DE3050256C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine federnde Radauf
hängung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Eine solche Radaufhängung ist aus der GB-PS 2 61 586 bekannt.
Bei dieser bekannten Ausbildung hat die als elastischer Bügel
ausgebildete Biegefeder eine konstante Krümmung, so daß das
in ihren einzelnen Querschnitten wirkende Biegemoment entsprechend
dem Abstand des jeweils betrachteten Querschnitts von der Ver
bindungslinie der Anlenkpunkte der Biegefeder verschieden groß
ist. Dies ergibt angesichts der über die Länge der Feder konstanten
Form ihres Querschnitts eine ungleichmäßige Ausnutzung ihres
Materials.
Außerdem ist die bekannte Feder ähnlich wie die Blattfeder
eines Blattfederpakets gestaltet und beansprucht, d. h. sie
hat einen Querschnitt, dessen Hauptträgheitsachse, bezüglich
der das Trägheitsmoment maximal ist, in der Biegeebene der
Feder liegt. Gegenüber dieser Beanspruchung ist die Feder
biegeweich, so daß sie für eine vorgegebene Federkrafterzeugung
schwer und materialaufwendig sein muß.
Ähnliches gilt für eine aus DE-PS 1 97 917 bekannte Radaufhängung,
bei der die an einem Lenker geführte Radachse mittels eines
Blattfederpakets etwa konstanter Krümmung abgefedert ist. Auch
hier ist eine bestmögliche Ausnutzung des Materials der Federn
nicht gegeben.
An sich ist aus der DE-OS 26 19 587 eine bügelförmige Biegefeder
bekannt, deren Querschnitt so liegt, daß seine Hauptträgheitsachse,
bezüglich der das Trägheitsmoment maximal ist, rechtwinklig
zur Biegeebene der Feder verläuft. Diese Feder hat aber mit
einer Radaufhängung nichts zu tun, sondern dient in einer Fahrzeug
trommelbremse zur Kraftbeaufschlagung der Bremsbacken im Sinne
von deren Rückführung in die unwirksame eingezogene Lage.
Somit ist in den in bekannten Radaufhängungen verwendeten Biege
federn der Federwerkstoff nicht optimal genutzt, weil die im
Sinne einer bestmöglichen Materialausnutzung wünschenswerte
maximal zulässige Spannung nur in einem Teilbereich ihrer Erstreckung erreicht
wird. Eine mögliche Anpassung des Querschnitts über die Länge
zur Verbesserung der Werkstoffnutzung und zur Kosten- und Gewichts
einsparung würde eine aufwendige Bearbeitung oder gebaute Federn
(Blattfederpakete) erfordern.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,
eine federnde Radaufhängung für ein Fahrzeug zu schaffen, bei
der die Biegefeder einfacher und leichter ausgebildet sein
kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus dem Patentan
spruch 1.
Bei einer erfindungsgemäßen Biegefeder liegt der
die Aufgabenlösung herbeiführende Wirkmechanismus darin, daß
über die beiden auf einer zum Mittelstück parallelen Linie
liegenden Anlenkpunkte und die Schenkel im wesentlichen konstante
Hebelarme für die Belastung geschaffen sind und das Mittelstück
über seine ganze Länge mit einem im wesentlichen konstanten
Biegemoment beaufschlagt wird. Damit kann zumindest in diesem ganzen mittleren
Bereich der Federwerkstoff ohne komplizierte Formgebung gleich
mäßig maximal genutzt werden, wobei die Beanspruchung
in der Ebene ihrer maximalen Steifigkeit zu einer besonders materialsparenden und leichtbauenden Biegefeder
führt.
Eine Grenze findet die Gestaltung mit durchgängig gleichbleibendem Querschnitt, wenn Knick- und Beulgrenzen erreicht werden.
Hier schafft eine Anpassung des Querschnittsverlaufes über der Länge Abhilfe.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Die Ansprüche 2 bis 10 betreffen vorteilhafte Einbau
möglichkeiten der Biegefeder in eine Radaufhängung und zeigen
die konstruktive Flexibilität der vorgeschlagenen Ausbildung.
Dabei sind z. B. in der in Anspruch 4 angesprochenen Ausbildung,
besonders raumsparende Anordnungen möglich, weil der Bewegungsbe
reich des Rades innerhalb des Federbügelraums liegen kann.
In den in den Ansprüchen 8, 9 und 10 angesprochenden Ausbildungen
kann die Biegefeder als Ersatz für übliche Federbeine verwendet
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Aus
führungsbeispielen an Hand der Zeichnungen weiter
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Grundform der für die vorliegende Radaufhängung
verwendeten bügelförmigen Biegefeder;
Fig. 2 eine erste Ausbildung der federnden Radaufhängung in
einer schematischen Seitenansicht;
Fig. 3 die Kinematik der Radaufhängung gemäß Fig. 2 in der
Draufsicht;
Fig. 4 bis 10 weitere Ausbildungen der Radaufhängung in
schematischer Darstellung.
Die in der vorliegenden Radaufhängung verwendete Biegefeder 1
gemäß Fig. 1 hat die Form eines Bügels in C-Form mit einem
geraden Mittelstück 2 und an beiden Seiten abgebogenen Schenkeln
3, 4, an deren Enden je ein Federauge 5, 6 zur Anlenkung am
Fahrzeugchassis oder an einem anderen Element der Radaufhängung
ausgebildet ist. Das Mittelstück 2 verläuft im wesentlichen
parallel zur Verbindungslinie der Federaugen, so daß die längs
dieser Verbindungslinie wirkenden Kräfte der Feder im Mittelstück
2 auf dessen gesamter Erstreckung ein im wesentlichen konstantes
Biegemoment erzeugen.
Im Verhältnis zur Länge der Schenkel 3, 4 ist das Mittelstück
2 von größerer Länge und hat einen Querschnitt, dessen Hauptträg
heitsachse, bezüglich der das Trägheitsmoment maximal ist,
rechtwinklig zur Biegeebene der Feder verläuft. Dabei wird
das Mittelstück in Richtung seiner größten Biegesteifigkeit
auf Biegung beansprucht. Die Schenkel 3, 4 können ohne große
Fertigungsschwierigkeiten mit veränderlicher Höhe derart ausge
führt werden, daß die Höhe zu den Federaugen 5, 6 hin abnimmt,
so daß diese bezüglich der Biegebeanspruchung als gleichfeste
Körper ausgebildet sein können und auch hier eine optimale
Werkstoffausnutzung verwirklichbar ist.
Fig. 2 und 3 illustrieren eine erste Ausbildung der Verwendung
einer solchen Biegefeder in einer Radaufhängung.
Jedes Rad 13 ist auf einer Radachse 14 gelagert, welche mittels
zweier Schräglager 10 und zweier Radführungshebel 7 in
Form von zweiarmigen Winkelhebeln geführt ist. Jeder Radführungs
hebel 7 hat einen radtragenden Arm 8 und einen Federangriffsarm
9 und ist mit seinem diese beiden Arme verbindenden Knie am
Fahrzeugchassis 12 um einen AnlenkpunktO schwenkbar gelagert.
Der Anlenkpunkt des radtragenden Arms 8 an der Radachse 14
ist mit A bezeichnet.
Die bügelförmige Biegefeder 1 wirkt zwischen dem Ende des Federan
griffsarms 9 des Radführungshebels 7 und einem Anlenkpunkt D
am Chassis 12. Der hier angelenkte Schenkel ist der chassisfeste
Schenkel 4, während der andere Schenkel 3 an einem
Anlenkpunkt E mit einem Federangriffsarm 9 gelenkig verbunden
ist.
Der Anlenkpunkt der Schräglenker 10 am Chassis 12 ist mit C
und der Anlenkpunkt an der Radachse 14 ist mit B bezeichnet.
Zwischen der Radachse 14 und dem Chassis 12 sind noch zwei
Schwingungsdämpfer 11 angeordnet.
In Fig. 2 ist strichpunktiert gezeigt, welche Lage das Rad
13 beim Einfedern um die Höhe H, z. B. beim Überfahren eines
Hindernisses, einnimmt, wobei der radtragende Arm 8 des Rad
führungshebels 7 um den Winkel α schwenkt und seine eingefederte
Längsachse ebenfalls strichpunktiert dargestellt ist. Die je
weiligen Anlenkpunkte A, B und E nehmen dabei die ebenfalls
gezeigten neuen Stellungen A 1, B 1 und E 1 ein. Der letztere ver
lagert sich dabei um den Betrag 2 · δ. Der Mittelpunkt F des
geraden Mittelstücks 2 der Biegefeder 1 ist dabei zur Position
F 1 hin verlagert.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß in der Seitenansicht der Radauf
hängungskinematik die Schräglenker 10 parallel zum radtragenden
Arm 8 des Radführungshebels 7 liegen, so daß die Anlenkpunkte
O A B C ein Gelenkparallelogramm bilden, was zur Folge hat,
daß die Radachse 14 beim Einfedern ihre räumliche Orientierung
beibehält und die beim Beschleunigen und Bremsen wirkenden
Drehmomente auf das Fahrzeugchassis 12 übertragen werden.
Einige der durch die Verwendung der beschriebenen Biegefeder
eröffneten konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten der Radauf
hängung sind in Fig. 4 bis 10 illustriert. Die konkrete Ausbildung
wird im Einzelfall von den Gegebenheiten der Fahrzeugkonstruktion
und der Einsatzbedingung des Fahrzeuges abhängen.
Fig. 4 zeigt eine Radaufhängung mit einem Führungshebel 7,
dessen Arme 8, 9 einen spitzen Winkel β miteinander bilden,
wobei der radtragende Arm 8 etwa waagerecht liegt und der Federan
griffsarm 9 nach oben weist. Der an diesem angreifende
Schenkel 3 der Biegefeder 1 stellt etwa die Fortsetzung
des Federangriffsarms 9 dar, und ihr gerades Mittelstück 2 verläuft
wiederum etwa waagerecht. Auf diese Weise verläuft die die
Anlenkpunkte D, E der Biegefeder 1 verbindende Linie etwa parallel
zur die Anlenkpunkte A, O, d. h. die Radachse und die Schwenkachse
des Führungshebels 7 verbindenden Linie. Eine solche Kon
struktion eignet sich besonders dann, wenn zwischen der Radachse
14 und der Unterseite des Fahrzeugs, etwa im Radhaus, genügend Platz zur Verfügung
steht. Die Biegefeder 1 wird beim Einfedern des Rades 13 auf Zug
beansprucht.
Fig. 5 zeigt eine Radaufhängung mit einem Radführungshebel
7, bei dem der Winkel β zwischem dem radtragenden Arm 8 und
dem Federangriffsarm 9, ausgehend vom radtragenden Arm 8 und
im Uhrzeigersinn gemessen, größer als 180° ist. Dabei sind
beide Arme voneinander weg weisend nach unten geneigt. Die
Biegefeder 1 ist ähnlich wie in Fig. 4 angeordnet. Diese Anordnung
erlaubt eine etwas höhere Bodenfreiheit und einen schrägen
Verlauf des Einfederungswegs der Radachse 14. Die Biegefeder 1 wird hier beim Einfedern des Rades 13 auf Druck beansprucht. Beide Lösungen
gemäß Fig. 4 und 5 ergeben eine in Fahrzeuglängsrichtung recht
kompakte Konstruktion.
Fig. 6 zeigt eine Lösung, bei der die Anordnung des Radführungs
hebels 7 etwa der Fig. 5 entspricht und die Biegefeder 1 etwa
in Verlängerung des radtragenden Arms 8 des Radführungshebels
7 angeordnet und nach unten offen ist. Zwischen der die Anlenk
punkte D, E der Biegefeder 1 verbindenden Linie und der durch
die Radachse 14 (Anlenkpunkt A) gehenden Horizontalen liegt
ein stumpfer Winkel γ. Eine solche Konstruktion ist zweckmäßig,
wenn oberhalb des Rades wenig Platz zur Verfügung steht, aber
die Möglichkeit gegeben ist, die Feder in einem anschließenden
Bereich, beispielsweise im Bereich des Kofferraums eines Personen
wagens, unterzubringen.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der der Radführungshebel 7
nicht abgewinkelt ist und seine beiden Arme 8 und 9 in einer
Erstreckung liegen, wobei der Federangriffsarm 9 einen Teil
des radtragenden Arms 8 darstellt. Die Biegefeder 1 greift
somit an einem Anlenkpunkt E an, der zwischen dem Anlenkpunkt
A des Rades 13 und der Schwenkache O liegt, wobei die Biegefeder 1 steil aufgerichtet
ist und ihre offene Seite vom Rad 13 wegweist. Der Winkel γ
zwischen der ihre Anlenkpunkte D, E verbindenden Linie und
der Horizontalen durch die Radachse 14 (Anlenkpunkt A) ist
ein spitzer. In dieser Ausbildung kann die Biegefeder 1 ein
übliches Federbein ersetzen.
Fig. 8 zeigt eine Konstruktion ähnlich wie Fig. 5, die durch
die Wahl anderer Winkel besonders niedrig baut. Fig. 9 zeigt
die Verwendung eines Radführungshebels 7, dessen Arme 8, 9
auf einer Geraden beidseits der Schwenkachse O liegen, also
einen Winkel β von 180° zwischen sich einschließen. Hierbei
ist die Biegefeder 1 wieder steil angeordnet. Die Konstruktion
gemäß Fig. 10 entspricht wiederum etwa der Ausbildung gemäß
Fig. 7, wobei die Biegefeder 1 jedoch zum Rad 13 hin offen
ist. Es ist ersichtlich, daß im Rahmen der gezeigten Beispiele
viele Lösungsmöglichkeiten gegeben sind.
In den Einbaufällen von Fig. 2, 4, 6 und 9 wird die Biegefeder
1 auf Zug beansprucht, wobei sich durch die Annäherung des mittleren
Bereichs ihres geraden Mittelstücks 2 an die Verbindungslinie
ihrer Anlenkpunkte D E (ersichtlich aus der in Fig. 2 gezeigten
Verlagerung des Punktes F nach F 1) in an sich bekannter Weise
eine etwas progressive Federcharakteristik ergibt. In allen
Fällen wird jedoch auf Grund der Formgebung der Biegefeder
deren Werkstoff optimal genutzt, so daß die vorgeschlagene Radauf
hängung besonders leicht und auch kompakt gebaut werden kann.
Claims (11)
1. Federnde Radaufhängung für ein Fahrzeug mit mindestens
einem als Lenker ausgebildeten Radführungselement, das am
Fahrzeugchassis (12) gelagert ist und einen Hebel (7) bildet,
dessen einer Hebelarm an der Radachse (14) und dessen anderer
Hebelarm an dem einen Ende einer als elastischer Bügel ausge
bildeten Biegefeder (1) angelenkt ist, die sich mit ihrem
anderen Ende gegen das Fahrzeugchassis (12) abstützt,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
- - der als Biegefeder (1) wirkende elastische Bügel weist C-Form auf, mit einem geraden Mittelstück (2) und an beiden Seiten abgebogenen Schenkeln (3 und 4);
- - das Mittelstück (2) verläuft im wesentlichen parallel zur Verbindungslinie der Anlenkpunkte (D; E) der Schenkel (4; 3) am Fahrzeugchassis (12) und Radführungshebel (7);
- - Mittelstück (2) und Schenkel (3 und 4) bilden wesentlich einen Träger mit über seiner Länge konstanter Biegespannung, wobei
- - das im Verhältnis zu den abgebogenen Schenkeln (3) längere Mittelstück (2) des Federbügels (1) einen Querschnitt aufweist, dessen Hauptträgheitsachse, bezüglich der das Trägheitsmoment maximal ist, rechtwinklig zur Biegeebene der Feder verläuft.
2. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Federbügel (1) mit im wesentlichen horizontal
verlaufendem geradem Mittelstück (2) angeordnet ist,
und daß der Radführungshebel (7) als zweiarmiger Winkelhebel
ausgebildet ist, dessen radtragender Arm (8) um eine im wesent
lichen horizontale Lage schwingt und dessen kürzerer Federan
griffsarm (9) zum Anlenkpunkt (E) am Hebelangriffs
schenkel (3) des Federbügels (1) abgewinkelt ist (Fig. 2, 4).
3. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel (1) nach oben
offen ist,
der Federangriffsarm (9) des Radführungshebels (7) nach oben abgewinkelt ist,
und der Federbügel (1) und der radtragende Arm (8) des Rad führungshebels (7) auf der gleichen Seite von der Schwenk achse des Radführungshebels (7) liegen (Fig. 2).
der Federangriffsarm (9) des Radführungshebels (7) nach oben abgewinkelt ist,
und der Federbügel (1) und der radtragende Arm (8) des Rad führungshebels (7) auf der gleichen Seite von der Schwenk achse des Radführungshebels (7) liegen (Fig. 2).
4. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel (1) nach unten
offen ist,
der Federangriffsarm (9) des Radführungshebels (7) nach oben abgewinkelt ist,
und der Federbügel (1) und der radtragende Arm (8) des Rad führungshebels (7) auf der gleichen Seite von der Schwenk achse (O) des Radführungshebels (7) liegen (Fig. 4).
der Federangriffsarm (9) des Radführungshebels (7) nach oben abgewinkelt ist,
und der Federbügel (1) und der radtragende Arm (8) des Rad führungshebels (7) auf der gleichen Seite von der Schwenk achse (O) des Radführungshebels (7) liegen (Fig. 4).
5. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel (1) nach unten
offen ist,
der Federangriffsarm (9) des Radführungshebels (7) nach unten abgewinkelt ist,
und der Federbügel (1) und der radtragende Arm (8) des Rad führungshebels (7) auf der gleichen Seite von der Schwenk achse (O) des Radführungshebels (7) liegen (Fig. 5, 8).
der Federangriffsarm (9) des Radführungshebels (7) nach unten abgewinkelt ist,
und der Federbügel (1) und der radtragende Arm (8) des Rad führungshebels (7) auf der gleichen Seite von der Schwenk achse (O) des Radführungshebels (7) liegen (Fig. 5, 8).
6. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel (1) nach unten
offen ist,
der Federangriffsarm (9) des Radführungshebels (7) nach unten abgewinkelt ist,
und der Federbügel (1) und der radtragende Arm (8) des Radführungshebels (7) auf verschiedenen Seiten von der Schwenkachse (O) des Radführungshebels (7) liegen (Fig. 6).
der Federangriffsarm (9) des Radführungshebels (7) nach unten abgewinkelt ist,
und der Federbügel (1) und der radtragende Arm (8) des Radführungshebels (7) auf verschiedenen Seiten von der Schwenkachse (O) des Radführungshebels (7) liegen (Fig. 6).
7. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel (1) mit im
wesentlichen vertikal verlaufendem geradem Mittelstück (2)
angeordnet ist,
und daß die Schwenkachse (O) des Radführungshebels (7) sowie dessen Anlenkpunkt (A) an der Radachse (14) und dessen An lenkpunkt (E) am Hebelangriffsschenkel (3) des Federbügels (1) im wesentlichen in einer Ebene liegen.
und daß die Schwenkachse (O) des Radführungshebels (7) sowie dessen Anlenkpunkt (A) an der Radachse (14) und dessen An lenkpunkt (E) am Hebelangriffsschenkel (3) des Federbügels (1) im wesentlichen in einer Ebene liegen.
8. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Radführungshebel (7) zwei
armig ausgebildet ist,
und der Federbügel (1) zum Rad (13) hin offen ist (Fig. 9).
und der Federbügel (1) zum Rad (13) hin offen ist (Fig. 9).
9. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anlenkpunkt (E) des Hebel
angriffsschenkels (3) des Federbügels (1) am Radführungs
hebel (7) zwischen dessen Schwenkachse (O) und dem Anlenk
punkt (A) der Radachse liegt,
und die offene Seite des Federbügels (1) vom Rad (13) weg weist (Fig. 7).
und die offene Seite des Federbügels (1) vom Rad (13) weg weist (Fig. 7).
10. Federnde Radaufhängung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anlenkpunkt (E) des Hebel
angriffsschenkels (3) des Federbügels (1) am Radführungs
hebel (7) im wesentlichen zwischen dessen Schwenkachse (O)
und Anlenkpunkt (A) der Radachse liegt
und der Federbügel (1) zum Rad (13) hin offen ist (Fig. 10).
und der Federbügel (1) zum Rad (13) hin offen ist (Fig. 10).
11. Federnde Radaufhängung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Instabilitäten
z. B. durch Knicken oder Beulen der Querschnitt des Mittel
teils (2) über dessen Länge veränderlich gestaltet ist.
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