-
Bes ehre ibung
-
Titel: Stoßdämpfer zur angepaßten Dämpfung von Rad- und Karosserieschwingungen
bei Fahrzeugen.
-
Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Stoßdämpferelementen
und Federn, welche zwischen Karosserie und Radaufhängung von Fahrzeugen montiert
werden.
-
Zweck: Die Stoßdämpferanordnung bei Fahrzeugen dient der Dämpfung
von Schwingungen der Karosserie und der Rad aufhängung, welche durch Unebenheiten
der Fahrbahn bei der Fahrt angeregt werden.
-
Stand der Technik: Zur Dämpfung von Schwingungen werden Reibungsdämpfer
und hydraulische Stoßdämpfer eingesetzt. Die Dämpfungskraft von Reibungsdämpfern
ist unabhängig von der Geschwindigkeit der zu dämpfenden Bewegung. Bei hydraulischen
Stoßdämpfern dagegen ist die Dämpfungskraft proportional der Geschwindigkeit. Außerdem
gibt es Trägheitsdämpfer, bei welchen die dämpfende Gegenkraft von der Trägheit
eines Massekörpers erzeugt wird.
-
Beim Fahrzeug der Firma Citroen Typ ? CV ist eine getrennte Dämpfung
von Rad-und Karosserieschwingungen bei den älteren Modellen ausgeführt. Und zwar
befindet sich an der Radaufhängung ein Trägheitsdämpfer zur Dämpfung der Radschwingungen,
und die Karosserieschwingungen werden durch Reibungsdämpfer gedämpft.
-
Außerdem gibt es eine Patentanmeldung der Ford- Werke AG Offenlegungsschrift
2062804, welche einen Stoßdämpfer zum Gegenstand hat, bei welchem durch selbsttätige
Änderung des hydraulisch wirksamen Durchflußquerschnittes die Dämpferkräfte beeinflußt
werden. Üblich ist jedoch fast ausschließlich nur die Anordnung eines Stoßdämpfers
je Rad.
-
Kritik des Standes der Technik: Bekannte geschwindigkeitsabhängige
Stoßdämpfer, die zwischen der Karosserie und der Achse oder der Radaufhängung eines
Kraftfahrzeuges angeordnet sind, müssen sowohl Karosserieschwingungen, die durch
eine verhältnismäßig niedrige Resonanzfrequenz gekennzeichnet sind, als auch Radschwingungen,
die eine verhältnismäßig hohe Resonanzfrequenz aufweisen, dämpfen Wird ein geschwindigkeitsabhängiger
hydraulischer Stoßdämpfer so eingestellt, daß er für eine optimale Dämpfung der
Karosserieschwingungen sorgt, so besitzt er einen hohen Dämpfungskoeffizienten7
wie er zur Beherrschung einer schweren, ftfh verb ältnirm-ßig langsam bewegenden
Masse erforderlich ist Lin solch hoher Dämpfungskoeffizient ergibt jedoch beim Befahren
unebener Straßen ein unkomfortables Fahrverhalten, da die durch die unebene Straße
erzeugten schnellen Radschwingungen im Stoßdämpfer hohe Dämpfungskräfte erzeugen,
die auf die Karosserie übertragen werden Wird der Dämpfungskoeffizient auf einen
Wert verringert, wie er zur Dämpfung von Radschwingungen ohne übermäßige Dämpfungskräfte
erforderlich ist, so ergibt sich eine ungenügende Dämpfung der Karosserieschwingungen
mit einer sich daraus ergebenden schlechten Straßenlage. Die Wahl des günstigsten
Stoßdämpfers stellt unter diesen Bedingungen einen Kompromiß dar zwischen der Erzielung
einer guten Straßenlage auf Kosten des Fahrkomforts oder der Erzielung eines guten
Fahrkomforts auf Kosten der Straßenlage.
-
Die herkömmliche Stoßdämpferauslegung beinhaltet üblicherweise ein
weiteres Merkmal des Kompromisses zwischen Fahrsicherheit und Komfort Es handelt
sich darum, daß der Dämpfungskoeffizient für das Einfedern und für das Ausfedern
unterschiedlich gewählt wird.
-
Beim Überfahren von Fahrbahn>Erhöhungen (z.B. Teerfugen) soll
das Rad leicht einfedern können, damit nur geringe Beschleunigungswerte an der Karosserie
auftreten, Beim Überfahren von Fahrbahnvertiefungen (Löcher) wird der größere Dämpfungskoeffizient
wirksame Die Stoßdämpferkräfte bleiben dabei nur deswegen gering, weil die Kraft
des Stoßdämpfers nicht größer werden kann,
als die augenblickliche
Federspannkraft der für das Rad wirksamen Feder der Radaufhängung.' In diesem Zustand
befindet sich das Rad jedoch nicht mehr im Kontakt mit der Fahrbahn. Die Kraft des
Stoßdämpfers verhindert, daß das Rad die Fahrbahnvertiefung mit Bodenkontakt durchfahren
kann.
-
Die Gefahr des Verlustes von Fahrbahnkontakt ist natürlich um so größer,
äe größer der Dämpfungskoeffizient für das Ausfedern gewählt wurde. Da aber der
Dämpfungskoeffizient für das Einfedern mit Rücksicht auf den Fahrkomfort extra niedrig
gewählt wurde, muß für das Ausfedern ein höherer Wert gewählt werden um die Karosserieschwingungen
zu dämpfen, als es sonst nötig wäre.
-
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Stoßdämpferauslegung besteht
darin, daß beim Überfahren von Bahrbahnerhöhungen größerer Amplitude die Federung
leichter bis zum Anschlag durchfedert. Von einem Stoßdämpfer mit größerem Dcimpfunf,skoeffizienten
beim Einfedern wird die Federkrafl; der Radaufhängung in der Weise unterstützt,
daß das Fahrzeug über eine Fahrbahn erhöhung eher hinweggehoben wird, ohne daß die
Federung durchschlägt.
-
Die Stoßdämpferanordnung der Firma Citroen beim Fahrzeugtyp 2 CV hat
die Nachteile, daß die zur Radschwingungsdämpfung verwendeten Trägheitsdämpfer sehr
schwer sind, wenn sie gut wirksam sein sollen und daß die Reibungsdämpfer verschleißanfällig
sind. Außerdem haben Reibungsdämpfer den Nachteil, daß sie für schwache Schwingungen
zu stark oder für starke Schwingungen zu schwach wirken; und bei einer Richtungsänderung
der Bewegung im Dämpfer erheben sich plötzliche Änderungen der vom Dämpfer erzeugten
Kraft.
-
Das Patent Nr. 2062804 der !,ord- Werke AG soll einige der üblichen
Nachteile vermeiden. Jedoch ist bei gleichzeitigem Auftreten von niedrigen und hohen
Schwingungsfrequenzen der Vorteil nicht mehr wirksam.
-
Beim Auftreten einer großen Schwingungsamplitude, hervorgerufen durch
eine niederfrequente Karosserieschwingung ist dieser Dämpfer auf einen hohen Dämpfungskoeffizienten
eingestellt.
Wenn nun gleichzeitig eine höherfrequente Anregung von der Fahrbahn kommt, ist eine
Einhaltung des Fahrkomforts in der erwünschten Weise nicht möglich.
-
Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Karosserieschwingungen
mit relativ niedriger Resonanzfrequenz (ca 2 Hz) und die Radschwingungen mit relativ
hoher Resonanzfrequenz (ca 10 Hz) möglichst unabhängig voneinander mit zwei verschiedenen
hydraulischen Dämpferelementen zu bedämpfen.
-
Lösung: Zwei verschiedene Stoßdämpferelemente werden an jedem Rad
des Fahrzeuges wirksam, Das Element, welches für die Dämpfung der niederfrequenten
Karosserieschwingungen bestimmt ist, wird mit Zwischenschaltung einer Feder zwischen
Karosserie und Radaufhängung montiert. Diese Feder ermöglicht Radschwingungen ohne
wesentliche Beeinflussung durch jenes Stoßdämpferelement. Zur Dämpfung der Radschwingungen
ist das zweite Stoßdampferelement bestimmt. Dieses wird als erste Möglichkeit Wie
üblich zwischen Radaufhängung und Karosserie angeordnet.
-
Weitere Ausgestaltung der Erfindung: Das Stoßdämpferelement zur Dämpfung
der Radschwingung kann auch parallel zu den Anschlußpunkten der Feder angeordnet
werden. Dadurch fallen für dieses Element die Bewegungen der Karosserieschwingung
fort und der Hub kann kleiner gewählt werden.
-
In dieser Anordnung kann auch ein Stoßdämpfer konstruiert werden,
der beide Dämpferelemente und die Feder in kompakter Form vereinigt. (Fig-5) Die
zwei Stoßdämpferelemente sind dabei hintereinandergeschlossen starr miteinander
verbunden und die Feder ist in Form einer Schraubenfeder um das Dämpferelement mit
dem geringeren Däl¢pfungskoeffizienten herum ai0-ordnet und mit diesem funktionell
verbunden.
-
Die Kolbenstangenführungen der Stoßdämpferelemente bewirken auch
die Führung der Feder0
Erzielbare Vorteile: Bei der üblichen Stoßdämpferauslegung
wird wie beschrieben bei der Wahl des Dämpfungskoeffizienten ein Kompromiß zwischen
Fahrsicherheit und Fahrkomfort gefunden.
-
Bei der vorgeschlagenen Lösung der Stoßdämpferanordnung zur angepassten
Dämpfung von Rad- und Karosserieschwingungen ist ein Kompromiß in dieser Art nicht
nötig. Daher ergibt sich ein Zuwachs an Fahrsicherheit oder an Fahrkomfort oder
in beiderlei Hinsicht je nachdem wie die zum Vergleich herangezogene Kompromißlösung
gewahlt ist.
-
Es wird möglich die Dämpfungskoeffizienten für das Ein-und Ausfedern
gleich groß zu wählen ohne, daß darunter der Fahrkomfort leidet. Dadurch verbessert
sich die Fahrbahnhaftung bei unebener Straße und die Federung schlägt weniger leicht
bis zum Anschlag durch.
-
Gegenüber der Stoßdämpferanordnung der Firma Citroen beim 2 CV ergibt
sich der Vorteil, daß für die Dämpfung der Karosserieschwingung ein hydraulischer
Dämpfer statt eines Reibungsdämpfers verwendet werden kann, welcher einem geringeren,
Verschleiß unterliegt und die Schwingungen wirksamer und harmonisch dämpft.
-
Grenzwerte für die Bemessung der Feder: Um die beabsichtigte Funktion
zu erfüllen muß die Feder entsprechend dieser Anmeldung wenigstens einen bestimmten
wirksamen Hub haben. Dieser ist abhängig von den Straßenverhältnissen. Der Hub muß
wenigstens doppelt so groß sein, wie die kurzwelligen Bodenunebenheiten hoch sind,
welche noch ohne Verlust von Fahrkomfort verarbeitet werden sollen.
-
Die Feder muß eine weichere Federcharakteristik haben als die Rederwirkung
tles Luftreifens auf dem Rad.
-
Ausführungsbeispiele: 1 Bei getrennter Anordnung der zwei Stoßdämpferelemente
und der Feder ist es zweckmäßig, die Feder als Blattfeder an der Radaufhängung anzuordnen
Siehe Fig. 1 2. Bei anderen räumlichen Verhälttlissen kann eine Drehstabfeder vorteilhaft
sein Siehe Figo2 3 Mit Hilfe einer Drehstabfeder ist es möglich, die Karosserieschwingungen
mit nur einem Dämpferelement; je Achse zu dämpfen. Siehe Fig.3 Wenn eine Drehstabfeder
als Stabilisator bereits vorgesehen ist, läßt sich diese in kombinierter Funktion
ausführen 4 Beim Vorliegen einer Starrachskonstruktion kann die Karosserieschwingung
gedämpft werden, indem die Dämpfungseinrichtung in der Mitte der Achse angreift
Siehe Figo4 5 Bei der Konstruktion eines Stoßdämpfers, der alle drei Elemente der
Erfindung enthält, wird die Feder zweckmäßig als Schraubenfeder ausgeführt Die Führungskräfte
für die Feder werden von den Kolbenstangenführungen der Stoßdämpferelemente gebildet.
Siehe Fig. 5