DE102019218060A1

DE102019218060A1 - Anschlagpufferungsvorrichtung mit progressiv ansteigender Federcharakteristik

Info

Publication number: DE102019218060A1
Application number: DE102019218060.4A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wolf-Monheim; Alberto Girelli Consolaro; Paul Zandbergen; Ralf Hintzen; Francesco Italiano; Claudia Hartnack
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anschlagpufferungsvorrichtung (10; 40), insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, beinhaltend ein elastisch wirkendes Anschlagpufferelement (12; 42), das zur Befestigung an einem Fahrgestell (60) eines Kraftfahrzeugs und zur Anordnung zwischen dem Fahrgestell (60) und einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, ohne in einem normalen Belastungszustand mit dem Fahrwerk in mechanische Anlage zu gelangen. Erfindungsgemäß ist die Anschlagpufferungsvorrichtung (10; 40) mit einem Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements (12; 42) in zumindest einer Richtung ausgestattet, die senkrecht zu einer Wirkungsrichtung einer in einem Hochlastzustand auf das Anschlagpufferelement (12; 42) ausgeübten mechanischen Kraft angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anschlagpufferungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, aufweisend ein elastisch wirkendes Anschlagpufferelement, das zur Befestigung an einem Fahrgestell eines Kraftfahrzeugs und zur Anordnung zwischen dem Fahrgestell und einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Hinterrad-Aufhängungssystem zur Federung eines rückwärtigen Teils eines Fahrgestells eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 mit derartigen Anschlagpufferungsvorrichtungen.
Im Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, elastische Federelemente zwischen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs als gefedertem Objekt und Rädern des Fahrzeugs als ungefederten Objekte einzusetzen, um einen Fahrkomfort von Fahrzeuginsassen zu erhöhen, indem von Bodenunebenheiten verursachte Stöße nicht unmittelbar auf die Karosserie übertragen werden. Ferner kann ein für eine Kraftübertragung erforderlicher Bodenkontakt der Räder auch bei Bodenunebenheiten gewährleistet werden. Durch Bodenunebenheiten angeregte Schwingungen der Karosserie werden in bekannter Weise durch eine Verwendung von Stoßdämpfern gedämpft, die zwischen der Karosserie und Radachsen angeordnet sind. Die elastischen Federelemente können dabei beispielsweise von elastischen zylinder-, kegel- oder tonnenförmigen Spiralfedern gebildet und integraler Bestandteil der Stoßdämpfer sein (Feder-Dämpfer-Einheit, Federbein).
Die elastischen Federelemente können beispielsweise auch von Blattfedern oder von Blattfederanordnungen in Radaufhängungen gebildet sein. Eine Blattfeder ist im Allgemeinen als ein gebogener länglicher Stab mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Zur Herstellung von Blattfedern oder Blattfederanordnungen ist eine Verwendung von Stahl oder, zwecks Gewichtsersparnis, eines Verbundwerkstoffes im Stand der Technik bekannt. Die Blattfeder oder die Blattfederanordnung können als Querblattfeder senkrecht zu einer Geradeaus-Fahrtrichtung eines Fahrzeugs oder als Längsblattfeder mit ihrer Haupterstreckungsrichtung parallel zu einer Geradeaus-Fahrtrichtung eines Fahrzeugs angeordnet sein.
Ein im Stand der Technik bekannter Typ derartiger Radaufhängungen ist die so genannte Hotchkiss-Hinterradaufhängung, bei der das Fahrzeugchassis und somit der Fahrzeugaufbau gegen eine Starrachse eines Fahrzeugs an deren beiden Seiten mittels Längsblattfeder bzw. Längsblattfedern federnd abgestützt ist. Jede der Längsblattfedern ist dabei an einem vorderen Ende schwenkbar mit dem Fahrzeugchassis verbunden. An einem hinteren Ende sind die Längsblattfedern oftmals schwenkbar mit Bügelelementen verbunden, die wiederum schwenkbar mit dem Fahrzeugchassis verbunden sind. Eine erste, weichere Federung wird dabei mit einzelnen Blattfedern erreicht. Mit Hilfe von Blattfeder- bzw. Wellenfederelementen, die an der Karosseriestruktur angebracht sind, kann eine zweite, steifere Federung erzeugt werden.
Unabhängig von einer Ausgestaltungsform ist für die Federung von Kraftfahrzeugen eine progressive Kennlinie der verwendeten Federn erwünscht, um bei einer normalen Last einen hohen Fahrkomfort bereitstellen und bei einer hohen Last, beispielsweise bei einer unebenen Fahrbahn und/oder einer hohen Gewichtsbelastung, eine Auslenkung der Federung bis zu einem Endanschlag vermeiden zu können, damit Schlaglöcher nicht bis zum Fahrzeugchassis „durchschlagen“. Zum Erreichen einer progressiven Federkennlinie sind im Stand der Technik verschiedene Lösungen, etwa die Verwendung von weiteren Federelementen und/oder elastischen Anschlagpuffern, die am Rahmen des Kraftfahrzeugs befestigt sind, vorgeschlagen worden.
Zudem sind im Stand der Technik Lösungen vorgeschlagen worden, die Anschlagpufferelemente für Kraftfahrzeuge in Verbindung mit ermöglichten Drehbewegungen bereitstellen.
Beispielsweise beschreibt die WO 2016/030638 A1 eine Kraftfahrzeugfederung mit einem Federungsanschlag mit einem beweglichen Dichtelement, die insbesondere zur Integration in eine Teleskopstrebe eines Kraftfahrzeuglenkrads vorgesehen ist.
Der Kraftfahrzeugfederungsanschlag weist eine obere Schale, eine untere Schale und zwischen den Schalen angeordnete Rollenkörper auf, um deren Relativdrehung zu ermöglichen, wobei die Schalen so angeordnet sind, dass sie zwischen sich mindestens eine ringförmige Dichtungskammer bilden. Der Federungsanschlag weist ferner ein Dichtungselement mit zwei Segmenten auf, die so angebracht sind, dass sie sich innerhalb der Dichtungskammer in Bezug auf eine erste bzw. eine zweite Lagerfläche bewegen, die jeweils an einer Schale ausgebildet ist. Das erste Segment ist zur Gleitdichtung an der ersten Lagerfläche angebracht, wobei die Gleitdichtung angeordnet ist, um eine reversible Bewegung des Dichtungselements in eine Position zu ermöglichen, in der das zweite Segment in abgedichteten Kontakt mit der zweiten Lagerfläche kommt. Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen einer radialen Ringnut einer äußeren ringförmigen Dichtungskammer und dem innen angeordneten zweiten Segment des Dichtungselements ein Gleitreibkontakt hergestellt sein.
Aus der EP 3 219 521 A1 ist ein Aufhängungsanschlag für ein Federbein bekannt, das eine Schraubenfeder beinhaltet. Der Aufhängungsanschlag enthält ein Lager und einen Deckel mit einer Unterseite, die eine Kontaktzone mit dem Lager aufweist, wobei der Deckel mit einer Einrastzone versehen ist. Der Aufhängungsanschlag weist ferner eine einstückig geformte Schale auf mit einer Oberseite, die mit der Unterseite des Deckels ein Gehäuse für das Lager begrenzt, und mit einer Unterseite mit einer umlaufenden ringförmigen Stützzone für ein oberes Ende der Schraubenfeder. Dabei liegt die umlaufende ringförmige Stützzone radial außerhalb der Einrastzone. Der Aufhängungsanschlag enthält zudem einen Montagering, der fest verbunden mit der einstückig geformten Schale ausgebildet ist und mindestens eine komplementäre Einrastzone aufweist, die radial in Richtung der Einrastzone des Deckels vorsteht, um auf die Einrastzone des Deckels aufzurasten. Der Deckel kann in einem ersten Abschnitt aus einem ersten Material, das die Kontaktzone mit dem Lager bildet, und in einem zweiten, ringförmigen Abschnitt aus einem zweiten Material bestehen, das sich von dem ersten Material unterscheidet. Beispielsweise kann ein Thermoplast, gegebenenfalls gefüllt mit Glasfasern, für den Lagerteil und ein thermoplastisches Elastomer (TPE), insbesondere ein elastomeres Polyurethan (TPU), für den ringförmigen Rastabschnitt verwendet werden. Der Montagering kann auf verschiedene Weise an der Schale befestigt werden. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Montagering eine Basis, die in das geformte Kunststoffmaterial der Schale eingegossen ist. Alternativ trägt der Montagering mindestens eine elastisch verformbare untere Befestigungszone, die in mindestens eine komplementäre Befestigungszone der Schale eingerastet ist.
Die US 9,010,741 B2 schlägt ein Federbein vor, das mit einem Stoßdämpfer versehen ist, der eine Dämpferstange, eine Feder, einen um die Dämpferstange montierten Aufhängungsstoßanschlag und einen zwischen dem Aufhängungsstoßanschlag und der Karosserie eines Kraftfahrzeugs angeordneten elastischen Filterblock aufweist, in dem das Federbein montiert ist, und der ein Elastomer enthalten kann.
Die Aufhängungsanschlagvorrichtung weist ein Wälzlager auf, das einen axialen Anschlagpuffer bildet, der mit einem oberen Ring, einem unteren Ring und einer Vielzahl von Wälzkörpern ausgestattet ist, die zwischen den Ringen angeordnet sind. Der obere und der untere Ring werden jeweils von einem oberen Teller und einem unteren Teller getragen, wobei der untere Teller ein Lagermittel für eine Aufhängefeder bildet. An einem der Teller ist zumindest eine Dichtlippe vorgesehen, damit diese an einem Lagerflächenabschnitt des anderen Tellers anliegt. Der Lagerflächenabschnitt ist im Wesentlichen zylindrisch, wobei die Dichtlippe nach unten, von dem Wälzlager abgewandt, gerichtet ist und bei radialer Beeinflussung an dem genannten Lagerflächenabschnitt anliegt. Der genannte im Wesentlichen zylindrische Lagerflächenabschnitt ist nach oben hin mit einer Schulter verbunden, an der die Dichtlippe anliegen kann, wenn die beiden Becher radial zueinander exzentrisch werden.
In einer Ausführungsform kann der untere Teller, der ein Lagermittel für eine Aufhängungsfeder bildet, einen Körper und einen Verstärkungseinsatz enthält, der zumindest teilweise von dem Körper bedeckt ist, wobei der Körper aus einem Teil aus einem starren Material und aus einem Teil aus einem weichen Material hergestellt ist, der die Dichtlippe beinhaltet. Das weiche Material kann zumindest teilweise über das starre Material und zumindest teilweise über den Verstärkungseinsatz umspritzt sein und ein elastomeres Material, beispielsweise einen synthetischen Kautschuk wie Polyurethan-Kautschuk, beinhalten.
Der FR 2 899 154 B1 kann eine Lösung für eine Aufhängungsanschlagvorrichtung für ein Federbein eines Fahrzeugs entnommen werden, wobei das Federbein mit einer Feder und einem Dämpfungskissen versehen ist. Die Vorrichtung weist ein Axiallager mit einer unteren Metallscheibe auf, die sich relativ zu einer oberen Metallscheibe dreht, sowie einen einstückigen, gestanzten Metallteller, in dem das Dämpfungskissen untergebracht ist. Der Metallteller bildet einerseits einen Boden, der eine Kontaktfläche mit dem Dämpfungskissen bildet, und andererseits eine Schürze mit radialer Begrenzung für das Dämpfungskissen. Die Vorrichtung enthält zudem ein Zwischenstützstück aus einem synthetischen Material, um Kräfte, die von dem Dämpfungskissen und der Feder ausgeübt werden, auf die untere Metallscheibe zu übertragen. Das Zwischenstützstück hat eine Oberseite, die mit einem ringförmigen Auflagebereich der unteren Metallscheibe des Axiallagers ausgestattet ist. Das Zwischenstützstück hat weiterhin eine Unterseite, die eine äußere Stützschulter bildet, die die Feder stützt, und eine innere Querschulter, die direkt mit dem Boden des Metalltellers verbunden ist. Auf der äußeren Stützschulter liegt ein ringförmiges Teil aus einem Elastomermaterial als mechanischer Filter zwischen der Feder und dem Zwischenstützstück an.
Aus der US 7,934,579 B2 ist eine Aufhängungsanordnung bekannt, die eine Achse und ein elastisches Element beinhaltet. Die Achse umfasst ein erstes Ende und ein zweites Ende und ist in Bezug auf einen Fahrzeugrahmen zwischen einer unbelasteten Position und einer belasteten Position bewegbar. Das elastische Element ist derart konfiguriert, dass es von der Achse und/oder dem Rahmen beabstandet ist, wenn sich die Achse in der unbelasteten Position befindet. Das elastische Element ist auch dazu konfiguriert, die Achse selektiv progressiv in Richtung der unbelasteten Position vorzuspannen. Das elastische Element kann eine progressive Kennlinie aufweisen und beispielsweise einen Anschlagpuffer mit einem Federteil und einem Abdeckungsteil enthalten. Der Federteil kann aus Metall oder aus einem anderen geeigneten Material gebildet sein, und der Abdeckungsteil kann aus einem Elastomer (z.B. Gummi) oder aus einem anderen Material mit elastischen Eigenschaften gebildet sein. Der Abdeckungsteil kann einen hohlen Innenraum definieren; er kann aber auch als fester Materialblock (z.B. Gummi) ausgebildet sein.
Die KR 20030006654 A beschreibt einen Anschlagpuffer eines Fahrzeugaufhängungssystems, der durch Bewirken eines weichen Kontakts eines Anschlagpufferelements ein ausgezeichnetes Fahrgefühl erreichen und die Haltbarkeit durch Steuern der Bewegung der Hinterräder verbessern kann. Der Anschlagpuffer des Fahrzeugaufhängungssystems beinhaltet ein erstes Anschlagpufferelement aus einem weichen Material und ein zweites Anschlagpufferelement aus einem Material, das härter als das Material des ersten Anschlagpufferelements ist. Das zweite Anschlagpufferelement ist kürzer als das erste Anschlagpufferelement und nahe dem ersten Anschlagpufferelement angeordnet. Wenn die Hinterräder einfedern, berühren die Hinterräder das erste Anschlagpufferelement. Das erste Anschlagpufferelement wird deformiert und die Hinterräder berühren das zweite Anschlagpufferelement. Somit wird ein weiteres Einfedern der Hinterräder unterbunden.
Die US 8,505,887 B2 stellt eine mikrozellige Polyurethan-Elastomer („MCU“)-Anschlagpuffer/Federstütze bereit, die eine Vielzahl von Streben aufweist, die angepasst sind, um eine gleichmäßige Federcharakteristik zu erzielen, wenn Abschnitte aufeinander gelegt werden. MCU-Anschlagpuffer/Federstützen sind im Stand der Technik allgemein bekannt, um Fahrzeugaufhängungssysteme zu unterstützen. Insbesondere werden Anschlagpuffer/Federstützen häufig bei Fahrzeugaufhängungssystemen in Verbindung mit Stoßdämpfern und Federbeinanordnungen verwendet. Diese Baugruppen bieten neben der Beeinflussung der Steuerung und des Fahrverhaltens des Fahrzeugs ein angenehmes Fahrgefühl. Die Streben sind um den Umfang des MCU-Anschlagpuffers/der Federstütze angeordnet. Die zusätzlichen Streben zwischen den Hinterschneidungen stützen teilweise die Außenflächen der MCU-Anschlagpuffer/Federstütze. Streben werden im Allgemeinen zwischen den Außenflächen geformt, können aber auch an einer Innenfläche angeformt sein.
In dem Fachartikel von John Miles, Insights into bump-stop tuning (verfügbar unter https://www.vehicledynamicsinternational.com/features/insights-into-bump-stoptuning.html), 01. Februar 2018, ist als einer der größten Vorteile von mikrozelligem Polyurethan-Elastomer (PU) beschrieben, dass es progressive und nicht-lineare Kompressibilitätseigenschaften aufweist, die einen größeren Federweg für einen bestimmten Dämpferhub ermöglichen, und daher das Potenzial für eine effiziente und minimale Nutzung des vertikalen Packraums für Streben und Dämpfer bieten.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Anschlagpufferung von Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge noch Raum für Verbesserungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anschlagpufferungsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, die einen vereinfachten Aufbau und eine progressive Federkennlinie aufweist, um bei geringer bis normaler mechanischer Belastung einen hohen Fahrkomfort zu ermöglichen und im Falle einer großen mechanischen Belastung als Anschlagpufferung zu dienen, die eine Auslenkung einer Federung des Fahrwerks bis zu einem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs wirksam und zuverlässig verhindert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anschlagpufferungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch ein Hinterrad-Aufhängungssystem zur Federung eines rückwärtigen Teils eines Fahrgestells eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Die erfindungsgemäße Anschlagpufferungsvorrichtung beinhaltet ein elastisch wirkendes Anschlagpufferelement, das zur Befestigung an einem Fahrgestell eines Kraftfahrzeugs und zur Anordnung zwischen dem Fahrgestell und einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, ohne in einem normalen Belastungszustand mit dem Fahrwerk in mechanische Anlage zu gelangen. Dabei soll im Sinne der Erfindung auch ausgeschlossen sein, dass das Anschlagpufferelement indirekt, mittels eines dazwischen angeordneten Objektes, mit dem Fahrwerk in mechanische Anlage gelangt.
Dabei ist die Anschlagpufferungsvorrichtung mit einem Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements in zumindest einer Richtung ausgestattet, die senkrecht zu einer Wirkungsrichtung einer in einem Hochlastzustand auf das Anschlagpufferelement ausgeübten mechanischen Kraft angeordnet ist.
Unter einem „normalen Belastungszustand“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere ein Belastungszustand verstanden werden, bei dem das Fahrwerk in statischer Weise durch das Gewicht des Fahrgestells und der Karosserie sowie durch den Fahrer und gegebenenfalls vorhandene Fahrzeuginsassen und Gepäck belastet ist. Unter einem „Hochlastzustand“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere ein Belastungszustand verstanden werden, bei dem das Fahrwerk in statischer oder dynamischer Weise durch das Gewicht des Fahrgestells und der Karosserie sowie durch den Fahrer und gegebenenfalls vorhandene Fahrzeuginsassen und Gepäck derart eingefedert ist, dass das Anschlagpufferelement und das Fahrwerk sich in gegenseitiger mechanischer Anlage befinden. Dabei soll im Sinne der Erfindung auch eingeschlossen sein, dass das Anschlagpufferelement sich indirekt, mittels eines dazwischen angeordneten Objektes, mit dem Fahrwerk in gegenseitiger mechanischer Anlage befindet. Unter dem Begriff „dazu vorgesehen“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere speziell ausgelegt oder angeordnet verstanden werden.
Aufgrund der Begrenzung der Ausdehnung des Anschlagpufferelements in zumindest einer Richtung senkrecht zur Wirkungsrichtung einer auf das Anschlagpufferelement ausgeübten mechanischen Kraft kann eine progressiv ansteigende Federcharakteristik des Anschlagpufferelements erzielt werden.
Die vorgeschlagene Anschlagpufferungsvorrichtung ist insbesondere zur Anschlagdämpfung eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft anwendbar. Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, eine Zugmaschine oder ein Kraftomnibus verstanden werden.
In bevorzugten Ausführungsformen der Anschlagpufferungsvorrichtung ist das Anschlagpufferelement in Form eines geraden Pyramidenstumpfes mit rechteckiger Grundfläche und Deckfläche ausgebildet, die in einem installierten Zustand dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs zugewandt ist. Auf diese Weise kann ein effektives Anschlagpufferelement mit einer besonders kompakten Geometrie erreicht werden. Ferner kann dadurch, dass das Anschlagpufferelement bei steigender mechanischer Belastung des Fahrwerks zuerst mit der kleineren Deckfläche des Pyramidenstumpfes in mechanische Anlage mit dem Fahrwerk gelangt, eine besonders weiche Federcharakteristik des Anschlagpufferelements und somit ein besonders hoher Fahrkomfort erreicht werden.
In anderen Ausführungsformen der Anschlagpufferungsvorrichtung für Anwendungen, bei denen eine Einsparung von Einbauraum nicht im Vordergrund steht, kann das Anschlagpufferelement auch in Form eines geraden Kegelstumpfs mit kreisförmiger Grundfläche ausgebildet sein, die in einem installierten Zustand dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs zugewandt ist.
Bevorzugt ist das Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements von einem nach oben geöffneten Becherelement mit seitlicher Wandung gebildet, das zur Befestigung an dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist die Öffnung des Becherelements in einem installierten Zustand dem Anschlagpufferelement zugewandt. Seitliche Abmessungen der Wandung des Becherelements sind auf untere seitliche Abmessungen des Anschlagpufferelements abgestimmt. Beispielsweise kann eine seitliche Abmessung oder können mehrere seitliche Abmessungen der Wandung des Becherelements der unteren seitlichen Abmessung oder den unteren seitlichen Abmessungen des Anschlagpufferelements entsprechen.
Die in dieser Anmeldung verwendeten Begriffe „oben“ bzw. „unten“ und davon abgeleitete Wortformen beziehen sich auf einen eingebauten Zustand der Anschlagpufferungsvorrichtung.
Aufgrund der seitlichen Wandung des Becherelements ist eine seitliche Ausdehnung des Anschlagpufferelements im Hochlastzustand begrenzt, wodurch eine Verstärkung einer gewünschten, nichtlinear progressiven Federkennlinie erreicht werden kann.
Bevorzugt sind das Becherelement und das Anschlagpufferelement in einem Einbauzustand konzentrisch angeordnet, wodurch eine besonders einfache Einbaulage erreicht werden kann. Bevorzugt kann das Becherelement aus einem widerstandsfähigen Metall, beispielsweise aus Stahl, gefertigt sein.
In bevorzugten Ausführungsformen der Anschlagpufferungsvorrichtung beinhaltet das Anschlagpufferelement einen überwiegenden Anteil eines gummi-elastischen Materials. Gummi-elastische Materialien weisen von Natur aus eine nichtlineare Federkennlinie auf, so dass das Anschlagpufferelement in Fahrsituationen, bei denen eine besonders große Einfederungstiefe erreicht wird, zu einer gewünschten, nichtlinear progressiven Federungscharakteristik beiträgt. Beispiele für gummi-elastische Materialien sind Elastomere, Gummis, Natur- und Synthesekautschuk sowie Silikonkautschuk.
Unter einem „überwiegenden Anteil“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere ein Anteil von mehr als 50 Vol.%, bevorzugt von mehr als 70 Vol.% und, besonders bevorzugt, von mehr als 90 Vol.% verstanden werden. Insbesondere soll der Begriff die Möglichkeit einschließen, dass das Anschlagpufferelement vollständig, d.h. zu 100 Vol.%, aus dem gummi-elastischen Material besteht.
Bevorzugt entspricht eine Abmessung des Becherelements parallel zur Wirkungsrichtung einer im Hochlastzustand auf das Anschlagpufferelement ausgeübten mechanischen Kraft einem überwiegenden Anteil der Abmessung des Anschlagpufferelements in dieser Richtung und im normalen Betriebszustand. Auf diese Weise kann bei der geeigneten Abstimmung der seitlichen Abmessung oder der seitlichen Abmessungen der Wandung des Becherelements auf die unteren seitlichen Abmessungen des Anschlagpufferelements erreicht werden, dass eine Außenseite des Anschlagpufferelements bereits vor Erreichen des Hochlastzustands, d.h. in einem Belastungszustand, in dem das Anschlagpufferelement und das Fahrwerk sich noch nicht in gegenseitiger mechanische Anlage befinden, in gleitende Anlage mit der Wandung des Becherelements gelangt. Durch die dann wirksame Gleitreibung an der Wandung des Becherelements kann das Anschlagpufferelement zu einer gewünschten, nichtlinear progressiven Federungscharakteristik beitragen.
Weiterhin bevorzugt ist ein Randbereich der Öffnung des Becherelements als Führungselement zur Führung einer Bewegung des Anschlagpufferelements im Betriebszustand ausgebildet. Damit kann auf konstruktiv einfache Weise eine Zentrierung des Anschlagpufferelements während einer Bewegung im Betriebszustand erreicht werden.
In bevorzugten Ausführungsformen der Anschlagpufferungsvorrichtung ist das Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements durch zumindest einen in Wirkungsrichtung einer im Hochlastzustand auf das Anschlagpufferelement ausgeübten mechanischen Kraft zusammenhängenden Abschnitt gebildet, der ein auxetisches Material enthält.
Unter einem „auxetischen Material“ soll im Sinne der Erfindung ein Material mit einer negativen Poissonzahl (Querkontraktionszahl) verstanden werden. Bei derartigen Materialien bewirkt eine auf eine Querschnittsfläche wirkende Flächenpressung eine Verringerung der Querschnittsfläche anstelle einer bei üblichen Materialien erfolgenden Querschnittsvergrößerung.
Wenn somit das Anschlagpufferelement bei steigender mechanischer Belastung des Fahrwerks in mechanische Anlage mit dem Fahrwerk gelangt und eine Flächenpressung auf der Querschnittsfläche des Anschlagpufferelements wirksam ist, verringert sich die Querschnittsfläche, woraus eine gewünschte härtere Federcharakteristik des Anschlagpufferelements resultiert.
Bevorzugt enthält der zumindest eine zusammenhängende Abschnitt eine Vielzahl von Schichten aus dem auxetischen Material. Dadurch kann die auxetische Eigenschaft des Anschlagpufferelements auf vergleichsweise einfache Weise hergestellt werden. Unter dem Begriff „Vielzahl“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine Anzahl von zumindest zwei verstanden werden.
Bevorzugt liegt eine Anzahl der Vielzahl von Schichten aus dem auxetischen Material zwischen zehn und 200, wodurch ein guter Kompromiss zwischen der gewünschten auxetischen Eigenschaften des Anschlagpufferelements und einem zur Herstellung notwendigen Aufwand gefunden werden kann.
Weiterhin bevorzugt enthält das auxetische Material einen überwiegenden Anteil eines polymeren Kunststoffs. Insbesondere kann der polymere Kunststoff als thermoplastischer Kunststoff und/oder als Elastomer ausgebildet sein.
Dadurch kann das auxetische Material des Anschlagpufferelements oder auch das gesamte Anschlagpufferelement mittels eines Additiven Fertigungsverfahrens, beispielsweise durch 3D-Druck, hergestellt werden.
Bevorzugt können die Schichten der Vielzahl von Schichten aus auxetischen Material als flächige Rautenfaltstrukturen ausgebildet sein. Bevorzugt können die Schichten der Vielzahl von Schichten aus auxetischen Material eine 2,5-dimensionale mikrostrukturelle Textur aufweisen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Hinterrad-Aufhängungssystem zur Federung eines rückwärtigen Teils eines Fahrgestells eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, wobei das Kraftfahrzeug eine starre Hinterachse mit je einem Radträger an jedem Ende der Hinterachse beinhaltet. Dabei ist das Hinterrad-Aufhängungssystem mit je einer in einem Bereich jedes der Hinterräder zwischen dem Fahrgestell und der Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordneten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlagpufferungsvorrichtung ausgestattet, wobei das jeweilige Anschlagpufferelement an dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Anschlagpufferungsvorrichtung beschriebenen Vorteile sind in vollem Umfang auf das Hinterrad-Aufhängungssystem übertragbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Anschlagpufferungsvorrichtung eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs in einem normalen Belastungszustand in einer geschnittenen Vorderansicht,
2 eine schematische Darstellung der Anschlagpufferungsvorrichtung gemäß der 1 in einem Hochlastzustand in derselben Ansicht,
3 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Anschlagpufferungsvorrichtung in einem normalen Belastungszustand und in einem Hochlastzustand in einer geschnittenen Vorderansicht, und
4 eine schematische, vergrößerte Darstellung des auxetischen Materials der Anschlagpufferungsvorrichtung gemäß der 3 in derselben Ansicht.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer Anschlagpufferungsvorrichtung 10 eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs in einem normalen Belastungszustand in einer geschnittenen Vorderansicht. Die Anschlagpufferungsvorrichtung 10 ist Teil eines Hinterrad-Aufhängungssystem (nicht dargestellt) zur Federung eines rückwärtigen Teils eines Fahrgestells 60 eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug beinhaltet eine starre Hinterachse mit je einem Radträger an jedem Ende der Hinterachse und ist in einem Bereich jedes der Hinterräder mit je einer zwischen dem Fahrgestell 60 und der Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordneten Anschlagpufferungsvorrichtung 10 gemäß der 1 ausgestattet.
Die Anschlagpufferungsvorrichtung 10 beinhaltet ein elastisch wirkendes Anschlagpufferelement 12. Das Anschlagpufferelement 12 ist in Form eines geraden Pyramidenstumpfes mit rechteckiger Grundfläche 14 und Deckfläche 16 ausgebildet, wobei die Grundfläche 14 in einem installierten Zustand dem Fahrgestell 60 des Kraftfahrzeugs zugewandt ist. Das Anschlagpufferelement 12 ist vollständig aus einem gummi-elastischen Material hergestellt. Geeignete Materialien sind beispielsweise Elastomere, Gummis und Natur- und Synthesekautschuk wie etwa Polyester-U rethan-Kautschuk.
Das Anschlagpufferelement 12 ist mittels einer Befestigungsvorrichtung an dem Fahrgestell 60 des Kraftfahrzeugs befestigt. Die Befestigungsvorrichtung beinhaltet ein nach unten geöffnetes Schalenelement 18 mit einem rechteckförmigen inneren Boden und einer kurzen seitlichen Wandung, die im Wesentlich rechtwinklig vom Boden herabragt. Das Schalenelement 18 ist in dieser Lage fest am Fahrgestell 60 des Kraftfahrzeugs befestigt, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung. Das Anschlagpufferelement 12 ist mit seiner Grundfläche 14 in mechanischer Anlage mit dem Boden des Schalenelements 18 und kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung an dem Boden befestigt sein.
Die Anschlagpufferungsvorrichtung 10 weist zudem ein nach oben geöffnetes und sich nach oben erweiterndes Becherelement 20 mit seitlicher Wandung 22 und rechteckförmigem inneren Boden 24 auf. Das Becherelement 20 ist aus Stahl gefertigt und an dem Fahrwerk (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs beispielsweise durch eine Schweißverbindung fest angebracht. Die Öffnung 26 des Becherelements 20 ist in dem in den 1 und 2 gezeigten installierten Zustand dem Anschlagpufferelement 12 zugewandt. Das Becherelement 20 und das Anschlagpufferelement 12 sind konzentrisch angeordnet. Seitliche Abmessungen der Wandung 22 des Becherelements 20 wie der gegenseitige Abstand gegenüberliegender Seiten der Wandung 22 und eine Breite des inneren Bodens 24 in der seitlichen Y-Richtung sind auf untere seitliche Abmessungen des Anschlagpufferelements 12 in der X- und in der Y-Richtung abgestimmt. In den 1 und 2 sind zwei Achsen eines rechtshändigen kartesischen Koordinatensystems angegeben.
Ein Randbereich 28 der Öffnung 26 des Becherelements 20 ist als Führungselement zur Führung einer Bewegung des Anschlagpufferelements 12 im Betriebszustand ausgebildet, indem an der sich zunächst schräg nach oben erweiternden Wandung 22 des Becherelements 20 ein nach außen zeigender, gekrümmter Abschnitt 30 einstückig angeformt ist.
Das Anschlagpufferelement 12 ist zwischen dem Fahrgestell 60 und dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs angeordnet, ohne im normalen Belastungszustand, der in der 1 dargestellt ist, mit dem Fahrwerk bzw. dem Becherelement 20 in mechanische Anlage zu gelangen.
Bei einer statischen Erhöhung der senkrecht, d.h. parallel zur Z-Richtung wirkenden mechanischen Last auf das Fahrgestell 60, beispielsweise durch eine erhöhte Zuladung, oder bei einer dynamischen Erhöhung der mechanischen Last auf das Fahrwerk, beispielsweise durch eine Kurvenfahrt, wird der Abstand in der senkrechten (Z-)Richtung zwischen dem Anschlagpufferelement 12 und dem Becherelement 20 geringer, und das Anschlagpufferelement 12 gelangt zunächst in mechanische Anlage mit der Wandung 22 des Becherelements 20. Die dabei zwischen dem Anschlagpufferelement 12 und der Wandung 22 des Becherelements 20 auftretende Gleitreibung trägt zu einer gewünschten, nichtlinear progressiven Federungscharakteristik der Anschlagpufferungsvorrichtung 10 bei.
Eine Abmessung des Becherelements 20 parallel zur Wirkungsrichtung der auf das Anschlagpufferelement 12 ausgeübten mechanischen Kraft entspricht einem überwiegenden Anteil der Abmessung des Anschlagpufferelements 12 in dieser Richtung und im normalen Betriebszustand. Durch die Auslegung der Abmessung des Becherelements 20 kann ein Beitrag der Gleitreibung zu einer gewünschten, nichtlinear progressiven Federungscharakteristik der Anschlagpufferungsvorrichtung 10 gesteuert werden.
Bei einer weiteren Erhöhung der mechanischen Last auf das Fahrgestell 60 bzw. das Fahrwerk gelangt die Deckfläche 16 des Anschlagpufferelements 12 schließlich in mechanische Anlage mit dem inneren Boden 24 des Becherelements 20. Dieser Hochlastzustand der Anschlagpufferungsvorrichtung 10 ist in der 2 dargestellt. Bei fortwährender Erhöhung der mechanischen Last parallel zur Z-Richtung dient das Becherelement 20 als Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements 12 in seitlichen Richtungen, die senkrecht zu einer Wirkungsrichtung der auf das Anschlagpufferelement 12 ausgeübten mechanischen Kraft angeordnet sind, d.h. sowohl in X- und in Y-Richtung.
Aufgrund der Begrenzung der seitlichen Ausdehnung des Anschlagpufferelements 12 wird eine Verstärkung der gewünschten, nichtlinear progressiven Federkennlinie erreicht.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform 40 der erfindungsgemäßen Anschlagpufferungsvorrichtung in einem normalen Belastungszustand und in einem Hochlastzustand in einer geschnittenen Vorderansicht.
Zur Vermeidung von Wiederholungen werden im Folgenden nur Unterschiede der alternativen Ausführungsform 40 zu der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlagpufferungsvorrichtung 10 gemäß den 1 und 2 beschrieben.
Das Anschlagpufferelement 42 der alternativen Anschlagpufferungsvorrichtung 40 ist in seiner Gesamtheit aus einem auxetischen Material hergestellt. Das auxetische Material weist eine Vielzahl von Schichten 50a, 50b, 50c auf, von denen in 4 drei Schichten beispielhaft mit Bezugszeichen versehen sind. Die Schichten 50a, 50b, 50c können beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff wie etwa Polyoxymethylene (POM) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und beispielsweise einzeln mittels eines Additiven Fertigungsverfahrens wie etwa eines 3D-Druckverfahrens hergestellt sein. Die einzelnen Schichten 50a, 50b, 50c sind zum Aufbau des Anschlagpufferelements 42 an Verbindungsstellen 52a, 52b, 52c fest miteinander verbunden, was beispielsweise mittels eines Klebeverfahrens bewerkstelligt werden kann. In der 4 sind drei der Verbindungsstellen beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. Jede der Schichten 50a, 50b, 50c weist eine 2,5-dimensionale mikrostrukturelle Textur auf. Die Schichten 50a, 50b, 50c werden durch die Verbindungsstellen 52a, 52b, 52c derart miteinander verbunden, dass sie eine Vielzahl von Rautenfaltstrukturen 54 bilden, wodurch die auxetische Eigenschaft des Materials erreicht werden kann.
Das Anschlagpufferelement 42 ist somit von einem zusammenhängenden Abschnitt aus dem auxetischen Material gebildet. Im normalen Belastungszustand weist das Anschlagpufferelement 42 dieselbe Form wie die Ausführungsform 12 gemäß den 1 und 2 auf. Das Anschlagpufferelement 42 ist mittels einer Befestigungsvorrichtung an dem Fahrgestell 60 des Kraftfahrzeugs befestigt. Die Befestigungsvorrichtung beinhaltet ein nach unten geöffnetes Schalenelement 48 mit seitlicher Wandung und einem rechteckförmigen inneren Boden. Das Schalenelement 48 ist in dieser Lage fest am Fahrgestell 60 des Kraftfahrzeugs befestigt, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung. Das Anschlagpufferelement 42 befindet sich mit seiner Grundfläche 44 in mechanischer Anlage mit dem Boden des Schalenelements 48 und kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung an diesem befestigt sein.
Bei einer statischen Erhöhung der in Z-Richtung wirkenden mechanischen Last auf das Fahrgestell 60 oder einer dynamischen Erhöhung der mechanischen Last auf das Fahrwerk gelangt zunächst die Deckfläche 46 des Anschlagpufferelements 42 in mechanische Anlage mit dem Fahrwerk (nicht dargestellt), so dass eine Flächenpressung auf das Anschlagpufferelement 42 wirkt, deren Betrag von der Deckfläche 46 bis zur Grundfläche 44 stetig abnimmt. Aufgrund der auxetischen Eigenschaften des Anschlagpufferelements 42 bewirkt die Flächenpressung gemäß ihrem Betrag eine von der Deckfläche 46 zur Grundfläche 44 abnehmende Verringerung der Querschnittsfläche. In der 3 ist das Anschlagpufferelement 42 in einem Hochlastzustand mit gestrichelten Linien dargestellt.
Der das Anschlagpufferelement 42 bildende zusammenhängende Abschnitt aus auxetischem Material stellt somit ein Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements 42 in seitlichen Richtungen dar, die senkrecht zu einer Wirkungsrichtung der auf das Anschlagpufferelement 42 ausgeübten mechanischen Kraft F angeordnet sind, d.h. sowohl in X- als auch in Y-Richtung.
Aufgrund der Begrenzung der seitlichen Ausdehnung des Anschlagpufferelements 42 wird eine gewünschte, nichtlinear progressive Federkennlinie erzielt.
Bezugszeichenliste

10: Anschlagpufferungsvorrichtung
12: Anschlagpufferelement
14: Grundfläche
16: Deckfläche
18: Schalenelement
20: Becherelement
22: Wandung
24: Boden
26: Öffnung
28: Randbereich
30: gekrümmter Abschnitt
40: Anschlagpufferungsvorrichtung
42: Anschlagpufferelement
44: Grundfläche
46: Deckfläche
48: Schalenelement
50: Schicht
52: Verbindungsstelle
54: Rautenfaltstruktur
60: Fahrgestell
F: Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/030638 A1 [0007]
EP 3219521 A1 [0009]
US 9010741 B2 [0010]
FR 2899154 B1 [0013]
US 7934579 B2 [0014]
KR 20030006654 A [0015]
US 8505887 B2 [0016]

Claims

Anschlagpufferungsvorrichtung (10; 40), insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, beinhaltend ein elastisch wirkendes Anschlagpufferelement (12; 42), das zur Befestigung an einem Fahrgestell (60) eines Kraftfahrzeugs und zur Anordnung zwischen dem Fahrgestell (60) und einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, ohne in einem normalen Belastungszustand mit dem Fahrwerk in mechanische Anlage zu gelangen, gekennzeichnet durch ein Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements (12; 42) in zumindest einer Richtung, die senkrecht zu einer Wirkungsrichtung einer in einem Hochlastzustand auf das Anschlagpufferelement (12; 42) ausgeübten mechanischen Kraft angeordnet ist.
Anschlagpufferungsvorrichtung (10; 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagpufferelement (12; 42) in Form eines geraden Pyramidenstumpfes mit rechteckiger Grundfläche (14; 44) ausgebildet ist, die in einem installierten Zustand dem Fahrgestell (60) des Kraftfahrzeugs zugewandt ist.
Anschlagpufferungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements (12) von einem nach oben geöffneten Becherelement (20) mit seitlicher Wandung (22) gebildet ist, das zur Befestigung an dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, wobei die Öffnung (26) des Becherelements (20) in einem installierten Zustand dem Anschlagpufferelement (12) zugewandt ist, und wobei seitliche Abmessungen der Wandung (22) des Becherelements (20) auf untere seitliche Abmessungen des Anschlagpufferelements (12) abgestimmt sind.
Anschlagpufferungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagpufferelement (12) einen überwiegenden Anteil eines gummi-elastischen Materials beinhaltet.
Anschlagpufferungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abmessung des Becherelements (20) parallel zur Wirkungsrichtung einer im Hochlastzustand auf das Anschlagpufferelement (12) ausgeübten mechanischen Kraft einem überwiegenden Anteil der Abmessung des Anschlagpufferelements (12) in dieser Richtung und im normalen Betriebszustand entspricht.
Anschlagpufferungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (28) der Öffnung (26) des Becherelements (20) als Führungselement zur Führung einer Bewegung des Anschlagpufferelements (12) im Betriebszustand ausgebildet ist.
Anschlagpufferungsvorrichtung (40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Begrenzung einer Ausdehnung des Anschlagpufferelements (42) durch zumindest einen in Wirkungsrichtung einer im Hochlastzustand auf das Anschlagpufferelement (42) ausgeübten mechanischen Kraft zusammenhängenden Abschnitt gebildet ist, der ein auxetisches Material enthält.
Anschlagpufferungsvorrichtung (40) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusammenhängende Abschnitt eine Vielzahl von Schichten (50a, 50b, 50c) aus dem auxetischen Material enthält.
Anschlagpufferungsvorrichtung (40) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das auxetische Material einen überwiegenden Anteil eines polymeren Kunststoffs enthält.
Hinterrad-Aufhängungssystem zur Federung eines rückwärtigen Teils eines Fahrgestells (60) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug eine starre Hinterachse mit je einem Radträger an jedem Ende der Hinterachse beinhaltet, gekennzeichnet durch je eine in einem Bereich jedes der Hinterräder zwischen dem Fahrgestell (60) und der Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnete Anschlagpufferungsvorrichtung (10; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das jeweilige Anschlagpufferelement (12; 42) an dem Fahrgestell (60) des Kraftfahrzeugs befestigt ist.