-
Die
Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie
ein Verfahren zur Verstellung einer Federhärte eines Tragfederelements
in einer Radaufhängung nach dem Anspruch 16.
-
Eine
derartige Radaufhängung beschreibt beispielsweise die
DE 25 38 103 A1 ,
bei der zur Niveauverstellung der Karosserie des Kraftfahrzeuges
oder zur Kompensation von Zusatzlasten die Schraubendruckfedern
der zwischen jeweils einem Lenker der Radaufhängung und
dem Aufbau des Kraftfahrzeuges verstellt werden. Dazu sind die Federn
außermittig auf Drehtellern abgestützt, wobei
durch Verdrehen der Drehteller die Kraftwirkungslinie (Federmittelachse)
mehr oder weniger von der Schwenkachse des Lenkers weg verlagert
wird. Damit wird die Federhärte bzw. Vorspannkraft verändert,
nicht aber die Federrate. Die außermittige Abstützung
führt zudem zu einer Verspannung oder zu Torsionsmomenten
an den Lenkerlagerungen.
-
Zur
Vermeidung derartiger Torsionsmerkmale ist es durch die
DE 10 2006 049 726
A1 ferner bekannt, die Verstellmechanik der Federteller
derart auszubilden, dass die Kraftwirkungslinien der Federn linear
und im Wesentlichen entlang der Lenkerlängsmittelachse
auswandern.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Radaufhängung der gattungsgemäßen
Art vorzuschlagen, die eine vorteilhafte Beeinflussung der Federeigenschaften
der Radaufhängung ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und
zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung beinhalten
die Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, dass das Tragfederelement durch zwei diametral zur
Drehachse der Federteller angeordnete Federn, insbesondere Schraubendruckfedern,
gebildet ist, deren Kraftwirkungslinien zumindest im wesentlichen
gleiche Abstände zur Drehachse der Drehteller aufweisen
können. Die beiden Federn können dabei unterschiedliche
Federraten D1 und D2 aufweisen.
Diese Federraten bilden bei einer entsprechenden Verstellung der
beiden Federn durch Veränderung deren Übersetzungsverhältnisse
i in einfacher Weise eine veränderliche Gesamtfederkonstante.
Ferner kann durch eine geeignete Auslegung der beiden Federn erreicht
werden, dass sich deren Gesamtfederkonstante zur Beeinflussung eines
definierten Fahrverhaltens des Kraftfahrzeuges in mehr komfortabel
oder mehr sportlich verstellen lässt.
-
Die
Federlängen der beiden Federn können so bestimmt
werden, dass in Konstruktionslage der Radaufhängung die
wirkenden Federkräfte gleich sind. Durch Drehung der Drehteller
werden die Federübersetzungen i1 und
i2 verändert. Die am Rad wirkende
Kraft bleibt dabei gleich, so dass keine Höhenverstellung
des Fahrzeugs im Auslegungspunkt, das heißt in Konstruktionslage,
erfolgt, sondern sich nur die effektive Federhärte ändert.
In der Konstruktionslage ergibt sich bei vorbestimmtem Fahrzeuggewicht
eine entsprechend vorbestimmte Einfederung.
-
Im
obigen Ausführungsbeispiel können die beiden Federn
in der Konstruktionslage mit gleicher Kraft vorgespannt sein. Sind
dagegen die Vorspannungen der beiden Federn in der Konstruktionslage
unterschiedlich, so kann durch Drehung der Drehteller gleichzeitig
eine Verstellung von Niveau und wirksamer Federhärte erreicht
werden.
-
Das
Verhältnis von Niveauverstellung und Federhärtenverstellung
kann dabei durch Wahl der Anfangsparameter (Federraten und Vorspannung)
eingestellt werden. Durch eine stärkere Vorspannung der
weichen Feder kann gleichzeitig das Fahrzeug abgesenkt und die wirksame
Federhärte vergrößert werden.
-
Beispielhaft
wird im Folgenden von einer Ausgangslage (Konstruktionslage) ausgegangen,
bei der die weiche Feder in Querrichtung außen liegt sowie
stark vorgespannt ist, während die harte Feder innen, das heißt
näher an der Fahrzeugmitte, liegt und weniger vorgespannt
ist: Bei einer Drehbewegung der Drehteller wird demnach die weiche
Feder nach innen und die harte Feder nach außen verstellt.
Auf diese Weise erhöht sich innen die Vorspannung, so dass
das Fahrzeug insgesamt abgesenkt wird. Die größere
Federrate verlagert sich dabei nach außen, wodurch die
wirksame Federhärte steigt.
-
Bevorzugt
können die Kraftwirkungslinien der beiden Federn in zumindest
einer Auslegungsanordnung die Lenkerlängsmittelachse durchstoßen.
Das heißt, dass in einer Grundabstimmung die beiden Federn in
Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sind, so dass eine Feder näher
und die andere Federweiter von der Lenkerschwenkachse entfernt ist.
-
Des
Weiteren können die Längen der beiden Federn derart
ausgelegt sein, dass in der Konstruktionslage der Radaufhängung
(unter Konstruktionslast) die wirkenden Federkräfte F1 und F2 gleich sind.
Daraus resultiert, dass bei einer Verstellung der beiden Federn
die Federkräfte annähernd gleich bleiben, während
sich die Gesamtfederkonstante ändert.
-
Insbesondere
können nach mathematischer Gleichung und ggf. durch empirische
Versuche die beiden Federn so abgestimmt sein, dass bei einer definierten
Verdrehung der Drehteller die Federkräfte unter Konstruktionslast
gleich bleiben und sich nur die effektive Federrate ändert.
Insbesondere können die Drehteller dabei über
einen Drehwinkel α von ca. 180° verstellbar sein.
-
Die
Drehteller können ferner in an sich bekannter Weise über
Wälzlager am Lenker und am Aufbau gelagert und mittels
zumindest eines Elektromotors mit einem selbsthemmenden Getriebe
verstellbar sein. Bevorzugt können dabei der Elektromotor
und das Getriebe an dem aufbauseitigen Drehteller angeordnet sein.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Tragfederelement
insbesondere linear entlang einer Lenkerlängsachse des
Lenkers verstellt werden, um die Federhärte, jedoch nicht
die Fahrzeughöhe, zu ändern.
-
Im
Bereich des Verstellwegs des Tragfederelements können die
Lenkerabstützung und die Federabstützung zueinander
parallel ausgerichtet sein. Bei einer Verstellung des Tragfederelements ändert
sich daher die Federübersetzung und damit auch die Federkraft.
Zusammen mit einer damit verbundenen Längenänderung
des Tragfederelements führt dies zu einer Verstellung des
Fahrzeugniveaus.
-
Beispielhaft
kann der Drehbewegung der Drehteller über ein Verstellgetriebe
zusätzlich auch eine lineare Verstellung entlang der Lenkerlängsachse überlagert
sein. Die Kombination der Drehverstellung und einer linearen Verstellung
ermöglicht vorteilhafte, weitere Freiheitsgrade in der
konstruktiven Auslegung der Fahrzeugfederung, wobei neben der variablen
Auslegung der Federraten auch eine Höhenverstellung der
Karosserie bewerkstelligbar ist.
-
Das
Verstellgetriebe kann fertigungstechnisch und baulich besonders
einfach durch jeweils eine ortsfeste Zahnstange und eine Außenverzahnung
am Drehteller gebildet sein, wobei der Drehteller über
eine Kulissenführung mit einem verschiebbaren, als Drehlagerung
für den Drehteller dienenden Kulissenstein linear verschiebbar
ist. Das Verstellgetriebe kann alternativ jedoch auch gemäß der
vorstehend angeführten
DE 10 2006 049 726 A1 ausgeführt
sein.
-
Des
Weiteren kann in der Konstruktionslage der Radaufhängung
im Bereich des Verstellweges des Tragfederelements die Lenkerabstützung
relativ zur aufbauseitigen Federabstützung nicht parallel,
sondern konvergierend oder divergierend ausgerichtet sein. Dies
stellt eine weitere, baulich relativ einfache Maßnahme dar,
um die Federrate und die Fahrzeughöhe abhängig
von konstruktiven Gegebenheiten gezielt abzustimmen. Durch eine
konvergierende oder divergierende Ausrichtung der Lenkerabstützung
sowie der aufbauseitigen Federabstützung kann eine Höhenänderung
des Fahrzeugs verstärkt, abgeschwächt oder umgekehrt werden.
-
Schließlich
kann ohne jeglichen Mehraufwand und in weiterer Spezifizierung der
Federeigenschaften über die auftretenden statischen und
fahrdynamischen Belastungen die Kennlinie zumindest einer der beiden Schraubendruckfedern
progressiv oder degressiv ausgelegt sein.
-
Zwei
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit
weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische
Zeichnung zeigt in:
-
1 eine
Heckansicht einer nur teilweise dargestellten, hinteren Radaufhängung
für Kraftfahrzeuge, mit einem unteren Radführungs-Lenker
und zwei über Drehteller verstellbaren Schraubendruckfedern,
die am Aufbau des Kraftfahrzeuges abgestützt sind;
-
2 eine
skizzenhafte Draufsicht auf den unteren Lenker gemäß 1 mit
Darstellung der Federnanordnung relativ zur Schwenkachse des Lenkers;
-
3 ein
Diagramm der sich über den Verdrehwinkel der Drehteller ändernden
Federhärte DR zu DRmax,
-
4 eine
Draufsicht auf eine alternative Anordnung der beiden Schraubendruckfedern
am Lenker der Radaufhängung mit einem zusätzlichen
Verstellgetriebe, das der Drehbewegung des Drehtellers eine lineare
Verstellung überlagert; und
-
5 eine
Heckansicht einer Radaufhängung nach 4,
bei der im Bereich der linearen Verstellung der Schraubendruckfedern
der untere Lenker der Radaufhängung nach außen
konvergierend zur Abstützfläche der Schraubendruckfedern
am Aufbau verläuft.
-
In
der 1 ist grob schematisch eine hintere Radaufhängung 10 für
Kraftfahrzeuge dargestellt, mit einem an einem Radträger 12 drehbar
gelagerten Hinterrad 14. An dem Radträger 12 sind
ein oberer, nur teilweise dargestellter Querlenker 16 und
ein unterer, in Konstruktionslage etwa horizontal ausgerichteter
Lenker 18 über entsprechende Gelenke 20 angelenkt.
Gegenüberliegend sind die Lenker 16, 18 am
Aufbau 22 der Karosserie des Kraftfahrzeuges schwenkbar
gelagert. Es sind nur die Schwenklager 24 des unteren Lenkers 18 ersichtlich.
-
An
dem unteren Lenker 18 sind zwei Schraubendruckfedern 26, 28 als
Tragfedern unter Zwischenschaltung eines Drehtellers 30 abgestützt,
die an ihrem oberen Ende ebenfalls unter Zwischenschaltung eines Drehtellers 32 im
Bereich eines Längsträgers 34 am Aufbau 22 anliegen.
-
Die
Drehteller 30, 32 sind über ringförmige
Wälzlager 36 relativ zum Lenker 18 und
zum Aufbau 22 verdrehbar gelagert. Zudem ist der obere
Drehteller 32 über eine zentrische Achse 38 mit
einem selbsthemmenden Getriebe 40 und einem Elektromotor 42 trieblich
verbunden.
-
Das
selbsthemmende Getriebe 40 kann z. B. ein auf der Achse 38 befindliches
Schneckenrad sein, das über eine Antriebsschnecke (nicht
dargestellt) von dem Elektromotor 42 angetrieben ist und
den Drehteller 32 über einen definierten Drehwinkel α verstellt. Über
die Federn 26, 28 wird der untere Drehteller 30 entsprechend
mitverdreht. Der Elektromotor 42 kann über ein
elektronisches Steuergerät (nicht dargestellt) nach Maßgabe
fahrdynamischer Parameter angesteuert werden, um dessen Federeigenschaften
(komfortbetont oder sportlich) einzustellen.
-
Die
Anordnung und Auslegung der beiden Federn 26, 28 ist
mit Bezug zur 2 und anhand des unteren, am
Lenker 18 angeordneten Drehtellers 30 näher
erläutert.
-
Die
Gesamtlänge lges des Lenkers 18 ist
definiert durch die Gelenk- bzw. Schwenkachsen 44, 46 des Lenkers 18.
Der Drehpunkt M des Drehtellers 30 weist einen Abstand
Im zur Schwenkachse 46 auf und
liegt zudem in der Längsmittelachse 48, die sich
wiederum durch die nicht eingezeichneten Gelenkmittelpunkte des Lenkers 18 bestimmt.
-
Die
beiden im Durchmesser geringer als der Drehteller 30 ausgeführten,
kreissymmetrischen Federn 26, 28 liegen sich mit
ihrer Kraftwirkungslinie 50 diametral in einem Abstand
Ie zum Mittelpunkt M gegenüber. Die
auf den Drehteller 30 ausgeübten Federkräfte
F kompensieren weitgehend sich dementsprechend und üben
weder ein Kippmoment auf den Drehteller 30 noch ein Torsionsmoment
um die Längsmittelachse 48 des Lenkers 18 aus,
sofern die Kräfte der beiden Federn 26, 28 in
etwa gleich sind.
-
Die
Federn 26, 28 sind in der besagten Konstruktionslage
der Radaufhängung 10 und bei einer definierten
Beladung des Kraftfahrzeuges so ausgelegt, dass sie unterschiedliche
Federraten D1, D2 aufweisen.
-
Zudem
sind in diesem Auslegungszustand die Längen der beiden
Federn 26, 28 so bestimmt, dass die wirkenden
Federkräfte F1, F2 gleich
sind.
-
Durch
eine Drehung der Drehteller 30, 32 um einen definierten
Winkel α, bevorzugt zwischen 0° und 180°,
werden die Federübersetzungen i1 und
i2 verändert, weil deren Kraftwirkungslinien 50 sich
zur Schwenkachse 46 des Lenkers 18 verschieben.
-
Die
am Hinterrad 14 wirkende Kraft bleibt dabei gleich, so
dass keine Höhenverstellung des Kraftfahrzeuges in dessen
Konstruktionslage stattfindet. Die am Hinterrad 14 wirkende
effektive Federhärte DR ändert sich
jedoch gemäß nachstehender Gleichung: DR = D1i21 +
D2i22
-
Dabei
gilt für die Kraft F am Hinterrad
14:
-
Daraus
resultiert, dass FR für alle Drehwinkel α konstant
bleibt, wenn wie ausgeführt F1 =
F2 ist (gilt exakt nur in der Konstruktionslage
mit horizontal ausgerichtetem Lenker 18).
-
Für
die wirksame Federrate D
R gilt demgemäß:
-
Das
Diagramm gemäß 3 zeigt
den qualitativen Verlauf für DR (effektive
Federhärte) über den Drehwinkel α des
Drehtellers 30 bzw. der die Federn 26, 28 aufnehmenden
Drehteller 30, 32.
-
Durch
das Verdrehen der Drehteller 30, 32 über
das selbsthemmende Getriebe 40 und den Elektromotor 42 und
eine entsprechender Verlagerung der Kraftwirkungslinien 50 der
Federn 26, 28 kann also die effektive Federhärte
DR am Hinterrad 14 stufenlos eingestellt
werden.
-
Die 4 der
Zeichnung zeigt in einer Draufsicht auf den Lenker 18 der
Radaufhängung 10 eine alternative Ausgestaltung,
bei der an den Drehtellern 30, 32 (es ist nur
der untere Drehteller 30 ersichtlich) ein zusätzliches
Verstellgetriebe 52 angeordnet ist, das bei einer Verdrehung
der Drehteller 30, 32 eine lineare Verschiebung
der beiden Schraubendruckfedern 26, 28 um einen
definierten Verstellweg s bewirkt.
-
Das
Verstellgetriebe 52 weist eine ortsfeste Zahnstange 54 auf,
die an dem Lenker 18 befestigt ist. Die Zahnstange 54 ist
in Eingriff mit einer Außen verzahnung 56, die
an einem mit dem Drehteller 30 fest verbundenen Zahnrad
ausgebildet sein kann oder wie vereinfacht dargestellt an den Drehteller 30 angeformt
ist. Der Verstellweg s bei einer definierten Verdrehung des Drehtellers 30 bestimmt
sich durch den Durchmesser der Außenverzahnung 56.
-
Der
Drehteller 30 (oder ein mit dem Drehteller 30 verbundenes
Zahnrad) ist in einem Kulissenstein 58 über eine
Lagerachse 60 drehbar gelagert. Der Kulissenstein 58 wiederum
ist in einer schlitzförmigen Kulissenführung 62 entlang
der Längsachse 48 des Lenkers 18 verschiebbar
geführt.
-
Es
sei bemerkt, dass der Drehteller 32 am Aufbau des Kraftfahrzeuges
analog linear verstellbar angeordnet ist und über die zentrische
Achse 38, das selbsthemmende Getriebe 40 und den
Elektromotor 42 (vgl. 1) verdrehbar
ist.
-
Werden
die Drehteller 30, 32 wie vorbeschrieben z. B.
mittels des Elektromotors 42 verdreht, so werden sie zusätzlich über
die ortsfesten Zahnstangen 54 als Stützorgane
und über deren Außenverzahnungen 56 entlang
den Kulissenführungen 62 linear über
den Verstellweg s verlagert, wobei sich der Abstand zwischen der
Mittelachse M, die mit der Lagerachse 60 bzw. der zentrischen
Achse 38 der Drehteller 30, 32 zusammenfällt,
zur Schwenkachse 46 des Lenkers 18 entsprechend
verändert.
-
Dies
bewirkt neben der vorbeschriebenen Veränderung der Federraten
zudem eine Erhöhung oder Verminderung der Federkräfte
F1, F2, weil sich
durch die zusätzliche, lineare Verschiebung der beiden
Federn 26, 28 deren Übersetzungsverhältnis
i1, i2 entsprechend
zusätzlich verändert. Das Fahrzeugniveau kann
dementsprechend angehoben oder abgesenkt werden.
-
Die 5 zeigt
dazu eine weitere Variante der Beeinflussung der Federkräfte
F1, F2 der beiden
Federn 26, 28, bei der die Bereiche 18a, 22a der
Federabstützungen am Lenker 18 und/oder am Aufbau 22 des
Kraftfahrzeuges nicht wie aus 1 ersichtlich
im Wesentlichen horizontal und parallel zueinander, sondern konvergierend
oder divergierend (vgl. Linien 64, 66) ausgeführt
sind. Alternativ zu den in den 4 und 5 gezeigten
Ausführungsbeispielen kann das aus den beiden Federn 26, 28 gebildete
Tragfederelement auch als eine Einzelfeder ausgeführt sein.
-
Im
Ausführungsbeispiel 5 ist in
Konstruktionslage der Radaufhängung 10 der Bereich 18a des Lenkers 18 nach
innen, dem Lenkerlager 24 zu divergierend in Bezug zum
etwa horizontalen Bereich 22a des Aufbaus 22 ausgelegt.
Daraus resultiert, dass bei einer linearen Verschiebung der beiden
Federn 26, 28 mit deren Drehtellern 30, 32 nach
außen die Federvorspannung erhöht und das Fahrzeugniveau
angehoben wird.
-
Ein
umgekehrter Effekt wird erzielt, wenn die Bereiche 18a, 22a konvergierend
ausgeführt sind, wodurch bei einer Verstellung nach außen
das Fahrzeugniveau abgesenkt wird.
-
Eine
zusätzliche Möglichkeit stellt die Verwendung
von einer oder mehrerer Federn mit nichtlinearer Federkennlinie
dar (degressive oder progressive Feder). Wird beispielsweise in
einer Anordnung, in der die Bereiche 18a, 22a in
Fahrzeugquerrichtung nach außen konvergierend ausgeführt
sind, eine progressive Feder (Federrate wird mit der Kraft größer)
benutzt, kann eine Höhenverstellung des Fahrzeugs erfolgen,
ohne die wirksame Federhärte zu ändern. So ändert
sich bei einer Verstellung der Feder nach außen die Federübersetzung.
Dadurch nimmt die Federkraft ab, so dass das Tragfederelement länger
wird und sich das Fahrzeug hebt.
-
Anstelle
des geneigten Bereiches 18a am Lenker 18 kann
auch oder alternativ der Bereich 22a des Aufbaus entsprechend
geneigt gestaltet sein, abhängig auch von konstruktiven
und baulichen Zwängen oder Anforderungen.
-
Durch
die Gestaltung der geneigten Bereiche 18a, 22a mehr
oder weniger konvergierend oder divergierend kann zusätzlicher
konstruktiver Einfluss auf die Federungseigenschaften ausgeübt
werden, wobei in vermehrtem Maße die Federkräfte
F1, F2 und die Gesamtfederhärte
abhängig von geforderten Fahreigenschaften unter unterschiedlichen
Beladungszuständen des Kraftfahrzeuges variiert werden
können.
-
Zumindest
eine der beiden Schraubendruckfedern 26, 28 kann
des Weiteren mit einer nichtlinearen Kennlinie (progressiv oder
degressiv) ausgelegt sein.
-
Werden
beispielsweise bei einer konvergierenden Auslegung der Federstützflächen 18a, 22a zwischen
dem Lenker 18 und dem Aufbau 22 progressiv ausgelegte
Schraubendruckfedern 26, 28 mit über
den Federweg zunehmender Federrate eingesetzt, kann eine Höhenverstellung
des Fahrzeuges erfolgen, ohne die wirksame Federhärte zu ändern.
-
Durch
eine Kombination der vorgenannten Möglichkeiten (zwei in
der Auslegung unterschiedliche Schraubendruckfedern 26, 28,
zusätzlicher linearer Verstellweg s, geneigte Stützflächen 18a, 22a,
nichtlineare Kennlinien) ist eine Optimierung der Federungs- und
Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges, insbesondere hinsichtlich
Bauraum, Federwege, Minimierung des Beladungseinflusses, etc. geschaffen,
wobei im Rahmen der Erfindung einzelne oder alle der beschriebenen
Möglichkeiten ausschöpfbar sind.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2538103
A1 [0002]
- - DE 102006049726 A1 [0003, 0018]