-
Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
-
Bei Kraftfahrzeugen sind unterschiedlichste Aufhängungen für die Räder des Fahrzeugs bekannt. Man kann insbesondere zwischen der heutzutage bei Pkw überwiegend genutzten Einzelradaufhängung und der hauptsächlich bei Hinterachsen von Nutzfahrzeugen verwendeten Starr-Radaufhängung unterscheiden. Daneben existieren aber auch sogenannte Halbstarrachsen, bei denen die beidseitig vorgesehenen Räder einer Achse bzw. deren Radträger an zwei Längslenkern angebunden sind, die an einem aufbauseitigen Ende schwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau, üblicherweise mit dem Chassis, verbunden sind. Dabei ist aufbauseitig typischerweise eine rohrförmige Buchsenaufnahme für eine Lagerbuchse ausgebildet. Die beiden Längslenker sind über einen in Querrichtung verlaufenden Querträger (teilweise auch als Achsbrücke oder Torsionsprofil bezeichnet) miteinander verbunden. Letzterer ist biegesteif aber torsionsweich ausgebildet, so dass er nach Art eines Stabilisators bei ungleichmäßigem Einfedern der Längslenker ein Drehmoment zwischen diesen überträgt. Abgesehen von der Aufnahme der Radträger dienen die Längslenker oftmals auch dazu, Federn und Federdämpfer abzustützen.
-
Neben Metallen wie Stahl, Grauguss oder Aluminium werden bei Radaufhängungen auch Verbundstoffe, bspw. faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt. Dies dient vor allem dazu, eine Gewichtsersparnis der Radaufhängung und somit des gesamten Fahrzeugs zu erreichen. Neben dem Gewicht der Radaufhängung sind wesentliche Aspekte die Komplexität, die insbesondere mit der Anzahl der verwendeten Bauteile zusammenhängt, sowie der - hiermit teilweise zusammenhängende - Wartungsaufwand.
-
Die
US 6 189 904 B1 offenbart eine Radaufhängung mit einem gefederten Fahrzeugkörper zwischen einem Paar ungefederter Aufhängungselemente. Dabei weist die Radaufhängung eine quer zum Fahrzeugkörper verlaufende Blattfeder auf, die an jedem Ende an eines der Aufhängungselemente gekoppelt ist und die einen Endabschnitt aufweist, der sich von einem jeweiligen Ende einwärts erstreckt und durch einen Mittelabschnitt verbunden ist. Die Blattfeder ist im mittleren Abschnitt vertikal dünn und elastisch ausgebildet und im jeweiligen Endabschnitt vertikal dick und steif. Ein Paar von Halterungen koppelt die Blattfeder an den Fahrzeugkörper, so dass eine Drehbarkeit und eine Verschiebbarkeit in Längsrichtung möglich sind.
-
Die
DE 10 2009 002 939 A1 zeigt eine Mehrlenkerachse eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens zwei räumlich versetzt zueinander angeordneten Querlenkern und mindestens einem Längslenker, wobei die Querlenker sowie der Längslenker mit einem Fahrzeugaufbau verbindbar sind und wobei die Querlenker, der Längslenker und der Radträger aus Faserverbundstoff hergestellt sind. Es ist vorgesehen, dass die Mehrlenkerachse aus einem sich in den Radträgern, in die Querlenker und in den Längslenker erstreckenden Faserhalbzeug hergestellt ist.
-
Die
US 7 029 017 B2 offenbart eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit einer quer zum Fahrzeug angeordneten Querblattfeder, die über mindestens ein Querblattfederlager mit dem Kraftfahrzeugaufbau verbunden und an mindestens einem Radträger angelenkt ist. Die Querblattfeder weist einen mittleren Bereich mit einem flachen Querschnitt auf, der über entgegengesetzt gekrümmte Bögen in Fahrzeuglängsrichtung gegenüber den radseitigen Endbereichen der Querblattfeder versetzt angeordnet ist, wobei die Querblattfeder in den Endbereichen und in den Bögen einen kompakten Querschnitt aufweist.
-
Aus der
US 4 887 841 A ist eine Aufhängung für ein Fahrzeugräderpaar bekannt, die eine quer verlaufende Blattfeder aufweist, welche eine Schwenkbewegung um in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufende Achsen ausführen kann, und zwar in zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Stellungen zwischen den Federenden, wodurch ein Federmittelabschnitt und zwei Federendabschnitte definiert sind. Die genannten Federendabschnitte greifen in entsprechende Radhaltekörper ein. Die Federendabschnitte sind gegenüber dem Federmittelabschnitt abgewinkelt.
-
Die
DE 10 2010 042 222 A1 offenbart ein Fahrzeug, mit mindestens einem Federelement, das sich zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rädern erstreckt und deren Federung sowie deren Führung dient. Dabei weist das Federelement zwischen einem ersten Ende, welches einem ersten der Räder zugewandt ist, und einem zweiten Ende, welches einem zweiten Ende der Räder zugewandt ist, mindestens eine Gabelung auf.
-
Die
EP 2 030 815 A1 zeigt eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, bspw. einen LKW oder LKW-Anhänger, die einen faserverstärkten Längslenker aufweist mit einem integrierten Achskörper, einem Paar von Verbindungsarmen, die auf jeweils einer Seite des Fahrzeugchassis angeordnet sind und durch die der Längslenker an seiner Vorderseite schwenkbar mit dem Chassis verbunden ist. Weiterhin ist eine Luftfeder zwischen dem Achskörper und dem Chassis zwischengeordnet. Zur Herstellung des Längslenkers werden Fasern um den Achskörper gelegt und mittels eines geeigneten Harzes untereinander und mit dem Achskörper verbunden.
-
Die
US 1 573 583 A zeigt eine Hinterachse, bei der die Achsen der Hinterräder sowie ein Differenzialgetriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Ein erstes Blattfederpaket ist oberseitig des Gehäuses angeordnet und mit einem Fahrzeugaufbau sowie mit Lenkeranordnungen verbunden, die mit Radträgern verbunden sind. Ein zweites Blattfederpaket ist unterseitig des Gehäuses mit diesem verbunden und greift endseitig an den Lenkeranordnungen an.
-
Die
US 4 927 171 A offenbart ein Aufhängungssystem für Fahrzeuge, mit zwei über ein zu ihnen senkrechtes Querglied miteinander verbundenen Armen. Jeder Arm weist zwei aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Auslegerfedern auf, die an den Enden des Arms miteinander verbunden und zwischen den Enden mittels des Quergliedes sowie mittels eines an einer Stelle zwischen dem Querglied und dem ersten Ende angeordneten Abstandshalters voneinander getrennt sind.
-
Die
EP 0 266 546 A1 offenbart eine Aufhängungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, die einen U-förmigen Rahmen umfasst, der so angebracht ist, dass seine Konkavität nach oben oder nach unten gerichtet werden kann, wobei an den Flügeln des Rahmens die Naben der beiden Räder angebracht sind, während ein Querelement mit dem Kraftfahrzeugaufbau verbunden ist; mindestens eine Fluidfeder; und ein Element, das den relativen Querbewegungen zwischen dem U-förmigen Rahmen und der Karosserie entgegenwirkt, wobei die Flügel ihrerseits an der Kraftfahrzeugkarosserie an beabstandeten Stellen in Bezug auf die Befestigungspunkte der Naben schwenkbar gelagert sind. Der U-förmige Rahmen kann aus einem Kunststoffverbundmaterial gefertigt sein, wobei Glasfasern in einem Epoxidharz eingelagert sein können. Der U-förmige Rahmen könnte aber auch aus einem Stahl gefertigt sein. Dabei ist das Element, das den relativen Querbewegungen zwischen dem U-förmigen Rahmen und der Karosserie entgegenwirkt, in einer Ausgestaltung als dreieckige, gabelförmige Lamelle ausgebildet, die einerseits an dem Querelement und andererseits an dem Fahrzeugaufbau befestigt ist.
-
In der
DE 695 22 950 T2 ist ein Front- und/oder Heckaufhängungsaufbau mit einem Unterrahmen und mit einem im wesentlichen Omega-förmigen verbundenen zusammengesetzten Feder- und Radaufnahmeteil offenbart. Der Unterrahmen kann aus Stahl hergestellt sein oder aus Aluminium oder Magnesium gegossen sein. Alternativ könne faserverstärkter Kunststoff für den Unterrahmen und das zusammengesetzte Feder- und Radaufnahmeteil verwendet werden. Das zusammengesetzte Feder- und Radaufnahmeteil ist über zwei Gelenkpunkte, die direkt beim Vorderrad vorgesehen sind, gelenkig mit dem Unterrahmen verbunden. Der sich zwischen dem Gelenkpunkt und dem Rad erstreckende Abschnitt des Feder- und Radaufnahmeteils muss sehr steif sein, um eine genaue und dauerhafte Radausrichtung sicherzustellen, während der Abschnitt des Feder- und Radaufnahmeteils, der sich in einem Kreis erstreckt, torsionsweich sein soll, um als Feder in dem Aufhängungsaufbau zu dienen. Die Steifigkeits- bzw. Federungseigenschaften des zusammengesetzten Feder- und Radaufnahmeteils würden durch eine Veränderung der Ausrichtung und der Dicke der die Verbundstruktur ergebenden Faserschichten erreicht werden können. Auf diese Weise könne das zusammengesetzte Feder- und Radaufnahmeteil auch so entworfen werden, dass es als Träger gegen Rollbewegungen dienen könnte. Damit das zusammengesetzte Feder- und Radaufnahmeteil als Feder dienen kann, ist es an wenigstens einer Stelle im Wesentlichen gleich weit von den zwei Gelenkpunkten entfernt elastisch auf dem Unterrahmen gelagert. Dazu sind zwei elastische Lager vorgesehen. Die elastischen Lager bestehen aus Gummilagern o. dgl.. Um die Vertikalbewegung des zusammengesetzten Feder- und Radaufnahmeteils um die Gelenkpunkte 56 zu dämpfen, ist ein Paar von Stoßdämpfern vorgesehen.
-
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung einer Radaufhängung mit optimiertem Gewicht sowie mit möglichst wenigen Komponenten durchaus noch Raum für Verbesserungen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Radaufhängung die Anzahl der Komponenten sowie das Gewicht zu optimieren.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Aufgezeigt wird eine Radaufhängung mit einem einstückig aus Faserverbundstoff gefertigten Aufhängungsteil, das einen Führungsabschnitt aufweist, mit einem sich entlang der Y-Achse erstreckenden Mittelabschnitt sowie zwei sich von diesem entlang der X-Achse nach hinten erstreckenden Lenkerabschnitten, die jeweils einen Anbindungsbereich für ein Rad aufweisen, wobei das Aufhängungsteil wenigstens einen, einstückig mit dem Führungsabschnitt gebildeten, quer zur Y-Achse vom Mittelabschnitt ausgehenden, an einem Fahrzeugaufbau befestigten Federabschnitt aufweist, wobei der Führungsabschnitt durch elastische Verformung des Federabschnitts um die Y-Achse schwenkbar ist. Der Führungsabschnitt ist wenigstens überwiegend aus carbonfaserverstärktem Kunststoff gefertigt ist und der wenigstens eine Federabschnitt ist wenigstens überwiegend aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt ist, wobei der Mittelabschnitt und die Lenkerabschnitte aus einem durchgehenden Rohrprofil gebildet sind, an das der wenigstens eine Federabschnitt angeformt ist.
-
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
-
Durch die Erfindung wird eine Radaufhängung zur Verfügung gestellt. Diese kann insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugs wie eines Lkw oder Pkw sein. Allerdings ist auch beispielsweise eine Anwendung für Anhänger möglich. Es handelt sich normalerweise um die Radaufhängung einer ungelenkten Achse, also typischerweise einer Hinterachse.
-
Die Radaufhängung weist ein einstückig aus Faserverbundstoff gefertigtes Aufhängungsteil auf. Als Faserverbundstoffe gelten hierbei sämtliche Werkstoffe, bei denen Fasern, wie bspw. Glasfasern, Carbonfasern und/oder Aramidfasern, zur Verstärkung in eine Polymermatrix (z. B. eine Kunststoff- oder Kunstharzmatrix) eingelagert sind. Optional können dabei weitere Partikel, Schichten oder Komponenten ein- oder angelagert sein, die sich nicht als Polymer oder als Fasern klassifizieren lassen. Das Aufhängungsteil ist einstückig ausgebildet, was bedeutet, dass seine sämtlichen Bestandteile stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Normalerweise wird im Rahmen des Herstellungsprozesses das gesamte Aufhängungsteil in einem einzigen Urformschritt gefertigt. Es sind allerdings auch Abweichungen hiervon denkbar, bspw. derart, dass zunächst separat gefertigte Komponenten des Aufhängungsteils nachträglich stoffschlüssig miteinander verbunden werden oder dass zunächst eine Komponente urgeformt wird und anschließend eine weitere Komponente hieran angeformt wird.
-
Das Aufhängungsteil weist einen Führungsabschnitt auf, mit einem sich entlang der Y-Achse erstreckenden Mittelabschnitt sowie zwei sich von diesem entlang der X-Achse nach hinten erstreckenden Lenkerabschnitten, die jeweils einen Anbindungsbereich für ein Rad aufweisen. Sämtliche Bezugnahmen auf die X-Achse (Längsachse), Y-Achse (Querachse) sowie die Z-Achse (Hochachse) des Fahrzeugs beziehen sich hier und im Folgenden auf den bestimmungsgemäß eingebauten Zustand des Aufhängungsteils. Der Mittelabschnitt erstreckt sich entlang der Y-Achse, wobei er ganz oder teilweise parallel zur Y-Achse verlaufen kann. Er kann aber auch wenigstens teilweise im Winkel zur Y-Achse verlaufen, bspw. gekrümmt oder abgewinkelt. Zwei Lenkerabschnitte erstrecken sich vom Mittelabschnitt entlang der X-Achse nach hinten, also entgegen der Fahrtrichtung. Man kann auch sagen, dass die Lenkerabschnitte durch den Mittelabschnitt miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist der Mittelabschnitt mit dem vorderen Ende des jeweiligen Lenkerabschnitts verbunden, ggf. kann sich der jeweilige Lenkerabschnitt aber auch über den Mittelabschnitt weiter nach vorne erstrecken.
-
Die Lenkerabschnitte können dabei zumindest teilweise die Funktion von Längslenkern übernehmen. Sie können wenigstens teilweise parallel zur X-Achse verlaufen, aber ggf. auch wenigstens teilweise im Winkel zur X-Achse. Sie sind einstückig mit dem Mittelabschnitt ausgebildet, wobei je nach Ausführungsform die Zuordnung einzelner Bereiche zum Mittelabschnitt bzw. zum Lenkerabschnitt unter Umständen nicht eindeutig ist. In jedem Fall weist jeder der Lenkerabschnitte einen Anbindungsbereich für ein Rad auf. Üblicherweise ist der Anbindungsbereich in einem hinteren Teil des Lenkerabschnitts, bspw. im hinteren Drittel desselben, angeordnet. Der Anbindungsbereich ist dabei zur wenigstens mittelbaren Anbindung eines Rades vorgesehen. Bspw. kann er dazu ausgebildet sein, dass dort ein Radträger befestigt wird, der wiederum das Rad drehbar aufnimmt. Alternativ ist es denkbar, dass kein separater Radträger notwendig ist, sondern dass die notwendigen Strukturen zur drehbaren Aufnahme des Rades am Lenkerabschnitt angeformt sind.
-
Der Begriff „Führungsabschnitt“ ist in diesem Zusammenhang nicht einschränkend auszulegen und bezieht sich lediglich darauf, dass eine wesentliche Funktion des Führungsabschnitts darin besteht, die Räder der Hinterachse zu führen, also deren Ausrichtung zu stabilisieren. Der Aufbau des Führungsabschnitts ist mit einer Verbundlenkerachse vergleichbar, wobei der Mittelabschnitt die Funktion eines Torsionsabschnitts haben kann, der bei einer unterschiedlichen Auslenkung der Räder Torsionskräfte zwischen den beiden Lenkerabschnitten überträgt. Insofern ist der Torsionsabschnitt bevorzugt biegesteif, aber wenigstens teilweise torsionsweich ausgebildet, während die Lenkerabschnitte bevorzugt steif gegenüber Biegung und Torsion ausgebildet sind.
-
Wie bereits oben erwähnt, weist das Aufhängungsteil wenigstens einen quer zur Y-Achse vom Mittelabschnitt ausgehenden, an einem Fahrzeugaufbau befestigten Federabschnitt auf, wobei der Führungsabschnitt durch elastische Verformung des Federabschnitts um die Y-Achse schwenkbar ist. Die Bezeichnung „Fahrzeugaufbau“ dient hierbei als Sammelbegriff für die Karosserie, das Chassis sowie ggf. einen Hilfsrahmen. Üblicherweise ist der Federabschnitt an einem Chassis des Fahrzeugs befestigt. Der Begriff „Federabschnitt“ ist wiederum nicht einschränkend auszulegen und weist lediglich darauf hin, dass eine wesentliche Funktion des wenigstens einen Federabschnitts darin besteht, ein Einfedern des Führungsabschnitts und somit der Räder gegenüber dem Fahrzeugaufbau zu ermöglichen. Dieser Federabschnitt ist am Fahrzeugaufbau befestigt und verbindet somit das Aufhängungsteil mit dem Fahrzeugaufbau. Dabei kann der Führungsabschnitt durch eine elastische Verformung des Federabschnitts relativ zum Fahrzeugaufbau um die Y-Achse geschwenkt werden. Es können mehrere Federabschnitte vorgesehen sein oder insbesondere auch ein einziger Federabschnitt. Insofern, als der Federabschnitt quer zur Y-Achse vom Mittelabschnitt ausgeht, entspricht die elastische Verformung wenigstens teilweise einer elastischen Verbiegung des Federabschnitts. D. h., beim Einfedern der Räder wird über die Lenkerabschnitte und den Mittelabschnitt eine Kraft und somit ein Biegemoment auf den Federabschnitt übertragen, das zu dessen elastischer Verformung führt. Im Allgemeinen erfolgt neben einer Verformung des Federabschnitts auch eine Verformung (bspw. Verbiegung und/oder Torsion) des Mittelabschnitts und/oder der Lenkerabschnitte. Es ist allerdings bevorzugt, dass vorrangig eine Verbiegung des Federabschnitts erfolgt. Anders ausgedrückt, der Federabschnitt weist bevorzugt eine geringere Biegesteifigkeit um die Y-Achse auf als die Lenkerabschnitte und/oder der Mittelabschnitt.
-
Aufgrund der Fertigung aus Faserverbundstoff weist das Aufhängungsteil und somit die Radaufhängung insgesamt ein geringes Gewicht auf, was sich bspw. vorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch bzw. Energieverbrauch des Fahrzeugs auswirkt. Da der Federabschnitt ein einstückig mit dem Führungsabschnitt ausgebildetes Federelement bildet, kann entweder auf weitere Federelemente völlig verzichtet werden oder diese können materialsparender und leichter ausgestaltet werden. Die Funktionen der Führung der Räder sowie der Federung derselben werden von einem einzigen Bauteil übernommen, das somit einen hohen Integrationsgrad aufweist. Da die Schwenkbarkeit des Führungsabschnitts durch eine elastische Verformung (Verbiegung) des Federabschnitts erreicht wird, kann auf eine schwenkbare Lagerung mit gegenüber einander beweglichen Teilen verzichtet werden. D. h., die Anbindung des Aufhängungsteils am Fahrzeugaufbau vereinfacht sich. Bauteile wie Achsbolzen oder Gummi-Metall-Buchsen sind zur schwenkbaren Anbindung unnötig. Hierdurch lassen sich Kosten und Gewicht weiter reduzieren. Da es weniger zueinander bewegliche Teile gibt, lässt sich auch der Verschleiß reduzieren.
-
Um eine zumindest überwiegende funktionelle Trennung zwischen Führungsabschnitt und Federabschnitt zu realisieren, kann wie oben geschildert die Biegesteifigkeit des Federabschnitts bezüglich der Y-Achse geringer sein als die des Führungsabschnitts. Dies kann einerseits durch eine geeignete Formgebung der beiden Abschnitte realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Federabschnitt ein geringeres Elastizitätsmodul aufweist als der Führungsabschnitt. Da es sich bei dem Elastizitätsmodul um eine Materialeigenschaft handelt, impliziert dies, dass der Federabschnitt wenigstens teilweise aus einem anderen Material gefertigt ist als der Führungsabschnitt. Da beide Abschnitte einstückig aus Faserverbundstoff gefertigt sind, kann die unterschiedliche Materialeigenschaft bspw. in der Verwendung einer unterschiedlichen Polymermatrix zur Bindung der Fasern begründet sein und/oder insbesondere in einer unterschiedlichen Anordnung, Dichte, Größe oder Zusammensetzung der Fasern.
-
Wie oben bereits beschrieben, ist der Führungsabschnitt wenigstens überwiegend aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt und der wenigstens eine Federabschnitt ist wenigstens überwiegend aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gefertigt. Hierdurch kann bspw. erreicht werden, dass der Elastizitätsmodul des Führungsabschnitts wenigstens zweimal oder wenigstens dreimal so groß ist wie der Elastizitätsmodul des Federabschnitts. Hinsichtlich der Zusammensetzung der Fasern sind auch Mischformen denkbar, wobei als carbonfaserverstärkter Kunststoff ein Kunststoff angesehen wird, bei dem wenigstens die Hälfte oder wenigstens zwei Drittel der eingelagerten Fasern Carbonfasern sind, und als glasfaserverstärkter Kunststoff ein Kunststoff, bei dem wenigstens die Hälfte oder zwei Drittel der eingelagerten Fasern Glasfasern sind.
-
Die Befestigung des jeweiligen Federabschnitts am Fahrzeugaufbau kann in unterschiedlicher Weise realisiert sein, bspw. durch einen Stoffschluss und/oder einen Kraftschluss. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es bevorzugt, dass ein Federabschnitt wenigstens indirekt formschlüssig am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Als indirekte formschlüssige Befestigung gilt hierbei eine Befestigung, die unter Zwischenordnung eines weiteren Bauteils erfolgt, bei dem also der Federabschnitt zumindest nicht überall nicht direkt in Kontakt mit dem Fahrzeugaufbau kommt. Selbstverständlich kann auch das jeweils zwischengeordnete Bauteil als Teil des Fahrzeugaufbaus angesehen werden. Der Formschluss ist dabei mindestens senkrecht zur Y-Achse gegeben, so dass ein Verdrehen des Federabschnitts gegenüber dem Fahrzeugaufbau zumindest eingeschränkt oder verhindert wird.
-
Vor allem um die Übertragung von Vibrationen zwischen den Rädern und dem Fahrzeugaufbau zu minimieren, ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Federabschnitt unter Zwischenordnung eines gummielastischen Elements formschlüssig am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Dabei kann am Fahrzeugaufbau eine Ausnehmung ausgebildet sein, in der ein Teil des Federabschnitts unter Zwischenordnung des gummielastischen Elements angeordnet ist. Das gummielastische Element besteht wenigstens überwiegend aus einem Elastomer, bspw. Gummi, Silikon oder dergleichen. Es kann auch als Elastomerelement bezeichnet werden. Optional kann es an den Fahrzeugaufbau und/oder den Federabschnitt anvulkanisiert werden, so dass diesbezüglich auch ein Stoffschluss gegeben ist.
-
Der jeweilige Federabschnitt erstreckt sich ausgehend vom Mittelabschnitt quer zur Y-Achse. Die genaue Erstreckung kann sich dabei nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum richten. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich wenigstens ein Federabschnitt nach vorne entlang der X-Achse. D.h., derjenige Teil des Fahrzeugaufbaus, der zur Anbindung des Federabschnitts vorgesehen ist, befindet sich in Fahrtrichtung vor dem Mittelabschnitt. Der Federabschnitt kann parallel zur X-Achse verlaufen, aber ggf. auch im Winkel hierzu.
-
Um die Federfunktion erfüllen zu können, darf die Biegesteifigkeit des Federabschnitts bezüglich der Y-Achse nicht zu groß sein. Andererseits könnte es die Führung der Räder durch den Führungsabschnitt beeinträchtigen, wenn die Biegesteifigkeit (bzw. die Torsionssteifigkeit) bezüglich der X-Achse oder der Z-Achse ähnlich klein wäre wie die bezüglich der Y-Achse. Dem kann insbesondere durch eine geeignete Formgebung des Federabschnitts entgegengewirkt werden. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Federabschnitt einen Querschnitt aufweist, dessen Ausdehnung in Richtung der Y-Achse wenigstens zweimal, bevorzugt dreimal, besonders bevorzugt viermal so groß ist wie quer hierzu. Ein solcher Federabschnitt kann als flach oder streifenartig bezeichnet werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform könnten der Mittelabschnitt und/oder die Lenkerabschnitte wenigstens teilweise rohrförmig ausgebildet sein. D. h. der jeweilige Abschnitt ist als Hohlprofil ausgebildet, wodurch sich das Gewicht weiter reduzieren lässt, während gleichzeitig eine ausreichende gewünschte Steifigkeit gegeben sein kann. Der Querschnitt des entsprechenden Rohrs kann dabei kreisförmig, oval, polygonal oder eine Kombination hiervon sein. Im Hinblick auf unterschiedliche gewünschten Eigenschaften des Mittelabschnitts (z. B. torsionsweich) und der Lenkerabschnitte (z. B. torsionssteif) können unterschiedliche Querschnitte vorgesehen sein.
-
Wie oben bereits beschrieben, sind der Mittelabschnitt und die Lenkerabschnitte aus einem durchgehenden Rohrprofil gebildet, an das der wenigstens eine Federabschnitt angeformt ist. D. h., der Mittelabschnitt und die Lenkerabschnitte sind Teile eines durchgehenden Rohres, von dem im Mittelabschnitt der wenigstens eine Federabschnitt ausgeht. Auch wenn es sich um ein durchgehendes Rohrprofil handelt, muss dessen Querschnitt nicht gleichbleibend sein, sondern kann aufgrund der flexiblen Formgebungsmöglichkeiten bei Faserverbundstoff abschnittsweise variiert werden. Der Mittelabschnitt kann dabei durch gebogene Abschnitte (die entweder ihm oder den lenkerabschnitten zugeordnet werden können) in die Lenkerabschnitte übergehen. Durch eine derartige Biegung können lokale Belastungen im Vergleich zu einer abgewinkelten Ausgestaltung reduziert werden.
-
Die Radaufhängung kann Teil einer nicht angetriebenen Achse sein. Es ist allerdings auch möglich, dass die Achse angetrieben ist, bspw. über eine Antriebswelle, die von einem Vorderradantrieb ausgeht. Alternativ hierzu kann die Radaufhängung wenigstens eine elektrische Antriebseinheit aufweisen, die auf drehbar an den Anbindungsbereichen gelagerte Antriebswellen der Räder einwirkt. Dabei kann die Antriebseinheit insbesondere an den jeweiligen Lenkerabschnitten gelagert sein, während sie zwischen den Lenkerabschnitten gegenüber dem Fahrzeugaufbau freitragend angeordnet ist. D. h., die Antriebseinheit folgt beim Einfedern der Lenkerabschnitte bzw. der Räder deren Bewegung. Eine solche elektrische Antriebseinheit kann einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen, die bspw. über eine oder mehrere Batterien des Fahrzeugs gespeist werden können oder optional auch direkt über einen Generator, der an einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs gekoppelt ist. Die Antriebseinheit kann zwischen den Lenkerabschnitten angeordnet sein, bspw. zentral dazwischen. Die Antriebswellen können parallel zur Y-Achse von der Antriebseinheit ausgehen. Sie können die Lenkerabschnitte in den Anbindungsbereichen durchgreifen und drehbar in diesen gelagert sein.
-
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Radaufhängung;
- 2 eine Schnittdarstellung entsprechend der Linie II-II in 1; sowie
- 3 eine Schnittdarstellung entsprechend der Linie III-III in 1.
-
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
-
1 - 3 zeigen eine erfindungsgemäße Radaufhängung 1, die bspw. in einem PKW oder LKW eingesetzt werden kann. Wie in der Draufsicht in 1 erkennbar, weist die Radaufhängung 1 ein Aufhängungsteil 2 auf, das in einem einzigen Urformschritt einstückig aus Faserverbundstoff gefertigt wurde. Dabei besteht ein Führungsabschnitt 3 des Aufhängungsteils 2 aus carbonfaserverstärktem Kunststoff, während ein Federabschnitt 6 aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht. Das heißt die beiden Abschnitte 3, 6 unterscheiden sich hinsichtlich der verwendeten Fasern, während ein und dasselbe Kunststoffmaterial als Matrix verwendet wurde, die die Fasern umgibt.
-
Der Führungsabschnitt 3 weist einen Mittelabschnitt 4 auf, der sich überwiegend parallel zur Y-Achse erstreckt, sowie zwei Lenkerabschnitte 5, in die der Mittelabschnitt 4 übergeht und die sich entlang der X-Achse von diesem nach hinten (also entgegen der Fahrtrichtung) erstrecken. Der Übergang vom Mittelabschnitt 4 zu den Lenkerabschnitten 5 ist dabei bogenartig und die genannten drei Abschnitte sind aus einem durchgehenden Rohrprofil gebildet. Das Rohrprofil ist hohl ausgebildet, wie in der Schnittdarstellung in 3 erkennbar ist, und ist im vorliegenden Beispiel kreisförmig. Es sind allerdings auch Abweichungen hiervon oder andere Geometrien denkbar. Endseitig der Lenkerabschnitte 5 sind jeweils Anbindungsbereiche 5.1 für Räder 10 ausgebildet. Dabei können die Anbindungsbereiche 5.1 zur unmittelbaren Aufnahme des jeweiligen Rades 10 vorgesehen sein oder aber sie können zur Montage eines (hier nicht dargestellten) Radträgers vorgesehen sein, der wiederum das Rad 10 aufnimmt.
-
Am Mittelabschnitt 4 ist zentral der Federabschnitt 6 angeformt, der senkrecht zur Y-Achse, genauer gesagt in Richtung der X-Achse, vom Mittelabschnitt 4 ausgeht. Der Federabschnitt 6 ist an einem Fahrzeugaufbau 20 (bspw. einem Chassis) befestigt, wobei ein Teil des Federabschnitts 6 formschlüssig in einem gummielastischen Element 21 aufgenommen ist, das seinerseits formschlüssig in einer Ausnehmung 20.1 des Fahrzeugaufbaus 20 aufgenommen ist. Durch den Formschluss ist die Position des Federabschnitts 6 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 20 festgelegt, wobei aufgrund der Elastizität des gummielastischen Elements 21 geringfügige zwischenzeitliche Auslenkungen möglich sind. Allerdings weist der Federabschnitt 6 selber eine gewisse Elastizität auf. Insbesondere ist seine Biegesteifigkeit um die Y-Achse geringer als die Biegesteifigkeit der Lenkerabschnitte 5. Dies liegt einerseits an der Formgebung des vergleichsweise flach und dünn konzipierten Federabschnitts 6 im Vergleich zu den dickeren rohrförmigen Lenkerabschnitten 5 sowie andererseits daran, dass der Federabschnitt 6 aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht, der einen deutlich kleineren Elastizitätsmodul (bspw. ca. 44 kN/mm2) aufweist als der kohlefaserverstärkte Kunststoff des Führungsabschnitts 3 (bspw. ca. 140 kN/mm2).
-
Wenn beim Betrieb des Kraftfahrzeugs eine vertikale Kraft zwischen den Rädern 10 und dem Fahrzeugaufbau 20 wirkt, kann somit ein elastisches Einfedern erfolgen, bei dem eine elastische Verbiegung des Federabschnitts 6 erfolgt, die mit einem Schwenken des Führungsabschnitts 3 um die Y-Achse einhergeht. Wie insbesondere in der Schnittdarstellung in 2 erkennbar, ist der Querschnitt des Federabschnitts so ausgebildet, dass eine Abmessung in Richtung der Y-Achse ungefähr das Fünffache einer Abmessung in Richtung der Z-Achse beträgt. Hierdurch verhält sich der Federabschnitt 6 bezüglich der Y-Achse vergleichsweise biegeweich, während er senkrecht hierzu eher biegesteif bzw. torsionssteif ist. Durch die entsprechende Steifigkeit kann verhindert werden, dass die Führungsfunktion des Führungsabschnitt 3 wesentlich beeinträchtigt wird.
-
Wie in 1 angedeutet, kann die Radaufhängung 1 optional eine elektrische Antriebseinheit 11 aufweisen, die über Antriebswellen 12 die Räder 10 antreibt. Eine solche Antriebseinheit 11 kann einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen, die entweder über eine Batterie des Fahrzeugs betrieben werden oder über einen Generator, der an einen Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Die Antriebseinheit 11 ist im vorliegenden Fall Teil der ungefederten Masse, da sie über die Antriebswellen 12, die die Anbindungsbereiche 5.1 der Lenkerabschnitte 5 durchgreifen, an denen Führungsabschnitt 3 gekoppelt ist. Zwischen den Lenkerabschnitten 5 ist die Antriebseinheit 11 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 20 freitragend.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Radaufhängung
- 2
- Aufhängungsteil
- 3
- Führungsabschnitt
- 4
- Mittelabschnitt
- 5
- Lenkerabschnitt
- 5.1
- Anbindungsbereich
- 6
- Federabschnitt
- 10
- Rad
- 11
- elektrische Antriebseinheit
- 12
- Antriebswelle
- 20
- Fahrzeugaufbau
- 20.1
- Ausnehmung
- 21
- gummielastisches Element
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
