DE3624537C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Fahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Radaufhängungen dieser Art sollen zur Erzielung eines hohen Fahrkomforts eine weiche Aufnahme von in Fahrzeuglängsrichtung auftretenden Stößen ermöglichen.

Bei einer aus der DE-PS 6 49 019 bekannten Radaufhängung dieser Art ist das äußere Ende eines um eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Achse schwenkbar gelagerten Querlenkers gabelförmig gespreizt, wodurch zwei Anschläge gebildet werden, zwischen denen eine in Fahrzeuglängsrichtung elastisch verformbare Blattfeder angeordnet ist, die den Querlenker mit einem Radträger verbindet. Diese bekannte Radaufhängung ist aufwendig, da sie aus mehreren Bauteilen besteht, die miteinander verbunden werden müssen. Vor allem die Befestigung der Querblattfeder ist problematisch, da besondere Haltemittel zum Verbinden der Blattfeder mit dem Querlenker im Bereich der größten Knick- und Biegebeanspruchung vorgesehen sind. Dies führt zu einem verhältnismäßig großen Gewicht des Querlenkers, wodurch der Fahrkomfort beeinträchtigt wird. Mangels einer geeigneten Dämpfung der Querblattfeder kommt es außerdem zu Schwingungen des Radträgers, die die Fahrstabilität beeinträchtigen.

Aus der DE-OS 32 43 434 ist es weiterhin bekannt, einen Achsträger für Fahrzeuge aus mit Kohlenstoffasern und Glasfasern verstärktem Kunststoff herzustellen, der als obere und untere Querlenker wirkende Biegefedern hat, die nach Art von Querblattfedern angeordnet sind. Dieser bekannte Achsträger weist jedoch keine Bauelemente auf, die in Fahrzeuglängsrichtung verformbar sind und es sind keine Anschlagleisten vorgesehen, die den Verformungsweg der Biegefedern begrenzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung der angegebenen Art zu schaffen, die sich durch einfache Herstellbarkeit, geringes Gewicht, hohe Stabilität und gutes Dämpfungsverhalten auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bereich großer Steifigkeit, die Anschlagleisten und der Federstab des Querlenkers einteilig aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind.

Eine weitere Lösung dieser Aufgabe kann erfindungsgemäß darin bestehen, daß der Bereich großer Steifigkeit des Querlenkers ein Hohlprofil aufweist, das den aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Federstab teilweise umgreift und dessen Wände die Anschlagleisten bilden, wobei das Hohlprofil und der Federstab starr an der Karosserie befestigt sind. Diese Ausgestaltung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß sie keine beweglichen Lagerstellen an der Karosserie benötigt.

Beide Lösungen, sowohl die einteilige Ausführung des Querlenkers aus faserverstärktem Kunststoff als auch der von einem vorzugsweise aus Metall bestehenden Hohlprofil umgriffene, aus faserverstärktem Kunststoff hergestellte Federstab, zeichnen sich durch Korrosionsfestigkeit, Alterungs- und Chemikalienbeständigkeit aus.

Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Steifigkeit des Federstabs in Fahrzeuglängsrichtung, in Vertikalrichtung und in Fahrzeugquerrichtung unterschiedlich ist, um eine Anpassung an die in den verschiedenen Richtungen unterschiedlichen Verformungsvorgaben zu erreichen.

Zu einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an dem Hohlprofil zwei weitere, quer zur Fahrzeuglängsrichtung und unter Winkeln zur Horizontalen sich erstreckende, einen Winkel zwischen sich einschließende Anschlagleisten mit An­ schlagflächen für die Vertikalbewegung des Federstabes vorgesehen. Das Verformungsverhalten ist hierbei sowohl in Fahr­ zeuglängsrichtung als auch in Vertikalrichtung durch Änderung der Spalt-Geometrie und der Spaltlänge leicht beeinflußbar.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch dadurch geschaffen werden, daß die beiden Hohlprofile zweier gegenüberliegenden Fahrzeugseiten durch einen Querträger starr miteinander verbunden sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 ein einteiliges Radführungselement aus faserverstärktem Kunststoff in Draufsicht,

Fig. 2 eine Weiterbildung eines Radführungsele­ ments gemäß Fig. 5,

Fig. 3 ein mehrteiliges Radführungselement in per­ spektivischer Darstellung,

Fig. 4 eine Vorderansicht einer Radaufhängung für ein Vorderrad mit einem Radführungselement gemäß Fig. 7 und

Fig. 5 eine Draufsicht der Radaufhängung gemäß Fig. 8.

In Fig. 1 ist ein Radführungselement dargestellt, das die Funktion eines Querlenkers 18 erfüllt. Die Anordnung eines Querlenkers in einer Radaufhängung eines Vorderrades ist aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich. Das Radführungselement 1 weist zwei Lager­ stellen 2a, 2b auf, die in Fahrzeuglängsrichtung hintereinanderliegend angeordnet sind und die eine Schwenkbewegung des Radführungselements 1 zur Karosserie 5 um eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Achse zulassen. Das Radführungselement 1 weist ferner ein Kugelgelenk mit einem etwa vertikal nach oben sich erstreckenden Zapfen 4 auf, über den es mit einem Radträger für beispielsweise ein gelenktes und angetrie­ benes Vorderrad eines Kraftfahrzeugs verbunden ist.

In Draufsicht ist das Radführungselement 1 in etwa T-för­ mig ausgebildet, wobei die Lagerstelle 2a am rechten Ende des Querbalkens und der Zapfen 4 am anderen, linken Ende des Querbalkens angeordnet ist. Die Lagerstelle 2b ist nach rechts versetzt am unteren Ende des Längsbalkens angeordnet.

Der Querlenker 18 ist einteilig aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Der Querlenker 18 kann aus Strängen aus faserigem Material in mehreren übereinanderliegenden Lagen hergestellt werden. Die Stränge können aus jedem geeigneten faserigen Material bestehen. Es können Kunststoffasern, Mineralfasern, wie z. B. Glasfasern, Metallfasern, wie z.B. Stahldraht, Kohlenstoff- oder Graphitfasern oder Whisker verwendet werden. Vor dem Aufeinanderlegen oder Wickeln um Kerne für die Lagerstellen 2a, 2b werden die Stränge mit einem flüssigen, härtbaren Harz imprägniert, beispiels­ weise einem Polyester- oder Epoxydharz. Während eines Formvorganges, mit dem der Querlenker 18 unter Druck seine Form erhält, wird durch die Einwirkung von Wärme das Harz gehärtet, wodurch die endgültige Form, ihre feste und elastische Struktur erhalten wird. Der Härtevorgang kann auch im Vakuum erfolgen.

Der Querlenker 18 weist Bereiche großer Steifigkeit und Bereiche geringer Steifigkeit auf. Die Bereiche großer Steifigkeit tragen die Lagerstellen 2a, 2b. Die Bereiche geringer Steifigkeit finden sich an einem Element, welches richtungsabhängig unterschiedliche Stei­ figkeit aufweist und welches als in Fahrzeugquerrichtung und etwa horizontal sich erstreckender Federstab 20 ausgebildet ist. Der Federstab 20 ist ein Fortsatz des faserverstärkten Kunststoffkörpers und weist an seinem freien Ende den Anlenkpunkt für den Radträger, das Kugelgelenk mit dem Zapfen 4, auf, das als metallisches Bauteil an dem faserverstärkten Kunststoffkörper veran­ kert ist. Der Federstab 20 hat einen rechteckigen Querschnitt, der unterschiedliche Steifigkeit in Fahr­ zeuglängsrichtung und in Vertikalrichtung zuläßt. In Fahrzeugquerrichtung ist der Federstab 20 starr.

In Längsrichtung zu beiden Seiten des Federstabs 20 sind Bereiche großer Steifigkeit in Form von zwei quer zur Fahrzeuglängsrichtung und horizontal sich erstreckenden, einen Winkel zwischen sich einschließenden Anschlag­ leisten 21, 22 vorgesehen. Die Anschlagleisten 21, 22 weisen vertikal verlaufende Anschlagflächen 23, 24 auf, die unter Bildung je eines keilförmigen Spalts dem Federstab 20 gegenüberliegen und die dessen elastische Nachgiebigkeit in Fahrzeuglängsrichtung begrenzen. Die Dicke des Federstabs 20 in Vertikalrichtung ist geringer als die des restlichen Kunststoffkörpers. Falls erforder­ lich, können die Anschlagleisten 21, 22 metallische Bauteile als Stützelemente zur Erhöhung der Steifigkeit aufweisen; diese können entweder im Inneren des Kunst­ stoffkörpers oder an der Oberfläche vorgesehen sein.

Unter der Annahme, daß am Zapfen 4 keine Kräfte wirksam sind, daß also der Federstab 20 nicht elastisch in Längsrichtung verformt ist, ist die Ebene, in der sich der Zapfen 4 bei einer Schwenkbewegung des Querlenkers um die Achse 3 bewegt, wohl definiert. Bei Beanspruchungen in den Richtungen A kann sich der Abstützpunkt für den Radträger unter elastischer Verformung des Federstabes 20 in Längsrichtung auf einer gekrümmten Bahn aus dieser Ebene herausbewegen. Die Querschnittsgestaltung des Fe­ derstabes 20 und die Spaltgeometrie bestimmen dabei die Längsnachgiebigkeit; der Spalt kann beispielsweise eine in Fahrzeugquerrichtung nicht linear zunehmende Breite aufweisen. Die Anschlagflächen 23, 24 begrenzen die Verformung des Federstabes in Längsrichtung.

In Fahrzeugquerrichtung wirkt der Federstab 20 als starre Strebe, die den Radträger mit der Karosserie 5 verbindet.

Infolge seiner Schwenkbeweglichkeit um die Achse 3 kann der Querlenker ohne Aufbringung von Federkräften den Ein- bzw. Ausfederbewegungen des Rades folgen. Blockiert man die Schwenkbewegung um die Achse 3, so ergibt sich aufgrund der Nachgiebigkeit des Federstabs 20 in Verti­ kalrichtung eine Zusammenschaltung der Federwirkung der Fahrzeugfeder und/oder des Federstabes 20.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Ausführungsform gemäß Fig. 1, bei der die beiden Anschlagleisten 21, 22 an ihrem in Querrichtung äußeren Ende von einer metallischen Spange 25 umschlossen sind, die als ein die beiden Anschlag­ leisten 21 und 22 koppelnder Zuganker wirksam ist. Mit einfachen Mitteln ist somit die Steifigkeit der beiden Anschlagleisten 22, 23 auf das Doppelte erhöht.

In Fig. 3 ist ein Radführungselement 1 dargestellt, das aus einem Federstab 26 aus einem faserverstärkten Kunst­ stoff oder aus einem faserverstärkten Kunststoff-Metall- Verbund sowie aus einem Metallbauteil 27 aufgebaut ist. Die Fahrzeuglängsrichtung ist durch die Pfeile A defi­ niert, die Vertikalrichtung durch B. Der Federstab 26 erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung und etwa horizon­ tal. Das Metallbauteil 27 ist zusammen mit einem Ende des Federstabes 26 starr an einem Teil der Karosserie 5 befestigt. Die Befestigung kann z.B. durch Schraubverbin­ dungen erfolgen; das Metallbauteil 27 und der Federstab 26 weisen deshalb Durchgangsbohrungen für Befestigungs­ schrauben auf.

An seinem der Befestigungsstelle 28 abgewandten Ende weist der Federstab 26 einen Anlenkpunkt 30 auf, an dem er mit einem nicht dargestellten Radträger verbindbar ist. Der Federstab 26 hat einen etwa rechteckigen Querschnitt, der sich mit zunehmendem Abstand von der Befestigungsstelle 28 zum Radträger hin verkleinert.

Das Metallbauteil 27 ist im Bereich seiner Befestigung als Hohlprofil 29 mit rechteckigem Querschnitt ausgebil­ det und umgibt den Federstab 26 formschlüssig. Im Anschluß an die Befestigungsstelle 28 ist das Hohlprofil 29 an der Ober- und der Unterseite offen, so daß nur noch die Seitenwände 31, 32 vorhanden sind. Die Seitenwände 31, 32 wirken als Anschlagleisten für den Federstab 26. Sie erstrecken sich zu beiden Seiten des Federstabes 26 und weisen vertikal ausgerichtete Anschlagflächen 33, 34 auf.

Der Federstab 26 ist je nach Belastung in Vertikalrich­ tung und in Fahrzeuglängsrichtung elastisch verformbar, während er in Fahrzeugquerrichtung aufgrund seiner großen Steifigkeit als starr zu betrachten ist. Die gekrümmten Linien c geben den Weg an, den der Anlenkpunkt 30 für den Radträger bei sich nur in Vertikalrichtung verändernder Belastung zurücklegt, während die Linien d Wege bei konstanter Belastung in Vertikalrichtung und sich verän­ dernder Belastung in Fahrzeuglängsrichtung kennzeichnen. Der Linienzug e gibt Grenzen für die Bewegungen des Anlenkpunktes 30 an. Welche Lage der Anlenkpunkt 30 innerhalb des Linienzuges e bei vorgegebener Belastung annimmt, hängt von den vorgegebenen Querschnittsab­ messungen des Federstabs 26 ab. Die Anschlagflächen 33, 34 begrenzen die Verformung des Federstabes 26 in Fahrzeuglängsrichtung auf einen maximalen Wert. Die elastische Verformbarkeit des Federstabs 26 in der Vertikalrichtung längs z.B. der Linie c kann so ausgelegt sein, daß der Federstab 26 die Fahrzeugfeder für das Ein- und Ausfedern des Rades bildet; es kann aber auch zusätzlich ein herkömmliches Federelement, wie beispiels­ weise das Federelement 41 in Fig. 4, zusammen mit dem Federstab 26 vorgesehen werden.

In den Fig. 4 und 5 ist die Anordnung eines im wesentlichen dem Radführungselement nach Fig. 3 ent­ sprechenden Radführungselements 36 in der Radaufhängung eines über Gelenkwellen 37 angetriebenen, gelenkten Vorderrades 38 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Das Radführungselement 36 ist einerseits mit der Karosserie 5 und andererseits über ein Kugelgelenk 35 mit dem Radträ­ ger 39 verbunden. Der Radträger 39 ist weiter über ein Federbein 40 mit einem Federelement 41 an der Karosserie 5 abgestützt. Am Federbein 40 greift über einen Spurstangen­ hebel 42 die Spurstange 43 eines Lenkgetriebes an.

Das Radführungselement 36 weist im Unterschied zur Dar­ stellung in Fig. 1 ein geschlossenes Hohlprofil 44 mit zwei weiteren, ober- und unterhalb des Federstabes 45 angeordneten Anschlagleisten 46, 47 auf, die die Verfor­ mung des Federstabes 45 in Vertikalrichtung begrenzen. Das Hohlprofil 44 umschließt das Befestigungsende des Feder­ stabes 45 spielfrei und ist zur Mitte des Federstabes 45 hin trichterförmig erweitert. Der Öffnungswinkel der trichterförmigen Erweiterung ist in vertikaler Richtung erheblich größer, als in horizontaler Richtung. Durch diese Ausbildung bewirkt das Hohlprofil 44 bei einer Verformung des Federstabes 45 in Fahrzeuglängsrichtung und in vertikaler Richtung eine Erhöhung der Verformungsstei­ figkeit bei Überschreiten eines bestimmten Verformungswe­ ges, der durch den Zwischenraum zwischen dem Federstab 45 und den Anschlagleisten 46, 47 in Vertikalrichtung sowie den Anschlagleisten 48, 49 in Horizontalrichtung definiert ist. Während in Horizontalrichtung die Anschlagleisten 48, 49 dafür sorgen, daß die Bewegungen des Vorderrades 38 in Fahrzeuglängsrichtung gegenüber der Karosserie 5 eine bestimmte Größenordnung nicht überschreiten, sorgen die Anschlagleisten 46, 47 für eine Progression der durch den Federstab 45 und das Federelement 41 gebildeten Gesamt- Federwirkung der Federung des Vorderrades 38.

Das Hohlprofil 44 ist gemeinsam mit dem Federstab 45 mit Befestigungsschrauben an der Karosserie 5 befestigt. Das Hohlprofil 44 ist dabei durch einen Querträger 50 mit dem Hohlprofil der anderen Fahrzeugseite verbunden, wodurch ein Hilfsrahmen gebildet wird, der die an den Federstäben auftretenden Kräfte aufnimmt und die Karosserie zusätzlich versteift.

Mit den verschiedenen Ausführungsformen von nach der Lehre der Erfindung gestalteten Radführungselementen lassen sich definierte Nachgiebigkeiten der Radaufhängung in Fahrzeug­ längsrichtung erzielen, die zu einer Verbesserung des Fahrkomforts führen. Weiterhin läßt sich bei angetriebenen Fahrzeugrädern auf diese Weise die Geometrie der Radfüh­ rung in Abhängigkeit von der Belastung verändern und damit das Fahrverhalten verbessern. Insbesondere bei angetrie­ benen Vorderrädern läßt sich auf diese Weise eine lastab­ hängige Veränderung der Lenkgeometrie erreichen. Die durch die verschiedenen Anschlagmittel erreichte Erhöhung der Steifigkeit der Radführungselemente dient zur Aufnahme der verhältnismäßig hohen Brems- und Anfahrkräfte und sorgt dafür, daß die Radbewegungen in Fahrzeuglängsrichtung bestimmte Grenzen nicht überschreiten.

Claims (5)

1. Radaufhängung für Fahrzeuge mit einem Querlenker, der einen mit der Karosserie verbundenen Bereich großer Steifigkeit mit zwei sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung, horizontal erstreckenden Anschlagleisten und zwischen den Anschlagleisten einen mit einem Radträger verbundenen Federstab aufweist, der zumindest in Fahrzeuglängsrichtung begrenzt verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich großer Steifigkeit, die Anschlagleisten (21, 22) und der Federstab (20) des Querlenkers (18) einteilig aus einem faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.

2. Radaufhängung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich großer Steifigkeit des Querlenkers (1, 36) ein Hohlprofil (27, 44) aufweist, das den aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Federstab (26, 45) teilweise umgreift und dessen Wände die Anschlagleisten (31, 32, 48, 49) bilden, wobei das Hohlprofil (27, 44) und der Federstab (26, 45) starr an der Karosserie (5) befestigt sind.

3. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit des Federstabs (20, 26, 45) in Fahrzeuglängsrichtung (A), in Vertikalrichtung (B) und in Fahrzeugquerrichtung unterschiedlich ist.

4. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Hohlprofil (44) zwei weitere quer zur Fahrzeuglängsrichtung (A) unter Winkeln zur Horizontalen sich erstreckende, einen Winkel zwischen sich einschließende Anschlagleisten (46, 47) mit Anschlagflächen zur Begrenzung der vertikalen Verformung des Federstabs (45) vorgesehen sind.

5. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlprofile (44) zweier gegenüberliegender Fahrzeugseiten durch einen Querträger (50) starr miteinander verbunden sind.