DE3928483A1

DE3928483A1 - Fahrzeugfederung mit radaufhaengung

Info

Publication number: DE3928483A1
Application number: DE19893928483
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Individual
Current assignee: HENKER, ERICH, DR.-ING., O-9031 CHEMNITZ, DE
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1991-05-08

Description

Die Konstruktion der Fahrzeugfeder mit Radaufhängung ist von dem Erfinder in folgender Weise beschrieben worden:

Die Federung für Fahrzeuge erfolgt überwiegend durch Stahlfedern. In einzelnen Fällen werden Federn aus anderem Material wie, Elastomere, Luft oder faserverstärkte Kunststoffe verwendet. Für die Bewertung der Federung ist deren Arbeitsaufnahmevermögen ein wichtiges Kriterium, das linear vom Elastizitätsmodul und quadratisch von der zulässigen Beanspruchung (Biege-, Druck- oder Torsionsspannung) abhängig ist.

Ein weiteres Kriterium ist die Rückwirkung der Federung auf die Elastokinematik der Radaufhängung. Da die Radlast über die Fahrzeug federung in den Fahrzeugaufbau weitergeleitet wird, sind die Kräfte groß an den Krafteinleitungspunkten. Die Kräfte ändern sich infolge Fahrzeugbelastung, Fahrbahnunebenheiten aber auch infolge Fahrtrich tungs- und Geschwindigkeitsänderung (Wanken bei Kurvenfahrt, Nicken beim Beschleunigen und Bremsen). Diese Kräfte bewirken in Verbindung mit den Elastizitäten im Lenker aber besonders in den Lenkerlagern eine Verdrehung und Verschiebung der Radebene. Es sind Radaufhängungen bekannt, bei denen eine auf Biegung beanspruchte Blattfeder (Einblatt feder) aus faserverstärktem Kunststoff verwendet wird. Es sind auch Radaufhängungen bekannt, bei denen sich infolge einer Bremskraft in Verbindung mit einer Seitenkraft von außen eine Vorspur am Rad einstellt.

Die bekannten Federungen aus Stahl und aus faserverstärktem Kunst stoff haben sowohl den Nachteil, daß die höchsten Spannungen an der gegenüber Beschädigungen besonders gefährdeten Oberfläche auftreten, als auch den, daß das im Kern des Querschnittes vorhandene Werkstoff volumen nur wenig zur Aufnahme von Federungsarbeit genutzt wird. Die hinsichtlich Arbeitsaufnahmevermögen etwas günstigeren Schrauben federn haben den Nachteil, daß die Krafteinleitung an den Endwindungen über ein Druckgebirge erfolgt, deren Lage sich sowohl beim Ein- und Ausfedern als auch abhängig von den unvermeidlichen Fertigungsabwei chungen ändert. Dadurch ist bei der Schraubenfeder die Krafteinleitung in die Radaufhängung nicht eindeutig und zu einer gezielten Beein flussung der Elastokinematik wenig geeignet.

Ziel der Erfindung ist eine Feder, die in ihrem gesamten Querschnitt Arbeit aufnimmt. Sie soll in Verbindung mit einer ein größeres Über setzungsverhältnis von Federweg am Rad zu Federweg an der Feder zu lassenden Radaufhängung eingesetzt werden können. Die Feder soll sowohl hinsichtlich Angriffspunkt als auch Krafteinwirkung eindeutig auf das Rad über den das Rad führenden Lenker so wirken, daß sich das kurvenäußere Rad sowohl infolge der Einfederung als auch infolge der Seitenkraft von außen in Richtung Vorspur verdreht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Feder aus faserverstärktem Kunststoff gelöst, die vorwiegend auf Zug beansprucht wird. Sie soll sowohl einen niedrigen Elastizitätsmodul besitzen als auch hohe Zug spannungen zulassen. Der Elastizitätsmodul ist bei faserverstärkten Kunststoffen von der Faserrichtung und vom Faseranteil abhängig. Er ist wesentlich kleiner als bei Stahl. Um den Elastizitätsmodul unter Beibehaltung einer hohen Zugfestigkeit zu verkleinern, ist eine verseilte, verdrillte oder geflochtene Anordnung der Fasern in der Feder zweckmäßig.

Um Spannungsspitzen an der Übergangsstelle von der Feder zum Lenker und zum Aufbau zu vermeiden, sind Einspannungen vorgesehen, die mehrere Spannstellen aufweisen. Zwischen diesen Spannstellen verteilt sich die Elastizität in der Einspannung und in der Feder und es wird von jeder Spannstelle nur eine anteilige Kraft übertragen.

Die Feder hat im eingebauten Zustand eine eindeutige Kraftrichtung, was sowohl durch ihre Wirkung auf Zug als auch durch den kleinen Querschnitt der Feder erreicht wird. Trotz des großen Arbeitsaufnahme vermögens und des Übersetzungsverhältnisses müssen die Federn ent sprechend lang sein, da ihr Querschnitt klein ist. Es bietet sich ihre Anordnung in Fahrzeuglängsrichtung an. Bei den Einzelradauf hängungen ist der Einsatz der Federn dort möglich, wo ein biegesteifer fest mit dem Radträger verbundener Längslenker vorhanden ist, wie bei der Verbundlenkerachse, der Längslenkerachse und auch bei einigen aus mehreren Lenkern aufgebauten Radaufhängungen. Durch eine unterhalb der Lenkerdrehachse nach vorn wirkende und oberhalb nach hinten wir kende Feder bleiben trotz des großen Übersetzungsverhältnisses die Lagerkräfte im Betrag gering.

An die Kraftübertragungsstellen zwischen Feder und Aufbau und zwischen Feder und Lenker bestehen dadurch unterschiedliche Anforderungen, da beim Ein- und Ausfedern zwischen Feder und Aufbau nur ein vernach lässigbar kleiner, zwischen Feder und Lenker aber ein größerer Ver drehwinkel auftritt. Erfindungsgemäß wird das Drehgelenk zwischen Feder und Lenker durch in Kerben eingelegte Schneiden gebildet.

Die Lager des Lenkers sind elastisch. Während die Lage der Drehachse des Lenkers die Kinematik der Radaufhängung bestimmt, ist für die tatsächliche Radbewegung die Elastokinematik unter Einbeziehung der Elastizität der Lager und des Lenkers maßgebend. Sie beeinflußt das Fahrverhalten.

Wie sich am Beispiel der Längslenker- und der Verbundlenkerachse zeigen läßt, werden die Lenker mit dem Radträger ohne die Verwendung spurkorrigierender Lager so verdreht, daß sich ein ungünstiges über steuerndes Fahrverhalten ergeben kann. Erfindungsgemäß wird dem da durch entgegengesetzt, daß die Kräfte der Federn besonders beim Ein federn und bei Seitenkräften den Längslenker in Richtung Vorspur verdrehen. Die nach vorn gehende Feder greift deshalb weiter außen am Lenker an und kann etwas nach außen gerichtet sein. Auch die nach hinten gerichtete Feder kann etwas nach außen gehen, da das die Ver drehung in Richtung Vorspur noch unterstützt. In diesen Fällen ist wenigstens eines der Lenkerlager so mit einer druckbelastbaren Fläche auszubilden, daß die nach außen gerichteten Axialkräfte aufgenommen werden können.

Bilden die Kraftrichtungen der Federn einen nach unten offenen stump fen Winkel, dann kann die von der Radlast ausgehende vertikale Kom ponente in den Lenkerlagern reduziert werden.

Die Anlenkpunkte der Federn am Aufbau können erfindungsgemäß einstell bar ausgeführt sein. Eine Einstellung in Kraftrichtung ermöglicht sowohl eine Fahrzeugniveauverstellung (Wegnachstellung an Feder nach vorn und nach hinten), Vorspurvergrößerung (Wegnachstellung) nach vorn) oder Vorspurverkleinerung (Wegzurücknahme nach hinten). Die Einstellbarkeit der Kraftangriffspunkte in der vertikalen Fahrzeug querebene kann sowohl die Niveau- als auch die Vorspurverstellung noch unterstützen. Insbesondere die Einstellbarkeit in Kraftrichtung kann z. B. genutzt werden, um im normalbelasteten Zustand trotz eines Reifenschräglauffehlers (Konuseffekt und Winkelabweichung) die Achse auf minimalen Rollwiderstand einzustellen. Ein weiterer Anwendungs fall ist eine manuelle Niveauverstellung, die z. B. vor größeren Un ebenheiten vorgenommen werden kann.

Die eingebauten Zugfedern lassen sich mit einer schwingenden Saite in einem Musikinstrument vergleichen. Aus diesem Grunde können er findungsgemäß Anlagepunkte über Elaste oder Textilien am Aufbau vorge sehen werden, die diese Schwingungen dämpfen. Diese Anlagepunkte müssen so nachgiebig sein, daß sie die Spannungsverteilung über den Querschnitt der Feder nur unmerklich beeinflussen.

Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug mit Verbundlenkerachse. Das Rad 1 am Lenker 2 wird mittels der Federn 3 und 4 abgefedert. Die gesamte Verbund lenkerachse weist nur die Lagerstellen 5 und 6 auf.

Fig. 2 zeigt das Fahrgestell des Fahrzeuges mit Verbundlenkerachse im Prinzip und in der Draufsicht. Die nach vorn gerichtete Feder 3 greift weiter außen als die nach hinten gerichtete. Die Lager 5 und 6 sind so ausgebildet, daß sie Axialkräfte nach außen aufnehmen können.

Die Wirkung der Federn 3 und 4 bei Seitenkräften infolge Kurvenfahrt bei der Verbundlenkerachse ist in Fig. 3 dargestellt. Am kurven äußeren Rad wirkt die Seitenkraft F_Sa. Infolge der Seitenneigung des Aufbaus (Wanken) und der Querverschiebung des Achsenkörpers werden die Federkräfte in den Federn 3 und 4 am kurvenäußeren Rad so sehr erhöht, daß ein rechtsdrehendes Moment entsteht, das wesentlich größer ist als das linksdrehende aus Seitenkraft mal Lenkerlänge. Obwohl angenommen wird, daß das Verbindungsrohr zwischen den Lenkern biege steif und nur torsionsweich ist, da die Federkräfte ein Vielfaches der Rastlast betragen. Am kurvenäußeren Rad tritt dadurch ein Winkel β_a in Richtung Vorspur auf. Etwas anders ist es am kurveninneren Rad. Dort wirkt die Seitenneigung des Aufbaus und die Querverschiebung des Achsenkörpers mindernd auf die Federkräfte. Entsprechend klein ist die Differenz zwischen dem Moment aus den Federkräften und dem Moment aus Seitenkraft F_Si mal Lenkerlänge. Der Lenkwinkel am kurvenin neren Rad wurde deshalb in Fig. 3 vernachlässigt. Der Lenkwinkel β_a beeinflußt die Steuerungstendenz (unversteuernd) und verbessert die Seitenkraftverteilung zwischen den Rädern der Achse.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Einspannung der Feder aus faser verstärktem Kunststoff. Die Feder 3 wird an den Spannstellen 7 und 8 gehalten. Die Halbschalen 9 und 10 werden an der federseitigen Einspannung 7 mittels auf Konus gezogenem Ring 11 und auf der lenker seitigen Spannstelle 8 mittels eingerollter Glocke 12 angepreßt. In der Glocke befindet sich ein Gewinde, in das eine Schraube 13, deren Spitze sich in das Ende der Feder eindrückt, eingedreht ist. Auf die Glocke ist ein Ring mit Schneiden 14 aufgesetzt, der über einen Sprengring 15 die Kräfte vom Lenker auf die Glocke 12 überträgt.

Ein Einbaubeispiel für die Federn in ein Anhängerfahrgestell mit Radaufhängungen in Form von Längslenkern ist in Fig. 5 dargestellt in der Draufsicht. Die Wirkung entspricht im Prinzip der in Fig. 3. Da die biegesteife Verbindung, wie sie bei der Verbundlenkerachse vorhanden ist, fehlt, kann der entsprechende Lenkeffekt schon bei kleinerem Abstand zwischen den Angriffspunkten der Federn 3 und 4 erreicht werden.

Fig. 6 zeigt das gleiche Beispiel wie Fig. 5 aber von der Mitte aus und in der Seitenansicht. Aus Fig. 6 ist der Winkel α als stumpfer Winkel zwischen den Wirkungsrichtungen der Federn 3 und 4 zu entnehmen.

Des weiteren werden als Anlagen 1-6 die Originale der Zeichnungen vorgelegt, auf die sich die Patentansprüche und die Beschreibung beziehen.

Claims

1. Fahrzeugfederung für nicht gelenkte Achsen mit einer Einzelrad aufhängung, die wenigstens einen annähernd in Fahrzeuglängsrichtung angeordneten biegesteifen fest mit dem Radträger verbundenen Lenker aufweist, der vorzugsweise in zwei Lagern am Fahrzeugaufbau angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der zwei Lager nach vorn und oberhalb nach hinten auf Zug beanspruchte Federn aus faserver stärktem Kunststoff eingesetzt sind.

2. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern vorwiegend in Zugrichtung angeordnet, verseilt, verdrillt oder geflochten sind.

3. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannungen zum Lenker und zum Aufbau mindestens zwei Spann stellen mit der Feder aufweisen und sie zwischen diesen Spannstellen elastisch ausgebildet sind.

4. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannungen am Lenker zwei Schneiden besitzen, über die die Zugkraft von der Feder in den Lenker übertragen wird.

5. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb der zwei Lager angeordnete und nach vorn gerichtete Feder weiter außen am Lenker angreift als die nach hinten gerichtete.

6. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne oder alle Federn nach außen gerichtet sind, die Federanlenk punkte am Aufbau weiter außen liegen als am Lenker und die Axialkräfte am Lenker durch druckbelastete Planflächen aufgenommen werden.

7. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanlenkpunkte am Aufbau einstellbar sind.

8. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der beiden Federn einer Fahrzeugseite einen nach unten offenen stumpfen Winkel bilden.

9. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn im belasteten Zustand an weiteren Punkten am Aufbau an liegen.