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Die Erfindung betrifft eine Zusatzfeder
für ein Dämpfungssystem
gemäß der im
Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
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Eine derartige Zusatzfeder ist in
der
DE 200 16 151
U1 und in dem Fachbuch von J. Reinpell, Fahrwerktechnik:
Grundlagen, VOGEL Buchverlag, Würzburg,
1. Auflage, 1986, S. 311–314,
I.S.B.N.: 3-8023-0159-5, beschrieben und dient zur Begrenzung der
Einfederung bei Federdämpfern,
z. B. in Kombination mit einem Stoßdämpfer für ein Kraftfahrzeug.
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Beim Einfedern des Fahrzeugs, insbesondere
eines Personenkraftwagens, infolge niederfrequenter Anregungen mit
großen
Amplituden kommt es zur axialen Komprimierung der Zusatzfeder bis
in deren stark progressiven Arbeitsbereich. Deshalb wird der Fahrzeugaufbau
beim Ausfedern unter der hohen Kompressionsspannung der Zusatzfeder
insbesondere im Anfangsbereich der Rückfederung stark beschleunigt
zurückbewegt.
Diese beschleunigte Zurückbewegung
des Fahrzeugaufbaus ist für die
Fahrzeuginsassen unangenehm (Fahrkomfort) und erzeugt hohe Radlastschwankungen,
die das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs negativ beeinflussen.
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Dies passiert beispielsweise beim Überfahren
von großen
Bodenwellen oder beim Durchfahren eines entsprechend großen Schlagloches.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, eine Zusatzfeder gemäß der im
Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass
unter Vermeidung der genannten Nachteile die von der Zusatzfeder
auf das Fahrzeug ausgeübte Rückfederwirkung
im Hinblick auf das Fahrverhalten und den Fahrkomfort verbessert
wird.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen
gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass durch Vorsehen einer die Einfeder- und/oder Ausfederbewegung
beeinflussende Vorrichtung eine zu starke Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus,
insbesondere bei der Ausfederbewegung, vermieden werden kann.
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Nach der Erfindung wird die Ausfederbewegung,
also die Rückfederbewegung
der Zusatzfeder, durch eine Vorrichtung gedämpft und/oder gebremst. Hierbei
werden die insbesondere anfängliche
Rückfederbeschleunigung
und die Rückfederwucht
verringert, was zu einer Normalisierung der Ausfederbewegung beiträgt und zur
Verbesserung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs führt.
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Die Zusatzfeder ist als hülsenförmiger,
ein axiales Loch aufweisender Federkörper aus einem elastisch verformbaren
Material, vorzugsweise zelligem Polyurethan, ausgebildet. Der Federkörper umgibt
zumindest bereichsweise eine mit dem Dämpfungssystem zusammenwirkende
Stange und wird im Funktionsbetrieb axial komprimiert – Einfederbewegung – und danach
wieder entspannt – Ausfederbewegung.
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Die erfindungsgemäße Dämpfung der Ausfederbewegung
lässt sich
mit unterschiedlichen Maßnahmen
erreichen. Eine einfache und vorteilhafte Maßnahme besteht darin, die insbesondere
anfänglich
hohe Rückfederenergie
durch ein Bremsen der Rückfederbewegung
aufzubrauchen.
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Hierbei kann dem Federkörper der
Zusatzfeder wenigstens ein Bremskörper zugeordnet sein, der an
seiner Innenseite ein in der Flucht mit der Innenmantelfläche des
Federkörpers
angeordnetes Bremselement aufweist, mit dem er gegen eine den Federkörper durchsetzenden
und mit der Karosserie fest verbundenen Dämpferkolbenstange drückt und durch
die dabei entstehende Reibung die gewünschte Bremskraft der Rückfederbewegung
erzeugt.
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Beim Einfedern soll dagegen die progressive Federwirkung
der Zusatzfeder möglichst
unbeeinflusst aufrechterhalten werden, um auch bei starken Einfederungen
die Einzelteile der Achsaufhängung und
der Karosserie vor Überlastung
zu schützen. Dies
lässt sich
beispielsweise dadurch erreichen, dass die Bremsvorrichtung nur
die Ausfederbewegung bremst und die Einfederbewegung unverändert lässt oder
nur geringfügig
beeinflusst und somit die Einfederbewegung vernachlässigbar
beeinflusst. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist daher ein Bremskörper vorgesehen, der beim Ausfedern die
Relativbewegung des Federkörpers
der Zusatzfeder gegenüber
der Kolbenstange bremst und beim Einfedern keinen oder nur einen
geringen Reibkontakt mit der Stange hat und deshalb deren Einfederbewegung
im wesentlichen unverändert
lässt.
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Diese Funktion lässt sich in vorteilhafter Weise
bei Gewährleistung
einer einfachen Bauweise durch eine Ringscheibe erzielen, die auf
der Stange sitzt und ein axiales Loch aufweist, das so groß ist, dass
der Lochrand in Reibungskontakt mit der Mantelfläche der Stange steht, wobei
die Scheibe im Sinne einer Tellerfeder so divergent geformt sein
kann, dass sie einen stumpfen Raumwinkel einschließt, der in
Einfederrichtung offen ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist
die Reibwirkung zwischen dem Lochrand und der Gleitstange in der
Einfederrichtung gering, sodass sie vernachlässigt werden kann. In der Ausfederrichtung
wird dagegen die Reibwirkung aufgrund der durch die Reibung hervorgerufenen Biegung
der Ringscheibe im Sinne eines Bremsringes vergrößert und dadurch die angestrebte
Bremswirkung erzeugt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Zusatzfeder im
axialen Schnitt, die in Kombination mit einem Stoßdämpfer dargestellt
ist; und
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2 ein
die Funktion der Zusatzfeder darstellendes Schaubild.
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Die mit 10 bezeichnete Zusatzfeder
weist einen hülsenförmigen Federkörper 12 auf,
in dem ein bezüglich
seiner Längsmittelachse 14 koaxiales Durchgangsloch 16 angeordnet
ist, das im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist oder in
axialen Abständen
voneinander angeordnete Locherweiterungen in Form von ringförmigen Taschen
aufweisen kann. Die Mantelfläche
des Federkörpers 12 kann
zylindrisch oder eine davon abweichende Hülsenform aufweisen, z. B. einen
axialen Abstand voneinander aufweisende Ringwülste 12a aufweisen.
Der Federkörper 12 besteht
aus elastisch verformbaren Material, z. B. Kunststoff, Gummi oder
zelligem Polyurethan.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Zusatzfeder 10 in
Kombination mit einem Fahrzeugdämpfungssystem,
nämlich
einem Stoßdämpfer 18,
angeordnet. Der Stoßdämpfer 18 weist
einen Dämpfungszylinder
mit einem andeutungsweise dargestellten Zylindergehäuse 18a und
einer zylindrischen Kolbenstange 18b auf, die sich von
einem im Zylindergehäuse 18a verschiebbar
gelagerten Kolben (nicht dargestellt) koaxial erstreckt, eine der Zusatzfeder 10 zugewandte
Stirnwand 18c des Zylindergehäuses 18a abgedichtet
durchsetzt und das Durchgangsloch 16 mit Gleitspiel durchsetzt.
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Das Zylindergehäuse 18a weist einen
Abstand a zu dem zugewandten Federkörperende 12b auf.
Der Abstand a verdeutlicht einen Abschnitt einer möglichen
Einfederbewegung für
den Stossdämpfer 18 ohne
Wirkung der Zusatzfeder. Die Stirnwand 20c bewegt sich
dabei gegen das Federkörperende 12b und
stößt dagegen.
Der aus elastischem Material bestehende Federkörper 12 wird axial
komprimiert.
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Hierbei ist der Federkörper 12 an
seinem weiteren Federkörperende 12c mittelbar
oder unmittelbar an der Karosserie 20 eines nicht dargestellten Fahrzeugs
abgestützt,
an der auch die Kolbenstange 18b fixiert ist, was durch
zwei Pfeile verdeutlicht ist.
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Bei der Einfederbewegung gleitet
der Federkörper 12 auf
der Kolbenstange 18b. Nach dem Fortfall der das Einfedern
hervorrufenden Achsbelastung wird das Zylindergehäuse 18a zunächst durch
die Rückfederkraft
des Federkörpers 12 und
die Rückfederkraft
der vorhandenen Achsfederung und nach der Entspannung des Federkörpers 12 durch
die Rückfederkraft
der Achsfederung in seine Ausgangsstellung zurück bewegt.
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Zum vorbeschriebenen Einsatz der
Zusatzfeder 10 kommt es vorrangig infolge einer niederfrequenten
Belastung des Fahrzeugs mit großen
Amplituden, z. B. beim Überfahren
einer markanten Bodenwelle oder beim Durchfahren eines großen Schlaglochs.
Dabei wird der Federkörper 12 bis
in seinen stark progressiven Federbereich komprimiert, und entsprechend
stark ist auch die Rückfederkraft des
Federkörpers 12,
die den Fahrzeugaufbau rückbeschleunigt
und zurückwirft.
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Um die Rückfederung des Federkörpers 12 und
somit die Ausfederbewegung zu dämpfen,
ist der Zusatzfeder 10 eine in ihrer Gesamtheit mit 24 bezeichnete
Vorrichtung zugeordnet, die die Rückfederung des Federkörpers 12 und
damit auch die vom Federkörper 12 auf
die Radachse und/oder die Karosserie 20 übertragene
Rückbewegung
dämpft.
Die Einfederbewegung des Federkörpers 12 soll
dagegen nicht oder nicht wesentlich gedämpft werden.
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Beim Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 24 mit
wenigstens einem Bremskörper 24a versehen, der
außermittig
so angeordnet ist, dass er mit seiner ein Bremselement 24b bildenden
Innenseite mit der Innenmantelfläche 16a des
Durchgangslochs 16 fluchtet und radial einwärts gegen
die Kolbenstange 18b drückt,
wodurch eine Reibwirkung erzeugt wird, die die gewünschte axiale
Bremskraft beim Ausfedern auf die Kolbenstange 18b ausübt.
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Die Bremsvorrichtung 24 kann
in den Federkörper 12 integriert
oder an diesen axial angebaut sein. In beiden Fällen ist der Bremskörper 24a am Federkörper 12 gehalten.
Vorzugsweise ist ein ringförmiger
Bremskörper 24a vorgesehen,
der die Kolbenstange 18b umgibt und gegen diese radial
einwärts
drückt.
Hierdurch wird wegen der relativ großen Umfangsabmessung ein großer Kontaktbereich
mit einer verhältnismäßig geringen
Flächenpressung
erreicht.
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Der Bremskörper 24a kann als
Reibring mit einer nur auf einer Seite wirksamen Reibkante oder in
Form einer Tellerfeder ausgebildet sein, deren das Bremselement 24b bildender
Innenrand leicht gegen die Mantelfläche der Kolbenstange 18b drückt, wobei die
Divergenz der Tellerfederform in die Einfederbewegungsrichtung gemäss Pfeil 26a gerichtet
ist. Bei einer Ausbildung des Bremskörpers als Reibring, z. B. in
Form einer Scheibe, ist der einseitige Reibrand auf der der Einfederbewegungsrichtung 26a abgewandten
Seite angeordnet.
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Die Ringnut kann vorzugsweise durch
einen Metall- oder Kunststoffkäfig 24c verstärkt und
somit formstabiler sein.
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Der Bremskörper 24a kann in einer
Ringnut 28 in der Innenmantelfläche 16a des Durchgangslochs 16 sitzen,
wodurch er hinreichend gehalten ist und mit dem Federkörper 12 ein
vormontiertes Bauteil bildet. Die Ringnut 28 bzw. der Bremsring 24c ist vorzugsweise
im Bereich der Längshälfte des
Federkörpers 12 angeordnet,
die dem aktiv komprimierbaren Körperende 12b zugewandt
ist. Beim Ausführungsbeispiel
ist der Bremsring 24c im mittleren Bereich des Federkörpers 12 angeordnet.
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Bei der Einfederbewegung, bei der
der Federkörper 12 axial
komprimiert wird, wird auch der Bremskörper 24a relativ zur
Kolbenstange 18b in die Einfederrichtung 26a bewegt,
wobei er nur eine geringe Reibwirkung auf die Mantelfläche der
Kolbenstange 18b ausübt.
Deshalb ist auch eine dadurch auf den Federkörper 12 in der Einfederrichtung 26a entgegengesetzt
wirkende Bremskraft gering bzw. vernachlässigbar.
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Bei der Ausfederbewegung in die Ausfederrichtung 26b wird
dagegen der Bremskörper 24a entgegen
der Einfederrichtung 26a relativ zur Kolbenstange 18b mit
dem ihn haltenden Abschnitt des Federkörpers 12 verschoben,
wobei die Reib- und Bremskraft dadurch selbsttätig verstärkt wird, dass der als Reibring
ausgebildete Bremskörper 24a durch
die verstärkte
Reibkraft in die Einfederrichtung 26a elastisch gebogen
wird, wodurch der Reibrand verstärkt
gegen die Mantelfläche
der Kolbenstange 18b drückt.
Der Bremskörper 24a kann
z. B. aus elastisch verformbarem, biegsamen Kunststoff bestehen.
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Aus 2 ist
die Dämpfungs-
bzw. Bremswirkung unter Berücksichtigung
der jeweiligen Federkraft F einer Fahrzeugachse (z. B. Kombination
einer linearen Fahrzeugaufbaufeder und einer progressiven Zusatzfeder)
und des Einfederweges s erkennbar, wobei L1 eine die Einfederung
verdeutlichende Linie und L2 eine die Ausfederung verdeutlichende Linie
darstellen. Der Einsatzpunkt der Zusatzfeder 10 ist mit
E bezeichnet.
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Die durch die Dämpfungsvorrichtung 22 oder die
Bremsvorrichtung 24 erzielte Dämpfungswirkung der Rückfederung
ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Zusatzfeder 10 langsamer
ausfedert als die Fahrzeugachse. Somit ist beim Ausfedern entlang der
Linie L2 in 2 vorrangig
nur die Federrate der Aufbaufeder wirksam. Die schraffierte Fläche kennzeichnet
die durch die Bremsvorrichtung bei einer Ausfederung geleistete
Verlustarbeit.
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Die Erfindung zeichnet sich durch
die einfache Konstruktion aus, mit der das Federverhalten einer
Zusatzfeder 10 erheblich verbessert wird.
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- 10
- Zusatzfeder
- 12
- Federkörper
- 12a
- Ringwülste
- 12b
- Federkörperende
- 14
- Längsmittelachse
- 16
- Durchgangsloch
- 16a
- Innenmantelfläche
- 18
- Stossdämpfer
- 18a
- Zylindergehäuse
- 18b
- Kobenstange
- 18c
- Stirnwand
- 20
- Karosserie/Fahrzeugaufbau
- 24
- Vorrichtung
- 24a
- Bremskörper
- 24b
- Bremselement
- 24c
- Käfig
- 26a
- Einfederbewegungsrichtung,
Pfeil
- 26b
- Ausfederbewegungsrichtung,
Pfeil
- 28
- Ringnut
- a
- Abstand
- E
- Einsatzpunkt
- F
- Kraft
- L1
- Linie
- L1
- Linie
- S
- Weg
- Wv
- Verlustarbeit