DE2216835C3 - Federungseinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Federungseinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge, zum Einbau zwischen zwei mit Abstand voneinander angeordneten, relativ zueinander beweglichen Fahrzeugelementen, mit einer zwischen diesen Elementen gehalterten Schraubenfeder sowie einem innerhalb der Schraubenfeder angeordneten sackartigen Puffer, der aus flexiblem, elastischem Material hergestellt ist und auf einen die Federungsverhältnisse bestimmenden Druckwert aufblasbar ist.

Im allgemeinen sind Lastwagen und Personenwagen mit Schraubenfedern und/oder Blattfedern ausgerüstet. Wenn die Federn im Laufe der Jahire überwiegend konstant belastet werden, nehmen sie allmählich eine permanente Verformung an, so daß sie nicht mehr in ihre Ursprungslage zurückkehren können, wobei das Federmetall selbst bei normaler Belastung der Federungseinrichtung langsam und fühlbar nachgibt. Die Größe der Verformung eines gegebenen Federmetalls ist weitgehend eine Funktion aus der Last und der Zeitdauer der Lastanwendung. Man hat daher bereits eine Federungseinrichtung der eingangs genannten Art entwickelt (US-PS 27 10 184), bei der der innerhalb der Schraubenfeder angeordnete sackartige Puffer zylindrisch geformt ist. Stirnseiten und Umfangsseiten von gleichförmiger Dicke aufweist und vorzugsweise aus Gummi bzw. synthetischem Gummi besteht. Wenn dieser Gummipuffer pneumatisch aufgeblasen wird, dann dehnt sich die zylindrische Umfangswand aus und gelangt zum Teil zwischen die einzelnen Windungen der Schraubenfeder, so daß auf diese Weise eine nachgiebige Unterstützung bzw. Halterung der Schraubenfederwindungen erzielt wird; je nach Belastung einer Federungseinrichtung wird dieser Puffer mehr oder weniger stark aufgeblasen. Durch diese Ausbildung und Funktion der Federungseinrichtung sollen die Straßenlage des Fahrzeugs (in dem die Federungseinrichtung eingebaut ist) und der maximale Belastungswert verbessert werden; außerdem soll auf diese Weise einem Nachlassen der Federungswirkung dieser Fedeningseinrichtung (beispielsweise durch Ermüdungserscheinungen der Schraubenfeder) entgegengewirkt werden.

In der Praxis haben sich jedoch einige Nachteile dieser bekannten Ausführungsform herausgestellt: wenn ein mit dieser bekannten Federungseinrichtung versehenes Fahrzeug im wesentlichen unbelastet fährt, dann befindet sich der sackartige Puffer nicht oder doch nahezu nicht aufgeblasen innerhalb der Schraubenfeder; er bildet dabei eine Art vertikale Säule, die eine gewisse Stabilität in vertikaler Richtung aufweist und nur mit einer in vertikaler Richtung wirkenden Kraft überwunden wird, die gleich oder größer als die erwähnte Stabilität ist und die im folgenden als »Säulen-Brechkraft« bezeichnet wird. Wenn das Fahrzeug über große Fahrbahnunebenheiten fährt, so wird durch die relativ zueinander beweglichen Fahrzeugteile die Schraubenfeder bei ihrer Federungsfunktion in vertikaler Richtung zusammengedrückt, was auch bei entsprechend großer Stoßbelastung zu einem vertikalen Zusammendrücken des sackartigen Puffers führt, da dann eine entsprechend große Säulen-Brechkraft vorhanden ist. Aufgrund der Ausbildung des bekannten Puffers (glatte, zylindrische Umfangsseite) ist eine verhältnismäßig große Säulen-Brechkraft erforderlich, um diesen Puffer in vertikaler Richtung zusammenzudrücken bzw. um die »Säule« zusammenbrechen zu lassen. Dies hat zur Folge, daß bei jedem Zusammendrücken der Federungseinrichtung und somit des Puffers ein Schlag zu spüren ist, der sich wiederholt, wenn der Puffer in seine Ausgangslage zurückkehrt; wenn demnach das Fahrzeug auf einer Straße mit vielen Unebenheiten (z. B. Schlaglöchern) fährt, dann wird die Federungseinrichtung in kurzen Abständen oftmals zusammengedrückt, so daß infolgedessen ein andauerndes unangenehmes Schlagen des Puffers zu spüren ist.

Zur Erzielung einer einigermaßen befriedigenden

Haltbarkeit in dieser bekannten Pufferausführung ist außerdem eine verhältnismäßig große Wanddicke erforderlich, was zu relativ hohen Herstellungskosten führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der aufgezeigten Mängel der bekannten Ausführung eine Federungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der vor allem das während eines unbelasteten Fahrens über Unebenheiten auftretende »Schlagen« des im wesentlichen nicht aufgeblasenen Puffers weitgehend beseitigt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der sackartige Puffer im mittleren Bereich seiner Länge einen mit einer Windung der Schraubenfeder in Berührung stehenden, nach außen gerichteten Flansch aufweist und sich von diesem Flansch nach beiden Stirnseiten hin leicht verjüngt.

Da bei der erfindungsgemäßen Federungseinrichtung der nach außen gerichtete Flansch des Puffers stets mit einer mittleren Sehraubenfederwindung in Berührung steht, wird die Umfangswand des Puffers bereits von einer verhältnismäßig niedrigen Kraft einRedellt, die in

if

vertikaler Richtung auf den sackartigen Puffer einwirkt. Aufgrund dieser Ausbildung und Wirkung kann der Puffer der erfindungsgemäßen Einrichtung ohne das bei der bekannten Ausführung unangenehme ruckartige Schlagen zusammengedrückt werden; bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist somit die sog. »Säulen-Brechkraft« auf ein Minimum herabgesetzt. Die doppelte konische Form des Puffers unterstützt dabei das Eindellen der Umfangsseite des Puffers in sehr vorteilhafter Weise. Wenn demzufolge ein mit der erfindungsgemäßen Federungseinrichtung ausgerüstetes Fahrzeug in weitgehend unbelastetem Zustand über Fahrbahnunebenheiten fährt, dann kann der nicht oder kaum aufgeblasene Puffer praktisch schlagfrei zusammengedrückt werden, wodurch der Fahrkomfort eines Fahrzeugs beträchtlich erhöht wird.

Die doppelt konische Ausführungsform dieses erfindungsgemäßen Puffers erleichten außerdem sein Einsetzen in die Schraubenfeder. Dieser Puffer läßt sich somit auch ohne besondere Schwierigkeiten in eine bereits vorhandene Schraubenfeder eines Fahrzeugs zusätzlich einbauen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, ist der sackartige Puffer aus zwei gleichartig ausgeführten, becherförmigen Teilen gebildet, die an ihren offenen Enden radial nach außen vorspringende Flansche aufweisen, welche zu dem nach außen gerichteten Flansch zusammengeschweißt sind. Auf diese Weise kann ein solcher Puffer äußerst einfach und mit verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt und dann ohne Schwierigkeiten leicht in die zugehörige Schraubenfeder eingesetzt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Stirnseiten der becherartigen Teile des Puffers eine größere Dicke besitzen, als die konischen Umfangsseiten, wobei zweckmäßig die Dicke dieser konischen Umfangsseiten von den Stirnseiten aus in Richtung auf die Flansche allmählich abnimmt. Durch die etwas dickeren Stirnseiten bzw. Stirnwände weist der Puffer an seinen mit den Fahrzeugelementen in Berührung stehenden Seiten eine erhöhte Widerstandsfähigkeit auf. Die demgegenüber dünnere Umfangswand des Puffers trägt dagegen zu einer weiteren Verringerung der sog. »Säulen-Brechkraft« sowie zu einer weiteren Herabsetzung der Herstellungskosten bei.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Federungseinrichtung mit eingebautem Puffer in einem unbelasteten Zustand und bei nicht aufgeblasenem Puffer,

Fig.2 eine ähnliche Seitenansicht der Federungseinrichtung wie in Fig. !,jedoch bei leichter Belastung und etwas aufgeblasenem Puffer,

Fig.3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in F i g. 5 bei leicht veränderter Form des Puffers, wobei der Puffer unter etwas größerer Belastung steht und mit etwas größerem Druck aufgeblasen ist, so daß er zwischen den Windungen der Schraubenfeder leicht expandiert ist,

F i g. 4 eine weitere Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Federungseinrichtung bei relativ großer Belastung und relativ hohem Druck innerhalb des Puffers,

Fig 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in

Fig.3, . ⁰S

Fig.6 eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 in

Fig.3.
In Fig.! ist eine erfindungsgemäße Federungseinrichtung mit einem sackartigen Puffer B veranschaulicht, der innerhalb einer Schraubenfeder S angeordnet ist. Dieser Puffer ist in einem nichtexpandierten Zustand veranschaulicht, bei einem Fahrzeug, das in der Darstellung der F i g. 1 keine Last trägt. Der Puffer B ist innerhalb der Schraubenfeder Szwischen zwei Elementen des Fahrzeugs angeordnet, z. B. zwischen einem Chassisträger 10 aus gepreßtem Metall und einem ähnlichen Halterungselement 11 für die Federungseinrichtung.

Der in der Zeichnung nur schematisch angedeutete Chassisträger 10 kann sich in Querrichtung des Chassisrahmens am Vorderende erstrecken und einen nach unten vorstehenden Metallträgerteil 10a aufweisen, der die obere, im Durchmesser reduzierte Endwindung 12 der Feder 5 aufnimmt. Das Element 11 kann einen becherartigen Metallteil mit einem Sitz 11a zur Aufnahme der im Durchmesser reduzierten unteren Endwindung 13 der Feder S aufweisen. Das Metallelcment 11 kann mit dem drehbeweglich gelagerten Kniehebel eines Federungssystems verbunden sein wobei das innere Ende des Hebels an der Seitenwand des Trägers 10 und das andere Ende am Steuergelenk-Lagcrträger drehbeweglich angeordnet sein kann. Eine solche Federungseinrichtung wird z. B. bei herkömmlichen Motorfahrzeugen für die Halterung des vorderen Fahrzeugteiles verwendet, wobei dann Fahrbahnstöße über die vorderen Fahrzeugträger auf das Kniegelenksystem und von dort auf die Metallschraubenfeder 5 übertragen werden. Eine solche Federungseinrichtung mit dem Puffer B könnte natürlich auch beim hinteren Federungssystem verwendet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist der Puffer B aus zwei becherförmigen Teilen gebildet 14 und 15, von denen jeder eine Stirnwand 14a bzw. 15a, leicht konische Umfangsseiten bzw. Seitenwände 14b bzw. 15b sowie an seinem offenen Ende einen radial nach außen gerichteten Flansch 14c bzw. 15c enthält. Die Seitenwände 14Z), 15f> besitzen eine gegenüber den Stirnwänden 14a, 15a reduzierte Dicke und nehmen in ihrer Dicke in Richtung auf die Flansche 14c, 15c allmählich ab. Die Seitenwände 146 und \5b nehmen in Richtung auf ihre offenen Enden im Durchmesser allmählich zu.

Die becherförmigen Teile 14, 15 sind in einem Preßformvorgang aus Polyurethan hergestellt und können beispielsweise eine mittlere Seitenwanddicke von 1,586 mm aufweisen. Ein solcher Puffer wird - obwohl er verhältnismäßig dünn ist - etwa zweimal so stabil sein wie ein Gummipuffer, der im wesentlichen dieselbe Länge und denselben Durchmesser besitzt. Die Flansche 14c, 15c der becherförmigen Teile 14 und sind entlang ihrer gesamten Umfangsanlageflächen (bei λ) zusammengeschweißt. Bei einer typischen Auslegung weisen die Seitenwände eines etwa 254 mm langen Puffers bei den nach außen gerichteten Flanschen eine Dicke von etwa 1,651 bis 1,778 mm und eine Stirnwanddicke von 2,159 bis 2,286 mm auf.

An den Stirnwänden 14a, 15a sind radiale Rippen 14c/ bzw. 15c/ einstückig angeformt, die in Rippen 14e und 15e übergehen, welche an den Seitenwänden 14b, 15£> des Puffers angeformt sind und sich hier in Längsrichtung des Puffers bis zu den nach außen gerichteten Flanschen erstrecken. Diese Rippen unterstützen einen Maierialfluß während des Formungsvorgangs und sollen verhindern, daß Luftblasen in die Wände des Puffers eingeformt werden, welche die Wände schwächen würden, Durch diese Rippen wird ein in seiner

Funktion stärkerer und sicherer Puffer geschaffen.

Aus den F i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß in der einen Stirnwand des Puffers ein zweckmäßig ausgebildeter Schlauchverbinder 19 angeformt ist, der durch eine öffnung ll/>des Elements 11 hindurchgeführt wird und z. B. für den Anschluß eines Rohrverbindungsstückes 16 (das einen Schlauchanschluß mit Widerhaken 17 besitzt) oder eines Luftaufblasventiles 20 (mit Gewindeanschluß 21) geeignet ist, über das der Puffer ßder erfindungsgemäßen Federungseinrichtung an eine Luftquelle angeschlossen und entsprechend aufgeblasen werden kann.

Da diese Pufferseitenwände 146 und \5b dünner als bei Gummiausführung sein können (Polyurethan kann beispielsweise achtmal stärker sein als Gummi), ist die »Säulen-Brechkraft« stark reduziert; das Schlagen beim Zusammendrücken des Puffers ist daher ebenfalls sehr stark herabgesetzt. Da weiterhin die gebildeten wulstartigen Ausdehnungen des Puffers dazu neigen, die effektive Pufferfläche zu vergrößern, wird bei einem gegebenen Luftdruck ein größeres Anhebe- oder *> Halterungsvermögen als bei der eingangs geschilderten bekannten Ausführung geschaffen. Der hohe Polyurethan-Modul begrenzt die Dehnung einer Wand von 1,586 mm beispielsweise gegenüber dem einer Kunstgummiwand von etwa 6,35 mm. Hierdurch können die dünneren und flexibleren Wände des beschriebenen Puffers die Schraubenwindungen fester umfassen und die Wulstausdehnungen werden daran gehindert, sich über die Schraubenfeder hinaus aufzublähen.

Die verbundenen Flansche 14c und 15c bilden einen relativ starken Ring, der mit der mittleren Schraubenfederwirkung in Berührung kommt und dazu neigt, sich an dieser Stelle festzusetzen. Hierdurch wird der Puffer an dieser Stelle eingedellt, und dieses Eindellen (vgl. beispielsweise b in den F i g. 2 bis 4) besitzt die Tendenz, den Säuleneffekt des Puffers aufzuheben.

Bei ihrer Verwendung wird die erfindungsgemäße Federungseinrichtung mit nicht aufgeblasenem Puffer B zwischen den Windungen der Schraubenfeder S eingesetzt, wobei der Luftanschluß 16 oder 20 durch die öffnung 11a im unteren Element 11 hindurchragt. Bei einem neuen Fahrzeug, das keinen Verlust des Federungsvermögens aufweist und keine Last zu heben hat, wird die Luft im Puffer B einen atmosphärischen Druck aufweisen. Bei leichter Last, beispielsweise im Bereich von 45,4 kg bei einer in Rede stehenden Federungseinrichtung, wird der Puffer flmit etwa 0,14 bis 0,35 atü aufgeblasen werden. In F i g. 2 ist der Puffer B leicht expandiert veranschaulicht, so daß seine Seitenwände in radialer Richtung mit den Schraubenfederwindungen in Berührung kommen und der Kontakt des durch die Flansche 14c und 15c gebildeten Ringes mit der Feder das Eindellen b des Puffers bewirkt, wodurch die »Säulen-Brechkraft« stark reduziert und eine Schlagwirkung vermieden wird. Dieses Eindellen ist in F i g. 1 zwar nicht veranschaulicht (da die Elemente 10 und 11 in vollkommen getrennter Lage dargestellt sind), wird aber trotzdem erreicht, wenn das Fahrzeug beispielsweise über eine Unebenheit fährt und die Elemente 10 und 11 relativ zueinander bewegt werden. Insofern tritt dieses Eindellen, durch das die »Säulen-Brechkraft« stark reduziert wird, auch im unbelasteten Zustand sowie bei Bedingungen mit etwa 0 atü auf.

Fig.3 zeigt den Puffer B, wenn er etwas stärker aufgeblasen ist, um eine etwas schwerere Last zu tragen. In Fig.4 ist ein Puffer veranschaulicht, der eine schwere Last bis zu etwa 454 kg trägt und der mit Luft bei einem Überdruck von etwa 2,812 atü aufgeblasen ist. Ein Aufblasen des durch Preßformung hergestellten Kunststoffpuffers B bewirkt eine radiale Expansion der Pufferseitenwände, so daß diese etwa eine Wellenform annehmen, wodurch die wulstartigen Ausdehnungen erscheinen, die (wie im wesentlichen in den F i g. 3 und 4 veranschaulicht) zwischen den Windungen der Schraubenfeder S vorspringen, wobei diese Windungen in den Wurzeln der wellenförmigen Seitenwand aufgenommen werden; die heraustretenden Wülste der Pufferseitenwände bilden Halterungsflächen zur Auflage der einzelnen Windungen der Feder 5. Verglichen mit dem bekannten Gummipuffer kann der erfindungsgemäße Puffer bei gleicher Länge und gleichem Durchmesser einen größeren Luftdruck aufnehmen und sich besser den Federwindungen anpassen. Da hier keine übermäßig starken Verbindungsstellen zwischen Seiten- und Stirnwänden vorhanden sind, wird außerdem eine verstärkte axiale Expansion erzielt. Eine radiale Expansion wird auch durch Nachlassen der Federkraft auftreten, so daß dieses Nachlassen eliminiert wird.

Maßnahmen, die in der Figurenbeschreibung erwähnt sind, die aber nicht im Patentbegehren gekennzeichnet sind, gehören nicht zum Wesen der vorliegenden Erfindung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Federungseinrichlung, insbesondere für Fahrzeuge, zum Einbau zwischen zwei mit Abstand voneinander angeordneten, relativ zueinander beweglichen Fahrzeugelementen, mit einer zwischen diesen Elementen gehalterten Schraubenfeder sowie einem innerhalb der Schraubenfeder angeordneten sackartigen Puffer, der aus flexiblem, elastischem Material hergestellt ist und auf einen die Federungsverhältnisse bestimmenden Druckwert aufblasbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der sackartige Puffer (B) im mittleren Bereich seiner Länge einen mit einer Windung der Schraubenfeder (S) in Berührung stehenden, nach außen gerichteten Flansch (14c, \5c) aufweist und sich von diesem Flansch nach beiden Stirnseiten hin leicht verjüngt.

2. Federungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sackartige Puffer (B) aus zwei gleichartig ausgeführten, becherförmigen Teilen (14,15) gebildet ist, die an ihren offenen Enden radial nach außen vorspringende Flansche (14c, 15c,) aufweisen, welche zu dem nach außen gerichteten Flansch zusammengeschweißt sind.

3. Federungseinrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten (14a, 15a^ der becherartigen Teile (14, 15) des Puffers (B) eine größere Dicke besitzen als die konischen Umfangsseiten (146, i5b).

4. Federungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der konischen Umfangsseiten (146, i5b) von den Stirnseiten (14a, 15a,) aus in Richtung auf die Flansche (14c, 15t,) allmählich abnimmt.