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Achsaufhängung, insbesondere Hinter-
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achsaufhängung, für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Achsaufhängung,
insbesondere Hinterachsaufhängung, für Kraftfahrzeuge, bei der die Radträger der
einander gegenüberliegenden Räder je durch ein Querführungsglied und ein weiteres
Führungsglied, vorzugsweise ein Längsführungsglied, in Bezug auf den Fahrzeugoberbau
geführt werden und als Stabilisator bei entgegengesetzten Federungsbewegungen der
Räder wirkende Mittel vorgesehen sind.
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Der Aufbau eines Kraftfahrzeuges, das sich in Kurvenfahrt befindet,
ist durch die angreifenden Fliehkräfte einer Rollneigung unterworfen. Zur Verringerung
dieser Rollneigung und zur Verbesserung des Kurvenverhaltens sind bekannterweise
Stabilisatoren in Form eines U-förmig gebogenen Stabes üblich, damit bei wechselseitiger
Federung die in Federungsrichtung
entgegengesetzt gerichteten Kräfte
durch Verdrehung der wirksamen Stablänge am Fahrzeugoberbau abgestützt werden.
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Bei gleichgeriehteter Federung der Räder erfolgt dagegen ein gleichsinniges
Drehen beider Schenkel des U-förmig gebogenen Stabes, so daß keine Kraftübertragung
über den Stabilisator auf den Fahrzeugoberbau stattfindet.
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Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe einer Vereinfachung einer
mit Stabilisatorwirkung arbeitenden Achsaufhängung, insbesondere durch Verringerung
der hierbei erforderlichen Achsteile, zugrunde. Gleichzeitig wird eine möglichst
gute Straßenlage des Fahrzeuges angestrebt.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß als Querführungsglied
eine Querblattfeder vorgesehen ist, die außer zur Abfederung gleichzeitig als Stabilisator
wirkend ausgebildet bzw. angeordnet ist. Die Querblattfeder übernimmt somit gleichzeitig
sowohl die Aufgabe der Radfederung als auch die Aufgabe eines Stabilisators, der
dadurch als besonderes Element erspart werden kann, Vorzugsweise sind die Radträger
mit schwingbar am Fahrzeugoberbau gelagerten Längsführungsgliedern, etwa nach Art
von Längsstrebenarmen oder Längslenkern starr oder im wesentlichen
starr
und die Enden der am Fahrzeugoberbau gelagerten Querblattfeder mit den Radträgern
je durch ein in Fahrzeuglängsrichtung angeordnetes und in dieser Richtung im wesentlichen
unnachgiebiges Gelenk verbunden. Bei Federungsbewegungen der Räder werden infolgedessen
die Enden der Querblattfeder um ihre quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufende
Längsachse verdreht, indem die Querblattfeder gleichzeitig auf Biegung und Torsion
beansprucht wird. Jede Hälfte der Querblattfeder entspricht hierbei - bei entgegengesetzt
gerichteten Federungsbewegungen der Räder - einem eingespannten Biege träger, der
sich in Richtung der Federungsbewegung entsprechend seiner Beanspruchung nach dem
Hooktschen Gesetz verformt und der durch das stabilisierende Drehmoment, dessen
Vektor in Längsrichtung des Biegeträgers gerichtet ist, eine zusätzliche Arbeit
aufbringt.
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Damit die Blattfeder einerseits ihre Aufgabe als Federung element
und andererseits ihre Aufgabe als Stabilisator ausführen kann, ist sie nach einem
weiteren Merkmal der Erf indung um ihre Längsachse nachgiebig am Fahrzeugoberbau
eingespannt, so daß sie bei gleichgerichteten Hubbewegungen der Räder an der Schwingbewegung
derselben um die Schwingungsachse der Längsführungsglieder durch Nachgeben der nachgiebigen
Einspannung teilnimmt, bei entgegengesetzten Hubbewegungen der Räder dagegen auf
entgegengesetztes Verdrehen beansprucht wird.
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Um die hierbei auftretenden Relativbewegungen aufnehmen zu können,
ist vorteilhaft sowohl eine elastische Lagerung der Querblattfeder am Fahrzeugoberbau
als auch eine elastische Anlenkung der Rad träger an der Querblattfeder mit Beschränkung
der Nachgiebigkeit der Querblattfeder hauptsächlich auf eine Drehbewegung in ihrem
elastischen Lager bzw. auf Drehen der Gelenkteile des Gelenkes zwischen Querblattfeder
und Radträger um die etwa in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Gelenkachse. Insbesondere
dienen hierzu besonders ausgeführte Gummi-Metallteile. Demgemäß beziehen sich weitere
Merkmale der Erfindung auf die besondere Ausbildung der zur Aufhängung der Querblattfeder
am Fahrzeugoberbau bzw. zur Anlenkung der Querblattfeder am Radträger vorgesehenen
elastischen Elemente.
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Insbesondere läßt sich durch die Erfindung zugleich infolge der besonderen
Radführung durch ängsführungsglied und Querblattfeder der Vorteil einer Untersteuerung
des Fahrzeugs und damit eine erhöhte Sicherheit bei Kurvenfahrt erzielen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der nachfolgenden Beschreibung
anhand der Zeichnung zu entnehmen. Im einzelnen zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Achsaufhängung, Fig.
2 eine Rückansicht der in Fig. 1 dargestellten Achsaufhängung, teilweise im Schnitt,
und zwar bei
gleichgerichteten Federungsbewegungen (Ausfederungen;
der einander gegenüberliegenden Räder, Fig. 3 eine gleiche Rückansicht wie Fig.
2, jedoch bei einander entgegengesetzten Federungsbewegungen der Räder, Fig. 4 eine
Draufsicht auf Fig. 2, Fig. 5 eine Seitenansicht der Achsaufhängung, etwa nach Fig.
1 bis 4, teilweise im Schnitt und in einer mittleren Federungs-Ruhelage der Räder,
Fig. Ó eine gleiche Seitenansicht wie Fig. 5, jedoch bei gleichgerichtetem Federungshub
(Ausfederung) der Räder, Fig. 7 eine gleiche Seitenansicht wie Fig. 5 und 6, jedoch
bei einander entgegengesetzt gerichtetem Federungshub der beiden einander gegenüberliegenden
Räder, Fig. 8 eine schematische Darstellung der Verformung der Querblattfeder bei
unterschiedlichen Federungsbewegungen der Räder, Fig. 9 eine Ausführungsform für
die mittlere elastische Lagerung der Querblattfeder am Fahrzeugoberbau in Ruhelage
und im Querschnitt durch die Blattfeder, Fig.10 eine gleiche Darstellung wie Fig.
9, jedoch bei um ihre Blattfederachse gegen die Wirkung der elastischen Lagerelemente
verdrehten Querblattfeder,
Fig. 11 eine Ansicht in Pfeilrichtung
11 der Fig. 10, Fig. 12 einen Schnitt durch die Anlenkung der Querblattfeder an
einem der Radträger bei unverdrehter Querblattfeder, Fig. 13 die gleiche Darstellung
wie Fig. 12, jedoch bei auf Torsion beanspruchter Querblattfeder, wobei Fig. 12
einen Schnitt nach Linie 12-12 der Fig. 14 ist, und Fig. 14 eine Queransicht zu
der Blattfederanlenkung gemäß Fig. 12 in Pfeilrichtung 14.
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Die Räder 20, insbesondere angetriebene Hinterräder eines Kraftfahrzeuges,
sind auf Radträgern 21 gelagert, die je mit einem Längsstrebenarm oder LängsfUhrungsglied
22 starr oder im wesentlichen starr verbunden und durch eine Querblattfeder 23 mit
Bezug auf den bei 24 jeweils angedeuteten Fahrzeugoberbau, z.B. einem Fahrzeugrahmen,
abgefedert sind. Die Längsführungsglieder 22 bilden hierbei zusammen mit dem jeweiligen
Radträger ein Lager 26 für den Radantrieb des in diesem mit der Radmittelachse 25
gelagerten Rades 20 und sind am Fahrzeugoberbau durch ein allseitig winkelbewegliches
Gelenk 27, etwa ein Kugelgelenk, schwenkbar gelagert.
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Die Querblattfeder 23 ist in später noch im einzelnen beschriebener
Weise in einem in Fig. 1 bis 4 und 6 nur schematisch
angedeuteten
elastischen Lager 28 in der vertikalen Fahrzeuglängsmittelebene elastisch am Fahrzeugoberbau
24 eingespannt und an ihren freien Enden je durch ein Scharniergelenk 29 mit in
Fahrzeuglängsrichtung verlaufender Gelenkachse 30 mit den Radträgern 21 gelenkig
verbunden.
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Zur weiteren Abstützung eines jeden Radträgers 21 ist je ein Dämpferbein
31 zwischen dem Radträger 21 und dem Fahrzeugoberbau 24 angeordnet, welches durch
ein Gelenk 32, insbesondere mit allseitiger Winkelbeweglichkeit, z.B. ein Kugel-
oder Gummigelenk, am Fahrzeugoberbau 24 angelenkt und in an sich bekannter Weise
teleskopartig gegen Dämpfungswirkung unter Verwendung mechanischer, hydraulischer
oder pneumatischer Mittel in Richtung seiner Längsachse 33 verkürzbar oder verlängerbar
ist. Mit dem zugeordneten Radträger 21 ist es durch ein auf dem Radträger bzw. dessen
Lager 26 drehbar gelagerten und z.B. durch Lagerarme 34a mit dem Kolbenelement des
Dämpferbeins 31 fest verbundenen Lagerauge 34 gelenkig verbunden. Vorzugsweise sind
die Dämpferbeine 31 geneigt angeordnet, derart, daß bein Einfedern des Rades das
Dämpferbein 31 sich teleskopartig verkürzt.
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In Fahrzeuglängsrichtung auftretende Kräfte, beispielsweise beim Anfahren
oder Bremsen, werden durch die Längsführungs
glieder 22 auf den
Fahrzeugoberbau 24 übertragen. An den Rädern auftretende Querkräfte, insbesondere
in den Radaufstandspunkten bei Kurvenfahrt wirkende Seitenkräfte, werden einerseits
über die Querblattfeder 23 und deren elastisches Lager 28und andererseits durch
das Federbein 31 imZusammenwirken mit dem Längsführungsglied 22 auf den Fahrzeugoberbau
24 übertragen, was dadurch möglich ist, daß das Dämpferbein 31 und das Längslenkerglied
22 ein in Fahrzeugquerrichtung starres oder praktisch starres System bilden.
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Bei der Abstützung des Radträgers 21 durch die Querblattfeder wirkt
das Gelenk 29 als Dreh- oder Abstützpunkt.
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In Fig. 2 bis 8 ist das Verhalten der erfindungsgemäßen Achse bei
gleichzeitigen oder entgegengesetzten Federungsbewegungen der Räder im einzelnen
dargestellt.
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Fig. 2 und 5 zeigt beispielsweise die mittlere Ruhestellung der Achse
bei stehendem Fahrzeug. Die Querblattfeder 23 ist an ihren Enden, an denen sie mittels
der Gelenke 29 mit den Radträgern 21 verbunden ist, nach unten durchgebogen, während
die Dämpferbeine 31, wie in den Figuren schematisch dargestellt, auf mittlere Länge
ausgezogen sind. Die Längsführungsglieder 22 befinden sich in etwa horizontaler
oder etwas geneigter Lage.
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Führen beide Räder gleichgerichtete Federungshübe aus, wie z.B. in
Fig. 6 für den Fall einer Ausfederung dargestellt ist, schwingen die Längsführungsglieder
22 in eine z.B. nach hinten abwärts geneigte Lage (Fig. 6) um eine durch die Gelenke
27 verlaufende Fahrzeugquerachse und verschwenken damit die mit ihnen starr verbundenen
Rad träger 21 um einen entsprechenden Winkel, wobei sich das Lagerauge 34 des Dämpferbeines
31 um die Radmittelachse 25 auf dem Radträger 21 dreht.
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Die Querblattfeder 23 dreht sich als Ganzes um ihre in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufende Längsachse 36 in ihrem mittleren elastischen Lager 28 um einen Winkel
6 . Vorzugsweise ist hierbei die Anordnung derart getroffen, daß die Querprofilachse
35 der Querblattfeder 23 im Mittelpunkt M derselben trotz der Zwangsführung der
Rad träger 21 durch deren Längsführungsglieder 22 annähernd parallel zu den Gelenkachsen
30 zwischen der Querblattfeder und den Radträgern 21 bleibt oder nur einen relativ
kleinen Verdrehwinkel d' zu diesen (30) bilden. Damit ist gewährleistet, daß das
Profil der Querblattfeder keiner oder nur geringer Verdrehungsbeanspruchung unterworfen
ist.
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Gegebenenfalls können die Achsen 35 und 30 in Ruhelage der Achse einen
von ihrer Parallelität abweichenden gewissen Winkel do bilden, wie in Fig. 5 durch
die zur Achse 35 parallele Gerade 35a angedeutet ist.
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Bei wechselseitigem, d.h. entgegengesetztem Federungshub der beiden
Räder -20, wie z.B. in Fig. 3, 4und 7 angenommen ist, bewegen sich die Gelenke 29,
hier (in Fig. 3, 4 und 7) mit 29a und 29b bezeichnet, radial um die fahrzeugfesten
Gelenke 27 der Längsführungsglieder 22> die hier mit 22a und 22b bezeichnet sind.
Die Querblattfeder 23, deren mittleres elastisches Lager 28 in Fig. 7 (ebenso wie
in Fig. 5) der Deutlichkeit halber fortgelassen ist, dessen fahrzeugfeste Lage jedoch
entsprechend Fig. 6 zu denken ist, wird dadurch zusätzlich zu ihrer Verbiegung in
Hauntfederungsrichtung gleichzeitig auf Torsion beansprucht. Der Profilquerschnitt
der Querblattfeder wird dabei mit Bezug auf die mittlere Blatt.
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feder-Profilachse 35 in der (in Fig. 3 linken) Blattfederhälfte 23a
in der einen Drehrichtung und in der anderen (in Fig. 3 rechten) Blattfederhälfte
23b in der anderen Drehrichtung um die Längsachse 36 der Querblattfeder verdreht.
Entgegengesetzten Federungsbewegungen der Räder 20 werden infolgedessen durch die
Querblattfeder 23 verstärkte Widerstände entgegengesetzt, indem die Querblattfeder
außer auf Biegung zusätzlich auf Verdrehung beansprucht wird. Die hierbei unverändert
bleibende Profilachse 35 der Querblattfeder im Punkte M nimmt hierbei annähernd
die winkelhalbierende Stellung des Winkels < zwischen den Gelenkachsen 30a des
Gelenkes 29a und 30b des Gelenkes 29b (Fig. 7) ein.
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Zugleich kann durch die erfindungsgemäße Achsaufhängung eine Vorspursteuerung
infolge Auslängung bzw. Verkürzung jeweils einer Hälfte der Querblattfeder 23 entsprechend
der Biegelinie der Querblattfeder 23 erreicht werden. In ihrer Strecklage hat die
vorgespar;nte Querblattfeder 23 ihre größte Länge und gleichzeitig die größte Belastbarkeit
in Richtung ihrer Längsachse 36. Bewegt sich z.B. bei Kurvenfahrt der Radträger
21 des kurvenäußeren Rades bzw. das Gelenk 29 zwischen der Blattfederhälfte 23a
und dem Radträger 21 unter Belastung in die Strecklage um ein Maß e (Fig. 3), vergrößert
sich, durch die Kinematik bedingt, die Spurweite um das Maß el, was zur Folge hat,
daß sich in Draufsicht (Fig. h) gesehen, der Radmittelpunkt Mo um das Gelenk 27
des Längsführungsgliedes 22 von der Fahrzeugmitte wegbewegt und somit das kurvenäußere
Rad auf Vorspunverstellt wird. Analog dazu verhält sich das kurveninnere Rad, indem
sich entsprechend der Biegelinie der Querblattfeder 23 die zugeordnete Blattfederhälfte
23b in Fahrzeugquerrichtung um das Maß e' verkürzt und folglich die Spurweite des
kurveninneren Rades um das Maß e1, (Fig. 3, rechte Hälfte) vermindert wird. Der
Radmittelpunkt M01 bewegt sich um das fahrzeugfeste Gelenk 27 des benachbarten Längsführungs
gliedes 22 der Fahrzeugmitte zu und das kurveninnere Rad geht somit in Nachspur,
was zur Folge hat, daß das Fahrzeug bei Kurvenfahrt in erwünschter Weise untersteuert.
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Fig. 8 zeigt nochmals die Beanspruchung der Querblattfeder 23 unter
den verschiedenen Federungsbedingungen. Ist mit 35 die Lage der Blattfederprofilachse
im Punkte M bei mittlerer Ruhelage der Feder oder bei entgegengesetzt gleichgroßen
Federungsbewegungen der beiden einander gegenüberliegenden Räder bezeichnet, wird
die Blattfeder 23 je nach Federungsbewegung der Räder und der sich daraus ergebenden
Beanspruchung zusätzlich zur Federungsbewegung um die Blattfederlängsachse 36 unter
Torsionsbeanspruchung verdreht. In Ruhelage der Feder, die in diesem Falle als sich
in gestrecktem Zustande befindlich dargestellt ist, nehmen die Gelenkachsen 30 der
Gelenke 29 die Lagen 30am bzw. 30bm ein. Bei gleichzeitiger Einfederung der Räder
verdreht sich die Profilachse 35 der Querblattfeder 23 in die Lage 35x, wobei die
Gelenkachsen 30 der Gelenke 29 die Lagen 30ax bzw. 30bx einnehmen. Entsprechend
verdreht sich bei gleichseitiger Ausfederung der Räder die Profilachse der Querblattfeder
im Punkte M in die Lage 35y, wobei die Gelenkachsen 30der Gelenke 29 die Lagen 30ay
bzw. 30byeinnehmen.
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Bei einander entgegengesetzten, gleichgroßen Federungsbewegungen der
beiden Räder verbleibt die Profilachse 35 der Blattfeder in ihrer in Fig. 8 mit
35m bezeichneter Mittellage, während - z.B. je nach Kurvenfahrt - die Gelenkachsen
30 der Gelenke 29 entweder die Lagen 30ax, 30by oder die Lagen 30ay, 30bx einnehmen.
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In Fig. 9 ist die Lagerung der Querblattfeder 23 in ihrem mittleren
elastischen Lager 28 im einzelnen dargestellt. Die Querblattfeder ist in einem z.B.
aus vier Teilen zusammengeschweißten kastenförmigen Rahmen 37 radial und axial unverschiebbar
oder praktisch unverschiebbar eingespannt. Hierzu sind Gummi-Metallelemente 38,
39, 40, 41 vorgesehen, die in allen vier Richtungen senkrecht zur Längsachse 36
der Querblattfeder diese in einem Außengehäuse 42 abstützen, das am Fahrzeugoberbau
ortsfest angebracht ist. Die Gummi-Metall-Elemente bestehen in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel jeweils im wesentlichen aus zwei scheibenförmigen Gummielementen
43 und 44, die durch ein plattenförmiges metallisches Element 45 miteinander sowie
- direkt oder indirekt - mit dem Außengehäuse 42 bzw. dem kastenförmigen Rahmen
37 festhaftend, gegebenenfalls auch austauschbar, verbunden sind.
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Die Gummimetallelemente 38 bis 41 sind hierbei derart ausgebildet,
daß sie radial zur Längsachse 36 der Querblattfeder 23 nur eine geringe Nachgiebigkeit
haben, dagegen in Drehrichtung um die Längsachse 36 stark nachgiebig sind und daher
eine große Winkelbewegung der Querblattfeder 23 um ihre Längsachse 36 zulassen,
wie dieses in Fig. 10 dargestellt ist. Die Querblatt feder 23 ist hierbei als Ganzes,
etwa bei gleichgerichtetem Ein- oder Ausfedern der Räder, um ihre Längsachse 36
um einen
Winkel ß gedreht. Die elastischen Elemente 43, 44, inscsondere
aus Gummi, können unter Scherbeanspruchung in Drehrichtung um die Längsachse 36
der Querblattfeder weitgehend nachgeben, während die zwischengeschalteten, mit ihnen
festhaftend verbundenen metallischenElemente 45 dafür sorgen, daß bei hoher elastiseher
Nachgiebigkeit in Drehrichtung um die Achse 36 die zu dieser Achse radialen Druckkräfte
einen verstärkten Widerstand finden.
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Gegebenenfalls kann anstelle je zweier elastischer Elemente 43 und
44 auch nur je ein in Scherrichtung nachgiebiges elastisches Element vorgesehen
sein, oder es können jeweils mehrere zueinander parallele metallische plattenförmige
Elemente 45 bei entsprechender Unterteilung in mehrere elastische Elemente verwendet
werden, wie dieses beispielsweise in Fig. 11 dargestellt ist.
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Fig. 12 bis 14 zeigen des weiteren die Anlenkung der Querblattfeder
23 mittels Gelenkes 29 am Radträger 21.
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Die Gabelarme 2Rades Radträgers 21 umfassen das Lagerauge 29a der
Querblattfeder 23 beiderseits mit elastischem Spiel. DieAnlenkung erfolgt durch
zwei ringförmige Gummi-Metallelemente 47 und 48, die zwischen dem Gelenkzapfen 49
des Gelenkes 29 der Querblattfeder 23 beiderseits derselben und den Gabelarmen 21a
zwischengeschaltet
sind. Sie weisen je ein ringförmiges Gummielement 50 bzw. 51 auf, das mit im Querschnitt
winkelförmigen metallischen Hülsen 52 und 53 festhaftend verbunden ist, wobei die
äußere metallische Hülse 52 jeweils fest in einen der beiden Gabelarme 21a des Radträgers
21 eingesetzt und die innere metallische Hülse 53 auf das jeweils eine Ende des
Gelenkzapfens 49 des Gelenkes 29 axial aufgeschoben ist, derart, daß sich die zur
Gelenkachse 30 des Gelenkes 29 senkrechten scheibenförmigen Bunde 54 der inneren
Hülsen 53 axial beiderseits gegen das elenkauge 29a der Blattfeder 23 anlegen und
ein durch die ringförmigen Gummielemente 50, 51 zugelassenes elastisches Spiel zwischen
den metallischen Hülsen 52 und 53 sowohl in axialer Richtung der Gelenkachse 30
als auch in radialer Richtung zu dieser Gelenkachse besteht. ähnlich wie im Falle
des mittleren elastischen Lagers 28 der Querblattfeder 23 ist jedoch die Anordnung
derart getroffen, daß die Nachgiebigkeit der Querblatt feder 23 bzw. des Gelenkauges
29a derselben, bezogen auf die Längsachse 36 der Querblattfeder im Gelenkmittelpunkt
M1, sowohl in axialer Richtung der Gelenkachse 30 als auch in radialer Richtung
zu dieser Achse gering ist, was durch die in die Gummielemente eingebetteten ringförmigen
Einlagen 55 unterstützt wird, während die Nachgiebigkeit um die Längsachse 36 der
Querblattfeder 23, etwa entsprechend einem Winkel ß1, relativ groß ist.
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Zur Vergrößerung dieses Winkels können die Gummielemente 50 bzw.
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51 vorteilhaft mit nierenförmigen Ausnehmungen 56 versehen sein.
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