Für robustere und kostengünstigere Federbeine: Innovatives Federbeinlager mit integrierter Federunterlage

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Die Radaufhängung beeinflusst maßgeblich das Fahrverhalten, die Lenkstabilität und die Bremssicherheit. Außerdem trägt sie wesentlich zum Fahrvergnügen bei.
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Voll integriert: Bei der jüngsten Federbeinlösung von SKF verschmelzen Federunterlage und Federbeinlager durch eine chemische und mechanische Verbindung zu einer robusten Einheit.

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Gründlich getestet unter härtesten Bedingungen: Die integrierte Lösung von SKF schnitt durchweg besser ab als die bis dato üblichen Konstruktionen.
Lisa Baierl, Anwendungsingenieurin im Bereich Car Steering & Suspension bei SKF in Schweinfurt.

2019 Juli 02, 10:00 CEST

SKF hat eine neuartige Kombination aus Federbeinlager und Federunterlage für Federbeinsysteme auf den Markt gebracht: Dank einer speziellen Polymerfeder, die eine hochfeste Bindung mit der unteren Lagerschale eingeht, lässt sich mit weniger Komponenten eine höhere Robustheit erzielen. Zugleich sinken die Gesamtkosten für das Federbein.

*Von Lisa Baierl

Schweinfurt, den 02. Juli

Radaufhängungen erfüllen eine wichtige Doppelfunktion: Sie leisten nicht nur wertvolle Dienste in Sachen Fahrverhalten, Lenkstabilität und Bremssicherheit, sondern tragen auch zum Komfort der Fahrzeuginsassen bei – indem sie Geräusche, Stöße und Vibrationen von der Straße minimieren. Dass das Fahrwerk ständig gegen unebene Straßen oder Schlaglöcher sowie Zentrifugalkräfte bei Kurvenfahrten kämpft, sollen Fahrer und Passagiere möglichst nicht mitbekommen.

Dabei spielt die obere Federunterlage in der Radaufhängung eine wichtige Rolle: Sie dämpft Schwingungen, die aus der Fahrbahnoberfläche resultieren und über die Feder durch das Lager in den Fahrgastraum „übertragen“ werden könnten.

Zu diesem Zweck hat SKF ein Federbeinlager mit integrierter Polymer-Federunterlage entwickelt. Diese Lösung baut auf SKF‘s robuster MacPherson Suspension Bearing Unit (MSBU)-Technologie auf. Dabei geht die Federunterlage nun eine stabile chemische und mechanische Bindung mit der unteren Kunststofflagerschale ein.

Problematiken bestehender Lösungen
Bislang bestanden die gängigsten Lösungen zur Geräuschreduzierung an der Schnittstelle zwischen Feder und Lager bei MacPherson-Federbeinen hauptsächlich aus Gummiauflagen (aus Natur- oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), die auf der MSBU montiert wurden. Alternativ kamen auch direkt auf der Federwindung befestigte Isolatoren zum Einsatz.

So oder so bildeten diese Unterlagen und das Federbeinlager keine echte Einheit – und dadurch entstand im Federbein eine potenzielle Schwachstelle: Beispielsweise können Gummiauflagen unter den hohen Belastungen durch die Feder deformiert oder beschädigt werden. Das birgt das Risiko von Schmutzeintritt zwischen Unterlage und Lager bzw. Unterlage und Feder, was zu Leistungsminderung und vorzeitigem Verschleiß der Unterlage führt. Wenn die Unterlagen mit einem Spritzwasserschutz versehen sind, besteht bei jeder Verformung die Gefahr, dass der Spritzschutz ungewollt in Kontakt mit der oberen Lagerschale gerät.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die bisher verfügbaren Lösungen recht anfällig für Materialermüdung sind. Zudem können sie aus ihrer ursprünglichen Position rutschen, was die Geräusch-, Vibrations- und Dämpfungseigenschaften der kompletten Federung beeinträchtigt und damit den Fahrkomfort deutlich reduziert.

Besser dank Integration
Das neue Federbeinlager mit integrierter Federunterlage schafft derartige Nachteile aus der Welt. Denn durch eine chemische Bindung „verschmilzt“ sie gleichsam mit dem Lager. Dabei ist die Schnittstelle zwischen den Polymer- und Elastomerteilen so ausgelegt, dass eine optimale Verteilung der Federkräfte auf das Lager und die mechanischen Verankerungen zwischen den beiden Elementen erfolgt. So trägt die integrierte SKF Lösung nicht nur zum beabsichtigten Fahrspaß bei; sie vermeidet auch das Eindringen von Verunreinigungen zwischen Federbeinlager und Federunterlage und sorgt dadurch für eine stabile Leistung über die gesamte Produktlebensdauer.

Durch diesen kombinierten konstruktiven Ansatz kann auch eine Leistungsverbesserung (wie Reibmomentstabilität oder Regulierung der Teileverformung) erreicht werden. Dafür stehen Simulationstools zur Verfügung, mit denen das statische und dynamische Verhalten der gesamten Einheit berechnet werden kann. Die Programme beugen auch dem Risiko ungewollter Kontakte zwischen den Komponenten vor.

In der Praxis sinkt durch die Integration die für ein Federbein erforderliche Anzahl an Komponenten, was seine Montage vereinfacht und somit letztlich die Herstellungskosten senkt.

Werkstoffe für jede Anforderung
Das Material der integrierten Federunterlage kann exakt an die Anforderungen im jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. SKF verfügt über mehrere Werkstoffe, die allesamt für eine effiziente Massenproduktion im Spritzgussverfahren optimiert sind.

Um die Funktionalität der neuen Lösung unter Anwendungsbedingungen abzusichern, hat SKF zudem einen vollständigen Material-Freigabeprozess etabliert. Dazu gehören Aspekte wie: - Materialfestigkeit - statisches und dynamisches Verhalten - Beständigkeit gegenüber typischen Verunreinigungen im Automobilbereich - Beständigkeit gegenüber dem Temperaturbereich der Anwendung - Stabile Leistung über die gesamte Lebensdauer unter Berücksichtigung der Anwendungsbedingungen (verifiziert durch Prüfstandsversuche).

Harte Validierung
Vor seiner Markteinführung hatte SKF das Konzept der integrierten Federbeinlagerung unter härteren Bedingungen getestet, als sie von den Automobilherstellern üblicherweise verlangt werden. Dazu gehörten bspw. erweiterte Dauerlauftests mit Schmutzwasserbeaufschlagung, Langzeittests unter dynamischen Lasten mit variablen Frequenzen sowie beschleunigte Alterungstests, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturschwankungen und typischen Verunreinigungen zu ermitteln. Die entsprechenden Prüfstands-Validierungen der integrierten Federbeinlagerung förderten durchweg bessere Leistungen zutage als die althergebrachten Standardlösungen. Außerdem wurden die Prüfstands-Ergebnisse durch praktische Fahrzeugtests bestätigt.

Fazit
Bei der Federbein-Optimierung verfügt SKF dank einer mehr als 35-jährigen Zusammenarbeit mit den Automobilherstellern über ein umfangreiches Fachwissen. Auf dieser Basis ist es SKF gelungen, bei Problemen ungleichmäßiger Verteilung von Federlasten auf dem Lager einen Lösungsansatz zu entwickeln. Außerdem wirkt das innovative Konzept dem vorzeitigen Verschleiß der dämpfenden Federunterlagen entgegen. Nicht zuletzt trägt das Federbeinsystem zu einem ebenso komfortablen wie sicheren und dynamischen Fahrerlebnis bei. So eröffnet die jüngste SKF Lösung den Automobilherstellern neue Möglichkeiten.

Diese und weitere effizienzsteigernde Lösungen für die Automobilbranche präsentiert SKF auf dem VDI-Kongress „Dritev – Getriebe in Fahrzeugen“ im Bonner World Conference Center (10. und 11. Juli). Besucher der Dritev finden SKF auf der Eingangsebene am Stand Nr. 54.

*Lisa Baierl ist Anwendungsingenieurin im Bereich Car Steering & Suspension bei SKF in Schweinfurt.

Pressekontakt:
Dietmar Seidel, Leiter Technische Fachpresse Deutschland, Tel.: +49 (0)9721 / 56 - 28 43,
E-Mail: dietmar.seidel@skf.com

SKF strebt danach, unangefochtener Marktführer im Wälzlagergeschäft zu sein. Die Unternehmensgruppe bietet Lösungen rund um rotative Systeme – einschließlich Wälzlagern, Dichtungen, Schmiersystemen sowie Zustandsüberwachungs- und Instandhaltungsservices. SKF ist in mehr als 130 Ländern präsent und kooperiert weltweit mit rund 17.000 Vertriebspartnern. Im Jahr 2018 erwirtschaftete die Unternehmensgruppe einen Umsatz in Höhe von ca. 8,1 Mrd. Euro und beschäftigte 44.428 Mitarbeiter. www.skf.com  
In Deutschland zählt SKF rund 6.600 Beschäftigte. Davon arbeiten ca. 4.100 in Schweinfurt, Hauptsitz der SKF GmbH und größter Produktionsstandort der Gruppe. www.skf.de
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