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DE102014219338A1 - Elastomeric auxiliary spring in the wheel suspension of a vehicle - Google Patents

Elastomeric auxiliary spring in the wheel suspension of a vehicle Download PDF

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DE102014219338A1
DE102014219338A1 DE102014219338.9A DE102014219338A DE102014219338A1 DE 102014219338 A1 DE102014219338 A1 DE 102014219338A1 DE 102014219338 A DE102014219338 A DE 102014219338A DE 102014219338 A1 DE102014219338 A1 DE 102014219338A1
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elastomere Zusatzfeder in der Radaufhängung eines Fahrzeugs, welche funktional parallel zu einer dem jeweiligen Rad zugordneten Tragfeder solchermaßen angeordnet ist, dass die Zusatzfeder nach Überschreiten eines gewissen Federwegs der Tragfeder zum Eingriff kommt und welche ein nicht-newtonsches Fluid enthält. Vorzugsweise sind in der Zusatzfeder zumindest zwei durch einen Kanal miteinander verbundene Hohlräume für die Aufnahme des nicht-newtonschen Fluids vorgesehen, wobei der Kanal eine zusätzliche Drosselstelle aufweisen kann.The invention relates to an additional elastic spring in the suspension of a vehicle, which is functionally arranged in parallel to a respective wheel zugordneten suspension spring in such a way that the additional spring after exceeding a certain spring travel of the suspension spring comes into engagement and which contains a non-Newtonian fluid. Preferably, at least two interconnected by a channel cavities for receiving the non-Newtonian fluid are provided in the auxiliary spring, wherein the channel may have an additional throttle point.

Description

Die Erfindung betrifft eine elastomere Zusatzfeder in der Radaufhängung eines Fahrzeugs, welche funktional parallel zu einer dem jeweiligen Rad zugordneten Tragfeder solchermaßen angeordnet ist, dass die Zusatzfeder nach Überschreiten eines gewissen Federwegs der Tragfeder zum Eingriff kommt. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 103 52 077 A1 verwiesen, wobei eine typische Anordnung in der FR 28 34 027 A gezeigt ist; ferner seien stellvertretend für weiteren Stand der Technik die US 4,576,366 und die DE 689 03 231 T2 genannt.The invention relates to an additional elastic spring in the suspension of a vehicle, which is functionally arranged in parallel to a respective wheel zugordneten suspension spring in such a way that the additional spring comes after exceeding a certain spring travel of the suspension spring for engagement. The prior art is by way of example on the DE 103 52 077 A1 referenced, with a typical arrangement in the FR 28 34 027 A is shown; Furthermore, representative of other prior art are the US 4,576,366 and the DE 689 03 231 T2 called.

In den Radaufhängungen modernerer Fahrzeuge mit Stoßdämpfern (genauer Schwingungsdämpfern) ist am Ende der Kolbenstange dieses Stoßdämpfers jeweils eine annähernd zylinderförmige Zusatzfeder als Anschlagpuffer vorgesehen. Solche Zusatzfedern sind üblicherweise aus mehreren im Querschnitt anwachsenden Wellenelementen aufgebaut und bestehen aus einem geschäumten Kunststoff. Solche Zusatzfedern können aber auch in sog. aufgelöster Anordnung angebracht sein, wonach solche als Anschlagpuffer wirkende elastomere Zusatzfedern nicht auf der Kolbenstange eines Dämpfers, sondern beispielsweise zwischen Achslenkern und Karosserieelementen vorgesehen sind. Grundsätzlich wirken solche elastomere Zusatzfedern als Federelement mit integrierter Dämpfung.In the suspension of modern vehicles with shock absorbers (exact vibration dampers) an approximately cylindrical auxiliary spring is provided as a stop buffer at the end of the piston rod of this shock absorber. Such additional springs are usually constructed of a plurality of growing in cross-section shaft elements and consist of a foamed plastic. However, such additional springs can also be mounted in so-called. Dissolved arrangement, according to which such acting as a stop buffer elastomeric auxiliary springs are not provided on the piston rod of a damper, but for example between axle links and body panels. Basically, such elastomeric auxiliary springs act as a spring element with integrated damping.

Weiteren Stand der Technik, jedoch nicht für Radaufhängungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bilden Gummilager mit integrierten flüssigkeitsführenden Kanälen oder Hohlräumen, welche sog. „Hydrolager” damit nichtlineare Dämpfungseigenschaften aufweisen, vgl. bspw. DE 689 03 231 T2 .Further prior art, but not for wheel suspensions according to the preamble of claim 1, form rubber bearings with integrated fluid-carrying channels or cavities, which so-called. "Hydro bearing" thus have non-linear damping properties, see. for example. DE 689 03 231 T2 ,

Für die Anwendung als Motorlager ist es weiterhin bekannt, als (solche) Flüssigkeit ein nicht-newtonsches Fluid vorzusehen (siehe die o. g. US 4,576,366 ). Bekanntlich handelt es sich bei einem nicht-newtonschen Fluid um ein Fluid, dessen Viskosität nicht konstant bleibt, wenn sich die auf das Fluid einwirkenden Scherkräfte verändern. Damit entspricht dieses Fluid nicht dem newtonschen Elementargesetz der Zähigkeitsreibung. Dieses Verhalten wird auch als anomalviskos bezeichnet.For use as an engine mount, it is also known to provide as (liquid) liquid a non-Newtonian fluid (see the above US 4,576,366 ). As is known, a non-Newtonian fluid is a fluid whose viscosity does not remain constant as the shear forces on the fluid change. Thus, this fluid does not conform to the Newtonian law of toughness friction. This behavior is also referred to as abnormal viscosity.

Zurückkommend auf eine elastomere Zusatzfeder in der Radaufhängung eines Fahrzeugs muss bei deren Auslegung ein Zielkonflikt zwischen dem Fahrkomfort des Fahrzeugs und der Erfüllung ihrer Funktion als Anschlagpuffer aufgelöst werden. Eine weichere Feder-Kennlinie der Zusatzfeder trägt nämlich positiv zum Fahrkomfort bei, während mit einer härteren Feder-Kennlinie in die Radaufhängung eingebrachte Energie verstärkt gespeichert oder abgebaut werden kann, womit insbesondere bei der Überfahrt eines vertikalen Hindernisses der Fahrzeug-Aufbau und die Radaufhängung besser vor einer Beschädigung geschützt sind.Coming back to an elastomeric auxiliary spring in the suspension of a vehicle must be resolved in their interpretation, a conflict between the ride comfort of the vehicle and the fulfillment of its function as a stop buffer. A softer spring characteristic of the auxiliary spring contributes positively to the ride comfort, while with a harder spring characteristic introduced into the suspension energy can be stored or removed reinforced, which especially in the passage of a vertical obstacle of the vehicle body and the suspension better are protected from damage.

Hiermit soll nun eine Möglichkeit zur Lösung des vorstehend genannten Zielkonflikts aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).Hereby, a possibility for the solution of the above mentioned conflict of objectives should be pointed out (= object of the present invention).

Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine elastomere Zusatzfeder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder ein nicht-newtonsches Fluid enthält. Insbesondere handelt es sich dabei um ein Fluid mit dilatanter Eigenschaft, d. h. um ein scherverdickendes Fluid, dessen Viskosität bei steigenden Schergeschwindigkeiten ansteigt. Wirkt also auf eine solche erfindungsgemäße Zusatzfeder ein kurzer harter Stoß mit relativ hoher Geschwindigkeit ein, wird diese mit einer härteren Feder-Kennlinie wirksam als bei der Einwirkung eines vergleichbar kräftigen Stoßes mit niedrigerer Geschwindigkeit.The solution to this problem is for an elastomeric auxiliary spring according to the preamble of claim 1, characterized in that the additional spring contains a non-Newtonian fluid. In particular, it is a fluid with dilatant property, d. H. a shear-thinning fluid whose viscosity increases with increasing shear rates. So acts on such a supplementary spring according to the invention a short hard impact at a relatively high speed, this is effective with a harder spring characteristic than in the action of a comparatively strong impact at a lower speed.

Eine erste vorteilhafte Weiterbildung geht aus der beigefügten Schnitt-Skizze eines Ausführungsbeispiels hervor, welches im Folgenden erläutert wird:
Eine hinsichtlich Ihrer Außenkontur übliche elastomere Zusatzfeder 1 ist auf einer Kolbenstange 2 eines nicht weiter dargestellten Stoß- oder Schwingungdämpfers in der Aufhängung eines Rads eines Personenkraftwagens geführt, wobei die (sowohl in der Skizze als auch in der Realität im Einbauzustand) obere Stirnseite O der näherungsweise zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Zusatzfeder 1 an einem Karosserie-Flansch 3 des Fahrzeug-Aufbaus anliegt. An der gegenüberliegenden unteren Stirnseite U der Zusatzfeder kann der (dem Fachmann bekannte) Dämpferzylinder des besagten Schwingungsdämpfers zum Anschlag kommen bzw. kommt zum Anschlag, wenn eine übliche und hier der Einfachheit halber ebenfalls nicht dargestellte Tragfeder zwischen dem besagten Rad und dem Fahrzeug-Aufbau um eine nennenswerte Wegstrecke eingefedert ist.A first advantageous development is apparent from the attached sectional sketch of an embodiment, which will be explained below:
A standard with regard to your outer contour elastomeric auxiliary spring 1 is on a piston rod 2 a shock or vibration damper not shown in the suspension of a wheel of a passenger car, the (both in the sketch and in reality in the installed state) upper end face O of the approximately cylindrical or truncated cone-shaped auxiliary spring 1 on a body flange 3 of the vehicle body abuts. At the opposite lower end U of the auxiliary spring of the (known in the art) damper cylinder said damper come to a stop or comes to a stop when a conventional and here for simplicity also not shown suspension spring between the said wheel and the vehicle body to order a significant distance is compressed.

Wie die Skizze zeigt, sind in der relativ dicken Wand der im Hinblick auf die Durchführung der Kolbenstange 2 annähernd hohlzylindrischen Zusatzfeder 1 im Bereich nahe der oberen Stirnseite O übereinander liegend und dabei voneinander beabstandet zwei ringförmige Hohlräume 4a, 4b vorgesehen, die über einen ringförmigen und sich in Richtung der Kolbenstange 2 erstreckenden Kanal 4c miteinander verbunden sind. Zumindest einer der Hohlräume 4a und/oder 4b und/oder der Kanal 4c ist bzw. sind mit einem nicht newtonschen Fluid befüllt, welches bei starker Krafteinwirkung durch den vorstehend genannten Dämpferzylinder auf die untere Stirnseite U und daraus resultierender Verformung oder Kompression der Zusatzfeder 1 innerhalb derselben insbesondere vom Hohlraum 4b über den Kanal 4c in den Hohlraum 4a zumindest anteilig verlagert wird. Da es sich bei dem besagten in den Hohlräumen 4a, 4b bzw. im Kanal 4c befindlichen und bei nennenswertem Wirksamwerden der Zusatzfeder 1 verlagerten Fluid um ein nicht-newtonsches Fluid handelt, ist bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Zusatzfeder 1 eine Geschwindigkeitsabhängigkeit der Dämpfung stärker ausgeprägt, als dies bei herkömmlichen Zusatzfedern der Fall ist. Hier liegt nämlich nun eine Zusatzfeder 1 vor, die bei geringeren Geschwindigkeiten eines vom besagten Dämpferzylinder aufgebrachten Impulses weicher ist (und somit eine eher komfortable Einfederungs-Charakteristik zeigt) als bei höher Geschwindigkeit einer im wesentlichen gleichen Kraft-Einwirkung und damit einhergehend eines höheren einwirkenden Impulses. Insbesondere bei hohen Krafteinwirkungs-Geschwindigkeiten, wie sie bspw. bei Bordstein-Überfahrten auftreten, wirkt die erfindungsgemäße Zusatzfeder 1 mit einer härteren Federkennlinie und weist insbesondere auch eine höhere Dämpfung auf.As the sketch shows, in the relatively thick wall are in terms of carrying the piston rod 2 almost hollow cylindrical auxiliary spring 1 in the area near the upper end face O superimposed while spaced from each other two annular cavities 4a . 4b provided, via an annular and in the direction of the piston rod 2 extending channel 4c connected to each other. At least one of the cavities 4a and or 4b and / or the channel 4c is or are filled with a non-Newtonian fluid, which under strong force by the above-mentioned damper cylinder on the lower end face U and the resulting deformation or compression of the auxiliary spring 1 within it in particular from the cavity 4b over the canal 4c in the cavity 4a is shifted at least proportionally. As it said in the cavities 4a . 4b or in the channel 4c located and at significant effect of the additional spring 1 displaced fluid is a non-Newtonian fluid, is in the present invention additional spring 1 a speed dependency of damping more pronounced than is the case with conventional auxiliary springs. Here is now an additional spring 1 which is softer at lower speeds of a pulse applied by said damper cylinder (thus exhibiting a more comfortable deflection characteristic) than at higher speeds of substantially equal force action and, concomitantly, a higher applied momentum. In particular, at high power impact speeds, as they occur, for example, curb crossings, the additional spring according to the invention acts 1 with a harder spring characteristic and in particular also has a higher damping.

Mit einer härteren Federkennlinie und einer höheren Dämpfung wird eine eingeleitete kinetische Energie in der erfindungsgemäßen Zusatzfeder verbessert abgebaut, so dass solche Energie nicht mehr von angrenzenden Bauteilen aufgenommen werden muss. Hiermit ergibt sich eine deutliche Schutzfunktion insbesondere für die Karosserie und weitere angrenzende Bauteile.With a harder spring characteristic and a higher damping, an introduced kinetic energy in the additional spring according to the invention is reduced in an improved manner, so that such energy no longer has to be absorbed by adjacent components. This results in a clear protective function, in particular for the body and other adjacent components.

Selbstverständlich kann eine Vielzahl von Details abweichend von diesem Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. So können bspw. die besagten Hohlräume 4a, 4b, die hier bezüglich der Kolbenstange ringförmig sind, sich in Richtung der Kolbenstange 2 betrachtet auch nur über ein gewisses Winkelsegment erstrecken, wobei auch mehrere solcher Hohlräume vorgesehen sein können. Auch können solche Hohlräume 4a, 4b und/oder ein diese verbindender Kanal 4c andersartig zueinander ausgerichtet sein, bspw. in radialer Richtung zur Kolbenstange 2 liegend angeordnet sein oder unter aus Bauraumsicht und Funktion günstigen anderen, Winkeln relativ zur Kolbenstange 2 liegen.Of course, a variety of details may be deviated from this embodiment, without departing from the content of the claims. Thus, for example, the said cavities 4a . 4b , which are annular here with respect to the piston rod, in the direction of the piston rod 2 considered also extend only over a certain angle segment, wherein a plurality of such cavities can be provided. Also, such cavities 4a . 4b and / or a channel connecting them 4c be aligned differently to each other, for example. In the radial direction to the piston rod 2 be arranged lying or under favorable view from construction view and function other, angles relative to the piston rod 2 lie.

Nicht dargestellt ist eine vorteilhafte Weiterbildung, wonach im Kanal 4c eine geeignet gestaltetet Drosselstelle vorgesehen ist, an welcher beim Passieren des nicht-newtonschen Fluids aufgrund zusätzlicher Reibungsverluste in die Radaufhängung eingebrachte Energie noch weiter abgebaut werden kann. Im übrigen kann die Zusatzfeder in einem Zweikomponenten-Verfahren gefertigt werden. Durch die geometrische Gestaltung kann gezielt eine gewünschte Dämpfkurve erreicht werden. Die Art und Form der Hohlräume 4a, 4b, Kanäle 4c oder Drosselstellen, sowie Ihrer Verbindungen können an die jeweiligen Belastungen angepasst werden. Durch das Schaffen dieser Hohlräume 4a, 4b, gefüllt mit einer nicht-newtonschen Flüssigkeit, lässt sich der Zielkonflikt zwischen Komfortanforderungen und Pufferfunktion einer elastomeren Zusatzfeder auflösen. Weiterhin lässt sich der benötigte Bauraum für die Zusatzfeder reduzieren, indem die mögliche Energieaufnahme mit dem nicht-newtonschen Fluid deutlich gesteigert wird. Ferner wird mit einer erfindungsgemäßen Zusatzfeder ein zusätzlicher Freiheitsgrad einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfung und somit einer weiterer ein Abstimmparameter geschaffen, der zur Zielerreichung der Vertikaldynamikanforderungen eines Fahrzeugs genutzt werden kann.Not shown is an advantageous development, according to which in the channel 4c a suitably designed throttle point is provided, at which the energy introduced during passage of the non-Newtonian fluid due to additional friction losses in the suspension can be further reduced. Moreover, the additional spring can be manufactured in a two-component process. Due to the geometric design targeted a desired damping curve can be achieved. The nature and shape of the cavities 4a . 4b , Channels 4c or throttling points, as well as your connections can be adapted to the respective loads. By creating these cavities 4a . 4b filled with a non-Newtonian fluid, the conflict of objectives between comfort requirements and buffer function of an elastomeric auxiliary spring can be resolved. Furthermore, the required space for the additional spring can be reduced by the potential energy consumption is significantly increased with the non-Newtonian fluid. Furthermore, with an additional spring according to the invention, an additional degree of freedom of a speed-dependent damping and thus of a further tuning parameter is created, which can be used to achieve the vertical dynamic requirements of a vehicle.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • FR 2834027 A [0001] FR 2834027 A [0001]
  • US 4576366 [0001, 0004] US 4576366 [0001, 0004]
  • DE 68903231 T2 [0001, 0003] DE 68903231 T2 [0001, 0003]

Claims (3)

Elastomere Zusatzfeder (1) in der Radaufhängung eines Fahrzeugs, welche funktional parallel zu einer dem jeweiligen Rad zugordneten Tragfeder solchermaßen angeordnet ist, dass die Zusatzfeder (1) nach Überschreiten eines gewissen Federwegs der Tragfeder zum Eingriff kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (1) ein nicht-newtonsches Fluid enthält.Elastomeric auxiliary spring ( 1 ) in the suspension of a vehicle, which is functionally arranged parallel to a respective wheel assigned to the suspension spring such that the auxiliary spring ( 1 ) comes after engagement of a certain spring travel of the suspension spring for engagement, characterized in that the additional spring ( 1 ) contains a non-Newtonian fluid. Elastomere Zusatzfeder nach Anspruch 1, in welcher zumindest zwei durch einen Kanal (4c) miteinander verbundene Hohlräume (4a, 4b) für die Aufnahme des nicht-newtonschen Fluids vorgesehen sind.Elastomeric auxiliary spring according to claim 1, in which at least two are connected by a channel ( 4c ) interconnected cavities ( 4a . 4b ) are provided for receiving the non-Newtonian fluid. Elastomere Zusatzfeder nach Anspruch 2 mit einer Drosselstelle im Kanal (4c).Elastomeric auxiliary spring according to claim 2 with a throttle point in the channel ( 4c ).
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