DE10241402A1 - Stützlager für einen Schwingungsdämpfer eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Dämpfen von Schwingungen der Radaufhängung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Stützlager für einen Schwingungsdämpfer eines Kraftfahrzeugs, der insbesondere zur Isolation von Schwingungen der Radaufhängung dient. Der Schwingungsdämpfer verfügt über einen Stoßdämpfer, der eine sich in axialer Richtung erstreckende Kolbenstange aufweist, wobei das Stützlager die Kolbenstange an der Karosserie des Kraftfahrzeugs abstützt.
- Die Radaufhängung verbindet die Räder mit der Karosserie eines Kraftfahrzeugs und unterliegt einer Schwingungsbelastung, die etwa durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen wird. Neben der Radführung hat die Radaufhängung danach vor allem die Funktion, den Fahrkomfort beeinträchtigende Schwingungen der Karosserie und die Fahrsicherheit beeinträchtigende Schwingungen der Vorder- und Hinterachse eines Kraftfahrzeugs zu dämpfen. Eine bei einer Einzelradaufhängung häufig vorzufindende Ausgestaltung sind Feder- und Dämpferbeine, etwa nach dem McPherson-Prinzip, die einen mit einer Kolbenstange versehenen Stoßdämpfer aufweisen. Im Unterschied zu reinen Dämpferbeinen weisen Federbeine zusätzlich eine Schraubenfeder auf, die an der Karosserie angreifende Hochkräfte dämpft und sich an einem mit dem Stoßdämpfer verbundenen Federteller abstützt.
- Das Ende der Kolbenstange und gegebenenfalls die Schraubenfeder sind durch ein Stützlager an der Karosserie abgestützt. Das Stützlager dient unter anderem dazu, durch die Räder erzeugte Rollgeräusche zu isolieren. Zu diesem Zweck weist das Stützlager ein Federelement auf, das in axialer Richtung über eine vergleichsweise geringe Steifigkeit verfügt. In radialer Richtung hingegen soll das Federelement eine relativ hohe Steifigkeit haben, um eine aufgrund elastokinematischer Effekte hervorgerufene Änderung der Radstellung zu verhindern. Bekannte Stützlager weisen aus diesem Grund Federelemente auf, die als Gummifeder ausgeführt sind. Die Federcharakteristik, das heißt das Dämpfungsverhalten, derartiger Gummifedern hängt hauptsächlich von den mechanischen Eigenschaften, etwa Elastizitäts- oder Schubmodul, des verwendeten Werkstoffs ab. Ein häufig für Gummifedern vorgesehener Werkstoff ist Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
- Um Kräfte auf eine Gummifeder möglichst gleichmäßig und ohne Verformungsbehinderung zu übertragen, ist eine vergleichsweise hohe Pressung der Wirkflächen der Gummifeder erforderlich. In einem Stützlager werden aus diesem Grund üblicherweise Gummi-Metall-Federelemente eingesetzt, bei denen während der Vulkanisation innig mit dem Gummi verbundene Metallflächen eine zuverlässige Kraftübertragung gewährleisten, wie beispielsweise in der
DE 100 62 010 A1 beschrieben ist. Die Verwendung von Gummi-Metall-Federelementen ist allerdings mit dem Nachteil einer relativ aufwendigen und kostenintensiven Herstellung des Stützlagers verbunden. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stützlager für einen Schwingungsdämpfer eines Kraftfahrzeugs dahingehend weiterzubilden, daß sich eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung erzielen läßt.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Stützlager mit den eingangs genannten Merkmalen in Übereinstimmung mit Anspruch 1 erfindungsgemäß ein erstes Federelement vorgesehen, das als konvex gekrümmte Ringscheibe ausgestaltet und von der Kolbenstange in axialer Richtung auf Biegung belastbar ist.
- Ein derartiges Stützlager beruht auf der Erkenntnis, das Dämpfungsvermögen durch eine gezielte Formgebung des Federelements zu bestimmen. Die aufgrund der Konvexität im wesentlichen kalottenförmige Ausgestaltung des biegebeanspruchten Federelements führt zu einer Formfederung, die eine verhältnismäßig geringe Steifigkeit und damit ein hohes Dämpfungsvermögen des Stützlagers in axialer Richtung gewährleistet. Aufgrund der durch die Formgebung hervorgerufenen Verformungsfähigkeit des Federelements ist es nicht erforderlich, als Federelement eine Gummifeder oder ein Gummi-Metall-Federelement vorzusehen. Das Federelement des Stützlagers kann vielmehr aus einem vergleichsweise harten Werkstoff, beispielsweise einem temperaturbeständigen und damit den steigenden Temperaturen in dem Motorraum eines Kraftfahrzeugs Rechnung tragenden Kunststoff, auf kostengünstige Weise gefertigt werden. Darüber hinaus macht das erfindungsgemäße Stützlager die Verwendung von nicht oder nur aufwendig zu recyclenden Werkstoffen für das Federelement, wie etwa Natur- oder Synthesekautschuk, entbehrlich und trägt somit zu einem wirksamen Umweltschutz bei. Dies gilt um so mehr, als speziell im Fahrzeugbau die Forderung nach einer umweltgerechten Gestaltung zunehmend an Bedeutung gewinnt.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stützlagers stellen die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 15 dar.
- So ist es in Hinsicht auf eine möglichst weiche Dämpfung in axialer Richtung von Vorteil, wenn das Stützlager ein zweites Federelement aufweist, das als konvex gekrümmte Ringscheibe ausgestaltet und von der Kolbenstange in axialer Richtung auf Biegung belastbar ist, wobei vorzugsweise das zweite Federelement gegensinnig zu dem ersten Federelement angeordnet ist. Das Vorsehen des zweiten Federelements ermöglicht eine zielgerechte Anpassung der Federkennlinie des Stützlagers an den jeweiligen Anwendungsfall. Vor allem eine gegensinnige Anordnung der Federelemente, wie sie häufig bei Tellerfedern Anwendung findet, hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stützlagers sind das erste Federelement und das zweite Federelement durch eine Abstandsplatte voneinander getrennt. Die Abstandsplatte dient dazu, die in axialer Richtung auftretenden Kräfte zuverlässig in die Federelemente einzuleiten. Alternativ können das erste Federelement und das zweite Federelement vorteilhafterweise einstückig ausgebildet sein. Eine derartige Ausgestaltung trägt zu einer einfachen und schnellen Montage bei.
- Um die Federkennlinie des Stützlagers auf einfache Weise variieren und an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen zu können, ist es ferner von Vorteil, das erste Federelement und/oder das zweite Federelement ähnlich zu konventionellen Tellerfedern jeweils als gleichsinnig geschichtete Federpakete auszugestalten.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stützlagers ist ein erstes Führungselement vorgesehen, das an der Kolbenstange angeordnet ist und ein Widerlager für das erste Federelement bildet. Das Führungselement ermöglicht eine wirksame Kraftübertragung von der Kolbenstange auf das erste Federelement. Zu diesem Zweck kann überdies alternativ oder zusätzlich das Stützlager ein zweites Führungselement aufweisen, das an der Kolbenstange angeordnet ist und ein Widerlager für das zweite Federelement bildet. Das erste Führungselement und das zweite Führungselement sind bevorzugt durch die Abstandsplatte voneinander getrennt, um eine zuverlässige Krafteinleitung zu gewährleisten.
- In Hinsicht auf eine leichtgewichtige Bauweise ist es von Vorteil, das erste Federelement und/oder das zweite Federelement aus Kunststoff, vorzugsweise einem thermoplastischen Elastomer oder einem faserverstärkten Kunststoff, zu fertigen. Vor allem die Verwendung eines thermoplastischen Elastomers hat sich hinsichtlich einer einfachen und kostengünstigen Fertigung als zweckmäßig erwiesen. Eine etwa durch Glasfasern, Aramidfasern oder Kohlenstoffasern verstärkte Kunststoffeder bietet den Vorteil, daß zum einen sich bei geringem Bauraum eine hohe Belastbarkeit erreichen läßt und zum anderen die Steifigkeit des Federelements zusätzlich durch die von dem Volumenanteil der Fasern abhängigen Werkstoffeigenschaften variiert werden kann.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stützlagers ist das erste Federelement einstückig mit einer die Kolbenstange verkleidenden Schutzmanschette ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich eine vergleichsweise geringe Anzahl an Bauteilen, die eine einfache und schnelle Montage sicherstellt.
- Vorteilhafterweise ist das erste Federelement in radialer Richtung fest eingespannt, um etwa die elastokinematischen Eigenschaften einer Radaufhängung aufgrund von Querkräften nicht zu beeinträchtigen. Um eine einfache radiale Einspannung des ersten Federelements zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Federelement mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut zu versehen, in die eine Befestigungsplatte formschlüssig eingreift.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stützlagers ist die Befestigungsplatte an einem das Stützlager aufnehmenden Gehäuse befestigt, wobei die Befestigungsplatte und das Gehäuse vorzugsweise durch eine Schraubenverbindung miteinander verbunden sind.
- Das Gehäuse ist in vorteilhafter Weise mit einer in axialer Richtung ausgerichteten Öffnung versehen, durch welche die Kolbenstange hindurchragt. Die Öffnung stellt zum einen eine einfache Montage des Stützlagers sicher und gewährleistet zum anderen eine ungehinderte Bewegung der Kolbenstange. Um größere Schwingungsamplituden der Kolbenstange zu vermeiden, kann das Gehäuse in vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stützlagers allerdings mit einer die Öffnung umgebenden Anschlagfläche für das zweite Federelement versehen sein, wobei vorzugsweise das zweite Federelement durch einen Abstand von der Anschlagfläche beabstandet ist. Bei übermäßigen Schwingungsamplituden der Kolbenstange wird das zweite Federelement gegen die Anschlagfläche des Gehäuses gedrückt und beschränkt auf diese Weise die Bewegung der Kolbenstange. Der Abstand zwischen dem zweiten Federelement und der Anschlagfläche gewährleistet, daß normale Schwingungsamplituden der Kolbenstange ausschließlich durch das erste Federelement isoliert werden.
- Einzelheiten und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Stützlagers ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. In den die Ausführungsbeispiele lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen im einzelnen:
-
1 eine Draufsicht auf eine Lageranordnung für einen Schwingungsdämpfer eines Kraftfahrzeugs; -
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in1 durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stützlagers; -
3 einen Schnitt gemäß2 durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stützlagers und -
4 einen Schnitt gemäß2 durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stützlagers. - In den
1 bis4 ist eine Lageranordnung für einen Schwingungsdämpfer dargestellt, der zum Dämpfen von Schwingungen der Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs dient. Wie2 erkennen läßt, ist der Schwingungsdämpfer ein Dämpferbein, das einen Stoßdämpfer10 aufweist, der mit einem in einem Zylinderrohr13 geführten Kolben12 und einer aus dem Zylinderrohr13 in axialer Richtung x herausragenden Kolbenstange11 versehen ist. Der Schwingungs dämpfer kann in an sich bekannter Weise auch als Federbein ausgestaltet sein, das zusätzlich eine Schraubenfeder zum Dämpfen von an der Karosserie des Kraftfahrzeugs angreifenden Hochkräften aufweist. - Die Kolbenstange
11 ist an ihrem Ende durch ein Stützlager30 an der Karosserie des Kraftfahrzeugs abgestützt. Das Stützlager30 weist ein erstes Federelement31 und ein zweites Federelement34 auf, die jeweils als konvex gekrümmte Ringscheibe ausgestaltet und von der Kolbenstange11 in axialer Richtung x auf Biegung belastbar sind. Wie etwa2 erkennen läßt, weisen die biegebeanspruchten Federelemente31 ,34 einen nach außen gewölbten Kugelabschnitt auf, der unter Ausbildung eines Hohlraums in eine ebene, sich in radialer Richtung y erstreckende Ringfläche übergeht. Der zwischen dem Kugelabschnitt und der Ringfläche vorhandene Hohlraum gewährleistet die Verformungsfähigkeit der Federelemente31 ,34 in axialer Richtung x. Das zweite Federelement34 ist gegensinnig zu dem ersten Federelement31 angeordnet und von diesem durch eine Abstandsplatte36 getrennt. - Die Kolbenstange
11 weist im Bereich des Stützlagers30 einen Absatz14 auf, an dem ein erstes Führungselement33 für das Federelement31 angeordnet ist. Das im wesentlichen ringförmig ausgebildete Führungselement33 ist an die Kontur einer Innenfläche des Federelements31 angepaßt und bildet ein Widerlager für das Federelement31 in axialer Richtung x. Zudem weist das Führungselement33 ein Ansatzstück37 auf, das ein Widerlager für das Federelement31 in radialer Richtung y bildet. - Das erste Führungselement
33 ist durch die Abstandsplatte36 von einem zweiten Führungselement35 für das zweite Federelement34 getrennt. Das zweite Führungselement35 ist identisch zu dem ersten Führungselement33 ausgestaltet, aber spiegelsymmetrisch zu diesem an der Kolbenstange11 an geordnet. Auf diese Weise bildet das zweite Führungselement35 in axialer Richtung x und in radialer Richtung y ein Widerlager für das gegensinnig zu dem ersten Federelement31 angeordnete zweite Federelement34 . Wie aus2 ersichtlich, wird das zweite Führungselement35 in axialer Richtung x durch eine Schraubenmutter16 beaufschlagt, die auf ein Gewinde15 der Kolbenstange11 aufgeschraubt ist und über eine Spannscheibe17 auf das Führungselement35 drückt. Auf diese Weise wird das durch die Federelemente31 ,34 , die Führungselemente33 ,35 und die Abstandsplatte36 gebildete Stützlager30 zwischen der Spannscheibe17 und dem Absatz14 in axialer Richtung x eingespannt und somit an der Kolbenstange11 befestigt. - Wie
2 weiterhin erkennen läßt, ist das Stützlager30 in einem im wesentlichen topfförmigen Gehäuse20 angeordnet. Das Gehäuse20 ist mit einer in axialer Richtung x ausgerichteten Öffnung21 versehen, durch welche die Kolbenstange11 hindurchragt. Die Öffnung21 wird von einer Anschlagfläche25 für das zweite Federelement34 umrandet. Bei nicht übermäßigen Schwingungsamplituden der Kolbenstange11 befindet sich zwischen der Anschlagfläche25 und dem zweiten Federelement34 ein vorgegebener Abstand a. - Das Gehäuse
20 ist durch Schraubenverbindungen23 mit einer Befestigungsplatte22 verbunden, auf der sich das Federelement31 in axialer Richtung x abstützt. Die Befestigungsplatte22 weist eine Öffnung auf, durch die sich die Kolbenstange11 hindurch erstreckt. Am Rand der Öffnung ist eine die Kolbenstange11 verkleidende Schutzmanschette24 festgelegt. - Die in
3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Stützlager30 hauptsächlich darin, daß das erste Federelement31 mit einer in Umfangsrichtung u verlaufenden Nut32 versehen ist, in welche die Befestigungsplatte22 formschlüssig eingreift. Das erste Federelement31 wird auf diese Weise in radialer Richtung y fest an der Befestigungsplatte22 eingespannt. Weiterhin ist die Schutzmanschette24 nicht unmittelbar an der Befestigungsplatte22 festgelegt, sondern mit dem Federelement31 stoffschlüssig verbunden. Alternativ kann die Schutzmanschette24 einstückig mit dem ersten Federelement31 ausgebildet sein, wie aus4 ersichtlich ist. Bei der in4 dargestellten Ausführungsform sind zudem das erste Federelement31 und das zweite Federelement34 einstückig ausgebildet. Die Führungselemente33 ,35 werden in diesem Fall nicht von der Abstandsplatte36 beabstandet, sondern stoßen unmittelbar aneinander. Die Abstandsplatte36 befindet sich in einem aufgrund der gegensinnigen Anordnung zwischen dem ersten Federelement31 und dem zweiten Federelement34 vorhandenen Spalt und beeinflußt somit die Federcharakteristik der Federelemente31 ,34 . - Den in den
2 bis4 dargestellten Ausführungsformen ist gemeinsam, daß das erste Federelement31 und das zweite Federelement34 aus TPE bestehen und sich damit einfach und kostengünstig fertigen lassen. Die Nachgiebigkeit der Federelemente31 ,34 wird weniger durch die mechanischen Eigenschaften des vergleichsweise harten TPE bestimmt als vielmehr durch die Formgebung der Federelemente31 ,34 . Die im wesentlichen ringscheibenförmige Ausgestaltung der biegebeanspruchten Federelemente31 ,34 gewährleistet ein vergleichsweise geringe Steifigkeit in axialer Richtung x. Demgegenüber stellt die vor allem bei den Ausführungsformen gemäß den3 und4 vorhandene radiale Einspannung des Federelements31 an der Befestigungsplatte22 eine hohe Steifigkeit des Stützlagers30 in radialer Richtung y sicher, die elastokinematische Beeinträchtigungen der Radaufhängung wirksam verhindert. Das erste Federelement31 dient vornehmlich dazu, über den Stoßdämpfer10 übertragenen Körperschall, der beispielsweise von durch die Räder erzeugten Rollgeräuschen herrührt, zu isolieren. Bei zu größeren Schwingungsamplituden führenden Anregungskräften wirkt das zweite Federelement34 als Anschlag, wodurch der Stoßdämpfer10 aktiviert wird. - Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eines Stützlagers
30 für ein Dämpferbein zeichnen sich neben einer einfachen und kostengünstigen Herstellung durch eine kompakte und leichtgewichtige Ausgestaltung aus. Grund hierfür ist vor allem die annähernd kalottenförmige Ausgestaltung der Federelemente31 ,34 , die im Unterschied zu herkömmlichen Stützlagern die Verwendung von Gummifedern oder Gummi-Metall-Federelementen entbehrlich macht. Darüber hinaus ermöglicht die Fertigung der Federelemente31 ,34 aus TPE ein praxisgerechtes Recyclen des Stützlagers30 , so daß nicht zuletzt den im Fahrzeugbau zunehmend häufiger anzutreffenden Forderungen nach einer umweltverträglichen Gestaltung Rechnung getragen wird. -
- 10
- Stoßdämpfer
- 11
- Kolbenstange
- 12
- Kolben
- 13
- Zylinderrohr
- 14
- Absatz
- 15
- Gewinde
- 16
- Schraubenmutter
- 17
- Spannscheibe
- 20
- Gehäuse
- 21
- Öffnung
- 22
- Befestigungsplatte
- 23
- Schraubenverbindung
- 24
- Schutzmanschette
- 25
- Anschlagfläche
- 30
- Stützlager
- 31
- erstes Federelement
- 32
- Nut
- 33
- erstes Führungselement
- 34
- zweites Federelement
- 35
- zweites Führungselement
- 36
- Abstandsplatte
- 37
- Ansatzstück
- a
- Abstand
- u
- Umfangsrichtung
- x
- axiale Richtung
- y
- radiale Richtung
Claims (15)
- Stützlager für einen Schwingungsdämpfer eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Isolation von Schwingungen der Radaufhängung, das eine sich in axialer Richtung (x) erstreckende Kolbenstange (
11 ) eines Stoßdämpfers (10 ) an der Karosserie des Kraftfahrzeugs abstützt, gekennzeichnet durch ein erstes Federelement (31 ), das als konvex gekrümmte Ringscheibe ausgestaltet und von der Kolbenstange (11 ) in axialer Richtung (x) auf Biegung belastbar ist. - Stützlager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zweites Federelement (
34 ), das als konvex gekrümmte Ringscheibe ausgestaltet und von der Kolbenstange (11 ) in axialer Richtung (x) auf Biegung belastbar ist, wobei vorzugsweise das zweite Federelement (34 ) gegensinnig zu dem ersten Federelement (31 ) angeordnet ist. - Stützlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (
31 ) und das zweite Federelement (34 ) durch eine Abstandsplatte (36 ) voneinander getrennt sind. - Stützlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (
31 ) und das zweite Federelement (34 ) einstückig ausgebildet sind. - Stützlager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (
31 ) und/oder das zweite Federelement (34 ) jeweils als gleichsinnig geschichtete Federpakete ausgestaltet sind. - Stützlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein erstes Führungselement (
33 ), das an der Kolbenstange (11 ) angeordnet ist und ein Widerlager für das erste Federelement (31 ) bildet. - Stützlager nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch ein zweites Führungselement (
35 ), das an der Kolbenstange (11 ) angeordnet ist und ein Widerlager für das zweite Federelement (34 ) bildet. - Stützlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Führungselement (
33 ) und das zweite Führungselement (35 ) durch die Abstandsplatte (36 ) voneinander getrennt sind. - Stützlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (
31 ) und/oder das zweite Federelement (34 ) aus Kunststoff, vorzugsweise einem thermoplastischen Elastomer oder einem faserverstärkten Kunststoff, gefertigt sind. - Stützlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (
31 ) einstückig mit einer die Kolbenstange (11 ) verkleidenden Schutzmanschette (24 ) ausgebildet ist. - Stützlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (
31 ) in radialer Richtung (y) fest eingespannt ist. - Stützlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (
31 ) mit einer in Umfangsrichtung (u) verlaufenden Nut (32 ) versehen ist, in die eine Befestigungsplatte (22 ) formschlüssig eingreift. - Stützlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsplatte (
22 ) an einem das Stützlager (30 ) aufnehmenden Gehäuse (20 ) befestigt ist, wobei die Befestigungsplatte (22 ) und das Gehäuse (20 ) vorzugsweise durch eine Schraubenverbindung (23 ) miteinander verbunden sind. - Stützlager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (
20 ) mit einer in axialer Richtung (x) ausgerichteten Öffnung (21 ) versehen ist, durch welche die Kolbenstange (11 ) hindurchragt. - Stützlager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (
20 ) mit einer die Öffnung (21 ) umgebenden Anschlagfläche (25 ) für das zweite Federelement (34 ) versehen ist, wobei vorzugsweise das zweite Federelement (34 ) durch einen Abstand (a) von der Anschlagfläche (25 ) beabstandet ist.
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