DE60121106T2

DE60121106T2 - Verrringerung der Schwankungsbreite bei der Höhe von Schraubenfedern unter Belastung

Info

Publication number: DE60121106T2
Application number: DE60121106T
Authority: DE
Inventors: Joe Brighton Fader; Chris Troy Keeney; Jim Madison Hawkins; Mark Clements; Steve Troy Yollick
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Current assignee: MSSC US
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: EP1191249A3; ES2267687T3; DE60121106D1; EP1191249A2; US6481702B1; EP1191249B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung beinhaltet ein Verfahren, mit dem Schraubenfedern unter Last an Isolatoren veränderlicher Höhe montiert werden, um eine konstantere Bauhöhe insgesamt bereitzustellen.
Schraubenfedern werden in Fahrzeugaufhängungssystemen an verschiedenen Stellen und für verschiedene Funktionen verwendet. Es können Federn verwendet werden, um das Fahrzeuginnere gegen Bodenwellen, Schlaglöcher, Bodenunebenheiten und sonstige Hindernisse in der Fahrbahn zu isolieren. Im Allgemeinen bieten Federn in einer Aufhängung einen Dämpfungseffekt und ein angenehmeres Fahrgefühl für die Insassen.
Aufhängungsschraubenfedern, die normalerweise in großen Fahrzeugen verwendet werden, haben außerdem in der Regel einen großen Durchmesser und eine große Höhe. Bei Federn gibt es immer mögliche Fertigungstoleranzen oder Unregelmäßigkeiten. Je größer die Feder, umso größer die mögliche Unregelmäßigkeit beim Herstellungsverfahren.
Schraubenfedern werden normalerweise aus Stahldraht hergestellt. Egal wie eng die Fertigungstoleranzen bei dem Herstellungsverfahren gesteuert werden, kann die Gesamthöhe der Feder doch schwanken. Eine übliche Schwankung ist die Federhöhe unter einer gegebenen Last. Das heißt, zwei zusammen hergestellte Federn können jeweils eine individuelle Reaktion auf eine bestimmte Last haben, die die Höhe der Feder verändert. Die Fahrzeughersteller würden sich eine konstante Höhe unter einer gegebenen Last wünschen. Die Federn unterschiedlicher Höhe machen dies jedoch schwierig. Die verschiedenen Federhöhen können sich auf andere Bauteile auswirken, indem zum Beispiel der Rahmen zu weit herunter oder zu weit hinauf bewegt wird.
Ein derzeit übliches Verfahren, mit dem der Schwankung der Schraubenfederhöhe unter Last Rechnung getragen wird, besteht darin, jede Feder unter einer gegebenen Last zu messen und zu testen. Nachdem jede Feder getestet ist, wird eine Toleranzhöhe eingestellt. Federn, die der erforderlichen Toleranz unter Last nicht genügen, werden nicht verwendet. Die Federn können in Kategorien eingeteilt und nach der Lasthöhe (d.h. niedrig, mittel, hoch) gruppiert werden. Federn einer Gruppe werden bei einem Fahrzeug so verwendet, dass die Reaktion der Federn auf das Fahrzeug wenigstens etwas konstant ist. Dieses Verfahren ist mühsam und zeitraubend.
Die US-A-2,610,847 offenbart eine Schraubenfeder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILE
Diese Erfindung beinhaltet allgemein Verfahren zum Steuern der Veränderlichkeit der Traghöhe bei Schraubenfedern, die in einem Fahrzeugaufhängungssystem verwendet werden. Bei den Verfahren werden Federn unter Last gesetzt, und dann wird ein Isolator an der Feder montiert. Die Isolatoren haben verschiedene Höhen, um die unterschiedlichen Federhöhen zu kompensieren. Isolator und Feder werden dann in die Aufhängung eingebaut. Isolatoren können am oberen Ende, am unteren Ende oder sowohl am oberen als auch am unteren Ende der Feder montiert werden.
Es können verschiedene Verfahren zum Anformen der Feder an den Isolator verwendet werden. Die Federn können in Formen mit einer voreingestellten Abmessung in dem Formhohlraum angeordnet werden, um den Isolator darzustellen. Der Formhohlraum kann außerdem verstellbar sein, so dass eine einzige Form verwendet werden kann, um den Isolator an die Feder anzuformen. In einer Form mit einem verstellbaren Formhohlraum wird die Feder unter einer Last angeordnet, und die Höhe des Formhohlraums wird eingestellt. Durch das Einstellen des Formhohlraums auf die gewünschte Position wird eine konstante Gesamthöhe sichergestellt, wenn Feder und Isolator unter Last zusammengebaut werden. Alternativ können die Isolatoren getrennt von den Federn ausgebildet und dann der Feder hinzugefügt werden.
Durch das Anbringen von Isolatoren an der Feder wird eine konstantere Traghöhe jeder Baugruppe aus Feder und Isolator insgesamt sichergestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht ersichtlich, da diese anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich wird; in den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Aufhängungssystems, das eine Schraubenfeder mit Isolatoren enthält;
2 eine schematische Ansicht, in der die unterschiedlichen Traghöhen von zwei dieselbe Last tragenden Federn dargestellt sind;
3 eine schematische Ansicht von Federn, die an Isolatoren montiert sind;
4 eine schematische Ansicht eines Isolators,
5 eine graphische Darstellung der Verteilung der gemessenen Traghöhen von Schraubenfedern;
6 eine schematische Ansicht von Schraubenfedern unter Last, wobei der eine Isolator eine veränderliche Basishöhenabmessung hat und die gesamte Traghöhe im zusammengebauten Zustand konstant ist;
7A eine schematische Ansicht von Schraubenfedern aus Gruppe A, die in einer Form angeordnet sind, wobei der Formhohlraum eine große Basishöhe hat;
7B eine schematische Ansicht von Schraubenfedern aus Gruppe B, die in einer Form angeordnet sind, wobei der Formhohlraum eine geringe Basishöhe hat; und
8 eine schematische Ansicht einer Form, die einen beweglichen Basisabschnitt in dem Formhohlraum hat, während die Feder unter Last steht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche oder entsprechende Teile. Ein Fahrzeugaufhängungssystem ist in 1 bei 10 allgemein dargestellt. Ein Arm 11 ist an einem Fahrzeugrahmen 12 angebracht und trägt eine Achse 14. Der Arm ist an einer Schraubenfeder 16 befestigt, und Isolatoren 18 sind an den Enden der Feder 16 angebracht. Die Schraubenfeder 16 dämpft die Bewegung des Arms 11. Es versteht sich, dass das System 10 schematisch dargestellt ist. Jede Anwendung von Federn 16 in einer Fahrzeugaufhängung 10 würde in den Rahmen dieser Erfindung fallen.
2 veranschaulicht ein Problem bei der Herstellung von Schraubenfedern 16, das bei 20 allgemein dargestellt ist. Zwei Schraubenfedern 16 sind unter einer Last 21 dargestellt, die bei beiden Federn 16 identisch ist. Die Federn 16 können nach denselben Spezifikationen hergestellt sein, und die Federn 16 können aus derselben Charge stammen. Die Höhenabmessung der Federn 16 unter einer Last 21, die nachfolgend als Traghöhenabmessung 22 bezeichnet wird, zeigt sich als unterschiedlich. Der Unterschied in der Traghöhenabmessung 22 bei scheinbar identischen Federn 16 ist, unter derselben Last 21, darauf zurückzuführen, dass es bei jeder Feder 16 Schwankungen geben kann.
3 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung der Anmelderin. Es sind Isolatoren 18 mit veränderlichen Basishöhenabmessungen 19 vorgesehen. Die Isolatoren 18 können am oberen Ende 23, am unteren Ende 24 oder sowohl am oberen als auch am unteren Ende 23, 24 der Schraubenfeder 16 verwendet werden, um eine konstantere Traghöhenabmessung 22 insgesamt zu erreichen. Eine Gesamthöhenabmessung 29 ist die Höhe der Feder 16 und der Isolatoren 18 zusammen unter einer Last 21. Aufgrund der Verwendung verschiedener Isolatoren 18 kann die gesamte Bauhöhenabmessung 29 relativ gleich gehalten werden.
Ein Isolator 18 ist in 4 dargestellt und hat eine Basis 25 mit einer Unterseite 27 und einer Oberseite 28. Eine Basishöhenabmessung 19 ist zwischen den Flächen 27, 28 definiert. Ein kreisrunder Vorsprung 32 ragt aus der Oberseite 28 der Basis 25 und passt in die Mitte 34 der Schraubenfeder 16.
Gemäß 3 nun wiederum wird nach der Herstellung jeder Feder eine Last 21 auf dem oberen Ende 22 der Schraubenfeder 16 angeordnet, und es wird die Höhenabmessung der Schraubenfeder 16 unter der Last 21 gemessen. Die Last 21 ist bei jedem Test konstant. Für die gemessene Traghöhe ist ein Toleranzbereich eingestellt. Wenn die Traghöhe außerhalb des Toleranzbereichs liegt, kann die Feder 16 aussortiert werden. Die Federn 16 können dann in eine Gruppe von Federn mit dem hohen Ende und eine Gruppe von Federn mit dem niedrigen Ende unterteilt werden. Natürlich können auch mehr als zwei getrennte Gruppen definiert werden.
In 5 ist ein auf einer X, Y-Achse aufgetragener Bereich 38 von Traghöhendaten allgemein dargestellt. Eine Verteilung 44 der dargestellten Traghöhendaten der Schraubenfeder wird normalerweise glockenförmig sein. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Populationsinformation verwendet. Es wird ein Mittelwert der Traghöhenverteilung 44 berechnet. Nach Berechnung des Mittelwerts werden die Federn in zwei Gruppen unterteilt. Eine Gruppe enthält Federn, die unter dem Mittelwert liegen. Für die Zwecke von 5 ist diese Gruppe als Gruppe A dargestellt. Eine weitere Gruppe enthält Federn, die über dem Mittelwert liegen, dargestellt als Gruppe B. Bei diesem Verfahren sind die Daten der Traghöhenabmessung 22 in zwei Gruppen unterteilt. Die Daten können jedoch nach dem folgenden Verfahren in jede beliebige Zahl von Gruppen unterteilt werden.
Gemäß 6 sind die Schraubenfedern 16 aus Gruppe B an Isolatoren 18 mit einer vorbestimmten Basishöhe X montiert. Die Schraubenfedern 16 aus Gruppe A sind an Isolatoren 18 mit einer Basishöhe X plus 0,5 multipliziert mit dem Bereich 38 montiert (siehe 5). Der Wert für den Bereich 38 wird als akzeptable Spanne für die gemessenen Traghöhenwerte der Schraubenfeder 16 ermittelt. Das heißt, der Bereich 38 muss nicht alle Daten enthalten, sondern kann die extremen Proben begrenzen. Die zusätzliche Höhe der bei den Federn der Gruppe A verwendeten Isolatoren 18 macht die kombinierte Höhe der Federn 16 und Isolatoren 18 konstanter.
Die obigen Ausführungsformen werden in Verbindung mit getrennt ausgebildeten Isolatoren 18 erläutert, die an der Schraubenfeder 16 montiert sind. Dieselbe Erfindung kann durch Anformen der Isolatoren 18 an die Federn 16 erreicht werden.
Bei einer weiteren, in 7A und 7B allgemein dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die Schraubenfeder 16 in eine Form 56, 57 eingesetzt, nachdem die Traghöhe der Feder 16 gemessen wurde. Der Formhohlraum 58 würde dieselbe Form wie ein Isolator (nicht dargestellt) haben. Gemäß 7A wird eine Feder 16 mit einer geringeren Traghöhe in einer Form 56 mit einem größeren Basishöhenabschnitt 19 in dem Formhohlraum 58 angeordnet. Gemäß 7B wird eine Feder 16 mit der größeren Traghöhe in einer Form 57 in dem Formhohlraum 58 mit einer kürzeren Basishöhe 19 angeordnet. Elastomeres und/oder polymeres Material wird in die Formen 56, 57 eingespritzt, und die Schraubenfeder 16 und der Isolator 18 werden zu einer einstückigen Baugruppe. Außerdem können mehr als zwei verschiedene Formen 56, 57 und Formhohlräume 58 verwendet werden, um die Toleranz bezüglich der gesamten zusammengebauten Traghöhenabmessung 29 weiter zu reduzieren (d.h. die Federn und Formen könnten weiter in kleine, mittlere und große Höhen etc. unterteilt werden).
Ein weiteres Verfahren zur Bildung eines Isolators (nicht dargestellt) ist in 8 bei 80 schematisch dargestellt. Bei diesem Verfahren wird eine einzige Form 60 und ein einziger verstellbarer Formhohlraum 58 verwendet. Eine Feder 16 wird in der Form 60 angeordnet und einer Last 21 unterworfen. Der veränderliche Formhohlraum 58 enthält eine Platte 59, die durch Schieben eines Kolbens 62 verstellt wird. Der Kolben 62 und die Platte 59 stellen zusammen die Basishöhenabmessung 19 des Formhohlraums 60 ein. Eine konstante Höhe kann daher erreicht werden, wenn die Feder 16 unter einer Last 21 steht. Es versteht sich, dass die Ausführungsform von 8 nur dieses Verfahren schematisch darstellt. In der Tat würde die Last 21 vorzugsweise auf das Ende der zu der Platte 59 gehörigen Feder aufgebracht. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Formtechnik wäre in der Lage, eine entsprechende Form zu entwickeln.
Bei der Ausführungsform von 8 kann die kombinierte Höhe jeder Feder und jedes Isolators gleich gemacht werden. Bei den früheren Ausführungsformen wird einfach die kombinierte Höhe innerhalb der inkrementellen Toleranzen der verschiedenen Isolatorgrößen angeglichen. Die Erfindung wurde beispielhaft beschrieben, und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie im Sinne einer Beschreibung und nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Wenngleich die erfindungsgemäße Variation durch Verändern der Isolatoren erreicht wird, können selbstverständlich auch andere Abstandshalter dieselbe Variation ergeben.

Claims

Verfahren zum Steuern der Veränderlichkeit der Traghöhe bei Schraubenfedern, die in einem Fahrzeugaufhängungssystem verwendet werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a.) Herstellung einer Feder (16) mit einer bestimmten Höhenänderung in Reaktion auf eine bestimmte Last (21), b.) Herstellung von Isolatoren (18) mit verschiedenen Höhen und Verbinden eines bestimmten Isolators einer gegebenen Höhe mit einer bestimmten Feder, je nach der Höhe der Feder, c.) Zusammenbauen der Feder und der Isolatoren, und d.) Einbau der Feder und der Isolatoren in eine Aufhängung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) dadurch erreicht wird, dass die Feder in eine Form (56, 57) gelegt wird und der Isolator in der Form auf der Feder geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Höhenabmessung des Isolators in der Form auf eine bestimmte Abmessung geändert wird, um eine konstante, kombinierte Höhe aus Feder und Isolator sicherzustellen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens zwei Arten von Formen verwendet werden, je nach der gemessenen Höhe der Federn.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Federn in mindestens zwei Gruppen unterteilt werden, wo Federn mit einer kleineren Traghöhe in einen ersten Formhohlraum (58) mit einer größeren Abmessung der Basishöhe angeordnet werden und Federn mit einer größeren Traghöhe in einen zweiten Formhohlraum (58) mit einer kleineren Abmessung der Basishöhe angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Mittelwert der Federhöhen für eine Last ermittelt wird und ein Unterschied zwischen einer Basishöhe in der ersten und der zweiten Form auf den Mittelwert bezogen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Isolatoren getrennt von den Federn hergestellt und dann den Federn hinzugefügt werden.
Schraubenfederbaugruppe für ein Fahrzeugaufhängungssystem (10), mit: einer Schraubenfeder (16), die sich zwischen zwei Enden erstreckt und mindestens einen Isolator (18) aufweist, der an einem der Enden der Feder angeordnet ist; wobei die Feder eine bestimmte Höhenänderung in Reaktion auf eine Last hat und der Isolator eine Höhe je nach der Höhenänderung der Feder hat; und wobei die Feder und der Isolator in einem Fahrzeugaufhängungssystem angeordnet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator an die Feder angeformt ist.
Schraubenfederbaugruppe für ein Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 8, wobei der Isolator so dimensioniert ist, dass sichergestellt ist, dass die Baugruppe aus Feder und Isolator in Kombination eine voreingestellte Höhe erreicht.
Schraubenfederbaugruppe für ein Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Isolatoren getrennt hergestellt und an der Feder montiert werden.