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Die
Erfindung betrifft eine Radaufhängung mit
einem einerseits mit der Karosserie und andererseits mit dem Rad
verbundenen, eine Schraubendruckfeder (= Tragfeder) und einen Stoßdämpfer aufweisenden,
radführenden
Federbein und mit einem Querlenker, wobei die Schraubendruckfeder
so gestaltet ist, daß durch
die Schraubendruckfeder Querkräfte
zumindest teilweise kompensiert werden, die ohne die querkraftkompensierende
Wirkung der Schraubendruckfeder am Stoßdämpfer aufträten.
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Bei
Radaufhängungen
der hier grundsätzlich in
Rede stehenden Art, häufig
auch McPherson-Radaufhängungen
genannt, ist der bei anderen üblichen Radaufhängungen
vorhandene obere Querlenker durch ein langhubiges Federbein ersetzt
(LUEGER "LEXIKON
DER TECHNIK", Band
12 "LEXIKON DER
FAHRZEUGTECHNIK",
1967 Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Seite 425).
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Bei
den bekannten Radaufhängungen,
von denen die Erfindung ausgeht, kann die Schraubendruckfeder zunächst konzentrisch
zur Stoßdämpferachse
angeordnet sein. Dabei muß dann
die gesamte am oberen Abstützpunkt,
also an der Karosserie auftretende Querkraft von der Kolbenstange
des Stoßdämpfers aufgenommen
werden. Das hat erhebliche Reibungskräfte am Kolben des Stoßdämpfers und
infolgedessen eine ruckelnde Einfederung und Ausfederung zur Folge.
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Um
die auf die Kolbenstange des Stoßdämpfers wirkenden Querkräfte zu reduzieren,
baut man seit längerer
Zeit die Schraubendruckfeder so in das Federbein ein, daß die Federkraftwirkungslinie
mit der Stoßdämpferachse
einen spitzen Winkel bildet. Im Idealfall müßte der Winkel zwischen der
Federkraftwirkungslinie der Schraubendruckfeder und der Stoßdämpferachse
dem Winkel zwischen der Abstützwirkungslinie
und der Stoßdämpferachse
entsprechen. Dann wäre
im normal belasteten Zustand die Kolbenstange des Stoßdämpfers weitgehend querkraftfrei.
Nur beim Einfedern oder Ausfedern – um die statische Gleichgewichtslage
= normal belasteter Zustand – würden Querkräfte auftreten.
Im allgemeinen kann jedoch der Winkel zwischen der Federkraftwirkungslinie
der Schraubendruckfeder und der Stoßdämpferachse nur kleiner als
der Winkel zwischen der Abstützwirkungslinie
und der Stoßdämpferachse
realisiert werden, da die Durchgängigkeit
des Stoßdämpfers durch
die Schraubendruckfeder und eine hinreichende Freigängigkeit
des Rades noch gewährleistet
sein müssen.
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Durch
die ständige
Verbreiterung der Reifen und die damit verbundene Verlagerung des
Radaufstandspunktes nach außen
treten immer größere Winkel
zwischen der Abstützwirkungslinie
und der Stoßdämpferachse
auf, auf die die Federkraftwirkungslinie eingestellt werden müßte, wenn
im normal belasteten Zustand die Kolbenstange des Stoßdämpfers querkraftfrei
sein soll.
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Da
aus den dargelegten Gründen
die Schraubendruckfeder in bezug auf die Stoßdämpferachse nicht so schräg gestellt
werden kann, wie das eigentlich wünschenswert wäre, hat
man bereits die Federkraftwirkungslinie gegenüber der Federmittellinie verschoben,
und zwar durch Schrägstellung
einer Endwindung oder beider Endwindungen, durch Verdickung der
Endwindungen, durch Schrägstellung der
Federteller oder durch Kombinationen der zuvor angesprochenen Maßnahmen.
Damit ist in Grenzen erreicht worden, daß die Federkraftwirkungslinie
am unteren Ende der Schraubendruckfeder weiter außen liegt
als die Federmittellinie, während
die Federkraftwirkungslinie und die Federmittellinie am oberen Ende
der Schraubendruckfeder durch den Abstützpunkt gehen.
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Da
immer noch unbefriedigend gewesen ist, daß der erreichbare Winkel zwischen
der Federkraftwirkungslinie und der Stoßdämpferachse noch nicht ausreicht,
hat man die Schraubendruckfeder so gestaltet, daß durch die Schraubendruckfeder
Querkräfte
zumindest teilweise kompensiert werden, die ohne die querkraftkompensierende
Wirkung der Schraubendruckfeder am Stoßdämpfer aufträten. Dazu wird verwiesen auf
die
deutsche Offenlegungsschrift
1 505 616 , die eine Radaufhängung der in Rede stehenden
Art mit einer Schraubendruckfeder offenbart, deren Federmittellinie
im unbelasteten Zustand (unbelasteter Zustand = vor dem Einbau)
einen etwa C-förmigen
Verlauf hat, sowie vor allem auf die
DE 37 43 450 C2 und die inhaltsgleiche
EP 0 319 651 B1 ,
die eine Radaufhängung
der in Rede stehenden Art mit einer Schraubendruckfeder offenbaren,
deren Federmittellinie im unbelasteten Zustand einen etwa S-förmigen Verlauf
hat.
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In
der
DE 37 43 450 C2 ist
das zuvor angesprochene Problem "Querkräfte am Stoßdämpfer bzw.
an der Kolbenstange des Stoßdämpfers" im einzelnen beschrieben
und dargestellt, nämlich
zunächst
in Spalte 1, Zeile 26, bis Spalte 2, Zeile 13, und in Spalte 2,
Zeile 37, bis Spalte 3, Zeile 18. Beschrieben und dargestellt ist
in der
DE 37 43 450
C2 auch die Maßnahme "Schraubendruckfeder,
deren Federmittellinie im unbelasteten Zustand einen etwa C-förmigen Verlauf
hat", und zwar in
Spalte 2, Zeilen 14 bis 19, und Spalte 3, Zeilen 19 bis 35, unter
Bezugnahme auf
5. In der
DE 37 43 450 C2 ist insbesondere
auch die Maßnahme "Schraubendruckfeder,
deren Federmittellinie im unbelasteten Zustand einen etwa S-förmigen Verlauf
hat" beschrieben
und dargestellt, und zwar in Spalte 3, Zeilen 42 bis 64, und Spalte
4, Zeilen 1 bis 29, unter Bezugnahme auf
6.
Die Maßnahme "Schraubendruckfeder,
deren Federmittellinie im unbelasteten Zustand einen etwa S-förmigen Verlauf
hat" ist das, was
die
DE 37 43 450 C2 ,
ausgehend von dem im einzelnen beschriebenen Stand der Technik,
lehrt, – als
weiterer Beitrag zur Lösung
der aufgezeigten Problematik "Querkräfte am Stoßdämpfer bzw.
an der Kolbenstange des Stoßdämpfers". Radaufhängungen,
die von der zuvor erläuterten
Lehre der
DE 37 43
450 C2 Gebrauch machen, die also eine Schraubendruckfeder
aufweisen, deren Federmittellinie im unbelasteten Zustand einen etwa
S-förmigen
Verlauf hat, haben sich bereits millionenfach bewährt und
zunehmend an Bedeutung gewonnen.
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Einleitend
ist ausgeführt,
daß die
Erfindung eine Radaufhängung
betrifft, zu der u. a. eine Schraubendruckfeder gehört und bei
der die Schraubendruckfeder vorzugsweise so gestaltet ist, daß durch
die Schraubendruckfeder Querkräfte
zumindest teilweise kompensiert werden, die ohne die querkraftkompensierende
Wirkung der Schraubendruckfeder am Stoßdämpfer aufträten. Mit "bei der die Schraubendruckfeder so gestaltet
ist, daß durch die
Schraubendruckfeder Querkräfte
zumindest teilweise kompensiert werden, ..." sind vor allem – aber keinesfalls ausschließlich – die zuvor
im einzelnen beschriebenen Maßnahmen "Schraubendruckfeder, deren
Federmittellinie im unbelasteten Zustand einen etwa C-förmigen Verlauf
hat" und "Schraubendruckfeder,
deren Federmittellinie im unbelasteten Zustand einen etwa S-förmigen Verlauf hat" gemeint. Diese Maßnahmen
nehmen Bezug auf die Federmittellinien von Schraubendruckfedern.
Einerseits sind bei Schraubendruckfedern Federmittellinien natürlich nicht
körperlich
vorhanden; körperlich vorhanden sind
nur die einzelnen Federwindungen bzw. ist nur die Gesamtheit der
Federwindungen. Andererseits gibt es, soweit bekannt, keine Definition
für die
Federmittellinien von Schraubendruckfedern. Deshalb soll nachfolgend
dargestellt werden, wie einerseits die Federmittellinien von Schraubendruckfedern
ermittelt werden können,
worauf es andererseits ankommt, wenn auf die Federmittellinien von
Schraubendruckfedern Bezug genommen wird.
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Ein
erstes Verfahren zur Ermittlung der Federmittellinien von Schraubendruckfedern
ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der
Hüllmantel der
Schraubendruckfeder konstruiert wird und daß dann aus dem konstruierten
Hüllmantel
die Hüllmantelmittellinie
ermittelt wird, die mit der Federmittellinie gleichgesetzt wird.
Dieses Verfahren ist allenfalls eingeschränkt anwendbar; es versagt insbesondere dort,
wo Federwindungen mit sich änderndem
Windungsdurchmesser vorliegen. Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung
der Federmittellinie von Schraubendruckfedern ist dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem
arithmetischen Mittel der Windungspunkte jeweils Mittelpunkte der
Federwindung bestimmt werden und daß die Verbindung der so bestimmten
Mittelpunkte der Federwindungen die Federmittellinie darstellt.
Schließlich
kann die Federmittellinie von Schraubendruckfedern auch dadurch
bestimmt werden, daß die
Projektionen der einzelnen Federwindungen in einer Ebene betrachtet
werden, daß als Mittelpunkt
jeder Federwindung der Mittelpunkt eines Kreises angenommen wird,
der an die Federwindung angenähert
ist, und daß die
so gewonnenen Mittelpunkte der Federwindungen miteinander verbunden werden.
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Wenn
auf die Federmittellinien von Schraubendruckfedern Bezug genommen
wird, dann kommt es darauf an, welche Bedeutung die Federmittellinien für die Federkraftwirkungslinien
von Schraubendruckfedern haben. Hat eine Schraubendruckfeder eine
gerade Federmittellinie, so fällt
die Federkraftwirkungslinie, die natürlich stets eine Gerade ist,
mit der Federmittellinie zusammen. Bei einer Schraubendruckfeder,
deren Federmittellinie einen etwa C-förmigen Verlauf hat, ist – im eingebauten
Zustand ! – die
Federkraftwirkungslinie gegenüber
der – im eingebauten
Zustand – gerade
verlaufenden Federmittellinie verschoben (vgl.
5 der
DE 37 43 450 C2 ).
Demgegenüber
gilt für
eine Schraubendruckfeder, deren Federmittellinie im unbelasteten
Zustand einen etwas S-förmigen
Verlauf hat, daß im
eingebauten Zustand die Federkraftwirkungslinie zur – im eingebauten
Zustand gerade verlaufenden – Federmittellinie
unter einem spitzen Winkel verläuft
(vgl. dazu die
6 der
DE 37 43 450 C2 ).
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Im übrigen sei
noch auf folgendes hingewiesen:
Unter Berücksichtigung dessen, was zuvor
in bezug auf die Federkraftwirkungslinien von Schraubendruckfedern
ausgeführt
worden ist, liegt ein etwa C-förmiger
Verlauf der Federmittellinie auch dann vor, wenn die Endwindungen
der Schraubendruckfeder gegensinnig geneigt sind, der mittlere Teil
der Schraubendruckfeder jedoch gerade verläuft (vgl. in der deutschen
Offenlegungsschrift
1 505 616 die Schraubendruckfeder
nach
2, die gleichwirkend ist zur Schraubendruckfeder
nach
3). Das, was mit einer Schraubendruckfeder erreicht
werden kann, deren Federmittellinie im unbelasteten Zustand einen etwa
S-förmigen
Verlauf hat, kann auch dadurch erreicht werden, daß – bei einem
im übrigen
geraden Verlauf der Federmittellinie – die Endwindungen der Schraubendruckfeder
gleichsinnig geneigt sind. Schließlich kann das, was mit einer
Schraubendruckfeder erreicht wird, deren Federmittellinie im unbelasteten
Zustand einen etwa S-förmigen
Verlauf hat, auch durch eine Schraubendruckfeder erreicht werden,
deren Federmittellinie teilweise einen etwa C-förmigen Verlauf hat und deren
dem C-förmigen Teil
ferne Endwindung gegensinnig geneigt ist.
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Neben
dem zuvor im einzelnen beschriebenen Problem "Querkräfte am Stoßdämpfer bzw. an der Kolbenstange
des Stoßdämpfers" gibt es bei Radaufhängungen
der in Rede stehenden Art noch ein anderes Problem. Im System wirkende
Kräfte
und Momente verursachen nämlich
eine zusätzliche
Belastung an der Lenkung, die für
die Lenkung eine destabilisierende Wirkung hat, bedingt durch die
elastische Nachgiebigkeit des Systems, was sich aus folgendem ergibt:
In
dem hier in Rede stehenden System wirken als Kräfte
- a)
die Radaufstandskraft, deren Richtung senkrecht zur Radaufstandsebene
verläuft,
- b) die Lenkerkraft, die in der Ebene des Querlenkers verläuft und
durch den unteren Lagerpunkt geht, und
- c) die Schraubendruckfederkraft, die in der Hauptbelastungsebene
liegen sollte, wobei die Hauptbelastungsebene durch den oberen Lagerpunkt, durch
den unteren Lagerpunkt und durch den Radaufstandspunkt bestimmt
ist.
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Liegt
die Schraubendruckfederkraft nicht in der Hauptbelastungsebene,
entsteht eine Reaktionskraft in Fahrtrichtung. Wäre der Querlenker absolut starr,
so würde
die in Fahrtrichtung wirkende Komponente der Schraubendruckfederkraft
vom Querlenker aufgefangen. In Wirklichkeit ist die Radaufhängung jedoch
insgesamt elastisch; der Querlenker und die Lenkung sind verformbar.
Die in Fahrtrichtung wirkende Komponente der Schraubendruckfederkraft wird
deshalb lediglich teilweise durch den Querlenker aufgefangen, teilweise
wirkt sie in die Lenkung.
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Üblicherweise
gilt, daß die
Antriebskräfte
an der linken Fahrzeugseite und an der rechten Fahrzeugseite gleich
groß sind,
während
die Reaktionskräfte,
also die in Fahrtrichtung wirkenden Komponenten der Schraubendruckfederkraft,
an den beiden Fahrzeugseiten üblicherweise
unterschiedlich groß sind.
Die Differenz zwischen den in Fahrtrichtung wirkenden Komponenten
der Schraubendruckfederkräfte
an der linken Fahrzeugseite und an der rechten Fahrzeugseite ist
mit einer unterschiedlichen Neigung der Federkraftwirkungslinie
infolge des Taumelns der Schraubendruckfederkraft zu erklären. Die Differenz
zwischen den in Fahrtrichtung wirkenden Komponenten der Schraubendruckfederkräfte an der linken
Fahrzeugseite und an der rechten Fahrzeugseite trägt dazu
bei, daß in
der Lenkung ein unerwünschtes,
destabilisierendes Lenkmoment entsteht. Unter der Wirkung dieses
destabilisierenden Lenkmoments wandert das Fahrzeug einseitig von
der geraden Fahrt ab.
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Zur
Kompensation des zuvor erläuterten
destabilisierenden Lenkmoments ist bereits vorgeschlagen worden,
die Federkraftwirkungslinie gegenüber der Stoßdämpfermittellinie windschief
verlaufen zu lassen. Erreicht wird dieser Verlauf, der im folgenden noch
näher erläutert werden
soll, bei einer durch die
WO
01/56.819 A1 bekannten ersten Ausführungsform durch Schrägstellung der
Schraubendruckfeder im Verhältnis
zur Stoßdämpferachse
in der Ebene senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung einerseits und durch
einen S-förmigen
oder C-förmigen
Verlauf der Mittellinie in der Ebene in Fahrzeuglängsrichtung
andererseits, bei einer durch die
DE 101 25 503 C1 bekannten zweiten Ausführungsform
durch einen etwa S-förmigen
Verlauf der Federmittellinie der Schraubendruckfeder in einer senkrecht
zur Fahrzeuglängsrichtung
verlaufenden Ebene und einen etwa C-förmigen oder einen etwa S-förmigen Verlauf
der Federmittellinie der Schraubendruckfeder in einer in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufenden Ebene, jeweils geltend für den unbelasteten Zustand
der Schraubendruckfeder. Zu der zuletzt beschriebenen Ausführungsform
folgendes:
Die senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Ebenen
seien mit XZ-Ebenen,
die in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufenden Ebenen mit YZ-Ebenen bezeichnet. Davon ausgehend, soll
mit einem windschiefen Verlauf der Federkraftwirkungslinie zur Stoßdämpfermittellinie
gemeint sein, daß einerseits die
Federkraftwirkungslinie schief zur Projektion der Federmittellinie
an der XZ-Ebene, andererseits schief zur Projektion der Federmittellinie
an der YZ-Ebene
verläuft.
(Projektion der Federmittellinie meint dabei immer die Projektion
der Federmittellinie der eingebauten Schraubendruckfeder.) Dadurch, daß die Federkraftwirkungslinie
schief zur Projektion der Federmittellinie an der XZ-Ebene verläuft, werden
ansonsten auftretende Querkräfte
am Stoßdämpfer bzw.
an der Kolbenstange des Stoßdämpfers reduziert,
während
der Verlauf der Federkraftwirkungslinie schief zur Projektion der
Federmittellinie an der YZ-Ebene die Kräfte reduziert bzw. minimiert bzw.
eliminiert, die aus der Differenz zwischen den in Fahrtrichtung
wirkenden Komponenten der Schraubendruckfederkräfte an der linken Fahrzeugseite
und an der rechten Fahrzeugseite resultieren. Die dadurch, daß die Federkraftwirkungslinie
annähernd schief
zur Projektion der Federmittellinie an der YZ-Ebene verläuft, auftretenden
Kräfte
kompensieren zumindest teilweise die unerwünschten, destabilisierenden
Kräfte,
die ansonsten in die Lenkung geleitet werden, resultierend aus der
Differenz zwischen den in Fahrtrichtung wirkenden Komponenten der
Schraubendruckfederkräfte
an der linken Fahrzeugseite und an der rechten Fahrzeugseite, wodurch
die Geradeausfahrt des Fahrzeugs verbessert bzw. gewährleistet
wird.
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Die
beschriebenen, aus der
DE
37 43 450 C2 bzw. aus der
DE 101 25 503 C1 bekannten Radaufhängungen
haben sich außerordentlich
bewährt,
und zwar zig-millionenfach in verschiedenen Typen von Kraftfahrzeugen
verschiedener Kraftfahrzeughersteller.
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Seit
vielen Jahren ist bei der Weiterentwicklung von Kraftfahrzeugen
ein vorrangiges Ziel die Gewichtsreduzierung; mit dieser Zielrichtung
werden auch viele Komponenten und Bauteile der Kraftfahrzeuge weiterentwickelt.
Gewichtsreduzierung läßt sich
vor allem einerseits durch den Einsatz spezifisch leichterer Materialien,
z. B. Aluminium statt Stahl, andererseits durch eine höhere Beanspruchung – man kann
auch sagen: bessere Ausnutzung – der
verwendeten Materialien, schließlich
aber auch durch gestalterische bzw. konstruktive Maßnahmen
erreichen.
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Der
Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, die aus der
DE 37 43 450 C2 bekannte
Radaufhängung
bzw. die aus der
DE
101 25 503 C1 bekannte Radaufhängung unter dem Gesichtspunkt
der Gewichtsreduzierung zu verbessern.
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Die
erfindungsgemäße Radaufhängung, bei der
die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist,
ist zunächst
und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder so gestaltet
und/oder eingebaut ist, daß in
der Schraubendruckfeder die maximale Beanspruchung auf beiden Seiten
der Federmittelinie bzw. der Federkraftwirkungslinie zumindest annähernd gleich
groß ist. Das
bedarf der Erläuterung:
Die
Federkraft F
F der Schraubendruckfeder, die
als Tragfeder, üblicherweise
auch als Achsfeder bezeichnet wird, resultiert aus dem auf die einzelnen Radaufhängungen
anteilig entfallenden Gewicht des Kraftfahrzeugs, also der Radaufstandskraft
F
A, der Lenkerkraft F
L,
der Karosserieabstützkraft
F und der Querkraft F
Q (siehe dazu die Ausführungen
in Spalte 2, Zeilen 42 bis 46 der
DE 37 43 450 C2 ). Wie ausgeführt, gehört zu der
in Rede stehenden Radaufhängung
ein einerseits mit der Karosserie und andererseits mit dem Rad verbundenes,
radführendes
Federbein, wobei zu dem Federbein die Schraubendruckfeder und ein
Stoßdämpfer gehören. Die Schraubendruckfeder
ist dabei wirksam zwischen einem oberen Kraftangriffspunkt und einem
unteren Kraftangriffspunkt. Konkret ist die Schraubendruckfeder
wirksam zwischen einem oberen Federteller, der häufig gelenkig an der Karosserie
abgestützt
ist, und einem unteren Federteller, der mit dem Stoßdämpfer verbunden
ist.
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Die
zu der erfindungsgemäßen Radaufhängung gehörende Schraubendruckfeder
ist also – im eingebauten
Zustand – zwischen
dem oberen Federteller und dem unteren Federteller eingespannt.
Dabei liegen die Endwindungen der Schraubendruckfeder am zugeordneten
Federteller an, und zwar in ganz unterschiedlicher Weise, auch abhängig davon, wie
stark die Schraubendruckfeder belastet ist, wie stark sie also eingefedert
ist.
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Unter
einen Kraftangriffspunkt der Schraubendruckfeder versteht man den
Schnittpunkt der Federkraftwirkungslinie mit einer Bezugsebene.
Als den oberen Kraftangriffspunkt bezeichnet man deshalb den Schnittpunkt
der Federkraftwirkungslinie mit der Ebene des oberen Federtellers
und entsprechend als unteren Kraftangriffspunkt den Schnittpunkt
der Federkraftwirkungslinie mit der Ebene des unteren Federtellers.
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Zur
Lehre der Erfindung gehört
zunächst
die Erkenntnis, daß bei
Schraubendruckfedern, die im unbelasteten Zustand einen zumindest
etwa C-förmigen
Verlauf, einen zumindest etwa S-förmigen Verlauf oder einen teilweise
etwa C-förmigen
Verlauf und einen teilweise S-förmigen
Verlauf haben, die maximale Beanspruchung auf beiden Seiten der
Federmittelinie bzw. der Federkraftwirkungslinie unterschiedlich
ist. Das gilt auch für
bekannte Radaufhängungen,
bei denen man die Federkraftwirkungslinie gegenüber der Federmittellinie durch
andere als die weiter oben beschriebenen Maßnahmen verschoben bzw. verschwenkt
hat, nämlich
durch Schrägstellung einer
Endwindung oder beider Endwindungen, durch Verdickung der Endwindungen,
durch Schrägstellung der
Federteller oder durch Kombinationen dieser Maßnahmen.
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Alle
im Stand der Technik bekannten, der Querkraftreduzierung bzw. der
Querkraftkompensation dienenden Maßnahmen führen im allgemeinen dazu, daß die Federkraftwirkungslinie
gegenüber
der Federmittellinie verschoben wird. Folglich ist die Beanspruchung
der Schraubendruckfeder auf der dem Rad abgewandten Seite größer als
die Beanspruchung der Schraubendruckfeder auf der dem Rad zugewandten
Seite. Die maximale Beanspruchung der Schraubendruckfeder auf der
dem Rad abgewandten Seite bestimmt also im Stand der Technik die
Auslegung der Schraubendruckfeder, insbesondere den Durchmesser
des Federdrahtes und das Gewicht der Schraubendruckfeder. Dadurch,
daß erfindungsgemäß die Schraubendruckfeder
so gestaltet und/oder eingebaut ist, daß in der Schraubendruckfeder
die Beanspruchung auf beiden Seiten der Federmittellinie bzw. der
Federkraftwirkungslinie, also auf der dem Rad abgewandten Seite
und auf der dem Rad zugewandten Seite, zumindest annähernd gleich groß ist, kann
die Schraubendruckfeder günstiger
dimensioniert werden.
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Ein
erster Weg, die zuvor erläuterte
Lehre der Erfindung konkret zu realisieren, ist dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens
eine Windung der Schraubendruckfeder, möglicherweise aber auch alle Windungen
der Schraubendruckfeder einen zwischen einem Kleinstwert, einem
Größtwert,
und wieder dem Kleinstwert sich ändernden
Federdrahtdurchmesser aufweist bzw. aufweisen. Vorzugsweise ändert sich
der Federdrahtdurchmesser der Windung bzw. der Windungen je Windung
genau einmal zwischen dem Kleinstwert, dem Größtwert und wieder dem Kleinstwert.
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Die
zuvor angegebene Realisierungsmöglichkeit
der Lehre der Erfindung ist relativ aufwendig, weil mit einem besonderen
Federdraht gearbeitet werden muß,
nämlich
mit einem solchen, bei dem sich der Federdrahtdurchmesser zwischen
einem Kleinstwert, einem Größtwert und
wieder dem Kleinstwert immer wieder ändert. Weniger aufwendig ist
deshalb ein zweiter Weg, die zuvor erläuterte Lehre der Erfindung
konkret zu realisieren, der dadurch gekennzeichnet ist, daß – vorzugsweise
unter Berücksichtigung
der Lage des oberen und des unteren Kraftangriffspunktes der Schraubendruckfeder – der Körper der
Schraubendruckfeder so gestaltet ist, daß die Beanspruchung der Schraubendruckfeder
bzw. die Beanspruchung in der Schraubendruckfeder auf beiden Seiten
der Federmittellinie bzw. der Federkraftwirkungslinie zumindest
annähernd
gleich groß ist.
Bei dieser Ausführungsform
erfahrt also der Körper
der Schraubendruckfeder eine Verschiebung bzw. wird die Federmittellinie
im Bereich der aktiven Windungen des Körpers der Schraubendruckfeder gegenüber der
Federkraftwirkungslinie systematisch verschoben. Man kann von einem "Körper-Offset" sprechen. Vorzugsweise wird dabei so
vorgegangen, daß zumindest
annähernd,
vorzugsweise exakt eine Hälfte
der Schraubendruckfeder auf der dem Rad zugewandten Seite der Federkraftwirkungslinie
und zu mindest annähernd,
vorzugsweise exakt die andere Hälfte
der Schraubendruckfeder auf der dem Rad abgewandten Seite der Federkraftwirkungslinie
realisiert ist.
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Die
Einstellung des oberen Kraftangriffspunktes und des unteren Kraftangriffspunktes
geschieht durch Schrägstellung
der Endwindungen der Schraubendruckfeder und/oder durch Ausformung der
Federmittellinie, so daß diese
im unbelasteten Zustand einen etwa C-förmigen oder S-förmigen oder
einen teilweise etwa C-förmigen
und teilweise etwa S-förmigen
Verlauf hat.
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Im
einzelnen gibt es eine Mehrzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Radaufhängung auszugestalten
und weiterzubilden. In Verbindung mit der Zeichnung wird ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Radaufhängung beschrieben.
In der Zeichnung zeigen
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1 eine
grafische Darstellung zur Erläuterung
einer Radaufhängung
der in Rede stehenden Art und der dabei auftretenden Kräfte,
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2 eine
grafische Darstellung einer Radaufhängung, bei der Querkräfte nicht
mehr auftreten, und
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3 verschiedene
Ausführungsformen
von zu einer Radaufhängung
der in Rede stehenden Art gehörenden
Schraubendruckfedern.
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Zu
der in den 1 und 2 dargestellten Radaufhängung gehört ein mit
der Karosserie 1 und mit dem Rad 2 verbundenes,
eine Schraubendruckfeder 3 (= Tragfeder bzw. Achsfeder)
und einen Stoßdämpfer 4 aufweisendes,
radführendes
Federbein 5 sowie ein Querlenker 6. Eingezeichnet
ist auch die Federmittellinie 7 der Schraubendruckfeder 3;
dazu, daß bei
Schraubendruckfedern Federmittellinien nicht körperlich vorhanden sind, und
wie bei Schraubendruckfedern Federmittellinien ermittelt werden können, wird
auf die weiter oben gemachten Ausführungen verwiesen.
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Wie
der 1 zu entnehmen ist, stellt sich zwischen verschiedenen
Kräften
ein Kräftegleichgewicht
ein, nämlich
zwischen der Radaufstandskraft FA, der Lenkerkraft
FL, der Karosserieabstützkraft F, der Federkraft FF und der Quer kraft FQ.
Die unerwünschte,
von der Kolbenstange 8 des Stoßdämpfers 4 aufzunehmende
und zu Reibungskräften
am Kolben des Stoßdämpfers 4 führende Querkraft
FQ resultiert daraus, daß der Winkel α zwischen
der Federkraftwirkungslinie 9 der Schraubendruckfeder 3 und
der Stoßdämpferachse 10 einerseits
und der Winkel β zwischen
der Abstützwirkungslinie 11 und der
Stoßdämpferachse 10 andererseits
nicht gleich sind, die Federkraftwirkungslinie 9 und die
Abstützwirkungslinie 11 also
nicht zusammenfallen.
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Bei
der in 2 dargestellten Radaufhängung, die wie die in 1 dargestellte
Radaufhängung
zum Stand der Technik gehört,
sind der Winkel α zwischen
der Federkraftwirkungslinie 9 der Schraubendruckfeder und
der Stoßdämpferachse 10 einerseits
und der Winkel β zwischen
der Abstützwirkungslinie 11 und
der Stoßdämpferachse 10 andererseits
gleich groß;
also fallen die Federkraftwirkungslinie 9 und die Abstützwirkungslinie 11 fallen
zusammen. Daraus resultiert, daß die
Schraubendruckfederkraft FF und die Karosserieabstützkraft
F gleich sind, die Querkraft FQ also Null
ist.
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Weiter
oben ist im einzelnen ausgeführt,
daß bei
Radaufhängungen
der in Rede stehenden Art die Schraubendruckfeder so gestaltet ist,
daß durch
die Schraubendruckfeder Querkräfte
zumindest teilweise kompensiert werden, die ohne die querkraftkompensierende
Wirkung der Schraubendruckfeder am Stoßdämpfer aufträten. Auch bei der erfindungsgemäßen Radaufhängung ist
die Schraubendruckfeder in der beschriebenen Weise gestaltet. Bei
der erfindungsgemäßen Radaufhängung können auch
die Maßnahmen
verwirklicht sein, die weiter oben zur Kompensation des erläuterten
destabilisierenden Lenkmoment beschrieben sind; diese Maßnahmen können auch
verwirklicht sein, sie müssen
aber nicht verwirklicht sein.
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In
dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radaufhängung sind
der obere und der untere Kraftangriffspunkt der Schraubendruckfeder 3 so
gewählt,
daß in der
Schraubendruckfeder 3 die Beanspruchung auf beiden Seiten
der Federmittellinie 7 bzw. der Federkraftwirkungslinie 9 zumindest
annähernd
gleich groß ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
hat also der Körper
der Schraubendruckfeder 3 eine Verschiebung erfahren; man
kann von einem "Körper-Offset" sprechen. Im einzelnen
ist dabei so vorgegangen worden, daß zumindest annähernd, vorzugsweise
ex akt eine Hälfte
der Schraubendruckfeder 3 auf der dem Rad 2 zugewandten
Seite der Federkraftwirkungslinie 9 und zumindest annähernd, vorzugsweise
exakt die andere Hälfte
der Schraubendruckfeder 3 auf der dem Rad 2 abgewandten Seite
der Federkraftwirkungslinie 9 realisiert ist.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der "Körper-Offset", also die bestimmte
Wahl des oberen Kraftangriffspunkt und des unteren Kraftangriffspunkt der
Schraubendruckfeder 3 dadurch realisiert, daß die Stellung
der oberen Endwindung 12 der Schraubendruckfeder 3 entsprechend
gewählt
ist, also eine entsprechende Schrägstellung der oberen Endwindung 12 der
Schraubendruckfeder 3 realisiert ist.
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Dazu
zeigt die 3 fünf verschiedene Ausführungsformen
von zu einer Radaufhängung
gehörenden
Schraubendruckfedern 3, welche jeweils für sich im
verbauten Zustand zu einer vollständigen Kompensation der Querkraft
FQ führen.
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Bei
der in der 3 links dargestellten Schraubendruckfeder 3 ist
die Lehre der Erfindung nicht verwirklicht; der "Körper-Offset" beträgt 0 mm.
-
Bei
den dann in der 3 dargestellten Schraubendruckfedern 3,
also beginnend mit der zweiten von links, ist jeweils ein "Körper-Offset" verwirklicht, und zwar, wie angegeben,
von 5 mm, von 10 mm, von 12,5 mm und 15 mm. Dadurch ist jeweils, in
steigendem Maße,
der obere Kraftangriffspunkt nach links verschoben und die – nicht
eingezeichnete – Federkraftwirkungslinie
entsprechend entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt.
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Versuche
haben gezeigt, daß durch
die erfindungsgemäße Maßnahme die
maximale Beanspruchung in der Schraubendruckfeder 3 erheblich
reduziert werden kann. Bei einer bestimmten Schraubendruckfeder 3,
also mit bestimmten, immer gleichen Parameter, beträgt bei der
in 3 links dargestellten Schraubendruckfeder 3 die
maximale Beanspruchung 1344 MPa. Bei den anderen in 3 dargestellten
Schraubendruckfedern nimmt die maximale Beanspruchung, bei den dargestellten
Schraubendruckfedern 3 von links nach rechts, stetig ab,
und zwar von 1293 MPa über
1243 MPa und über
1215 MPa bis nur noch 1197 MPa. Das heißt, daß die bestimmte Schraubendruckfeder 3, wie
in 3 rechts dargestellt, massemäßig um 10% reduziert werden kann;
statt einer Masse von 2,26 kg wird noch eine Masse von 2,0 kg benötigt.