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Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk mit einem Federbein und einem am Federbein befestigbaren Federmittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Übertragung von mechanischen Schwingungen bei einem Kraftfahrzeug in den Fahrzeuginnenraum soll möglichst verringert oder vermieden werden, da solche Schwingungen von Benutzern des Kraftfahrzeugs häufig als unangenehm empfunden werden. Dies trifft auch für Schwingungen zu, die beispielsweise in einem Reifen des Kraftfahrzeugs beim Abrollen auf der Straße entstehen. Bei bestimmten Frequenzen entstehen Schwingungsmoden der Luftsäule im Reifen, die eine Kraft auf die Felge ausüben, die über die Radnabe ins Fahrwerk eingeleitet wird.
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Wenn das Fahrwerk im gleichen Frequenzbereich eine Resonanzfrequenz aufweist, werden diese Schwingungen besonders stark an die Karosserie des Kraftfahrzeugs übertragen. Die Schwingungen haben unangenehme Geräusche im Fahrzeuginnenraum zur Folge. Beim Fahrwerk agiert - abhängig vom Fahrwerkstyp - vor allem das Federbein als schwingende Masse mit einer entsprechenden Resonanzfrequenz. Unter einem Federbein wird im Rahmen dieser Beschreibung ein Mittel verstanden, das einen mechanischen Schwingungsdämpfer umfasst und an dem ein Federmittel befestigt werden kann.
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Aus der
DE 36 40 152 A1 ist ein Federbein bekannt, das Mittel zur Dämpfung von Radresonanzfrequenzschwingungen aufweist, die in den Schwingungsdämpfer integriert sind.
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Aus der
DE 41 38 238 A1 ist ein Federbein bekannt, bei dem verschiedene Bauteile, wie beispielsweise ein Druckspeicher, die Aufgabe einer Schwingungstilgermasse übernehmen. Bei der
DE 2 237 058 übernimmt ein Dämpfungskolben die Funktion der Tilgermasse. Aus der
EP 1 081 407 A1 ist ein Federbein bekannt, an dem eine Schraubenfeder befestigt wird, an der wiederum Schwingungstilgermassen befestigt sind.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, auftretende Schwingungen mit einer mechanisch einfachen Konstruktion zu verringern. Außerdem soll ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Tilgung einer mechanischen Schwingung eines Federbeins mit einer solchen Konstruktion geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrwerk nach Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 und ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Fahrwerk ist zur Anbringung an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Es kann über Lager mit der Karosserie verbunden werden. Es umfasst zumindest ein Federbein und ein am Federbein befestigbares Federmittel. Das Federmittel kann insbesondere derart am Federbein befestigbar sein, dass eine Schwingung des Federbeins eine Schwingung des Federmittels auslöst. Es ist zu beachten, dass im Rahmen dieser Beschreibung unter einem Federbein ein Mittel verstanden wird, das einen mechanischen Schwingungsdämpfer umfasst und an dem das Federmittel befestigt werden kann. Das Federbein umfasst kein Federmittel. Am Federbein wird das Federmittel befestigt. Das Federmittel kann auch als Aufbaufeder bezeichnet werden. Es ist insbesondere möglich, dass das Federbein über das Lager mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbindbar sind. Das Federmittel stützt sich direkt an der Karosserie ab.
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Das Federbein weist einen mechanischen Resonanzfrequenzbereich auf. Unter dem mechanischen Resonanzfrequenzbereich wird dabei ein Frequenzbereich mechanischer Schwingungen verstanden, in dem eine Resonanzfrequenz liegt. Die Resonanzfrequenz ist eine Frequenz mechanischer Schwingungen, mit denen das Federbein zu Schwingungen angeregt wird und bei denen die Amplitude der Schwingungen des Federbeins besonders groß ist. Das Federbein kann eine oder mehrere Resonanzfrequenzen ausbilden. Unter einer Resonanzfrequenz versteht man eine Frequenz, bei der das Schwingungssystem schon bei geringer äußerer Krafteinleitung zu großen Schwingungsamplituden angeregt werden kann. In dem Frequenzbereich, den die Amplitude umfasst, schwingt das System mit entsprechender Schwingform.
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Die Frequenz, mit denen das Federbein zu Schwingungen angeregt wird, wird auch als Erregerfrequenz bezeichnet. Solche Schwingungen werden als Erregerschwingungen bezeichnet. Bei einem Fahrwerk können die Erregerschwingungen beispielsweise Schwingungen der Luftsäule in einem Reifen sein. Bei gleichen Schwingungsamplituden haben Erregerschwingungen mit unterschiedlichen Erregerfrequenzen unterschiedliche Schwingungsamplituden des Federbeins zur Folge. Bei einer Erregerschwingung mit der Resonanzfrequenz des Federbeins, liegt ein Maximum der Schwingungsamplituden des Federbeins.
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Der Resonanzfrequenzbereich kann beispielsweise ein Frequenzbereich sein, in dessen Mitte die Resonanzfrequenz liegt und der insgesamt eine Bandbreite von 20 Hertz, 40 Hertz oder 50 Hertz umfasst. Es ist auch möglich, dass der Resonanzfrequenzbereich ein Frequenzbereich ist, in dessen Mitte die Resonanzfrequenz liegt und der sich bis zu Frequenzen erstreckt, bei denen die Schwingungsamplitude des Federbeins mehr als 50% der Schwingungsamplitude des Federbeins bei der Resonanzfrequenz beträgt.
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Das Federmittel weist einen Durchmesser auf, die an den Resonanzfrequenzbereich des Federbeins angepasst ist. Aus dem Durchmesser des Federmittels ergibt sich die Masse des Federmittels. Diese Masse hat zur Folge, dass Energie vom schwingenden Federbein in das Federmittel übertragen wird, sodass das Federmittel in Schwingung versetzt wird. Somit wird die Schwingungsamplitude des Federbeins reduziert. Die Masse des Federmittels ergibt sich durch die Gestaltungsparameter Durchmesser, Anzahl der Windungen etc. und auch durch die gewünschte statische Steifigkeit (Federkonstante). Im Prinzip wird über die Gestaltungsparameter die Längsresonanz der Feder eingestellt. Die statische Steifigkeit (Federkonstante) soll aber unverändert bleiben.
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Es ist zu beachten, dass die Längsresonanz des Federmittels an den Resonanzfrequenzbereich des Federbeins angepasst ist. Es werden keine zusätzlichen Gewichte am Federmittel angeordnet, um die Masse einzustellen. Die Schwingungen des Federbeins im Resonanzfrequenzbereich werden also mit einer sehr einfachen mechanischen Konstruktion verringert.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Federmittel eine Längsresonanz aufweisen, die an den Resonanzfrequenzbereich des Federbeins angepasst ist. So ist das Federmittel noch besser angepasst, um so Schwingungen des Federbeins im Resonanzfrequenzbereich entgegen zu wirken und so die Schwingungsamplitude des Federbeins zu verringern.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Federmittel mehrere Windungen aus einem Federdraht aufweisen und somit als Schraubenfeder ausgebildet sein. Die Anzahl der Windungen, der Durchmesser der Windungen und/oder der Durchmesser des Federdrahts kann an den Resonanzfrequenzbereich des Federbeins angepasst sein. Die Anzahl der Windungen, ihr Durchmesser und der Durchmesser des Federdrahts beeinflussen das Schwingungsverhalten und die Masse des Federmittels. Durch die Anpassung dieser Parameter kann das Federmittel besonders gut an den Resonanzfrequenzbereich des Federbeins angepasst werden. Die statische Steifigkeit bzw. Federkonstante muss aber konstant bleiben.
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Dies kann bedeuten, dass die Schwingung des Federbeins mit einer Frequenz innerhalb des Resonanzfrequenzbereichs das Federmittel zu Schwingungen anregt, sodass Energie an das Federmittel übertragen wird, sodass die Schwingungsamplitude des Federbeins verringert wird.
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Der Durchmesser des Federdrahts, der Durchmesser der Windungen und/oder die Anzahl der Windungen des Federmittels kann ebenso an den Resonanzfrequenzbereich angepasst sein, sodass das Federmittel bei Schwingungen des Federbeins im Resonanzfrequenzbereich als mechanischer Schwingungstilger funktioniert.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung muss der Resonanzfrequenzbereich des Federmittels gleich dem Resonanzfrequenzbereich des Federbeins sein. Hierdurch werden besonders gut Schwingungen des Federbeins im Resonanzfrequenzbereich durch das Federmittel getilgt. Da der Resonanzfrequenzbereich des Federmittels ähnlich ist, wird das Federmittel durch Schwingungen mit dieser Frequenz ausgelenkt, sodass besonders viel Schwingungsenergie vom Federbein an das Federmittel abgegeben wird. Teilbereiche der Federmasse schwingen gegenphasig zum Federbein, d.h. diese Massenkräfte wirken der Schwingung des Federbeins entgegen. Dadurch wird das Federbein beruhigt.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Resonanzfrequenzbereich des Federbeins zwischen 180 und 220 Hertz liegen. Wenn das Federbein diesen Resonanzfrequenzbereich aufweist, sind Ausführungsformen der Erfindung besonders vorteilhaft, da Schwingungen mit dieser Frequenz von Luftsäulen im Reifen an das Federbein übertragen werden. Es ist also besonders vorteilhaft, das Federmittel bei einem Federbein mit diesem Resonanzfrequenzbereich als Schwingungstilger zu verwenden.
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Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 7 umfasst ein Fahrwerk nach einer Ausführungsform der Erfindung, ein Lager und eine Karosserie. Das Federbein ist über das Lager mit der Karosserie verbunden.
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Das Verfahren gemäß Anspruch 8 ist dazu geeignet, eine mechanische Schwingung eines Federbeins in einem Resonanzfrequenzbereich zu tilgen. Das Federbein ist zur Verbindung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem Radträger des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Ein Federmittel ist so am Federbein befestigt, dass Schwingungen des Federbeins Schwingungen des Federmittels auslösen. Das Federmittel weist eine Masse auf, die an den Resonanzfrequenzbereich des Federbeins angepasst ist. Das Federmittel funktioniert bei Schwingungen des Federbeins in dessen Resonanzfrequenzbereich als Schwingungstilger. Das Federmittel kann durch die Schwingungen des Federbeins in Schwingung versetzt werden. Hierdurch wird Energie vom Federbein zum Federmittel übertragen, wodurch die Schwingungsamplitude des Federbeins verringert wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Resonanzfrequenzbereich zwischen 180 und 220 Hertz liegen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Federmittel einen mechanischen Resonanzfrequenzbereich aufweisen, der im Wesentlichen ähnlich dem Resonanzfrequenzbereich des Federbeins ist. Es ist insbesondere möglich, dass der Resonanzfrequenzbereich des Federmittels gleich dem Resonanzfrequenzbereich des Federbeins ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet.
- 1 zeigt ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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Am Fahrwerk 1 ist ein Rad 2 befestigt. Das Fahrwerk 1 ist außerdem über ein erstes Lager 3 mit der Karosserie eines Kraftfahrzeugs verbindbar. Das Fahrwerk 1 umfasst ein Federbein 4 und ein am Federbein 4 befestigtes Federmittel 5 in Form einer Schraubenfeder. Über ein zweites Lager 6 ist das das Federbein 4 mit einem Traglenker des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Beim Betrieb entstehen im Rad 2 Schwingungen der Luftsäulen, die an das Federbein 4 übertragen werden. In ungünstigen Fällen handelt es sich dabei um Schwingungen im Resonanzfrequenzbereich des Federbeins 4. Somit werden die Schwingungen durch das Federbein 4 verstärkt über das erste Lager 3 an die Karosserie übertragen.
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Um diesem Effekt entgegen zu wirken, wird der Durchmesser und damit der Gestaltungsparameter des am Federbein 4 befestigten Federmittels 5 derart gewählt, dass das Federmittel 5 als Schwingungstilger im Resonanzfrequenzbereich des Federbeins 4 agiert. Die Schwingungen des Federbeins 4 regen Schwingungen des Federmittels 5 an, wodurch Schwingungsenergie vom Federbein 4 zum Federmittel 5 übertragen wird. Dadurch wird die Amplitude der Schwingungen des Federbeins 4 verringert.
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Um diesen Effekt zu erreichen ist der Durchmesser des Federmittels 5 an den Resonanzfrequenzbereich des Federbeins 4 angepasst. Bevorzugterweise weisen das Federmittel 5 und das Federbein 4 einen ähnlichen oder den gleichen Resonanzfrequenzbereich auf.
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Die Masse und die Federkonstante des Federmittels 5 können durch den Durchmesser des Federdrahts, den Durchmesser der Windungen und die Anzahl der Windungen beeinflusst werden. Durch geschickte Wahl dieser Parameter kann der Resonanzfrequenzbereich des Federmittels 5 an den Resonanzfrequenzbereich des Federbeins 4 angepasst werden, ohne die Federkonstante zu ändern.
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Versuche haben außerdem gezeigt, dass durch den oben beschriebenen Einsatz des Federmittels 5 als Schwingungstilger nicht nur die am ersten Lager 3 übertragenen Kräfte sondern auch die am zweiten Lager 6 übertragenen Kräfte reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3640152 A1 [0004]
- DE 4138238 A1 [0005]
- DE 2237058 [0005]
- EP 1081407 A1 [0005]
