DE102013020684B3

DE102013020684B3 - Radaufhängung

Info

Publication number: DE102013020684B3
Application number: DE201310020684
Authority: DE
Inventors: Thomas Klinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2033-12-06

Abstract

Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Radaufhängung (100) für ein Fahrzeug, wobei ein Radträger (16) über einen Stoßdämpfer (18) mit einem karosserieseitigen Dämpferlager (24) verbunden ist, und wobei eine Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung (40) zum Aufbringen eines Kompensationsmoments (MK), um eine Querkraftbelastung am Stoßdämpfer (18) zu verringern, vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung (40) ausgelegt und ausgebildet, um an einer von dem Radträger (16) abgewandten Seite des Dämpferlagers (24) in einem Abstand von dem Dämpferlager (24) zur Aufbringung des Kompensationsmoments (MK) auf den Stoßdämpfer (18), insbesondere auf eine Kolbenstange (22) des Stoßdämpfers (18), einzuwirken. Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit der vorstehend beschriebenen Radaufhängung (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Räder eines Fahrzeugs in Form einer Radaufhängung mit einem McPherson-Federbein gegenüber einer Karosserie des Fahrzeugs abzustützen. Eine typische derartige Radaufhängung 10 nach dem Stand der Technik ist in 5 in einer schematischen Aufrissansicht gezeigt. Dabei ist ein Rad 12 mittels eines Federbeins 14 mit einer Karosserie (an Lagerstellen schraffiert angedeutet) verbunden. Im Einzelnen weist das Federbein 14 einen Radträger 16 auf, an welchem das Rad 12 in einem Radlagerpunkt RL um eine Radachse A drehbar gelagert ist. Der Radlagerpunkt RL wird als Kraft- und Momenteneinleitungspunkt von dem Rad 12 in den Radträger 16 betrachtet, wobei davon ausgegangen wird, dass die Kraft in etwa in der Radmitte eingeleitet wird. Ferner weist das Federbein einen Stoßdämpfer 18 auf. Der Stoßdämpfer 18 weist einen eine bauliche Einheit mit dem Radträger 16 bildenden Zylinder 20 auf. Der Zylinder 20 und der Radträger 16 können als ein Gussteil einstückig ausgebildet, der Zylinder 20 kann aber auch gesondert hergestellt und an dem Radträger 16 angeflanscht sein. Eine Kolbenstange 22 eines nicht näher bezeichneten Kolbens, der in dem Zylinder beweglich ist, ragt nach oben aus dem Zylinder 20, um mit ihrem oberen Ende an einem Dämpferlager 24 befestigt zu sein. Dabei wird ein Krafteinleitungspunkt am Dämpferlager 24 in die Karosserie mit DO bezeichnet.
An einem oberen Ende des Zylinders 20 und an dem oberen Ende der Kolbenstange 22 sind einander zugewandte Federteller 26, 28 vorgesehen. Die Anordnung am oberen Ende des Zylinders ist nur beispielhaft gewählt und dient auch der zeichnerischen Klarheit; in der Praxis kann der untere Federteller 26 an einer anderen Stelle am Zylinderkörper angeordnet sein. Zwischen den Federtellern 26, 28 ist eine Tragfeder 30 aufgenommen, die als Druck aufnehmende Schraubenfeder ausgestaltet ist. Unterhalb der Radachse A ist der Radträger 16 (das Federbein 14) über einen (unteren) Querlenker 32 mit einem Querlenkerlager 34 verbunden. Ein Anlenkpunkt des Querlenkers 32 an dem Radträger 16 ist mit U2 bezeichnet, ein Lagerungspunkt des Querlenkers 32 an dem Querlenkerlager 34 (d. h. ein Krafteinleitungspunkt des Querlenkers 32 in die Karosserie) ist mit U1 bezeichnet. Der Querlenker 32 bildet einen Schwingarm, der in einer Ebene schwenkbar ist, die sich in Vertikalrichtung des Fahrzeugs (nicht näher dargestellt) erstreckt und die Radachse A aufnimmt, und der Zylinder 20 mit der Kolbenstange 22 bildet eine Linearführung derart, dass sich der Radträger 16 mit dem Rad 12 im Wesentlichen vertikal gegenüber der Karosserie bewegen kann.
Wie aus 5 ersichtlich, stützt sich das Rad 12 nach oben über das Federbein 14 gegen die Karosserie ab. Somit ist das Federbein 14 aus funktionaler Sicht ein Feder-Dämpfer-System. Dabei nimmt die Tragfeder 30 die Tragkräfte auf, und der Stoßdämpfer 18 dämpft die dynamischen Auslenkbewegungen und erzeugt dynamische Dämpferkräfte. Gemäß der Darstellung in 5 wirkt am belasteten Rad 12 eine Radaufstandskraft F_A, die über den Radlagerpunkt RL in den Radträger 16 eingeleitet wird. In Reaktion darauf wirkt am Dämpferlager 24 eine Tragkraft F_T, und am Querlenkerlager 34 wirkt eine Haltekraft F_H, die über den Querlenker 32 axial übertragen wird. Das Dämpferlager 24 nimmt auch die dynamischen Dämpferkräfte F_D auf.
Ein Problem der so aufgebauten Radaufhängung 10 besteht darin, dass der Stoßdämpfer 18 einen Versatz zur Radmitte aufweisen muss, da er zum Rad 12 freigehend sein muss. Daher führt die Einleitung der Radaufstandskraft F_A zu einem Störmoment M_S. Nur zum Teil kann das Störmoment M_S durch die Geometrie des Radträgers 16 in Form eines Reaktionsmoments M_R, das als Reaktion auf die Lagerkräfte erzeugt wird, kompensiert werden. Das verbleibende Moment kann nur in Form eines Querkraftpaars ±F_Q im Stoßdämpfer 18 aufgenommen werden. (Die Querkräfte F_Q sind in der Figur so gezeichnet, wie sie auf den Kolben bzw. die Kolbenstange 22 wirken.) Die Querkräfte F_Q führen zu Reibung im Stoßdämpfer 18 und zu schlechtem Anfederverhalten; zudem können hier auch Festigkeits-, insbesondere Dauerfestigkeitsprobleme hinzukommen.
Um das Problem der Querkräfte zu beheben, ist es gängige Praxis, die Tragfeder 30 desaxiert zur Dämpferachse zu montieren, um ein Kompensationsmoment aufzu-bringen. Mit anderen Worten, die Tragfeder 30 wird exzentrisch oder schräg bezüglich der Dämpferachse eingebaut, um das gewünschte Kompensationsmoment zu erzeugen.
Aus der DE 102 59 093 A1 ist ferner ein Stützlager für eine Radaufhängung bekannt, die ein Federelement mit zwei Elastomerteilen unterschiedlicher Härte aufweist, wobei eines der Elastomerteile eine keilförmige Ausnehmung zur Aufnahme des anderen Elastomerteils aufweist. Damit soll zur Kompensation eines Biegemoments (Störmoments) der Radaufhängung ein entgegengesetztes Kippmoment (Kompensationsmoment) erzeugt werden.
Aus der DE 10 2009 047 404 A1 ist auch eine Radaufhängung bekannt, bei welcher zwischen dem oberen Federteller und dem Fahrzeugaufbau (Dämpferlager) ein Zwischenelementsystem so angeordnet und ausgeführt ist, dass während der Endmontage des Stoßdämpfers an dem Fahrzeugaufbau ein Kompensationsmoment erzeugt wird. Das Zwischenelementsystem weist ein Gummilager auf, das entweder keilförmig geformt ist, um sich bei der Endmontage einseitig zusammenzudrücken und so ein Kippmoment zu erzeugen, oder das bei der Endmontage als Reaktion auf ein einseitiges Stauchen das Kippmoment erzeugt.
Bei den zuletzt genannten Lösungen ist das Dämpferlager mehr oder weniger komplex zu verändern, und das Dämpferlager muss Momente aufnehmen. Daher muss auch die Karosserie an dieser Stelle noch stärker ausgelegt werden.
Ein anderes Problem der beschriebenen Radaufhängung 10 in McPherson-Konfiguration besteht darin, dass die Tragfeder 30 oberhalb des Rades 12 sitzen muss, damit die oben beschriebene Kompensation der Querkräfte F_Q funktioniert. Dies führt auch dazu, dass das Federbein 14 entsprechend lang sein muss, um die Tragfeder 30 noch oberhalb des Rades 12 mit seiner erforderlichen Länge aufnehmen zu können. Auch muss das Dämpferlager 24 entsprechend hoch liegen. Das ist zum einen von der Packungsdichte her nicht optimal, zum anderen muss die Karosserie an dieser entfernten Stelle mit entsprechender Festigkeit und Steifigkeit ausgebildet sein, weil über das Lager die hohen Kräfte im oberen Anschlag des Rades übertragen werden. Letzteres kann auch Gewichtsnachteile mit sich bringen. An der Vorderachse kann die Bauhöhe des Federbeins und hoch liegende Lagerungsstelle hinsichtlich Design und Fußgängerschutz nachteilig sein, an der Hinterachse kann die Durchladebreite begrenzt sein.
Um die Bauhöhe der Achsgruppe zu begrenzen, sind verschiedene Systeme vorgeschlagen worden. So ist es beispielsweise bekannt, dass die Tragfeder an eine andere Stelle der Radaufhängung verlagert wird. Beispielsweise ist es bei Doppelquerlenker- oder Multilenker-Fahrwerken bekannt, die Tragfeder zwischen einem der Querlenker und der Karosserie anzuordnen. Bei Pushrod-Anordnungen wird die Tragkraft über ein Hebelsystem in die Horizontale umgelenkt, sodass die Tragfedern nunmehr waagerecht oder nahezu waagerecht liegen. Alternativ ist auch eine Drehstabfederung bekannt, bei welcher der Radträger über eine Drehstabfeder (Torsionsstab) federnd mit der Karosserie verbunden ist. Bei diesen Systemen kann vorgesehen sein, dass die Tragfeder den Dämpfer nicht mehr umgibt, sodass der Stoßdämpfer in Richtung Radachse wandern kann, und der Obere Dämpferlagerpunkt DO tiefer liegen kann, wodurch sich insgesamt die Bauhöhe der Radaufhängung verringert. Allerdings entfällt bei diesen Systemen, soweit noch Radführungskräfte als Querkräfte am Dämpfer auftreten, bei einer Trennung der Federungs- und der Dämpfungskomponente die Möglichkeit, das Störmoment auf den Dämpfer über eine Schrägstellung der Feder oder ein vorgespanntes Dämpferlager der vorstehend beschriebenen Art zu kompensieren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bekannte Radaufhängungen durch eine verbesserte bzw. neuartige Art der Aufbringung eines Kompensationsmoments zur Kompensation des durch die Radaufstandskraft erzeugten Störmoments weiterzubilden. Spezielle Aufgaben der Erfindung beziehen sich darauf, bei Kompensation des Störmoments einen niedrigen Dämpferlagerpunkt, eine leichtere Karosserieauslegung und eine einfache konstruktive Gestaltung des Dämpferlagers zu ermöglichen.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird wenigstens in Teilaspekten gelöst durch eine erfindungsgemäße Radaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Dabei gelten Merkmale und Einzelheiten, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung beschrieben sind, auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug sowie jeweils umgekehrt und wechselweise, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, wobei ein Radträger über einen Stoßdämpfer mit einem karosserieseitigen Dämpferlager verbunden ist, und wobei eine Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung zum Aufbringen eines Kompensationsmoments, um eine Querkraftbelastung am Stoßdämpfer zu verringern, vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung ausgelegt und ausgebildet, um an einer im Sinne einer Achsenrichtung des Stoßdämpfers von dem Radträger abgewandten Seite des Dämpferlagers, insbesondere oberhalb des Dämpferlagers, in einem Abstand von dem Dämpferlager zur Aufbringung des Kompensationsmoments auf den Stoßdämpfer, insbesondere auf eine Kolbenstange des Stoßdämpfers, einzuwirken.
Mit anderen Worten, der Stoßdämpfer (insbesondere die Kolbenstange) erstreckt sich karosserieseitig über das Dämpferlager hinaus, vorzugsweise durch dieses hindurch, und empfängt dort in einem Abstand von dem Dämpferlager das Kompensationsmoment. Als ein Radträger wird im Sinne der Erfindung ein Bauteil verstanden, das zur drehbaren Lagerung eines Rades des Fahrzeugs ausgelegt und ausgebildet ist. Ein Radträger kann Bestandteil eines Dämpfer- oder Federbeins sein, kann aber auch ein eigenständiges Bauteil sein. Als ein Stoßdämpfer wird im Sinne der Erfindung ein Bauteil verstanden, das zur Dämpfung von Bewegungsschwingungen ausgelegt und ausgebildet ist. Stoßdämpfer können hydraulisch, mechanisch, pneumatisch oder auf andere Weise wirken. Unter einem Dämpferlager wird im Sinne der Erfindung ein Anlenk- und/oder Befestigungsteil verstanden, welches den Stoßdämpfer mit der Karosserie verbindet, um in den Stoßdämpfer eingeleitete Kräfte, insbesondere Axialkräfte, an die Karosserie weiterzugeben. Da die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung vorgesehen ist, müssen Querkräfte im Stoßdämpfer nicht mehr über eine Desaxierung der Tragfeder kompensiert werden, die Tragfeder kann an eine andere Stelle verlegt werden, und das Dämpferlager kann näher an die Radachse wandern. Das Dämpferlager selbst muss kein Moment aufnehmen bzw. abbauen, sondern, je nach Ausbildung der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung, unter Umständen nur eine Querkraft. Dies ist aber technisch leicht zu realisieren. Der Aufbau des Dämpferlagers selbst kann einfach bleiben, und die Karosserie kann leichter ausgelegt werden.
Vorzugsweise weist die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung ein Federelement auf, das sich an der im Sinne der Achsenrichtung des Stoßdämpfers von dem Radträger abgewandten Seite des Dämpferlagers, insbesondere oberhalb des Dämpferlagers, gegen die Karosserie abstützt. Durch ein Federelement kann die Momentenaufbringung eine gewisse Elastizität aufweisen und gegebenenfalls auf veränderliche Störmomente reagieren, und wenn das Federelement vorgespannt ist, kann eine Federkennlinie des Federelements vorteilhaft ausgenutzt werden, um das Kompensationsmoment aufzubringen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Federelement zwischen einem karosserieseitig vorgesehenen Lager- und/oder Befestigungspunkt und einem freien Ende einer Kolbenstange des Stoßdämpfers verbunden. Das Dämpferlager kann konstruktiv einfach und im Wesentlichen gegenüber bekannten Bauweisen unverändert bleiben. Beispielsweise geht bei Gegenkonterung der Kolbenstange am Dämpferlager ein freies Ende ohnehin durch das Lager hindurch, sodass insoweit keine Veränderung vorgenommen werden muss. Das Federelement kann eine ausgewählte aus der Gruppe aufweisen, welche umfasst: eine Druckfeder, eine Zugfeder, eine Torsionsfeder, eine Blattfeder. Dabei kann auf bekannte und standardmäßig erhältliche Federformen oder Spezialfedern zurückgegriffen werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante ist das Federelement durch einen Abschnitt eines freien Endes einer Kolbenstange des Stoßdämpfers gebildet, das sich auf der im Sinne der Achsenrichtung des Stoßdämpfers von dem Radträger abgewandten Seite des Dämpferlagers, insbesondere oberhalb des Dämpferlagers, erstreckt, wobei der Abschnitt gegenüber einem übrigen Abschnitt der Kolbenstange im Querschnitt verändert, insbesondere verjüngt ist, so dass er federnd wirkt, und wobei der federnde Abschnitt von einer Seite der Karosserie her belastet, vorzugsweise vorgespannt ist, um das Kompensationsmoment aufzubringen. In dieser Variante muss karosserieseitig nur eine geeignete Abstützung für das federnde Ende der Kolbenstange vorgesehen sein. Da keine weiteren Federelemente vorgesehen sind, ist die Montage besonders einfach.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Stellvorrichtung zum Einstellen der Einwirkung der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung vorgesehen. Mit anderen Worten, das aufgebrachte Kompensationsmoment (die Einwirkung der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung im Sinne der Erfindung) kann nach den Anforderungen variiert werden. Die Stellvorrichtung kann mechanisch oder auf andere Weise, beispielsweise zur manuellen Justierung ausgelegt sein. Die Einstellung kann direkt eine aufgebrachte Kraft oder ein aufgebrachtes Moment, einen Einwirkpunkt an der Kolbenstange oder jede denkbare Maßnahme, um die Wirkung der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung zu verändern, umfassen. Es kann in weiteren Weiterbildungen vorgesehen sein, dass die Stellvorrichtung über eine Hebelmechanik oder dergleichen auf einen Einfederweg der Radaufhängung reagiert, um das Kompensationsmoment an die Aufstandskraft automatisch anzupassen. Es ist auch denkbar, die Querkraft am Stoßdämpfer oder an einer Verbindungsstelle zwischen Stoßdämpfer und Radträger über einen Sensor zu erfassen und die Stellvorrichtung abhängig vom Ergebnis der Querkrafterfassung automatisch anzusteuern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Dämpferlager eine Radiallastaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme von Radiallasten in Bezug auf eine Dämpferachse auf. Das ist vorteilhaft, wenn durch die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung auch eine Querkraft in die Kolbenstange eingeleitet wird. Die Radiallastaufnahmeeinrichtung kann vorzugsweise so ausgebildet sein, dass sie ein Ringelement aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere Gummi, aufweist. Die Aufnahme der Radiallast meint die Übertragung der Radiallast zwischen Stoßdämpfer und Karosserie. Ein Ringelement ist im Sinne der Erfindung ein ringförmiges, d. h., die Dämpferachse umgebendes, Bauelement. Es kann z. B. in einer karosserieseitigen (dämpferlagerseitigen) und/oder stoßdämpferseitigen (kolbenstangenseitigen) Nut sitzen. Das Ringelement kann eine Scheibe aufnehmen, die sich von der Stange aus radial erstreckt. So können sowohl axiale Dämpferkräfte als auch Querkräfte, die jenseits des Dämpferlagers von der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung eingeleitet werden, über das Dämpferlager abgebaut werden, sodass ein radiales Kräftepaar mit dem Kompensationsfederelement zur Erzeugung des Kompensationsmoments aufgebaut werden kann und der Stoßdämpfer von Querkräften der Kompensationsmomentaufbringung frei bleibt
In einer bevorzugten Ausgestaltung können der Radträger und der Stoßdämpfer eine bauliche Einheit bilden. Mit anderen worden, sie bilden ein sogenanntes Dämpferbein.
Wenn der Radträger, der Stoßdämpfer und eine Tragfeder zur Aufnahme von Traglasten der Radaufhängung eine bauliche Einheit bilden, erhält man ein sogenanntes (McPherson-)Federbein. Durch diese Bauart kann die Montage am Fahrzeug weiter vereinfacht werden. In diesem Fall bleibt zwar der Ort des Dämpferlagers wegen des Platzbedarfs der Tragfeder erhalten, allerdings können andere Vorteile der Erfindung ausgenutzt werden. Beispielsweise kann von einer Aufbringung eines Kompensationsmoments im Dämpferlager selbst, wie es im Stand der Technik beispielsweise in der oben erwähnten DE 102 59 093 A1 der Fall ist, abgesehen werden.
Die Erfindung richtet sich in einem weiteren Gesichtspunkt auf ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit der vorstehend beschriebenen Radaufhängung. Da das Fahrzeug die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Radaufhängung aufweist, werden durch dieses Fahrzeug die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Radaufhängung beschriebenen Vorteile auch durch das Fahrzeug erzielt.
Weitere Aufgaben und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigt bzw. zeigen:
1 eine schematisierte Darstellung einer Radaufhängung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematisierte Darstellung einer Radaufhängung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematisierte Darstellung einer Radaufhängung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine schematisierte Darstellung einer Radaufhängung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 eine schematisierte Darstellung einer Radaufhängung nach dem Stand der Technik.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Dabei sind gleiche Bauteile in mehreren Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bauelemente und Merkmale, Zwecke und Wirkungen, die in Bezug auf ein Ausführungsbespiel beschrieben werden, sind, soweit nicht ausdrücklich oder ersichtlich ausgeschlossen, als in jedem anderen Ausführungsbeispiel anwendbar anzunehmen und sollen auch in Bezug auf das jeweils andere Ausführungsbeispiel als offenbart gelten, auch wenn sie dort nicht ausdrücklich gezeigt und/oder beschrieben werden. Es versteht sich ferner, dass die Zeichnungen als schematisch zu verstehen sind und ihnen keine Einschränkungen im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder Größenverhältnisse entnommen werden sollen, es sei denn, dies wäre ausdrücklich so beschrieben oder beansprucht. Grundfunktionen der Radaufhängung und ihrer Bestandteile entsprechen, soweit in entsprechender Form vorhanden, ebenso dem in 5 gemäß dem Stand der Technik dargestellten Sachverhalt wie die Kräfteverhältnisse, soweit sich aus den Figuren und/oder der nachstehenden Beschreibung nichts anderes ergibt.
Zunächst wird anhand der 1 eine Radaufhängung 100 als ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gemäß der Darstellung in 1 ist ein Rad 12 mittels eines Radträger 16 in einem Radlagerpunkt RL um eine Radachse A drehbar gelagert ist. Der Radlagerpunkt RL wird als Kraft- und Momenteneinleitungspunkt von dem Rad 12 in den Radträger 16 betrachtet. An dem Radträger 16 ist ein Stoßdämpfer 18 angeflanscht. Der Stoßdämpfer 18 weist einen Zylinder 20 auf, der ein hydraulisches Fluid aufnimmt. Eine Kolbenstange 22 eines nicht näher bezeichneten Kolbens, der in dem Zylinder beweglich ist, ragt nach oben aus dem Zylinder 20, um mit ihrem oberen Ende an einem Dämpferlager 24 befestigt zu sein.
Der Radträger 16 ist über einen unteren Querlenker 32 mit einem unteren Querlenkerlager 34 verbunden. Das Querlenkerlager 34 ist an die Karosserie angebunden. Der Radträger 16 weist auch einen weiteren Anlenkpunkt für eine Spurstange (nicht näher dargestellt) auf.
Der untere Querlenker 32 trägt einen unteren Federteller 26, und ein oberer Federteller 28 ist an der Karosserie gelagert. Zwischen den Federtellern 26, 28 ist eine Tragfeder 30 aufgenommen, die als Druck aufnehmende Schraubenfeder ausgestaltet ist. Über die Tragfeder 30 werden die Tragkräfte in die Karosserie geleitet, und das Dämpferlager 24 nimmt im Regelfall nur die dynamischen Dämpferkräfte auf. Das Dämpferlager 24 kann daher unter Umständen schwächer ausgelegt sein als bei einem Federbein nach dem Stand der Technik, und dementsprechend können auch die das Dämpferlager 24 aufnehmenden Teile der Karosserie schwächer ausgelegt sein. Das Dämpferlager 24 kann tiefer liegen als bei Verwendung eines Federbeins, da der Platz für die Tragfeder 30 an dieser Stelle nicht bereitgestellt werden muss. Auch kann ein Drehlager, das bei herkömmlichen McPherson-Vorderachsen für die Tragfeder erforderlich ist, da die Feder gegen das Dämpferlager dreht, aufgrund der geänderten Federposition entfallen.
Zur Verringerung einer Querkraftbelastung am Stoßdämpfer ist eine Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung 40 vorgesehen. Hierzu ragt ein freies Ende 22a der Kolbenstange 22 nach oben, d. h., auf der von dem Radträger abgewandten Seite des Dämpferlagers 24, über das Dämpferlager 24 hinaus. An einem in einem Abstand d von dem Dämpferlager 24 vorgesehenen Anlenkpunkt 22b des freien Endes 22a der Kolbenstange 22 ist ein Federelement 42 angebracht, das sich mittels eines Federlagers 44 gegen die Karosserie abstützt. Die Feder 42 ist zwischen dem Federlager 44 und dem Anlenkpunkt 22b vorgespannt und wirkt durch ihre Federkraft im Anlenkpunkt 22b auf die Kolbenstange 22 und somit auf den Stoßdämpfer 18 insgesamt ein. Somit wird über die Hebellänge (Abstand d) des freien Endes 22a zwischen dem Anlenkpunkt 22b und dem Dämpferlager 24 ein Kompensationsmoment M_K aufgebracht, d. i., in die Kolbenstange 22 eingeleitet, welches dem Störmoment entgegenwirkt und das Querkraftpaar ±F_Q (vgl. 5) verringert, idealerweise aufhebt oder nahezu aufhebt.
Nun wird anhand der 2 eine Radaufhängung 200 als ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel basiert im Wesentlichen auf dem vorherigen Ausführungsbeispiel und ist mit diesem identisch mit Ausnahme der oder ergänzt durch die nachstehend beschriebenen Einzelheiten. Somit sind die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels denen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels gleich oder analog, soweit nachstehend nichts anderes oder Ergänzendes gesagt wird oder ersichtlich ist.
Zur Vereinfachung und Übersichtlichkeit der Darstellung sind die Bauelemente 16–20, 26–38 von 1 als funktionale Gruppe durch eine mit einer strichdoppelpunktierten Linie umrahmten Box symbolisiert. Zur Erläuterung wird auf die entsprechenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Kolbenstange 22 des Stoßdämpfers 18 ein Scheibenelement 48 auf, das mit der Kolbenstange 22 einstückig ausgebildet oder an der Kolbenstange 22 fest angebracht ist. Das Dämpferlager 24 weist ein Ringelement 50 aus Gummi auf, das an der Karosserie fest angebracht ist. Das Ringelement 50 weist eine Nut an seinem inneren Umfang auf, welche einen Umfangsrand des Scheibenelements 48 der Kolbenstange 22 aufnimmt. Auf diese Weise ist die Kolbenstange 24 axial und radial fest, aber elastisch gelagert. Anstelle von Gummi kann ein anderer geeigneter, je nach Anforderungen elastischer Werkstoff verwendet werden. Auf diese Weise kann eine durch das Federelement 42 der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung 40 eingeleitete Querkraft leicht abgebaut werden und können gleichzeitig die dynamischen Dämpferkräfte in axialer Richtung aufgenommen werden.
Die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung 40 weist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls eine Abwandlung auf. Und zwar ist eine Stelleinrichtung 52 vorgesehen, welche es ermöglicht, den Anlenkpunkt 22b am freien Ende 22a der Kolbenstange 22 in axialer Richtung zu verschieben. Die Stelleinrichtung 52 kann beispielsweise, aber nicht nur, eine Manschette mit Fixierschraube, eine in ein Außengewinde an dem freien Ende 22b eingreifende Gewindemanschette, eine Zahnstangenvorrichtung oder dergleichen aufweisen. Auf diese Weise kann durch Veränderung des Abstands d zwischen dem Anlenkpunkt 22b des Federelements 42, das in diesem Ausführungsbeispiel eine Druckfeder ist, und dem Dämpferlager 24 bei gleicher Federkraft eine unterschiedliche Einwirkung auf den Stoßdämpfer 18 hinsichtlich des aufgebrachten Kompensationsmoments verwirklicht werden. Mit anderen Worten, je größer der Abstand d zwischen dem Anlenkpunkt 22b und dem Dömpferlager 24 ist, umso größer ist bei gleicher Federkraft des Federelements das Kompensationsmoment M_K.
In einer Ausführungsalternative oder -ergänzung kann auch eine Stelleinrichtung vorgesehen sein, die das Federlager 44 des Federelements 42 bzw. den lagerseitigen Anlenkpunkt des Federelements 42 an der Karosserie oder an dem Federelement 42 selbst verschiebt.
Nun wird anhand der 3 eine Radaufhängung 300 als ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel basiert im Wesentlichen auf dem ersten Ausführungsbeispiel und ist mit diesem identisch mit Ausnahme der oder ergänzt durch die nachstehend beschriebenen Einzelheiten. Somit sind die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels denen des ersten Ausführungsbeispiels gleich oder analog, soweit nachstehend nichts anderes oder Ergänzendes gesagt wird oder ersichtlich ist.
Wie in 2 sind die Bauelemente 16–20, 26–38 von 1 als funktionale Gruppe durch eine mit einer strich-doppelpunktierten Linie umrahmten Box symbolisiert. Zur Erläuterung wird auf die entsprechenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Federelement 42 der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung 40 eine Dreh- bzw. Torsionsfeder, die auf den Anlenkpunkt 22b am freien Ende 22a der Kolbenstange 22 in einem Abstand d von dem Dämpferlager 24 auf dessen von dem Radträger 16 entgegengesetzten Seite einwirkt und in einem Federlager 44 gegenüber der Karosserie festgelegt ist. An dem Federlager 44 ist ferner eine Stelleinrichtung 52 vorgesehen, welche es ermöglicht, das Federelement (Torsionsfeder) 42 vorzuspannen. Die Stelleinrichtung 52 kann beispielsweise, aber nicht nur, eine verschiebbare oder sonst verstellbare Klaue, welche das lagerseitige Ende der Torsionsfeder greift, eine mit einem Außengewinde auf dem lagerseitigen Ende der Torsionsfeder angreifende Muttervorrichtung oder dergleichen aufweisen. Auf diese Weise kann eine unterschiedliche Vorgabewirkung hinsichtlich des aufgebrachten Kompensationsmoments verwirklicht werden.
Nun wird anhand der 4 eine Radaufhängung 400 als ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel basiert im Wesentlichen auf dem ersten Ausführungsbeispiel und ist mit diesem identisch mit Ausnahme der oder ergänzt durch die nachstehend beschriebenen Einzelheiten. Somit sind die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels denen des ersten Ausführungsbeispiels gleich oder analog, soweit nachstehend nichts anderes oder Ergänzendes gesagt wird oder ersichtlich ist.
Wie in 2 und 3 sind die Bauelemente 16–20, 26–38 von 1 als funktionale Gruppe durch eine mit einer strich-doppelpunktierten Linie umrahmten Box symbolisiert. Zur Erläuterung wird auf die entsprechenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Dämpferlager 24 als ein an sich bekanntes Domlager ausgeführt. Gemäß der schematisierten Darstellung in 4 weist die Kolbenstange 22 des Stoßdämpfers 18 einen Wellenabsatz 22c und daran anschließend einen Gewindeabschnitt 22d auf. Auf dem Wellenabsatz 22c sitzt ein Teller 54 auf, deren Oberseite an einer Unterseite eines mit der Karosserie verbundenen Widerlagers 56 anliegt. Der sich durch eine Öffnung in der Pfanne des Widerlagers 56 erstreckende Gewindeabschnitt 22d trägt eine Mutter 58, welche gegen eine Oberseite des Widerlagers 56 drückt die Kolbenstange 22 bzw. den Teller 54 mit dem Widerlager 56 verspannt.
An den Gewindeabschnitt 22d schließt sich auf der von dem Radträger 16 abgewandten Seite des Dämpferlagers 24 das freie Ende 22a der Kolbenstange 22 an. In diesem Ausführungsbeispiel ist das freie Ende 22a mit einem verjüngten Abschnitt 22e versehen. Die Verjüngung des verjüngten Abschnitts 22e ist so bemessen, dass der verjüngte Abschnitt 22e federnde Eigenschaften aufweist und somit auch als Federabschnitt bezeichnet werden kann und insbesondere ein Federelement 42 der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung 40 bildet. Das Federlager 44 wird durch ein Widerlager 60, das an der Karosserie befestigt ist und eine Mutterbohrung aufweist, und eine Schraube 62, die in der Mutterbohrung des Widerlagers 60 verläuft und mittels einer Kontermutter 64 mit dem Widerlager 60 verklemmbar ist, gebildet. Die Schraube 62 ist so weit in das Widerlager 60 geschraubt, dass sie in einem Anlenkpunkt 22b auf dem verjüngten Abschnitt 22e des freien Endes 22a der Kolbenstange 22 in einem Abstand d von dem Dämpferlager 24 aufsitzt und auf diesen einwirkt, indem sie eine Vorspannung aufbringt, so dass ein Kompensationsmoment MK auf die Kolbenstange 22 aufgebracht wird. Die Schraube 62 verbindet somit die Funktionen des Federlagers 44 mit denen einer Stelleinrichtung 52 zu Einstellen einer Einwirkung der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung 40.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels eine Spitze der Schraube 62 auch formschlüssig in einer Vertiefung oder dergleichen im Anlenkpunkt 22b sitzen. Damit kann ein Abheben bzw. ein Klappern dieser Verbindung vermieden werden.
In einer weiteren Abwandlung kann der verjüngte Abschnitt 22e durch ein entsprechend geformtes, separat ausgebildetes Federende ersetzt werden, das an ein stumpfes (oberes) Ende der Kolbenstange 22 angeschraubt wird. Dies ermöglicht auch einen modularen Einsatz von Federenden unterschiedlicher Federhärten.
In einer weiteren Abwandlung kann an das stumpfe obere Ende der Kolbenstange 22 anstelle des verjüngten Abschnitts 22e eine seitlich abragende Blattfeder angeschraubt sein, wobei die Stellvorrichtung 52 entsprechend nachgeführt ist. Damit kann eine Bauhöhe weiter verringert werden.
Obschon in den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen und Abwandlungen eine Vielzahl von Einzelbestandteilen beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass der Gegenstand der Erfindung gemäß den beigefügten Patentansprüchen nur diejenigen Bestandteile, die in dem jeweiligen Patentanspruch genannt sind, aufweisen muss. Einzeln beschriebene Bestandteile können grundsätzlich zu einem Bauteil zusammengefasst, zusammengebaut oder integriert sein, und andere Bestandteile können in mehrere Bauteile unterteilt verwirklicht werden. Einzelheiten und Prinzipien der Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden, soweit dies nicht ausdrücklich oder ersichtlich ausgeschlossen ist.
Obschon in 1 der Stoßdämpfer 18 bzw. dessen Zylinder 20 an dem Radträger 16 angeflanscht ist, kann jede andere Art der Befestigung vorgesehen sein oder der Zylinder 20 und der Radträger 16 auch einstückig ausgebildet sein, um ein Federbein auszubilden. Es ist festzuhalten, dass die Vorteile der Erfindung auch dann wenigstens zum Teil erzielt werden können, wenn die Tragfeder 30 in Form einer McPherson-Konstellation die Kolbenstange umgebend montiert ist, um ein Federbein auszubilden. Auch sind, etwa durch Verwendung einer veränderten Kolbenstange mit entsprechenden Zubauteilen, vorhandene Radaufhängungen nachrüstbar, um eine erfindungsgemäße Radaufhängung zu verwirklichen.
Selbstverständlich können mehrere Lenker, insbesondere auch Schräg- oder Längslenker vorhanden sein, und mehrere Lenker können als Dreieck- oder Trapezslenker ausgebildet sein, ohne dass dies am Prinzip und an der Anwendbarkeit der Erfindung etwas ändern würde. Weitere Aufhängungsbestandteile wie etwa Stabilisator, Spurstange etc., die allgemein bekannt sind, wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung 40 kann an jeder Radaufhängung verwendet werden, bei der ein Kompensationsmoment zur Verringerung von Querkräften an einem Stoßdämpfer aufgebracht werden soll.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebene Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit anderen Möglichkeiten zur Aufbringung eines Kompensationsmoments, wie sie hier in einem anderen Ausführungsbeispiel oder im Stand der Technik beschrieben sind, kombiniert werden können. Beispielsweise kann der verjüngte Abschnitt 22e gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel mit einem weiteren Federelement kombiniert werden.
Soweit Merkmale, Bauteile, Elemente u. s. w. in der Einzahl beschrieben oder beansprucht sind, ist dies nicht im zählenden und abschließenden Sinne gemeint, sondern schließt üblicherweise die Mehrzahl ein, soweit nicht ausdrücklich auf ein einziges Merkmal, Bauteil, Element u. s. w. abgestellt wird. Eine mit den Worten ”zu”, ”zur” oder ”zum” oder mit einer ”um ... zu”-Konstruktion umschriebene Zweckangabe eines Merkmals ist im Rahmen dieser Anmeldung so zu verstehen, dass das so beschriebene Merkmal zur Erzielung des angegebenen Zwecks ausgelegt und ausgebildet bzw. eingerichtet ist.
Bezugszeichenliste

10, 100, 200, 300, 400: Radaufhängung
12: Rad
14: Federbein
16: Radträger
18: Stoßdämpfer
20: Zylinder
22: Kolbenstange
22a: freies Ende
22b: Anlenkpunkt
22c: Wellenabsatz
22d: Gewindeabschnitt
22e: verjüngter Abschnitt (Federabschnitt)
24: Dämpferlager
26: Unterer Federteller
28: Oberer Federteller
30: Tragfeder
32: (Unterer) Querlenker
34: (Unteres) Querlenkerlager
40: Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung
42: Federelement
44: Kompensationsfederlager
48: Scheibenelement
50: Ringelement
52: Stellvorrichtung
54: Scheibe
56: Widerlager
58: Mutter
60: Widerlager
62: Stellschraube
64: Kontermutter
d: Abstand
A: Radachse
DO: Oberer Dämpferlagerpunkt
F_A: Aufstandskraft
F_D: Dynamische Dämpferkraft
F_Q: Querkraft(-paar)
F_H: Haltekraft (Querlenkerkraft)
F_T: Tragkraft
M_K: Kompensationsmoment
M_R: Reaktionsmoment
M_S: Störmoment
RL: Radlagerpunkt
U1: (Unterer) Querlenkerlagerpunkt
U2: (Unterer) Querlenkeranlenkpunkt

Claims

Radaufhängung (100; 200; 300; 400) für ein Fahrzeug, wobei ein Radträger über einen Stoßdämpfer (18) mit einem karosserieseitigen Dämpferlager verbunden ist, und wobei eine Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung (40) zum Aufbringen eines Kompensationsmoments (M_K), um eine Querkraftbelastung am Stoßdämpfer (18) zu verringern, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung (40) ausgelegt und ausgebildet ist, um auf einer im Sinne einer Achsenrichtung des Stoßdämpfers von dem Radträger (16) abgewandten Seite des Dämpferlagers (24) oberhalb des Dämpferlagers (24) in einem Abstand von dem Dämpferlager (24) zur Aufbringung des Kompensationsmoments (M_K) auf eine Kolbenstange (22) des Stoßdämpfers (18) einzuwirken.
Radaufhängung (100; 200; 300; 400) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung (40) ein Federelement (42) aufweist, das sich an der im Sinne der Achsenrichtung des Stoßdämpfers von dem Radträger (16) abgewandten Seite des Dämpferlagers (24) oberhalb des Dämpferlagers (24) gegen die Karosserie abstützt, und welches vorzugsweise vorgespannt ist, um das Kompensationsmoment (M_K) aufzubringen.
Radaufhängung (100; 200; 300) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (42) zwischen einem karosserieseitig vorgesehenen Federlager (44) und einem freien Ende (22a) einer Kolbenstange (22) des Stoßdämpfers (18) verbunden ist, um das Kompensationsmoment (M_K) aufzubringen.
Radaufhängung (100; 200; 300) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (42) eine ausgewählte aus der Gruppe aufweist, welche umfasst: eine Druckfeder, eine Zugfeder, eine Torsionsfeder, eine Blattfeder.
Radaufhängung (400) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (42) durch einen Federabschnitt (22e) eines freien Endes (22a) einer Kolbenstange (22) des Stoßdämpfers (18) gebildet ist, das sich auf der von dem Radträger (16) abgewandten Seite des Dämpferlagers (24) erstreckt, wobei der Federabschnitt (22e) gegenüber einem übrigen Abschnitt der Kolbenstange (22) im Querschnitt verändert, insbesondere verjüngt ist, so dass er federnd wirkt, und wobei der Federabschnitt (22e) von einer Seite der Karosserie her vorgespannt ist, um das Kompensationsmoment (M_K) aufzubringen.
Radaufhängung (100; 200; 300; 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellvorrichtung (52) zum Einstellen der Einwirkung der Kompensationsmomentaufbringungseinrichtung (40) vorgesehen ist.
Radaufhängung (100; 200; 300; 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpferlager (24) eine Radiallastaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme von Radiallasten in Bezug auf eine Dämpferachse aufweist, wobei die Radiallastaufnahmeeinrichtung ein Ringelement (50) aus einem elastischen Werkstoffaufweist.
Radaufhängung (100; 200; 300; 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radträger (16) und der Stoßdämpfer (18) eine bauliche Einheit bilden.
Radaufhängung (100; 200; 300; 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radträger (16), der Stoßdämpfer (18) und eine Tragfeder (30) zur Aufnahme von Traglasten der Radaufhängung (100; 200; 300; 400) eine bauliche Einheit bilden.
Fahrzeug mit einer Radaufhängung (100; 200; 300; 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche.