DE102010060093A1

DE102010060093A1 - Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102010060093A1
Application number: DE102010060093A
Authority: DE
Inventors: Erik Hochapfel; Tobias Ebbing; Hendrik Reineke; Jürgen Von Der Kall; Aloys Schröder; Rodscha Drabon; Christian Schnabel; Armin Zuber
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: US20120098229A1; DE102010060093B4; ITGE20110117A1; FR2966386B1; FR2966386A1; US8454042B2

Abstract

Eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs weist eine entlang einer Kraftfahrzeugquerachse (y) angeordneten Querblattfeder (2) auf, welche über mindestens zwei Lager (3, 8) mit einem Fahrzeugaufbau (1) und an ihren beiden voneinander abgewandten Enden jeweils gelenkig mit einem Radträger (9) verbunden ist, wobei die Lager (3, 8) so ausgebildet sind, dass die Querblattfeder (2) in Richtung der Fahrzeughochachse (z) steif fixiert, in Richtung der Fahrzeugquerachse (y) translatorisch und um eine parallel zur Fahrzeuglängsachse (x) gerichteten Achse rotatorisch bewegbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Aufbaufederung sind im Automobilbau überwiegend gewickelte Stahlfedern im Einsatz. Diese Stahlfedern sind unabhängig vom Achsaufbau meist radnah angeordnet. Um Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus zu reduzieren, werden zwischen den Aufhängungspunkten einer Achse außerdem meist Querstabilisatoren aus Stahl eingesetzt. Als Alternative zu den Stahlfedern werden derzeit zur Aufbaufederung auch Querblattfedern eingesetzt, welche in ihrer heutigen Bauform zumeist aus Faserverbundwerkstoffen eingesetzt.
Wichtig für die Beherrschung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere bei Kurvenfahrt, ist eine hohe Wankfederrate, die übermäßige Wankbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeuges entgegenwirkt. Wichtig ist außerdem ein möglichst hoher Wert des Verhältnisses der Wankfederrate zur Hubfederrate eines Kraftfahrzeugrades, was mit dem bisher bekannten System zur Federung von Aufbaubewegungen nur durch Einbau eines Querstabilisators erreichbar ist, wodurch sich das Gewicht des Aufbaufederungssystems nachteilig erhöht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gewichtsreduzierte Radaufhängung bereit zu stellen, bei der die Funktion des Querstabilisators in die Querblattfeder integriert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Radaufhängung, die eine entlang einer Kraftfahrzeugquerachse angeordnete Querblattfeder aufweist, welche über mindestens zwei Lager mit einem Fahrzeugaufbau und an ihren beiden voneinander abgewandten Enden jeweils gelenkig mit einem Radträger oder Lenker verbunden ist, sind die Lager so ausgebildet, dass die Querblattfeder in Richtung der Fahrzeughochachse relativ steif fixiert, gleichzeitig in Richtung der Fahrzeugquerachse translatorisch und um eine parallel zur Fahrzeuglängsachse gerichteten Achse rotatorisch weich bewegbar ist. Die translatorische Bewegbarkeit der Querblattfeder in Richtung der Fahrzeugquerachse ermöglicht die Abstandsverkürzung der Querblattfeder beim Durchbiegen.
Mit Hilfe derartiger Lager kann die Querblattfeder so am Fahrzeugaufbau gelagert werden, dass das Verhältnis von Wankfederrate zur Hubfederrate Werte auf einen so großen Wert einstellbar ist, dass ein Einbau eines Querstabilisators zur Stabilisierung des Fahrzeugs unnötig ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung weist das Lager zwei an dem Fahrzeugaufbau festgelegte und mit einem elastischen Material gefüllte Halterungen sowie ein die Querblattfeder einfassendes Führungsteil auf, welches über sich in Richtung der Fahrzeuglängsachse aus dem Führungsteil erstreckende Bolzen um eine annähernd parallel zur Fahrzeuglängsachse gerichtete Achse drehbar an den Halterungen gelagert ist, wobei die Bolzen in einer Ebene senkrecht zur Fahrzeughochachse bewegbar in den Halterungen gelagert sind.
Dadurch ist die Drehbarkeit des Lagers außerhalb der Querblattfeder realisiert. Das Lager ist so am Fahrzeugaufbau festgelegt, dass sich die Querblattfeder mit dem Lager um eine parallel zur Fahrzeuglängsachse gerichtete Achse drehen kann, je nach Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus und trotzdem eine vertikale Fixierung der Querblattfeder gewährleistet.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante weist das Lager zwei die Querblattfeder einfassende und zumindest teilweise mit einem elastischen Material ummantelte Klemmteile auf, wobei eines der Klemmteile zwischen Fahrzeugaufbau und Querblattfeder und das andere Klemmteil zwischen Querblattfeder und einem die Querblattfeder und die Klemmteile von drei Seiten umgreifenden und an dem Fahrzeugaufbau festlegbaren Bügel angeordnet ist. Auch mit einem derart gestalteten Lager ist die Querblattfeder so gelagert, dass sie in dem Lager die in Anspruch 1 angegebenen Bewegungsfreiheiten hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist eines der beiden Klemmteile zwei mit dem elastischen Material ummantelte, parallel zueinander und zur Breitseite der Querblattfeder liegende Metall- oder Kunststoffplatten auf, wobei die eine der Metall- oder Kunststoffplatten mit einer zentral zur anderen Metall- oder Kunststoffplatten konvexen Durchbiegung oder Wölbung in Richtung der Längsachse der Querblattfeder versehen ist. Mittels der derart ausgebildeten Metall- oder Kunststoffplatten wird einerseits eine abrollartiges Verhalten der Querblattfeder beim Durchbiegen der Querblattfeder erreicht und andererseits die Flächenpressung auf ein für die Querblattfeder zulässiges Niveau gesenkt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist zwischen den Metallplatten ein mit dem elastischen Material ummantelter, elliptischer Hartkern eingebettet, mit dem die Rotationsbewegung der Querblattfeder um die parallel zur Fahrzeuglängsachse gerichtete Achse ebenso einfach ermöglicht ist. Zudem wird durch diese Bauform eine Verschiebung der Querblattfeder in Richtung ihrer Längsachse erleichtert, da durch den Hartkern zwei weitere Gleitebenen in das Lager eingebracht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist das Lager aktiv um eine parallel zur Fahrzeuglängsachse gerichtete Achse rotatorisch bewegbar. Dies kann beispielsweise in Form einer elektromotorischen Ansteuerung des Lagers erfolgen und ermöglicht so eine aktive Steuerung der Aufbaufederung.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 bis 3 perspektivische Ansichten einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Aufbaus einer Radaufhängung,
4 eine Schnittansicht in der YZ-Ebene zur Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Radaufhängung,
5 eine perspektivische Ansicht des in 4 gezeigten Lagers in einer Detailansicht,
6 eine Schnittansicht durch das in 4 gezeigte Lager in der YZ-Ebene und
7 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsvariante des in 4 gezeigten Lagers in einer Detailansicht mit teilweise weggeschnittenem Bügel.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Radaufhängung, Lager und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In den 1 bis 4 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt an dem ein oder mehrere Lenker 4, 6 einer Radaufhängung, hier insbesondere eine Hinterachsradaufhängung, an der zwei oder mehr drehbare Räder (nicht gezeigt) angeordnet sind, sowie eine Querblattfeder 2 angeordnet sind, wobei die Querblattfeder 2 als Hauptfeder der Radaufhängung ausgelegt ist.
Diese Querblattfeder 2 besteht vorzugsweise aus einem leichten Verbundwerkstoff, beispielsweise aus GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff).
Die Anbindung der Querblattfeder 2 an den Fahrzeugaufbau 1 oder einen Hilfsrahmen erfolgt über mindestens zwei Lager 3 (1 bis 3) und 8 (4 bis 6), die in vorbestimmtem Abstand voneinander an dem Fahrzeugaufbau befestigt sind, wobei in den 1 bis 4 jeweils nur eine linke oder rechte Radaufhängung mit jeweils nur einem Lager 3, 8 gezeigt ist.
Bei der in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsvariante der Radaufhängung weist das Lager 3 zwei an dem Fahrzeugaufbau 1 beispielsweise mit Schrauben festgelegte Halterungen 31 auf, die als etwa u-förmiger Bügel ausgebildet sind, wobei die offenen Enden der Bügel nach außen umgebogen sind und so eine Ebene bilden, mit der die Halterungen 31 an dem Fahrzeugaufbau 1 anliegen und mit den Schrauben fixiert sind. Die u-förmige Auswölbung der Halterung 31 ist mit einem elastischen Material 32 gefüllt, beispielsweise einer Gummimischung, in der zentral eine Bohrung vorgesehen ist, durch die ein Bolzen 33 hindurch gesteckt ist, der in einem die Querblattfeder 2 umklammernden Führungsteil 35 verankert ist, so dass das Führungsteil 35 über sich in Richtung einer Fahrzeuglängsachse x aus dem Führungsteil 35 erstreckende Bolzen 33 um eine annähernd parallel zur Fahrzeuglängsachse x gerichtete Achse drehbar an den Halterungen 31 gelagert ist. Die Bolzen 33 erstrecken sich dabei senkrecht zu einer schmalen Seite 22 der Querblattfeder 2 durch die mit dem elastischen Material 32 gefüllten Halterungen 31 auf beiden Seiten der schmalen Seite 22 der Querblattfeder 2 und sind so in einer Ebene senkrecht zur Fahrzeughochachse z bewegbar in den Halterungen 31 gelagert.
Das die Halterungen 31 füllende elastische Material 32 kann als Vollgummi ausgebildet sein; bei der hier gezeigten Ausführungsvariante sind, in Fahrzeugquerrichtung y gesehen, rechts und links neben dem aus dem elastischen Material 32 herausstehenden Bolzen 33 Hohlräume 34 vorgesehen, durch die der Widerstand des elastischen Materials 32 gegenüber Bewegungen des Bolzens innerhalb des elastischen Materials 32 in einer durch die Fahrzeugquerachse y in Fahrzeuglängsachse x gebildeten Ebene herabgesetzt wird.
Die Gestaltung des Lagers 3 erlaubt zudem auch eine aktive Bewegung des Lagers 3 beispielsweise durch einen an dem Lager 3 angreifenden elektrischen Stellantrieb (nicht gezeigt), mit dem das Lager um eine zur Fahrzeuglängsachse x annähernd parallele Achse aktiv gedreht werden kann und so eine aktive Beeinflussung der Aufbaufederung ermöglichen würde.
Eine bevorzugte alternative Ausgestaltung des Lagers ist in den 4 bis 7 gezeigt. Das Lager 8 besteht hier aus einem u-förmig gebogenen Bügel 81, bevorzugt einem Metallbügel, der an den offenen Enden des Bügels 81 nach außen umgebogen ist und Bohrungen aufweist, durch die beispielsweise Schrauben oder andere Befestigungsmittel durchsteckbar sind, mit denen der Bügel 81 am Fahrzeugaufbau 1 festlegbar ist. Der Bügel 81 umgreift dabei die Querblattfeder 2 von ihrer unteren Breitseite 21 und den beiden Schmalseiten 22.
Um eine Lagerung der Querblattfeder mit den oben beschriebenen gewünschten Freiheitsgraden mit Hilfe des Lagers 8 zu verwirklichen, wird zwischen dem Fahrzeugaufbau 1 und die obere Breitseite 21 der Querblattfeder 2 ein erstes Klemmteil 83, 83' eingelegt und zwischen die untere Breitseite 21 der Querblattfeder 2 und den Bügel 81 ein zweites Klemmteil 82, 82', wobei die beiden Klemmteile 82, 83, 82', 83' vorzugsweise als Gummimetallteile ausgebildet sind. Das in den 4 bis 6 gezeigte untere, zwischen Bügel 81 und Unterseite der Querblattfeder 2 angeordnete Klemmteil 82 weist dabei zwei mit einem elastischen Material 821, vorzugsweise Gummi, ummantelte parallel zueinander und zur Breitseite 21 der Querblattfeder liegende ebene Metall- oder Kunststoffplatten 822, 823 auf.
Das obere zwischen Fahrzeugaufbau 1 und Querblattfeder 2 angeordnete Klemmteil 83 besteht im wesentlichen aus zwei mit elastischem Material 831 ummantelte parallel und zur Breitseite 21 der Querblattfeder liegende Metall- oder Kunststoffplatten 832, 833, wobei die eine der Metall- oder Kunststoffplatten 833 mit einer zentral zur anderen Metall- oder Kunststoffplatte 832 konvexen Durchbiegung 834 in Richtung der Längsachse der Querblattfeder 2 versehen ist.
Die konvexe Durchbiegung 834 ermöglicht dabei eine Drehbewegung der Querblattfeder 2 innerhalb des Lagers 8 um die konvex geformte Metall- oder Kunststoffplatte 833, wobei die Querblattfeder 2 über den Bügel 81 und die zwischen Bügel 81 und Querblattfeder 2 bzw. zwischen Querblattfeder 2 und Fahrzeugaufbau 1 in Richtung der Fahrzeughochachse z steif fixiert sowie in der durch die Fahrzeugquerachse y und die Fahrzeuglängsachse x aufgespannten Ebene translatorisch bewegbar ist.
Bei einer in 7 gezeigten alternativen Ausführungsvariante, in der ein Teil des Bügels 81 zur besseren Darstellung weggeschnitten wurde, ist zwischen den hier eben ausgebildeten Metall oder Kunststoffplatten 822', 823', 832', 833' ein mit dem elastischen Material 821', 831' ummantelter, elliptischer Hartkern 824', 834', der bevorzugt als Metall- oder Kunststoffhartkern ausgebildet ist, eingebettet, mit dem die Rotationsbewegung der Querblattfeder 2 um die parallel zur Fahrzeuglängsachse x gerichtete Achse ebenso einfach ermöglicht ist. Zudem wird durch diese Bauform eine Verschiebung der Querblattfeder 2 in Richtung ihrer Längsachse erleichtert, da durch den Hartkern 824', 834' zwei weitere Gleitebenen in das Lager 8 eingebracht werden.
Zur Fixierung der Querblattfeder 2 in dem Lager 8 sind die Querblattfeder 2 und die Klemmteile 82, 83 des Lagers in einer bevorzugten Ausführungsvariante formschlüssig aneinander klemmbar. Wie in 6 gezeigt ist, wird die formschlüssige Klemmung dadurch erreicht, dass die Querblattfeder 2 mindestens einen in Richtung der Fahrzeuglängsachse x ausgerichteten Grat 23 aufweist, der in das elastischen Material 831 der Klemmteile 82, 83 eindrückbar ist. Eine nochmals verbesserte Halterung wird dadurch erreicht, dass das elastischen Material 831 der Klemmteile 82, 83 mindestens eine den Grat (23) der Querblattfeder 2 aufnehmende Nut aufweist, um so die Querblattfeder 2 sicher in dem Lager 8 zu fixieren.
Durch die derart ausgebildeten Lager 3 bzw. 8 ist ermöglicht, dass das Verhältnis der Wank- zur Hubfedersteifigkeit der Radaufhängung einen Wert von größer als 1,5 aufweist und dadurch der zusätzliche Einbau eines Stabilisators zur Stabilisierung der Radaufhängung, insbesondere bei Wankbewegungen des Fahrzeugs, nicht mehr notwendig ist.
Je nach Wahl des elastischen Materials 821, 831 kann die Steifigkeit dieser Lagerung je nach Bedarf unterschiedlich eingestellt werden. Mit der Radaufhängung in der oben beschriebenen Art und Weise ist es möglich, ohne Verbau eines zusätzlichen Stabilisators das Verhältnis der Wanksteifigkeit zur Hubfedersteifigkeit der Radaufhängung auf einen Wert von bis zu 2,2 zu bringen.
Die Querblattfeder kann des Weiteren, wie in 1 gezeigt, an ihren Enden jeweils an einem Lenker, hier einem Querlenker 4, beispielsweise unter Verwendung eines Kugelgelenkes 7 angebunden werden, so dass die Querblattfeder mit möglichst geringer rotatorischer Steifigkeit an dem Querlenker festgelegt ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugaufbau/Hilfsrahmen
2: Querblattfeder
3: Lager
4: Lenker/Querlenker
6: Lenker
7: Kugelgelenk
8: Lager
21: Breitseite
22: Schmalseite
31: Halterung
32: elastisches Material
33: Bolzen
34: Hohlräume
35: Führungsteil
81: Bügel
82, 82': Klemmteil
83, 83': Klemmteil
821, 821': elastisches Material
822, 822': Metall- oder Kunststoffplatten
823, 823': Metall- oder Kunststoffplatten
824': Hartkern
831, 831': elastisches Material
832, 832': Metall- oder Kunststoffplatten
833, 833': Metall- oder Kunststoffplatten
834: Durchbiegung
834': Hartkern
x: Fahrzeuglängsrichtung
y: Fahrzeugquerrichtung
z: Fahrzeughochachse

Claims

Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine entlang einer Kraftfahrzeugquerachse (y) angeordneten Querblattfeder (2), welche über mindestens zwei Lager (3, 8) mit einem Fahrzeugaufbau (1) und an ihren beiden voneinander abgewandten Enden jeweils gelenkig mit einem Radträger (9) oder Lenker verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (3, 8) so ausgebildet sind, dass die Querblattfeder (2) in Richtung der Fahrzeughochachse (z) steif fixiert, in Richtung der Fahrzeugquerachse (y) translatorisch und um eine parallel zur Fahrzeuglängsachse (x) gerichtete Achse rotatorisch bewegbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (3) zwei an dem Fahrzeugaufbau (1) festgelegte und mit einem elastischen Material (32) gefüllte Halterungen (31) sowie ein die Querblattfeder (2) einfassendes Führungsteil (35) aufweisen, das über sich in Richtung der Fahrzeuglängsachse (x) aus dem Führungsteil (35) erstreckende Bolzen (33) um eine annähernd parallel zur Fahrzeuglängsachse (x) gerichtete Achse drehbar an den Halterungen (31) gelagert ist, wobei die Bolzen (33) in einer Ebene senkrecht zur Fahrzeughochachse (z) bewegbar in den Halterungen (31) gelagert sind.
Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material (32) in der Ebene senkrecht zur Fahrzeughochachse (z) neben den Bolzen (33) mindestens eine Hohlraum (34) zur Herabsetzung des Widerstandes des elastischen Materials (32) gegenüber Bewegungen der Bolzen (33) aufweist.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (8) zwei die Querblattfeder (2) einfassende Klemmteile (82, 83, 82', 83') aufweisen, wobei eines der Klemmteile (83, 83') zwischen Fahrzeugaufbau (1) und Querblattfeder (2) und das andere Klemmteil (82, 82') zwischen Querblattfeder (2) und einem die Querblattfeder (2) und die Klemmteile (82, 83, 82', 83') von drei Seiten umgreifenden und an dem Fahrzeugaufbau (1) festlegbaren Bügel (81) angeordnet ist.
Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Klemmteile (82, 82', 83, 83') zwei mit einem elastischen Material (821, 821') ummantelte, parallel zueinander und zur Breitseite (21) der Querblattfeder (2) liegende ebene Metall- oder Kunststoffplatten (822, 823, 822', 823', 832', 833') aufweist.
Radaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Metall- oder Kunststoffplatten (822', 823', 832', 833') ein mit dem elastischen Material (821') ummantelter, elliptischer Hartkern (824', 834') eingebettet ist.
Radaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Klemmteile (83) zwei mit dem elastischen Material (831) ummantelte, parallel zueinander und zur Breitseite (21) der Querblattfeder (2) liegende Metall- oder Kunststoffplatten (832, 833) aufweist, wobei die eine der Metall- oder Kunststoffplatten (833) mit einer zentral zur anderen Metall- oder Kunststoffplatten (832) konvexen Durchbiegung (834) in Richtung der Längsachse der Querblattfeder (2) versehen ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querblattfeder (2) und die Klemmteile (82, 83, 82', 83') formschlüssig aneinander klemmbar sind.
Radaufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querblattfeder (2) mindestens einen in Richtung der Fahrzeuglängsachse (x). ausgerichteten Grat (23) aufweist, der in das elastischen Material (831, 831') der Klemmteile (82, 83, 82', 83') eindrückbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elastischen Material (831, 831') der Klemmteile (82, 83, 82', 83') mindestens eine den Grat (23) der Querblattfeder (2) aufnehmende Nut aufweist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmteile (82, 83, 82', 83') als Gummi-Metall-Teile ausgebildet sind.
Radaufhängung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (3, 8) aktiv um eine annähernd parallel zur Fahrzeuglängsachse (x) gerichteten Achse rotatorisch bewegbar ist.
Radaufhängung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (3, 8) eine Steifigkeit aufweist, dass das Verhältnis von Wank-zu Hubfedersteifigkeit der Radaufhängung einem Wert von größer als 1,5 aufweist.
Radaufhängung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Querblattfeder (2) über mindestens zwei Lager (3, 8) mit dem Fahrzeugaufbau (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Lager (3, 8) zueinander derart gewählt ist, dass das Verhältnis von Wank-zu Hubfedersteifigkeit der. Radaufhängung einem Wert von bis zu 2,2 aufweist.