DE3631610A1 - Luftgefederte federbeinanordnung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftgefederte Federbeinanordnung für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie beispielsweise aus den DE-OS 21 00 338 bekannt ist.

Eine Federbeinanordnung für Kraftfahrzeuge, deren Teleskopstoßdämpfer in seinem oberen Bereich über seine Kolbenstange mit dem Fahrzeugaufbau oder dergleichen beweglich und in seinem unteren Bereich über sein Dampfrohr an einem Radträger starr befestigt ist, ist bekanntlich (z. B. Reimpell "Fahrwerktechnik" 2, 1975, Seiten 117 bis 122) i. a. einem von der Radaufstandskraft erzeugten Biegemoment ausgesetzt, durch welches die Kolbenstange je nach ihrer Länge und ihrem Querschnitt mehr oder weniger stark verbogen wird. An der Kolbenstangenführung sowie am Kolben sind dabei Querkräfte wirksam, welche entsprechende Klemm- und Reibungskräfte im Stoßdämpfer bewirken, die das Ansprechen des Stoßdämpfers und der Federung bei kleineren Fahrbahnunebenheiten erschweren oder sogar verhindern, wodurch der Fahrkomfort verschlechtert wird, da die Fahrbahnstöße dann ungefedert bzw. ungedämpft auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden.

Es ist bekannt (z. B. DE-PS 14 30 586, DE-OS 15 05 615, Reimpell s. o.), bei Federbeinen mit Schraubenfedern diese störenden Mängel dadurch zu verringern oder zu beseitigen, daß die Schraubenfeder so weit nach außen verschoben oder aber derart schräggestellt wird, daß die Verlängerung ihrer Längsachse (Wirklinie der Federkraft) möglichst den Schnittpunkt zwischen der Wirkungslinie der Radaufstandskraft und der Wirkungslinie des unteren Federbein-Querlenkers trifft.

In gleicher Weise ist es theoretisch auch möglich, bei Federbeinanordnungen mit den Teleskop-Stoßdämpfer umschließenden Luftfedern vorzugehen. So ist beispielsweise aus der DE-OS 21 00 338 eine luftgefederte Federbeinanordnung für Kraftfahrzeuge bekannt, deren Luftfederbalg so um den oberen Teil des Stoßdämpfers herum angeordnet ist, daß sich sein unterer, nach innen eingeschlagener Teil an einer am Stoßdämpferaußenrohr befestigten besonderen Führungseinrichtung abstützt und dort befestigt ist, während der obere Teil zusammen mit der Stoßdämpferkolbenstange beweglich mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Bei dieser bekannten Federbeinanordnung ist die am Stoßdämpferaußenrohr befestigte Führungseinrichtung, auf welcher der Rollbalg beim Ein- und Ausfedern abrollt, derart angeordnet und in seiner Außenkontur ausgebildet, daß sich in jedem Ein- und Ausfederpunkt die Wirkungslinie der Luftfederkraft und die Wirkungslinie der Radaufstandskraft mit der Wirkungslinie der Kraft im unteren Querlenker der Federbeinanordnung möglichst in einem Punkt schneiden.

Die zur Führung des Rollbalges verwendete besondere Führungseinrichtung benötigt hierzu eine unter Umständen recht komplizierte Außenkontur und muß generell schräg zur Stoßdämpferachse am Stoßdämpferrohr befestigt werden, was einen entsprechend großen Außendurchmesser der Luftfeder bedingt und damit vergleichsweise viel Bauraum zur Unterbringung der Luftfeder erfordert. Größere Durchmesser bewirken aber auch größere Federkräfte und damit größere Federkonstanten, so daß die gewohnte und gewünschte Federweichheit häufig nur schwer zu realisieren ist.

Ausgehend von einer luftgefederten Federbeinanordnung für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, diese zwecks Verbesserung des Federungs- und Dämpfungskomforts so auszubilden, daß die Kolbenstange von den durch die Radaufstandskräfte bedingten Biegemomenten zumindest weitgehend entlastet wird, ohne für die Unterbringung der Federbeinanordnung mehr Bauraum als allgemein üblich zu benötigen und ohne vergleichsweise komplizierte Führungseinrichtungen verwenden zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist also das Luftfedergehäuse am Fahrzeugaufbau biege- bzw. winkelsteif befestigt und der Rollbalg derart asymmetrisch ausgebildet und am Stoßdämpferrohr befestigt, daß eine durch die Rollbalgfalte gelegte - fiktive - Ebene nicht wie sonst üblich senkrecht zur Luftfederlängsachse verläuft, sondern die Dämpfer- und die Luftfederlängsachse unter einem von 90°C abweichenden Winkel schneidet; dabei ist die Ebene der Rollbalgfalte räumlich derart geneigt, daß der der Kolbenstangenführung axial am nächsten liegende Bereich der Rollbalgfalte auch die durch die Radaufstandskraft hervorgerufene Querkraft an der Kolbenstangeführung angreift.

Durch diese Maßnahmen wird am Stoßdämpferrohr eine zusätzliche Querkraft zur Wirkung gebracht, welche der an der Kolbenstangenführung angreifenden Querkraft kompensierend entgegenwirkt und somit die querkraftbedingten komfortmindernden Reibkräfte verringert. Die Größe der zusätzlichen Querkraft hängt insbesondere von der gewählten Neigung der Rollbalgfaltenebene, d. h. von der Neigung der sogenannten wirksamen Fläche der Luftfeder zur Stoßdämpferachse ab.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in zum Teil schematischer Darstellung

Fig. 1 die Ansicht einer Federbein-Radaufhängung mit den am Federbein angreifenden Querkräften, in Fahrzeuglängsrichtung gesehen,

Fig. 2 den aufbauseitigen oberen Teil einer luftgefederten Federbeinanordnung gemäß der Erfindung im Schnitt und

Fig. 3 eine schematisierte Detailansicht der Federbeinandordnung in Richtung des Pfeils III in Fig. 2.

Das Federbein 2 der in Fig. 1 dargestellten Federbeinanordnung für Kraftfahrzeuge besteht in üblicher Weise aus einem hydraulischen Teleskop-Stoßdämpfer und einer den oberen Teil des Teleskop-Stoßdämpfers umschließenden Feder, die jedoch nicht weiter dargestellt ist. Der Teleskop-Stoßdämpfer besteht in üblicher Weise aus einem Stoßdämpfer- oder Behälterrohr 6, an dem ein das Rad 5 tragender Radzapfen 18 starr befestigt ist, sowie einem Kolben 16, dessen Kolbenstange 3 gelenkig am Fahrzeugaufbau 1 angelenkt ist. Die Kolbenstangenführung ist mit 15 beziffert. Vervollständigt wird die Federbeinanordnung durch einen unteren Querlenker 4, der mit seinem einen Ende am Fahrzeugaufbau 1 und mit seinem anderen Ende am Federbein 2 schwenkbar angelenkt ist.

In den Fällen, in denen - wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - das radseitige Querlenkerlager 19 nicht zusammenfällt mit dem Schnittpunkt 5 zwischen der Wirkungslinie der Radaufstandskraft F _Z und der Wirkungslinie des unteren Querlenkers 4, wenn also ein Hebelarm a vorliegt, treten am oberen Federbeinlager eine Querkraft F _{Q 1} und an der Kolbenstangenführung 15 sowie am Kolben 16 die Querkräfte F _{Q 2} bzw. F _{Q 3}, durch welche die Kolbenstange auf Biegung beansprucht wird. Die an der Kolbenstangenführung 15 sowie am Kolben wirkenden Querkräfte F _{Q 2} bzw. F _{Q 3} erzeugen Reibkräfte, welche bei kleineren Fahrbahnunebenheiten das Ansprechen der Fahrzeugfederung an sich erschweren.

Bei einer luftgefederten Federbeinanordnung gemäß der Erfindung sind nun Vorkehrungen getroffen, durch welche diese komfortmindernden Reibkräfte in einfacher Weise abgebaut bzw. beseitigt werden.

Eine luftgefederte Federbeinandordnung gemäß der Erfindung besitzt - wie in Fig. 2 erkennbar - eine den oberen Teil des Teleskop-Stoßdämfers umschließende Luftfeder, deren Luftfedergehäuse 7 biege- bzw. winkelsteif am Fahrzeugaufbau 1 befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Federbein eines gelenkten Fahrzeugrades dargestellt; in diesem speziellen Fall ist das Luftfedergehäuse 7 am Fahrzeugaufbau 1 nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 11 angelenkt, das derart ausgerichtet ist, daß das Luftfedergehäuse - beim Einschlagen des Rades - um die Spreizachse 13 drehbar ist.

Am unteren Ende des Luftfedergehäuses 7 ist ein die Luftfeder nach außen abschließender Rollbalg 8 befestigt, der mit seinem anderen Ende unter Bildung einer Rollbalgfalte 17 am Stoßdämpferrohr 6 befestigt ist. Angedeutete Befestigungsschellen sind mit 9 und 10 beziffert.

Im Gegensatz zu üblichen Anordnungen ist der Rollbalg 8 derart asymmetrisch ausgebildet und am Stoßdämpferrohr 6 befestigt, daß die wirksame Rollbalgfläche zur Luftfeder- und zur Dämpferlängsachse 14 geneigt verläuft, d. h. derart, daß eine durch die Rollbalgfalte 17 gelegte fiktiven Ebene die Dämpfer- und die Luftfederlängsachse 14 unter einem von 90° abweichenden Winkel schneidet.

Durch die asymmetrische Ausbildung und Befestigung des Rollbalgs 8 am Stoßdämpferrohr 6 wird eine auf das Dämpferrohr 6 wirkende zusätzliche Querkraft F _{Q 4} erzeugt, da im Bereich der schrägverlaufenden Rollbalgfalte 17 lediglich über einen Teil des Umfangs des Stoßdämpferrohrs 6 radiale Druckkräfte der Luftfeder angreifen. Wie in Fig. 2 angedeutet, läßt sich die vom schrägverlaufenden Rollbalgteil umschlossene Umfangsfläche des Stoßdämpferrohrs 6 schematisch etwa in eine erste Ringfläche A und eine nur entlang dem halben Umfang erstreckende zweite Fläche B unterteilen. Währen die an der Ringfläche A wirksamen Druckkräfte sich aufgrund der symmetrischen Verhältnisse kompensieren, erzeugt der auf die Fläche B wirkende Druck der Luftfeder eine resultierende Kraft, die - wie in der Ansicht gemäß Fig. 3 angedeutet - in der Mitte der Fläche B als Querkraft F _{Q 4} angreift. Die als Reaktionskraft an der äußeren Rollbalgwandung angreifende Querkraft F _QB wird über das Luftfedergehäuse 7 - mit dem Hebelarm h - in den Fahrzeugaufbau 1 eingeleitet.

Die Neigung der durch die Rollbalgfalte 17 gelegten Ebene ist nun räumlich derart geneigt angeordnet, daß der der Kolbenstangenführung 15 axial am nächsten liegende Bereich der Rollbalgfalte gerade in einem Umfangsbereich des Stoßdämpferrohrs liegt, in welchem auch die durch die Radaufstandskraft F _Z hervorgerufene Querkraft F _{Q 2} an der Kolbenstangenführung 15 angreift. Im gewählten Ausführungsbeispiel, in dem an der Kolbenstangenführung 15 eine von der Fahrzeugaußenseite zur Fahrzeuginnenseite hin gerichtete Querkraft F _{Q 2} angreift, ist die durch die Rollbalgfalte 17 gelegte Ebene also so geneigt, daß der der Kolbenstangenführung 15 axial am nächsten liegende Bereich der Rollbalgfalte radseitig, in Fig. 2 also links, liegt, so daß die zusätzliche Querkraft F _{Q 4} von der Fahrzeuginnenseite zur Fahrzeugaußenseite hin gerichtet ist und somit der Querkraft F _{Q 2} kompensierend entgegengerichtet ist. Die Größe dieser zusätzlichen Querkraft und damit ihre die Reibung an der Kolbenstangenführung 15 mindernde Wirkung hängt u. a. von der Neigung der durch die Rollbalgfalte 17 gelegten Ebene ab. Im allgemeinen wird die räumliche Lage und Neigung der Rollbalgfalte 17 so gewählt werden, daß die zusätzliche Querkraft F _{Q 4} die Querkraft F _{Q 2} an der Kolbenstangenführung 15 in der Konstruktionslage gerade vollständig kompensiert.

Die erfindungsgemäße asymmetrische Ausbildung und Anbindung des Rollbalges kann natürlich auch bei solchen Federbeinanordnungen in sinngemäßer Weise eingesetzt werden, in denen das radseitige Querlenkerlager 19 so weit nach außen gelegt ist, daß er links vom Schnittpunkt Szu liegen kommt und die an der Kolbenstangenführung 15 wirksame Querkraft F _{Q 2} nicht nach innen, sondern nach außen gerichtet ist. Bei einer solchen Anordnung muß dann die durch die Rollbalgfalte 17 gelegte Ebene nicht wie in Fig. 2 von der Fahrzeugaußenseite zur Fahrzeuginnenseite hin geneigt, sondern von der Fahrzeuginnenseite zur Fahrzeugaußenseite hin geneigt verlaufen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Vollständigkeit halber noch angedeutet, daß die Kolbenstange 3 aufbauseitig in einem Gummilager 12 aufgenommen ist, wodurch beim Ein- und Ausfedern auftretende Sturzbewegungen des Rades, und damit des Teleskopstoßdämpfers, ausgeglichen werden.

Bei der vorgeschlagenen luftgefederten Federbeinanordnung rollt der Rollbalg 8 beim Ein- und Ausfedern in gewohnter Weise unmittelbar auf dem Stoßdämpferrohr 6 ab. Eine besondere Führungseinrichtung o. ä. ist hier für nicht vorgesehen. Der Durchmesser der Luftfeder und damit der benötigte Bauraum entspricht üblichen Abmessungen.

Claims (2)

1. Luftgefederte Federbeinanordnung für Kraftfahrzeuge mit einem Teleskopstoßdämpfer und mit einer diesen umschließenden Luftfeder, deren die Luftfeder nach außen abschließender Rollbalg einenends an einem mit dem Fahrzeugaufbau in Verbindung stehenden Luftfedergehäuse und anderenends am Stoßdämpferrohr befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftfedergehäuse (7) am Fahrzeugaufbau (1) biege- bzw. winkelsteif befestigt ist und daß der Rollbalg (8) am Stoßdämpferrohr (6) derart asymmetrisch befestigt ist, daß eine durch die Rollbalgfalte (17) gelegte - fiktive - Ebene schräg zur Dämpfer- und zur Luftfederlängsachse (14) verläuft.

2. Luftgefederte Federbeinachse nach Anspruch 1 für gelenkte Fahrzeugräder, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftfedergehäuse (7) biege- bzw. winkelsteif, aber um die Spreizachse (13) drehbar am Fahrzeugaufbau (1) befestigt ist.