DE19956039B4

DE19956039B4 - Radfederung mit Zentralfeder für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE19956039B4
Application number: DE19956039A
Authority: DE
Inventors: Olga Heidenreich; Marat Vagapov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: DE19956039A1

Abstract

Radfederung mit Zentralfeder für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen:
– eine Zentralfeder (5) ist im Chassis des Fahrzeugs beweglich gehalten,
– auf die Zentralfeder (5) wirken die Radlasten der angeschlossenen Räder einer Achse,
– wobei jeweils auf einen Kraftangriffspunkt (4/4'') der Zentralfeder (5) die volle Radlast eines Rades direkt und unverzögert und auf den gegenüberliegenden Kraftangriffspunkt (4''/4) die volle Radlast desselben Rades – gemeinsam mit der direkt übertragenen Radlast des anderen Rades – verzögert wirkt,
– so daß Stöße an einem Rad nur zu einer kurzzeitigen Lageänderung des Fahrzeugs und Änderungen der Radlast infolge Änderungen der Beladung des Fahrzeugs zu Höhenänderungen führen, während Änderungen der Ladungsverteilung der Achse keine Auswirkungen haben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radfederung für Fahrzeuge mit unabhängig voneinander abgefederten Rädern.
Bei der Abstimmung von Fahrwerksfederungen besteht grundsätzlich der Zielkonflikt, zum einen eine möglichst bessere einseitige Stoßabfederung zu erzielen und zum anderen gleichzeitig die Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrt gering zu halten.
Es ist bekannt, eine Steifigkeit der Autofederung durch elektronisch gesteuerte Systeme zu verändern. Nachteile dieser Systeme sind deren Abhängigkeit von der Zuverlässigkeit der Steuergeräte und der Korrektheit der Steuerung sowie der Energieverbrauch des Motors.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrzeugfederung zu schaffen, mit der eine vorgegebene Fahrzeuglage, nach allenfalls kurzen Abweichungen, stabil wieder hergestellt wird.

Kern der Erfindung ist es, zur Abfederung der beiden Räder einer Achse eine Zentralfeder zu verwenden, an deren beiden Fußpunkten die Radlasten der beiden Räder gemeinsam wirken, wobei die Zentralfeder selbst im Fahrzeug lose oder zum Ausgleich von Reibungseffekten nur leicht verspannt gelagert ist. Die Radlast eines jeden Rades wird direkt auf den einen Kraftangriffspunkt und verzögert auf den – gemeinsam mit der direkt übertragenen Radlast des anderen Rades – gegenüberliegenden Kraftangriffspunkt der Zentralfeder abgestützt. Die Verzögerung der Übertragung der Kraftänderungen erfolgt sowohl bei der Übertragung von einem Rad auf einen Fußpunkt der Feder als auch bei der Übertragung von diesem Fußpunkt zu diesem Rad, so dass eine einseitige Einfederung keine gleichzeitige Einfederung des anderen Rades herbeiführt. Änderungen der Lastverteilung in der Achse ohne Laständerungen bleiben so ohne Auswirkung.

Als Zentralfeder soll hier allgemein ein Federelement verstanden werden, das ggf. auch Dämpfungseigenschaften hat.

Als Verzögerung der Übertragung der Kraftänderungen ist nicht die zeitversetzte Übertragung aller Kraftänderungen zu verstehen. Vielmehr erfolgt die übertragene Kraftänderung langsamer als die ursprüngliche, und zwar bis zu dem Zeitpunkt, in dem die übertragene Kraft der ursprünglichen gleich ist.

Die Achsfederungen, bei denen beide Räder einer Achse über ein gemeinsames, zentrales Federelement abgestützt sind, sind z. B. durch die GB 2 231 539 A und DE 197 56 066 A1 bekannt. Bei diesen bekannten Konstruktionen hat die Zentralfeder die Funktion einer Ausgleichsfeder; sie weist keine eigene stabile Mittellage auf. Das Wattkoppelgetriebe der DE 197 56 066 A1 bewirkt bei einer einseitigen Einfederung die gleichzeitige Einfederung des anderen Rades.

Aus der GB 1 300 028 A ist eine Radaufhängung für Rennfahrzeuge bekannt, bei der alle Räder auch bei Kurvenfahrt in festem Kontakt mit der Fahrbahn bleiben sollen. Hierfür sind für eine Fahrzeugachse an den Radlagern Verbindungsstücke gelenkig befestigt und mit einer Achsbefestigung verbunden, wobei ein Hauptdrehpunkt gebildet ist. Jede Bewegung eines Radlagers erzwingt eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung des anderen Radlagers. Die Radaufhängung ist nur für glatte Fahrbahnen geeignet, weil jede Unebenheit bei einem Rad, z.B. ein Schlagloch, zu einer Bewegung des anderen Rads führt.

Die US 2,128,660 A beschreibt eine Radaufhängung, die mit einem Fahrzeugrahmen und einem Antriebsstrang zusammenwirkt. Die Radaufhängung genügt nicht den heutigen Anforderungen
Die Erfindung wird anhand eines in 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. 2 zeigt Widerstandsänderungen der Federung bei Änderung der Lastverteilung.
Radlasten werden auf einen Kolben 1, 1'' übertragen, der Druckänderungen in einem Gas 2, 2'' in einem beweglichen Gefäß 3, 3'' bewirkt und weiter über dieses Gefäß 3, 3'' auf den Kraftangriffspunkt 4, 4'' einer Zentralfeder 5 wirkt. Dieser Druck des Gases 2, 2'' wird durch die Gasleitung 6, 6'', in der eine Drossel 7, 7'' angeordnet ist, auf das Gasvolumen 8, 8'' übertragen; der Druck des Gases im Gefäß 3, 3'' ist gleich dem Druck des Gasvolumens 8, 8''. Wegen des Widerstandes der Gasleitung 6, 6'' wird jede Druckänderung mit Verzögerung übertragen; der Grad der Verzögerung ist durch die Drossel 7, 7'' einstellbar. Das Gasvolumen 8, 8'' übt Druck auf den Kolben 9, 9'' aus. Der Durchmesser ist für alle Kolben 1, 1'', 9, 9'' gleich. Die auf den Kolben 1, 1'' wirkende Radlast wird durch den Kolben 9, 9'' auf den entsprechenden Kraftangriffspunkt 4'', 4 übertragen.
Die beiden Radlasten wirken also gemeinsam auf jeden Kraftangriffspunkt 4, 4'' der Zentralfeder 5. Bei Änderung der Lastverteilung in der Achse ohne eine Änderung der Summe der Radlasten ändert sich die Länge der Zentralfeder nicht; wenn sich aber z.B. die auf einem der Räder zugeordneten Kolben 1 wirkende Radlast erhöht, wird das Gas 2 und das Gasvolumen 8 verdichtet, die Länge des Gaszylinders (das ist der Abstand zwischen dem Kolben 1 und dem Kraftangriffspunkt 4) verkürzt, und der dem anderen Rad zugeordnete Abstand zwischen dem Kolben 1'' und dem Kraftangriffspunkt 4'' wird länger.
Bei einem Stoß wird die Achse kurzzeitig stärker belastet, die Zentralfeder 5 verkürzt sich; wenn sich dabei z.B. die auf den Kolben 1 wirkende Radlast erhöht, dann wird das Gas 2 verdichtet, aber der Druck des Gasvolumen 8 bleibt wegen des Widerstandes der Leitung 6 unverändert. Der Kraftangriffspunkt 4 der Zentralfeder 5 bewegt sich zusammen mit dem Kolben 9'', der Druck des Gasvolumens 8'' wird erniedrigt. Der Gasdruck im Gefäß 3'' bleibt unverändert.
Ohne Rücksicht auf eine eventuelle andauernde Änderung der Belastung der Achse darf die Widerstandsänderung der Zentralfeder 5 wegen ihrer Längenänderung klein sein. Unterschiede für die beiden Beispiele der Steifigkeit der gesamten Federung ergiben sich davraus, dass die Änderung des Gasdrucks bei der Verkürzung des Abstands zwischen dem Kolben 1, 1'' und dem Kraftangriffspunkt 4, 4'' wesentlich größer als ist bei der Verlängerung des Abstands zwischen dem Kolben 1, 1'' und dem Kraftangriffspunkt 4, 4''. Bei einer Erniedrigung des Drucks wird nie ein Druck im Wert von 100% des ursprünglichen Drucks erreicht.
In 2 sind Widerstandsänderungen der Federung bei Änderung der Lastverteilung (dF_a) und beim Stoß (dE_b) bei gleichem Einfederungsweg eines Rades graphisch dargestellt; als Zentralfeder 5 wurde eine Luftfeder berechnet, die zehnmal länger ist als die Gaszylinder 2, 2'', 8, 8''.
Eine Bewegung der Räder nach unten in Bezug auf das Fahrzeug ist durch die Bemessung der Gasvolumen in den Gefäßen 3, 3'' gewährleistet.
Bei einer dauerhaften Belastungsänderung der Achse ist es sinnvoll, eine Niveauregulierung durch Stabilisierung der Länge der Zentralfeder nach DE-AS 1 040 390 zu benutzen; die Gasvolumen müssen unter Berücksichtigung der maximalen Belastung der Achse ausgelegt sein. Durch Veränderung dieser Gasvolumen ist eine einseitige Niveauregulierung möglich.
In dem angeführten Ausführungsbeispiel ist die Position der Zentralfeder 5 nicht stabil; was keine Auswirkungen auf die Lage des Fahrzeugs hat, wodurch aber die Stoßabfederung eines Rades verschlechtert werden kann. Deshalb sind Maßnahmen zur Verhinderung der Verkürzung der Gaszylinder 8, 8'' durch Positionsänderung der Zentralfeder 5 nötig. Z.B. können zusätzliche Federn angeordnet sein, deren Stärke vom Widerstand der Gasleitungen 6, 6'' sowie vom Gewicht der beweglichen Teile der Federung abhängt und die die Stoßabfederung nur unmerklich beeinflussen können.
Wenn eine Federung nach dem Hauptanspruch für die Abfederung von zwei Fahrzeugachsen verwendet wird – dafür müssen die Radlasten durch die Achslasten ersetzt werden – werden Knickbewegungen des Aufbaus verhindert; wenn dabei eine der Achsen oder beide Achsen mit der Federung nach dem Hauptanspruch abgefedert sind, muss die Zentralfeder durch Achslastübertragungsvorrichtungen ersetzt sein.
Der wichtigste mit der Erfindung erzielte Vorteil in Bezug auf eine konventionelle Federung besteht darin, dass bei Kurvenfahrt die Stoßabfederung der kurvenäußeren Räder des Fahrzeugs nicht verschlechtert wird (weil die Länge der Zentralfeder sich dabei nicht verändert) und dass dafür keine Energie zugeführt werden muss.

Claims

Radfederung mit Zentralfeder für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen: – eine Zentralfeder (5) ist im Chassis des Fahrzeugs beweglich gehalten, – auf die Zentralfeder (5) wirken die Radlasten der angeschlossenen Räder einer Achse, – wobei jeweils auf einen Kraftangriffspunkt (4/4'') der Zentralfeder (5) die volle Radlast eines Rades direkt und unverzögert und auf den gegenüberliegenden Kraftangriffspunkt (4''/4) die volle Radlast desselben Rades – gemeinsam mit der direkt übertragenen Radlast des anderen Rades – verzögert wirkt, – so daß Stöße an einem Rad nur zu einer kurzzeitigen Lageänderung des Fahrzeugs und Änderungen der Radlast infolge Änderungen der Beladung des Fahrzeugs zu Höhenänderungen führen, während Änderungen der Ladungsverteilung der Achse keine Auswirkungen haben.
Radfederung nach Anspruch 1, bei der – die Radlasten durch die Achslasten ersetzt werden, – so daß zwei Fahrzeugsachsen mit einer Zentralfeder (5) gefedert werden.
Radfederung nach Anspruch 1, bei der – die Zentralfeder (5) durch die Lastübertragungsvorrichtung ersetzt wird, – so daß zwei Fahrzeugachsen mit der Federung nach Anspruch 2 gefedert werden.
Radfederung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, wobei die Übertagung der Radlasten auf die Zentralfeder (5) fluidisch erfolgt.
Radfederung nach Anspruch 4, wobei – die Radlast jeweils über eine Kolben-Zylinder-Einheit (1–3/1''–3'') aufgenommen und über eine Leitung (6/6'') auf eine weitere Kolben-Zylinder-Einheit (8–9/8''–9'') übertragen wird, – die sich einerseits an einem fahrzeugfestem Anschlag und andererseits an einem der Kraftangriffspunkte (4/4'') abstützt; – die Verzögerung der Übertragung durch den Widerstand der Zuleitung (6/6'') bewirkt wird.
Radfederung nach Anspruch 5, wobei – die Anschläge durch einen fahrzeugfest gelagerten und abnehmbaren Rahmen oder Bügel gebildet sind, – in dem die Zentralfeder (5) aufgenommen bzw. gelagert ist.
Radfederung nach Anspruch 1, wobei die Zentralfeder (5) eine funktionelle Einheit aus Feder und Dämpfer ist.
Radfederung nach Anspruch 7, wobei das Zentralfederelement (5) in bekannter Weise hinsichtlich Federsteifigkeit und/oder Dämpfung verstellbar ist.
Radfederung nach Anspruch 1, wobei die Länge der Zentralfeder (5) zur Niveauregulierung verstellbar ist.
Radfederung nach Anspruch 5, wobei das Fluidvolumen in jeder Kolben-Zylinder-Einheit (1–3/1''–3''), durch die die Radlast aufgenommen wird, zur Niveauregulierung verstellbar ist.
Radfederung nach Anspruch 5, wobei der Grad der Verzögerung durch die Drosselanordnung (7/7'') einstellbar bzw. verstellbar ist.
Radfederung nach Anspruch 5, wobei die Radlasten über radführende Kolben-Zylinder-Einheiten aufgenommen werden.