DE3743450A1

DE3743450A1 - Radaufhaengung

Info

Publication number: DE3743450A1
Application number: DE19873743450
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Ing Muhr; Leo Dipl Ing Schnaubelt
Original assignee: Muhr und Bender KG
Current assignee: Muhr und Bender KG
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1989-06-29
Also published as: JP2642163B2; US4903985A; JPH01156119A; ATE69015T1; DE3743450C2; EP0319651A3; EP0319651A2; ES2026608T3; EP0319651B1; DE3865953D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung mit einem einerseits mit der Karosserie und andererseits mit dem Rad verbundenen, eine Schrauben druckfeder (= Tragfeder) und einen Stoßdämpfer aufweisenden Federbein und mit einem Querlenker. Die Erfindung betrifft auch eine Schrauben druckfeder, insbesondere für eine Radaufhängung der zuvor beschriebe nen Art.

Bei Radaufhängungen der eingangs beschriebenen Art, häufig auch McPherson- Achse genannt, ist der bei ansonsten üblichen Radaufhängungen vorhandene obere Querlenker durch ein langhubiges Federbein ersetzt (siehe Lueger "Lexikon der Technik", Band 12 "Lexikon der Fahrzeugtechnik", 1967 Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Stuttgart, Seite 425).

Schraubendruckfedern werden stets so ausgeführt, daß die Federmittelli nie eine Gerade ist; Abweichungen hiervon sind unbeabsichtigt, ferti gungsbedingt und nach Norm toleriert (siehe DIN 2096, Teil 2, Abschnitt 8). Dabei fällt die Federkraftwirkungslinie mit der Federmittellinie zusam men.

Bei Radaufhängungen der Art, von der die Erfindung ausgeht, kann die Schraubendruckfeder zunächst konzentrisch zur Stoßdämpferachse angeord net sein. Dabei muß dann die gesamte am oberen Abstützpunkt, also an der Karosserie auftretende Querkraft von der Kolbenstange des Stoßdämpfers aufgenommen werden. Das hat erhebliche Reibungskräfte am Kolben des Stoßdämpfers und infolgedessen eine ruckelnde Einfederung und Ausfede rung zur Folge.

Um die auf die Kolbenstange des Stoßdämpfers wirkenden Querkräfte zu reduzieren, baut man seit längerer Zeit die Schraubendruckfeder so in das Federbein ein, daß die Federkraftwirkungslinie mit der Stoßdämpfer achse einen spitzen Winkel bildet. Im Idealfall müßte der Winkel zwischen der Federkraftwirkungslinie der Schraubendruckfeder und der Stoßdämpfer achse dem Winkel zwischen der Abstützwirkungslinie und der Stoßdämpfer achse entsprechen. Dann wäre im normal belasteten Zustand die Kolben stange des Stoßdämpfers weitgehend querkraftfrei. Nur beim Einfedern oder Ausfedern - um die statische Gleichgewichtslage = normal belaste ter Zustand - würden Querkräfte auftreten. Im allgemeinen kann je doch der Winkel zwischen der Federkraftwirkungslinie der Schrauben druckfeder und der Stoßdämpferachse nur kleiner als der Winkel zwischen der Abstützwirkungslinie und der Stoßdämpferachse realisiert werden, da die Durchgängigkeit des Stoßdämpfers durch die Schraubendruckfeder und eine hinreichende Freigängigkeit des Rades noch gewährleistet sein müssen.

Durch die ständige Verbreiterung der Reifen und die damit verbundene Ver lagerung des Radaufstandspunktes nach außen treten immer größere Winkel zwischen der Abstützwirkungslinie und der Stoßdämpferachse auf, auf die die Federkraftwirkungslinie eingestellt werden müßte, wenn im normal belasteten Zustand die Kolbenstange des Stoßdämpfers querkraftfrei sein soll.

Da nun aus den weiter oben dargelegten Gründen die Schraubendruckfeder in bezug auf die Stoßdämpferachse nicht so schräg gestellt werden kann, wie das eigentlich wünschenswert wäre, hat man bereits die Federkraft wirkungslinie gegenüber der Federmittellinie verschoben, und zwar durch Schrägstellung einer Endwindung oder beider Endwindungen, durch Ver dickung der Endwindungen, durch Schrägstellung der Federteller oder durch Kombinationen der vorbeschriebenen Maßnahmen. Damit kann in Gren zen erreicht werden, daß die Federkraftwirkungslinie am unteren Ende der Schraubendruckfeder weiter außen liegt als die Federmittellinie, während die Federkraftwirkungslinie und die Federmittellinie am oberen Ende der Schraubendruckfeder durch den Abstützpunkt gehen. Dabei ist jedoch noch unbefriedigend, daß der erreichbare Winkel zwischen der Fe derkraftwirkungslinie und der Stoßdämpferachse immer noch nicht aus reicht und daß die Schraubendruckfeder im mittleren Arbeitsbereich beim Einfedern und Ausfedern zu Windungsberührungen und zum Ausbeulen neigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Beitrag zur Lösung der zuvor aufgezeigten Probleme zu leisten, nämlich eine Radauf hängung bzw. eine für eine solche Radaufhängung geeignete Schrauben druckfeder anzugeben, bei der bzw. mit der an der Kolbenstange des Stoßdämpfers auftretende Querkräfte noch weitgehender eliminiert sind bzw. werden können.

Die erfindungsgemäße Radaufhängung, bei der die zuvor aufgezeigte Auf gabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekenn zeichnet, daß die Schraubendruckfeder im unbelasteten Zustand eine ge krümmte Federmittellinie aufweist. Dabei kann die Federmittellinie nur in einer Ebene gekrümmt sein, sie kann jedoch auch in mehr als einer Ebene gekrümmt sein.

Durch die Lehre der Erfindung - gekrümmte Federmittellinie - werden, ins besondere in Verbindung mit entsprechender Gestaltung einer Endwindung oder beider Endwindungen und/oder entsprechender Gestaltung der der Krafteinleitung dienenden Federteller, Querkräfte bzw. Momente einge leitet, die dazu führen, daß bei ansonsten gleicher Geometrie von Fe derbein und Querlenker geringere Querkräfte auf den Stoßdämpfer wirken.

Wie einleitend ausgeführt, betrifft die Erfindung auch eine Schrauben druckfeder, insbesondere für eine Radaufhängung der einleitend grund sätzlich beschriebenen Art. Diese Schraubendruckfeder ist erfindungs gemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie im unbelasteten Zustand eine ge krümmte Federmittellinie aufweist.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungs beispiele darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine grafische Darstellung zur Erläuterung einer Radaufhän gung der in Rede stehenden Art und der dabei auftretenden Querkraft,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer in gewisser Weise idealen, d. h. querkraftfreien Radaufhängung,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung mit schräger ge stellter Schraubendruckfeder, ergänzt um die Verhältnisse bei einem besonders breiten Reifen,

Fig. 4 eine der Fig. 3 - besonders breiter Reifen - entsprechende Darstellung mit einer Schraubendruckfeder mit schräg gestell ten Endwindungen,

Fig. 5 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schrauben druckfeder für eine erfindungsgemäße Radaufhängung und

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schrauben druckfeder für eine erfindungsgemäße Radaufhängung.

Zu der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Radaufhängung gehört ein einer seits mit der Karosserie 1 und andererseits mit dem Rad 2 verbundenes, eine Schraubendruckfeder 3 und einen Stoßdämpfer 4 aufweisendes Feder bein 5 sowie ein Querlenker 6.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, stellt sich zwischen verschiedenen Kräf ten ein Kräftegleichgewicht ein, nämlich zwischen der Radaufstandskraft F _A, der Querlenkerkraft F _L, der Karosserieabstützkraft F, der Schrauben druckfederkraft F _F und der Querkraft F _Q. Die unerwünschte, von der Kol benstange 8 des Stoßdämpfers 4 aufzunehmende und zu Reibungskräften am Kolben des Stoßdämpfers 4 führende Querkraft F _Q resultiert daraus, daß der Winkel α zwischen der Federkraftwirkungslinie 9 der Schraubendruck feder 3 und der Stoßdämpferachse 10 einerseits und der Winkel β zwischen der Abstützwirkungslinie 11 und der Stoßdämpferachse 10 andererseits nicht gleich sind, die Federkraftwirkungslinie 9 und die Abstützwirkungs linie 11 also nicht zusammenfallen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Radaufhängung, die wie die in Fig. 1 dar gestellte Radaufhängung zum Stand der Technik gehört, sind der Winkel α zwischen der Federkraftwirkungslinie 9 der Schraubendruckfeder 3 und der Stoßdämpferachse 10 einerseits und der Winkel β zwischen der Ab stützwirkungslinie 11 und der Stoßdämpferachse 10 andererseits gleich, die Federkraftwirkungslinie 9 und die Abstützwirkungslinie 11 fallen also zusammen. Daraus resultiert, daß die Schraubendruckfederkraft F _F und die Karosserieabstützkraft F gleich sind, die Querkraft F _Q also Null ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Verhältnisse bei einer Radaufhängung für ein Rad 2 mit besonders breitem Reifen. Würde hier, wie das in Fig. 3 dargestellt ist, die Schraubendruckfeder 3 so stark schräggestellt, daß wiederum die Federkraftwirkungslinie 9 und die Abstützwirkungslinie 11 zusammenfallen, damit keine Querkraft F _Q auftritt, so wäre die Durch gängigkeit des Stoßdämpfers 4 durch die Schraubendruckfeder 3 und eine hinreichende Freigängigkeit des Rades 2 nicht gewährleistet. Außerdem würde die Schraubendruckfeder 3 im mittleren Arbeitsbereich beim Ein federn und Ausfedern zu Windungsberührungen und zum Ausbeulen neigen. Realisierbar sind deshalb nur die in Fig. 4 dargestellten Verhältnisse, bei denen der Winkel α zwischen der Federkraftwirkungslinie 9 und der Stoßdämpferachse 10 einerseits und der Winkel β zwischen der Abstütz wirkungslinie 11 und der Stoßdämpferachse 10 andererseits nicht gleich sind, die Federkraftwirkungslinie 9 und die Abstützwirkungslinie 11 also nicht zusammenfallen. Es verbleibt also eine unerwünschte Querkraft F _Q.

Die Fig. 5 und 6 zeigen nun Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schrau bendruckfedern 3 für erfindungsgemäße Radaufhängungen. Gemeinsam ist beiden Ausführungsformen, daß im unbelasteten, im oberen Teil der Fig. 5 und 6 dargestellten Zustand die Federmittellinie 7 gekrümmt ist. Dar gestellt sind Ausführungsformen, bei denen die Federmittellinie 7 nur in einer Ebene gekrümmt ist. Denkbar sind jedoch auch Ausführungsformen, bei denen die Federmittellinie 7 in mehr als einer Ebene gekrümmt ist.

Durch die Lehre der Erfindung - gekrümmte Federmittellinie 7 - werden Querkräfte F _X, F _Y bzw. Momente M _O, M _U eingeleitet, die dazu führen, daß die Federkraftwirkungslinie 9 nicht mit der Federmittellinie 7 zu sammenfällt. Daraus resultiert, daß bei ansonsten gleicher Geometrie von Federbein 5 und Querlenker 6 geringere Querkräfte F _O auftreten bzw. Querkräfte F _Q verhindert werden können.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Krümmungsradius der Feder mittellinie 7 konstant. Das führt zu einer Parallelverschiebung zwischen der Federkraftwirkungslinie 9 und der Federmittellinie 7. Im Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 6 ist demgegenüber der Krümmungsradius der Fe dermittellinie 7 nicht konstant. Das führt dazu, daß die Federkraftwir kungslinie 9 unter einem spitzen Winkel zur Federmittellinie 7 verläuft.

Während im oberen Teil der Fig. 5 und 6 die erfindungsgemäße Schrauben druckfeder 3 jeweils im unbelasteten Zustand dargestellt ist, zeigen die Fig. 5 und 6 im unteren Teil jeweils den belasteten Zustand, und zwar den normal belasteten Zustand, d. h. den Ausgangspunkt für den mittleren Arbeitsbereich. Die Schraubendruckfedern 3 sind also insge samt so dimensioniert, daß sie im belasteten Zustand, also im mittle ren Arbeitsbereich, zumindest angenähert Zylinderform haben. Insbeson dere ist die Dimensionierung so gewählt, daß die Schraubendruckfeder 3 im gesamten Arbeitsbereich beim Einfedern und Ausfedern keine Windungs berührungen aufweist und nicht zu unzulässigem Ausbeulen neigt.

Die im unteren Teil der Fig. 5 und 6 links eingezeichnete Federkraft wirkungslinie 9 mit der Schraubendruckfederkraft F _F resultiert aus der Zentralkraft F _Z und den Momenten M _O und M _U bzw. aus der Zentralkraft F _Z, den Querkräften F _X und F _Y sowie den Momenten M _O und M _U.

Claims

1. Radaufhängung mit einem einerseits mit der Karosserie und andererseits mit dem Rad verbundenen, eine Schraubendruckfeder (= Tragfeder) und ei nen Stoßdämpfer aufweisenden Federbein und mit einem Querlenker, da durch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfe der (3) im unbelasteten Zustand eine gekrümmte Federmittellinie (7) aufweist.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe dermittellinie (7) nur in einer Ebene gekrümmt ist.

3. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe dermittellinie (7) in mehr als einer Ebene gekrümmt ist.

4. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß der Krümmungsradius der Federmittellinie (7) konstant ist.

5. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß der Krümmungsradius der Federmittellinie (7) nicht konstant ist, vorzugsweise von Punkt zu Punkt unterschiedlich ist.

6. Radaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe dermittellinie (7) einen etwa S-förmigen Verlauf hat.

7. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß die Schraubendruckfeder (3) im belasteten Zustand, vorzugs weise im mittleren Arbeitsbereich, zumindest angenähert Zylinderform hat.

8. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß die Schraubendruckfeder (3) im gesamten Arbeitsbereich beim Einfedern und Ausfedern keine Windungsberührungen aufweist.

9. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Schraubendruckfeder (3) im gesamten Arbeitsbereich beim Einfedern und Ausfedern nicht zu unzulässigem Ausbeulen neigt.

10. Schraubendruckfeder, insbesondere für eine Radaufhängung mit einem einerseits mit der Karosserie und andererseits mit dem Rad verbundenen, die Schraubendruckfeder und einen Stoßdämpfer aufweisenden Federbein und mit einem Querlenker, dadurch gekennzeichnet, daß sie im unbelasteten Zustand eine gekrümmte Federmittellinie (7) aufweist.

11. Schraubendruckfeder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittellinie (7) nur in einer Ebene gekrümmt ist.

12. Schraubendruckfeder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittellinie (7) in mehr als einer Ebene gekrümmt ist.

13. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Federmittellinie (7) konstant ist.

14. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Federmittellinie (7) nicht konstant ist, vorzugsweise von Punkt zu Punkt unterschiedlich ist.

15. Schraubendruckfeder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittellinie (7) einen etwa S-förmigen Verlauf hat.

16. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß sie im belasteten Zustand, vorzugsweise im mittleren Arbeitsbereich, zumindest angenähert Zylinderform hat.

17. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, daß sie im gesamten Arbeitsbereich beim Einfedern und Ausfedern keine Windungsberührungen aufweist.

18. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, daß sie im gesamten Arbeitsbereich beim Einfedern und Ausfedern nicht zu unzulässigem Ausbeulen neigt.