DE10237658A1 - Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen - Google Patents

Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine vordere Radaufhängung mit MacPherson-Federbein für ein Kraftfahrzeug. Eine solche Radaufhängung weist zwei Vorderräder auf, welche jeweils mit einer vorderen Radnabe verbunden sind, weiterhin zwei vordere Radträger, die jeweils mit einer vorderen Radnabe verbunden sind. Weiterhin sind zwei vordere Federbeine vorgesehen, die jeweils an ihrem oberen Ende gelenkig mit dem Fahrzeugchassis oder der Fahrzeugkarosserie verbunden sind und die jeweils an ihrem unteren Ende mit einem vorderen Radträger gelenkig verbunden sind. Darüber hinaus ist ein Hilfsrahmen vorgesehen, der an das Fahrzeugchassis oder die Fahrzeugkarosserie gekoppelt ist. Im Rahmen der Erfindung ist anstelle von metallischen Federelementen ein vorderer Verbundträger aus Verbundwerkstoffen als Federungs- und Führungselement für die Vorderräder (12) vorgesehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge im Allgemeinen und eine integrierte Geländewagen-Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen im Besonderen.
  • In einem Kraftfahrzeug arbeitet die Radaufhängung mit den Reifen, dem Fahrzeugrahmen oder der selbsttragenden Karosserie, den Rädern, den Radlagern, dem Bremssystem und dem Lenksystem zusammen, um einen sicheren und komfortablen Fahrbetrieb zu gewährleisten. Die Radaufhängung hat dabei mehrere wichtige Aufgaben, u. a. soll es die verschiedenen Bauteile eines Kraftfahrzeugs tragen, für eine komfortable Fahrt die Ausgleichsbewegungen der Räder ermöglichen, schnelle Kurvenfahrt ohne übermäßiges Aufschaukeln der Karosserie erlauben. Weiterhin soll sie dafür sorgen, dass die Reifen auf der Fahrbahnoberfläche bleiben, ein übermäßiges Eintauchen der Karosserie beim Beschleunigen und beim Bremsen verhindern und zusammen mit dem Lenksystem dafür sorgen, dass die Vorderräder beim Lenken parallel ausgerichtet bleiben.
  • Vorbekannte Radaufhängungen verwenden vordere und hintere Federn zur gefederten Lagerung des Fahrzeugrahmens, der Fahrzeugkarosserie oder der selbsttragenden Karosserie, des Motors und der Antriebseinheiten auf den Rädern. Diese relativ schweren Aufbauten stellen die sogenannte "gefederte Masse" dar. Die "ungefederte Masse" umfasst ihrerseits die Räder und die Reifen, die Bremseinheiten und andere Bauelemente, die nicht auf den Federn gelagert sind. Dabei kann sich eine große "ungefederte Masse" ungünstig auf die Fahrzeugeigenschaften auswirken. Daher ist eine Reduzierung der "ungefederten Masse" wünschenswert.
  • MacPherson-Federbeinsysteme werden in den meisten Klein- und Kompaktwagen Cars mit Vorderradantrieb eingesetzt. Eine typische vordere Radaufhängung mit MacPherson Federbein weist relativ lange stoßdämpfende Federbeine auf, die von Schraubenfedern umgeben sind. Untere Steuerarme, Radspindel, Gelenkverbindungen, ein Stabilisator und Spurstangen sind ebenfalls Teile der MacPherson-Radaufhängung.
  • Viele der vorbekannten vorderen und hinteren Radaufhängungen weisen Schraubendruckfedern auf. Dabei werden die vorderen und hinteren Schraubenfedern zwischen einem unteren Steuerarm und einem Federgehäuse oder -sitz am Fahrzeugrahmen oder an der Karosserie montiert. Schraubenfedern bestehen aus i. a. Stahl oder einer Stahllegierung und können gleichmäßige oder variable Wicklungen aufweisen. Sie haben sich als besonders geeignet erwiesen, unter allen Fahrbedingungen eine sichere und komfortable Fahrt zu gewährleisten. Leider sind Schraubendruckfedern typischerweise schwer und benötigen im Fahrzeug einen erheblichen Bauraum.
  • Zusätzlich wird üblicherweise noch ein Drehstabstabilisator zwischen dem unteren Steuerarm der Aufhängung und der Seitenschiene des Fahrzeugrahmens befestigt, wodurch ein Aufschaukeln, d. h. eine rollende Bewegung der Karosserie verhindert werden soll. Leider sind Drehstabstabilisatoren typischerweise schwer. Darüber hinaus machen sie das Federungssystem komplizierter, indem sie die Anzahl der erforderlichen Bauteile erhöhen. Schließlich benötigen auch sie einen erheblichen Bauraum im Fahrzeug.
  • Die mit diesen herkömmlichen Radaufhängungen verbundenen Nachteile zeigen deutlich, dass ein Bedarf für eine neue Aufhängungstechnik besteht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Radaufhängung anzugeben, die einen einfacheren Aufbau als die vorbekannten Radaufhängungen mit McPherson-Federbein aufweist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein integrierte Geländewagen- Radaufhängung mit MacPherson-Federbein mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
  • Dabei werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersetzt die unteren Steuerarme, die Schraubenfedern und die Drehstabstabilisatoranordnung einer aus dem Stand der Technik vorbekannten Geländewagen- Radaufhängung mit MacPherson-Federbein durch einen Verbundträger. Durch sorgfältige Ausbildung der Trägerform, des Materialsystems und der Gelenkaufnahmen ist es möglich, die Fahr- und Aufschaukelwerte und die Spur- und Sturzeigenschaften der bekannten Radaufhängung zu erhalten.
  • Die vorliegende Erfindung schafft somit eine verbesserte integrierte Geländewagen-Radaufhängung mit MacPherson Federbeinen. Sie realisiert besondere Vorteile, weil sie eine Mehrzahl von Bauteilen durch ein einziges multifunktionelles Bauteil ersetzt. Zusätzlich erlaubt die erfindungsgemäße Radaufhängung eine Reduzierung des ungefederten Gewichts des Fahrzeugs sowie der Geräuschentwicklung und Vibrationen. Darüber hinaus verbessert sie den Federungskomfort.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung. Dieser können insbesondere in der Zusammenschau mit den Ansprüchen sowie den Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele entnommen werden. Diese werden im folgenden zum besseren Verständnis der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Darstellung eines Verbundträgers nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 einen Querschnitt eines gewebten dreidimensionalen Rohlings für einen Verbundträger gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 eine Darstellung einer integrierten vorderen Geländewagen- Radaufhängung mit MacPherson-Federbein, die den Verbundträger aus Fig. 1 aufweist;
  • Fig. 4 eine Darstellung einer integrierten hinteren Geländewagen- Radaufhängung mit MacPherson-Federbein, die ebenfalls den Verbundträger aus Fig. 1 aufweist;
  • Fig. 5 einen Schnitt durch den Verbundträger aus Fig. 4 entlang der Linie 5-5; und
  • Fig. 6 einen Schnitt durch den Befestigungspunkt des Verbundträgers aus Fig. 5 entlang der Linie 6-6.
  • In den Figuren sind übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zeichnungen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine integrierte Geländewagen-Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen, die insbesondere für den Kraftfahrzeugbereich geeignet ist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch überall dort Anwendung finden, wo eine Radaufhängung mit MacPherson Federbein vorteilhaft eingesetzt werden kann.
  • Fig. 1 zeigt einen vorderen Verbundträger 16 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der einen vorderen Teil 17, einen nachlaufenden Teil 19 aufweist. Der vordere Teil 17 und der nachlaufende Teil 19 laufen beidseitig an einem Lagerpunkt zusammen, an dem jeweils ein Befestigungsloch 28 ausgeführt ist. Sowohl im vorderen Teil 17 als auch im nachlaufenden Teil 19 sind je zwei Aufnahmen 32 für Befestigungsbolzen ausgebildet.
  • Der vordere Verbundträger eines Fahrzeugs 16 besteht vorzugsweise aus einem faserverstärkten Duroplasten. Alternativ kann es aus einem Laminat mit einem thermoplastischen Polymer bestehen. Als Polymer wird vorzugsweise ein Epoxydharz verwendet. Das Verfahren zur Herstellung des vorderen Verbundträgers 16 wird nachstehend anhand von Fig. 2 beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen dreidimensionalen Rohling 16' aus gewebten Fasern für einen Verbundträger 16 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dieser wird mittels einer Webmaschine aus einer Vielzahl von Glas- oder Kohlefasern gewebt, wobei sich eine Vielzahl von Einzelfasern über die gesamte die Breite des Verbundträgers erstrecken.
  • Der Rohling kann ca. 1,5 m breit sein und kann anhand eines dreidimensionalen Textilwebverfahrens hergestellt werden. Für jeden Rohling 16' wird eine Breite von ungefähr 50 mm vom ursprünglichen Rohling abgeschnitten. Der Rohlingabschnitt 17' und der Rohlingabschnitt 19' werden dann voneinander getrennt und jeweils um neunzig Grad gedreht, um den vorderen Teil 17 und den nachlaufenden Teil 19 des Verbundträgers 16 zu bilden.
  • In die zu Löchern aufgeweiteten Schlitze des Rohlings 16', die den Befestigungslöchern 28' und den paarweise angeordneten Befestigungsbolzen 32' entsprechen, werden Ösen eingesetzt, die dann die Befestigungslöcher 28 bzw. die paarweise angeordneten Aufnahmen 32 für die Befestigungsbolzen bilden.
  • Um den fertigen Verbundträger 16 herzustellen wird dieser Rohling 16' nachfolgend in eine Form gelegt und mit einem Harzinjektionsverfahren ("resin transfer molding" RTM) oder einem Vakuum-unterstützten Harzinjektionsverfahren ("vacuum-assisted resin transfer molding" VARTM) mit Harz getränkt.
  • Die Herstellung des Verbundträgers 16 kann auch durch andere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen erfolgen. Diese Verfahren können auf der Verwendung von mit Harz vorgetränkten Fasern oder ebenfalls auf mittels dem RTM- oder VARTM-Verfahren getränkten trockenen Fasern beruhen, die z. B. mittels an sich bekannter Präzisionswickelverfahren oder Flechttechniken miteinander verflochten sind. Es sind aber auch andere an sich bekannte Techniken zur Herstellung von Verbundwerkstoffen einsetzbar.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen eine vordere und eine hintere Geländewagen- Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen. In der erfindungsgemäßen Geländewagen-Radaufhängung werden die unteren Steuerarme, die oberen Steuerarme, die Schraubenfedern und die Drehstabstabilisatoranordnung aus dem Stand der Technik durch einen einfachen Verbundträger ersetzt. Durch sorgfältige Auswahl der Trägerform sowie der Verbundwerkstoffe und durch genaue Platzierung der Aufnahmen 32 für die Befestigungsbolzen ist es möglich, die Fahreigenschaften wie z. B. das Aufschaukelverhalten sowie die Spur- und Sturzeigenschaften der ursprünglichen MacPherson Radaufhängung beizubehalten.
  • Fig. 3 zeigt eine integriertes, vordere Geländewagen-Radaufhängung mit MacPherson-Federbein 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Chassis oder die selbsttragende Karosserie eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) ist über eine erfindungsgemäße vordere Radaufhängung 14 auf einem linken und einem rechten Vorderrad 12 gelagert. Die vordere Radaufhängung 14 umfasst einen vorderen Verbundträger 16 und ein Paar vordere Federbeine 18 oder Stoßdämpfer.
  • Das jeweilige obere Ende 21 eines vorderen Federbeins 18 ist über ein Kugelgelenk drehbar mit der Fahrzeugkarosserie dem Chassis (beides nicht dargestellt) verbunden. Hingegen ist das jeweilige untere Ende 23 der vorderen Federbeine 18 mit einem vorderen Radträger 22 gelenkig verbunden. Die vorderen Radträger 22 sind jeweils über eine vordere Radnabe 15 mit dem linken bzw. rechten Vorderrad 12 verbunden. Zusätzlich ist eine Spurstange 24 zwischen das Lenkgetriebe 26 und die vorderen Radträger 22 eingefügt.
  • Der Verbundträger der Vorderradaufhängung 16 ist über ein Befestigungsloch 28 mit jedem der vorderen Radträger 22 verbunden. Bevor der vordere Verbundträger 16 mit den vorderen Radträgern gelenkig verbunden wird, wird vorzugsweise ein unteres Kugelgelenk 31 aus Stahl in jedes vordere Befestigungsloch 28 eingepresst oder geschweißt.
  • Zudem werden die Aufnahmen 32 für Befestigungsbolzen des vorderen Teils 17 und des nachlaufenden Teils 19 jeweils dazu verwendet, den vorderen Verbundträger 16 an den Hilfsrahmen 30 des Fahrzeugs zu koppeln. Hierzu zeigen die Fig. 5 und 6 in einer vergrößerten Ansicht, wie der vordere Verbundträger 16 an den Hilfsrahmen 30 des Fahrzeugs gekoppelt ist.
  • Fig. 4 zeigt ein hintere Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen 54 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Chassis oder die selbsttragende Karosserie eines Kraftfahrzeugs (beides nicht dargestellt) ist über eine erfindungsgemäße hintere Radaufhängung 54 auf einem linken einem rechten Hinterrad 52 gelagert. Die hintere Radaufhängung 54 umfasst einen hinteren Verbundträger 16A und ein Paar hintere Federbeine 58 oder hintere Stoßdämpfer. Der hintere Verbundträger 16A ist in Größe, Form und Herstellungsart dem vorderen, in den Fig. 1 und 2 weiter oben beschriebenen Verbundträger 16 ähnlich.
  • Um zwischen dem vorderen 16 und dem hinteren 16A Verbundträger zu unterscheiden, wurden der Einfachheit halber ähnliche Teile des hinteren Verbundträgers 16A mit einem A versehen. So ist zum Beispiel der nachlaufende Teil des vorderen Verbundträgers 16 mit 19 bezeichnet, während der nachlaufende Teil des hinteren Verbundträgers 16A mit dem Bezugszeichen 19A versehen ist.
  • Das jeweilige obere Ende 71 eines hinteren Federbeins 18 ist über ein Kugelgelenk drehbar mit der Fahrzeugkarosserie oder dem Chassis (beides nicht dargestellt) verbunden, während das jeweilige untere Ende 73 mit einem hinteren Radträger 62 gelenkig gekoppelt ist. Die hinteren Radträger 62 sind wiederum über jeweils eine hintere Radnabe 55 mit dem linken bzw. rechten Hinterrad 52 verbunden. Zusätzlich sind die hinteren Radträger 62 jeweils über eine hintere Spurstange 64 über ein Gelenk 66 an den Hilfsrahmen 30 gekoppelt.
  • Der hintere Verbundträger 16A ist über zwei Befestigungslöcher 28A mit den hinteren Radträgern 62 verbunden. Bevor der hintere Verbundträger 16A gelenkig mit den hinteren Radträgern 62 verbunden wird, wird vorzugsweise ein unteres Kugelgelenk 31A aus Stahl in jedes Befestigungsloch 28A eingepresst oder geschweißt.
  • Zudem werden die Aufnahmen 32A für Befestigungsbolzen des vorderen Teils 17A und des nachlaufenden Teils 19A des hinteren Verbundträgers 16A jeweils dazu verwendet, den hinteren Verbundträger 16A an den Hilfsrahmen 30 des Fahrzeugs zu koppeln.
  • Die Fig. 5 und 6 zeigen in einer Nahansicht, wie der vordere Verbundträger 16 an den Hilfsrahmen 30 des Fahrzeugs gekoppelt ist. In den Fig. 5 und 6 wird vorzugsweise eine Bolzenanordnung 34 verwendet, um den vorderen Teil 17 und den vorderen nachlaufenden Teil 19 des vorderen Verbundträgers 16 über ihre jeweiligen vorderen Aufnahmen für Befestigungsbolzen 32 am Hilfsrahmen 30 des Fahrzeugs zu sichern. In typischer Weise kann der Verbundträger 16 über eine Reduzierbuchse aus Gummi 90 vom Hilfsrahmen schwingungsisoliert befestigt werden. Selbstverständlich können in anderen Ausführungsformen auch beliebige andere vorbekannte Verfahren eingesetzt werden, um über die vorderen Aufnahmen 32 für Befestigungsbolzen den vorderen Verbundträger 16 an den Hilfsrahmen 30 des Fahrzeugs zu befestigen. Obwohl dies nicht dargestellt wurde, wird der hintere Verbundträger 16A in einer ähnlichen Weise wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt an den Hilfsrahmen 30 gekoppelt.
  • Somit schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte und zuverlässige integrierte Geländewagen-Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen, die auf einem Verbundträger basiert. Auf diese Weise ersetzt die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Bauteilen einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs durch ein einziges Teil. Dadurch können sowohl die Anzahl der Bauteile als auch das Gewicht reduziert werden, wodurch sich eine wesentliche Vereinfachung des Fahrwerks ergibt. Gleichzeitig werden die Geräuschentwicklung sowie Vibrationen im Fahrbetrieb vermindert und der Federungskomfort verbessert.
  • Da die Funktion der Schraubenfeder in den Verbundträger integriert wurde, werden keine Schraubenfedern mehr benötigt. Somit übernimmt in der vorliegenden Erfindung der Federbeinteil die Aufgaben der Dämpfung und der Führung des gelagerten Rades. Dadurch kann die Höhe des Stoßdämpfers und der hierfür benötigte Bauraum im Fahrzeug reduziert werden. Dies wiederum erlaubt eine größere Freiheit bei der Gestaltung der Fahrzeugkarosserie.
  • Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass die Technik um eine neue und verbesserte Radaufhängung mit integriertem Steuerarm, Federelement und Drehstabstabilisator erweitert wurde. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform nur ein Beispiel für die vielen möglichen Ausführungsformen gemäß der unabhängigen Ansprüche ist, die auf den Grundsätzen der vorliegenden Erfindungen beruhen. Zahlreiche weitere Anordnungen können sich dem Fachmann auf selbstverständliche Weise ergeben, ohne dass dabei der Rahmen der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert wird, verlassen würde.

Claims (11)

1. Vordere Radaufhängung mit MacPherson-Federbein für ein Kraftfahrzeug, die folgenden Merkmale aufweisend:
a) zwei Vorderräder (12), welche jeweils mit einer vorderen Radnabe (15) verbunden sind,
b) zwei vordere Radträger (22), die jeweils mit einer vorderen Radnabe (15) verbunden sind,
c) zwei vordere Federbeine (18), die jeweils an ihrem oberen Ende (21) gelenkig mit dem Fahrzeugchassis oder der Fahrzeugkarosserie verbunden sind, und die jeweils an ihrem unteren Ende (22) mit einem vorderen Radträger (22) gelenkig verbunden sind,
d) einen Hilfsrahmen (30), der an das Fahrzeugchassis oder die Fahrzeugkarosserie gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) anstelle von metallischen Federelementen ein vorderer Verbundträger (16) aus Verbundwerkstoffen als Federungs- und Führungselement für die Vorderräder (12) vorgesehen ist vorgesehen ist.
2. Vordere Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin zwei Spurstangen (24) und eine Lenkgetriebe (26) umfasst sind, wobei jede Spurstange zwischen das Lenkgetriebe (26) und jeweils eine der beiden vorderen Radträger (22) eingefügt ist.
3. Vordere Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Verbundträger (16) aus einem faserverstärkten Polymer-Laminat besteht.
4. Vordere Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Faser Glas- und/oder Kohlefasern verwendet werden.
5. Vordere Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer ein Epoxydharz verwendet wird.
6. Hintere Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen für ein Kraftfahrzeug, die folgenden Merkmale aufweisend:
a) zwei Hinterräder (52), welche jeweils mit einer hinteren Radnabe (15A) verbunden sind,
b) zwei hintere Radträger (62), die jeweils mit einer hinteren Radnabe (15A) verbunden sind,
c) zwei hintere Federbeine (18A), die jeweils an ihrem oberen Ende (71) gelenkig mit dem Fahrzeugchassis oder der Fahrzeugkarosserie verbunden sind, und die jeweils an ihrem unteren Ende (73) mit einem hinteren Radträger (62) gelenkig verbunden sind,
d) einen Hilfsrahmen (30), der an das Fahrzeugchassis oder die Fahrzeugkarosserie gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) anstelle von metallischen Federelementen ein hinterer Verbundträger (16A) aus Verbundwerkstoffen als Federungs- und Führungselement für die Hinterräder (52) vorgesehen ist vorgesehen ist.
7. Hintere Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin zwei hintere Spurstangen (64) vorgesehen sind, die jeweils gelenkig mit einem hinteren Radträger (62) und dem Hilfsrahmen (30) verbunden sind.
8. Hintere Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Verbundträger (16A) aus einem faserverstärkten Polymer-Laminat besteht.
9. Hintere Radaufhängung mit MacPherson-Federbein für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Faser Glas- und/oder Kohlefasern verwendet werden.
10. Hintere Radaufhängung mit MacPherson-Federbein für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer ein Epoxydharz verwendet wird.
11. Fahrwerk für ein. Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es eine vordere Radaufhängung gemäß Anspruch 1 und eine hintere Radaufhängung gemäß Anspruch 6 aufweist.
DE10237658A 2001-08-13 2002-08-13 Radaufhängung mit MacPherson-Federbeinen Withdrawn DE10237658A1 (de)

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GB (1) GB2378686B (de)

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