DE3627714A1 - Vorrichtung zur verwendung mit einer schraubenfeder einer fahrzeugaufhaengung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verwen­ dung mit einer Schraubenfeder an einer Fahrzeugaufhängung.

Kraftfahrzeuge sind normalerweise an den zwei Vorderrädern und möglicherweise an allen vier Rädern mit Schraubenfe­ dern ausgestattet, die die Karosserie und den Rahmen des Fahrzeugs auf dem Fahrgestell halten, damit die Karosserie und der Rahmen gegen Stöße und Wellen der Straße isoliert werden, auf die die Räder treffen. Die Federn haben übli­ cherweise eine Steifheit oder Härte, die ein Kompromiß zwischen einer erschütterungsfreien Fahrt und einem guten Fahrzeug-Fahrverhalten darstellt. Weiche Federn ergeben eine abgedämpfte Fahrt bei maximalem Komfort für die Passagiere auf glatten Straßen, jedoch haben sie keinen ausreichenden Widerstand gegen Druck, so daß sich die Fahrzeugkarosserie unter schweren Fahrbedingungen über­ mäßig neigen und schrägstellen kann, was die Handhabung, die Fahrbarkeit und die Sicherheit beeinträchtigt. Steife Federn halten das Fahrzeug andererseits relativ ruhig und eben für hohe Belastungen, eine gute Fahrbarkeit und Handhabung unter schweren Bedingungen, jedoch isolieren sie die Karosserie nicht zufriedenstellend gegen Straßen­ schläge und Wellen.

Wenn nicht eine spezielle Aufhängung eingebaut ist, haben Kraftfahrzeuge üblicherweise Federn, die eine weiche, stoßfreie Fahrt ergeben. Ihre Aufhängung ist daher unter glatten Fahrbedingungen zufriedenstellend, jedoch ist sie häufig unbefriedigend und möglicherweise sogar gefähr­ lich, wenn schwere Bedingungen vorliegen oder wenn das Fahrzeug schwer beladen ist.

Versuche, weich gefederte Kraftfahrzeugaufhängungen zu modifizieren, haben sich im allgemeinen als unbefriedigend erwiesen. Die meisten Modifikationen sind teuer und schwie­ rig durchzuführen, und sie verbessern das Fahrverhalten gewöhnlich nur auf Kosten des Komforts der Passagiere. Eine Möglichkeit, eine Aufhängung im Hinblick auf ein ver­ bessertes Fahrverhalten zu modifizieren, besteht darin, die ursprünglich eingesetzten Federn durch relativ steife Federn zu ersetzen. Das Austauschen von Federn ist jedoch teuer, und steifere Federn führen bei durchschnittlichen Fahrbedingungen, wenn das Fahrzeug nicht schwer beladen ist, zu einer unbequemen harten Fahrt. Ein weniger teurer Weg besteht darin, die ursprünglich verwendeten Stoß­ dämpfer durch solche mit Lastausgleich zu ersetzen, die getrennte Schraubenfedern zur Erhöhung der Fahrzeugfederung aufweisen, jedoch wird bei dieser Möglichkeit gewöhnlich die Fahrzeugkarosserie angehoben, was bei durchschnittli­ chen Fahrbedingungen zu einer harten Fahrt führt. Es können auch Druckluft-Stoßdämpfer verwendet werden, je­ doch muß der Luftdruck in Abhängigkeit von einer verän­ derten Fahrzeugbeladung und von veränderten Straßen­ bedingungen variiert werden.

Der billigste Weg, eine Kraftfahrzeugaufhängung steifer zu machen, besteht darin, zwischen die Windungen der Schraubenfedern starre Abstandselemente einzusetzen. Solche Abstandselemente stehen ständig mit den aneinander angrenzenden Schraubenfederwindungen in Kontakt und sprei­ zen diese gewöhnlich auseinander, wobei sie jegliche Bewe­ gung dieser Windungen gegeneinander während des Zusammen­ drückens des Rests der Feder verhindern. Diesem Verfahren wird wegen seiner Wirtschaftlichkeit oft der Vorzug ge­ geben, jedoch ergibt sich dabei eine harte Fahrt des Fahrzeugs.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine Vorrichtung zum Ver­ bessern der Aufhängung eines Kraftfahrzeugs geschaffen werden, die ein verbessertes Fahrverhalten, eine verbes­ serte Straßentauglichkeit und Belastungsfähigkeit ergibt, ohne daß der Komfort der Fahrzeuginsassen beeinträchtigt wird. Nach der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Ver­ wendung mit einer Schraubenfeder einer Fahrzeugaufhängung, gekennzeichnet durch einen federnden Körper, der zwischen zwei benachbarten Windungen der Schraubenfeder angebracht ist, so daß er bei ausreichendem Druck auf die Schrauben­ feder auf die Windungen einwirkt und den Widerstand der Schraubenfeder gegen ein weiteres Zusammendrücken erhöht, so daß dadurch die Fahrzeugaufhängung steifer wird, einem Mittel zum Befestigen einer Seite des Körpers an einer der Windungen, so daß die andere Seite des Körpers zur anderen Windung hin gerichtet ist, von dieser jedoch im Abstand liegt, damit begrenzte Werte der Federkompression erhalten werden, wobei der Körper schraubenlinienförmig ist und die andere Seite des Körpers eine Fläche bildet, die längs des Körpers allgemein zunehmend schräg von einem Ende des Körpers zum anderen hin verläuft, so daß der Körper zwischen den Windungen von einem Ende zum anderen fortlaufend dünner wird, wobei diese Fläche auch in seitlicher Richtung radial zu einer Mittelachse des schraubenlinienförmigen Körpers hin längs wenigstens eines Teils der Länge des Körpers fortlaufend abgeschrägt verläuft, so daß der Körper wenigstens längs eines Ab­ schnitts seiner Länge von seiner radial äußersten Seite zu seiner radial innersten Seite hin fortlaufend dünner wird, wodurch der Körper bei einem ausreichenden Zusam­ mendrücken der Schraubenfeder den Widerstand der Schrauben­ feder gegen ein weiteres Zusammendrücken fortlaufend er­ höht und auf die Schraubenfeder Kräfte ausübt, die einem seitlichen Krümmen der Schraubenfeder entgegenwirken und die Tendenz haben, die Schraubenfeder auf eine Kompression längs eines axialen Wegs einzuschränken.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispiels­ halber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schraubenfeder mit einer zwischen deren Windungen eingelegten Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 verwen­ deten Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2,

Fig. 5 einen ähnlichen Schnitt wie in Fig. 3 einer modifizierten Ausführung der Vorrichtung von Fig. 2,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 von Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 6, und

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 von Fig. 6.

Mit Hilfe der Erfindung werden elastisch federnde Ab­ standsvorrichtungen geschaffen, die zwischen benachbarte Windungen von Schraubenfedern einer Kraftfahrzeugaufhän­ gung eingefügt werden können. Die Vorrichtungen ergeben eine progressive Versteifung der Aufhängung, sobald aus­ reichende und zunehmende Drücke auf die Federn einwirken, jedoch führen sie nicht zu einer Beeinträchtigung der Auslegungskenngrößen der Aufhängung, wenn begrenzte Federdrücke vorliegen. Für die Fahrzeuginsassen ergibt sich daher bei den in den meisten Fällen vorliegenden normalen Fahrbedingungen eine sanfte und konfortable Fahrt, jedoch tritt bei welligen Straßen oder schweren Bedingungen zur Erzielung einer verbesserten Straßentaug­ lichkeit, eines verbesserten Fahrverhaltens und einer er­ höhten Sicherheit bei welligen Straßen oder unter schweren Bedingungen eine progressive Versteifung der Federn ein. Die Abstandsvorrichtungen sind wirtschaftlich konstruiert und bequem einzubauen.

Jede Vorrichtung weist einen aus elastischem Material wie Gummi bestehenden Körper mit einem Durchmesser von 40 bis 110 auf; sie ist vorzugsweise auf einer aktiven Windung der Feder angebracht und gehalten, beispielsweise eine oder zwei Windungen vom oberen oder unteren Ende der Feder entfernt. Die Vorrichtung ist vorzugsweise so hoch, daß bei ruhendem Fahrzeug zwischen der Vorrichtung und der Federwindung ein Abstand vorhanden ist, die der Windung benachbart liegt, auf der sie angebracht ist. Der Abstand ist so gewählt, daß die Vorrichtung unter durchschnittlichen und glatten Fahrbedingungen bei be­ grenzten Zusammendrückvorgängen der Feder nicht gleich­ zeitig auf beide Windungen einwirkt, so daß sie die Her­ stellungshöhe der Feder oder des Fahrzeugs nicht beein­ flußt; die Fahrzeugaufhängung arbeitet dadurch in der vom Konstrukteur beabsichtigten Weise, so daß sich für die Fahrzeuginsassen eine sanfte und komfortable Fahrt ergibt. Andererseits ist der Abstand aber auch so bemes­ sen, daß bei einem stärkeren Zusammendrücken der Feder, wie es bei Straßen mit Wellen oder Schlaglöchern, beim Erhöhen der Geschwindigkeit, während scharfer Brems­ oder Beschleunigungsvorgänge oder bei starker Fahrzeug­ beladung geschieht, die Vorrichtung beide Windungen be­ rührt und einem weiteren Zusammendrücken nachgebend einen Widerstand entgegensetzt, so daß die Steifigkeit der Feder progressiv zunimmt und zu einem besseren Fahrver­ halten, einer besseren Manövrierbarkeit und einer erhöh­ ten Sicherheit des Fahrzeugs führt.

Die Vorrichtungen ermöglichen es somit, daß die Aufhän­ gung eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs unter normalen Fahrbedingungen in der beabsichtigten Art und Weise ar­ beitet, jedoch die Eigenschaften einer für starke Belastun­ gen und hohe Anforderungen ausgelegten Aufhängung annehmen, wenn schwere Bedingungen vorliegen. Sie ermöglichen es den Federn, dem Trägheitsmoment des Fahrzeugchassis und des Rahmens in variabler Weise entgegenzuwirken, wenn Löcher in der Straße auftreten, stark gebremst, beschleu­ nigt oder um Kurven gefahren wird oder wenn das Fahr­ zeug schwer beladen ist, wobei ein allmählicher Übergang des Widerstandes gegen ein Zusammendrücken der Federn auftritt, damit die von der Masse des Fahrzeugs ausge­ übten Kräfte automatisch kompensiert werden. Wenn die Vorrichtungen verwendet werden, können die Federn auch mehr Energie aufnehmen, so daß ein vollständiges Zusam­ mendrücken der Federn während des Einfederns verhindert wird, und das Rückfedern auf ein Ausmaß herabgesetzt wird, das eine normale Fahrzeugaufhängung hinsichtlich ihrer Eigenschaften denen eines pneumatischen Systems annähert, wobei Stoßdämpfer und andere Systemkomponenten zur Er­ zielung einer längeren Lebensdauer weniger beansprucht und abgenutzt werden.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung gekrümmt ausgebildet und nimmt beim Anbringen auf einer Federwindung eine schraubenlinienförmige Gestalt an; die Höhe der Vorrich­ tung ist so gewählt, daß zwischen ihr und der angrenzen­ den Windung ein Abstand für ein begrenztes Zusammen­ drücken der Feder aufrechterhalten wird. Die Vorrichtung ist entlang ihrer Länge in ihrer Höhe abgeschrägt, so daß der Abstand von einem Ende zum anderen fortlaufend größer wird. Ein Vorteil der schraubenlinienförmigen Gestalt ist in der Fähigkeit begründet, eine extrem gleichmäßige Progression der zunehmenden Federsteifigkeit über einen erweiterten Bereich einer Windung zu erzielen, wenn die Feder zusammengedrückt wird. Die schraubenlinienförmige Vorrichtung ist zwar so dargestellt, daß es sich über 360° der Schraubenwindung erstreckt, doch könnte die Erstreckung auch größer oder kleiner sein; es können auch pro Feder mehrere Vorrichtungen verwendet werden. Wenn eine Vorrichtung nicht ausreicht, der Feder das gewünschte Ausmaß der Steifigkeit zu verleihen, können an einer einzigen Feder zwei Vorrichtungen angebracht werden, beispielsweise auf der letzten oder vorletzten aktiven Windung an jedem Ende der Feder, damit die Reaktion der Feder auf ein Zusammendrücken über das Aus­ maß hinaus, das mit nur einer Vorrichtung erzielt werden könnte, versteift wird.

In den Fig. 1 bis 5 ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine elastische Abstandsvorrichtung 800 dargestellt, die sich über einen Bogen von 360° erstreckt und die längs ihrer unteren Fläche eine konkave Ausnehmung 802 aufweist, damit ihr Anbringen auf einer Schrauben­ feder 803 erleichtert wird. Beim Anbringen auf der Schrau­ benfeder mit Hilfe von Verdrillstreifen 804, die in Kanälen 806 in einer oberen Fläche 808 der Vorrichtung aufgenommen werden, nimmt sie eine schraubenlinienförmige Gestalt an.

Wie am besten aus den Fig. 2 bis 4 hervorgeht, ist die obere Fläche 808 der Vorrichtung 800 fortlaufend von einem Ende zum anderen abgeschrägt, so daß ihre Höhe fortlaufend von einem Ende zum anderen abnimmt. In der gesamten Länge ist die obere Fläche 808 auch in seitlicher oder radialer Richtung abgeschrägt ausgebildet, so daß die Vorrichtung längs ihrer Außenseite höher als längs ihrer Innenseite ist. Ferner ist beabsichtigt, daß die Fläche 808 zusätz­ lich zu der seitlichen Abschrägung geringfügig in ihrer Länge konkav ausgebildet ist, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

Durch die Abschrägung der Fläche 808 der Vorrichtung 800 sowohl längs ihres Erstreckungsbogens als auch in seit­ licher Richtung ergeben sich Vorteile. Während der Kom­ pression und der Expansion bewegt sich ein Schrauben­ feder einer Fahrzeugaufhängung nicht längs einer echten axialen Linie. Abhängig von der Beanspruchung, der sie während der Kompression ausgesetzt ist, hat die Feder vielmehr eine Tendenz, sich zu krümmen. Da die Fläche 808 jedoch in seitlicher Richtung abgeschrägt ist, übt die Vorrichtung beim Zusammendrücken der Feder und beim Einwirken der Fläche auf die angrenzende Federwindung seitliche oder radiale Kräfte auf die Feder aus, die die Tendenz haben, die Feder auf eine axiale Bewegungsbahn einzugrenzen, so daß eine angemessene Nachgiebigkeit ver­ fügbar ist, eine Beanspruchung der Feder zu vermeiden und Seitenbelastungskräfte auf die übrigen Komponenten der Aufhängung zu beseitigen. Wegen der Abschrägung der Vorrichtung in Richtung ihrer bogenförmigen Erstreckung wird bei einem ausreichenden Zusammendrücken der Feder ein allmählicher und progressiver Kontakt zwischen der Fläche 808 und der angrenzenden Windung sowohl in seit­ licher Richtung als auch in Bogenrichtung erzielt, so daß die Vorrichtung nicht nur das Krümmen der Feder steuert, sondern auch zu einer progressiven Verstärkung des Wider­ standes der Feder gegen ein weiteres Zusammendrücken führt, damit die Feder versteift wird und das Fahrver­ halten des Fahrzeugs verbessert wird, wenn scharf um die Kurve gefahren wird oder dergleichen, ohne daß die ge­ samte Fahrsteifigkeit des Fahrzeugs merklich erhöht wird.

Die in den Fig. 6 bis 9 dargestellte Ausführungsform der Abstandsvorrichtung 900 erstreckt sich ebenfalls über einen Bogen von etwa 360°. Eine Unterfläche der Vorrich­ tung weist eine konkave Ausnehmung 902 in ihrer gesamten Länge auf, damit das Anbringen der Vorrichtung an einer Windung einer Schraubenfeder mit Hilfe von Verdrillstrei­ fen erleichtert wird, die in radial verlaufenden Kanälen 904 aufgenommen werden. Bei dieser Anbringung nimmt die Vorrichtung eine schraublinienförmige Gestalt an. Die Vorrichtung weist eine obere Fläche 906 auf, die in ihrer Bogenlänge von einem Ende zum anderen abgeschrägt ist, so daß die Vorrichtung von einem Ende zum anderen eine fortlaufend kleiner werdende Höhe hat. Die obere Fläche 906 ist jedoch nicht in ihrer gesamten Länge in radialer Richtung abgeschrägt, sondern sie weist einen verdünnten Bereich 908 mit begrenzter Bogenlänge auf, der in radialer Richtung abgeschrägt ist, so daß längs dieses verdünnten Bereichs die Vorrichtung an ihrer Außenseite eine größere Höhe als an ihrer Innenseite hat.

Beim Anbringen an einer Feder einer Kraftfahrzeugauf­ hängung wird die Vorrichtung vorteilhafterweise so ange­ ordnet, daß der verdünnte Bereich 908 gegen die Fahrzeug­ seite oder gegen den Achsschenkelbolzen oder auch gegen die Versteifungsplatte der Aufhängung gerichtet ist. Dadurch kann der außenliegende höhere Punkt des verdünnten Bereichs bei einem ausreichenden Zusammendrücken der Feder die Federwindung berühren, die der Windung benachbart ist, auf der die Vorrichtung angebracht ist, bevor der innen­ liegende Abschnitt des verdünnten Bereichs die Windung berührt, so daß keine übermäßige Beanspruchung der Feder auftritt und das Fahrzeug ein besseres Übergangsverhalten und kleinere Schaukelwinkel hat, ohne daß die Feder über­ mäßig versteift wird. Da die Vorrichtung von einem Ende zum anderen in Bogenrichtung abgeschrägt ist, ergibt sich eine sehr gleichmäßige und progressive Vergrößerung der Steifigkeit oder des Widerstandes der Feder gegen ein weiteres Zusammendrücken.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Verwendung mit einer Schraubenfeder einer Fahrzeugaufhängung, gekennzeichnet durch einen federnden Körper (800), der zwischen zwei benachbarten Windungen der Schraubenfeder (803) angebracht ist, so daß er bei ausreichendem Druck auf die Schraubenfeder (803) auf die Windungen einwirkt und den Widerstand der Schraubenfeder (803) gegen ein weiteres Zusammendrücken erhöht, so daß dadurch die Fahrzeugaufhängung steifer wird, einem Mittel (804) zum Befestigen einer Seite (802) des Körpers (800) an einer der Windungen, so daß die an­ dere Seite des Körpers (808) zur anderen Windung hin gerichtet ist, von dieser jedoch im Abstand liegt, damit begrenzte Werte der Federkompression erhalten werden, wobei der Körper (800) schraubenlinienförmig ist und die andere Seite des Körpers eine Fläche (808) bildet, die längs des Körpers (800) allgemein zunehmend schräg von einem Ende des Körpers (800) zum anderen hin verläuft, so daß der Körper (800) zwischen den Windungen von einem Ende zum anderen fortlaufend dünner wird, wobei diese Fläche (808) auch in seitlicher Richtung radial zu einer Mittelachse des schraubenlinienförmigen Körpers (800) hin längs wenigstens eines Teils der Länge des Körpers (800) fortlaufend abgeschrägt verläuft, so daß der Körper (800) wenigstens längs eines Abschnitts seiner Länge von seiner radial äußersten Seite zu seiner radial innersten Seite hin fortlaufend dünner wird, wodurch der Körper (800) bei einem ausreichenden Zusammendrücken der Schraubenfe­ der (803) den Widerstand der Schraubenfeder (803) gegen ein weiteres Zusammendrücken fortlaufend erhöht und auf die Schraubenfeder (803) Kräfte ausübt, die einem seit­ lichen Krümmen der Schraubenfeder (803) entgegenwirken und die Tendenz haben, die Schraubenfeder (803) auf eine Kompression längs eines axialen Wegs einzuschränken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper längs seiner gesamten Länge in seitlicher Richtung abgeschrägt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung in seitlicher Richtung nur über einen Teil der Länge des Körpers (800) vorliegt und einen ver­ dünnten Bereich (908) an der Fläche (906) festlegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (808) des Körpers (800) über die gesamte Länge des Körpers (800) im radialen Querschnitt im wesent­ lichen eben verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (808) des Körpers (800) in der gesamten Länge des Körpers (800) im radialen Querschnitt konkav verläuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch radial verlaufende Kanäle (806) in der Fläche (808) des Körpers (800), wobei die Befestigungsmittel aus Verdrillstreifen (804) bestehen, die in Kanälen (806) aufgenommen sind und sich um die eine Windung erstrecken, wobei die Kanäle (806) die Verdrillstreifen (804) gegen eine Berührung durch die andere Windung schützen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (800) längs seiner Länge in einer Seiten­ fläche eine konkave Ausnehmung (802) aufweist, die das Anbringen des Körpers (800) an der einen Windung erleich­ tert.