DE8607361U1

DE8607361U1 - Elastisch verformbares Element, verwendbar als Anschlag bei einer Motorfahrzeug-Aufhängung

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Publication number: DE8607361U1
Application number: DE8607361U
Authority: DE
Original assignee: POLIPREN Srl TORINO IT
Current assignee: POLIPREN Srl TORINO IT
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-18
Publication date: 1986-05-28
Also published as: GB8606791D0; GB2172960A; GB2172960B; US4756516A; IT8553145V0

Description

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Anwaltsakte i	1376
POLIPREN S.r	, Turin

Elastisch verformbares Element, verwendbar als Anschlag bei einer Motorfahrzeug-Aufhängung

Die Erfindung betrifft ein elastisch verformbares Element aus elasto- ; merem Werkstoff mit mokrozellularer Struktur, verwendbar als Endanschlag bei einer Motorfahrzeug-Aufhängung, insbesondere bei einer
Aufhängung vom McPherson-Typ.

Aufhängungen dieser Art umfassen im wesentlichen einen Stoßdämpfer, |

dessen Gehäuse an einer Achse oder an einer Halbachse des Motorfahr- |

Zeuges angelenkt ist, und dessen Stab an einem geeigneten Bauteil '

des Motorfahrzeugkörpers selbst angelenkt ist; dabei ist eine Spiral- |

feder koaxial zum Stoßdämpfer zwischen diesem und der Fahrzeug- |

karrosserie angeordnet; ihr unteres Ende ruht auf einer entsprechenden |

Schulter, die mit dem Gehäuse des Stoßdämpfers fest verbunden ist, jj

während ihr oberes Ende an einen Sitz der Fahrzeugkarrosserie anliegt. \

Bei Aufhängungen dieser Art wird üblicherweise ein elastisch verform- ■

bares Element eingesetzt, dessen Aufgabe darin besteht, einen Endan- \

schlag für die Verformung der Aufhängung zu bilden, und das ferner j

ein geeignetes elastisches Element darstellt, wenigstens während eines j

Teiles des Verformens der Aufhängung selbst. J

Verformbare Elemente dieser Art sind normalerweise hülsenförmig.
Sie haben demgemäß eine Axialbohrung, durch welche der Stab des Stoßdämpfers hindurchgeführt ist. Das obere Ende des Stabes vermag sich
gegen einen Sitz in der Fahrzeugkarrosserie anzulegen, und das untere

Ende gelangt während des Betriebes der Aufhängung mit einer Fläche des Gehäuses des Stoßdämpfers zum Anliegen.

Es hat sich nunmehr folgendes herausgestellt: Zürn Zwecke eines einwand" freien Betriebes von Aufhängungen dieser Art muß die Gesamt-Federcharakteristik der Aufhängung selbst, also die Veränderung der durch sie in Abhängigkeit von der Axialverformung übertragenen Kraft, in einem ersten Abschnitt im wesentlichen linear verlaufen, und in einem zweiten Abschnitt nicht linear, jedoch bei einer Steifigkeit, die mit zunehmender Verformung zunimmt. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß bei einem solchen Verlauf der Fahrkomfort gleichzeitig besser wird, desgleichen die Straßenhaftung sowie eine ausgeprägtere
elastische Rückkehr der Suspension sich einstellt.

Da die oben beschriebenen verformbaren Elemente wie auch die einen Bestandteil bildenden Endanschläge gegen die Verformung der Aufhängung zusammen mit den Federn der Aufhängung selbst echte elastische Elemente bilden, müssen ihre Federcharakteristika (Veränderung der Axialkraft, die durch sie ausgeübt wird, in Abhängigkeit von ihrer Verformung) ganz genau definiert werden. Es hat sich gezeigt, daß verformbare Elemente, die zu diesem Zweck besonders geeignet sind, eine nicht ij lineare Charakteristik haben, im wesentlichen einen ersten Abschnitt t geringerer Steifigkeit sowie einen zweiten Abschnitt höherer Steifig- j keit als der vorausgegangene Abschnitt umfassend, durch eine Art
Knie voneinander getrennt. Charakteristika dieser Art lassen sich nur mit verformbaren Elementen erzielen, die eine recht komplexe
Gestalt haben. So hat ein für diesen Zweck bereits vorgeschlagenes verformbares Element einen ersten Teil, der im wesentlichen die Form einer Hülse hat, sowie einen zweiten Teil, der sich vom ersten Teil aus erstreckt und der balkförmig ausgebildet ist. Die beiden Teile j haben somit eine unterschiedliche Steifigkeit; demgemäß ist während eines ersten Teiles der Verformung der Aufhängung lediglich der zweite Teil des Verformungselementes aktiv, der ja eine geringere Steifigkeit hat, wohingegen während des verbleibenden Teiles der Verformung der Teil mit höherer Steifigkeit aktiv ist.

Veirformbare Elemente des oben beschriebenen Aufbaus haben zahlreiche Nachteile.

Zunächst ist die Herstellung aufgrund der komplexen Gestalt schwierig und erfordert entsprechend komplexe und teure Werkzeuge. Solche verformbaren Elemente haben zahlreiche Überstände, die ihre Herausnahme aus den Formen außerordentlich schwierig machen* Wegen des komplexen geometrischen Aufbaus ist auch die Zeitdauer zum Entfernen aus der

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Schließlich erzeugen die Biegekräfte aufgrund der balijartigen Geometrie kritische Zonen, die den Ermüdungswiderstand verringern; zahlreiche Teile eines verformbaren Elementes des obigen Aufbaus werden auf Biegung beansprucht und sind daher viel leichter Ermüdungsbrüchen ausgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verformbares Element der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, das die genannten Nachteile nicht aufweist. Demgemäß soll es einfach im Aufbau sein, kostengünstig herstellbar sein, keine aufwendigen Werkzeuge bei der Herstellung benötigen und von praktisch unbegrenzter Haltbarkeit sein.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.

Me Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein verformbares Element.

Die Fig. 2 und 3 sind axiale Abschnitte des verformbaren Elementes in zwei verschiedenen Ausführungsformen.

Fig. 4 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt der Aufhängung, bei welcher das verformbare Element eingesetzt wird.

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Fig. 5 stellt die Federcharakteristik einer Aufhängung mit einem verformbaren Element gemäß der Erfindung dar.

Das verformbare Element gemäß der Erfindung ist derart gestaltet, daß es an einer Motorfahrzeug-Aufhängung von der in Fig. 4 veranschaulichten Art angebracht werden kann (McPherson). Das Element umfaßt im wesentlichen einen Stoßdämpfer 1, eine Spiralfeder 2, die hierzu Und koaxial angeordnet ist öowie das verformbare Element 3 selbst. Das untere Ende des Gehäuses 4 des Stoßdämpfers ist mittels eines Bundes 5 an einer Achse oder Halbachse des Motorfahrzeugs angelenkt, während das obere Ende des Stabes 6 des Stoßdämpfers an der Fahrzeugkarrosserie 7 angelenkt ist. Die Verbindung zwischen diesem Ende und der Fahrzeugkarosserie läßt sich mit Mitteln herstellen, die in Fig. 4 veranschaulicht sind. Sie Umfassen eine Mutter 8, die auf das Gewindeende des Stabes aufgeschraubt ist, ferner einen ringförmigen Gummilagerblock 9, der zwischen einer Unterlegscheibe 10, an dem die Mutter anliegt, und der Fahrzeugkarosserie 7 angeordnet ist.

Die Feder 2 hat ein unteres Ende, das an einem mit dem Gehäuse 4 des Stoßdämpfers 1 fest verbundenen Bund 11 anliegt, sowie ein oberes Ende, das über einen Ring 12 mit der Karosserie 7 in Verbindung steht.

Durch das verformbare Element gemäß der Erfindung, das im wesentlichen hülsenförmig ist, erstreckt sich Stab 6 des Stoßdämpfers hindui«_h. Sein oberes Ende greift an einem weiteren ringförmigen Gummilagerblock 13 an, wobei eine Platte 23 zwischengefügt ist. Die axiale Länge des verformbaren Elementes 3 ist derart gewählt, daß ihr unteres Ende ■it dem Gehäuse 4 des Stoßdämpfers dann nicht in Berührung gelangt, Venn sich die Aufhängung in Ruheposition befindet; es ist jedoch in einem gssilssen Abstand vom Gehäuse selbst angeordnet, was man aus Fig. 4 sehr gut erkennen kann.

Aus den Fig. 1-3 erkennt man, daß das verformbare Element einen ersten Teil 16 umfaßt, der innen und außen durch koaxiale zylindrische Flächen 17 und 18 begrenzt ist sowie einen zweiten Teil 19 von ring-

förmiger Gestalt, koaxial zum ersten Teil, der axial von diesem hervorragt. Die Querschnittsfläche des zweiten Teiles 19, gelegt durch eine Ebene senkrecht zur Längsachse des Elementes, ist weniger als die Hälfte der Querschnittsfläche des ersten Teiles 16, gelegt durch eine eben solche Ebene. Außerdem ist die axiale Länge des zweiten Teiles 19 geringer als jenige des ersten 16. Der zweite Teil 19 ist innen und außen durch Flächen jeglicher Gestalt begrenzt, am besten aber durch konische Flächen, nämlich eine Innenfläche 21 und eine Außenfläche 22, die zum äußeren Teil des Elementes hin konvergieren. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der kleinere Durchmesser der konischen Fläche 21, der den zweiten Teil 19 innen begrenzt, größer als der Durchmesser der zylindrischen Fläche 17, die im ersten Teil 18 innen begrenzt, während der größte Durchmesser der konischen Fläche 22, der diesen zweiten Teil außen begrenzt, kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Fläche 18 ist, der den ersten Teil außen begrenzt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der kleinere Durchmesser der konischen Fläche 21, die den zweiten Teil 19 innen begrenzt, im wesentlichen gleich dem Durchmesser der zylindrischen Fläche 17, die den ersten Teil 16 innen begrenzt.

An der Übergangsstelle zwischen dem ersten Teil 16 und dem zweiten Teil 19 sind weite Verbindungen vorgesehen, die sich aus den Fig. 2 und 3 erkennen lassen. Deren Funktion besteht im wesentlichen darin, die Verformung des Elementes regelmäßiger zu gestalten, was im folgenden erklärt werden soll.

Das verformbare Element gemäß der Erfindung ist aus elastomerem Werkstoff von mokrozellularem Aufbau gefertigt, d.h., daß es geschlosseile und offene Zellen extrem kleiner Abmessungen umfaßt. Am besten nimmt man als elastomeres Material Polyurethan oder Gummi. Das Element ist mit üblichen Formtechniken für solches i;.- *rozellulare Material hergestellt, unter Verwendung von Formen, mit denen man ein solches Element formen kann.

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Das Element gemäß der Erfindung ist derart auf die Aufhängung montiert, so wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist, d.h. durch Einführen des Stabes 6 des Stoßdämpfers der Aufhängung in das Innere der Ausnehmung des Elementes selbst sowie dadurch, daß das obere Ende des Elementes mit dem ringförmigen Lager 13 unter Zwischenfügung von Platte 23 in Verbindung gebracht wird. Andererseits befindet sich das untere Ende des Elementes in einem vorbestimmten Abstand von der oberen ringförmigen Fläche 24 des Gehäuses 4 des Stoßdämpfers, wie man aus Fig. 4 gut erkennt.

Die Arbeitsweise einer Aufhängung, die ein verformbares Element gemäß der Erfindung umfaßte ist die folgende:

Beim Betrieb des Fahrzeuges werden die Kräfte, die auf eine Achse oder eine Halbachse wirken, über den Bund 5 zum Gehäuse 4 des Stoßdämpfers 2 und von hier zur Karosserie über die Feder 2 und den Stab 6 des Stoßdämpfers selbst übertragen. Während des ersten Teiles der Verformung der Aufhängung verformt sich lediglich Feder 2, die eine im wesentlichen lineare Charakteristik hat. Demgemäß hat auch die Gesamtcharakteristik der Aufhängung einen geradlinigen Verlauf, wiedergegeben durch den Anfangsabschnitt des Diagramms gemäß Fig. 5. In diesem Diagramm stellt sich die Veränderung der Kraft F, die übertragen wird, beispielsweise als Funktion der Verformung c der Aufhängung selbst dar.

Sobald die obere Fläche 24 mit der Fläche 25 des verformbaren Elementes 3 in Berührung gelangt, trägt diese letztgenannte zum Tragen der Last bei, die auf die Aufhängung einwirkt, und zvar zusammen mit Feder 2. Die Gesamtfedercharakteristik der Aufhängung hängt nunmehr auch von der Charakteristik dieses Elementes ab.

Während der nachfolgenden Verformung der Aufhängung findet das Verformen des zweiten Teiles 19 zunächst statt. Die Steifigkeit dieses Teiles ist geringer als jene des anderen Teiles" 16. Da die obere Fläche 24 auf die Fläche 23 Drücke überträgt, die im wesentlichen gleich-

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\ förmig und unter einem rechten Winkel zu der letztgenannten Fläche

verlaufen, wird Teil 19 im wesentlichen auf Druck beansprucht. Wird dieser Teil verformt, so hat er immer noch eine Ringform und ist immer noch durch eine Innen- und Außenfläche begrenzt, deren Durchmesser geringer bzw. größer als jene der entsprechenden Flächen 21 und 22 sind, die das Teil selbst dann begrenzen, wenn es nicht verformt wird.

ί Es hat sich herausgestellt, daß die Verformung des zweiten Teiles

29 iicnn regelmäßiger abläuft, wenn die oben beschriebenen, gerundeten Übergangsstellen in Übereinstimmung mit der Trennfläche zwischen dem ersten Teil 16 und dem zweiten Teil 19 gestaltet sind; diese gerundeten Obergangsstellen bilden darüber hinaus die Anfangspunkte der Verformung.

Bei. weiterer Verformung der Aufhängung wird der erste Teil 16 des ^ verformbaren Elementes ebenfalls verformt, der während des Verformens

selbst auf Druck beansprucht wird. Während dieser Teil verformt wird, hat er immer noch eine Ringform und ist außen durch eine Fläche begrenzt, deren Durchmesser größer ist als jener der zylindrischen Fläche 18, die diesen Teil in unverformtem Zustand begrenzt.

Es hat sich gezeigt, daß die Charakteristik des Elementes 3 nicht linear ist und mit steigender Verformung eine zunehmende Neigung hat, was bedeutet, daß die Steifigkeit dieses Elementes mit zunehmender Verformung wächst. Lediglich aufgrund der Verformung des zweiten Teiles 19 des Elementes, obgleich nicht linear, weicht insbesondere der erste Abschnitt nur geringfügig vom geradlinigen Verlauf ab, während andererseits der zweite Abschnitt der Charakteristik aufgrund der Verformung des ersten Teiles 16 des verformbaren Elementes eine Steifigkeit aufweist, die mit der Verformung rasch zunimmt. Demgemäß ist die Gesamtcharakteristik der Aufhängung derart, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Man erkennt nämlich dort einen geradlinigen Abschnitt, der, wie oben erwähnt, allein auf die Verformung der Schraubenfeder 2 zurückgeht, während Abschnitt b einen nicht geradlinigen Verlauf nimmt, der durch einen Übergang mit dem geradlinigen Abschnitt verbunden ist, und der vor allem auch die Verformung des verformbaren

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Elementes 3 zurückgeht. Der sanfte Übergang vom geradlinigen Abschnitt zum Abschnitt b ist in erster Linie auf die Anwesenheit eines zweiten Teiles 19 des verformbaren Elementes zurückzuführen.

Es hat sich gezeigt, daß das verformbare Element 3 eine fast unbegrenzte Lebensdauer hat und keinerlei Ermüdungsbrüchen unterliegt. Dieses günstige Ergebnis geht auf die Tatsache zurück, daß das gesamte Material des verformbaren Elementes im wesentlichen auf Druck beansprucht wird. Selbst der zweite Teil 19 dieses Elementes arbeitet während des Einwirkens sehr starker Verformung einzig unter Druck - gegenüber den Verhältnissen bei verformbaren Elementen gemäß dem Stande der Technik, wobei die stärker verformten Teile auf Biegung beansprucht werden.

Ds verformbare Element gemäß der Erfindung läßt sich sehr rnsch unter Anwendung sehr einfacher Werkzeuge herstellen. Es ist durch zylindrische und konische Flächen begrenzt und weist keine Vorsprünge auf, die das Herausnehmen aus Formwerkzeugen behindern würden. Diese letzten lassen sich daher sehr einfach gestalten und können zu geringen Kosten hergestellt werden. Sie haben eine hohe Lebensdauer. Da schließlich das verformbare Element keine Teile von geringer Stärke hat, läßt sich der Formprozess rasch und ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen durchführen.

Es versteht sich, daß bezüglich der Gestalt des verformbaren Elementes Abweichungen vorgenommen werden können. Insbesondere können die beiden koaxialen Flächen 17 und 18, die den ersten Teil 16 des verformbaren Elementes definieren, von der zylindrischen Form abweichen, und beispielsweise konisch sein.

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Anwaltsakte: G 1376

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Elastisch verformbares Element aus elastomerem Material von mikrozellularem Aufbau, verwendbar als Endanschlag bei einer Motorfahrzeu^aufhängung, wobei das genannte Element eine hülsenförmige Gestalt mit einer axialen Bohrung aufweist, in welche der Stab eines Stoßdämpfers eingeführt wird, mit einem oberen Ende, das gegen

einen geeigneten Sitz der Motorfahrzeug-Karosserie anliegt, und einem unteren Ende, an welchem eine Fläche de«. Gehäuses des- Stoßdämpfers beim Gebrauch anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß es ein erstes Teil (16) umfaßt, das innen und außen durch koaxiale Flächen begrenzt wird, ferner ein zweites Teil (19) von ringförmiger Gestalt, das zu dem ersten Teil (16) koaxial angeordnet ist und sich axial von uiesem hinweg erstreckt, daß die Querschnittsfläche eines durch das zweite Teil (19) in einer zur Längsachse des Elementes senkrechten Schnittebene kleiner als die Hälfte der Querschnittsfläche eines durch das erste Teil gelegten Schnittes ist, und daß die axiale Länge des zweiten Teiles (19) kleiner als jene des
ersten Teiles (16) ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxialen Flächen zylindrisch sind.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (19) innen und außen durch konische Flächen definiert ist, die zum äußeren Teil des Elementes hin konvergieren.

4. Element nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchmesser der konischen Fläche, die den zweiten Teil innen definiert, größer als der Durchmesser der zylindrischen Fläche ist, die den ersten Teil innen definiert, und daßder größte Durchmesser der konischen Fläche, die den zweiten Teil außen definiert, kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Fläche ist, die den ersten Teil außen definiert.

5. Element nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Durchmesser der konischen Fläche, der den zweiten Teil innen defiliert, im wesentlichen gleich dem Durchmesser der zylindrischen Fläche ist, die den ersten Teil innen definiert, und daß der größere Durchmesser der konischen Fläche, die den zweiten Teil außen definiert, kleiner als dei Durchmesser der zylindrischen Fläche ist, der den ersten Teil außen definiert.

6. Element nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abgerundete Übergänge an der äußeren Fläche des Elementes entsprechend der Trennebene zwischen dem ersten und dem zweitenTeil vorgesehen sind.

7. Element nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material aus mikrozellularem Aufbau Polyurethan ist.

8. Element nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material aus mikrozellularem Aufbau Gummi ist.

9. Elastisch verformbares Element aus elastomerem Material von mikrozellularem Aufbau, im wesentlichen wie beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt.

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DfW/MJ