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Die
Erfindung betrifft ein Federbein mit einem Anschlagpuffer gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Aus
der
DE 83 11 927 U1 ist
ein Federbein mit einer drehbaren Pufferabstützung bekannt. Neben einem
Lager zwischen einem Federteller und einem fahrzeugaufbauseitigen
Anschlussorgan wird ein zweites Lager verwendet, das eine Relativbewegung
zwischen dem Anschlussorgan und dem Zylinder des Federbeins ausgleicht,
wenn der Anschlagpuffer auf der oberen Stirnfläche des Zylinders aufliegt.
Das Lager ist Bestandteil einer Endkappe, die auf dem Zylinder aufgepresst
ist. Die beiden Lager ermöglichen
eine vollständige
Entkopplung des Anschlusslagers von dem Zylinder des Federbeins.
Damit können
zwischen dem Anschlusslager und dem Zylinder zwangsläufig keine
Verspannungen auftreten, die sich für einen Fahrzeuginsassen komfortmindernd
auswirken.
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Die
Endkappe selbst ist zwar vergleichsweise einfach aufgebaut, doch
stellt sie zweifellos einen Kostenaufwand dar.
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Zur
Kompensation von Querkräften,
die auf die Kolbenstange wirken, wird die Fahrzeugfeder häufig schräg zur Längsachse
des Federbeins angebaut. Daraus resultieren auch schräggestellte
Federteller. Ein schräggestellter
Federteller, der über
ein Lager zum Anschlusslager verdrehbar ist, führt zu einer zylinderseitigen
Stirnfläche
des Federbeins eine Taumelbewegung aus. Befestigt man federtellerseitig einen
Anschlagpuffer, dann führt
dieser bei einer Lenkbewegung des Rades, die der Zylinder zwangsläufig synchron
mit ausführt,
ebenfalls eine Taumelbewegung aus. Der radiale Ausschlag, den der
Anschlagpuffer ausführt,
ist sehr stark von einem maximalen Lenkwinkel des Rades bzw. des
Zylinders und der axialen Baulänge
des Anschlagpuffers abhängig. Wenn
z. B. ein sehr kurzer Anschlagpuffer in Verbindung mit einer sehr
großen
zylinderseitigen Stirnfläche
kombiniert werden kann, dann tritt das Problem der Taumelbewegung
des Anschlagpuffers u. U. gar nicht auf. Bei sehr knapp bemessenen
radialen Bauräumen
kann man z. B. den Anschlagpuffer am Zylinder befestigen. Der Anschlagpuffer
ist damit von einem federtellerseitigen Bauteil entkoppelt und führt auch
keine Taumelbewegung bezogen auf die Stirnfläche oder die Kolbenstange aus.
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Es
gibt jedoch auch gute Gründe,
eine zylinderseitige Befestigung des Anschlagpuffers abzulehnen.
So wird dann unbedingt eine Befestigungskappe für den Anschlagpuffer benötigt. Der
Zylinder sollte jedoch möglichst
leicht sein, um die radseitig ungefederte Masse minimal zu halten.
Ein einfaches Aufschieben des Anschlagpuffers auf der Kolbenstange ohne
Befestigung am Zylinder führt
zu einer unkontrollierten Eigenschwingbewegung des Anschlagpuffers.
Man wäre
gezwungen, den Anschlagpuffer mit einer leichten Presspassung auf
der Kolbenstange zu zentrieren, wobei dann eine erhöhte Reibung
bei einer Kolbenstangenbewegung auftreten kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Federbein zu realisieren,
bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme bezüglich der
Befestigung des Anschlagpuffers behoben sind.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Durchgangsöffnung
des Anschlagpuffers in der Ebene der Taumelbewegung des Anschlagpuffers
zur Kolbenstange eine größere radiale Ausdehnung
aufweist als im restlichen Umfangsbereich der Durchgangsöffnung.
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Der
große
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der knapp bemessene Bauraum
für den
Anschlagpuffer sehr gut ausgenutzt wird und für die Taumelbewegung des Anschlagpuffers
zur Kolbenstange ein ausreichend großer Abstand zur Kolbenstange
vorliegt.
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Eine
weitere Maßnahme,
um ein möglichst großes Federvolumen
am Anschlagpuffer zu realisieren besteht darin, dass der Anschlag
an seinem Ende in Richtung des Lagers eine kleinere Durchgangsöffnung aufweist
als an seinem Ende in Richtung des Zylinders.
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Des
weiteren kann die Durchgangöffnung zumindest
auf einem Längenabschnitt
einen ovalen Querschnitt aufweisen.
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Alternativ
ist vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung des Anschlagpuffers
einen Querschnitt aufweist, der sich aus Berührpunkten von Tangenten an
der Kolbenstange ergibt, wenn der Anschlagpuffer eine Einfederungsbewegung
ausführt.
Dabei wird um die Kolbenstange eine gedachte Durchgangsöffnung gelegt
und die radiale Relativbewegung der Durchgangsöffnung zur Kolbenstange bei
der Taumelbewegung des Anschlagpuffers nachvollzogen und aus den
Berührpunkten
der Kolbenstange an der gedachten Durchgangsöffnung ein Linienzug entwickelt.
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Zusätzlich kann
bei der Bemessung der Durchgangsöffnung
im Anschlagpuffer für
die Kolbenstange der Einfederungsbewegung eine Lenkbewegung überlagert
wer den. Je nach Einfederungsweg, Schrägstellung des Anschlusslagers
und des Lenkwinkels ergibt sich eine Durchgangsöffnung, deren Querschnitt im
wesentlichen von der Kontur zweier beabstandeter nach radial außen weisenden Kreisbögen bestimmt
wird, die über
zwei nach radial innen ausgerichteten Kreisbögen verbunden sind.
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Gemäß einem
weiteren Unteranspruch ist der Anschlagpuffer in Umfangsrichtung
orientiert zum Lager montiert. Damit kann die Bewegung des Anschlagpuffers
zur Kolbenstange noch genauer bestimmt werden, so dass die Durchgangsöffnung entsprechend
kleiner ausführbar
ist.
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Dazu
liegt federtellerseitig eine Bezugsmarke zum in Umfangsrichtung
lageorientierten Einbau des Anschlagpuffers bezogen auf Längsachse
des Federbeins vor.
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Des
weiteren ist vorgesehen, dass die Bezugsmarke mindestens eine Werkzeugfläche aufweist, über die
der Anschlagpuffers ausrichtbar ist. Bei der Montage ist der Federteller
leichter zugänglich
als der Anschlagpuffer. Mit der Werkzeugfläche in Verbindung mit einem
Werkzeug, dass den Anschlagpuffer zu einer definierten Ausgangslage
des Anschlagpuffers ausrichtet, z. B. der Geradeausstellung der
Lenkrichtung, kann der Effekt der erfindungsgemäßen Durchgangsöffnung besser
ausgenutzt werden.
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Dazu
sind der Anschlagpuffer und der Federteller verdrehsicher miteinander
verbunden. Die Verdrehsicherung kann kraft- und/oder formschlüssig erfolgen.
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Anhand
der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es
zeigt:
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1 Federbein mit schräggestelltem
Anschlusslager
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2 Federbein nach 1 in einer um 90° verdrehten
Bildebene
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3–7 Anschlagpuffer
der 1 und 2 als Einzelteil
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8 Zeichnerische Bestimmung
der Durchgangsöffnung
im Anschlagpuffer
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Die 1 zeigt den oberen Teil
eines Federbeins 1 mit einem Zylinder 3, zu dem
eine Kolbenstange 5 eine Axialbewegung ausführt. An
einem außenseitigen
Ende der Kolbenstange ist ein Anschlusslager 7 mit einer
nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie verbunden. Das Anschlusslager
umfasst einen ersten Elastomerkörper 9,
der ringförmig einen
Kolbenstangenträger 11 umgreift,
der mit der Kolbenstange verschraubt ist. Der erste Elastomerkörper 9 wird
von einem topfförmigen
Grundkörper 13 des
Anschlusslagers axial und radial vorgespannt. Radial außerhalb
des topfförmigen
Grundkörpers schließt sich
ein zweiter Elastomerkörper 15 an,
an dem sich radial und axial ein anschlussseitigeres Lagerteil 17a eines
zur Federbeinlängsachse
schräggestellten
Lagers 17 abstützt.
Ein federtellerseitiges Lagerteil 17b des schräggestellten
Lagers ist mit einem Federteller 19 für eine Fahrzeugtragfeder 21 verbunden. Über das
schräggestellte
Lager 17 kann sich der Federteller zur Kolbenstange und
zum Anschlusslager in Umfangsrichtung bezogen auf die Längsachse des
Federbeins verdrehen. Ein zweites Ende der Fahrzeugtragfeder 21 stützt sich
auf einem zylinderseitigen Federteller 23 ab. Der Zylinder
ist wiederum mit einem lenkbaren Rad verbunden, so dass bei einer
Lenkbewegung die Fahrzeugtragfeder zusammen mit dem Federteller
im Anschlusslager eine rotatorische Relativbewegung zur Kolbenstange
ausführt.
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Der
Federteller 19 des Anschlusslagers trägt einen Anschlagpuffer 25,
der ab einem definierten Einfederungsweg auf einer axialen Stirnfläche 27 des Zylinders 3 abstützt. Die
Stirnfläche
wird in diesem Ausführungsbeispiel
von einer Zylinderendkappe 29 gebildet, die auch einen
Kolbenstangenschutz 31 trägt, der mit seinem anderen
Ende an dem anschlusslagerseitigen Federteller 19 verbunden
ist.
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Der
Anschlagpuffer verfügt über eine
Durchgangsöffnung 33,
durch die sich die Kolbenstange erstreckt, und ist mit dem Federteller
verdrehsicher verbunden.
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Aus 1a ist als Einzelteil ein
Ausschnitt des Federtellers 19 dargestellt, wobei die Bezugsmarke 43 eine
Werkzeugfläche 45 enthält, die
zum Angriff eines entsprechenden Werkzeuges für die Montage dient.
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In
den 3 bis 7 ist der Anschlagpuffer 25 als
Einzelteil dargestellt. Er besteht aus einem elastischen Federkörper, der
durch in Umfangsrichtung verlaufende Durchmesseränderungen 25a; 25b eine definierte
Federkennlinie erzeugt. Wie man insbesondere aus den 3, 5 und 7 erkennt,
verfügt
der Anschlagpuffer über
mindestens zwei Nuten 28, in die entsprechende radiale
Nasen 30 des Federtellers 19, in der Ausführung nach 1 und 2 eine Trägerhülse 35 des Federtellers,
eingreifen und damit die Verdrehsicherung des Anschlagpuffers zum
Federteller 19 gewährleisten.
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Aufgrund
des schräggestellten
Lagers 17 führt
der Anschlagpuffer bezogen auf die Längsachse des Federbeins bei
einer Einfederungsbewegung eine Taumelbewegung aus, insbesondere
wenn der Einfederungsbewegung noch eine Lenkbewegung überlagert
ist. Der Taumelpunkt 37 (1)
bestimmt sich in etwa von dem Schnittpunkt des schräggestellten
Lagers 17 mit der Längsachse
des Federbeins 1. Mit dem Maßbezugspfeil soll diese Taumelbewegung verdeutlicht
werden.
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Damit
der Anschlagpuffer 25 nicht mit der Kolbenstange in Kontakt
kommt, weist die Durchgangsöffnung 33 des
Anschlagpuffers in der Ebene der Taumelbewegung des Anschlagpuffers
zur Kolbenstange eine größere radiale
Ausdehnung auf, als im restlichen Umfangsbereich der Durchgangsöffnung.
Man kann beispielsweise einen ovalen Querschnitt für die Durchgangsöffnung vorsehen.
Dieser Sachverhalt wird in der Zusammenschau der 1 und 2 sowie
in den 5 und 7 deutlich erkennbar. Zusätzlich weist
der Anschlag an seinem in Richtung des schräggestellten Lagers weisenden
Ende eine kleinere Durchgangsöffnung
auf an seinem in Richtung des Zylinders weisenden Ende. Beispielhaft
verringert sich der Querschnitt der Durchgangsöffnung kontinuierlich ausgehend
von dem zylinderseitigen Ende des Anschlagpuffers.
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In
der 8 ist die konstruktive
Bestimmung der Durchgangsöffnung
dargestellt. Man gibt sich einen Lenkwinkel L für eine Lenkbewegung des Zylinders
und damit auch der Kolbenstange vor, in der Regel fahrzeugabhängig, der
eine Winkelachse 39 bestimmt, auf der Hüllkreise 41 für die Kolbenstange eingezeichnet
werden, beispielhaft in dieser Figur in gestrichelten Linien dargestellt.
Aus den Hüllkreisen ergibt
sich dann durch die tangentiale Verbindung der Hüllkreise die Durchgangsöffnung.
Auf der Winkelachse 39 wird nach dem maximalen Ein- und
Ausfederungsweg s markiert, um die vollständige benötigte Durchgangsöffnung zu
bestimmen. Die Winkelachse muss verständlicherweise für beide
Lenkbewegungsrichtungen eingezeichnet sein. Dadurch entsteht ein
Querschnitt der Durchgangsöffnung,
der mathematisch mit einer Epizykloide vergleichbar ist oder vereinfacht
aus zwei nach radial außen
gerichteten Kreisabschnitten besteht, die durch zwei nach radial
innen gerichteten Kreisbögen
verbunden sind.
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Bei
der Montage des Federbeins wird eine federtellerseitige Bezugsmarke 43 verwendet,
die einen lageorientierten Einbau des Anschlagpuffers 25 bezogen
auf die Längsachse
des Federbeins ermöglicht.
Dazu weist die Bezugsmarke mindestens eine Werkzeugfläche 45 auf, über die
der Federteller 19 in zur eine definierte Stellung zum
Zylinder, z. B. entsprechend der Geradeausfahrt des Fahrzeugs, ausgerichtet
wird. Damit ist durch die verdrehsichere Verbindung des Anschlagpuffers
mit dem Federteller auch gleichzeitig der Anschlagpuffer funktionsgerecht
ausgerichtet, so dass bei einer Einfederungsbewegung der Kolbenstange
und auch in Überlagerung
mit einer Lenkbewegung kein Reibkontakt des Anschlagpuffers im Bereich
der Durchgangsöffnung mit
der Kolbenstange auftreten kann.
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Die 9 zeigt eine Ausführungsform,
im Prinzip wie 1 und 2, jedoch mit dem Unterschied, dass
als Lager ein Rillen-Kugellager 17a verwendet wird. Durch
die parallele Kraftbeaufschlagung des Federtellers 19 durch
die Fahrzeugtragfeder 21 ist der Einsatz eines Rillenkugellagers 17a problemlos möglich.