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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Federunterlage.
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Stand der Technik
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Federunterlagen sind allgemein bekannt und gelangen zum Beispiel zwischen einer Schraubenfeder eines Kraftfahrzeug-Fahrwerks und einem die Schraubenfeder abstützenden Federteller zur Anwendung. Der Federteller kann dabei als separat herzustellendes Bauteil ausgebildet sein oder einen integralen Bestandteil der Karosserie des Kraftfahrzeugs bilden.
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Die vorbekannten Federunterlagen gelangen zum Beispiel zur Anwendung, um Beschädigungen der Lackierung der Schraubenfeder zu verringern und dadurch einer Korrosion der Schraubenfeder vorzubeugen.
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Außerdem werden Federunterlagen verwendet, um Quietsch- und Knarzgeräusche zu unterdrücken, die während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Schraubenfeder entstehen können. Die Federunterlage hat außerdem die Aufgabe Toleranzen der Feder und der Anschlussteile auszugleichen. Die vorbekannten Federunterlagen können zum Beispiel aus einem scheibenförmigen Körper aus einem elastomeren Werkstoff bestehen, in dem bedarfsweise ein verstärkender Stützkörper eingebettet ist. Eine solche Federunterlage ist zum Beispiel aus der
EP 0 924 445 A2 bekannt.
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Aus der
DE 42 21 826 A1 ist ein elastisches Lager zur Anlenkung eines Teleskopstoßdämpfers an den Aufbau eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das vorbekannte elastische Lager ist axial auf Zug und/oder Druck belastbar und ermöglicht in beschränktem Maße auch kardanische Bewegungen. Dazu umfasst das elastische Lager im Wesentlichen ein am Kolbenstangenende des Teleskopstoßdämpfers befestigbares kugelförmiges Lagerinnenteil, ein dazu mit Abstand angeordnetes, am Fahrzeugaufbau befestigbares schalenförmiges Lageraußenteil sowie ein im Bereich des Kolbenstangenaustritts zwischen Lagerinnen- und Lageraußenteil angeordnetes und an diesem anvulkanisiertes ringförmiges Gummiteil, das zusammen mit dem Lagerinnen- und dem Lageraußenteil einen flüssigkeitsgefüllten Druck- bzw. Hohlraum einschließt. Um bei beengten Einbauverhältnissen einen möglichst großen Dämpferweg zu erzielen, ist das Lagerinnenteil als zur Kolbenstange hin offener Hohlkörper ausgebildet.
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DE 10 2010 054 727 A1 und
DE 199 45 841 A1 offenbaren Abstützungen für Federkörper, bei den die Auflagen der Abstützung durch elastische Körper miteinander verbunden sind, so dass die Auflagen zueinander beweglich sind.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Federunterlage der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass bei einer exzentrischen und schiefen Einleitung der Kraft einer Schraubenfeder die auftretenden Biegemomente und Querkräfte auf das Federbein deutlich reduziert werden, auch wenn insgesamt nur ein enger Einbauraum zur Verfügung steht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Federunterlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist eine Federunterlage vorgesehen, umfassend einen Kraftleitungsring, eine Krafteinleitung und eine Kraftausleitung, wobei die Krafteinleitung axial einerseits und die Kraftausleitung axial andererseits des Kraftleitungsrings angeordnet sind und wobei die Krafteinleitung und die Kraftausleitung kardanisch relativ zueinander bewegbar sind.
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Durch die Form einer Schraubenfeder und deren Abstützung an den stirnseitigen Widerlagern der Schraubenfeder ergeben sich – ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Federunterlage – unerwünschte Biegemomente und Querkräfte auf das Federbein, insbesondere auf die Kolbenstange des Stoßdämpfers, insbesondere bei exzentrischer und schiefer Krafteinleitung. Dies führt zu unerwünschten Reibkräften zwischen der Kolbenstange des Stoßdämpfers und dem Stoßdämpfergehäuse.
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Die erfindungsgemäße Federunterlage weist insgesamt kompakte Abmessungen, insbesondere in axialer Richtung, auf und kann deshalb auch dann problemlos zur Anwendung gelangen, wenn der Einbauraum begrenzt ist. Lager mit kugelförmigem Lagerinnenteil und schalenförmigem Lageraußenteil, mit zwischen dem Lagerinnenteil und dem Lageraußenteil einvulkanisiertem ringförmigem Gummiteil haben einen deutlich höheren Bauraumbedarf. Zudem haben diese Lager eine in der Regel nicht kleine kardanische Federrate, was wiederum unerwünschte Biegemomente und Querkräfte auf das Federbein verursacht. Nur bei einer kardanischen Federrate nahe null werden die Biegemomente in der Feder selbst aufgenommen und nicht auf das Federbein übertragen.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen Federunterlage ist mit der Funktion eines Kreuzgelenks vergleichbar. Bei einem Kreuzgelenk können sich die durch das Kreuzgelenk verbundenen Wellenenden um den Mittelpunkt des Kreuzgelenks kardanisch in alle Raumrichtungen bewegen. Die Kraftweitergabe von einer Welle zur anderen erfolgt über das Kreuzgelenk. Bei einer Schwenkbewegung hat das Kreuzgelenk praktisch keine kardanische Federrate, hat aber je nach Ausgestaltung der Lagerung des Kreuzgelenkes mechanische Reibung.
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Hat eine Schraubenfederkraft gegen eine starre Gegenfläche betrachtet eine nicht mittige und nicht zentrische Lage sondern eine exzentrische und schiefe Lage, so sorgt die erfindungsgemäße Federunterlage dafür, dass unter solchen Bedingungen die auftretenden Biegemomente in der Feder selbst aufgenommen werden und nicht auf das Federbein übertragen werden. Die Krafteinleitung und die Kraftausleitung, die sich beide auf dem Kraftleitungsring abstützen, sind kardanisch relativ zueinander bewegbar.
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Die Krafteinleitung kann als Krafteinleitungsring, die Kraftausleitung als Kraftausleitungsring ausgebildet sein. Ringe sind in unterschiedlichsten Abmessungen einfach und kostengünstig herstellbar.
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Der Kraftleitungsring, der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring sind koaxial zueinander angeordnet. Der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring sind auf der jeweils axial benachbart zugewandten Stirnseite des Kraftleitungsrings abgestützt.
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Nach einer ersten Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring jeweils einen rechteckigen Querschnitt, eine ebene Gestalt mit jeweils ebenen Stirnseiten und eine, in Umfangsrichtung betrachtet, konstante Dicke aufweisen.
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Solche Ringe sind in den unterschiedlichsten Abmessungen besonders einfach und kostengünstig herstellbar, zum Beispiel durch Ausstanzen.
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Der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring können als Gleichteile ausgebildet sein. In fertigungstechnischer Hinsicht ist von Vorteil, dass ein und derselbe Ring als Krafteinleitungsring oder als Kraftausleitungsring verwendet werden kann. Dadurch ist die Federunterlage insgesamt nicht nur einfach und kostengünstig herstellbar, sondern auch die Gefahr von Montagefehlern ist auf ein Minimum reduziert.
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Der Kraftleitungsring ist, in Umfangsrichtung betrachtet, wellenförmig ausgebildet, derart, dass er auf jeder seiner Stirnseiten zwei Wellentäler und zwei Wellenberge aufweist, wobei die beiden Wellentäler einander gegenüberliegend um 180° versetzt zueinander angeordnet sind, ebenso wie die Wellenberge und dass die Wellentäler und die Wellenberge, in Umfangsrichtung betrachtet, um 90° versetzt abwechselnd zueinander angeordnet sind. Die kardanische Beweglichkeit von Krafteinleitungsring und Kraftausleitungsring relativ zueinander wird dadurch erreicht, dass diese Ringe in zwei senkrecht zueinander angeordneten Ebenen paarweise angeordnete Abwälzgeometrien aufweisen, die um 90° versetzt zueinander angeordnet sind.
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Die Wellenberge der einen Stirnseite bilden jeweils eine im Wesentlichen linienförmige, sich in radialer Richtung erstreckende erste Kontaktwippe zur Abstützung auf dem Krafteinleitungsring und die Wellenberge der anderen Stirnseite jeweils eine im Wesentlichen linienförmige, sich in radialer Richtung erstreckende zweite Kontaktwippe zur Abstützung auf dem Kraftausleitungsring. Die erfindungsgemäße Federunterlage weist einen nur geringen Bauraumbedarf insbesondere in axialer Richtung auf und ist kostengünstig herstellbar, so dass die erfindungsgemäße Federunterlage auch gut in großen Serien zur Anwendung gelangen kann, wenn Biegemomente und Querkräfte, die durch exzentrische und schiefe Krafteinleitung verursacht werden, reduziert werden sollen.
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Nach einer zweiten Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Kraftleitungsring einen rechteckigen Querschnitt, eine ebene Gestalt mit jeweils ebenen Stirnseiten und eine, in Umfangsrichtung betrachtet, konstante Dicke aufweist.
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In Verbindung mit einem derart ausgebildeten Kraftleitungsring ist es zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring jeweils, in Umfangsrichtung betrachtet, wellenförmig ausgebildet sind, derart, dass jeder der Ringe jeweils zwei Wellentäler und jeweils zwei Wellenberge aufweist, wobei die beiden Wellentäler einander gegenüberliegend um 180° versetzt zueinander angeordnet sind, ebenso wie die Wellenberge und dass die Wellentäler und die Wellenberge eines jeden Ringes, in Umfangsrichtung betrachtet, um 90° versetzt abwechselnd zueinander angeordnet sind. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen ersten Ausgestaltung sind bei dieser Ausgestaltung der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring, in Umfangsrichtung betrachtet, wellenförmig ausgebildet. Die Funktion einer derart ausgebildeten Federunterlage unterscheidet sich von der Funktion der zuvor beschriebenen ersten Ausgestaltung nicht.
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Der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring können als Gleichteile ausgebildet und während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Federunterlage um 90° versetzt zueinander angeordnet sein. Die Verwendung von Gleichteilen ist insbesondere dann, wenn sich daraus keine funktionalen Nachteile ergeben, im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit von Vorteil. Außerdem wird die Montage der Federunterlage dadurch, wie zuvor bereits beschrieben, vereinfacht.
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Der eben ausgebildete Kraftleitungsring und die in Umfangsrichtung wellenförmigen Krafteinleitungs- und Kraftausleitungsringe sind derart miteinander zu der Federunterlage montiert, dass die Wellentäler des Krafteinleitungsrings eine im Wesentlichen linienförmige, sich in radialer Richtung erstreckende Dritter Kontaktwippe zur Abstützung auf der einen Stirnseite des Kraftleitungsrings und die Wellenberge des Kraftausleitungsrings eine im Wesentlichen linienförmige, sich in radialer Richtung erstreckende vierte Kontaktwippe zur Abstützung auf der anderen Stirnseite des Kraftleitungsrings bilden. Der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring sind dadurch während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Federunterlage relativ zueinander kardanisch bewegbar.
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Die erste und dritte sowie die zweite und vierte Kontaktwippe können ballig ausgebildet sein. Durch eine derartige Abwälzgeometrie sind die Kontaktwippen unter Vermeidung unerwünscht hoher Kontaktspannungen dauerhaltbar und es ergibt sich eine gleichförmige ruckfreie Bewegung, wenn sich der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring kardanisch relativ zueinander bewegen. Hierbei handelt es sich um einen praktisch reibungsfreien Abwälzvorgang.
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Der ersten und der dritten sowie der zweiten und der vierten Kontaktwippe sind Gegenflächen auf den jeweiligen Stirnseiten des Kraftleitungsrings zugeordnet, die bevorzugt jeweils konkav ausgebildet sind. In den konkav ausgebildeten Gegenflächen wälzen die Kontaktwippen besser ab und die spezifische Flächenpressung zwischen Kontaktwippe und Gegenfläche ist reduziert.
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Für eine gute Dauerhaltbarkeit der Federunterlage und gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer kann es vorgesehen sein, dass der Kraftleitungsring, der Krafteinleitungsring und der Kraftausleitungsring jeweils aus einem metallischen Werkstoff bestehen und dass die einander zugewandten Oberflächen der genannten Ringe jeweils oberflächengehärtet sind. Eine kardanische Bewegung des Krafteinleitungsrings relativ zum Kraftausleitungsring erfolgt dadurch im Wesentlichen verschleißfrei; die Oberflächen, auf denen die Kontaktwippen abwälzen, bleiben während der gesamten Gebrauchsdauer der Federunterlage unverändert/unbeschädigt, so dass eine einwandfreie Funktion der Federunterlage auch während einer langen Gebrauchsdauer stets gewährleistet ist. Es ist darüber hinaus denkbar, dass eine Kapselung der gesamten Anordnung durch einen umgebenden Balg ein Schmiermedium an den Wälzkontakten von Umwelteinflüssen fernhält.
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Nach einer dritten Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Krafteinleitung durch zwei Krafteinleitungsteile und die Kraftausleitung durch zwei Kraftausleitungsteile gebildet sind. Die Krafteinleitungsteile und die Kraftausleitungsteile können als Gleichteile ausgebildet sein. Sie können zum Beispiel die Form kleiner Quader haben.
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Der Kraftleitungsring kann, in Umfangsrichtung betrachtet, wellenförmig ausgebildet sein, derart, dass er auf jeder seiner Stirnseiten zwei Wellentäler und zwei Wellenberge aufweist, wobei die Wellentäler einander gegenüberliegend um 180° versetzt zueinander angeordnet sind, ebenso wie die Wellenberge und dass die Wellentäler und die Wellenberge jeder Stirnseite, in Umfangsrichtung betrachtet, um 90° versetzt abwechselnd zueinander angeordnet sind.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Wellenberge der einen Stirnseite, bezogen auf die Wellenberge der anderen Stirnseite, in Umfangsrichtung betrachtet, um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Die Krafteinleitungsteile und die Kraftausleitungsteile sind auf jeder der Stirnseiten im Bereich der Wellenberge angeordnet, um die kardanische Beweglichkeit der Krafteinleitungsteile und der Kraftausleitungsteile relativ zueinander zu gewährleisten.
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Der Kraftleitungsring kann auf jeder Stirnseite im Bereich der jeweiligen Wellenberge jeweils eine Ausnehmung aufweisen, in denen die Krafteinleitungsteile und die Kraftausleitungsteile kardanisch relativ zueinander bewegbar angeordnet sind.
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Die Krafteinleitungsteile und die Kraftausleitungsteile können jeweils eine Basis, aufweisen, durch die sie in den jeweiligen Ausnehmungen mit dem Kraftleitungsring relativ bewegbar verbunden sind. Die einander berührenden Kontaktbereiche der jeweiligen Basis mit dem Kraftleitungsring können, wie zuvor bereits beschrieben, ballig ausgebildet sein, um unerwünscht hohe Kontaktspannungen und daraus resultierenden Verschleiß zu vermeiden und um dadurch gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften der Federunterlage während einer langen Gebrauchsdauer zu erreichen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Basis aller Kraft ein- und Kraftausleitungsteile in ein und derselben Radialebene des Kraftleitungsrings angeordnet und mit diesem verbunden ist. Hierbei ist von Vorteil, dass sich die beiden Krafteinleitungsteile und die beiden Kraftausleitungsteile um den Mittelpunkt im Kraftleitungsring, der in der Radialebene liegt, kardanisch in alle Raumrichtungen relativ zueinander bewegen können.
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Die Krafteinleitungsteile und die Kraftausleitungsteile können jeweils mit zumindest einer Befestigungseinrichtung zur Befestigung an weiteren Maschinenelementen versehen sein. Diese weiteren Maschinenelemente können beispielsweise durch einen Federteller oder eine Schraubenfeder gebildet sein.
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Der Kraftleitungsring aller zuvor beschriebenen Ausgestaltungen kann jeweils als Hohlkörper ausgebildet sein. Dabei ist von Vorteil, dass der Kraftleitungsring bei vergleichsweise geringem Eigengewicht eine vergleichsweise hohe mechanische Steifigkeit aufweist.
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Der Hohlkörper kann durch zwei im Wesentlichen U-förmig ausgebildete Halbschalen gebildet sein, die den Hohlraum des Hohlkörpers begrenzen. Die Halbschalen sind bevorzugt durch Gleichteile gebildet und können aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Sechs Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Federunterlage sind nachfolgend anhand der 1 bis 8 näher beschrieben. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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1 eine Darstellung eines ebenen Kraftleitungsrings mit einer Krafteinleitung und einer Kraftausleitung, die zueinander um 90° versetzt sind.
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2 eine Darstellung eines ebenen Kraftleitungsrings mit einer Krafteinleitung und einer Kraftausleitung, die zueinander um 90° versetzt sind, wobei der Kraftleitungsring als Hohlkörper ausgebildet ist,
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3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Federunterlage mit einem Krafteinleitungsring und einem Kraftausleitungsring, die jeweils eben ausgebildet sind, und einem Kraftleitungsring, der in Umfangsrichtung wellenförmig ausgebildet ist,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Federunterlage, bei der der Kraftleitungsring eben und der Krafteinleitungs- und der Kraftausleitungsring jeweils in Umfangsrichtung wellenförmig ausgebildet sind.
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem wellenförmigen Kraftleitungsring mit einer Krafteinleitung und einer Kraftausleitung, die jeweils aus quaderförmigen Krafteinleitungsteilen und Kraftausleitungsteilen bestehen,
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6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Federunterlage, bei der das Kraftleitungsteil eben ist und die Krafteinleitungs- und der Kraftausleitungsteile durch Körper gebildet sind, die jeweils in den Kontaktbereichen prismenartig ausgebildet sind,
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7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Federunterlage, bei der die Krafteinleitungsteile und die Kraftausleitungsteile in das Kraftleitungsteil eintauchen. Bei diesem Beispiel liegen die Berührflächen der Krafteinleitung und der Kraftausleitung in einer Ebene,
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8 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Federunterlage, bei der die Krafteinleitung durch zwei Krafteinleitungsteile und die Kraftausleitung durch zwei Kraftausleitungsteile gebildet ist, wobei das Kraftleitungsteil als Hohlkörper ausgebildet ist und aus zwei gleichen Halbschalen besteht.
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Ausführung der Erfindung
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Die Darstellungen in der 1 und der 2 zeigen den Ansatz wie man mittels eines ebenen Kraftleitungsrings 1 die Richtung einer Krafteinleitung 2 in allen Raumrichtungen relativ zu der Richtung einer Kraftausleitung 3 realisieren kann. Die jeweils um ihre Berührlinien schwenkbare Krafteinleitung 2 und Kraftausleitung 3 ist durch Überlagerung dieser Bewegungen in allen Raumrichtungen schwenkbar. Die Krafteinleitung 2 und Kraftausleitung 3 sind hierbei um 90° relativ zueinander versetzt anzuordnen.
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In den 3 bis 8 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Federunterlage gezeigt, die zwischen einer Aufbaufeder des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs und einer chassisseitigen Lagerstelle angeordnet ist.
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Die Krafteinleitung 2 und die Kraftausleitung 3 werden in den 3 und 4 durch die Krafteinleitungsringe 2.1 und die Kraftausleitungsringe 3.1 gebildet, in 5, 6 und 8 durch die Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3 und die Kraftausleitungsteile 3.2, 3.3.
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Die Federunterlage ist in den 3 und 4 dreiteilig ausgebildet und umfasst einen Krafteinleitungsring 2.1 und einen Kraftausleitungsring 3.1, wobei das Kraftleitungsteil 1 in axialer Richtung zwischen dem Krafteinleitungsring 2.1 und dem Kraftausleitungsring 3.1 angeordnet ist.
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In den 3 und 4 sind der Krafteinleitungsring 2.1 und der Kraftausleitungsring 3.1 jeweils als Gleichteile ausgebildet, in 5 bis 8 sind die Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3 und die Kraftausleitungsteile 3.2, 3.3 als Gleichteile ausgebildet, so dass sich insgesamt eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit der Federunterlagen ergibt.
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In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Federunterlage gezeigt. Der Krafteinleitungsring 2.1 und der Kraftausleitungsring 3.1 haben jeweils einen rechteckigen Querschnitt, eine ebene Gestalt mit jeweils ebenen Stirnseiten 6, 7; 8, 9 und eine, in Umfangsrichtung 10 betrachtet, konstante Dicke. Um eine relative kardanische Beweglichkeit des Krafteinleitungsrings 2.1 zum Kraftausleitungsring 3.1 zu erreichen, ist es bei einer derartigen Ausgestaltung von Krafteinleitungsring 2.1 und Kraftausleitungsring 3.1 vorgesehen, dass der Kraftleitungsring 1, in Umfangsrichtung 10 betrachtet, wellenförmig ausgebildet ist. Der Kraftleitungsring 1 weist genau zwei Wellentäler 11, 12 und zwei Wellenberge 13, 14 auf, wobei sowohl die beiden Wellentäler 11, 12 als auch die beiden Wellenberge 13, 14 jeweils einander gegenüberliegend und um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Die Wellentäler 11, 12 und die Wellenberge 13, 14 sind, in Umfangsrichtung 10 betrachtet, um 90° versetzt abwechselnd zueinander angeordnet. Dadurch, dass die Ebene der Krafteinleitung 2 und der Kraftausleitung 3 um 90° verdreht zueinander angeordnet sind, können sich die Schraubenfeder und der Federteller durch die Federunterlage relativ zueinander kardanisch bewegen, um Biegemomente und Querkräfte nahezu zu unterbinden. Die Wellenberge 13, 14 der einen Stirnseite 4 bilden jeweils eine im Wesentlichen linienförmige, sich in radialer Richtung erstreckende erste Kontaktwippe 15 zur Abstützung auf dem Krafteinleitungsring 2.1. Die Wellenberge 13, 14 der anderen Stirnseite 5 bilden demgegenüber eine zweite Kontaktwippe 16 zur Abstützung auf dem Kraftausleitungsring 3.1, die sich ebenfalls im Wesentlichen linienförmig und in radialer Richtung erstreckt.
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In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Federunterlage gezeigt. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel weist der Kraftleitungsring 1 einen rechteckigen Querschnitt, einen ebene Gestalt mit jeweils ebenen Stirnseiten 4, 5 und eine, in Umfangsrichtung 10 betrachtet, konstante Dicke auf. In diesem Ausführungsbeispiel muss die Möglichkeit einer relativen kardanischen Beweglichkeit von Krafteinleitungsring 2.1 und Kraftausleitungsring 3.1 zueinander durch die Gestalt dieser Ringe 2.1, 3.1 selbst bewirkt werden. Dazu ist es vorgesehen, dass der Krafteinleitungsring 2.1 und der Kraftausleitungsring 3.1 jeweils, in Umfangsrichtung 10 betrachtet, wellenförmig ausgebildet sind. Sowohl der Krafteinleitungsring 2.1 als auch der Kraftausleitungsring 3.1 haben jeweils zwei Wellentäler 17, 18; 19, 20 und jeweils zwei Wellenberge 21, 22; 23, 24, wobei die beiden Wellentäler 17, 18; 19, 20 einander gegenüberliegend und um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Die Wellentäler 17, 18 des Krafteinleitungsrings 2.1 bilden eine dritte Kontaktwippe 25 zur Abstützung auf der einen Stirnseite 4 des Kraftleitungsrings 1 und die Wellenberge 23, 24 des Kraftausleitungsrings 3.1 bilden eine vierte Kontaktwippe 26 zur Abstützung auf der anderen Stirnseite 5 des Kraftleitungsrings 1, wobei sich die dritte Kontaktwippe 25 und die vierte Kontaktwippe 26 jeweils linienförmig und in radialer Richtung erstrecken. Die kardanische Beweglichkeit des Krafteinleitungsrings 2.1 relativ zum Kraftausleitungsring 3.1 wird dadurch erreicht, dass die beiden als Gleichteile ausgebildeten Ringe 2.1, 3.1, in Umfangsrichtung 10 betrachtet, um 90° versetzt zueinander in der Federunterlage angeordnet sind.
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Die erste und dritte 15, 25 und zweite und vierte Kontaktwippe 16, 26 sind jeweils ballig ausgeführt, um eine unerwünscht hohe, die Gebrauchsdauer verringernde Kontaktspannungen zwischen den einander berührenden Teilen zu vermeiden. Die ballige Kontur ist mit Bezugszeichen 27, die konkave Kontur der Gegenfläche mit Bezugszeichen 28 bezeichnet.
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Die Darstellung in der 5 zeigt, wie mittels eines wellenförmigen Kraftleitungsrings 1 mit einer Krafteinleitung 2 mittels Krafteinleitungsteilen 2.2, 2.3 und einer Kraftausleitung 3 mittels Kraftausleitungsteilen 3.2, 3.3, die jeweils quaderförmig ausgebildet sind, relative Schwenkbarkeit realisiert wird.
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In 6 ist die relativ zum Chassis schwenkbare Federunterlage dargestellt, bei der das Kraftleitungsteil 1 eben ist und die Krafteinleitung 2 mittels Krafteinleitungsteilen 2.2, 2.3 und die Kraftausleitung 3 mittels Kraftausleitungsteilen 3.2, 3.3 ausgebildet ist. Hierbei sind die Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3 und die Kraftausleitungsteile 3.2, 3.3 durch Körper gebildet, die in den Kontaktbereichen prismenartig ausgeformt sind.
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Wie aus 7 ersichtlich, kann ein Kraftleitungsteil 1 einer Federunterlage Ausnehmungen aufweisen, in die die Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3 und die Kraftausleitungsteile 3.2, 3.3 eintauchen. Bei einer derartigen Anordnung können die Berührflächen von Kraftleitungsring 1 Krafteinleitung 2 und Kraftausleitung 3 in einer Ebene liegen. Dies bedeutet, dass bei einer Schwenkbewegung der Kraftleitungsring 1 um seinen Mittelpunkt schwenkt und sich nicht translatorisch bewegt. Dies führt zum kleinsten erforderlichen Raumbedarf für einen Kraftleitungsring 1 einer Federunterlage bei einer Schwenkbewegung. Die einander berührenden Bereiche der Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3, 3.2, 3.3 und des Kraftleitungsrings 1 liegen in ein und derselben Radialebene 31 der Basis 30.
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In 8 sind die Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3 und die Kraftausleitungsteile 3.2, 3.3 in Ausnehmungen des Kraftleitungsteils 1 angeordnet.
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Erfindungswesentlich ist, dass die Krafteinleitung 2 und die Kraftausleitung 3 kardanisch relativ zueinander bewegbar sind. Durch eine solche Ausgestaltung werden unerwünschte Biegemomente und Querkräfte auch dann verhindert, wenn die Krafteinleitung in die Schraubenfeder exzentrisch und schief erfolgt. Durch die kardanische Bewegbarkeit der Krafteinleitung 2 und der Kraftausleitung 3 relativ zueinander, wird diese exzentrische und schiefe Krafteinleitung nahezu unterbunden.
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In 8 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Federunterlage dargestellt. Der Kraftleitungsring 1 ist ebenfalls, in Umfangsrichtung 10 betrachtet, wellenförmig ausgebildet. Auf jeder seiner Stirnseiten 4, 5 weist der Kraftleitungsring 1 zwei Wellentäler 11, 12 und zwei Wellenberge 13, 14 auf. Die Wellentäler 11, 12 sind einander gegenüberliegend um 180° versetzt zueinander angeordnet, ebenso wie die Wellenberge 13, 14. In Umfangsrichtung 10 betrachtet, schließen sich um 90° versetzt Wellentäler 11, 12 und Wellenberge 13, 14 abwechselnd aneinander an. Die Wellenberge 13, 14 der einen Stirnseite 4 sind zu den Wellenbergen 13, 14 der anderen Stirnseite 5 um 90° versetzt zueinander angeordnet.
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In beiden Stirnseiten 4, 5 des Kraftleitungsring 1 sind im Bereich der jeweiligen Wellenberge 13, 14 Ausnehmungen 29 angeordnet, in denen die Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3 und die Kraftausleitungsteile 3.2, 3.3 kardanisch relativ zueinander bewegbar angeordnet sind.
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Die Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3 und die Kraftausleitungsteile 3.2, 3.3 haben jeweils eine Basis 30, durch die sie in den jeweiligen Ausnehmungen 29 des Kraftleitungsrings 1 beweglich gehalten sind.
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Die einander berührenden Bereiche der Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3, 3.2, 3.3 und des Kraftleitungsrings 1 können ballig ausgebildet sein, um unerwünscht hohe Kontaktspannungen zu vermeiden.
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Die einander berührenden Bereiche der Krafteinleitungsteile 2.2, 2.3, 3.2, 3.3 und des Kraftleitungsrings 1 liegen in ein und derselben Radialebene 31 der Basis 30 wie auch in Ausführungsbeispiel 7. Die beiden Krafteinleitungsteil 2.2, 2.3 und die beiden Kraftausleitungsteil 3.2, 3.3 können sich damit um den Mittelpunkt des Kraftleitungsring 1, der in der Radialebene 31 liegt, kardanisch in alle Raumrichtungen bewegen.
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Jeder der Träger 2.2, 2.3, 3.2, 3.3 weist jeweils eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung an weiteren Maschinenelementen auf. Zum Beispiel kann mittels einer Befestigungseinrichtung ein Federteller an der Federunterlage befestigt werden.
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Um eine gute mechanische Steifigkeit bezogen auf das Gewicht zu erhalten, ist der Kraftleitungsring 1 als Hohlkörper 32 ausgebildet und besteht aus zwei U-förmigen Halbschalen 33, 34, wobei die Halbschalen 33, 34 als Gleichteile ausgebildet sind. Die Halbschalen 33, 34 begrenzen gemeinsam den Hohlraum des Hohlkörpers 32.
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Um eine möglichst gute Dauerhaltbarkeit und gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer zu erreichen, sind der Kraftleitungsring 1, die Krafteinleitung 2 und die Kraftausleitung 3 in allen hier gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, wobei die einander zugewandten und sich berührenden Oberflächen des Kraftleitungsrings 1 sowie der Krafteinleitung 2 und der Kraftausleitungsring 3, dort, wo sie sich berühren, jeweils oberflächengehärtet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftleitungsring
- 2
- Krafteinleitung
- 2.1
- Krafteinleitungsring
- 2.2, 2.3
- Krafteinleitungsteile
- 3
- Kraftausleitung
- 3.1
- Kraftausleitungsring
- 3.2, 3.3
- Kraftausleitungsteile
- 4
- Obere Stirnseite von 1
- 5
- Untere Stirnseite von 1
- 6
- Obere Stirnseite von 2
- 7
- Untere Stirnseite von 2
- 8
- Obere Stirnseite von 3
- 9
- Untere Stirnseite von 3
- 10
- Umfangsrichtung
- 11
- Wellental von 1
- 12
- Wellental von 1
- 13
- Wellenberg von 1
- 14
- Wellenberg von 1
- 15
- Erste Kontaktwippe 13, 14 für 2
- 16
- Zweite Kontaktwippe 11, 12 für 3
- 17
- Wellental von 2
- 18
- Wellental von 2
- 19
- Wellental von 3
- 20
- Wellental von 3
- 21
- Wellenberg von 2
- 22
- Wellenberg von 2
- 23
- Wellenberg von 3
- 24
- Wellenberg von 3
- 25
- Dritte Kontaktwippe 17, 18
- 26
- Vierte Kontaktwippe 23, 24
- 27
- Ballige Kontur
- 28
- Konkave Kontur
- 29
- Ausnehmungen in 1
- 30
- Basis
- 31
- Radialebene
- 32
- Hohlkörper
- 33
- Halbschale
- 34
- Halbschale Befestigungseinrichtung Schraubenfeder Federteller
