DE3743451A1

DE3743451A1 - Radaufhaengung

Info

Publication number: DE3743451A1
Application number: DE19873743451
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Ing Muhr; Horst Dipl Ing Mueller
Original assignee: Muhr und Bender KG
Current assignee: Muhr und Bender KG
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1989-06-29
Also published as: DE3743451C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung mit einem einerseits mit der Karosserie und andererseits mit dem Rad verbundenen, eine Schrauben druckfeder (=Tragfeder) und einen Stoßdämpfer aufweisenden Federbein und mit einem Querlenker. Die Erfindung betrifft auch eine Schrauben druckfeder, insbesondere für eine Radaufhängung der zuvor beschriebe nen Art.

Bei Radaufhängungen der eingangs beschriebenen Art, häufig auch McPherson- Achse genannt, ist der bei ansonsten üblichen Radaufhängungen vorhandene obere Querlenker durch ein langhubiges Federbein ersetzt (siehe Lueger "Lexikon der Technik", Band 12 "Lexikon der Fahrzeugtechnik", 196/ Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Stuttgart, Seite 425).

Schraubendruckfedern werden stets so ausgeführt, daß die Federmittelli nie eine Gerade ist; Abweichungen hiervon sind unbeabsichtigt, ferti gungsbedingt und nach Norm toleriert (siehe DIN 2096, Teil 2, Abschnitt 8). Dabei fällt die Federkraftwirkungslinie mit der Federmittellinie zusam men.

Bei Radaufhängungen der Art, von der die Erfindung ausgeht, kann die Schraubendruckfeder zunächst konzentrisch zur Stoßdämpferachse angeord net 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 ruckelnde Einfederung und Ausfede rung zur Folge.

Um die auf die Kolbenstange des Stoßdämpfers wirkenden Querkräfte zu reduzieren, baut man seit längerer Zeit die Schraubendruckfeder so in das Federbein ein, daß die Federkraftwirkungslinie mit der Stoßdämpfer achse einen spitzen Winkel bildet. Im Idealfall müßte der Winkel zwischen der Federkraftwirkungslinie der Schraubendruckfeder und der Stoßdämpfer achse dem Winkel zwischen der Abstützwirkungslinie und der Stoßdämpfer achse entsprechen. Dann wäre im normal belasteten Zustand die Kolben stange des Stoßdämpfers weitgehend querkraftfrei. Nur beim Einfedern oder Ausfedern - um die statische Gleichgewichtslage = normal belaste ter Zustand - würden Querkräfte auftreten. Im allgemeinen kann je doch der Winkel zwischen der Federkraftwirkungslinie der Schrauben druckfeder und der Stoßdämpferachse nur kleiner als der Winkel zwischen der Abstützwirkungslinie und der Stoßdämpferachse realisiert werden, da die Durchgängigkeit des Stoßdämpfers durch die Schraubendruckfeder und eine hinreichende Freigängigkeit des Rades noch gewährleistet sein müssen.

Durch die ständige Verbreiterung der Reifen und die damit verbundene Ver lagerung 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 belasteten Zustand die KoIbenstange des Stoßdämpfers querkraftfrei sein soll.

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 bereits die Federkraft wirkungslinie gegenüber der Federmittellinie verschoben, und zwar durch Schrägstellung einer Endwindung oder beider Endwindungen, durch Ver dickung der Endwindungen, durch Schrägstellung der Federteller oder durch Kombinationen der vorbeschriebenen Maßnahmen. Damit kann in Gren zen erreicht werden, daß die Federkraftwirkungslinie am unteren Ende der Schraubendruckfeder weiter außen liegt als die Federmittellinie, während die Federkraftwirkungslinie und die Federmittellinie am oberen Ende der Schraubendruckfeder durch den Abstützpunkt gehen. Dabei ist jedoch noch unbefriedigend, daß der erreichbare Winkel zwischen der Fe derkraftwirkungslinie und der Stoßdämpferachse immer noch nicht aus reicht und daß die Schraubendruckfeder im mittleren Arbeitsbereich beim Einfedern und Ausfedern zu Windungsberührungen und zum Ausbeulen neigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Beitrag zur Lösung der zuvor aufgezeigten Probleme zu leisten, nämlich eine Radauf hängung bzw. eine für eine solche Radaufhängung geeignete Schrauben druckfeder anzugeben, 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 Auf gabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens eine Windung der Schraubendruckfeder einen zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stabdurchmesser aufweist. Es können jedoch auch alle Windungen der Schraubendruckfeder einen zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stabdurch messer aufweisen. Jedenfalls soll sich in der Regel der Stabdurch messer der Windung bzw. der Windungen je Windung genau einmal zwischen dem Kleinstwert, dem Größtwert und wieder dem Kleinstwert ändern (ein periodisch sich ändernder Stabdurchmesser).

Durch die Lehre der Erfindung - sich zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert ändernder Stabdurchmesser je Win dung - werden, insbesondere in Verbindung mit entsprechender Gestal tung einer Endwindung oder beider Endwindungen und/oder entsprechender Gestaltung der der Krafteinleitung dienenden Federteller, Querkräfte bzw. Momente eingeleitet, die dazu führen, daß bei ansonsten gleicher Geometrie von Federbein und Querlenker an der Kolbenstange des Stoß dämpfers geringere Querkräfte oder überhaupt keine Querkräfte auftreten.

Wie einleitend ausgeführt, betrifft die Erfindung auch eine Schrauben druckfeder, insbesondere für eine Radaufhängung der einleitend grund sätzlich beschriebenen Art. Diese Schraubendruckfeder ist erfindungsge mäß zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Windung einen zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stabdurchmesser aufweist.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungs beispiele darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine grafische Darstellung zur Erläuterung einer Radaufhän gung der in Rede stehenden Art und der dabei auftretenden Querkraft,

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

Fig. 3 eine der 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 Darstellung mit einer Schraubendruckfeder mit schräg gestell ten Endwindungen,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Radaufhängung mit einer ersten Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Schraubendruckfeder,

Fig. 6 in gegenüber der Fig. 5 vergrößerter Darstellung, die bei der Radaufhängung nach Fig. 5 eingebaute Schraubendruckfeder und

Fig. 7 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schrauben druckfeder für eine erfindungsgemäße Radaufhängung.

Zu der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Radaufhängung gehört ein einer seits mit der Karosserie 1 und andererseits mit dem Rad 2 verbundenes, eine Schraubendruckfeder 3 und einen Stoßdämpfer 4 aufweisendes Feder bein 5 sowie ein Querlenker 6.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, stellt sich zwischen verschiedenen Kräf ten ein Kräftegleichgewicht ein, nämlich zwischen der Radaufstandskraft F _A, der Querlenkerkraft F _L, der Karosserieabstützkraft F, der Schrauben druckfederkraft F _F und der Querkraft F _Q. Die unerwünschte, von der Kol benstange 8 des Stoßdämpfers 4 aufzunehmende und zu Reibungskräften am Kolben des Stoßdämpfers 4 führende Querkraft F _Q resultiert daraus, daß der Winkel α zwischen der Federkraftwirkungslinie 9 der Schraubendruck feder 3 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 Abstützwirkungs linie 11 also nicht zusammenfallen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Radaufhängung, die wie die in Fig. 1 dar gestellte Radaufhängung zum Stand der Technik gehört, sind der Winkel α zwischen der Federkraftwirkungslinie 9 der Schraubendruckfeder 3 und der Stoßdämpferachse 10 einerseits und der Winkel b zwischen der Ab stützwirkungslinie 11 und der Stoßdämpferachse 10 andererseits gleich, die Federkraftwirkungslinie 9 und die Abstützwirkungslinie 11 fallen also zusammen. Daraus resultiert, daß die Schraubendruckfederkraft F _F und die Karosserieabstützkraft 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 schräggestellt, daß wiederum die Federkraftwirkungslinie 9 und die Abstützwirkungslinie 11 zusammenfallen, damit keine Querkraft F _Q auftritt, so wäre die Durch gängigkeit des Stoßdämpfers 4 durch die Schraubendruckfeder 3 und eine hinreichende Freigängigkeit des Rades 2 nicht gewährleistet. Außerdem würde die Schraubendruckfeder 3 im mittleren Arbeitsbereich beim Ein federn und Ausfedern zu Windungsberührungen und zum Ausbeulen neigen. Realisierbar sind deshalb nur die in Fig. 4 dargestellten Verhältnisse, bei denen der Winkel α zwischen der Federkraftwirkungslinie 9 und der Stoßdämpferachse 10 einerseits und der Winkel β zwischen der Abstütz wirkungslinie 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 nun eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rad aufhängung mit einer erfindungsgemäßen Schraubendruckfeder 3. Dabei wei sen die Windungen der Schraubendruckfeder 3 einen zwischen einem Kleinst wert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stab durchmesser auf, und zwar derart, daß sich der Stabdurchmesser der Win dungen je Windung genau einmal zwischen dem Kleinstwert, dem Größtwert und wieder dem Kleinstwert ändert (einperiodisch sich ändernder Stab durchmesser).

Bei der Schraubendruckfeder 3, die in die in Fig. 5 dargestellte Rad aufhängung eingebaut ist und die vergrößert in Fig. 6 dargestellt ist, ist die Änderungsfunktion des Stabdurchmessers (Änderungsfunktion des Stabdurchmessers = Änderung des Stabdurchmessers über den Windungsum fang) bei allen Windungen gleich, - so daß einerseits die kleinsten Stab durchmesser und andererseits die größten Stabdurchmesser übereinander liegen. Demgegenüber gilt für die in Fig. 7 dargestellte Schraubendruck feder 3, daß die Änderungsfunktion des Stabdurchmessers von Windung zu Windung unterschiedlich ist, und zwar derart, daß der kleinste Stabdurch messer einer Endwindung 12 und der größte Stabdurchmesser der anderen Endwindung 13 übereinanderliegen.

Bei der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubendruckfeder nach Fig. 6 ist die Federkraftwirkungslinie 9 gegenüber der Federmittelli nie 7 parallelverschoben. Demgegenüber verläuft bei der in Fig. 7 dar gestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubendruckfe der 3 die Federkraftwirkungslinie 9 unter einem spitzen Winkel zur Fe dermittellinie 7.

Durch die Lehre der Erfindung werden Querkräfte F _X, F _Y bzw. Momente M _O, M _U eingeleitet, die dazu führen, daß die Federkraftwirkungslinie 9 nicht mit der Federmittellinie 7 zusammenfällt. Daraus resultiert, daß bei ansonsten gleicher Geometrie vom Federbein 5 und Querlenker 6 geringere Querkräfte F _Q auftreten bzw. Querkräfte F _Q verhindert werden können.

Die in den Fig. 5 und 6 eingezeichneten Federkraftwirkungslinien 9 mit der Schraubendruckfederkraft F _F resultieren aus der Zentralkraft F _Z und den Momenten M _O und M _U bzw. aus der Zentralkraft F _Z, den Quer kräften F _X und F _Y sowie den Momenten M _O und M _U.

Weiter oben ist gesagt, daß sich in der Regel der Stabdurchmesser der Windung bzw. der Windungen je Windung genau einmal zwischen dem Kleinst wert, dem Größtwert und wieder dem Kleinstwert ändern soll (einperio disch sich ändernder Stabdurchmesser). Möglich ist jedoch auch eine Ausführungsform, bei der die Periode etwas kürzer oder etwas länger ist als ein Windungsumfang.

Claims

1. Radaufhängung mit einem einerseits mit der Karosserie und anderer seits mit dem Rad verbundenen, eine Schraubendruckfeder (= Tragfeder) und einen Stoßdämpfer aufweisenden Federbein und mit einem Querlenker, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Win dung der Schraubendruckfeder (3) einen zwischen einem Kleinstwert, ei nem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stabdurchmesser aufweist.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Win dungen der Schraubendruckfeder (3) einen zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stabdurchmes ser aufweisen.

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

4. Radaufhängung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungsfunktion des Stabdurchmessers (Änderungsfunktion des Stab durchmessers = Änderung des Stabdurchmessers über dem Windungsumfang) bei allen Windungen gleich ist, - so daß einerseits die kleinsten Stab durchmesser und andererseits die größten Stabdurchmesser übereinanderliegen.

5. Radaufhängung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungsfunktion des Stabdurchmessers (Änderungsfunktion des Stab durchmessers = Änderung des Stabdurchmessers über dem Windungsumfang) von Windung zu Windung unterschiedlich ist, - vorzugsweise derart, daß der kleinste Stabdurchmesser einer Endwindung und der größte Stabdurch messer der anderen Endwindung übereinanderliegen.

6. Schraubendruckfeder, insbesondere für eine Radaufhängung mit einem einerseits mit der Karosserie und andererseits mit dem Rad verbundenen, die Schraubendruckfeder und einen Stoßdämpfer aufweisenden Federbein und mit einem Querlenker, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Windung einen zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stabdurchmesser aufweist.

7. Schraubendruckfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Windungen einen zwischen einem Kleinstwert, einem Größtwert und wieder dem Kleinstwert sich ändernden Stabdurchmesser aufweisen.

8. Schraubendruckfeder nach Anspruch 6 oder 7, 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.

9. Schraubendruckfeder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungsfunktion des Stabdurchmessers (Änderungsfunktion des Stabdurchmessers = Änderung des Stabdurchmessers über dem Windungsum fang) bei allen Windungen gleich ist, - so daß einerseits die kleinsten Stabdurchmesser und andererseits die größten Stabdurchmesser übereinan derliegen.

10. Schraubendruckfeder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungsfunktion des Stabdurchmessers (Änderungsfunktion des Stabdurchmessers = Änderung des Stabdurchmessers über dem Windungsum fang) von Windung zu Windung unterschiedlich ist, - vorzugsweise derart, daß der kleinste Stabdurchmesser einer Endwindung und der größte Stab durchmesser der anderen Endwindung übereinanderliegen.