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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, 5. 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,
eine axiale Bohrung 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 eine axiale Bohrung aufweist, die so groß ist, dass der Bohrungsrand
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
Bohrungsrand 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 koaxiale Durchgangsbohrung 16 angeordnet
ist, das im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist oder in
axialen Abständen
voneinander angeordnete Borungserweiterungen 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 die Durchgangsbohrung 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 der
Durchgangsbohrung 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 der
Durchgangsbohrung 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
- Durchgangsbohrung
- 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