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Die vorliegende Erfindung betrifft ein transversales Federungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 für ein Radpaar eines Fahrzeugs, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei das Federungssystem, zur Verbindung einer ersten ungefederten Masse mit einer zweiten ungefederten Masse und zur Verbindung der ersten und der zweiten ungefederten Masse mit einer gefederten Masse, mindestens eine Querblattfeder aufweist.
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Bei Kraftfahrzeugen machen die Komponenten der Fahrzeugfederung als Bestandteil der Radaufhängung einen wesentlichen Anteil des Fahrzeug-Gesamtgewichtes aus.
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Eine verbreitete Bauform einer Fahrzeugfederung stellen Spiralfedern dar, die mittels einer Stabilisatorenstange miteinander verbunden sind. Alternativ kommen verstärkt Querblattfedern zum Einsatz, die gegenüber einer Fahrzeugfederung mit Spiralfedern eine erhebliche Gewichtsersparnis aufweisen können. Querblattfedern sind typischerweise symmetrisch an mindestens zwei Stellen mit der Karosserie oder einem Hilfsrahmen verbunden, sowie an den Endabschnitten jeweils mit ungefederten Massen, bspw. Lenkern oder Radträgern. Blattfedern aus Stahl, aber zunehmend auch aus Verbundmaterialien, sind aufgrund ihrer Kosten- und Gewichtseffizienz sowie ihrer Robustheit beliebte Fahrwerkskomponenten. Um eine optimale Integration in ein Federungssystem zu ermöglichen, sind die Schnittstellen zu benachbarten Komponenten besonders relevant. Neben einem effizienten, robusten und langlebigen Design sollte die Anzahl der Bauteile und damit die Kosten, das Gewicht und die Komplexität der Verbindungsbauteile oder der sonstigen Zwischenstücke minimiert werden.
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Die
FR 2 607 449 offenbart eine längliche, elastische Querblattfeder, welche an jedem ihrer Endabschnitte ein Verbindungsstück aus festem Material aufweist, wobei das Verbindungsstück Einrichtungen zur Aufnahme von Gelenken zur Verbindung mit anderen Fahrzeugkomponenten aufweist. Dieses Verbindungsstück weist wenigstens eine ebene Seitenfläche auf, an welchem die Blattfeder anliegen kann. Ferner ist das Verbindungsstück mit der Blattfeder mittels Bolzen verbunden.
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Die
DE 10 2014 215 871 A1 beschreibt eine Querblattfeder entlang einer Fahrzeugachse, wobei die Endbereiche der Querblattfeder von Halbschalenelementen angrenzender Querlenker umfasst sind. Dabei liegen die Halbschalenelemente flächig an der Oberseite bzw. Unterseite der Querblattfeder an und sind durch Verschraubung miteinander bzw. mit der Querblattfeder gesichert.
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Die
DE 24 516 71 A1 betrifft eine Querblattfeder, die an zwei angrenzenden Lenkern formschlüssig aufliegt oder anliegt. Dabei sind die Blattfedern entweder an der Oberseite oder an der Unterseite der Querlenker befestigt. Diese Befestigung kann bspw. durch Verschrauben oder durch Vernieten erfolgen. Bei Belastung bzw. Entlastung der Blattfeder bleibt die Blattfeder mit den Querlenkern fest verbunden.
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Aus dem Stand der Technik ist ferner in der
US 8,777,248 B2 ein Kraftfahrzeugaufhängungssystem bekannt, welches für jedes Rad mindestens einen Querlenker aufweist. Jeder Querlenker weist dabei einen gabelartigen Abschnitt auf, wobei mittig zwischen den Streben des gabelartigen Abschnitts eine Blattfeder formschlüssig eingeschoben ist. Zwischen den Oberflächen des Querlenkers und der Blattfeder sind Einlagen, bspw. eine dünne Schicht aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, angeordnet, um geringe Verschiebungen in longitudinaler Erstreckung der Blattfeder zu ermöglichen. Die Montageverbindung zwischen jedem Ende der Blattfeder und dem gabelartigen Abschnitt des jeweiligen Querlenkers ist durch eine Schraube gesichert. Die Sicherung ist dennoch so ausgebildet, dass bei Belastung ein Bewegungsspiel zwischen der Blattfeder und den angrenzenden Lenkern gewährleistet bleibt.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Verbindung zwischen einer Querblattfeder und den ungefederten Massen noch Raum für Verbesserungen, insbesondere Raum für zusätzliche Gewichtseinsparungen, verringerte Teilekomplexität und vereinfachte Kopplungseinrichtungen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Federungssystem durch die Anwendung funktionaler Integration für wesentliche Komponenten bereitzustellen.
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Insbesondere soll im Sinne einer einfachen und kostengünstigen Montage oder Wartung die Anzahl und Komplexität der einzelnen Bauteile möglichst geringgehalten werden. Durch Funktionsintegration oder funktionale Integration soll eine möglichst geringe Anzahl an Komponenten eine möglichst hohe Vielfalt an Aufgaben übernehmen können. Damit sollen die Schnittstellen zwischen den einzelnen Bauteilen möglichst einfach gehalten werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein transversales Federungssystem für ein Radpaar eines Fahrzeugs, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft ein transversales Federungssystem für ein Radpaar eines Fahrzeugs, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei das Federungssystem, zur Verbindung einer ersten ungefederten Masse mit einer zweiten ungefederten Masse und zur Verbindung der ersten und der zweiten ungefederten Masse mit einer gefederten Masse, mindestens eine Querblattfeder, mit einem ersten Querblattfeder-Endabschnitt und einem zweiten Querblattfeder-Endabschnitt, und außerdem ein erstes, starres Verbindungsstück und ein zweites, starres Verbindungsstück aufweist. Hierbei sind die Verbindungsstücke jeweils einstückig und jeweils zur Verbindung mit mindestens einem der Querblattfeder-Endabschnitte, der gefederten Masse und mit einer der ungefederten Massen ausgebildet. Das Radpaar des Fahrzeugs kann dabei an der Vorderachse, Hinterachse oder auch an einer oder jeder Achse dazwischen angeordnet sein. Unter einer ungefederten Masse werden typischerweise das Rad selbst, der Radträger, eine Lenkereinheit und ggf. zusätzliche Komponenten verstanden. Unter einer gefederten Masse wird typischerweise die Karosserie oder ein sonstiger Hilfsrahmen verstanden. Durch dieses eine Verbindungsstück an jedem der in Längserstreckung der Querblattfeder angeordneten Querblattfeder-Endabschnitte können verschiedene Aufgaben bzw. Funktionen der Fahrzeugfederung in einem Bauteil zusammengefasst werden, wodurch die Anzahl verschiedener Bauteile reduziert werden kann. Dadurch können auch Gewicht und Kosten bei Produktion, Montage und Wartung eingespart werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Verbindungstücke des transversalen Federungssystems mit den verbundenen Querblattfeder-Endabschnitten der Querblattfeder beweglich gelagert. D.h., dass bspw. die Endabschnitte in den Verbindungsstücken gleitend und/oder schwimmend gelagert sind, wodurch die Relativbewegung zwischen Querblattfeder und Verbindungsstück, bspw. bei Beanspruchung der Fahrzeugfederung durch ein Schlagloch ausgeglichen werden kann. Diese Lagerung kann so ausgeführt sein, dass zusätzliche Befestigungsmittel zwischen Querblattfeder und Verbindungsstück entfallen können. Dies könnte dadurch realisiert werden, dass die Querblattfeder-Endabschnitte von den Verbindungsstücken teilweise oder vollständig formschlüssig umschlossen sind, also verrutsch- bzw. verschiebesicher wie ein Aufnahmeschuh aufgenommen werden können. Ferner kann dadurch unter Umständen auf zusätzliche Einlagen, bspw. aus Gummi verzichtet werden.
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Im Rahmen einer optionalen Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens eines der Verbindungsstücke an einem Blattfeder-Verbindungsabschnitt eine Ausnehmung und/oder Vertiefung zur Aufnahme eines Querblattfeder-Endabschnitts auf. Die Ausnehmung und/oder Vertiefung kann sacklochartig, also mit einer oder zwei seitlichen Führungen (in Fahrtrichtung betrachtet) ausgebildet sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Aufnahme und/oder Vertiefung als gabelartiger und/oder klammerartiger Abschnitt ohne entsprechende seitliche Führungen (in Fahrtrichtung betrachtet) ausgeformt sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ausnehmung und/oder Vertiefung zum Ausgleich einer Änderung der transversalen Erstreckung der Querblattfeder ausgebildet ist, wobei die Änderung der transversalen Erstreckung durch eine Federauslenkung, insbesondere durch Biegung und/oder Torsion hervorrufbar ist. Unter Design-Bedingungen (d.h. unter Konstruktionsbedingungen) kann die Querblattfeder als ungekrümmtes Objekt mit maximaler transversaler Erstreckung betrachtet werden. Im Betriebszustand, also mit Biegung, Torsion und gegebenenfalls Stauchung, bedingt bspw. durch Stoßverhalten bzw. Kurvenverhalten, verringert sich die transversale Erstreckung, wodurch sich zwischen der Querblattfeder und dem Verbindungsstück ein Zwischenraum ausbilden kann.
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Bei einer optionalen Weiterbildung der Fahrzeugfederung sind die Verbindungsstücke jeweils über ein Verbindungsstück-Drehgelenk mit der gefederten Masse, also bspw. mit der Fahrzeugkarosserie, verbunden. Unter Drehgelenk wird typischerweise ein Gelenk mit genau einem Freiheitsgrad, vergleichbar mit einem Scharniergelenk, verstanden. Dadurch kann unerwünschtes Spiel zwischen ungefederter Masse, Verbindungsstücken und Fahrzeugfederung vermieden werden.
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In einer Weiterbildung sind die Verbindungsstücke jeweils mittelbar, mittels einer Baugruppe mit der jeweiligen ungefederten Masse verbunden. Dies ist jedoch nicht zwingend so zu verstehen, dass die Baugruppe nicht Teil der ungefederten Masse sein kann. Es ist vielmehr so zu verstehen, dass für jedes Rad das Verbindungsstück, bedingt durch die Funktionsintegration, die einzig notwendige Verbindung zwischen der ungefederten Masse und der gefederten Masse sein kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Verbindungsstücke jeweils über ein Verbindungsstück-Kugelgelenk mit der jeweiligen Baugruppe verbunden, wobei die jeweilige Baugruppe jeweils ein Verbindungsglied aufweist, wobei wiederum das Verbindungsglied jeweils über ein Verbindungsglied-Kugelgelenk mit der jeweiligen ungefederten Masse verbunden ist.
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In einer Alternative dazu sind die Verbindungsstücke jeweils mittelbar, mittels einer Scherblattverbindung mit der jeweiligen ungefederten Masse verbunden. Diese Scherblattverbindung kann mit Gummi oder vulkanisiertem Gummi ausgebildet und Teil einer Lenkereinheit sein. Bedingt durch die Funktionsintegration kann das Verbindungsstück jedoch auch teilweise oder vollständig die Funktionen der Lenkereinheit übernehmen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
- 1 eine schematische Frontansicht einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Federungssystems unter Design-Bedingungen,
- 2 eine schematische Frontansicht einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Federungssystems unter Einfeder-Bedingungen,
- 3 eine schematische Frontansicht einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Federungssystems unter Ausfeder-Bedingungen,
- 4 eine schematische Frontansicht einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Federungssystems unter Linkskurven-Bedingungen, und
- 5 eine schematische Frontansicht einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Federungssystems unter Rechtskurven-Bedingungen.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die eingezeichneten, aber nicht mit Bezugszeichen versehenen Hilfslinien der Übersichtlichkeit dienen, die Erfindung aber keinesfalls auf ausschließlich oder überwiegend symmetrische Ausführungsformen beschränkt werden soll.
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1 zeigt ein transversales Federungssystem 1 unter Design-Bedingungen, welches eine, bezüglich der Fahrzeugseite aus Sicht des Fahrers, linke oder erste ungefederte Masse 2 mit einer rechten oder zweiten ungefederten Masse 3 und die beiden ungefederten Massen 2, 3 mit der Fahrzeugkarosserie oder einem Hilfsrahmen verbindet. Das transversale Federungssystem 1 wird im Folgenden als Federungssystem 1 bezeichnet. Dabei betrifft dies vorzugsweise sowohl ein Federungssystem 1 für eine Vorderradachse, eine Hinterradachse oder jede dazwischen angeordnete Achse.
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In diesem Federungssystem 1 ist eine transversale Querblattfeder 4, vorzugsweise aus Kompositmaterial, zwischen einem linken oder ersten, mit starrem Material gebildeten, Verbindungsstück 5 und einem rechten oder zweiten, ebenfalls mit starrem Material gebildeten, Verbindungsstück 6 angeordnet. Die Querblattfeder 4 weist einen ersten Querblattfeder-Endabschnitt 4a und einen zweiten Querblattfeder-Endabschnitt 4b auf, wobei der erste Querblattfeder-Endabschnitt 4a in einem Blattfeder-Verbindungsabschnitt 5a und der zweite Querblattfeder-Endabschnitt 4b in einem zweiten Blattfeder-Verbindungsabschnitt 6a aufgenommen ist. Diese Aufnahme und/oder Vertiefung ist vorzugsweise zur formschlüssigen Aufnahme der Querblattfeder-Endabschnitte 4a, 4b ausgebildet. Dies kann einerseits gabelartig oder klammerartig ausgeführt sein, sodass die Querblattfeder 4 an den Querblattfeder-Breitseiten 4c von den Blattfeder-Verbindungsabschnitten 5a, 6a flächig anliegend umschlossen ist. Andererseits kann die Aufnahme und/oder Vertiefung sacklochartig ausgeführt sein, wobei die Querblattfeder 4 zusätzlich an den Querblattfeder-Schmalseiten 4d von den Blattfeder-Verbindungsabschnitten 5a, 6a flächig anliegend umschlossen ist, sodass auch ohne zusätzliche Befestigungsmittel ein Herausrutschen aus den Verbindungsstücken 5, 6 im Betrieb nicht mehr gegeben ist. Die Querblattfeder 4 ist vorgespannt dargestellt, wodurch sie eine gerade, ungekrümmte Form mit maximaler transversaler Erstreckung, d.h. in ihrer Längsrichtung, die quer zu einer Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist, aufweist.
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Das erste Verbindungsstück 5 ist über ein erstes Verbindungsstück-Drehgelenk 7 mit der Karosserie oder einem Hilfsrahmen verbunden. Ferner ist das zweite Verbindungsstück 6 über ein zweites Verbindungsstück-Drehgelenk 8 mit der Karosserie oder einem Hilfsrahmen verbunden. Das linke Ende oder der erste Querblattfeder-Endabschnitt 4a der Querblattfeder 4 ist relativ zu einer inneren Oberfläche des ersten Blattfeder-Verbindungsabschnitts 5a des linken, starr ausgebildeten, Verbindungsstücks 5 gleitend oder schwimmend gelagert. Das rechte Ende oder der zweite Querblattfeder-Endabschnitt 4b der transversalen Querblattfeder 4 ist relativ zu einer inneren Oberfläche des zweiten Blattfeder-Verbindungsabschnitts 6a des rechten, starr ausgebildeten, Verbindungsstücks 6 gleitend oder schwimmend gelagert. Dadurch sind gleitende oder schwimmende Bewegungen während sogenannter „Ausfeder-Bewegungen“, „Einfeder-Bewegungen“, Linkskurven-Bewegungen und Rechtskurven-Bewegungen zugelassen.
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Das linke oder erste Verbindungsstück 5 ist ferner über einen Baugruppen-Verbindungsabschnitt 5b mit einer linken oder ersten Baugruppe 17 verbunden, die die erste ungefederte Masse 2 aufweist. Das rechte oder zweite Verbindungsstück 6 ist ferner über einen Baugruppen-Verbindungsabschnitt 6b mit einer rechten oder zweiten Baugruppe 18 verbunden, die die zweite ungefederte Masse 3 aufweist.
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Die linke oder erste Baugruppe 17 weist dabei ein linkes oder erstes Bindeglied 9 auf, wobei dieses über ein Verbindungsstück-Kugelgelenk 11 mit dem Baugruppen-Verbindungsabschnitt 5b verbunden ist und über ein Verbindungsglied-Kugelgelenk 13 mit der linken oder ersten ungefederten Masse 2 verbunden ist. Die rechte oder zweite Baugruppe 18 weist ferner ein rechtes oder erstes Bindeglied 10 auf, wobei dieses ebenfalls über ein Verbindungsstück-Kugelgelenk 12 mit dem Baugruppen-Verbindungsabschnitt 6b verbunden ist und auch über ein Verbindungsglied-Kugelgelenk 14 mit der rechten oder zweiten ungefederten Masse 3 verbunden ist.
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2 zeigt das Federungssystem 1 unter Ausfeder-Bedingungen, d.h. im unbelasteten Zustand bzw. im minder belasteten Zustand. Die Querblattfeder 4 hat dadurch eine gebogene Kontur, wobei die Querblattfeder-Endabschnitte 4a, 4b dem Untergrund zugewandt sind. Dadurch entsteht, bedingt durch die gleitende Bewegung zwischen jedem Querblattfeder-Endabschnitt 4a, 4b und dem angrenzenden Blattfeder-Verbindungsabschnitt 5a, 6a der Verbindungsstücke 5, 6, ein Zwischenraum 15, 16, wodurch die Verkürzung der Querblattfeder 4 bezüglich der maximalen transversalen Längserstreckung ausgeglichen wird.
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3 zeigt das Federungssystem 1 unter Einfeder-Bedingungen, d.h. in stark belastetem Zustand, z. B. beim Fahren über eine Schlagleiste. Die Querblattfeder 4 hat dadurch eine, gegenüber der Ausfeder-Bedingung achsensymmetrisch gespiegelte, gebogene Kontur, wobei die Querblattfeder-Endabschnitte 4a, 4b dem Untergrund abgewandt sind. Die Querblattfeder 4 kann sich somit in beide Richtungen, zum Untergrund hin und entgegengesetzt dazu, durchbiegen. Dadurch entstehen ebenfalls, bedingt durch die gleitende Bewegung zwischen jedem Querblattfeder-Endabschnitt 4a, 4b und dem angrenzenden Blattfeder-Verbindungsabschnitt 5a, 6a der Verbindungsstücke 5, 6, Zwischenräume 15, 16, wodurch auch hier die Verkürzung der Querblattfeder 4 bezüglich der maximalen transversalen Längserstreckung ausgeglichen wird.
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4 zeigt das Federungssystem 1 unter den Bedingungen einer Linkskurve, d.h. in, senkrecht zur Fahrtrichtung und parallel zum Untergrund, belastetem Zustand. Die Querblattfeder 4 hat dadurch eine S-Form, wobei der rechte oder zweite Querblattfeder-Endabschnitt 4b einen geringeren Abstand zum Untergrund aufweist als der linke oder erste Querblattfeder-Endabschnitt 4a. Ferner weist die linke oder erste Baugruppe 17 einen geringeren Abstand zum Untergrund auf als die rechte oder zweite Baugruppe 18. Die durch die S-Form entstehenden, ebenfalls zwischen jedem Querblattfeder-Endabschnitt 4a, 4b und dem angrenzenden Blattfeder-Verbindungsabschnitt 5a, 6a der Verbindungsstücke 5, 6 angeordneten, Zwischenräume 15, 16 können gegenüber der Ausfeder-Bedingung und/oder der Einfeder-Bedingung kleiner und auch zueinander asymmetrisch ausgebildet ausfallen.
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5 zeigt das Federungssystem 1 unter den Bedingungen einer Rechtskurve, d.h. in, entgegengesetzt zur Linkskurve, belastetem Zustand. Die Querblattfeder 4 hat dadurch eine, gegenüber der Linkskurven-Bedingung achsensymmetrisch gespiegelte, S-Form, wobei somit der rechte oder zweite Querblattfeder-Endabschnitt 4b einen größeren Abstand zum Untergrund aufweist als der linke oder erste Querblattfeder-Endabschnitt 4a. Ferner weist während der Rechtskurve die linke oder erste Baugruppe 17 einen größeren Abstand zum Untergrund auf als die rechte oder zweite Baugruppe 18. Im Übrigen verhalten sich die dadurch entstehenden Zwischenräume 15, 16 wie bei einer Linkskurve.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transversales Federungssystem
- 2
- Erste ungefederte Masse
- 3
- Zweite ungefederte Masse
- 4
- Querblattfeder
- 4a
- Erster Querblattfeder-Endabschnitt
- 4b
- Zweiter Querblattfeder-Endabschnitt
- 4c
- Querblattfeder-Breitseite
- 4d
- Querblattfeder-Schmalseite
- 5
- Erstes Verbindungsstück
- 5a
- Blattfeder-Verbindungsabschnitt
- 5b
- Baugruppen-Verbindungsabschnitt
- 6
- Zweites Verbindungsstück
- 6a
- Blattfeder-Verbindungsabschnitt
- 6b
- Baugruppen-Verbindungsabschnitt
- 7
- Erstes Verbindungsstück-Drehgelenk
- 8
- Zweites Verbindungsstück-Drehgelenk
- 9
- Erstes Verbindungsglied
- 10
- Zweites Verbindungsglied
- 11
- Verbindungsstück-Kugelgelenk
- 12
- Verbindungsstück-Kugelgelenk
- 13
- Verbindungsglied-Kugelgelenk
- 14
- Verbindungsglied-Kugelgelenk
- 15
- Erster Zwischenraum
- 16
- Zweiter Zwischenraum
- 17
- Erste Baugruppe
- 18
- Zweite Baugruppe
- Y, Z
- Koordinaten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2607449 [0004]
- DE 102014215871 A1 [0005]
- DE 2451671 A1 [0006]
- US 8777248 B2 [0007]