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Die Erfindung betrifft eine Federanordnung für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
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Spiralfedern bestehen im Allgemeinen aus einem spiralförmigen Draht, der meistens eine gleichbleibende Steigung im federwirksamen Bereich aufweist. Sie werden als Tragfedern zur Abfederung und Schwingungsdämpfung eines Fahrzeugaufbaus eingesetzt. Üblicherweise stützt sich die Spiralfeder entweder am Radträger oder an einem Lenker ab, wobei sich der Fahrzeugaufbau auf der Spiralfeder abstützt. Dabei ist es wichtig, dass sich die Federenden der Spiralfeder richtig abstützen können. Es ist im Stand der Technik bekannt, die Endwindungen der Spiralfeder jeweils unter Zwischenschaltung einer elastischen Federauflage in einem Federteller zu lagern, der dazu dient eine hinreichend große und ebene Anlagefläche für die Spiralfeder bereitzustellen. Die Federauflage dient dabei zur Abstützung und akustischen Entkopplung der Schraubenfeder. Die Federauflage erfüllt auch eine Schutzwirkung für die Spiralfeder vor Korrosionsschäden.
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Spiralfedern bestimmen durch ihre Federrate das Schwingungsverhalten eines Fahrzeuges. Ferner bestimmt die Höhe der Spiralfeder die Trimmlage des Fahrzeugs, d. h. den Abstand vom Fahrzeugboden zur Fahrbahn, wodurch auch der optische Eindruck des Fahrzeugs maßgeblich geprägt ist. Unterschiedliche Fahrzeug-Ausstattungen und -Gewichte sowie Streuungen im Produktionsprozess und Material führen im Fertigungsprozess zu unterschiedlichen Trimmlagen.
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Federauflagen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. So beschreibt die
DE 10 2012 213 905 A1 einen Federteller, der eine elastomere Federauflage umfasst, welche die unteren Gewindegänge einer Spiralfeder aufnimmt. Die Federauflage ist zwischen einem oberen und einem unteren Formkörper eingespannt, wobei die beiden Formkörper die Steigung der Spiralfeder ausgleichen. Der Federteller ermöglicht es, eine Spiralfeder mit Steigung am unteren Federende einzubetten.
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Die
JP 2000 - 179 601 A beschreibt eine Halterung zur Befestigung einer Schraubenfeder, umfassend eine Bodenplatte sowie zwei Seitenplatten, die sich in Breitenrichtung an gegenüberliegenden Enden der Bodenplatte abgewinkelt zu dieser in die gleiche Richtung erstrecken. In der jeweils einen Seitenplatte ist ein Langloch und in der jeweils anderen Seitenplatte sind zwei Langlöcher ausgebildet. Die Schraubenfeder durchsetzt die drei Langlöcher in einem Federendbereich, der sich innerhalb eines halben Windungsabschnitts von einem Ende der Schraubenfeder erstreckt.
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In der
AU 2016 100 130 A4 ist eine Radaufhängung für ein gezogenes Fahrzeug beschrieben, umfassend einen Lenker, der aus duktilem Gusseisen gegossen sein kann und der vorzugsweise mit angeformten Scharnierrohr- und Achsschenkelabschnitten ausgebildet ist. Der Lenker kann beispielsweise eine Ausnehmung zur Aufnahme eines federnden Elements aufweisen. In einer Ausführungsform ist ein unteres Ende einer Schraubenfeder in der Ausnehmung angeordnet, wobei die Ausnehmung insbesondere kreisförmig ausgebildet sein kann und eine Durchgangsbohrung zur Entwässerung und / oder Verhinderung von Ablagerungen aufweisen kann. Ein oberes Ende der Schraubenfeder sowie ein Stoßdämpfer sind an einer Befestigungsplatte abgestützt, die mit dem Fahrzeugrahmen verschweißt ist.
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Die
DE 201 01 841 U1 beschreibt eine Federspannvorrichtung für Schraubenfedern, die aus einem zentrisch innerhalb der Feder positionierbaren und mittels eines Antriebs in seiner wirksamen Länge veränderbaren Spannelements sowie zwei sich axial gegenüber dem Spannelement abstützenden, tellerartigen Scheiben zur Anlage an jeweils einer Federwindung der Feder, wobei zumindest eine der Scheiben mit einer von dem Spannelement durchragten zentralen Durchgangsöffnung sowie einer Stützfläche versehen ist, mit der sich die Scheibe an einem in radialer Richtung erweiterten Absatz am Endbereich des Spannelements abstützt. Die Scheibe ist mit einer von der Durchgangsöffnung ausgehenden und bis zum Scheibenumfang reichenden Ausnehmung versehen, deren Breite größer als der Durchmesser des Spannelements ist.
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Die
DE 29 42 135 A1 beschreibt eine gattungsgemäße Federauflage aus einem gummi-elastischen Material an der die unteren Gewindegänge einer Spiralfeder aufliegen, so dass ein Staub- und Schmutzeintrag zwischen der Feder und dem Federteller größtenteils vermieden ist und die Spiralfeder vor unerwünschten Federbrüchen geschützt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Federauflage für eine Spiralfeder derart weiterzubilden, dass die Trimmlage eines Fahrzeugs, d. h. der Abstand eines Fahrzeugbodens zur Fahrbahn, auf einfache Weise und kostengünstig verstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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In bekannter Art und Weise umfasst eine Federanordnung für eine Kraftfahrzeugradaufhängung eine Spiralfeder deren Federenden sich jeweils unter Zwischenlage einer elastischen Federauflage gegen einen Federteller abstützen. Die Federauflage ist aus einem elastischen Material gebildet. Sie ist zur Aufnahme in einem Federteller ausgebildet und hat im Wesentlichen die Aufgabe eine Geräuschübertragung ins Fahrzeuginnere zu verringern und Vibrationen zu dämpfen. Die Federauflage besteht vorzugsweise aus einem einfach zu verarbeitenden Elastomer, der gute Dämpfungseigenschaften aufweist. Hierfür eignen sich zum Beispiel thermoplastische Elastomere oder Gummi.
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Im eingebauten Zustand der Spiralfeder weist das in Fahrzeughochrichtung untere Federende eine gleichbleibende Steigung auf und stützt sich auf einer schraubenförmig ansteigenden Auflagefläche der unteren Federauflage ab. Dabei kann die helixförmig ansteigende Auflagefläche beispielsweise als eine Führungsnut ausgebildet sein, welche die Spiralfeder in Erstreckungsrichtung der Windungen zum Teil umschließt. Es ist auch möglich, dass die Auflagefläche als eine Art Rampe oder Kontur ausgebildet ist, auf der das Federende frei aufliegt. Herkömmlicherweise erstreckt sich die Auflagefläche über einen Windungswinkel von ungefähr 270°.
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Erfindungsgemäß weisen die untere Federauflage sowie der untere Federteller jeweils eine Ausnehmung mit einer geschlossenen Querschnittskontur auf, die vom unteren Federende durchsetzbar ist, wobei die Spiralfeder zur variablen Veränderung einer effektiven Federlänge in die Ausnehmung eindrehbar ist. Die jeweiligen Ausnehmungen der unteren Federauflage und des Federtellers weisen eine geschlossene Querschnittskontur auf, d.h. die jeweilige Ausnehmung ist im Grundmaterial der Federauflage bzw. des Federtellers ausgebildet, wobei die Ausnehmung vom jeweiligen Grundmaterial radial umschlossen ist. Dadurch kann die jeweilige Ausnehmung die Spiralfeder hüllenartig umschließen. In vorteilhafter Weise ermöglicht die Ausnehmung, dass die Spiralfeder durch die Federauflage und den Federteller hindurchführbar ist.
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Die jeweiligen Ausnehmungen sind derart ausgebildet, dass das untere Federende der Spiralfeder die untere Federauflage sowie den unteren Federteller durchgreifen bzw. durchdringen kann. Das Federende der Spiralfeder ist durch die untere Federauflage und durch den Federteller hindurch eindrehbar oder einschraubbar. So kann die Spiralfeder im eingebauten Zustand in Fahrzeughochrichtung unten ein Federende aufweisen, das die Ausnehmungen der unteren Federauflage und des unteren Federtellers mit einer variabel einstellbaren Länge durchsetzt. Das bedeutet, dass die effektive Federlänge veränderbar ist. Auf diese Weise ist die Trimmlage des Fahrzeugs über die veränderbare Länge der Spiralfeder höher oder tiefer einstellbar.
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Bevorzugt ist die untere Federauflage als ein kreisringförmiger Basiskörper ausgebildet, an dessen Innenumfang die Auflagefläche angeordnet ist. Der Basiskörper der Federauflage ist flanschartig ausgebildet, um eine hinreichend große Fläche für die Abstützung der Spiralfeder zu bieten. Der Basiskörper dient zur Anordnung der Federauflage in einem Federteller. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Lenker, insbesondere einen Querlenker handeln.
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Der flanschartige Basiskörper ist kreisringförmig ausgebildet. Die Auflagefläche ist am Innenumfang des Kreisrings angeordnet. Im eingebauten Zustand ragt die Auflagefläche von einer dem unteren Federteller gegenüberliegen Oberfläche weg. Der Basiskörper weist radial innerhalb der Auflagefläche einen zentrischen Durchbruch auf. Das ermöglicht beispielsweise, dass eine Stützstruktur, insbesondere eine starre Stützstruktur, radial innerhalb der Federauflage anordenbar ist. Die Stützstruktur kann z. B. mit einem Federteller oder dem Federsitz verbunden sein oder ein Teil desselben sein. Die Stützstruktur kann beim Zusammenbau das Positionieren der Spiralfeder erleichtern und dient auch dazu, im eingebauten Zustand die Position der Spiralfeder zu sichern.
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Vorzugsweise gehen die Auflagefläche und die Ausnehmung der unteren Federauflage unmittelbar ineinander über. Die Ausnehmung und die Auflagefläche sind direkt und lückenlos miteinander verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung der unteren Federauflage wendelförmig ausgebildet und erstreckt sich in axiale Längsrichtung der unteren Federauflage. Insbesondere erstreckt sich die Ausnehmung über die gesamte Länge des Basiskörpers. Durch die wendelförmige Ausnehmung kann die Spiralfeder entlang der Auflagefläche durch den Basiskörper hindurch gedreht werden, d. h. die Spiralfeder kann in den Basiskörper eingeschraubt werden. Die untere Federauflage ist hinsichtlich der Spiralfeder verdrehbar. Dadurch ist die effektive Federlänge der Spiralfeder veränderbar. In vorteilhafter Weise ist eine Anpassung der Windungszahl am unteren Federende der Spiralfeder über die Ausnehmung des Basiskörpers der Federauflage möglich.
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Bevorzugt weisen die Ausnehmung der unteren Federauflage und die Auflagefläche die gleiche Steigung wie das untere Federende auf. Die Steigung der Auflagefläche sowie der Ausnehmung der unteren Federauflage sind so groß bemessen wie die Steigung der sich darauf abzustützenden Endwindung der unbelasteten Spiralfeder. Dadurch lässt sich die Spiralfeder auf einfache Weise in die Federauflage eindrehen. Ferner weist die Spiralfeder einen festen Sitz in der Ausnehmung auf und liegt satt auf der Auflagefläche auf, ohne dass sie unter Belastung von der Auflagefläche abhebt. So ist ein Eindringen von Schmutz und Spritzwasser vermieden und eine Korrosionsbildung an der Spiralfeder ist größtenteils verhindert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform fluchten die Ausnehmung der unteren Federauflage und die Ausnehmung des unteren Federtellers miteinander. Das Federende der Spiralfeder ist durch die untere Federauflage und durch den Federteller hindurch eindrehbar oder einschraubbar. Dabei ist die untere Federauflage hinsichtlich der Spiralfeder, nicht aber hinsichtlich des Federsitzes, insbesondere des Fahrwerkslenkers, verdrehbar. Die Spiralfeder ist in beide Richtungen entlang der unteren Federauflage drehbar. So weist die Spiralfeder im eingebauten Zustand am unteren Federende Endwindungen auf, die hülsenartig insbesondere vom Basiskörper der unteren Federauflage umschlossen sind und helixartig aus der Ausnehmung des unteren Federtellers in Fahrzeughochrichtung unten mit einer variablen Länge hervortreten können. Das bedeutet, dass die effektive Federlänge veränderbar ist. Auf diese Weise ist die Trimmlage des Fahrzeugs über die veränderbare Federlänge höher oder tiefer einstellbar.
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Vorzugsweise ist der untere Federteller als ein Federlenker ausgebildet. Dabei weist der Federlenker einen breitenerweiterten Abschnitt zu Abstützung der Spiralfeder auf und ist mit zusätzlichen Krafteinleitungspunkten für Feder- und Dämpferkräfte ausgebildet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Spiralfeder im eingebauten Zustand gegenüber der unteren Federauflage verdrehsicher angeordnet. Zur Sicherstellung der einwandfreien Funktion der Spiralfeder im Kraftfahrzeug ist eine Relativbewegung zwischen der Spiralfeder und dem unteren Federteller sowie der unteren Federauflage beispielsweise mittels eines Formschlusses oder eines Kraftschlusses verhindert.
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Vorzugsweise erfolgt die Verdrehsicherung der Spiralfeder über einen Formschluss der in Fahrzeughochrichtung oberen Federauflage mit einem oberen Federsitz. Die obere Federauflage weist einen Anschlag für das obere Federende der Spiralfeder auf, so dass diese unverrutschbar in der oberen Federauflage angeordnet ist. Die in Fahrzeughochrichtung oberen Endwindungen der Spiralfeder können insbesondere bauraumsparend mit einer abgeflachten Windungssteigung ausgebildet sein. So kann das obere Federende auf einer ebenen Federauflage angelegt sein, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Federkraft zu erreichen.
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Die obere Federauflage weist an einer der Spiralfeder gegenüberliegenden karosserieseitigen Oberfläche eine Konturierung auf, die einer Kontur des jeweiligen Federsitzes bzw. Federtellers entspricht. Über die jeweils ineinandergreifenden Konturierungen des oberen Federsitzes und der oberen Federauflage erfolgt eine Lagepositionierung der Spiralfeder und eine Relativbewegung zwischen der Spiralfeder und der unteren Federauflage ist verhindert. Die miteinander in Eingriff stehenden Konturierungen gewährleisten dass die Spiralfeder verdrehfest gegenüber der unteren Federauflage eingespannt ist.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
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In der Zeichnung bedeutet:
- 1 eine perspektivische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Federanordnung;
- 2 eine perspektivische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Federanordnung gemäß 1 von hinten; und
- 3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Federanordnung von unten.
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In 1 bis 3 ist eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Federanordnung für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
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Die Federanordnung 10 umfasst eine Spiralfeder 12, deren Federenden 13, 15 sich jeweils unter Zwischenschaltung einer Federauflage 14, 16 auf einem Federsitz bzw. Federteller abstützen. Vorliegend weist die Spiralfeder 12 in Fahrzeughochrichtung Z ein unteres Federende 13 mit konstanter Steigung und ein oberes Federende 15 mit einer sich verringernden Steigung auf. Die vorliegend annähernd senkrechte Spiralfeder 12 stützt sich einerseits in Fahrzeughochrichtung Z oben am hier nicht dargestellten Fahrzeugaufbau, d. h. an der Karosserie, ab und andererseits stützt sie sich in Fahrzeughochrichtung Z unten an einem radführenden Bauteil ab, das als Federlenker 18 ausgebildet ist. Der Federlenker 18 bildet in einem breitenerweiterten Abschnitt den unteren Federteller 20 aus, in dem die untere Federauflage 14 angeordnet ist.
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Die untere Federauflage 14 ist aus einem elastischen Material, bspw. Gummi oder Elastomer gebildet. Sie weist einen flanschartigen Basiskörper 24 auf. Der Basiskörper 24 ist vorliegend kreisringförmig ausgebildet und weist einen zentrischen Durchbruch 25 auf. Am Innenumfang des Basiskörpers 24, d. h. zumindest teilweise radial um den Durchbruch 25, ist eine schraubenförmig ansteigende Auflagefläche 26 zur Abstützung des unteren Federendes 13 der Spiralfeder 12 angeordnet. Innerhalb des Durchbruchs 25 ist eine Stützstruktur 32 angeordnet, die beispielsweise mit dem unteren Federsitz bzw. unteren Federteller 20 verbunden ist oder als ein Teil dessen ausgebildet ist. Die Stützstruktur 32 kann im eingebauten Zustand die Position der Spiralfeder 12 sichern.
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Auf der flächigen Oberseite des Basiskörpers 24 der unteren Federauflage 14 ist eine Öffnung 28 einer wendelförmigen Ausnehmung ausgebildet. Die hier nicht dargestellte Ausnehmung ist helixartig ausgebildet, um das untere Federende 13 der Spiralfeder 12 aufzunehmen und hülsenartig zu umschlie-ßen. Dabei ist das untere Federende 13 der Spiralfeder 12 in den Basiskörper 24 der unteren Federauflage 14 eindrehbar oder einschraubbar. Die Spiralfeder 12 kann die untere Federauflage 14 sowie den Federteller 20, der ebenfalls eine hier nicht dargestellte Ausnehmung 29 aufweist, mit ihren Endwindungen des unteren Federendes 13 durchgreifen oder durchsetzen. So kann die untere Federauflage 14, je nachdem wie weit die unteren Endwindungen der Spiralfeder 12 in die Ausnehmung des Basiskörpers 24 eindringen, eine variable Aufstandslänge aufweisen. Durch das schraubenartige Eindrehen der Spiralfeder 12 in die wendelförmige Ausnehmung der unteren Federauflage 14, ist die effektive Länge der Spiralfeder 12 einstellbar. Dadurch ist der Abstand eines Fahrzeugbodens zur Fahrbahn bzw. die Trimmlage eines Fahrzeugs auf einfache Weise einstellbar.
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Die aus der Öffnung 28 der wendelförmigen Ausnehmung in Fahrzeughochrichtung Z nach oben herausragenden Windungen der Spiralfeder 12 sind von der Auflagefläche 26 aufgenommen. Die Ausnehmung der unteren Federauflage 14 und die Auflagefläche 26 gehen direkt und lückenlos ineinander über und weisen eine gleiche Steigung auf, die gleich groß bemessen ist wie die Steigung des sich darauf abstützenden unteren Federendes 13 der unbelasteten Spiralfeder 12. So ist das untere Federende 13 der Spiralfeder 12 durchgehend bis zum abrupt abfallenden Ende 22 der Auflagefläche 26 angelegt.
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Das untere Federende 13 der Spiralfeder 12 sowie der wirksame Bereich 36 der Spiralfeder 12 sind mit einer konstanten Steigung ausgebildet. Die Endwindungen des in Fahrzeughochrichtung Z oberen Federendes 15 der Spiralfeder 12 sind abgeflacht und in der oberen Federauflage 16 unverrutschbar angeordnet. Dazu ist die obere Federauflage 16 mit einem hier nicht dargestellten Anschlag für die Spiralfeder 12 ausgebildet. Spiralfederseitig ist die obere Federauflage 16 eben ausgebildet, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Federkraft zu erreichen. Karosserieseitig weist die obere Federauflage 16 eine Konturierung 30 auf, die mit einer komplementären Konturierung des hier nicht dargestellten oberen Federsitzes bzw. Federtellers in Eingriff steht. So ist es möglich, dass nach Einstellung einer bestimmten Länge der Spiralfeder 12, diese verdrehsicher gegenüber der unteren Federauflage 14 eingespannt ist, mittels der ineinandergreifenden Konturierungen 30 der oberen Federauflage 16 und des oberen Federsitzes bzw. Federtellers.
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2 zeigt eine perspektivische Draufsicht der 1 von hinten. Gut zu erkennen ist, dass die untere Federauflage 14 einen flanschartigen Basiskörper 24 aufweist, der im vom Federlenker 18 ausgebildeten Federteller 20 angeordnet ist. Der Basiskörper 24 ist kreisringförmig ausgebildet, wobei die Auflagefläche 26, auf der sich das untere Federende 13 der Spiralfeder 12 abstützt, am Innenumfang des Basiskörpers 24 angeordnet ist. Die Auflagefläche 26 ragt in Fahrzeughochrichtung Z nach oben weg vom Basiskörper 24. Dabei weist die schraubenförmig ansteigende Auflagefläche 26 die gleiche Steigung auf wie das untere Federende 13 der Spiralfeder 12.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Federanordnung 10 von unten. Vorliegend durchgreift oder durchsetzt die Spiralfeder 12 die hier nicht dargestellte untere Federauflage 14 sowie den Federteller 20 mit den Endwindungen des unteren Federendes 13. Erfindungsgemäß weist dazu die untere Federauflage 14 eine schraubenartige Ausnehmung auf und der untere Federteller 20 ist auch mit einer Ausnehmung 29 ausgebildet. Die schraubenartige Ausnehmung der unteren Federauflage 14 fluchtet mit der Ausnehmung 29 des Federlenkers 18. Vorliegend ist das untere Federende 13 der Spiralfeder 12 derart in die untere Federauflage 14 eingeschraubt, dass das untere Federende 13 die untere Federauflage 14 durchsetzt und über die Ausnehmung 29 den vom Federlenker 18 ausgebildeten Federteller 20 durchsticht. So ist die effektive Länge der Spiralfeder 12, je nachdem wie weit die Endwindungen des unteren Federendes 13 in die Ausnehmung des Basiskörpers 24 der unteren Federauflage 14 eindringen und darüber hinaus hervortreten, einstellbar. Auf diese Weise ist der Abstand eines Fahrzeugbodens zur Fahrbahn bzw. die Trimmlage eines Fahrzeugs auf einfache Weise einstellbar.
