DE102019205913A1

DE102019205913A1 - Federbein mit einer verstellbaren Federkraftcharakteristik

Info

Publication number: DE102019205913A1
Application number: DE102019205913.9A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Bender; Norbert Ackermann; Holger Kirchner; Axel Röhrig; Johannes Hampel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-10-29

Abstract

Federbein mit verstellbarer Federkraftcharakteristik, umfassend eine Haupttragfeder und eine Zusatztragfeder, die axial in Reihe angeordnet sind und die durch einen Zwischenfederteller voneinander getrennt sind, der bei einer Arbeitsbewegung des Federbeins eine Axialbewegung ausführt, wobei der Zwischenfederteller mit einer verstellbar Anschlageinrichtung zusammenwirkt, über deren Einsatzpunkt der Federweg der Zusatztragfeder einstellbar ist, wobei die Anschlageinrichtung einen innerhalb einer der Tragfedern axial verstellbaren Anschlagbolzen aufweist, der bei einer Anschlagposition an einer Deckseite des Zwischenfederteller anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Federbein mit einer verstellbaren Federkraftcharakteristik gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die FR 703 140 A beschreibt ein Federbein, bei dem zwei Tragfedern axial in Reihe angeordnet und durch einen Zwischenfederteller voneinander getrennt sind. Eine der Tragfedern wird von einem topfförmigen Zylinder eingehüllt, der mit einem dem Zwischenfederteller gegenüberliegenden Federteller verbunden ist. Der Zwischenfederteller wird von einem Querbolzen durchdrungen, dessen Länger größer ist als der topfförmige Zylinder. An dem topfförmigen Zylinder ist stirnseitig in Richtung des Querbolzens ein Formschlussprofil mit unterschiedlich axial tiefen Einzelprofilen ausgeführt. Diese Einzelprofile bilden mit dem Querbolzen einen Axialanschlag, der die Relativbewegung des topfförmigen Zylinders zu einem radseitigen Zylinder beschränkt. Über eine rotatorische Verstellbewegung des topfförmigen Zylinders können die Einzelprofile ausgewählt und damit die Federcharakteristik des Federbeins bestimmt werden.
Mit dieser Bauform des Federbeins sind mehrere Nachteile verbunden. Durch den Querbolzen wird der tragende Querschnitt des Zwischenfedertellers geschwächt. Entsprechend stärker muss ein Boden des Zwischenfedertellers dimensioniert werden, was wiederum einen Hubverlust für das Federbein darstellt. Des Weiteren ist das Federbein wegen des Querbolzens seitlich offen, so dass Feuchtigkeit und Schmutz leicht in das Federbein eindringen können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu minimieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Anschlageinrichtung einen innerhalb einer der Tragfedern axial verstellbaren Anschlagbolzen aufweist, der bei einer Anschlagposition an einer Deckseite des Zwischenfedertellers anliegt.
Der Zwischenfederteller kann ohne eine aus dem Stand der Technik bekannte Schwächung des Querschnitts einfach durch eine stirnseitige Anlage des Anschlagbolzens verstellt werden. Dadurch kann der Zwischenfederteller vergleichsweise dünner ausgelegt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wirkt der Anschlagbolzen mit einem Spindeltrieb zusammen. Die Verstelleinrichtung kann deshalb in Grenzen räumlich getrennt von dem Zwischenfederteller angeordnet sein, z. B. im Hinblick auf eine ergonomische Zugänglichkeit.
Optional ist der Spindeltrieb mit einem Antriebsmotor verbunden, der wiederum von einer Fahrzeugsteuerung angesteuert werden kann, um z. B. automatisch bestimmte Fahrzeughöhenstandniveaus einhalten zu können.
Im Hinblick auf einen möglichst guten Schutz gegen Schmutz und Feuchtigkeit ist der Antriebsmotor innerhalb eines Außenrohres angeordnet. Neben diesen ganz praktischen Gründen erreicht man auch ein gelungenes optisches Design und einen geringeren radialen Bauraumbedarf.
Für einen kompakten Gesamtaufbau des Federbeins weist der Spindeltrieb einen Federteller für die Zusatztragfeder aufweist.
Optional ist der Antriebsmotor über eine Adapterhülse mit dem Spindeltrieb verbunden. Mit der Adapterhülse kann der Antriebsmotor auf verschiedene Federbeinlängen angepasst werden. Mit der Adapterhülse lässt sich der axiale Abstand zwischen dem Antriebsmotor und der Spindelhülse bedarfsgerecht überbrücken.
Bevorzugt ist ein Gehäuse des Spindeltriebs innerhalb eines Innenrohr es axial gleitend geführt. Die beiden Tragfeder üben tendenziell auf alle beteiligten Federteller ein Kippmoment aus. Über die Führungsfunktion am Gehäuse kann das Kippmoment der Tragfedern kompensiert werden.
Es ist vorgesehen, dass der Spindeltrieb einen Verstellbereich zur Hubkompensation des Federbeins aufweist. Damit kann nicht nur die Federcharakteristik stufenlos verändert werden, sondern auch ein Einsinken eines Fahrzeugaufbaus bei einer Zusatzlast über den Spindeltrieb wieder kompensiert werden.
Zur Geräuschoptimierung ist zwischen dem Zwischenfederteller und dem Anschlagbolzen ein Dämpfelement angeordnet.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt.

1 Federbein mit zwei im Eingriff befindlichen Tragfedern
2 Federbein mit blockierter Zusatztragkraftfeder
3 Federbein mit Hubkompensation

Die 1 zeigt ein Federbein 1, wie es bevorzugt bei einem Zweirad eingesetzt wird. Das Federbein 1 umfasst ein Innenrohr 3 mit einem Anschlussorgan 5 für ein Fahrzeugrad. In dem Innenrohr 3 ist ein erster Federteller 7 fixiert, auf dem sich eine Haupttragfeder abstützt. Die Haupttragfeder ist als Schraubendruckfeder ausgeführt, die radial von einer Innenwandung 11 des Innenrohrs 3 geführt wird. Endseitig stützt sich die Haupttragfeder 9 an einem Zwischenfederteller 13 ab, der eine Zusatztragfeder 15 zur Haupttragfeder 9 trennt. Beide Federn 9; 15 sind axial räumlich und funktional in Reihe angeordnet, wobei der Zwischenfederteller 13 bei einer Arbeitsbewegung des Federbeins 1 eine Axialbewegung ausführt.
Das Federbein 1 verfügt über eine verstellbare Anschlageinrichtung 17, die sich axial an einem Außenrohr 19 abstützt. Das Außenrohr 19 gleitet in jeder Hublage auf einer äußeren Mantelfläche 21 des Innenrohres 3. Dabei sorgt mindestens eine Dichtung 23 an einer Führung 25 des Außenrohres 19 dafür, dass kein Schmutz in das Außenrohr 19 eindringen kann. Des Weiteren ist ein Dichtungssatz 27 zwischen einem Antriebsmotor 29 und einem Deckel 31 des Auenrohres 19 angeordnet.
Über die Anschlageinrichtung 17 ist der Federweg der Zusatztragfeder 15 einstellbar ist. Die Anschlageinrichtung 17 verfügt einen innerhalb der Zusatztragfeder 15 angeordneten Anschlagbolzen 33, der bei einer Anschlagposition an einer Deckseite 35 des Zwischenfedertellers 13 anliegt.
Der Anschlagbolzen 33 wirkt mit einem Spindeltrieb 37 zusammen, dessen Gehäuse 39 axial verschiebbar im Innenrohr 3 gleitend geführt ist. Des Weiteren verfügt der Spindeltrieb 37, insbesondere das Gehäuse 39 des Spindeltriebs 37 über einen Federteller 41 für die Zusatztragfeder 15, so dass das Gehäuse 39 gegen ein Kippmoment des Federnsatzes 9; 15 abgestützt ist.
Der Spindeltrieb 37 ist mit dem Antriebsmotor 29 verbunden, der an dem Außenrohr 19 zumindest in Umfangsrichtung fest verbunden ist. Zwischen dem Antriebsmotor 29 und dem Spindeltrieb 37 liegt eine Steckverbindung 43 vor, die durch die Vorspannung des Federsatzes 9; 15 geschlossen wird. Der Antriebsmotor 29 treibt einen Längsprofilbolzen 45 an, der den Anschlagbolzen 33 über ein Bewegungsgewinde zwischen dem Anschlagbolzen 33 und dem Gehäuse 39 eine Axialbewegung ausführen lässt.
Die 1 zeigt das Federbein 1 in einer Normallage mit einer Normallast. Zwischen einer Stirnseite des Anschlagsbolzens 33 und einem Dämpfelement 47 des Zwischenfedertellers 13 liegt ein Abstand vor, der den max. Federweg der Zusatztragfeder 15 beschreibt. Bei einer Arbeitsbewegung des Federbeins 1 werden in Abhängigkeit der Federraten der Haupttragfeder 9 und der Zusatztragfeder 15 beide Federn axial zusammengedrückt, wobei der Zwischenfederteller 13 eine Verschiebebewegung ausführt. Auch das Gehäuse 39 des Spindeltriebs 37 führt eine Axialbewegung aus, da die auf dem Außenrohr 19 wirkende Belastung über ein Motorgehäuse 49 und einer Adapterhülse 51 auf das Gehäuse 39 des Spindeltriebs 37 übertragen wird.
In der 2 liegt auf dem Federbein 1 eine identische Belastung wie in der 1 vor. Folglich sind beide Federn 9; 15 identisch vorgespannt und der Zwischenfederteller 13 wie auch das Gehäuse 39 des Spindeltriebs 37 nehmen eine identische axiale Position innerhalb des Innenrohres 3 ein. Abweichend wurde der Anschlagbolzen 33 der Anschlageinrichtung 17 axial in Richtung des Zwischenfedertellers 13 verstellt, bis die Stirnfläche des Anschlagbolzens 33 auf der Deckseite 35 des Zwischenfedertellers 13 anliegt. Der Zwischenfederteller 13, der Anschlagbolzen 33 sowie das Gehäuse 39 des Spindeltriebs 37 bilden praktisch ein starres Innengehäuse für die Zusatztragfeder 15, so dass eine Kompressionsbewegung der Zusatztragfeder 15 blockiert ist. Bei einer Schwingbewegung des Federbeins 1 muss die gesamte Last von der Haupttragfeder 9 abgestützt werden.
In der 3 wird das Federbein 1 im Vergleich zu den 1 und 2 einer größeren Belastung ausgesetzt. Ausgehend vom Betriebszustand der 2, bei der der Anschlagbolzen 33 der Anschlageinrichtung 17 bereits am Zwischenfederteller 13 anliegt wird die Haupttragfeder 9 stärker komprimiert, wodurch der Zwischenfederteller 13 in Richtung des Federtellers 7 verschoben ist. Normalerweise würde ein Fahrzeugaufbau deshalb eine niedrigere Niveaulage einnehmen. Dieses Federbein 1 verfügt jedoch über einen Spindeltrieb 37 mit einem Verstellbereich 53 zur Hubkompensation. Der Anschlagbolzen 33 wird in Richtung des Zwischenfedertellers 13 ausgefahren. Bei einer stationären Belastung verharrt der Zwischenfederteller 13 aufgrund des Kräftegleichgewichts zwischen der Haupttragfeder 9 und der Belastung. Über die Verstellbewegung des Anschlagbolzens 33 wird das Gehäuse 39 des Spindeltriebs 37 in Richtung des offenen Endes des Innenrohres 3 verschoben und über die Adapterhülse 51 und den Antriebsmotor 29 das Außenrohr 19 wieder in eine definierte Ausgangslage angehoben.
Bezugszeichenliste

1: Federbein
3: Innenrohr
5: Anschlussorgan
7: erster Federteller
9: Haupttragfeder
11: Innenwandung
13: Zwischenfederteller
15: Zusatztragfeder
17: Anschlageinrichtung
19: Außenrohr
21: Mantelfläche
23: Dichtung
25: Führung
27: Dichtungssatz
29: Antriebsmotor
31: Deckel
33: Anschlagbolzen
35: Deckseite
37: Spindeltrieb
39: Gehäuse
41: Federteller
43: Steckverbindung
45: Längsprofilbolzen
47: Dämpfelement
49: Motorgehäuse
51: Adapterhülse
53: Verstellbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

FR 703140 A [0002]

Claims

Federbein (1) mit verstellbarer Federkraftcharakteristik, umfassend eine Haupttragfeder (9) und eine Zusatztragfeder (15), die axial in Reihe angeordnet und die durch einen Zwischenfederteller (13) voneinander getrennt sind, der bei einer Arbeitsbewegung des Federbeins (1) eine Axialbewegung ausführt, wobei der Zwischenfederteller (13) mit einer verstellbar Anschlageinrichtung (17) zusammenwirkt, über deren Einsatzpunkt der Federweg der Zusatztragfeder (15) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlageinrichtung (17) einen innerhalb einer der Tragfedern (15) axial verstellbaren Anschlagbolzen (33) aufweist, der bei einer Anschlagposition an einer Deckseite (35) des Zwischenfedertellers (13) anliegt.
Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagbolzen (33) mit einem Spindeltrieb (37) zusammenwirkt.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (37) mit einem Antriebsmotor (29) verbunden ist.
Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (29) innerhalb eines Außenrohres (19) angeordnet ist.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (37) einen Federteller (41) für die Zusatztragfeder (15) aufweist.
Federbein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (29) über eine Adapterhülse (51) mit dem Spindeltrieb (37) verbunden ist.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (39) des Spindeltriebs (37) innerhalb eines Innenrohres (3) axial gleitend geführt ist.
Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (37) einen Verstellbereich (53) zur Hubkompensation des Federbeins (1) aufweist.
Federbein nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zwischenfederteller (13) und dem Anschlagbolzen (33) ein Dämpfelement (47) angeordnet ist.