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Die
Erfindung betrifft ein Kopflager einer Kraftfahrzeugfeder mit einem
elastomeren Dämpfungselement
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 100 09 136
A1 ist eine Federunterlage für eine Stahlfeder bekannt.
Die Federunterlage besteht dabei aus einem elastomeren Sockelelement
und einer metallischen Zwischenplatte, wobei die Zwischenplatte
strahlenförmige Öffnungen
aufweist. Durch diese Öffnungen
erstrecken sich Vorsprünge
des elastomeren Materials hindurch und ragen dabei über die
Oberfläche
der Zwischenplatte ca. 1 mm hinaus, so dass die Stahlfeder beim
Einfedern auf den über
den Umfang verteilten Vorsprüngen
anliegt. Erst bei stärkerer
Kompression der Stahlfeder verdrängt
die der Federunterlage zugewandte Windung die Vorsprünge des
elastomeren Materials, so dass diese Windung zur Anlage auf der
Oberfläche der
Zwischenplatte gelangt.
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Aus
der
DE 102 253 54
A1 ist ein Kopflager eines Kraftfahrzeugfederbeins bekannt,
bei dem ein Widerlager der Feder über ein Dämpfungselement mit einem an
der Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigten Stützelement kraftschlüssig verbunden
ist. Dabei sind das Dämpfungs-
und das Stützelement
so ausgebildet, dass in axialer Richtung eine gewisse Schwingungs- und Geräuschdämpfung vorhanden ist,
das Federbein aber ansonsten kardanisch steif mit der Karosserie
verbunden ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, ein
Kopflager anzugeben, Welches bei geringer Bauhöhe trotz kardanischer Steifigkeit
eine gewisse Relativverschwenkung zwischen Karosserie und Feder erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Grundlegender
Gedanke der Erfindung ist es, ein Dämpfungselement des Kopflagers
scheibenförmig
auszugestalten, wobei die Oberfläche
zumindest bereichsweise Erhöhungen
und/oder Vertiefungen aufweist. Dabei weist das Dämpfungselement Wälzkörper auf,
die stoffschlüssig über elastomeres Material
miteinander verbunden sind. Dabei ist das elastomere Material zwischen
den Wälzkörpern in geringer
Materialstärke
in Form von Stegen ausgebildet, die in ihrer Höhe nicht über die Höhe der Wälzkörper hinausgehen. Im Falle
des relativen Verschwenkens der Oberflächen des Dämpfungselements zueinander,
werden die Stege aus ihrer jeweiligen Ebene verschwenkt. Die Wälzkörper können, für den Fall,
dass sie nicht vollständig
von dem elastomeren Material umschlossen sind, die Abstützstelle der
Fahrzeugkarosserie bzw. den Federtopf berühren.
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Derartige
Dämpfungselemente
können
kostengünstig
z.B. im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Das Dämpfungselement
wird aus einem Material gefertigt, das einerseits zwar eine relativ
hohe Steifigkeit besitzt, andererseits aber über seine Form eine gewünschte Tordierung
durch von Außen
am Dämpfungselement
angreifende Kräfte
zulässt.
Ein solches Dämpfungselement
kann zwischen einem Federtopf eines Federelements und der Karosserie eines
Kraftfahrzeugs angeordnet sein und einen Teil eines Kopflagers des
Federelements bilden. Ein solches Dämpfungselement gleicht geringe
Unebenheiten der Anlagefläche
an der Fahrzeugkarosserie aus und lässt auch in einem geringen
Umfang ein Verschwenken seiner dem Federtopf bzw. der Karosserie
zugewandten Oberflächen
gegeneinander zu.
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In
Ausgestaltung der Erfindung weist das Dämpfungselement des Kopflagers
zumindest bereichsweise eine wellenförmig verlaufende axiale Oberfläche auf.
Dabei ist unter wellenförmig
nicht unbedingt eine sinusförmig
verlaufende Wellenform zu verstehen. Vielmehr kann ein Längsschnitt
durch eine Welle der wellenför migen
Oberfläche
ein z.B. rechteckiges, bogensegmentförmiges, dreieckiges oder trapezförmiges Profil
aufweisen. Auch muss nicht die gesamte Fläche der Oberfläche wellenförmig ausgestaltet
sein. So ist es beispielsweise ausreichend, wenn die Oberfläche bereichsweise
in Segmenten am äußeren Umfang
des Dampfungselements wellenförmig
ausgebildet ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Wellenform der Oberfläche um die
Längsachse
des Dämpfungselements,
wobei sich jede Welle radial zum Außenumfang des Dämpfungselements
derart erstreckt, dass sowohl der Abstand zwischen jeweils zwei
Wellenbergen als auch die Höhe der
Wellenberge mit zunehmendem Abstand von der Längsachse zunimmt. Durch diese
Ausgestaltungsform wird gewährleistet,
dass sich die Oberflächen, die
sich quer zur Längsachse
des Dämpfungselements
erstrecken, bei geringem Verschwenken gegeneinander nicht verwinden.
Eine eventuell minimale Verkleinerung der Querschnittsfläche des
Dämpfungselements
beeinflusst dabei dessen Funktion nicht.
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Die
Wälzkörper können aus
dem sie umgebenden elastomeren Material bestehen oder von diesem
zumindest teilweise umschlossen werden. Bestehen die Wälzkörper vollständig aus
dem elastomeren Material des Dämpfungselements,
so lässt sich
dieses besonders einfach gießtechnisch
und somit kostengünstig
herstellen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Wälzkörper kugel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet.
Bei Einsatz von kugelförmigen
Wälzkörpern sind
die Kugeln so um die Längsachse
des Dämpfungselements
angeordnet, dass die mit gleichem Abstand unter Ausbildung von Kugelreihen
konzentrisch zur Längsachse
angeordneten Kugeln den gleichen Kugelaußendurchmesser aufweisen. Dabei können die
Kugelreihen so zueinander angeordnet sein, dass jeweils eine Kugel
der verschiedenen Reihen mit einer weiteren Kugel einer anderen
Reihe eine radial von der Längsachse
des Dämpfungselements
zu dessen Außenrand
verlaufende Gerade bildet. Selbstverständlich ist auch eine gegeneinander verschobene
Anordnung der Kugelreihen möglich,
so dass die eben er wähnten
verschiedenen Kugeln keine radial nach außen verlaufende Gerade bilden.
Die Kugelreihen müssen
nicht ringförmig
geschlossen ausgebildet sein, sondern können auch lediglich in Kreissegmenten
angeordnet sein.
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Werden
kegelstumpfförmige
Wälzkörper verwendet,
so sind diese so angeordnet, dass die Längsachsen der kegelstumpfförmigen Wälzkörper die
Längsachse
des Dämpfungselements
schneiden. Die Wälzkörper sind
dabei so gestaltet, dass die Querschnittsfläche eines jeden Kegelstumpfes
mit zunehmendem Abstand von der Längsachse des Dämpfungselements
zunimmt. Dadurch wird ein geometrisches Abrollen der Wälzkörper bei
Verschwenken der Dämpfungselementsoberflächen gegeneinander
erreicht.
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Nachfolgend
werden anhand von Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher beschrieben.
Dabei zeigt:
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1:
eine Seitenansicht einer zwischen Fahrzeugaufbau und unterem Radführungslenker angeordnete
Luftfeder,
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2:
eine Ausführungsform
des Dämpfungselements
mit kegelstumpfförmigen
Wälzkörpern,
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3:
einen Ausschnitt einer Ansicht gem. 2 jedoch
bei gegeneinander verschwenkten Oberflächen des Dämpfungselements,
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4:
einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform mit Kugeln als Wälzkörper.
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In 1 ist
eine Luftfeder 1 dargestellt, die sich an ihrem unteren
Ende 2 an einem unteren Radlenker 7 und an ihrem
oberen Ende 3 über
ein Kopflager 5 kardanisch steif an dem Aufbau 4 eines
nicht näher
dargestellten Kraftfahrzeugs abstützt. Das Kopflager 5 umfasst
dabei neben einem oberen Gehäuse 6 ein
Dämpfungselement 10,
welches zwischen dem Gehäuse 6 und
der Anlagefläche 8 des Fahrzeugaufbaus 4 angeordnet
ist. Dabei ist das Gehäuse 6 über eine
nicht dargestellte, koaxial zur Längsachse 9 der Luftfeder 1 verlaufende
Schraube mit dem Fahrzeugaufbau 4 lösbar verbunden. Die Schraube
durchquert dabei das Dämpfungselement 10 durch
eine Öffnung 17 in
dessen Mittelpunkt 11, so dass die Längsachse 12 des Dämpfungselements 10 koaxial
zur Längsachse 9 der
Luftfeder 1 verläuft.
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2 zeigt
das Dämpfungselement 10,
das eine scheibenförmige,
runde Grundform 13 besitzt. Das Dämpfungselement 10 gliedert
sich in zwei Bereiche 16; 18. Der erste Bereich 16 liegt
im Inneren des Dämpfungselements 10 und
erstreckt sich radial ungefähr
bis zur Mitte des Radius des Dämpfungselements 10.
Dabei ist der innere Bereich 16 glockenförmig aus
der Ebene des Dämpfungselements 10 gewölbt. Diese
Wölbung,
wie auch die Öffnung 17 dient
der Zentrierung des Dämpfungselements 10 auf
dem oberen Gehäuse 6 der
Luftfeder 1. Im inneren Bereich 16 besitzt das
Dämpfungselement 10 eine
nahezu konstante Schichtdicke von ca. 1–2 Millimetern und eine annähernd glatte
Oberfläche 15. Das
Dämpfungselement 10 ist über nicht
dargestellte, an das Dämpfungselement 10 angeformte
Zapfen mit dem oberen Gehäuse 6 verliersicher
verbunden.
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An
den ersten, inneren Bereich 16 schließt sich im weiteren radialen
Verlauf der zweite Bereich 18 an, der den ersten Bereich
ringförmig
umschließt und
der durch den Außenumfang 19 des
Dämpfungselements 10 begrenzt
wird. Die Oberfläche 20 des zweiten, äußeren Bereichs 18 weist
bereichsweise Erhöhungen 14 auf.
Dabei sind die Erhöhungen 14 regelmäßig um die
Längsachse 12 des
Dämpfungselements 10 verlaufend
ausgebildet. Die Erhöhungen 14 sind
kreisbogensegmentförmig
ausgeführt,
wobei die Bogensegmente 21 am Übergang zum ersten Bereich 16 einen
kleineren Umfang aufweisen, als die Bogensegmente 21 am
Außenumfang 19 des
Dämpfungselements 10.
Im radialen Verlauf zwischen Übergang
zum ersten Bereich 16 und Außenumfang 19 nimmt
der Umfang der Bogensegmente 21 dabei kontinuierlich zu.
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Jeweils
zwei Kreisbogensegmente 21 sind über einen Steg 22 miteinander
verbunden. Dabei weist der Steg 22 ungefähr die gleiche
Schichtdicke auf wie der erste Bereich 16.
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Im
zweiten Bereich 18 ist das Dämpfungselement 10 an
seiner orthogonal zur Längsachse 12 des
Dämpfungselements 10 verlaufenden
Querebene spiegelbildlich ausgeführt.
Das führt
dazu, dass zwischen den Stegen 22 kegelstumpfförmige Wälzkörper 25 ausgebildet
sind, die annähernd
kreisrunde Querschnitte besitzen. Mit zunehmendem Abstand von der
Längsachse 12 des
Dämpfungselements 10 nehmen
dabei die Querschnitte der kegelstumpfförmigen Wälzkörper 25 zu. Dadurch
ist ein geometrisch einwandfreies Abrollen ohne Verzwängen der
Wälzkörper 25 während eines
Verschwenkens der axialen Oberflächen 20 zueinander
möglich.
Bei lediglich sehr kleinen Verschwenkwinkeln können die Wälzkörper 25 auch zylinderförmig ausgeführt werden. Die
geringe Verzwängung
wird dabei durch Verformung der Stege 22 kompensiert.
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Im
eingebauten Zustand liegt die in 2 nicht
einsehbare, untere axiale Oberfläche
des Dämpfungselements 10 am
oberen Gehäuse 6 des Kopflagers 5 an.
Die oberen axialen Oberflächen 15; 20 des
Dämpfungselements 10 liegen
dabei zumindest bereichsweise an der Anlagefläche 8 des Fahrzeugaufbaus 4 an.
Bei Verschwenken des unteren Radlenkers 7 kann es zu Verdrehbewegungen
der Luftfeder 1 um ihre Längsachse 9 kommen.
Diese Drehbewegungen werden über
den um seine Längsachse 9 torsionssteifen
Rollbalg 1a der Luftfeder 1 auf das obere Gehäuse 6 übertragen.
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Aufgrund
der beschriebenen Formgebung der Oberflächen 15; 20 kann
sich das obere Gehäuse 6 gegenüber der
Anlagefläche 8 des
Fahrzeugaufbaus 4 um die Längsachse 9 der Luftfeder 1 verschwenken.
Dadurch sinkt die Torsionsbelastung im Rollbalg 1a. Beispielsweise
ist es somit möglich,
einen Rollbalg 1a für
die Luftfeder 1 vorzusehen, dessen Gewebelagen Aramidfäden beinhalten.
Aramidfäden
sind sehr empfindlich gegen Torsion- und Druckbelastung. Eine Luftfeder 1 kann
aufgrund des erfindungsgemäßen Kopflagers
mit einem Aramidfäden
enthaltenen Rollbalg 1a versehenen werden. Aufgrund der
hohen Zugbelastbarkeit der Aramidfäden kann eine Luftfeder mit
geringen baulichen Maßen
verwirklicht werden, die trotzdem eine hohe Traglast aufweist.
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In 3 ist
ein Ausschnitt einer dreidimensionalen Seitenansicht auf das erfindungsgemäße Dämpfungselement 10 bei
gegeneinander verschwenkten Oberflächen 20 dargestellt.
Die kreisrunde Querschnittsform der pyramidenstumpfförmigen Wälzkörper 25 ist
infolge der Einspannung zwischen Anlagefläche 8 des Fahrzeugaufbaus 4 und
oberem Gehäuse 6 abgeflacht,
so dass die Wälzkörper 25 abschnittsweise
eine annähernd
elliptische Form aufweisen. Die obere, äußere Oberfläche 20 ist dabei gegenüber der
unteren Oberfläche
leicht nach rechts verschoben, die Wälzkörper 25 sind etwas
um ihre jeweilige Längsachse
nach rechts verschwenkt, die zwischen den Wälzkörpern befindlichen Stege 22 sind
aus der Ebene verschwenkt und etwas gedehnt.
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In 4 ist
ein Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform des Dämpfungselements 10 dargestellt,
wobei die Wälzkörper 25 als
Kugeln ausgeführt
sind.
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Auf
der linken Seite ist dabei eine Variante dargestellt, bei der kugelförmige Wälzkörper 25 auf unterschiedlich
weit von der Längsachse 12 des Dämpfungselements 10 verlaufenden
ringförmigen Kugelreihen
so angeordnet sind, dass die Kugeln auf einer von der Längsachse 12 des
Dämpfungselements 10 radial
zu dessen Umfang 19 verlaufenden Geraden angeordnet sind.
Dabei nimmt der Durchmesser der Kugeln 25 in Richtung des
Umfangs stetig zu.
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Auf
der rechten Seite der 4 ist eine Variante dargestellt,
bei der die kugelförmigen
Wälzkörper 25 verschiedener
Kugelreihen nicht in einer Geraden zwischen Längsachse 12 des Dämpfungselements 10 und
Umfang 19 verlaufen. Vielmehr sind die mit unterschiedlichem
Abstand konzentrisch um die Längsachse 12 verlaufenden
Kugelreihen so zueinander angeordnet, dass in der Lücke zwischen zwei
Kugeln 25 einer Reihe eine Kugel 25 einer benachbarten
Kugelreihe angeordnet ist.
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Über die
Dicke der Stege 22 zwischen den Wälzkörpern 25 und die Anordnung
der Wälzkörper 25 zueinander
kann das Maß der
möglichen
Torsion bzw. Verschenkbarkeit der beiden axialen Oberflächen 15 gegeneinander
beeinflusst werden.