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Die Erfindung betrifft einen Endanschlagpuffer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Nutzfahrzeug, das damit ausgestattet ist.
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Stand der Technik
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Fahrgestelle von Nutzfahrzeugen werden üblicherweise auf Basis eines durchgehenden Leiterrahmens gefertigt. Ein derartiger Leiterrahmen besteht aus zwei Längsträgern, die beispielsweise als C-Profilelemente ausgebildet sind und die durch mehrere Querträger miteinander verbunden sind. Meist sind die Längsträger mit den Querträgern verschraubt oder vernietet. An dem Rahmen werden verschiedene Fahrzeugkomponenten angebracht, wie z. B. Vorder- und Hinterachse, Antriebsaggregate, Fahrerhaus, Transportaufbau oder Sattelkupplung, Kraftstofftanks, Batteriekasten sowie das Abgassystem.
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Für die Verbindung eines klassischen Nutzfahrzeugrahmens mit einer Einzelradaufhängung und zur Anbindung von Anbauteilen und Unterfahrschutz an denselben sind i.a. mehrere, schwere und komplexe Konsolen erforderlich. Um Schwingungs- und Steifigkeitsprobleme bei dieser Bauweise zu vermeiden, muss der Rahmen selbst wiederum sehr steif und damit schwer ausgeführt werden. Damit werden einzelradaufgehängte Chassis derzeit trotz der Vorteile der Einzelradaufhängung kaum eingesetzt.
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Aus der
EP 1 902 873 A1 ist ein Fahrschemel für eine Einzelradaufhängung für ein Nutzfahrzeug bekannt, der Haltelemente für die Anbindung der Federeinrichtung und der Querlenker aufweist, sowie an die Rahmenlängsträger des Fahrzeuges angeschlossen werden kann. Die Haltelemente sind dabei als Pressteile oder als Schweißgruppierung ausgeführt, und durch die Anbindung an die konventionellen Fahrzeuglängsträger wird das Gesamtgewicht durch die Konstruktion eher erhöht.
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Aus der
EP 2 944 550 A1 ist ein modularer Aufbau eines Fahrzeugs bekannt, der auch Einzelradaufhängungen umfasst.
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Bei Fahrzeugen mit Einzelradaufhängungen, die eine Achslast von mehr als 8 Tonnen besitzen, entstehen bei dynamischer Fahrt hohe Kräfte, welche vom Radaufhängungssystem zum Fahrgestell abgestützt werden müssen.
Da nur ein Teil der dynamisch auftretenden Kräfte durch das Federdämpfersystem absorbiert werden, muss der verbleibende Teil ohne große Federweg- und Komforteinschränkung über einen Endanschlagpuffer in das Fahrgestell eingeleitet werden.
Eine bekannte Ausführung ist ein Gummipuffer als Endanschlag, jedoch sind hier sowohl bauraum- als auch belastungstechnisch Grenzen gesetzt. Bei einem reinen Gummianschlagspuffer kommt es unter Belastung zur Ausdehnung des Materials, somit entsteht ein Bauraumnachteil für andere Komponenten. Weiterhin ist es zunehmend schwieriger eine definierte Anschlagfläche zu belasten, wenn die Deformation zu groß wird.
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Eine alternative Lösung mit einem hydraulischen System ist kostenintensiv und nur mit hohem Aufwand zu verbauen.
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Aus der
DE10 2006 026 822 A1 ist ein Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug mit einem Dämpferrohr bekannt, mit einer am Fahrzeug befestigten Kolbenstange, einem vorgespannten Federpaket und einer Zusatzfeder. Dabei dient Feder und Zusatzfeder als Endanschlagpuffer, wobei dieser mit dem eigentlichen Dämpfungsrohr als integriertes Bauteil aufgebaut ist.
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Aus der
DE 10 2012 213 361 A1 ist eine gattungsgemäße Federbeinabstützung für ein Fahrzeugrad bekannt. Dabei werden Federn mit elastomeren Elementen kombiniert.
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Eine Feder-Elastomer-Anordnung für einen Endanschlagpuffer ist auch aus der US 2006/ 0 043 659 A1 bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung einen Endanschlagpuffer vorzusehen, der die mechanische und robuste sowie kostengünstige Ausführung eines zweistufigen Systems ermöglicht, welche mit einem definierten engen Bauraum die Dämpfung hoher Kräfte erreicht.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Endanschlagpuffer mit einem Gehäuse und einem darin geführten Kolben, der einen zylindrischen Innenraum für eine Feder bereitstellt, wobei der Kolben einen Ring aufweist, wobei eine Oberfläche des Rings als erste Anschlagsfläche für einen Gummipuffer dient und die Feder zwischen einer zweiten Anschlagsfläche am Gehäuse und einer Auflagefläche am Ring liegt, wobei der Gummipuffer eine Führungsnase aufweist, die in einen Bolzen eingreift.
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Der Vorteil dieser 2-stufigen Lösung ist, dass durch den Gummipuffer ein weicher Eingriff der angreifenden Kraft erreicht wird. Der Gummipuffer ist dabei nicht für die Endlast ausgelegt, sondern wird von der 2. Stufe der Lösung, der Feder, unterstützt. Die Feder ist dabei auf die Endlast ausgelegt.
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Es ist von Vorteil, dass der Gummipuffer zylindrisch ausgebildet ist und die Stirnseite die ringförmige Stirnseite des Kolbens überragt, der sie dadurch schützt.
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Dabei ist der Bolzen mit einer Mutter gegen das Gehäuse fest gelagert.
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Vorteilhafterweise ist das Material des Gummipuffer so gewählt, dass der Gummipuffer so weit komprimierbar ist, bis die Stirnseite des Kolbens im Kontakt mit dem Kraft übertragenen Bauteil kommt. Die Stirnseite des Kolbens bietet Schutz für den Gummipuffer.
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Vorteilhafterweise ist der Kolben im zylindrischen Gehäuse beweglich gelagert und mit dem Bolzen gegen die Federkraft in Richtung der zweiten Anschlagfläche bewegbar.
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Um einen optimalen Abbau der Kräfte zu gewährleisten, sieht das Design vor, dass die erste und die zweite Anschlagfläche des Endanschlagpuffers durch die Höhe des Kolbens voneinander beanstandet sind.
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Das erfindungsgemäße Nutzfahrzeug weist eine Einzelradaufhängung mit einem an der Karosserie des Fahrzeugs angebrachten Achsschenkelträger auf, wobei zwischen Karosserie und Achsschenkelträger ein Endanschlagpuffer eingebaut ist.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugaufbaus,
- 2 zeigt eine Ansicht des Endanschlagpuffers,
- 3 zeigt einen Schnitt durch den Endanschlagpuffer.
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1 zeigt ein Vorderachsmodul 10 mit angebauter Einzelradaufhängung. Dieses Modul dient als beispielhafte Ausführungsform, da sich das Modul für die Vorderachsaufhängung auch als Hinterachsmodul für Vor- und / oder Nachlaufachsen darstellen lässt.
Das Vorderachsmodul 10 besteht aus jeweils einem, auf beiden Fahrzeuglängsseiten entlang geführten Obergurt 30, sowie einem jeweils entlanggeführten Untergurt 31. Ober- und Untergurt 30, 31 sind über Verbinder 32 und 33 miteinander schubsteif verbunden. Der Obergurt 30 und der Untergurt 31 sind gerade ausgebildet oder weisen zur Aufnahme großer Kühler nach vorne, gegen die Fahrzeuglängsachse, einen Winkel nach außen auf. An der Verbindungsstelle 11 zur mittleren Baugruppe ist eine trichterförmige Erweiterung 36 an Ober- und Untergurt 30, 31 angebracht.
Zur Montage weitere Bauteile weisen Ober- und Untergurt 30, 31 Anschläge 21 und Befestigungsmittel auf.
Die Verbinder 32 und 33 sind wannenförmig ausgebildet und weisen zusätzlich zu den Verbindungsstellen mit Ober- und Untergurt 30, 31 noch Anbindungen für Bauteile auf. So dienen die Verbinder 32, 33 zur Aufnahme von Querlenker, Stoßdämpfer, des Lenksystems und der vorderen Motorlagerung.
Die notwendigen Verbinder 32, 33 zur Aufnahme der Einzelradaufhängung werden aus Strukturelementen gebildet und müssen so geformt sein, dass der für die Aufnahme des Antriebsstranges notwendige Bauraum innerhalb des Moduls vorhanden ist. Darüber hinaus nehmen die Verbinder 32, 33 die Lenkungsbauteile auf. Die Verbinder 32, 33 werden so ausgeformt, dass sie in Querrichtung die beiden Untergurte 31 verbinden und auf jeder Seite so weitergeführt werden, dass Unter- und Obergurte 30, 31 miteinander verbunden sind.
Die Verbinder 32, 33 dienen gleichzeitig der Aufnahme von Motorlager und Stoßdämpfer.
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Die Bauteile der Ober- und Untergurt 30, 31 können auch aus einem einzigen Bauteil z.B. aus einem Blechbauteil bestehen.
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Das Einzelradaufhängungsmodul weist einen homogenen Übergang vom Mittelmodul zum Einzelradaufhängungsmodul auf, um einen gleichmäßigen Kraftfluss zu ermöglichen.
Das Modul setzt sich aus Schalenelementen und Guss-Strukturelementen zusammen. Dies führt zu einer Gewichtsreduktion und zum anderen zu einer erhöhten Biege- und Torsionssteifigkeit, sowie zur Reduzierung des Fahrzeuggewichtes und somit zur Erhöhung der Nutzlast.
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An das Vorderachsmodul 10 ist ein Querträgerelement 22 zwischen den beidseitigen Obergurten 30 angebaut und an den beidseitig verlaufenden Untergurten 31 ein Unterfahrschutz 8 befestigt. Dadurch wird an der vorderen Schnittstelle entlang ein Bauraum für ein Kühlermodul gebildet, das durch Fahrerhausanbindeelemente 25 vervollständigt wird.
An den Querverbindern 32, 33 sind Anbindungen 23 für die Einzelradaufhängung vorgesehen.
Ein unterer Querlenker 15 und ein oberer Querlenker 17 sind an den Verbindern 32, 33 angeschraubt. Die beiden Querlenker 15, 17 dienen zur Führung des Achsschenkelträgers 18.
Die am Achsschenkelträgers 18 auftretenden Radaufstandskräfte werden von einem Endanschlagpuffer 40 an der Unterseite des Obergurts 30 über den Anschlag 21 abgestützt. Der Endanschlagpuffer 40 ist so angebracht, dass er die Kraft vorzugsweise in den Schubmittelpunkt des Obergurtes 30 bzw. der Tragstruktur einleitet. Dadurch wird eine Verdrehung des Rahmens unterbunden.
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2 zeigt den Endanschlagpuffer 40, der zweistufig ausgebildet ist. Damit die gedämpfte und kontrollierte Einleitung der Kräfte in das Fahrgestell möglich wird, werden zwei Systeme gekoppelt. Eine einleitende Stufe verfügt über elastisches Material, welches auf einen längeren Weg eine sanfte Erhöhung der Kraft zulässt und eine zweite Stufe mit einer Tellerfeder, wodurch die Gesamtsteifigkeit stark progressiv wird.
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Die erfindungsgemäße Endanschlagpuffer 40 besteht aus einem Gehäuse 1, dass eine zylindrische Außenkontur aufweist. Wie in der 2 dargestellt, besitzt das Gehäuse 1 eine Auskragung, in der Schraubdome 37 vorgesehen sind. Der Endanschlagpuffer wird entweder mit dem Rahmen des Fahrzeugs verschraubt oder mit dem Achsschenkelträger 18 verbunden.
Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Kolben 2 mit zylindrischer Innen- und Außenkontur zu erkennen. Konzentrisch zum Kolben 2 ist ein Gummipuffer 3 im Inneren der Aussparung angebracht. Die Oberfläche des Gummipuffers 3 liegt im entspannten Zustand oberhalb der Stirnfläche des Kolbens 2.
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In 3 ist ein Schnittbild des Endanschlagpuffers dargestellt. Man erkennt den Gummipuffer 3, dessen Oberfläche sich außerhalb des vom Kolben 2 gebildeten Rings befindet. Der Gummipuffer 3 weist eine Führungsnase 3a auf, mit der er in eine Ausnehmung eines Bolzens 4 eingreift. Der Bolzen 4 ist über eine Mutter 5 gegen das Gehäuse 1 gesichert. Der Bolzen 4 erstreckt sich entlang einer gestrichelt angedeuteten Zentralachse und schließt im entspannten Zustand des Endanschlagpuffers 40 mit einer Oberfläche 4a ab, die etwas oberhalb der Befestigungsflächen 1a des Gehäuses liegt. Innerhalb des inneren Umfangs der Innenkontur 1 c des Gehäuses 1 ist der Kolben 2 verschieblich gelagert. Die Außenkontur 2d des Kolbens 2 kann sich die entlang des angedeuteten Pfeils und der Innenkontur 1c des Gehäuses verschieben.
Der Kolben 2 weist einen sich nach innen erstreckenden Ring 20 auf. Dieser Ring 20 bildet mit seiner Oberfläche eine erste Anschlagfläche 2b, die für den Anschlag des Gummipuffers 3 dient. Die andere Oberfläche des Rings 20 bildet eine Auflagefläche für eine Feder 2a. Weiterhin ist der Ring 20 in Kontakt mit dem Bolzen 4, der sich mit seinem konisch zulaufenden Endabschitt auf dem Ring 20 abstützt.
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Die Feder 6 ist eine Tellerfeder die sich um die Achse und den Bolzen 4 herum im zylindrischen Innenraum, der vom Kolben 2 gebildet wird, erstreckt. Die Feder 6 ist im entspannten Zustand des Endanschlagpuffers 40 zwischen der Auflagefläche Feder 2a und einer vom Gehäuse 1 gebildeten zweiten Anschlagfläche 1b eingebaut, aber nicht vorgespannt. Wenn eine Kraft auf den Endanschlagpuffer 40 wirkt, bewegt sich als erstes der Gummipuffer 3 durch Kompression des Gummimaterials. Da der Gummipuffer 3 an der ersten Anschlagfläche 2b anliegt und der Kolben 2 beweglich im Gehäuse 1 gelagert ist, verschiebt der Gummipuffer den Kolben 2 leicht in Richtung des Pfeils. Sobald der Gummipuffer 3 so komprimiert ist, dass seine Stirnfläche 3b auf dem Niveau der äußeren Stirnfläche 2f des Kolbens 2 liegt, wird die Kraft von der äußeren Stirnfläche des Kolbens 2 aufgenommen und der Kolben 2 mit dem Bolzen 4 gegen die Federkraft verschoben.
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Der gesamte Abstand h zwischen der ersten und der zweiten Anschlagsfläche 2b, 1b wird durch die Bauhöhe des Kolbens 2 sowie durch den Federweg Delta h bestimmt.
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Dabei wird die Tellerfeder im Innenraum des Kolbens 2 gegen die zweite Anschlagfläche 1b komprimiert. Die vom Endanschlagpuffer 40 aufgenommene Kraft wird dabei über die Elastizität des Gummipuffers 3 sowie die Federkraft der Feder 6 auf die Oberfläche 4a des Bolzens 4 geleitet und von dort in den Fahrzeugaufbau abgeleitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 1 a
- Befestigungsfläche
- 1b
- zweite Anschlagsfläche
- 1c
- Innenkontour
- 2
- Kolben
- 2a
- Auflagefläche Feder
- 2b
- erste Anschlagsfläche
- 2d
- Außenkontour
- 2e
- innere Stirnfläche
- 2f
- äußere Stirnfläche
- 3
- Gummipuffer
- 3a
- Führungsnase
- 3b
- Stirnfläche
- 4
- Bolzen
- 4 a
- Oberfläche
- 5
- Mutter
- 6
- Feder
- 8
- Unterfahrschutz
- 10
- Vorderachsmodul
- 11
- Verbindungsstelle
- 15
- unterer Querlenker
- 17
- oberer Querlenker
- 18
- Achsschenkelträger
- 20
- Ring
- 21
- Anschlag
- 22
- Querträgerelement
- 23
- Anbindungen
- 25
- Fahrerhausanbindungselement
- 30
- Obergurt
- 31
- Untergurt
- 32,33
- Verbinder
- 36
- Erweiterung
- 37
- Schraubdom
- 40
- Endanschlagpuffer
