DE3938773C2

DE3938773C2 - Federbein-Radaufhängung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3938773C2
Application number: DE3938773A
Authority: DE
Inventors: Ernst Bufler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1989-11-23
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: DE3938773A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Federbein-Radaufhängung eines Kraft fahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie allgemein bekannt ist.

Feder- und Dämpferbeine der Fahrzeugfederung eines Kraftfahrzeuges werden durch die an den Fahrzeugrädern angreifenden Kräfte im Gegensatz zu reinen Schwingungsdämpfern u. a. auch auf Biegung beansprucht. Diese Biegemomente stützen sich im Federbein- bzw. Dämpferrohr über die Kolbenstange am Kolbenstangenlager und am Kolben ab, so daß an diesen Gleitstellen Querkräfte auftreten, welche die Reibungskräfte, insbesondere die Haftreibungskräfte stark erhöhen.

Erhöhte Haftreibungskräfte bewirken aber ein erschwertes Ansprechen des Teleskop-Stoßdämpfers des Federbeins und können insbesondere bei kurzen, schnellen Fahrbahnstößen, wie sie im allgemeinen gerade bei an sich guten Fahrbahnen auftreten können, mitunter sogar zum kurzzeitigen Verklemmen (Slip- and Stick-Effekt) führen und dadurch das Fahrverhalten und den Fahrkomfort des Fahrzeuges spürbar verschlechtern.

Um solche nachteiligen Effekte zu verhindern, ist es u. a. bekannt (z. B. DE 14 30 586 A), die Reibung an den Gleitstellen dadurch herabzusetzen, und damit die Ansprechempfindlichkeit der Federbeinanordnung zu erhöhen, daß die Mittelachse der der Fahrzeugfederung dienenden Federbeinfeder gegenüber der Längsachse des Teleskopstoßdämpfers versetzt oder schräggestellt wird. Eine derartige Anordnung ist jedoch oft nicht befriedigend und außerdem aus Raumgründen nicht immer realisierbar.

Bei einer anderen bekannten radführenden Federbeinanordnung (EP 64 594 B1) sollen störende "Slip- and Stick-Effekte" dadurch abgebaut werden, daß den Hub-Bewegungen des Teleskop-Stoßdämpfers mit Hilfe eines speziell ausgebildeten aufbauseitigen gummielasti schen Federbeinlagers eine quasi phasenverschobene relative Drehbewegung zwischen Kolbenstange und Dämpferrohr überlagert wird, die also jeweils noch anhält, wenn die Hubbewegung des Kolbens gerade im oberen oder unteren Umkehrpunkt zum Stillstand gekommen ist, so daß hier infolge der anhaltenden Drehbewegung nicht mehr relativ hohe Haftreibungskräfte, sondern nur noch vergleichsweise geringe Gleitreibungskräfte wirksam sind.

Der fertigungstechnische Aufwand für derartige gummielastische Lager ist vergleichsweise hoch. Außerdem werden die Gummikörper dieser Lager materialmäßig sehr hoch beansprucht, denn sie werden beim Ein- und Ausfedern nicht nur - je nach Bauart - auf Druck und Zug bzw. auf Schub, sondern auch auf Torsion beansprucht; es erscheint nicht ganz einfach, sie unter Einhaltung eines erträglichen Bauvolumens so zu bemessen, daß sie auch bei kurzen, schnellen Fahrbahnstößen an sich guter Fahrbahnen eine zur Vermeidung des "Slip- and Stick-Effekts" ausreichend große Relativverdrehung bewirken können.

Bekannt ist auch eine radführende Federbeinanordnung (EP 204 913 A1), bei der der Gummikörper der aufbauseitigen gummielasti schen Federbeinlagerung derart ausgebildet ist, daß ein dem durch die Radaufstandskräfte erzeugten Biegemoment entgegenwirken des Gegenmoment entsteht, wodurch die an den Gleitstellen der Kolbenstange wirksamen, Reibkräfte erzeugenden Querkräfte verringert werden. Zu diesem Zweck ist der Gummikörper des die Kolbenstange konzentrisch umschließenden gummielastischen aufbauseitigen Federbeinlagers volumenmäßig derart asymmetrisch ausgebildet, daß die Krafteinleitung in den Fahrzeugaufbau über einen fiktiven Hebelarm exzentrisch erfolgt. Das Gummilager dieser bekannten Federbeinlagerung ist zwangsläufig sehr großvolumig, was entsprechenden Bauraum erfordert.

Die DE 21 00 019 A zeigt eine Federbein-Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein winkelförmiges Abstützglied ist an der Kolbenstange befestigt, das aus zwei Schenkeln besteht, wodurch eine exzentrische Abstützung des Stoßdämpfers am Fahrzeugaufbau erreicht wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Federbein-Rad aufhängung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß trotz vergleichsweise kompakter raumsparender Bauweise komfortmindernde "Slip- and Stick-Effekte" vermieden oder aber zumindest stark verringert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird also das freie obere Ende der Kolbenstange nicht unmittelbar über ein konzentrisches gummielastisches Lager am Fahrzeugaufbau angelenkt, sondern unter Zwischenschaltung eines starr an ihm befestigten, sich etwa quer zur Fahrzeuglängs richtung erstreckenden kurzen starren Hebels, dessen freies Ende seinerseits über ein bezüglich seiner Kennwerte und Abmessungen konventionelles, kompaktes Gummimetallager am Fahrzeugaufbau angelenkt ist, welches seiner Art nach bekannten Augen- oder Ringgelenken zur Anlenkung konventioneller Teleskopstoßdämpfer entspricht, wobei der aufbaufeste Lagerbolzen des Lagers etwa horizontal und etwa in Fahrzeuglängsrichtung verläuft.

Die erfindungsgemäße Federbein-Radaufhängung zeichnet sich durch geringen fertigungstechnischen Aufwand, raumsparende Kompaktheit und ein komfortbegünstigendes, sehr leichtes Ansprech verhalten des Teleskopstoßdämpfers aus.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in zum Teil schematisierter Darstellung

Fig. 1 die Hauptansicht einer Federbein-Radauf hängung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein vergrößertes Detail dieser Radauf hängung im Längsschnitt und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung dieser Anordnung entlang der Schnittführung III.

Das im Ausführungsbeispiel als nichtangetriebenes Rad dargestellte Fahrzeugrad 5 ist am nur angedeuteten Fahrzeugaufbau 7 einerseits über einen nicht weiter bezifferten unteren Querlenker und andererseits über ein an sich konventionelles Federbein 1 mit einem Teleskopstoßdämpfer 2 und einer Feder 3 schwenkbar angelenkt. Hierbei ist das untere Ende des Dämpferrohrs 21 mit dem Achsschen kel bzw. dem Radträger 4 des Rades 5 verbunden, während das freie obere Ende der Kolbenstange 22 am Aufbau 7 angelenkt ist.

Die Fahrzeugabfederung erfolgt im Ausführungsbeispiel mittels einer üblichen Schraubenfeder, deren unteres Ende sich wie üblich auf einem mit dem Dämpferrohr 21 verbundenen unteren Federteller und deren oberes Ende sich auf einem mit der Kolben stange 22 verbundenen oberen Federteller abstützt, wobei - im Ausführungsbeispiel wurde von einem gelenkten Rad ausgegangen - die Abtützung des oberen Federtellers unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 11 erfolgt.

Die aufbauseitige Anlenkung des oberen Kolbenstangenendes erfolgt unter Zwischenschaltung eines kurzen starren Hebels 8, der starr an der Kolbenstange befestigt ist und sich - in seiner Horizontalprojektion - etwa quer zur Fahrzeuglängsachse erstreckt. Sein freies Ende trägt ein Gummimetallager 6 mit einer am Hebel 8 befestigten Außenhülse 61, einer dazu konzentrischen Innenhülse 62 und einem zwischen Innen- und Außenhülse angeordneten ringförmigen Gummikörper 63.

Die Innenhülse 62 des Gummimetallagers ist leicht drehbar auf einem etwa horizontal und etwa in Fahrzeuglängsrichtung ausge richteten aufbaufesten Lagerbolzen 9 gelagert, wie in Fig. 3 erkennbar.

Der Gummikörper 63 und die beiden Hülsen 61 bzw. 62 sind derart bemessen und angeordnet, daß das Gummimetallager in radialer Richtung vergleichsweise steif ist und daß sich zwischen Innen- und Außenhülse eine kardanische Beweglichkeit ergibt, vorzugsweise in der Größenordnung von etwa ±5°. Das Gummimetallager 6 entspricht in seinen Abmessungen und seinen Funktionen also im wesentlichen bekannten Augen- bzw. Ringgelenken, wie sie zur Aufhängung von konventionellen Teleskop-Stoßdämpfern allgemein üblich sind.

Diese Kombination zwischen dem harten Gummimetallager 6 und dem starren Hebelarm 8 der Federbeinkolbenstange führt zu einer erheblichen Reduzierung der inneren Federbein- bzw. Kolbenstangenab stützkräfte. Diese Anordnung bewirkt nämlich in der Federbeinkolben stange 22 ein radlastabhängiges Biegemoment M₂ = a . V, worin a der wirksame Hebelarm des starren Hebels 8 und V die im Gummi metallager 6 in Richtung der Kolbenstangen-Längsachse wirksame, größenmäßig etwa der Radaufstandskraft F entsprechende Reaktions kraft ist. Das radlastabhängige Biegemoment M₂ wirkt dem von der Radaufstandskraft F erzeugten Biegemoment M₁ = d . F entgegen und baut dadurch die am Kolben 23 und an der Kolbenstangenführung 24 wirksamen, für die Haft- und Gleitreibung des Teleskopstoßdämpfers maßgeblichen Querkräfte K und L ab. Mit d ist dabei der für die Radaufstandskräfte F wirksame Hebelarm bezeichnet, der sich bekanntlich als Abstand zwischen der Radmittenebene und dem Schnittpunkt der Schraubenfederachse des Federbeins 1 mit der Längsachse des unteren Querlenkers ergibt.

In Versuchen hat sich gezeigt, daß sich die verbleibenden Querab stützkräfte K und L optimal, d. h. nahezu hälftig auf den Kolben 23 und die Kolbenstangenführung 24 verteilen und daß das Federbein hinsichtlich Reibung und Verschleiß ihrer Lagerstellen um ca. 60% gegenüber konventionellen Ausführungen entlastet wird.

Da die radiale Kennung des Gummimetallagers 6 vergleichsweise hart ist, werden - ganz maßgeblich unterstützt durch die Reduzierung der Querabstützkräfte an Kolben und Kolbenstangenführung - bereits bei kleinsten Fahrbahnunebenheiten (sogenanntes Boulevard Riding) Tendenzen zum "Steckenbleiben" der Kolbenstange 22 unterbunden, d. h. es kommt schon bei kleinsten Fahrbahnuneben heiten zum Gleiten der Kolbenstange des Federbeins, was sich für den Fahrkomfort des Fahrzeugs günstig auswirkt. In Versuchen hat sich gezeigt, daß die Stoßdämpfer-"Steckzeiten", d. h. die Zeiten, in welchen während der Fahrt keine Gleitbewegung der Federbeinkolbenstange stattfindet, im Vergleich zu aufbausei tig konventionell angelenkten Federbeinen durchschnittlich um etwa 60% verringert werden.

Beim Ein- und Ausfedern des Fahrzeugrades 5 wird der Hebel 8 mit der starr an ihm befestigten Kolbenstange 20 leichtgängig und verzwängungsfrei um den Lagerbolzen 9 verschwenkt, was in Fig. 1 gestrichelt angedeutet und mit 8' bzw. 22' beziffert ist.

Da das Gummimetallager 6 eine gewisse kardanische Beweglichkeit, vorzugsweise in der Größenordnung von etwa ±5°, zwischen Innen hülse 62 und Außenhülse 61 zuläßt, ergibt sich in vorteilhafter Weise bei in das Fahrzeugrad 5 eingeleiteten Fahrbahnstößen eine gewisse, stoßabsorbierende Längsnachgiebigkeit, was ebenfalls dem Fahrkomfort zugute kommt. Die dabei in der Horizontalebene auftretende Schwenkbewegung des starren Hebels 8 um den Winkel α kann in einfacher Weise durch vorzugsweise elastisch leicht nachgiebige Anschlagpuffer 10 begrenzt werden. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, die kardanische Beweglichkeit für den normalen Fahrbetrieb komfortabel weich auszubilden, trotzdem aber für scharfe Bremsvorgänge eine definierte Bremskraft abstützung sicherzustellen.

Diese durch die - begrenzte - kardanische Beweglichkeit zugelassene Schwenkbewegung des starren Hebels 3 führt beim Überfahren von Straßenunebenheiten im übrigen dazu, daß die mit dem starren Hebel 8 starr verbundene Kolbenstange 22 dabei ständig etwas im Dämpferrohr 21 verdreht wird, was - komforterhöhend - zusätz lich den Übergang von Haftreibung zur Gleitreibung fördert bzw. bewirkt und somit Steckzeiten der Kolbenstange entsprechend weiter verringert.

Claims

1. Federbein-Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, mit einem hydraulischen Stoßdämpfer, dessen unteres Dämpferrohrende mit dem Radträger oder Achsschenkel des ihm zugeordneten Fahrzeugrades in Verbindung steht und dessen Kolbenstange unter Verwendung eines gummielastischen Lagerelements am Fahrzeugaufbau angelenkt ist, wobei am freien oberen Ende der Kolbenstange (22) ein in Horizontalprojektion etwa quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufender starrer Hebel (8) starr befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
ein freies Ende des starren Hebels (8) ein aus Außenhülse (61), Innenhülse (62) und dazwischen angeordnetem ringförmigem Gummikörper (63) bestehendes Gummimetallager (6) trägt,
die Innenhülse (62) des Gummimetallagers (6) leicht drehbar auf einem etwa horizontal und etwa in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten aufbaufesten Lagerbolzen (9) gelagert ist, während die Außenhülse (61) starr mit dem starren Hebel (8) verbunden ist, und
die Innenhülse (62) und die Außenhülse (61) sowie der in Radialrichtung sehr steif bemessene Gummikörper (63) derart bemessen und angeordnet sind, daß sich zwischen Innen- und Außenhülse eine gewisse kardanische Beweglichkeit, vorzugsweise in der Größenordnung von etwa ±5°, ergibt. 2. Federbein-Radaufhängung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - vorzugsweise elastisch leicht nach giebige - Anschlagpuffer (10) zur Begrenzung der um das aufbauseitige Gummimetallager (6) in Fahrzeuglängsrichtung erfolgenden kardanischen Schwenkbewegungen des Hebels (8).