensichtlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine teilweise Seitenschnittansicht eines oberen Federbeinlagers aus dem Stand der Technik.
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2 ist eine seitliche Aufrissansicht eines oberen Federbeinlagers mit exzentrischer Lenkachse gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Schnittansicht des oberen Federbeinlagers mit exzentrischer Lenkachse entlang der Linie 3-3 von 2.
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4 ist eine Schnittansicht des oberen Federbeinlagers mit exzentrischer Lenkachse wie in 3, welche eine seitliche Aufrissansicht eines McPherson-Federbeins sowie Schnittansichten einer Spiralfeder und eines Einfederungsanschlags umfasst.
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5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des oberen Federbeinlagers mit exzentrischer Lenkachse, des Einfederungsanschlags, der Spiralfeder und des McPherson-Federbeins wie bei der Baugruppe von 4.
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6 ist eine Ansicht wie in 4, die zusätzlich Rad- und Aufhängungskomponenten umfasst und die Achse des Achsschenkelbolzens sowie die Spindellänge gemäß dem Stand der Technik und gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nun auf die Zeichnung Bezug nehmend, stellen 2 bis 6 verschiedene Aspekte des oberen Federbeinlagers 100 mit einer exzentrischen Lenkachse gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
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Das obere Federbeinlager 100 mit exzentrischer Lenkachse umfasst eine Karosserie-Befestigungsplatte 102, eine untere Lagerplatte 104 und ein Drehlager 106, wobei das Drehlager die Karosserie-Befestigungsplatte und die untere Lagerplatte drehbar verbindet.
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Die Karosserie-Befestigungsplatte 102 weist vorzugsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Umfang 108 auf und ist strukturiert, um eine Befestigung an einer Struktur-Karosseriekomponente einer Kraftfahrzeugkarosserie bereitzustellen, wie beispielsweise durch mehrere Befestigungsbolzen 110, die von einer ersten Seite 102 der Karosserie-Befestigungsplatte abstehen, von denen drei beispielhaft bezeigt sind. An der entgegengesetzten zweiten Seite 102'' der Karosserie-Befestigungsplatte 102 befindet sich ein an dieser angebrachter kreisförmiger Befestigungsplattenflansch 112. Eine Öffnung 114 mit Spiel für den Federbeinstab ist in der Karosserie-Befestigungsplatte 102 gebildet.
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Die untere Lagerplatte 104 weist vorzugsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Umfang 120 auf. An einer ersten Seite 104' der unteren Lagerplatte 104 befindet sich ein abstehender kreisförmiger Lagerplattenflansch 122. An der entgegengesetzten zweiten Seite 104'' der unteren Lagerplatte 104 befindet sich ein an dieser angebrachtes röhrenförmiges Elastomer-Lagerungselement 124, das einen Elastomerkörper 126, beispielsweise aus Gummi, fest daran positioniert. Diesbezüglich umfasst das Elastomer-Lagerungselement 124 einen entfernt angeordneten ringförmigen Haken 128, der in den Elastomerkörper 126 eingreift. In dem Elastomerkörper 126 ist eine Federbein-Stabhülse 130 zentral angeordnet, die mit diesem verbunden ist, beispielsweise mittels des Formungsprozesses des Elastomerkörpers. Zusätzlich ist ein Spiralfedersitz 132 an der zweiten Seite 104'' der unteren Lagerplatte 104 angeordnet, welcher an dem Außenumfang eines Spiralfederflanschs 134 gebildet ist, der bezogen auf das Elastomer-Lagerungselement konzentrisch angeordnet ist.
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Das Drehlager 106 ist in einer Presssitzbeziehung zwischen der Karosserie-Befestigungsplatte 102 und der unteren Lagerplatte 104 angeordnet. Diesbezüglich weist das Drehlager 106 einen äußeren Laufring 106', der an dem Befestigungs-Plattenflansch 112 fest anliegt, und einen inneren Laufring 106'' auf, der an dem Lagerplattenflansch 122 fest anliegt, wobei die Flansche bezogen auf die Laufringe des Lagers vertauscht werden können. Das Drehlager 106 ist ausgebildet, um für eine Behandlung sowohl einer axialen als auch einer radialen Belastung zu sorgen, und es ist vorzugsweise von einem Kugellagertyp.
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Das Drehlager 106 weist an seiner Dreh-Zentrallinie eine Lagerachse 140 auf, wobei die Lagerachse 140 mit der Lenkachse 140' des oberen Federbeinlagers 100 mit exzentrischer Lenkachse identisch ist. Die Federbein-Stabhülse 130 definiert eine Federbein-Stabachse 142, die an der Zentrallinie der Federbein-Stabhülse angeordnet ist und ebenso, wie in 3 gezeigt ist, die Zentrallinie des Federbeinstabs 144 des McPherson-Federbeins 146 bildet. Diesbezüglich ist die Öffnung 114 mit Spiel für den Federbeinstab mit der Federbein-Stabachse 142 konzentrisch.
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Wie es in 3 gezeigt ist, ist die Lagerachse 140 exzentrisch angeordnet, d. h. bezüglich der Federbein-Stabachse 142 seitlich verschoben. Wie es in 6 angegeben ist, die in weiterem Detail hierin nachstehend diskutiert wird, wird diese Exzentrizität durch eine Anordnung der Lagerachse 140 in einer beabstandeten Beziehung weg von der Federbein-Stabachse 142 in Richtung eines vertikalen Strahls 180 geschaffen, der durch das Radzentrum 182 des Rades 184 verläuft (siehe 6). Die Achsenexzentrizität 188 beträgt beispielsweise ungefähr 20 mm, sie kann jedoch ansonsten von der Aufhängungsanwendung abhängen.
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Nun zusätzlich zu 4 und 5 übergehend, wird die Verbindung eines McPherson-Federbeins 146 mit dem oberen Federbeinlager 100 mit exzentrischer Lenkachse ausführlich beschrieben.
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Der Federbeinstab 144 des McPherson-Federbeins 146 weist eine Stabschulter 148 und einen Abschnitt 144' mit verringertem Durchmesser auf, der durch die Federbein-Stabhülse 130 aufgenommen wird, durch diese hindurchtritt und an einem oberen Ende 130' der Federbein-Stabhülse durch eine Mutter 136 befestigt ist, die auf den Federbeinstab geschraubt ist. Zwischen einem unteren Ende 130'' der Federbein-Stabhülse 130 und der Stabschulter befindet sich eine Einfederungsanschlagsplatte 150, an der ein Einfederungsanschlag 152 befestigt ist. Eine Spiralfeder 154 erstreckt sich zwischen dem Spiralfedersitz 132 und einer Spiralfederklammer 156 des McPherson-Federbeins 146.
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Als nächstes zu 6 übergehend, wird nun ausführlich erläutert, wie das obere Federbeinlager 100 mit exzentrischer Lenkachse die Spindellänge 190 minimiert, wobei das Rad 184 mittels herkömmlicher Aufhängungskomponenten, die allgemein bei 166 gezeigt sind, mit dem McPherson-Federbein 146 verbunden ist.
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Bei einem herkömmlichen oberen Federbeinlager (wie beispielsweise bei dem oberen Federbeinlager 10 aus dem Stand der Technik, das in 1 gezeigt ist) ist die Lenkachse (Lagerachse) mit der Federbein-Stabachse überlagert, und die Achse des Achsschenkelbolzens (siehe 186 in 6) weist ihren oberen Punkt (siehe 190 in 6) derart auf, dass sie die Lenkachse an diesem in der Mitte der Federbein-Stabhülse schneidet (an dem unteren Punkt schneidet sie das untere Kugelgelenk, das nicht gezeigt ist).
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Im Gegensatz zu dem oberen Federbeinlager aus dem Stand der Technik weist das obere Federbeinlager 100 mit exzentrischer Lenkachse eine Achsenexzentrizität 188 auf, durch welche die Lenkachse 140' näher an den vertikalen Strahl 180 verschoben ist, der durch das Radzentrum 182 des Rades 184 verläuft. Gleichzeitig ist der obere Punkt 192 der Achse 194 des Achsschenkelbolzens ebenso in Richtung des vertikalen Strahls 180 seitlich verschoben. Somit schneidet die Achse 194 des Achsschenkelbolzens nun einen horizontalen Strahl 196, der durch das Radzentrum 182 verläuft, bei einer kürzeren Spindellänge 200 bezogen auf das Radzentrum, als dies ansonsten der Fall wäre, wenn die Lagerachse und die Federbein-Stangenachse überlagert wären, wie es bei einem herkömmlichen oberen Federbeinlager der Fall ist (siehe die Spindellänge 198 gemäß dem Stand der Technik in 6). Eine ”verringerte Spindellänge” wird durch die Spindellänge 200 definiert, die gemäß der vorliegenden Erfindung kürzer vorgesehen ist als die herkömmliche Spindellänge 198. Beispielsweise kann die Spindellänge 198 eines herkömmlichen oberen Federbeinlagers ungefähr 60 mm betragen, während die Spindellänge 200 eines oberen Federbeinlagers 100 mit exzentrischer Lenkachse, das dem oberen Federbeinlager aus dem Stand der Technik im Wesentlichen entspricht, das die Achsenexzentrizität gemäß der vorliegenden Erfindung nicht aufweist, ungefähr 51 mm betragen kann, wobei die Achsensymmetrie 188 ungefähr 20 mm beträgt.
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Dementsprechend entkoppelt das obere Federbeinlager 100 mit exzentrischer Lenkachse den Federbeinstab von dem oberen Abschnitt der Achse des Achsschenkelbolzens und ermöglicht, dass die Achse des Achsschenkelbolzens bezogen auf das Kraftfahrzeug nach außen bewegt wird, währen die typischen Bauraumbeschränkungen des Reifens und des Rades vermieden werden. Das Bewegen des oberen Punkts der Achse des Achsschenkelbolzens nach außen verkürzt die Spindellänge und schafft dementsprechend die bekannten Vorteile eines verringerten Lenkdrehmoments und einer verringerten Empfindlichkeit gegenüber einem Rütteln bei glatter Straße.
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Für Fachleute, welche diese Erfindung betrifft, kann die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform einer Änderung oder Modifikation unterliegen. Eine solche Änderung oder Modifikation kann ausgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, der nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt sein soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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