DE3743451C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung mit einem einerseits mit der Ka­ rosserie und andererseits mit dem Rad verbundenen, eine Schraubendruckfe­ der (= Tragfeder) und einen Stoßdämpfer aufweisenden, radführenden Feder­ bein und mit einem Querlenker, wobei jede Windung der Schraubendruckfeder einen zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinst­ wert als Extremwerte sich ändernden Stabdurchmesser aufweist und die Ex­ tremwerte jeweils einander gegenüberliegend übereinander liegen.

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

Bei den bekannten Radaufhängungen kann die Schraubendruckfeder zunächst kon­ zentrisch zur Stoßdämpferachse angeordnet 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 ruckeln­ de Einfederung und Ausfederung zur Folge.

Um die auf die Kolbenstange des Stoßdämpfers wirkenden Querkräfte zu re­ duzieren, baut man seit längerer Zeit die Schraubendruckfeder so in das Federbein ein, daß die Federkraftwirkungslinie mit der Stoßdämpferachse einen spitzen Winkel bildet. Im Idealfall müßte der Winkel zwischen der Federkraftwirkungslinie der Schraubendruckfeder und der Stoßdämpferachse dem Winkel zwischen der Abstützwirkungslinie und der Stoßdämpferachse entsprechen. Dann wäre im normal belasteten Zustand die Kolbenstange des Stoßdämpfers weitgehend querkraftfrei. Nur beim Einfedern oder Aus­ federn - um die statische Gleichgewichtslage = normal belasteter Zu­ stand - würden Querkräfte auftreten. Im allgemeinen kann jedoch der Winkel zwischen der Federkraftwirkungslinie der Schraubendruckfeder und der Stoßdämpferachse nur kleiner als der Winkel zwischen der Abstützwirkungs­ linie und der Stoßdämpferachse realisiert werden, da die Durchgängigkeit des Stoßdämpfers durch die Schraubendruckfeder und eine hinreichende Frei­ gängigkeit des Rades noch gewährleistet sein müssen.

Durch die ständige Verbreiterung der Reifen und die damit verbundene Verla­ gerung 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 be­ lasteten Zustand die Kolbenstange des Stoßdämpfers querkraftfrei sein soll.

Bei Radaufhängungen der Art, von der die Erfindung ausgeht, sind die Feder­ kraftwirkungslinie und die Federmittellinie nicht identisch (DE-GM 70 24 634). Durch die Verwendung einer Schraubendruckfeder mit sich je Windung ändernden, unterschiedlich großen Querschnitten des Federstabes wird erreicht, daß die Federkraftwirkungslinie sich parallel zur Federmittellinie verschiebt. Auf diese Weise ist es möglich, auf das Federbein ein Biegemoment auszuüben, um die nicht unerheblichen Lagerkräfte senkrecht zur Federbeinachse am Kolben des Stoßdämpfers und an der Führung der Kolbenstange des Stoßdämpfers und damit einen vermehrten Reibungswiederstand in den teleskopischen Elementen zu vermeiden.

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 die Federkraftwirkungslinie ge­ genüber der Federmittellinie verschoben, und zwar durch Schrägstellung einer Endwindung oder beider Endwindungen, durch Verdickung der Endwin­ dungen, durch Veränderung des Windungsquerschnittes, durch Schrägstellung der Federteller oder durch Kombination der vorbeschriebenen Maßnahmen (DE-OS 34 38 591). Damit kann in Grenzen erreicht werden, daß die Feder­ kraftwirkungslinie am unteren Ende der Schraubendruckfeder weiter außen liegt als die Federmittellinie, während die Federkraftwirkungslinie und die Federmittellinie am oberen Ende der Schraubendruckfeder durch den Abstütz­ punkt gehen. Dabei ist jedoch noch unbefriedigend, daß der erreichbare Win­ kel zwischen der Federkraftwirkungslinie und der Stoßdämpferachse immer noch nicht ausreicht und daß die Schraubendruckfeder im mittleren Arbeitsbereich beim Einfedern und Ausfedern zu Windungsberührungen und zum Ausbeulen neigt.

Die zuvor allgemein erläuterte Problematik soll im folgenden noch in Verbin­ dung mit Zeichnungen ausführlicher erläutert werden; es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Radaufhängung der in Rede stehenden Art und der dabei auftretenden Querkraft,

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

Fig. 3 eine der in 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 Dar­ stellung mit einer Schraubendruckfeder mit schräg gestellten End­ windungen,

Fig. 5 eine Radaufhängung mit einer Schraubendruckfeder mit sich je Win­ dung änderndem Stabdurchmesser und

Fig. 6 in gegenüber der Fig. 5 vergrößerter Darstellung, die bei der Rad­ aufhängung nach Fig. 5 eingebaute Schraubendruckfeder.

Zu der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Radaufhängung gehört ein einerseits mit der Karosserie 1 und andererseits mit dem Rad 2 verbundenes, eine Schrau­ bendruckfeder 3 und einen Stoßdämpfer 4 aufweisendes Federbein 5 sowie ein Querlenker 6.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, stellt sich zwischen verschiedenen Kräften ein Kräftegleichgewicht ein, nämlich zwischen der Radaufstandskraft F_A, der Querlenkerkraft F_L, der Karosserieabstützkraft F, der Schraubendruckfeder­ kraft F_F und der Querkraft F_Q. Die unerwünschte, von der Kolbenstange 8 des Stoßdämpfers 4 aufzunehmende und zu Reibungskräften am Kolben des Stoßdäm­ pfers 4 führende Querkraft F_Q resultiert daraus, daß der Winkel α zwischen der Federkraftwirkungslinie 9 der Schraubendruckfeder 3 und der Stoßdämp­ ferachse 10 einerseits und der Winkel β zwischen der Abstützwirkungslinie 11 und der Stoßdämpferachse 10 andererseits nicht gleich sind, die Federkraft­ wirkungslinie 9 und die Abstützwirkungslinie 11 also nicht zusammenfallen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Radaufhängung, die wie die in Fig. 1 darge­ stellte Radaufhängung zum Stand der Technik gehört, sind der Winkel α zwi­ schen der Federkraftwirkungslinie 9 der Schraubendruckfeder 3 und der Stoß­ dämpferachse 10 einerseits und der Winkel β zwischen der Abstützwirkungs­ linie 11 und der Stoßdämpferachse 10 andererseits gleich, die Federkraft­ wirkungslinie 9 und der Abstützwirkungslinie 11 fallen also zusammen. Daraus resultiert, daß die Schraubendruckfederkraft F_F und die Karosserieabstütz­ kraft 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 schräg gestellt, daß wiederum die Feder­ kraftwirkungslinie 9 und die Abstützwirkungslinie 11 zusammenfallen, damit keine Querkraft F_Q auftritt, so wäre die Durchgängigkeit des Stoßdämpfers 4 durch die Schraubendruckfeder 3 und eine hinreichende Freigängigkeit des Ra­ des 2 nicht gewährleistet. Außerdem würde die Schraubendruckfeder 3 im mitt­ leren Arbeitsbereich beim Einfedern und beim Ausfedern zu Windungsberührun­ gen und zum Ausbeulen neigen. Realisierbar sind deshalb nur die in Fig. 4 dar­ gestellten Verhältnisse, bei denen der Winkel α zwischen der Federkraftwir­ kungslinie 9 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 Abstützwirkungslinie 11 also nicht zusammenfallen. Es verbleibt also eine unerwünschte Querkraft F_Q.

Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung einer bekannten Radaufhängung mit einer besonderen Schraubendruckfeder 3. Dabei weisen die Windungen der Schrau­ bendruckfeder 3 einen zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stabdurchmesser auf, und zwar derart, daß sich der Stabdurchmesser der Windungen je Windung genau einmal zwischen dem Kleinst­ wert, dem Größtwert und wieder dem Kleinstwert ändert (einperiodisch sich än­ dernder Stabdurchmesser).

Bei der bekannten Schraubendruckfeder 3, die in die in Fig. 5 dargestellte Radaufhängung eingebaut ist und die vergrößert in Fig. 6 dargestellt ist, ist die Änderungsfunktion des Stabdurchmessers (Änderungsfunktion des Stabdurch­ messers = Änderung des Stabdurchmessers über den Windungsumfang) bei allen Windungen gleich, - so daß einerseits die kleinsten Stabdurchmesser und an­ dererseits die größten Stabdurchmesser übereinanderliegen. Durch eine solche Anordnung der Windungen der Schraubendruckfeder 3 ist die Federkraftwirkungs­ linie 9 gegenüber der Federmittellinie 7 parallel verschoben, wie das in Fig. 6 dargestellt ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Beitrag zur Lö­ sung der zuvor aufgezeigten Probleme zu leisten, nämlich eine Radaufhängung bzw. eine für eine solche Radaufhängung geeignete Schraubendruckfeder anzu­ geben, 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 Aufgabe ge­ löst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungsfunktion des Stabdurch­ messers, d. h. die Änderung des Stabdurchmessers über den Windungsumfang von Windung zu Windung fortschreitend unterschiedliche Abweichungen zwischen dem jeweiligen Kleinstwert und dem Größtwert aufweist, so daß der kleinste Stab­ durchmesser einer Endwindung und der größte Stabdurchmesser der anderen End­ windung übereinander liegen.

Durch die Lehre der Erfindung - unterschiedliche Änderungsfunktion des Stab­ durchmessers von Windung zu Windung - werden, insbesondere in Verbindung mit entsprechender Gestaltung einer Endwindung oder beider Endwindungen und/oder entsprechender Gestaltung der der Krafteinleitung dienenden Federteller, Quer­ kräfte bzw. Momente eingeleitet, die dazu führen, daß bei ansonsten gleicher Geometrie von Federbein und Querlenker an der Kolbenstange des Stoßdämpfers geringere Querkräfte oder überhaupt keine Querkräfte auftreten.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung nochmals erläutert; es zeigt

Fig. 7 eine Schraubendruckfeder für eine erfindungsgemäße Radaufhängung.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Schraubendruckfeder 3 für eine erfindungsge­ mäße Radaufhängung weist die Änderungsfunktion des Stabdurchmessers, d. h. die Änderung des Stabdurchmessers über den Windungsumfang von Windung zu Win­ dung fortschreitend unterschiedliche Abweichungen zwischen dem jeweiligen Kleinstwert und dem Größtwert auf, so daß der kleinste Stabdurchmesser einer Endwindung 12 und der größte Stabdurchmesser der anderen Endwindung 13 über­ einander liegen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Periode des sich ändernden Stabdurchmessers entweder etwas kürzer oder etwas länger ist als ein Windungsumfang.

Durch die Lehre der Erfindung werden Querkräfte F_X, F_Y bzw. Momente M_O, M_U ein­ geleitet, die dazu führen, daß die Federkraftwirkungslinie 9 unter einem spitzen Winkel zur Federmittellinie 7 verläuft. Daraus resultiert, daß bei ansonsten gleicher Geometrie von Federbein 5 und Querlenker 6 geringere Quer­ kräfte F_Q auftreten bzw. Querkräfte F_Q verhindert werden können.

Die in Fig. 7 eingezeichnete Federkraftwirkungslinie 9 mit der Schrauben­ druckfeder 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 (2)

1. Radaufhängung mit einem einerseits mit der Karosserie und andererseits mit dem Rad verbundenen, eine Schraubendruckfeder (= Tragfeder) und einen Stoßdämpfer aufweisenden, radführenden Federbein und mit einem Querlenker, wobei jede Windung der Schraubendruckfeder einen zwischen einem Kleinst­ wert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert als Extremwerte sich än­ dernden Stabdurchmesser aufweist und die Extremwerte jeweils einander gegen­ überliegend übereinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungs­ funktion des Stabdurchmessers, d. h. die Änderung des Stabdurchmessers über den Windungsumfang, von Windung zu Windung fortschreitend unterschiedliche Abweichungen zwischen dem jeweiligen Kleinstwert und dem Größtwert aufweist, so daß der kleinste Stabdurchmesser einer Endwindung und der größte Stab­ durchmesser der anderen Endwindung übereinander liegen.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stabdurchmesser der Windung bzw. der Windungen je Windung genau einmal zwischen dem Kleinstwert, dem Größtwert und wieder dem Kleinstwert ändert.