DE3635232A1

DE3635232A1 - Federungssystem fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3635232A1
Application number: DE19863635232
Authority: DE
Inventors: Gunnar Brinkmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-16
Filing date: 1986-10-16
Publication date: 1988-04-28

Description

Der Stand der Technik

Im Automobilbau werden bis heute die Feder- und Dämpfer-Elemente direkt von den radführenden Teilen (Achsen, Dreieckslenker, . . .) angesteuert. Ein von einem linearen Zusammenhang zwischen Federkraft und Einfederungsweg abweichendes Federungsverhalten ist nur durch aufwendige Feder- und Dämpfer-Elemente zu erzielen und das auch nur in stark eingeschänktem Maße. Für Fahrwerksmanipulationen (wie z. B. weicheres oder härteres Federungsverhalten oder Absenken der Karosserie), die ohne Austauschen von Teilen vorgenommen werden sollen, gilt ähnliches, noch mit der zusätzlichen Einschränkung, daß teilweise ein konstant bleibendes Federungs/Dämpfungs-Verhältnis nicht gewährleistet ist.

Bei Motorrädern ist die Entwicklung einen Schritt weiter: Mit Hilfe von Hebelumlenkungen wie Monocross (Yamaha), Pro-Link (Honda) usw. sind auch progressive Hinterradfederungen möglich. Die Klasse der hierdurch zu verwirklichenden Funktionen F(S) (wobei F die vom Einfederungsweg S abhängige Rückstellkraft bezeichnet) ist jedoch ebenfalls starken Einschränkungen unterworfen. Eine speziell bei Motorrädern sehr wichtige "einfache" Fahrwerksmanipulation, nämlich die Anpassung an den 2-Personen-Betrieb wird jedoch im Regelfall immer noch durch ähnlich untaugliche Maßnahmen, wie Erhöhung der Federvorspannung versucht. Bei diesen Maßnahmen bleibt das Feder/ Dämpfer-Verhältnis jedoch nicht konstant, was dazu führt, daß (speziell bei leichteren Motorrädern) die Dämpfung oft überlastet ist und das Motorrad sich aufschaukelt. Da die Erhöhung der Rückstellkraft nur in einem relativ bescheidenen Maße möglich ist, neigen stark beladene Motorräder auch oft zum Durchschlagen der Federung.

Das neue Verfahren

Das von mir zum Patent angemeldete Verfahren unterscheidet sich von den bisher gebräuchlichen dadurch, daß das Federungsverhalten durch einen auf einer Führungsschiene F _s rollenden oder gleitenden Führungskörper F _k gesteuert wird. Ziel ist die Verwirklichung von Federungscharakteristiken F(S), die ein besseres Ansprechen im mittleren Federungsbereich bei gleichzeitig erhöhter Durchschlagfestigkeit bieten, sowie die Möglichkeit einer schnellen und präzisen Anpassung der Federung an sich ändernde Umstände (Fahrbahn, Geschwindigkeit, Beladungszustand, . . .). Es gibt mehrere von der Arbeitsweise her identische, vom speziellen Aufbau her jedoch unterschiedliche, Möglichkeiten, das Hauptprinzip zu verwirklichen. Die Fig. 1 bis 4 veranschaulichen einige dieser Möglichkeiten am Beispiel einer Motorrad-Hinterrad-Federung, bei der F _k als Rolle ausgelegt ist.

Um eine unnötig ausschweifende Beschreibung zu vermeiden, erkläre ich das Arbeitsprinzip nur anhand der in Fig. 5 präzisierten Fig. 1. Die anderen Verwirklichungsmöglichkeiten arbeiten völlig analog. Bei allen Verwirklichungsmöglichkeiten ist ein unterer Federungsanschlag FA nötig.

Es ist sofort zu erkennen, daß die vom Federbein FB auf die Schwinge S ausgeübte Kraft abhängig ist von der Steigung der Tangente an F _s im Berührungspunkt mit F _k und den hierdurch mitbestimmten Winkeln zwischen Federbein und Tangente bzw. Abstützhebel H und Tangente. Der Winkel zwischen H und der Schwinge geht ebenfalls in die Rechnung ein. Elementargeometrische Überlegungen liefern (mit der Notation aus der Zeichnung) für den Gleichgewichtszustand (wobei F₁ die vom Federbein ausgeübte und F₂ die senkrecht auf die Schwinge im Anlenkpunkt ausgeübte Kraft bezeichnet):

F₁ cos (β-a₂)=F₁ sin α₁ cos (α₁-α-β )

Wird das System in einer mit einem Koordinatensystem versehenen Ebene betrachtet, so kann durch Berechnung der Kurve y(x), die der Verbindungspunkt zwischen H und dem Federbein in der Ebene beschreibt, die zur Verwirklichung einer vorgegebenen Federungscharakteristik F(S) nötige Form der Führungsschiene bestimmt werden.

Eine kurze Beschäftigung mit dem Verfahren liefert schnell, daß, falls folgende Parameter geeignet gewählt werden, praktisch jede beschränkte, stetig differenzierbare und auf einem hinreichend kleinen Intervall [0, S _max] definierte Funktion F(S) als Federungscharakteristik auszuführen ist:

E= Maximal mögliche Energieaufnahme des Federbeins (nur der Feder zugeführte Energie)l₁= Federweg des Federbeins l₂= Länge des Abstützhebels H r= Abrollradius von F _k

Die Klasse der in der Praxis interessanten Funktionen ist natürlich erheblich kleiner (strenge Monotonie ist z. B. eine triviale Voraussetzung an F(S)). Diese Funktionen können im allgemeinen mit technisch "vernünftigen" Werten der Parameter realisiert werden.

Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Federungssystemen

a.) Jede "gewünschte" Federungscharakteristik ist realisierbar.
b.) Innerhalb gewisser (für die Praxis nicht relevanter) Grenzen gilt: Ist F(S) mit den Parametern E, l₁, l₂, r realisierbar, so auch mit E′ E, l₁′ l₁, l₂′ l₂, r′ r. Sollen in einem Fahrzeug abwechselnd die Federverhalten F₁ . . . F _n erzielt werden, wobei F _i mit E _i , l _1,i , l _2,i , r _i zu verwirklichen ist, so kann bei Wahl von E=max_i{E _i}, l₁=max_i{l _1,i}, l₂=max_i{l _2,l}, r=min_i{ri} im Regelfall allein durch Austauschen von F₂ unter Beibehaltung der Anlenkpunkte eine Umstellung des gesamten Federungsverhaltens erzielt werden, was zum Beispiel beim Ralleysport, Moto-Cross oder Trial eine schnelle und exakte Anpassung an verschiedene Strecken ermöglicht.
c.) Bezeichnet A eine senkrecht zu der Ebene von F _s verlaufende Achse, so kann eine weitgehende Veränderung des Federungsverhaltens allein durch Drehung von F _s um A erfolgen. Liegt A z. B. etwas "vor" dem Kontaktpunkt von F _k und F _s in voll ausgefedertem Zustand, so wird, je nach Drehrichtung, eine Verhärtung bzw. Erweichung des Federungsverhaltens über den gesamten Bereich (Die Federanschläge FA müssen federungsunabhängig direkt auf die Schwinge wirken) und "ungefährer" Beibehaltung des Federungs/Dämpfungs-Verhältnisses erzielt, die weit über eine konstante Verschiebung von F(S) hinausgeht. Mit anderen Worten: Eine fast ideale Anpassung an eine erhöhte Belastung des Fahrzeuges (z. B. 2-Personen-Betrieb auf dem Motorrad) ist leicht möglich. Liegt A z. B. durch den Kontaktpunkt in voll eingefedertem Zustand, so wird eine Absenkung bzw. Anhebung des Fahrwerks bei gleichzeitiger Beibehaltung der von der Federung aufzunehmenden Energie bewirkt.

Claims

Federungssystem für Kraftfahrzeuge mit den Möglichkeiten der schnellen und präzisen Anpassung der Federung an wechselnde äußere Verhältnisse und der Verwirklichung fast beliebiger Federungsverhalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Federungsverhalten über mindestens einen auf einer Führungsschiene F _s rollenden oder gleitenden Führungskörper F _k gesteuert wird.