DE102013209648A1

DE102013209648A1 - Radaufhängung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013209648A1
Application number: DE201310209648
Authority: DE
Inventors: Roland Schmidt; Ludwig Seethaler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Nach der Erfindung ist eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem um eine karosserie- bzw. achsträgerfeste Achse verschwenkbaren Lenker, zur gefederten Anlenkung eines Fahrzeugrades, unter Verwendung einer Fahrzeugfeder aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, die als C- oder V-förmige Blattfeder ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder mit einem ersten Ende am Lenker und mit einem zweiten Ende an der Karosserie bzw. dem Achsträger angebracht ist und so in das Fahrzeug eingebaut ist, dass sie wenigstens über einen bestimmten Längenabschnitt entlang des Lenkers verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, mit einer Feder aus Faserverbundwerkstoff nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Es ist bereits bekannt, Federn aus Faserverbundwerkstoff herzustellen, und in Radauhängungen zu verwenden. Es gibt Tragfedern aus faserverstärktem Kunststoff in verschiedenen Ausführungen, zum Beispiel Quer- und Längsblattfedern mit rechteckigem Querschnitt die bei Doppelquerlenkerachsen und Starrachsen serienmäßig verbaut werden.
Bekannt sind auch C- bzw. V-förmige Federn und Schraubendruckfedern mit rundem Querschnitt und sog. Meanderfedern, die konventionelle Stahlfedern ersetzen sollen.
Die DE 10 2011 075 148 beschreibt einen Federträger mit einer Feder aus Faserverbundmaterial mit V- bzw. C-förmigem Verlauf der einzelnen Federelemente, wobei diese entlang einer Längsmittellinie übereinander angeordnet sind, die im wesentlichen der Richtung der Krafteinleitung entspricht.
Erzeugnisse aus Faserverbundwerkstoff werden aus Matten aus harzgetränkten Geweben oder Gelegen (Prepregs) mit bestimmter Zuschnittform oder aus harzgetraenkten Faserbündeln, die parallelfaserig oder ineinander verdreht sein können (Rowings), hergestellt, die in Formen eingelegt und dort unter Druckaufgabe auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, bei das die Matrix bildende Harz irreversibel erhärtet. Das Fasermaterial in der Matrix führt dabei zu einer erhöhten Festigkeit des Fertigerzeugnisses.
Die genannten Matten können mehrschichtig übereinandergelegt werden, wobei auch unterschiedliche Mattenqualitäten verwendet werden können. Die genannten Faserstränge können miteinander verwoben oder verschränkt werden, so dass gewebeähnliche Strukturen entstehen. Die Fasern können als Glasfasern, als Kohlenstofffasern, als Aramidfasern (Kevlar) oder auch als Metallfasern sortenrein oder miteinander vermischt zum Einsatz kommen. Die verwendeten Harze erhärten in der Regel bei Temperaturen von 150 bis 180 Grad Celsius irreversibel und geben dem Fertigerzeugnis ihre bleibende Form.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung unter Verwendung einer Fahrzeugfeder aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial bereitzustellen, die es ermöglicht, sowohl beim Gewicht als auch bei den Kosten das größtmögliche Potenzial zu heben. Bezüglich Bauraumgewinn bzw. Nutzung von bisher ungenutztem Bauraum soll die Radaufhängung vorbildlich sein.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung ist eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem um eine karosserie- bzw. achsträgerfeste Achse verschwenkbaren Lenker, zur gefederten Anlenkung eines Fahrzeugrades, unter Verwendung einer Fahrzeugfeder aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, die als C- oder V-förmige Blattfeder ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder mit einem ersten Ende am Lenker und mit einem zweiten Ende an der Karosserie bzw. dem Achsträger angebracht ist und so in das Fahrzeug eingebaut ist, dass sie wenigstens über einen bestimmten Längenabschnitt oberhalb entlang des Lenkers geführt ist.
Hierdurch werden vorteilhafterweise sowohl die ungefederten, als auch die gefederten Massen reduziert, was sich positiv auf die CO2 Bilanz und die Fahrdynamik des Fahrzeugs auswirkt. Außerdem ist es durch den materialgerechten rechteckigen Querschnitt der Blattfeder möglich, sowohl beim Gewicht als auch bei den Kosten das größtmögliche Potenzial zu heben. Durch den Entfall der bisherigen Feder ergibt sich in jedem Fall ein Bauraumgewinn. Eine entsprechende Feder-Dämpferanordnung beansprucht vorteilhafterweise einen Bauraum, der bisher ungenutzt war. Im Falle einer Federbeinachse kann das Axiallager zwischen Federteller und Stützlager und generell können die Federteller entfallen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Radaufhängung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker ein Querlenker oder ein Längslenker ist. Wenn dann das erste Ende der Blattfeder ein radseitiges Ende des Lenkers abstützt, und die Enden der Blattfeder so angewinkelt sind, dass sie in je eine lenker- und eine karosserie bzw. achsträgerseitige Ausnehmung hineinragen und in dieser durch die Blattfedervorspannung gehalten werden, hat das den Vorteil, dass die Blattfeder einfach ein- und ausgebaut werden kann, außerdem ist ihre Lagerung leicht, sehr preiswert herzustellen sowie zuverlässig und langlebig im Betrieb.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Enden der Blattfeder mit einem Winkel von 60 bis 120 Winkelgrad, bevorzugt mit 90 Winkelgrad, zum jeweilig angrenzenden Blattfederschenkel angewinkelt sind. Sie können so auf einfache Weise in der lenker- und in der karosserie bzw. achsträgerseitigen Ausnehmung elastisch, bevorzugt über Aufnahmen aus Gummi so gelagert werden, dass die Blattfeder über ihre lenker- und ihre karosserie bzw. achsträgerseitige Lagerung beim Betrieb des Fahrzeugs auftretende Kräfte zwischen ungefederten und gefederten Teilen der Radaufhängung übertragen kann. Bevorzugt kann auch ein Winkel sein, der im entspannten Zustand der Feder bei der Achsmontage ein einfaches Einführen der Federenden in die Federaufnahmen ermöglicht.
Eine vorteilhafte Radaufhängung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder mit ihrem lenkerseitigen ersten Ende den Querlenker an dessen radseitigem Ende oberseitig abstützt und sich von dort mit ihrem ersten Schenkel entlang der Oberseite des Querlenkers bis in die Nähe dessen karosserie- bzw. achsträgerfesten Achse erstreckt, wo sie über einen Bogen mit einem Innenwinkel von unter 90 Winkelgrad in ihren zweiten Schenkel übergeht, der sich quer zu einem karosserieseitigen Längsträger, nach oben, an diesem entlang erstreckt und sich mit dem karosserieseitigen, zweiten Ende der Blattfeder direkt am Längsträger oder darüber in einem Dämpferdom abstützt. Bei einer solchen Radaufhängung ist die Bauraumausnutzung besonders effektiv, da sich die Blattfeder in bisher ungenutztem Bauraum erstreckt.
Wenn die Blattfeder im Bereich ihres Bogens über eine um eine Achse in Fahrzeuglängsrichtung schwenkbare Zugstrebe karosserie- bzw. achsträgerfest angelenkt ist, hat das den Vorteil, dass eine Zugkraft im Lenker in Richtung Fahrzeug-aussen vermieden wird, die durch die Richtung der Federkraft ohne anlenkende Zugstrebe entstehen würde.
Eine faserverstärkte Blattfeder, die, mit zum Beispiel C- oder V-förmiger Gestalt, zwischen einem Lenker, also einem Radträger oder einem sonstigen ungefederten Achsbauteil und einem Motorträger oder Karosserielängsträger im Bereich des Radhauses angeordnet ist, ist vorteilhafterweise materialgerecht gestaltet, wenn sie einen rechteckigen Querschnitt besitzt, für ihre Herstellung keine Hinterschnitte nötig sind und damit ein nur einfaches, zweiteiliges Werkzeug ohne Schieber erfordert. Sowohl Gewicht als auch Kosten sind bei rechteckigem Querschnitt minimiert. Dabei kann die Blattfeder aus glas-, carbon- oder aramidfaserverstärktem Kunststoff mit einer duroplastischen oder thermoplastischen Matrix hergestellt sein. Für eine Federung, die unter Vorspannung steht, ist es weiter vorteilhaft, wenn die beiden Federschenkel der Blattfeder, an ihren sich gegenüberliegenden Seiten, vom Bogen ausgehend in Richtung ihrer Enden, zumindest bereichsweise einen konvexen Verlauf besitzen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt die nachfolgende Beschreibung mit der zugehörigen Zeichnung. Es zeigen:
1: eine Ansicht einer Radaufhängung gemäß der Erfindung in Prinzipdarstellung,
2: eine Ansicht einer weiteren Radaufhängung gemäß der Erfindung in Prinzipdarstellung und
3: eine Ansicht einer Radaufhängung gemäß der Erfindung ausgeführt bei einer angetriebenen, gelenkten Vorderachse.
Alle Figuren zeigen einen Achsschenkel 1, durch ein Traggelenk 2 und ein Stützlager 3 um eine Lenkachse schwenkbar gehalten von einem Querlenker 4, der wiederum an einem Achsträger 5, um eine Längsachse 6 schwenkbar, angelenkt ist. Abgestützt wird der Querlenker 4 durch eine Blattfeder 7 aus Carbonfasern mit duroplastischer Matrix an seinem radseitigen Ende. Von diesem lenkerseitigen ersten Ende 13' der V-förmigen Blattfeder 7 ausgehend erstreckt sich diese mit ihrem ersten Schenkel 8 im Wesentlichen parallel zum Querlenker 4 entlang dessen Oberseite bis in die Nähe dessen karosserie- bzw. achsträgerfesten Achse 6, wo sie über einen Bogen 9 mit einem Innenwinkel von unter 90 Winkelgrad in ihren zweiten Schenkel 11 übergeht. Dieser zweite Schenkel 11 der Blattfeder 7 verläuft quer zu einem karosserieseitigen Längsträger 12, nach oben, an diesem entlang und stützt sich nach 3 mit dem karosserieseitigen, zweiten Ende 13 der Blattfeder 7 über dem Längsträger 12 in einem Dämpferbeindom 10 ab. In 1 und 2 stützt sich der zweite Schenkel 11 der Blattfeder 7 mit seinem karosserieseitigen, zweiten Ende 13 am Längsträger 12 ab.
Die Blattfeder 7 selbst besitzt einen rechteckigen Querschnitt und kann über ihre lenkerseitige und ihre karosserieseitige Lagerung an ihrem ersten 13' und ihrem zweiten Ende 13 beim Betrieb des Fahrzeugs auftretende Kräfte zwischen ungefederten und gefederten Teilen der Radaufhängung übertragen. Die Enden 13, 13' der Blattfeder 7 sind so angewinkelt, dass sie in je eine lenker- und eine karosserieseitige Ausnehmung hineinragen und in dieser durch die Blattfedervorspannung gehalten werden. Insbesondere sind die Enden 13, 13' der Blattfeder 7 mit einem Winkel von 90 Winkelgrad, zum jeweilig angrenzenden Blattfederschenkel 8, 11 angewinkelt und in der lenker- und karosserieseitigen Ausnehmung elastisch, bevorzugt über Aufnahmen 15, 15' aus Gummi gelagert. Die beiden Federschenkel 8, 11 der Blattfeder 7 besitzen, an ihren sich gegenüberliegenden Seiten, vom Bogen 9 ausgehend, in Richtung ihrer Enden 13, 13', einen konvexen Verlauf.
Wie 2 zeigt, kann die Blattfeder 7 im Bereich ihres Bogens 9 über eine Zugstrebe 16 achsträgerfest angelenkt sein, die über eine sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende, schwenkbare Achse 14 am Achsträger 5 angebracht ist. Dies verhindert das Entstehen einer Zugkraft im Querlenker 4 in Richtung Fahrzeugaussen, wie dies in 1 der Fall ist. Die Kraftverhältnisse an der Blattfeder 7 werden in den 1 und 2 durch die eingezeichneten Kraftvektoren verdeutlicht. Des Weiteren ist in den 1 bis 3 noch ein nach dem Stand der Technik bekanntes und verwendetes Dämpferbein 16 dargestellt, das den Achsschenkel 1 teleskopisch einfedernd mit dem Dämpferbeindom 10 verbindet. Und in den 1 und 2 ist noch ein Fahrzeugrad 17 nach dem Stand der Technik angelenkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011075148 [0004]

Claims

Radaufhängung für ein Fahrzeug mit wenigstens einem um eine karosserie- bzw. achsträgerfeste Achse (6) verschwenkbaren Lenker zur gefederten Anlenkung eines Fahrzeugrades (17) unter Verwendung einer Fahrzeugfeder aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, die als C- oder V-förmige Blattfeder (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einem ersten Ende (13') am Lenker und mit einem zweiten Ende (13) an der Karosserie bzw. dem Achsträger (5) angebracht ist und so in das Fahrzeug eingebaut ist, dass sie wenigstens über einen bestimmten Längenabschnitt entlang des Lenkers verläuft.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lenker ein Querlenker (4) oder ein Längslenker ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (13') der Blattfeder (7) ein radseitiges Ende des Lenkers abstützt.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (13', 13) der Blattfeder (7) so angewinkelt sind, dass sie in je eine lenker- und eine karosserie bzw. achsträgerseitige Ausnehmung hineinragen und in dieser durch die Blattfedervorspannung gehalten werden.
Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (13', 13) der Blattfeder (7) mit einem Winkel von 60 bis 120 Winkelgrad, bevorzugt mit 90 Winkelgrad, zum jeweilig angrenzenden Blattfederschenkel (8, 11) angewinkelt sind.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (13', 13) der Blattfeder (7) in der lenker- und in der karosserie bzw. achsträgerseitigen Ausnehmung elastisch, bevorzugt über Aufnahmen (15', 15) aus Gummi gelagert sind.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) über ihre lenker- und ihre karosserie bzw. achsträgerseitige Lagerung beim Betrieb des Fahrzeugs auftretende Längs- und Querkräfte und Biege- und Torsionsmomente zwischen ungefederten und gefederten Teilen der Radaufhängung übertragen kann.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) mit ihrem lenkerseitigen ersten Ende (13') den Querlenker (4) an dessen radseitigem Ende oberseitig abstützt und sich von dort mit ihrem ersten Schenkel (8) entlang der Oberseite des Querlenkers (4) bis in die Nähe dessen karosserie- bzw. achsträgerfesten Achse (6) erstreckt, wo sie über einen Bogen (9) mit einem Innenwinkel von unter 90 Winkelgrad in ihren zweiten Schenkel (11) übergeht, der sich quer zu einem karosserieseitigen Längsträger (12), nach oben, an diesem entlang erstreckt und sich mit dem karosserieseitigen, zweiten Ende (13) der Blattfeder (7) direkt am Längsträger (12) oder darüber in einem Dämpferdom (10) abstützt.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) im Bereich ihres Bogens (9) über eine um eine Achse (14) in Fahrzeuglängsrichtung schwenkbare Zugstrebe (14) karosserie- bzw. achsträgerfest angelenkt ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) einen rechteckigen Querschnitt besitzt.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) aus Glasfaser oder Carbonfaser oder Aramidfaser verstärktem Kunststoff mit einer duroplastischen oder thermoplastischen Matrix hergestellt ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federschenkel (8, 11) der Blattfeder (7), an ihren sich gegenüberliegenden Seiten, vom Bogen (9) ausgehend, in Richtung ihrer Enden (13', 13), zumindest bereichsweise einen konvexen Verlauf besitzen.