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Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen sind sämtliche Räder über eine Federung mit der Karosserie bzw. dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Das jeweilige Rad sowie ein dieses aufnehmender Radträger sind hierbei Teil der ungefederten Masse, die mehr oder weniger dem Höhenverlauf der jeweiligen Fahrfläche folgt, während Karosserie und Chassis Teile der gefederten Masse bilden, die zumindest weitgehend von plötzlichen Bewegungen der ungefederten Masse entkoppelt sein soll. Im Stand der Technik sind verschiedene Formen von Federn bekannt. Bei heutigen Fahrzeugen kommen vor allen Dingen entweder Schraubenfedern (zum Beispiel aus Stahl) oder pneumatische Federn zum Einsatz. Die Wirkung der Federn wird ergänzt durch Stoßdämpfer, die die Energie der Bewegung zwischen gefederter und ungefederter Masse in Wärme umwandeln und so ein unerwünschtes Schwingungsverhalten unterbinden. Da die Bewegung der gefederten Masse gegenüber der ungefederten Masse überwiegend senkrecht ist, sind normalerweise auch Federn und Stoßdämpfer im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet. Daneben ist der Radträger mit mehr oder weniger waagerecht verlaufenden Lenkern (z. B. Querlenker oder Längslenker) mit dem Chassis verbunden. Neben Radaufhängungen, bei denen die Feder zumindest indirekt mit dem Radträger verbunden ist, sind auch solche Bauformen bekannt, bei denen die Feder an einem Lenker angreift. Gleiches gilt bezüglich des Stoßdämpfers.
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Bei einem Typ von Radaufhängungssystemen, der insbesondere bei Heck- oder Allradantrieben eingesetzt wird, ist ein Stoßdämpfer (bezüglich der X-Achse des Fahrzeugs) vor der Antriebswelle angeordnet und die Feder hinter der Antriebswelle bzw. umgekehrt, d. h. Feder und Stoßdämpfer befinden sich bezüglich der X-Achse, d. h. der Längsachse, auf gegenüberliegenden Seiten der Antriebswelle. Sowohl die Feder als auch der Stoßdämpfer sind hierbei mit dem Radträger verbunden. Ein Problem, das sich hierbei stellt, ist die Einstellung des Schwingungsverhaltens des Radträgers um die Querachse (Y-Achse) des Fahrzeugs. Dieses wird normalerweise durch die Federkraft, die Position der Feder, die Dämpferkraft sowie die Position des Dämpfers beeinflusst. Allerdings lassen sich die Feder- und Dämpferkräfte nur begrenzt variieren, da diese unter anderem durch Aspekte der Fahrsicherheit sowie des Fahrkomforts bestimmt werden. Auch die Positionen von Feder und Dämpfer, genauer gesagt, deren Abstände von der Drehachse des Rades, lassen sich aus konstruktiven Gründen oft kaum variieren.
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Die
US 4,903,985 A zeigt eine Radaufhängung mit einem Federbein, das einen Stoßdämpfer sowie eine um diesen herum angeordnete Schraubenfeder umfasst. Das Federbein ist hierbei auf einer Innenseite eines Radträgers angeordnet und mit diesem verbunden. Um bei einer extremen Schrägstellung des Federbeins einen Kontakt zwischen Stoßdämpfer und Feder zu vermeiden, ist vorgesehen, dass die Kraftwirkungslinie der Feder gegenüber ihrer Mittellinie innerhalb der Y-Z-Ebene des Fahrzeugs versetzt und/oder gekippt ist.
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Die
US 3,573,880 A zeigt eine Aufhängung für Kraftfahrzeuge mit einem Stoßdämpfer, welcher zwischen einem Rahmen des Fahrzeugs und einem Radträger angeordnet ist, sowie einer daran angeordneten Schraubenfeder, die den Stoßdämpfer umschließend, exzentrisch bezüglich desselben angeordnet und an einem oberen Ende mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist. Sowohl Stoßdämpfer als auch Feder sind innenseitig des Querträgers angeordnet. An einem unteren Ende ist die Feder in einer Aufnahme angeordnet, die wiederum derart am Stoßdämpfer gelagert ist, dass sie exzentrisch bezüglich desselben rotieren kann. In einigen Ausführungsformen ist die Feder so am Fahrzeugrahmen befestigt, dass sie bei normaler Last nach außen gebogen ist.
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Die
DE 202 21 473 U1 offenbart eine Radaufhängung mit einem radführenden Federbein, das einen Stoßdämpfer sowie eine um diesen herum angeordnete Schraubendruckfeder umfasst. Zur Kompensation von Querkräften ist hierbei vorgesehen, dass die Kraftwirkungslinie der Feder windschief zur Mittellinie des Stoßdämpfers verläuft. Die Mittellinie der Feder ist hierbei im unbelasteten Zustand in einer Ebene quer zur Fahrzeugrichtung S-förmig und in einer Ebene längst zur Fahrzeugrichtung S-förmig oder C-förmig.
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Die
GB 1 198 713 A zeigt eine Radaufhängung mit einem Federbein, das einen Stoßdämpfer sowie eine konzentrisch um diesen angeordnete Schraubenfeder aufweist. Um auf den Stoßdämpfer wirkende Biegemomente seitens des Rades zu kompensieren, ist vorgesehen, dass die Feder in entspanntem Zustand leicht gebogen ist. Somit übt sie, wenn sie zwischen zwei parallelen, am Stoßdämpfer befestigten Aufnahmen eingebaut ist, ein kompensierendes Biegemoment auf den Stoßdämpfer aus.
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Die
DE 10 2006 010 054 A1 zeigt eine Radaufhängung mit Federverstellung. Hierbei ist eine Schraubendruckfeder, die zwischen Fahrzeugaufbau und Radträger angeordnet ist, zwischen zwei Federtellern angeordnet, von denen wenigstens einer eine Aufstandsfläche aufweist, die gegenüber einer zur Federmittellinie senkrecht verlaufenden Ebene geneigt ist. Zusätzlich ist die Kraftwirkungslinie der Feder parallel zur Mittellinie verschoben, wodurch sich insgesamt eine Kombination aus Neigung und seitlicher Verschiebung der Kraftwirkungslinie ergibt. Die beiden Federteller sind drehbar angeordnet, so dass sich hierüber die räumliche Lage der Kraftwirkungslinie verstellen und somit die Federsteifigkeit der Radaufhängung einstellen lässt.
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Die Zusammenfassung der
CN 201982554 U beschreibt eine Schraubenfeder, insbesondere für Radaufhängungen. Ein Mittelteil der Feder weist Windungen mit einem größeren Durchmesser auf, der zu den beiden Enden hin abnimmt. Des Weiteren sind die Zentren der Windungen zu den Enden hin gegenüber dem Mittelteil seitlich versetzt.
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Die
DE 10 2004 058 698 B3 offenbart eine Radaufhängung mit einem Fahrzeugaufbau und ein an diesem über eine Lenkeranordnung beweglich angelenkten Rad mit einem Radträger. Eine Schraubendruckfeder stützt sich einerseits am Fahrzeugaufbau und andererseits am Radträger oder an der Lenkeranordnung ab, wobei die auf den Aufstandspunkt des Rades bezogene Federsteifigkeit der Fahrzeugaufbauabstützung gesteuert veränderbar ist. Dies wird bspw. dadurch erreicht, dass eine Schraubendruckfeder eingesetzt wird, bei der die Kraftwirkungslinie von der geometrischen Federmittellinie abweicht und die Feder gesteuert verdrehbar ist. Hierbei kann insbesondere eine S-förmige Schraubendruckfeder eingesetzt werden.
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Die
EP 0 852 188 B1 zeigt eine teleskopische Aufhängungsstrebe mit einem festen Teil und einem sich bewegenden Teil sowie einem flexiblen Balg mit einem Kammerbereich, der mit einem Verschlussteil verbunden ist, das wiederum am festen Teil angebracht ist, und einem Rollbalgbereich, der an einem Ende mit einem exzentrisch versetzten Kolben an dem sich bewegenden Teil angebracht ist. Das Verschlussteil ist gegenüber einer Längsachse des festen Teils geneigt. Aus einer entsprechenden geneigten Lage wird der Rollbalgbereich durch den Kolben in Richtung der Längsachse gezogen, wodurch eine Scherkraft entsteht. Diese wird genutzt, um seitliche Kräfte zu kompensieren, die auf die Strebe wirken können.
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Die
EP 2 374 639 B1 offenbart eine Verbundlenkerachse mit zwei gezogenen Längsschwingen, die durch ein Profil verbunden sind, wobei jeder Längsschwinge eine Schraubenfeder zugeordnet ist, die sich mit ihrem unteren Ende an der Längsschwinge und mit Ihrem oberen Ende an einem Fahrzeugaufbau abstützt. Die Schraubenfeder ist zwischen einem oberen und unteren Federlager geneigt montiert und so eingerichtet, dass die Kraftwirkungslinie beim Einfedern und beim Ausfedern einen unterschiedlichen Neigungswinkel aufweist. Ein oberer Durchstoßpunkt der Kraftwirkungslinie durch ein oberes Federlager ist bezogen auf einen unteren Durchstoßpunkt der Kraftwirkungslinie durch ein unteres Federlager näher an der Federmittellinie angeordnet, wobei die beiden Durchstoßpunkte bezüglich der Federmittellinie gegenüberliegend angeordnet sind und die Kraftwirkungslinie bei Kurvenfahrt an einer kurvenäußeren Seite beim Einfedern stärker geneigt ist als an einer kurveninneren Seite beim Ausfedern.
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Die Zusammenfassung der
KR 2004 0012 400 A offenbart eine Schraubenfeder für Federungen in Fahrzeugen. Hierbei alterniert der Durchmesser des für die Schraubenfeder verwendeten Materials zwischen einem ersten und einem zweiten Durchmesser. Das Material mit dem ersten Durchmesser ist auf einer Seite der Feder positioniert und das Material mit dem zweiten Durchmesser auf der anderen Seite. Hierdurch kann die Mittelachse der Schraubenfeder auf eine Lastachse abgestimmt werden.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Entwicklung einer Radaufhängung mit verbessertem Schwingungsverhalten des Radträgers um die Y-Achse des Fahrzeugs noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung zur Verfügung zu stellen, bei der das Drehschwingungsverhalten des Radträgers bezüglich der Y-Achse des Fahrzeugs optimiert ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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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.
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Durch die Erfindung wird eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere PKW oder LKW in Frage. Es kann sich um die Radaufhängung eines Vorderrades oder Hinterrades handeln. Insbesondere kann es die Radaufhängung eines angetriebenen Hinterrades sein. Die Radaufhängung umfasst einen Radträger, der eine Drehachse für ein Rad definiert, eine Feder sowie einen Stoßdämpfer. Der Radträger oder Achsschenkel ist in bekannter Weise dazu vorgesehen, das Rad aufzunehmen, das somit in eingebautem Zustand bezüglich desselben drehbar gelagert ist. Die Feder dient zur Entkopplung der gefederten Masse des Fahrzeugs, also in der Regel der Karosserie und des Chassis, von der ungefederten Masse, deren Teil der Radträger ist. Sie kann prinzipiell jede Bauform annehmen, die im Stand der Technik bekannt ist. Der Stoßdämpfer dient in bekannter Weise dazu, Schwingungen der gefederten Masse gegen die ungefederte Masse zu dämpfen. Auch er kann grundsätzlich jede im Stand der Technik bekannte Bauform annehmen, bspw. kann er als hydraulischer Stoßdämpfer ausgebildet sein.
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Die Feder und der Stoßdämpfer verbinden den Radträger wenigstens indirekt mit einem Fahrzeugaufbau. „Fahrzeugaufbau" dient hier als Sammelbegriff für die Karosserie, das Chassis sowie ggf. einen Hilfsrahmen. All diese Komponenten sind der gefederten Masse zuzurechnen. Die Verbindung kann jeweils direkt oder indirekt, also unter Zwischenschaltung wenigstens eines weiteren Bauteils, gegeben sein. Die genannten Verbindungen können derart gegeben sein, dass sich die Feder am Fahrzeugaufbau bzw. am Radträger abstützt und dort im Betriebszustand durch Ihre Vorspannung gehalten wird, wobei sie z. B. in einer Art Federteller aufgenommen ist, der seinerseits am Fahrzeugaufbau bzw. am Radträger befestigt ist. Die Verbindung kann somit indirekt durch eine zwischengeschaltete Federaufnahme (z. B. Federteller) gegeben sein. Es ist auch möglich, dass die Feder und/oder der Stoßdämpfer am Fahrzeugaufbau bzw. am Radträger gelenkig gelagert sind, so dass eine gewisse Schwenkbewegung möglich ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die Feder und/oder der Stoßdämpfer nicht am Radträger selbst, sondern an einem Lenker (Längslenker, Querlenker etc.) angreifen, der seinerseits mit dem Radträger verbunden ist.
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In jedem Fall sind die Feder und der Stoßdämpfer bezüglich der Raddrehachse auf entlang der X-Achse des Kraftfahrzeugs gegenüberliegenden Seiten angeordnet. D. h. entweder ist der Stoßdämpfer entlang der X-Achse vor der Raddrehachse angeordnet und die Feder hinter der Raddrehachse oder aber der Stoßdämpfer ist hinter der Raddrehachse angeordnet und die Feder vor der Raddrehachse. Hierbei bewirken die durch Feder und Stoßdämpfer auf den Radträger wirkenden Kräfte Drehmomente bezüglich der Drehachse des Rades, die im Allgemeinen zu einer (begrenzten) Drehung des Radträgers bezüglich dieser Drehachse führen können.
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Erfindungsgemäß weicht eine Kraftwirkungslinie der Feder von einer Mittellinie der Feder ab. D. h. im Allgemeinen kann die Kraftwirkungslinie gegenüber der Mittellinie verschoben und/oder geneigt sein. Die Mittellinie bzw. Federmittellinie entspricht bei einer zylindrischen Schraubenfeder der Zylinderachse. Bei nicht-zylindrischen Federn, bei denen z. B. die einzelnen Windungen unterschiedliche Durchmesser aufweisen und/oder zueinander versetzt sind, wird normalerweise eine Art Mittelpunkt jeder einzelnen Windung konstruiert und die genannten Mittelpunkte werden durch eine gedachte Linie verbunden, die dann die Mittellinie bildet. Während die Mittellinie im unbelasteten Zustand ggf. gekrümmt sein kann, sind im Stand der Technik bekannte Federn normalerweise so konstruiert, dass sich im unbelasteten Zustand eine gerade Mittellinie gibt. Die Erfindung ist allerdings ausdrücklich nicht auf Schraubenfedern beschränkt, sondern es können auch andere Federtypen wie bspw. pneumatische Federn eingesetzt werden.
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Bei einer Kraftwirkungslinie, die wie geschildert von der Mittellinie abweicht, ist es möglich, eine Veränderung des durch die Feder erzeugten Drehmoments zu erreichen, ohne die Einbauposition oder Dimensionierung der Feder zu verändern. Es ändert sich somit zum einen das statische Drehmoment, das der Radträger durch die Feder erfährt. Unter dynamischen Gesichtspunkten wird allerdings auch das Schwingungsverhalten des Radträgers beeinflusst. Im geschilderten Aufhängungssystem üben der Stoßdämpfer einerseits und die Feder andererseits Kräfte auf den Radträger aus, die zu Drehmomenten führen. Diese beeinflussen wiederum das Schwingungsverhalten und insbesondere die Resonanzfrequenz (bzw. Eigenfrequenz) des Radträgers hinsichtlich einer Drehschwingung um die Drehachse des Rades. Somit ist es möglich, die Resonanzfrequenz zu verändern, in dem lediglich eine Feder mit einer anderen Kraftwirkungslinie eingesetzt wird. Hierdurch ist eine wesentlich bessere Abstimmung möglich als bspw. durch eine Positionsveränderung der Feder. Wie bereits angedeutet, sind einer solchen Positionsveränderung auch aus konstruktiven Gründen oft Grenzen gesetzt, die somit auch hinsichtlich der Beeinflussung des Drehmoments bestehen. Mit der geschilderten abweichenden Kraftwirkungslinie können diese Beschränkungen überwunden werden.
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Im Allgemeinen berechnet sich das durch die Feder verursachte Drehmoment als M → = r →×F → bzw. M = r·F·sinα
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Hierbei ist M das Drehmoment, F die durch die Feder verursachte Kraft, r der Abstand des Ansatzpunktes der Kraft von der Drehachse und α der Winkel zwischen F und r. Wie aus obiger Gleichung hervorgeht, zählt für den Betrag des Drehmoments nur diejenige Kraftkomponente, die senkrecht zum Abstandsvektor verläuft bzw. nur diejenige Komponente des Abstandsvektors, die senkrecht zur Kraft verläuft. Wie nachfolgend noch erläutert wird, können durch die Abweichung der Kraftwirkungslinie zum einen der Abstand r, zum anderen aber auch der Winkel α verändert werden. Beides beeinflusst das Drehmoment.
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Wenngleich es denkbar ist, dass die Feder und/oder der Stoßdämpfer sich bspw. an einem Lenker abstützen, der wiederum mit dem Radträger verbunden ist, ist es bevorzugt, dass die Feder und der Stoßdämpfer sich am Radträger abstützen. Auch hier kann das Abstützen wiederum über ein zwischengeschaltetes Aufnahmeelement wie einen Federteller gegeben sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die Kraftwirkungslinie bezüglich der Mittellinie entlang der X-Achse verlagert. Das heißt, die Position der Kraftwirkungslinie entlang der Längsachse des Fahrzeugs weicht von der Position der Mittellinie ab, während ggf. die Ausrichtung der Kraftwirkungslinie parallel zur Mittellinie bleibt. Dies hat im Vergleich zu einer Feder mit zentral liegender Kraftwirkungslinie die Konsequenz, dass sich der Abstand des Ansatzpunktes der Kraft von der Raddrehachse verändert. Somit verändert sich in entsprechender Weise das Drehmoment (unter der Voraussetzung, dass der Betrag der Kraft gleich bleibt). In einem Fall kann die Kraftwirkungslinie weiter von der Raddrehachse entfernt sein als die Mittellinie, womit sich der Hebelarm und somit das Drehmoment vergrößern. In einem anderen Fall liegt die Kraftwirkungslinie näher an der Raddrehachse als die Mittellinie, womit sich der Hebelarm und somit das Drehmoment verringern.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Kraftwirkungslinie bezüglich der Mittellinie in der X-Z-Ebene gekippt bzw. geneigt. Anders ausgedrückt, die Projektion der Kraftwirkungslinie auf die X-Z-Ebene verläuft im Winkel zur Projektion der Mittellinie. Mathematisch kann dies auch als Drehung um die Y-Achse aufgefasst werden. Auch dies wirkt sich auf das durch die Feder erzeugte Drehmoment bezüglich der Drehachse aus. Hierbei ergibt sich einerseits verglichen mit einer Feder, bei der die Kraftwirkungslinie mit der Mittellinie zusammenfällt, ein veränderter Hebelarm, andererseits verändert sich auch der Winkel zwischen Hebelarm und Hebelkraft. Letzteres kann sogar dazu führen, dass sich das Drehmoment vergrößert, obwohl der Hebelarm sich verkürzt. Ist bspw. bei einer Feder, die unterhalb der Raddrehachse am Radträger ansetzt, die Kraftwirkungslinie so gekippt, dass ihr oberes Ende von der Drehachse fort geneigt ist, kann sich ihr unteres Ende, an dem die Kraft auf den Radträger wirkt, der Drehachse annähern, was für ein geringeres Drehmoment spräche. Allerdings wird gleichzeitig der Winkel zwischen Kraft und Hebelarm (d. h. Abstandsvektor von der Drehachse) weniger spitz, so dass sich insgesamt tatsächlich ein größeres Drehmoment ergibt. Entsprechend umgekehrt ergibt sich trotz längerem Hebelarm hier bei einer Kraftwirkungslinie, die zur Drehachse hin geneigt ist, ein geringeres Drehmoment. Diese Überlegungen gelten so natürlich nur für den Fall, dass die Feder unterhalb der Raddrehachse ansetzt; bei auf Höhe oder oberhalb der Drehachse ansetzenden Federn gelten andere Verhältnisse, die hier nicht im Detail diskutiert werden sollen.
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Während hinsichtlich der Einstellung des Drehmoments eine geneigte Kraftwirkungslinie eine ähnliche Einstellung ermöglicht wie eine verlagerte Kraftwirkungslinie, führt eine Schrägstellung dazu, dass sich eine Kraftkomponente entlang der X-Achse verändert. Je nach Ausgestaltung der sonstigen Komponenten der Radaufhängung kann dies ein erwünschter Effekt sein oder aber ein Effekt, den man vermeiden möchte.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Kraftwirkungslinie im Prinzip gleichzeitig in X-Richtung versetzt und in der X-Z-Ebene geneigt sein kann.
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Die oben geschilderten Ausgestaltungen, d. h. die Verschiebung und die Neigung, betreffen Lageabweichungen innerhalb der X-Z-Ebene. Wenngleich dies erfindungsgemäß nicht notwendig ist, kann dies mit anderen Lageabweichungen außerhalb der X-Z-Ebene einhergehen. So könnte bspw. die Kraftwirkungslinie zusätzlich auch entlang der Y-Achse verschoben sein oder innerhalb der Y-Z-Ebene gegenüber der Mittellinie geneigt sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind ein unteres Ende der Feder und/oder ein unteres Ende des Stoßdämpfers entlang der Z-Achse auf Höhe einer Einbauposition des Rades angeordnet ist. Anders ausgedrückt, das entsprechende untere Ende ist neben der Einbauposition des Rades angeordnet. Es ist also somit tief positioniert. Hierdurch kann zum einen eine relativ lange Feder verwendet werden. Dies bedeutet, dass der im Betriebszustand maximal mögliche Federweg im Verhältnis zur Gesamtlänge der Feder kleiner ist. Insbesondere ist es hierbei leichter zu verhindern, dass die Feder im Betriebszustand vollständig komprimiert wird. Auch bei einem Stoßdämpfer kann es vorteilhaft sein, wenn für diesen ein größerer Bauraum vorhanden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind das untere Ende der Feder und/oder das untere Ende des Stoßdämpfers niedriger als die Drehachse des Rades angeordnet. Auf diese Weise besteht auch dann, wenn die Feder bzw. der Stoßdämpfer am Fahrzeugaufbau relativ niedrig angeordnet sind, genug Raum für den Einbau der genannten Elemente, wobei normalerweise auch eine ungewollt starke Schrägstellung der Feder bzw. des Stoßdämpfers vermieden werden kann. Eine zu starke Schrägstellung kann zum einen die Aufnahme von senkrechten Kräften beeinträchtigen, zum anderen würden die durch die Feder vermittelten seitlichen Kräfte eventuell zu stark. Der Radträger kann bei dieser Ausgestaltung eine Art unteren Ausleger aufweisen, auf dem sich das untere Ende der Feder und/oder das untere Ende des Stoßdämpfers abstützen.
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Grundsätzlich kann die Feder durch unterschiedliche Baumformen realisiert werden, bspw. als pneumatische Feder. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist die Feder als Schraubenfeder ausgebildet. Sie besteht hierbei typischerweise aus Federstahl oder Faserverbundkunststoff. Eine Schraubenfeder, bei der die Kraftwirkungslinie und die Mittellinie zusammenfallen, ist in entspanntem Zustand normalerweise gerade und zylinderförmig. Im Rahmen der Erfindung kommen hingegen Bauformen infrage, bei denen bspw. der Krümmungsradius der einzelnen Windungen variiert oder auch die Mittellinie in entspanntem Zustand gekrümmt ist.
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Gemäß einer solchen Ausgestaltung ist die Feder S-förmig ausgebildet. Dies bezieht sich auf die Form der Feder bzw. ihrer Mittellinie in entspanntem Zustand. Wie bereits oben angemerkt, sind derartige Federn normalerweise im gespannten Zustand gerade ausgebildet. Allerdings weisen Sie im gespannten Zustand eine Kraftwirkungslinie auf, die nicht mit der Mittellinie übereinstimmt, sondern zu dieser im Winkel steht. Ein ähnlicher Effekt lässt sich auch mit pneumatischen Federn mit einem Rollbalg aus einem Faser-Gummi-Verbund erzielen. Dabei wird eine zur geometrischen Mittellinie der pneumatischen Feder angewinkelte Kraftwirkungslinie durch die asymmetrische Ausgestaltung des Rollbalgs erreicht.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist die Feder C-förmig ausgebildet. Auch diese Aussage bezieht sich wiederum auf die Feder bzw. ihre Mittellinie in entspanntem Zustand. Im gespannten Zustand ist auch eine solche Feder normalerweise gerade. Bei dieser Art von Feder verläuft die Kraftwirkungslinie normalerweise parallel zur Mittellinie, allerdings seitlich versetzt zu dieser.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Radaufhängung; und
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Radaufhängung.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Radaufhängung 1 eines Kraftfahrzeugs, bspw. eines Pkw. Die Zeichenebene entspricht hierbei der X-Z-Ebene des Fahrzeugs. Ein Rad 3 ist hierbei um eine Drehachse 8 drehbar an einem Radträger 2 gelagert. Der Radträger 2 ist fahrzeugseitig über hier nicht dargestellte Lenker mit einem (ebenfalls nicht dargestellten) Chassis verbunden. In einem unteren Bereich des Radträgers 2 sind Ausleger 6 angeordnet, die einstückig mit dem Radträger 2 ausgebildet oder an diesem befestigt (bspw. angeschraubt) sein können.
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Eine Schraubenfeder 5, die bspw. aus Federstahl besteht, stützt sich mit einem oberen Ende 11 an einem hier nicht dargestellten Fahrzeugaufbau (dem Chassis, einer Karosserie oder einem Hilfsrahmen) ab. Die Schraubenfeder 5 ist hierbei entlang der X-Achse des Fahrzeugs gesehen vor der Drehachse 8 angeordnet und verläuft im rechten Winkel zur X-Achse. Mit einem unteren Ende 12 stützt sie sich an einem der Ausleger 6 ab. Ein pneumatischer oder hydraulischer Stoßdämpfer 4 stützt sich mit einem oberen Ende 13 ebenfalls am Fahrzeugaufbau und mit einem unteren Ende 14 an einem der Ausleger 6 ab. Der Stoßdämpfer 4 ist hierbei entlang der X-Achse gesehen hinter der Drehachse 8 angeordnet und verläuft ebenfalls im rechten Winkel zur X-Achse. Die unteren Enden 12, 14 sowie die Ausleger 6 befinden sich hierbei bezüglich der Z-Achse auf Höhe einer Einbauposition des Rades 3 und sind deutlich tiefer angeordnet als dessen Drehachse 8.
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Die Zeichnung zeigt die Kraftwirkungslinie 9 der durch den Stoßdämpfer 4 entwickelten Kraft sowie einen zugehörigen effektiven Hebelarm rD, also die zur Dämpferkraft senkrechte Komponente des Abstandsvektors von der Raddrehachse 8. Ein durch den Stoßdämpfer 4 verursachtes Drehmoment entspricht dem Produkt aus Dämpferkraft und effektivem Hebelarm rD. Ebenfalls eingezeichnet ist eine Mittellinie 7 der Schraubenfeder 5. Bei einer herkömmlichen, nicht-erfindungsgemäßen Feder entspricht diese der Kraftwirkungslinie. Ein durch die Feder verursachtes Drehmoment entspricht dem Produkt aus Federkraft und effektivem Hebelarm rF0.
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Im vorliegenden Beispiel sind die Kraftwirkungslinien 10.1, 10.2 von Schraubenfedern 5 dargestellt, die im entspannten Zustand C-förmig sind. Dies führt zu einer Verlagerung der Kraftwirkungslinie 10.1, 10.2 gegenüber der Mittellinie 7 der Schraubenfeder 5, so dass sich bei geeigneter Orientierung der Schraubenfeder 5 in einem Fall eine Kraftwirkungslinie 10.1 ergibt, die weiter von der Raddrehachse 8 entfernt ist, was zu einem größeren effektivem Hebelarm rF1 führt. Hierdurch vergrößert sich auch das Drehmoment. In einem anderen Fall ergibt sich eine Kraftwirkungslinie 10.2, die näher an der Drehachse 8 angeordnet ist, was zu einem kleineren Hebelarm rF2 führt. Im Zusammenspiel mit dem (unveränderten) Drehmoment des Stoßdämpfers 4 lässt sich durch diese Maßnahmen das Schwingungsverhalten des Radträgers 2 bezüglich der Drehachse 8 einstellen. Hierbei müssen die Dimensionierung und die Position der Schraubenfeder 5 grundsätzlich nicht verändert werden, d. h. der konstruktive Eingriff ist minimal, da in ein bestehendes System im Wesentlichen eine Schraubenfeder 5 mit anderer Kraftwirkungslinie eingesetzt wird. Grundsätzlich könnten die unterschiedlichen Kraftwirkungslinien 10.1, 10.2 mit ein und derselben Schraubenfeder 5 realisiert werden, die jeweils um 180° gedreht werden müsste.
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2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Radaufhängung 1, die im Wesentlichen der in 1 gezeigten entspricht und daher nicht nochmals im Detail erläutert wird. Bei dieser Ausgestaltung wird allerdings eine Schraubenfeder 5 eingesetzt, die im entspannten Zustand S-förmig ist, so dass sich eine gegenüber der Mittellinie 7 in der X-Z-Ebene geneigte Kraftwirkungslinie 10.3, 10.4 ergibt. Die Abbildung zeigt beispielhaft eine Kraftwirkungslinie 10.3, die im oberen Bereich zur Drehachse 8 hin geneigt ist. Hierdurch ergibt sich ein verkürzter effektiver Hebelarm rF3, der (bei betragsmäßig gleich großer Kraft) zu einem geringeren Drehmoment führt. Ebenfalls ist eine Kraftwirkungslinie 10.4 gezeigt, die im oberen Bereich von der Drehachse 8 fort geneigt ist. Dies führt zu einem verlängerten effektivem Hebelarm rF4 sowie zu einem hiermit verbundenen vergrößerten Drehmoment. Auch hier können die unterschiedlichen Kraftwirkungslinien 10.3, 10.4 mit ein und derselben Schraubenfeder 5 realisiert werden, die jeweils um 180° gedreht wird. Während hinsichtlich der Einstellung des Drehmoments die hier gezeigten geneigten Kraftwirkungslinien 10.3, 10.4 eine ähnliche Einstellung ermöglichen wie die in 1 dargestellten verschobenen Kraftwirkungslinien 10.1, 10.2, führt die Schrägstellung zu Kraftkomponenten entlang der X-Achse, die je nach Ausführungsform erwünscht oder unerwünscht sein können.
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Bei jeder der hier gezeigten Ausführungsformen kann eine Beeinflussung sowohl des statischen Drehmoments, das die Schraubenfeder 5 verursacht, als auch des Schwingungsverhaltens des Radträgers 2 bezüglich der Drehachse 8 erreicht werden, ohne dass größere Umgestaltungen der gesamten Radaufhängung 1 notwendig wären. Vielmehr reicht es, eine jeweils geeignete Schraubenfeder 5 auszuwählen und diese in der richtigen Orientierung einzubauen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radaufhängung
- 2
- Radträger
- 3
- Rad
- 4
- Stoßdämpfer
- 5
- Schraubenfeder
- 6
- Ausleger
- 7
- Mittellinie
- 8
- Drehachse
- 9, 10.1–10.4
- Kraftwirkungslinie
- 11, 13
- oberes Ende
- 12, 14
- unteres Ende
- rD, rF0, rF1, rF2, rF3, rF4
- effektiver Hebelarm
- X
- X-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4903985 A [0004]
- US 3573880 A [0005]
- DE 20221473 U1 [0006]
- GB 1198713 A [0007]
- DE 102006010054 A1 [0008]
- CN 201982554 U [0009]
- DE 102004058698 B3 [0010]
- EP 0852188 B1 [0011]
- EP 2374639 B1 [0012]
- KR 20040012400 A [0013]
